Công nghệ LTE và những ưu điểm của nó

 

Ngày nay việc sử dụng mạng Internet và các ứng dụng của nó là một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Nhu cầu truy cập tới mạng Internet toàn cầu ngày càng tăng, không chỉ truy cập tại nhà, ở nơi công sở, quán cafe, mà cả khi chúng ta di chuyển, trên tàu xe … Từ đó đặt ra nhiệm vụ phát triển những công nghệ mới cho mạng Internet không dây giúp cho nhu cầu truy cập mọi lúc mọi nơi. Với mục tiêu này các tổ chức viễn thông quốc tế đã đưa ra thế hệ mạng di động mới, với tên gọi là 4G. Các mạng 4G sẽ trở thành những mạng truyền dữ liệu cơ bản trong tương lai gần, bao gồm tiêu chuẩn LTE và WiMAX, các công nghệ này có thể chia sẻ các tần số làm việc với các mạng 2G và 3G trước đó mà không gây can nhiễu lẫn nhau.

Mạng 1G là cho tín hiệu tương tự và chỉ cung cấp duy nhất dịch vụ truyền âm thanh. Nó nhanh chóng được thay thế bởi mạng di động thế hệ thứ 2 (2G) với công nghệ kỹ thuật số. Các mạng 2G cho phép truyền cả âm thanh và dữ liệu, cho dù tốc độ vẫn còn ở mức thấp. Các mạng 2G được chia ra các giai đoạn như GPRS (2,5G) và EDGE (2,75G). Hai giao thức này bước đệm để phát triển công nghệ mạng 3G. Nhờ mạng 3G, các hệ thống di động bắt đầu đưa ra các dịch vụ Internet cho di động. Có một số tiêu chuẩn cho truyền dữ liệu như UMTS, CDMA và WCDMA cho phép tốc độ truyền dữ liệu tới 2,4 Mbit/s. Tiêu chuẩn HSDPA (3,5G) cho phép tốc độ truyền dữ liệu lên đến 14,4 Mbit/s, còn HSUPA (3,75G) – 21,1 Mbit/s. các mạng di động thế hệ thứ 3 bắt đầu đi vào thị trường viễn thông từ năm 2001 ở Nhật Bản và năm 2003 ở Hoa Kỳ. Chúng cho phép tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn so với các mạng 2G, cùng với đó cung cấp khả năng phát triển các dịch vụ mới nhơ cuộc gọi video, VoIP, chia sẻ Video …

Các mạng di động thế hệ thứ 4 hỗ trờ tốc độ truyền dữ liệu cao hơn so với 3G. Điều này cho phép người sử dụng sử dụng các dịch vụ mạng di động chất lượng hơn, như video chất lượng HD, sử dụng điện thoại giống như modem Wifi, cuộc gọi chất lượng cao trên môi trường mạng khi đang chuyển động. Ngoài ra mỗi trạm gốc có thể phục vụ gấp 10 lần thuê bao so với mạng 3G, nó sẽ giúp tránh những sự gián đoạn có thể khi nghẽn mạng.

Hai công nghệ mạng 4G (LTE và WiMAX) khá tương đồng với nhau. Tiêu chuẩn LTE cho phép tốc độ truyền dữ liệu đến 10 Mbit/s, còn với WiMAX – 75 Mbit/s. Các mạng LTE gần gũi hơn với mạng 3G. Công nghệ này sử các thuật toán tương tự nhưng các mạng di động hiện tại. Ưu điểm quan trọng của mạng LTE so với WiMAX là nó cho phép truyền dữ liệu khi đang di chuyển với tốc độ cao. Phiên bản mới của LTE là LTE Advanced. Nó cung cấp những cải tiến cho mạng LTE hiện tại và được tiêu chuẩn hóa từ Liên minh viễn thông quốc tế vào năm 2010. Mạng LTE cho phép sử dụng tài nguyên tần số mọt cách hiệu quả hơn, và cũng cho phép mạng di động sử dụng những tần số mà được giải phóng khi chuyển đổi từ hệ thống truyền hình tương tự sang truyền hình số.

LTE (Long Term Evolution) nghĩa là “sự phát triển lâu dài”, công nghệ này được xem như công nghệ di động thế hệ thứ 4. Đây là tiêu chuẩn cho truyền thông không dây tốc độ cao cho điện thoại di động và các thiết bị đầu cuối khác, nó dựa trên tiêu chuẩn GSM/EDGE và UMTS/HSPA, thông qua việc sử dụng những kỹ thuật điều chế mới, những giải pháp công nghệ khác nhau như: lập lịch phụ thuộc tần số (Channel-Dependent Scheduling), đáp ứng tốc độ bit (Adaptive Bit Rate), kỹ thuật đa anten (MIMO), để giúp tăng hiệu suất và tốc độ truyền dữ liệu. Các tiêu chuẩn của công nghệ LTE được xây dựng từ tổ chuecs 3GPP (3rd Generation Partnership Project) và được định nghĩa trong các tài liệu kỹ thuật ấn bản thứ 8, sau đó với một chút cải tiến được mô tả trong ấn bản thứ 9. Mặc dù nó được gọi là dịch vụ không dây 4G, nhưng các tiêu chuẩn kỹ thuật của LTE trong ấn 8 và 9 của 3GPP chưa đáp ứng đủ những yêu cầu kỹ thuật của ITU-R cho một thế hệ di động mới, do đó, nó được coi như công nghệ 3,9G.

Mục đích chính của công nghệ LTE là giúp tăng hiệu suất phục vụ, tăng tốc đọ truyền dữ liệu cho mạng không dây. Quan trọng hơn là thiết kế một kiến trúc mạng đơn giản hơn trên nền tảng giao thức IP và giảm trễ truyền dẫn dữ kiệu so với công nghệ mạng 3G. Các giao diện không dây của LTE không tương thích với các mạng 2G và 3G, do đó nó phải làm việc trên những dải tần số vô tuyến khác.

Những đặc tính cơ bản của mạng LTE

Mục đích chính của mạng LTE là hướng tới việc cải thiện hệ thống UMTS (3G), để có thể đạt tới công nghệ 4G thực sự. Công việc chủ yếu là tập chung vào việc đơn giản hóa kiến trúc hệ thống, nó phải được chuyển đổi từ hệ thông chuyển mạch kênh kết hợp chuyển mạch gói sang một hệ thống với kiến trúc IP phẳng, hay nói cách khác lag chỉ riêng chuyển mạch gói.

E-UTRA là giao diện vô tuyến của mạng LTE. Nó có những đặc tính nổi bật sau:

-     Tốc độ đỉnh cho đường xuống là 299,6 Mbit/s và cho đường lên là 75,4 Mbit/s phụ thuộc vào thiết bị người sử dụng;

-     Trễ truyền dẫn dữ liệu trung bình khá nhỏ (với điều kiện tối ưu cho truyền dẫn các gói IP nhỏ, thời gian trễ cho truyền dữ liệu 2 chiều có thể dưới 5ms), trễ do thiết lập kiên kết cũng nhở hơn so với các công nghệ truy cập vô tuyến trước đó;

-     Hỗ trợ tốt hơn tính di động: thiết bị đầu cuối chuyển động với tốc độ 350 km/h hay thậm trí lên tới 500 km/h cũng có thể được phục vụ tốt tùy vao dải tần số hoạt động;

-     OFDMA được sử dụng cho truyền dẫn đường xuống; SC-FDMA – cho truyền dẫn đường lên, để giảm công suất thu phát tín hiệu cho thiết bị di động cầm tay;

-     Hỗ trợ cả 2 hệ thống thông tin với chế độ song công FDD và TDD, cũng như bán song công FDD với cùng một công nghệ truy cập vô tuyến;

-     Hỗ trợ cả những dải tần số mà hiện tại đang được sử dụng trong hệ thống viễn thông di động quốc tế ITU-R;

-     Tăng tính linh hoạt của phổ tần số, các dải tần số 1.4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz, 20 MHz đã được tiêu chuẩn hóa;

-     Hỗ trợ các tế bào với bán kính từ hàng chục mét (femo-cell, pico-cell) cho tới hàng trăm km (macro-cell). Với những dải tần số thấp sử dụng ở những vùng nông thôn, bán kính tối ưu của mỗi tế bảo là khoảng 5 km, hiệu suất của tế bào vẫn được đảm bảo ở khoảng cách 30 km, và thậm trí khi đạt đến 100 km hiệu suất vẫn có thể chấp nhận được. Ở những khu vực thành phố sử dụng các dải tần cao hơn để đảm bảo cho thông tin băng thông rộng tốc độ cạo, trong trường hợp này bán kính mỗi tế bào là khoảng 1 km hay nhỏ hơn (hàng chục mét);

-     Hỗ trợ ít nhất 200 thiết bị đầu cuối đồng thời hoạt động trong một tế bào với dải tần 5 MHz;

-     Kiến trúc đơn giản: mạng E-UTRAN chỉ bao gồm những trạm gốc eNodeB;

-     Hỗ trợ cả những công nghệ cũ hơn như GSM/EDGE, UMTS và CDMA2000. Nếu trong một khu vực không có mạng LTE, người sử dụng vẫn có thể hoạt động trên mạng GSM/GPRS, UMTS hay thậm chí là cdmaOne (IS-95) hay CDMA2000;

-     Giao diện vô tuyến là hoàn toàn chuyển mạch gói;

-     Hỗ trợ mạng MBSFN (mạng phát sóng với tần số đơn). Đặc tính này hữu ích cho các dịch vụ truyền hình Tivi di động trên cơ sở kiến trúc LTE.