Tổng quan về hệ thống thông tin di động 4G LTE

Tổng quan về hệ thống thông tin di động 4G LTE

Ngày 18/1/2012 tại Geneva, phiên họp toàn thể của Hội đồng thông tin vô tuyến (Radiocommunication Assembly - ITU-R) đã nhất trí phê chuẩn khuyến nghị ITU-R M.2012 về chuẩn giao diện IMT-Advanced hay còn được nhắc đến như là chuẩn 4G hệ thống thông tin băng rộng.  Nhưng định nghĩa chuẩn 4G có tốc độ lên đến 1Gb/s, tức là cao hơn gấp 500 lần chuẩn 3G. IMT-Advanced sẽ cung cấp các dịch vụ băng thông rộng với chất lượng cao hơn, tốc độ lớn hơn so với những công nghệ hiện có. Tốc độ dữ liệu đường xuống cao nhất là 100Mbit/s trong trường hợp di chuyển nhanh và 1Gbit/s cho các kết nối trong khi di chuyển chậm. Sử dụng hoàn toàn trên nền IP, cung cấp các dịch vụ như điện thoại IP, truy cập internet băng rộng, các dịch vụ game và dòng HDTV đa phương tiện…

3GPP LTE được xem là tiền thân của hệ thống 4G, những phiên bản đầu của 3GPP LTE chưa đáp ứng được những tính năng của IMT- advanced. LTE có tốc độ đường xuống là 100Mbps và 50Mbps ở đường lên với băng thông 20MHz (theo lý thuyết).

          4G LTE là một chuẩn cho truyền thông không dây tốc độ dữ liệu cao dành cho điện thoại di động và các thiết bị đầu cuối dữ liệu. Nó dựa trên các công nghệ mạng GSM/EDGE và UMTS/HSPA. LTE sử dụng phương thức ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM). LTE sử dụng phổ tần một cách thích hợp và mềm dẻo, nó có thể hoạt động ở băng tần có độ rộng từ 1,25MHz cho tới 20MHz.[12]

1.1.1    Các đặc tính cơ bản của LTE

·        Hoạt động ở băng tần : 700 MHz-2,6 GHz.

·        Tốc độ:

-         DL : 100Mbps( ở BW 20MHz).

-         UL : 50 Mbps với 2 anten thu một anten phát.

·        Độ trễ : nhỏ hơn 5ms.

·        Độ rộng băng thông linh hoạt :1,4 MHz; 3 MHz; 5 MHz; 10 MHz; 15 MHz; 20MHz. Hỗ trợ cả 2 trường hợp độ dài băng lên và băng xuống bằng nhau hoặc không.

·        Tính di động : Tốc độ di chuyển tối ưu là 0-15 km/h nhưng vẫn hoạt động tốt với tốc độ di chuyển từ 15-120 km/h, có thể lên đến 500 km/h tùy băng tần.

·        Phổ tần số:

-         Dung lượng 200 user/cell ở băng tần 5Mhz.

-         Hoạt động ở chế độ FDD hoặc TDD.

-         Độ phủ sóng từ 5-100 km.

·        Chất lượng dịch vụ và liên kết mạng:

-         Hỗ trợ tính năng đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS.

-         VoIP đảm bảo chất lượng âm thanh tốt, trễ tối thiểu thông qua mạng UMTS.

-         Khả năng liên kết với các hệ thống UTRAN/GERAN hiện có và các hệ thống không thuộc 3GPP cũng sẽ được đảm bảo.

-         Thời gian trễ trong việc truyền tải giữa E-UTRAN và UTRAN/GERAN sẽ nhỏ hơn 300ms cho các dịch vụ thời gian thực và 500ms các dịch vụ cong lại

-         Chi phí: chi phí triển khai và vận hành giảm.

1.1.2    Kiến trúc mạng 4G LTE

Hình1.7 miêu tả kiến trúc và các thành phần mạng trong cấu hình kiến trúc nơi chỉ có 1 E-UTRAN tham gia. Hình này cũng cho thấy sự phân chia kiến trúc mạng 4G LTE thành bốn thành phần chính: thiết bị người dùng (UE), UTRAN phát triển (E-UTRAN), mạng lõi gói phát triển (EPC) và các vùng dịch vụ.

                        Hình1 : Kiến trúc mạng 4G LTE

E-UTRAN và EPC đại diện cho các giao thức internet (IP) ở lớp kết nối. Đây là một phần của hệ thống được gọi là hệ thống gói phát triển (EPS). Chức năng chính của lớp này là cung cấp kết nối dựa trên IP và nó được tối ưu hóa cao cho mục tiêu duy nhất. Tất cả các dịch vụ được cung cấp dựa  trên  IP,  tất cả các nút chuyển mạch và các giao diện được nhìn thấy trong kiến trúc 3GPP trước đó không có mặt ở E-UTRAN và EPC. Công nghệ IP chiếm ưu thế  trong truyền tải, nơi mà mọi thứ được thiết kế để hoạt động và truyền tải trên IP. 

Các hệ thống con đa phương tiện IP (IMS) là một ví dụ tốt về máy móc thiết bị phục vụ có thể được sử dụng trong lớp kết nối dịch vụ để cung cấp các dịch vụ dựa trên kết nối IP được cung cấp bởi các lớp thấp hơn. Ví dụ, để hỗ trợ dịch vụ thoại thì IMS có thể cung cấp thoại qua IP (VoIP) và sự kết nối tới các mạng chuyển mạch cũ PSTN và ISDN thông qua các cổng  đa phương tiện của  nó điều khiển. 

Sự phát triển của E-UTRAN tập chung vào một nút, nút B phát triển (eNode B). Tất cả các chức năng vô tuyến kết thúc ở đó, tức là eNB là điểm kết thúc cho tất cả các giao thức vô tuyến có liên quan. E-UTRAN chỉ đơn giản là một mạng lưới của các eNodeB được kết nối tới các eNodeB lân cận với giao diện X2.

Một trong những thay đổi kiến trúc lớn là trong khu vực mạng lõi là EPC không có chứa một vùng chuyển mạch-mạch, và không có kết nối trực tiếp tới các mạng chuyển mạch mạch truyền thống như ISDN và PSTN là cần thiết trong lớp này. Các chức năng của EPC là tương đương với vùng chuyển mạch gói của mạng 3GPP hiện tại. Tuy nhiên những thay đổi đáng kể trong việc bố trí các nút chức năng và kiến trúc phần này nên được coi như là hoàn tòan mới.