Tài liệu Tối ưu hóa vùng phủ cho mạng thông tin di động 4g lte đã có tại viettel thái nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN ĐẮC TIẾN TỐI ƯU HÓA VÙNG PHỦ CHO MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G LTE ĐÃ CÓ TẠI VIETTEL THÁI NGUYÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG THÁI NGUYÊN - 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Nguyễn Đắc Tiến Sinh ngày: 26/08/1980 Học viên lớp cao học CHK20KTĐT - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên. Hiện đang công tác tại: Viettel Thái Nguyên – Chi nhánh Tập Đoàn Công Nghiệp Viễn Thông Quân Đội Xin cam đoan: Đề tài “Tối ưu hóa vùng phủ cho mạng thông tin di động 4G LTE đã có tại Viettel Thái Nguyên” do Thầy giáo PGS.TS Đào Huy Du, hướng dẫn là công trình nghiên cứu của riêng Tôi. Tất cả tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng. Tác giả xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận văn đúng như nội dung trong đề cương và yêu cầu của Thầy giáo hướng dẫn. Nếu sai Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước hội đồng khoa học và trước pháp luật. Thái Nguyên, ngày 10 tháng 3 năm 2020 Tác giả luận văn Nguyễn Đắc Tiến i ii LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian nghiên cứu và làm việc nghiêm túc, được sự động viên, giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của Thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Đào Huy Du, luận văn với đề tài “Tối ưu hóa vùng phủ cho mạng thông tin di động 4G LTE đã có tại Viettel Thái Nguyên” đã hoàn thành. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Đào Huy Du, đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ Tôi hoàn thành luận văn này. Trường Đại học công nghệ Kỹ thuật công nghiệp và đặc biệt là các Thầy, cô trong Khoa Điện tử đã giúp đỡ Tôi trong quá trình học tập cũng như thực hiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã động viên, khích lệ, tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, thực hiện và hoàn thành luận văn này. Thái Nguyên, ngày 10 tháng 3 năm 2020 Tác giả luận văn Nguyễn Đắc Tiến ii iii ĐẶT VẤN ĐỀ Ngành công nghệ viễn thông đã chứng kiến những phát triển ngoạn mục trong những năm gần đây. Khi mà công nghệ mạng thông tin di động thế hệ thứ ba 3G chưa đủ để đáp ứng, người ta đã bắt đầu chuyển về công nghệ 4G (Fourth Generation) từ nhiều năm gần đây. Hiện nay, 4G gần như đã được phủ sóng toàn cầu, Việt Nam cũng đang triển khai và đưa vào khai thác mạng 4G cũng như mạng 5G. Công nghệ LTE (Long Term Evolution) hứa hẹn nhiều tiềm năng cho thị trường viễn thông Việt Nam với khả năng thương mại sớm. Các nhà khai thác di động cũng như các công ty cung cấp giải pháp đang ráo riết chuẩn bị cho việc xây dựng mạng 4G LTE và các dịch vụ mới trên nền ctảng băng thông rộng nhằm đa dạng hóa dịch vụ và tăng ưu thế cạnh tranh trên thị trường. Việc triển khai 4G LTE ở Việt Nam là bước tiến tất yếu đối với nền công nghệ viễn thông trong nước. Khi được triển khai sử dụng, mạng 4G LTE sẽ rút ngắn thời gian truyền tải của các dòng dữ liệu lớn đến và đi khỏi thiết bị đồng thời mang lại lợi ích cho những giao tiếp có tính chất trao đổi liên tục như trong các game trực tuyến nhiều người chơi, các cuộc gọi video call cũng trở lên thực hơn nhờ độ trễ của âm thanh và hình ảnh được rút ngắn…Xuất phát từ thực tế, đề tài đi vào nghiên cứu tìm hiểu công nghệ 4G LTE, tính toán và xây dựng phần mềm quy hoạch mạng 4G LTE Đối với việc tối ưu hóa các đầu vào cần thiết là tất cả các thông tin có sẵn về mạng và tình trạng của nó. Các mạng số thống kê, báo động và giao thông chính nó được theo dõi cẩn thận. Khiếu nại của khách hàng cũng là một nguồn đầu vào cho nhóm tối ưu hóa mạng lưới. Quá trình tối ưu hóa bao gồm cả hai phép đo mức mạng và cũng đo kiểm tra lĩnh vực để phân tích các địa điểm vấn đề và cũng để chỉ ra các vấn đề tiềm năng. Tối ưu hóa bao gồm ba khía cạnh chính: quy hoạch vùng phủ, công suất và tần số. Các hoạt động có thể được thực hiện theo những gì đã được xác định như vấn đề trên một cell hoặc một khu vực để hoạt động tốt hơn. Xem lại quy hoạch tần số, thay đổi các thông số chuyển giao, chỉnh sửa thiết kế khu vực và các ứng dụng tham số cụ thể chỉ là những ví dụ về các hoạt động tối ưu hóa thông thường. Thêm các khu vực mới, BSC mới hoặc tổ chức lại TRXs cũng có thể là các giải pháp cải tiến. Thông qua iii iv kiểm tra ổ đĩa, NMS và có thể thu nhập thông tin phân tích, các lỗi được chuẩn đoán, các khuyến cáo mới được thử nghiệm, thay đổi tham số và đánh giá mạng. Để thực hiện tốt trong giai đoạn tối ưu hóa, người tối ưu hóa mạng phải hợp tác chặt chẽ với các dịch vụ khác. Nhóm hoạt động và bảo dưỡng (OMC) là liên quan nhất, trong tất cả các điều chỉnh được đề xuất bởi nhân viên tối ưu hóa nên được thực hiện thông qua OMC. Nhóm triển khai là nhóm chịu trách nhiệm cho tất cả các hoạt động của khu vực đó ( tái thiết kế khu vực các công trình dân dụng, lưu trữ khu vực từ BSC sang BSC, sắp xếp lại TRX, v.v.). Nhóm bảo dưỡng đảm bảo theo dõi báo động, quản lý lỗi phần cứng và các biện pháp bảo trì. Sau đó, nhà bảo hành ở một mức độ tương tác khác để quan tâm đến việc quản lý, xác nhận và các phương tiện làm việc ( quyền truy cập, ủy quyền, v.v…) Với sự ra đời của tự động hóa, người tối ưu hóa giải quyết các vấn đề tiên tiến hơn. Trong cách mạng phức tạp hơn nữa, nhiệm vụ tối ưu hóa cần có các hướng khác nhau từ trước. Hiệu quả hơn, trước đây tập trung vào kiến thức tối ưu về một công nghệ cụ thể và các phương pháp tối ưu hóa thủ công. Ngày nay, sự cạnh tranh trên thị trường viễn thông đã đạt đến một mức độ khốc liệt, nơi mà sự tập trung vào công nghệ của riêng mình không còn nữa. Thay vào đó là các nhà đa cung cấp, đa công nghệ. Năng lực của các nhà đa cung cấp có thể giải quyết bất kì vấn đề tối ưu hóa hoặc quy hoạch nào của bất kể nhà sản xuất thiết bị nào. Nội dung luận văn được trình bày 03 chương: Chương 1: Giới thiệu tổng quan về công nghệ 4G LTE. Chương 2: Nghiên cứu về tối ưu hóa trong mạng thông ti di động thế hệ thứ 4 LTE. Chương 3: Đánh Giá, Tối Ưu Hóa Vùng Phủ Cho Mạng Di Động Thế Hệ Thứ 4 - Viettel Thái Nguyên. MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................1 iv v LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... II MỤC LỤC ............................................................................................................... IV DANH MỤC HÌNH ẢNH .....................................................................................VII CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 4 LTE .............................................................................................................1 1.1 Quá trình phát triển công nghệ di động 4G.................................................... 1 1.1.1 Công nghệ UMB ( Ultra Mobile Broadband) .............................................1 1.1.2 WiMAX .......................................................................................................1 1.1.3 Công nghệ 4G LTE .....................................................................................2 1.2 Kiến trúc mạng .................................................................................................. 4 1.2.1 Thiết bị người dùng (UE) ............................................................................5 1.2.2 Truy cập vô tuyến mặt đất E-UTRAN ........................................................5 1.2.3 1.2.4 Mạng lõi EPC ..............................................................................................9 Miền dịch vụ .............................................................................................11 1.3 Các kênh sử dụng trong kiến trúc E-UTRAN .............................................. 12 1.4 Các kỹ thuật sử dụng trong LTE ................................................................... 15 1.4.1 Kỹ thuật truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDM ........................16 1.4.2 Kỹ thuật SC-FDMA ..................................................................................18 1.4.3 Kỹ thuật MIMO.........................................................................................20 1.4.4 Mã hóa Turbo ............................................................................................22 1.5 Tổng kết chương .............................................................................................. 22 CHƯƠNG 2: TỐI ƯU HÓA TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G LTE ...........................................................................................................24 2.1 Sự cần thiết của tối ưu .................................................................................... 24 2.2 Quy trình vận hành, quản lý chất lượng mạng. ........................................... 25 2.3 Lựa chọn các tham số cho việc đo kiểm và đánh giá chất mạng và dịch vụ 4G (LTE/LTE Advanced) ....................................................................................... 26 2.3.1 Khái niệm ..................................................................................................26 2.3.2 Mục đích của việc sử dụng KPI ................................................................27 2.3.3 Phân loại các tham số KPI. .......................................................................28 2.3.4 2.3.5 Performance measurement KPI.................................................................28 Drive Test KPI ..........................................................................................33 2.4 Quy trình thực hiện tối ưu mạng ................................................................... 39 2.4.1 Kế hoạch đo kiểm......................................................................................40 2.4.2 Chuẩn bị cơ sở dữ liệu, thiết bị đo kiểm ...................................................40 2.4.3 Phân tích dữ liệu........................................................................................41 v vi 2.4.4 Tiến hành tối ưu ........................................................................................42 2.4.5 Kiểm tra .....................................................................................................43 2.5 Tổng kết chương .............................................................................................. 43 CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ, TỐI ƯU HÓA VÙNG PHỦ CHO MẠNG DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 4 - VIETTEL THÁI NGUYÊN ...................................................44 3.1 Khu vực thực hiện ........................................................................................... 44 3.2 Thời gian và phương án thực hiện................................................................. 44 3.2.1 Thu thập số liệu .........................................................................................44 3.2.2 3.2.3 Driver Test ................................................................................................45 Phân tích tối ưu .........................................................................................46 3.3 Thực hiện Driver test ...................................................................................... 46 3.3.1 Chuẩn bị ....................................................................................................46 3.3.2 3.3.3 3.3.4 Thiết lập bài đo..........................................................................................47 Đo kiểm: ....................................................................................................48 Một số lưu ý trong quá trình đo kiểm .......................................................52 3.4 Đánh giá kết quả đo vùng phủ. ...................................................................... 53 3.4.1 Tiêu chuẩn đánh giá. .................................................................................53 3.4.2 Kết quả đo vùng phủ .................................................................................55 3.5 Tổng kết chương .............................................................................................. 74 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ..............................................75 vi vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Quá trình phát triển công nghệ di động 4G .................................................2 Hình 1.2 Cấu trúc cơ bản của LTE.............................................................................4 Hình 1.3 Mạng truy cập mặt đất E-UTRAN ..............................................................6 Hình 1.4 Các kết nối của ENodeB tới các nút logic khác và các chức năng chính ...8 Hình 1.5 Mạng lõi EPC ..............................................................................................9 Hình 1.6 Các kênh truyền tải trong mạng 4G LTE ..................................................12 Hình 1.7 Truyền đơn sóng mang ..............................................................................16 Hình 1.8 Nguyên lý của FDMA ...............................................................................16 Hình 1.9 Nguyên lý đa sóng mang ...........................................................................16 Hình 1.10 So sánh phổ tần của OFDM với FDMA .................................................17 Hình 1.11 OFDMA và SC-FDMA ...........................................................................19 Hình 1.12 Thu phát SC-FDMA trong miền tần số ...................................................20 Hình 1.13 Mô hình SU-MIMO và MU-MIMO .......................................................21 Hình 1.14 Ghép kênh không gian ............................................................................22 Hình 2.1 Quy trình vận hành mạng ..........................................................................25 Hình 2.2 Quy trình thực hiện quản lý chất lượng mạng ..........................................26 Hình 2.3 Sử dụng KPI trong tối ưu mạng ................................................................27 Hình 2.4 Phân loại KPI trong mạng LTE.................................................................28 Hình 2.5 Qúa trình kết nối RRC...............................................................................29 Hình 2.6 Quy trình thực hiện tối ưu .........................................................................40 Hình 3.1 Khu vực thực hiện đo. ...............................................................................44 Hình 3.2 Thông số của cellfile .................................................................................45 Hình 3.3 Thử nghiệm Drive Test .............................................................................46 Hình 3.4 Google Earth .............................................................................................47 Hình 3.5 Vị trí cell của các trạm BTS tại huyện đại từ và các khu vực lân cận ...... 54 Hình 3.6 Tiêu chuẩn của tham số RSRP ..................................................................54 Hình 3.7 Tiêu chuẩn của tham số RSRQ .................................................................55 Hình 3.8 Cường độ tín hiệu RSRP của khu vực huyện Đại Từ ...............................56 Hình 3.9 Cường độ tín hiệu RSRP của khu vực huyện Đại Từ ..............................57 vii viii Hình 3.10 Cường độ tín hiệu RSRP của khu vực huyện Đại Từ ............................58 Hình 3.11 Cường độ tín hiệu RSRP của khu vực huyện Đại Từ ..............................59 Hình 3.12 Cường độ tín hiệu RSRP của khu vực huyện Đại Từ .............................60 Hình 3.13 Các điểm có vùng phủ kém ....................................................................61 viii ix DANH MỤC VIẾT TẮT Thuật ngữ Tiếng Anh Tiếng Việt 3G Third Generation Thế hệ thứ ba 4G Fourth Generation Thế hệ thứ tư BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc BW Band Width Băng thông CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã Cell Cellular Ô eNodeB Enhance NodeB NodeB phát triển EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution (Enhanced GPRS) Công nghệ được nâng cấp từ GPRS cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao EPC Evolved Packet Core Mạng lõi thế hệ mới EPS Evolved Packet System Hệ thống mạng gói thế hệ mới E-UTRA Evolved UTRA Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS phát triển EUTRAN/ERAN Evolved UTRA/ Evolved RAN Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS phát triển GSM Global System For Mobile Communications Hệ thống thông tin di động toàn cầu HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest Yêu cầu phát lại tự động linh hoạt HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú HS DPCCH High – Speed Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng tốc độ cao HS-DSCH High – Speed Dedicated Shared Channel Kênh chia sẻ riêng tốc độ cao HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao ix x HSS Home Subscriber Server Quản lý thuê bao HSUPA High Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ cao IBI Inter – Block Interference Nhiễu giữa các khối IMT- 2000 International Mobile Telecommunications 2000 Thông tin di động quốc tế 2000 IMTAdvanced International Mobile Telecommunications Advanced Thông tin di động quốc tế tiên tiến IP Internet Protocol Giao thức Internet IR Incremental Redundancy Phần dư tăng ITU International Telecommunications Union Tổ chức viễn thông quốc tế ITU-R International Telecommunications Union – Radio Sector Tổ chức viễn thông quốc tế - bộ phận vô tuyến Iu Giao diện được sử dụng để thông tin giữa RNC và mạng lõi Iub Giao diện được sử dụng để thông tin giữa nút B và RNC Iur Giao diện được sử dụng để thông tin giữa các RNC LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MC-CDMA Multi Carrier CDMA Đa sóng mang con CDMA NodeB Nút B OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao O&M Operation and Maintenance Bảo dưỡng và vận hành PAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình PARC Per-Antenna Rate Control Điều khiển tốc độ cho một anten QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa chuyển pha vuông góc TCP/IP Transmission Control Protocol IP Giao thức điều khiển truyền dẫn IP x xi TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian TD- CDMA Time Division – Synhcronous Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã đồng bộ - phân chia theo thời gian TSN Transmission Sequence Number Số trình tự phát TTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian truyền TSG Technical Specication Group Nhóm đặc tả kỹ thuật TV Tivi Vô tuyến truyền hình UE User Equipment Thiết bị người dùng Thuật ngữ Tiếng Anh Tiếng Việt UMB Unltra Mobile Broadband Di động băng thông mở rộng UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống thông tin di động toàn cầu UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS WMAN Wireless Metropolitan Area Network Mạng lưới không dây khu vực đô thị WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng xi 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 4 LTE Hệ thống 4G được xây dựng nhằm chuẩn bị một cơ sở hạ tầng di động chung có khả năng phục vụ các dịch vụ hiện tại và tương lai. Cơ sở hạ tầng 4G được thiết kế với điều kiện những thay đổi, phát triển về kỹ thuật có khả năng phù hợp với mạng hiện tại mà không làm ảnh hưởng đến các dịch vụ đang sử dụng. Để thực hiện điều đó, cần tách biệt giữa kỹ thuật truy cập, kỹ thuật truyền dẫn, kỹ thuật dịch vụ (điều khiển kết nối) và các ứng dụng của người sử dụng. 1.1 Quá trình phát triển công nghệ di động 4G Con đường phát triển công nghệ mạng di động 4G trên thế giới đang đi theo 03 hướng chính tương ứng với 03 tổ chức hỗ trợ đó là: + LTE với sự hỗ trợ của 3GPP. + UMB với sự hỗ trợ của 3GPP2. + WiMax với sự hỗ trợ của IEEE. 1.1.1 Công nghệ UMB ( Ultra Mobile Broadband) Công nghệ UMB là thế hệ mạng thông tin di động tiếp nối của CDMA2000 được phát triển bởi 3GPP2 mà chủ lực là Qualcomm. UMB cũng được sánh ngang với công nghệ LTE của 3GPP với kỳ vọng trở thành lựa trọn cho thế hệ di động thứ 4G. UMB sử dụng OFDMA, MIMO, đa truy cập phân chia theo không gian cũng như các kỹ thuật anten hiện đại để tăng khả năng của mạng, tăng vùng phủ và tăng chất lượng dịch vụ. UMB có thể cho tốc độ dữ liệu đường xuống tới 280Mbit/giây và dữ liệu đường lên tới 75Mbit/giây. 1.1.2 WiMAX IEEE 802.16 đã công bố một phiên bản vào tháng 10/2004, được thiết kế với tên gọi IEEE 802.16.2004. Phiên bản di động của IEEE 802.16 đã được phát triển trong dự án IEEE 802.16e được biết rộng rãi với cái tên Mobile WiMAX, đặc biệt xem xét sử dụng OFDMA tại lớp PHY. Tại cuộc họp ITU-R vào 5/2007 Mobile WiMAX đã được khuyến cáo như là OFDMA TDD WMAN (mặc dù vẫn cần được 1 2 chấp nhận chính thức) và do đó đã để lại 50MHz băng tần quốc tế có sẵn ở dải 2.57 – 2.62 GHz ở phổ 3GHz TDD, đối với từng quốc gia. 1.1.3 Công nghệ 4G LTE Hiện nay, công nghệ LTE vẫn đang được 3GPP tiếp tục nghiên cứu phát triển. Phiên bản hoàn chỉnh đến thời điểm hiện tại là Rel-10 hoàn thiện vào năm 2011 cho phiên bản LTE-Advanced đáp ứng tiêu chuẩn 4G. Hệ thống 3GPP LTE, là bước tiếp theo cần hướng tới của hệ thống mạng không dây 3G dựa trên công nghệ di động GSM/UMTS, và là một trong những công nghệ tiềm năng nhất cho truyền thông 4G. Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) đã định nghĩa truyền thông di động thế hệ thứ 4 là IMT Advanced. LTE (Long Term Evolution) là công nghệ di động thế hệ thứ tư ra đời năm 2009, được phát triển bới 3GPP từ công nghệ di động thế hệ thứ ba UMTS. LTE được kì vọng có tốc độ dữ liệu và hiệu suất sử dụng phổ tần vượt trội so với 3G trong khi độ trễ tín hiệu giảm và linh hoạt hơn trong việc lựa chọn băng tần và cấp phát tài nguyên vô tuyến. Hình 1.1 Quá trình phát triển công nghệ di động 4G Trước thời điểm ra đời của LTE, 2 tổ chức tồn tại song song 3GPP và 3GPP2 cùng hướng tới tiêu chuẩn IMT-2000 dành cho 3G. 3GPP2 tập trung vào hướng phát triển CDMA, cdma 2000 và EV-DO trong khi 3GPP tập trung vào GSM, WCDMA và HSPA. Cả 2 tổ chức cùng hướng tới phát triển công nghệ di động thế hệ thứ 4, tuy nhiên chỉ có LTE của 3GPP được chọn là bước tiến tiếp theo cho công nghệ di động 4G và do đó, LTE có khả năng tương thích với 3G UMTS và 2G GSM cao hơn. - Bắt đầu năm 2004, dự án LTE tập trung vào phát triển thêm UTRAN và tối ưu cấu trúc truy cập vô tuyến của 3GPP. 2 3 - Mục tiêu hướng đến là dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một người dùng trên 1 MHz so với mạng HSDPA Rel-6 tải xuống gấp 3 đến 4 lần (100Mbps). Tải lên gấp 2 đến 3 lần (50Mbps). - Năm 2007, LTE của kỹ thuật truy cập vô tuyến thế hệ thứ 3 - "EUTRA"- phát triển từ những bước khả thi để đưa ra các đặc tính kỹ thuật được chấp nhận. Cuối năm 2008 các kỹ thuật này được sử dụng trong thương mại. - Các kỹ thuật OFDMA được sử dụng cho đường xuống và SCFDMA được sử dụng cho đường lên. Các đặc tính cơ bản của LTE - Hoạt động ở băng tần: 700 MHz-2,6 GHz - Tốc độ: DL là 100Mbps (ở BW 20MHz), UL là 50 Mbps với 2 anten thu, một anten phát. - Độ trễ: nhỏ hơn 5ms - Độ rộng BW linh hoạt:1,4 MHz; 3 MHz; 5 MHz; 10 MHz; 15 MHz; 20 MHz. 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:  Hoạt động ở chế độ FDD hoặc TDD  Độ phủ sóng từ 5-100 km  Dung lượng 200 user/cell ở băng tần 5Mhz. - Chất lượng dịch vụ:  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. - Liên kết mạng:  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 truyển tải giữa E-UTRAN và UTRAN/GERAN sẽ nhỏ hơn 300ms cho các dịch vụ thời gian thực và 500ms cho các dịch vụ còn lại. 3 4 1.2 Kiến trúc mạng Với mục tiêu thiết kế hệ thống toàn IP kiến trúc phẳng hơn nhằm nâng cao tốc độ dữ liệu, giảm trễ, LTE được thiết kế chỉ hỗ trợ chuyển mạch gói (PS) mà không hỗ trợ chuyển mạch kênh (CS) như trong các hệ thống thế hệ trước. Nó cung cấp kết nối IP giữa thiết bị người dùng (UE) và mạng dữ liệu gói (PDN: Packet Data Network). Thuật ngữ LTE bao hàm mạng truy nhập vô tuyến E-UTRAN, nó được kết hợp với mạng lõi Evolved Packet Core EPC. LTE và EPC kết hợp tạo thành hệ thống gói Evolved Packet System – EPS. Hình 1.2 Cấu trúc cơ bản của LTE Hình 1.2 miêu tả kiến trúc và các thành phần mạng trong cấu hình kiến trúc tổng quát mạng 4G LTE/SAE cơ sở với chỉ mạng truy nhập EUTRAN. Hình này cũng cho thấy sự phân chia kiến trúc thành bốn vùng chính: thiết bị người dùng (UE) ; UTRAN phát triển (E-UTRAN); mạng lõi gói phát triển (EPC); và các vùng dịch vụ. UE, 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 4 5 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 mạchmạch 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. 1.2.1 Thiết bị người dùng (UE) UE cũng có chứa các mođun nhận dạng thuê bao toàn cầu( USIM). Nó là một mođun riêng biệt với phần còn lại của UE, thường được gọi là thiết bị đầu cuối (TE). USIM là một ứng dụng được đặt vào một thẻ thông minh có thể tháo rời được gọi là thẻ mạch tích hợp toàn cầu ( UICC). USIM được sử dụng để nhận dạng và xác thực người sử dụng để lấy khóa bảo mật nhằm bảo vệ việc truyền tải trên giao diện vô tuyến. 1.2.2 Truy cập vô tuyến mặt đất E-UTRAN Mạng truy nhập vô tuyến của LTE được gọi là E-UTRAN và một trong những đặc điểm chính của nó là tất cả các dịch vụ, bao gồm dịch vụ thời gian thực, sẽ được hỗ trợ qua những kênh gói được chia sẻ. Phương pháp này sẽ tăng hiệu suất phổ, làm 5 6 cho dung lượng hệ thống trở nên cao hơn. Một kết quả quan trọng của việc sử dụng truy nhập gói cho tất cả các dịch vụ là sự tích hợp cao hơn giữa những dịch vụ đa phương tiện và giữa những dịch vụ cố định và không dây. Mục đích chính của LTE là tối thiểu hóa số node. Vì vậy, người phát triển đã chọn một cấu trúc đơn node. Trạm gốc mới phức tạp hơn NodeB trong mạng truy cập vô tuyến WCDMA/HSPA, và vì vậy được gọi là eNodeB (Enhance Node B). Những eNodeB có tất cả những chức năng cần thiết cho mạng truy nhập vô tuyến LTE, kể cả những chức năng liên quan đến quản lý tài nguyên vô tuyến. Hình 1.3 Mạng truy cập mặt đất E-UTRAN Giao diện vô tuyến sử dụng trong E-UTRAN là S1 và X2. Trong đó S1 là giao diện vô tuyến kết nối giữa eNodeB và mạng lõi, X2 là giao diện giữa các eNodeB với nhau. E-UTRAN chịu trách nhiệm về các chức năng liên quan đến vô tuyến, gồm có: + Quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến. + Nén header. + Bảo mật. + Kết nối đến mạng lõi EPC. 1.2.2.1 EnodeB E – UTRAN đơn giản có thể hiểu là một mạng các ENodeB kết nối với nhau, các ENodeB được phân bố khắp các vùng phủ sóng của mạng ENodeB là trạm gốc mới phát triển từ NodeB trong UTRAN của UMTS và là nút mạng duy nhất trong mạng truy nhập vô tuyến E - UTRAN. ENodeB vừa thực hiện chức năng như một NodeB bình thường vừa thực hiện chức năng điều khiển như RNC (Radio Network 6 7 Controller), việc đơn giản hóa kiến trúc này cho phép giảm thời gian trễ trong các hoạt động của giao diện vô tuyến.ENodeB hoạt động như một cầu nối lớp 2 giữa UE và mạng lõi EPC, ENodeB là điểm kết thúc của tất cả các giao thức vô tuyến về phía UE và chuyển tiếp dữ liệu giữa kết nối vô tuyến và các kết nối IP tương ứng về phía EPC. Trong vai trò này các EnodeB thực hiện việc nén/giải nén các tiêu đề IP, mã hóa/giải mã các dữ liệu trên mặt phẳng người sử dụng. 1.2.2.2 Các giao diện kết nối của ENodeB:  ENodeB kết nối với thiết bị của người sử dụng thông qua giao diện LTE – Uu bằng giao thức OFDMA (theo hướng xuống) và giao thức SC – FDMA (theo hướng lên).  ENodeB kết nối với thực thể quản lý di động MME thông qua giao thức S1 – AP trên giao diện S1 – MME (hay S1 – C) cho các lưu lượng của mặt phẳng điều khiển.  ENodeB kết nối với Serving Gateway (S - GW) thông qua giao thức GTP – U trên giao diện S1 – U cho các lưu lượng của mặt phẳng người sử dụng. Cả 2 giao diện S1 – MME và S1 – U được gọi chung là giao diện S1 là giao diện kết nối từ ENodeB tới mạng lõi EPC.  ENodeB sử dụng giao thức X2 – AP trên giao diện X2 để kết nối với các ENodeB khác. 7 8 Hình 1.4 Các kết nối của ENodeB tới các nút logic khác và các chức năng chính ENodeB cũng thực hiện nhiều các chức năng trên mặt phẳng điều khiển:  Quản lý tài nguyên vô tuyến RRM (Radio Resource Management): điều khiển việc sử dụng tài nguyên trên các giao diện vô tuyểnnhư phân bố tài nguyên dựa trên yêu cầu, cấu hình và lập lịch lưu lượng theo các yêu cầu QoS, liên tục giám sát việc sử dụng tài nguyên trên giao diện vô tuyến.  Quản lý tính di động MM (Mobility Management): đo đạc và phân tích mức độ tín hiệu trên các kết nối với UE, quản lý các UE trong vùng phủ sóng của ENodeB, kết nối tới các ENodeB khác để trao đổi các thông tin chuyển giao giữa ENodeB đó và MME, lựa chọn MME khi có yêu cầu từ một UE, cung cấp dữ liệu mặt phẳng người sử dụng tới các cổng dịch vụ S – GW. Các ENodeB có thể phục vụ đồng thời nhiều UE trong vùng phủ sóng của nó nhưng mỗi UE chỉ được kết nối tới một ENodeB trong cùng một thời điểm. Một ENodeB có thể kết nối tới nhiều MME và S – GW nhằm mục đích phân tải và dự phòng, tuy nhiên mỗi UE chỉ được phục vụ bởi một MME và S – GW tại một thời điểm và ENodeB phải chịu trách nhiệm về việc định tuyến cũng như phải duy trì việc theo dõi các liên kết này. Hình 1.4 cho chúng ta thấy các kết nối của ENodeB tới các nút logic khác cùng với các chức năng chính của ENodeB trên các giao diện này. Trong tất cả các kết nối của ENodeB có thể có dạng một – nhiều hoặc nhiều – nhiều. Một ENodeB có thể 8