Nghiên cứu, khuyến nghị áp dụng công nghệ LTE cho các công ty viễn thông việt nam

0 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Phạm Phú Kiên NGHIÊN CỨU, KHUYẾN NGHỊ ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ LTE CHO CÁC CÔNG TY VIỄN THÔNG VIỆT NAM Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60.52.70 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2011 1 Luận văn được hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Hữu Hậu Phản biện 1: PGS.TS.Hoàng Thọ Tu Phản biện 2: PGS.TS. Trần Hồng Quân Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Vào lúc: 08 giờ 30 ngày 11 tháng 02 năm 2012 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông 2 MỞ ĐẦU Mặc dù các hệ thống thông tin di động thế hệ 2.5 G hay 3G vẫn đang phát triển không ngừng nhưng các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới đã bắt đầu tiến hành triển khai thử nghiệm một chuẩn di động thế hệ mới có rất nhiều tiềm năng và có thể sẽ trở thành chuẩn di động 4G trong tương lai. Đó là công nghệ LTE (Long Term Evolution). Các cuộc thử nghiệm và trình diễn này đã chứng tỏ năng lực tuyệt vời của công nghệ LTE và khả năng thương mại hóa của công nghệ LTE đang đến rất gần. Trong tương lai không xa, với LTE người sử dụng có thể truy cập tất cả các dịch vụ mọi lúc, mọi nơi: Xem phim chất lượng cao HDTV, điện thoại thấy hình, chơi game, nghe nhạc trực tuyến, tải cơ sở dữ liệu…với một tốc độ ‘‘siêu tốc’’. Đó chính là sự khác biệt giữa mạng di động thế hệ thứ ba (3G) và thế hệ thứ tư (4G). Tuy còn khá mới mẻ nhưng mạng di động băng rộng 4G được kỳ vọng sẽ tạo ra nhiều thay đổi khác biệt so với những mạng di động hiện nay. Luận văn gồm 3 chương: Chương 1: Tình hình phát triển mạng 3G/B3G của các công ty Viễn thông Việt Nam. Chương này tìm hiểu hiện trạng mạng 3G/B3G của các Công ty Viễn thông Việt Nam. Các công nghệ mới sẽ được sử dụng trong mạng. Chương 2: Tổng quát về công nghệ LTE Chương này giới thiệu về công nghệ LTE, chỉ rõ tính ưu việt của công nghệ. Trong chương này học viên cũng trình bày so sánh công nghệ LTE với các công nghệ băng rộng. Chương 3: Khuyến nghị áp dụng công nghệ LTE cho các công ty Viễn thông Việt Nam. Chương này, học viên sẽ trình bày lộ trình phát triển lên công nghệ LTE, vấn đề chuyển đổi giữa các công nghệ, vấn đề phổ tần số vô tuyến điện… 3 Chương 1 TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN MẠNG 3G/B3G CỦA CÁC CÔNG TY VIỄN THÔNG VIỆT NAM 1.1. Hiện trạng mạng 3G/B3G của các công ty Viễn thông Việt Nam. 1.1.1. Tổng quát về mạng 3G/B3G. Để thực hiện hóa tầm nhìn IMT-2000, các tiêu chuẩn của UMTS được nghiên cứu triển khai trong nhóm 3GPP1. Các tiêu chuẩn này là sự phát triển tiếp theo của của các tiêu chuẩn cho mạng 2G (GSM), vì vậy nó nhận được sự trợ giúp đắc lực từ các Quốc gia Châu Âu, Nhật Bản và một số nước Châu Á. Các hệ thống tuân theo tiêu chuẩn này được gọi là hệ thống 3GPP. Phiên bản thứ 2 của tầm nhìn IMT-2000 là các tiêu chuẩn do nhóm 3GPP2 soạn thảo, gọi là hệ thống CDMA2000. Các hệ thống này được phát triển từ hệ thống IS- 95 thế hệ 2; nó đã được triển khai ở Mỹ, Hàn Quốc, Nga, Nhật bản, Trung Quốc, Belarus, Romania. Bảng 1.1 là các tiêu chuẩn cho các họ thông tin di động hiện có. Bảng 1.1 Các tiêu chuẩn cho các họ thông tin di động Gerenations Families Standards 0G (Radio telephony) Tương tự MTS, MTA, MTB, MTC, IMTS, MTD, AMT, OLT 1G AMPS AMPS, TCS, ETACS Khác NMT, Hicap, Mobitex, DataTAC 2G GSM/3GPP GSM, CSD 3GPP2 CDMA2000 (IS-95) AMPS D-AMPS (IS-54, IS-136) Khác CDPD, IDEN, PDC, PDS 2G traditional (2.5G, 2.75G) GSM/3GPP HSCSD, GPRS, EGDE/EGPRSE 3GPP2 CDMA2000 1x RTT (IS-2000) Khác WiDEN 3G (IMT-2000) 3GPP UMTS (UTRAN), WCDMA- FDD,WCDMA-TDD, UTRA-TDD, LCL (TD-SCDMA) 4 3GPP2 CDMA2000x1EV-DO (IS-856) 3G Traditional (3.5G, 3,75G, 3.9G) 3GPP HSPDA, HSUPA, HSPA+LTE (E- UTRAN) 3GPP2 EV-DO Rev.A, EV-DO Rev.B 4G (IMT-Advanced) 3GPP LTE Advanced WiMax IEEE 802.16m 5G Unconfirmed 1.1.1.1 UMTS Bảng 1.2 Quá trính phát triển các phiên bản 3GPP Phiên bản 3GPP Năm ra đời Đặc điểm chính 3GPP-R9 I/2000 - Tạo được UTRAN cho cả FDD lẫn TDD - CAMEL pha 3 - Sử dụng bộ Codec mới (băng hẹp AMR) 3GPP-R4 II/2001 - Khái niệm GERAN được sử dụng - Tách MSC vào trong máy chủ của MSC và cổng Media cho dịch vụ tải tin độc lập với miền CS - Sử dụng khái niệm Streaming media - Bản tin Multimedia 3GPP-R5 II/2002 - Sử dụng IMS; IPv6 trong miền PS - Truyền tải IP trong UTRAN - Áp dụng HSDPA - Áp dụng bộ Codec mới (băng rộng AMR) - CAMEL pha 4 - OSA tăng cường 3GPP-R6 IV/2004 - Anten đa đầu vào-đa đầu ra - IMS pha 2 - Tương tác WLAN-UMTS - MBMS 3GPP-R7 IV/2007 - Giảm độ trễ 5 - Cải thiện QoS và ứng dụng thời gian thực - HSPDA+ (Evolution) EDGE Evolution 3GPP-R8 I/2009 - Áp dụng cho LTE - Áp dụng cấu trúc mạng UMTS (ALL IP) 1.1.1.2. CDMA 2000 CDMA2000 là công nghệ phát triển lên 3G từ họ CDMAOne (IS-95) bởi 3GPP2. Đây là công nghệ cạnh tranh trực tiếp với công nghệ WCDMA trên thị trường thông tin di động. Bảng 1.3 Quá trính phát triển các phiên bản 3GPP2 Gerenations Families Standards 2G 3GPP2 CDMA2000 (IS-95) 2G traditional (2.5G, 2.75G) 3GPP2 CDMA2000 1x RTT (IS-2000) 3G (IMT-2000) 3GPP2 CDMA2000x1EV-DO (IS-856) 3G Traditional (3.5G, 3,75G) 3GPP2 EV-DO Rev.A, EV-DO Rev.B 1.1.1.3. MWIF MWIF là diễn đàn công nghiệp được thành lập vào đầu năm 1999 do các nhà khai thác 3G tiên phong, các nhà cung cấp thiết bị viễn thông và các nhà cung cấp thiết bị tương tác với mạng IP. MWIF mong muốn phát triển cấu trúc mạng hoàn toàn IP cho cả mạng lõi lẫn mạng truy nhập, tạo được tính đối lập hoàn toàn với cấu trúc 3GPP R4. Cấu trúc lõi của MWIF loại bỏ hẳn miền CS, ngoại trừ phần tương thích qua thiết bị cổng. Cấu trúc MWIF RAN hỗ trợ IP tại trạm gốc, thay cho ATM như trong 3GPP R4. 1.1.2. Những hạn chế của cấu trúc mạng 3G Các sơ đồ cấu trúc mạng 3G trình bày trên đều có một số giới hạn nhất định. Xét theo cấu trúc mạng, UMTS làm tăng gấp đôi các chức năng cho các loại lưu lượng dự liệu khác nhau, sử dụng nhiều giao thức phức hợp và một giao thức SIP cải biên 6 khá phức tạp. Xét theo kiến trúc dịch vụ, UMTS và CDMA2000 có những giới hạn về khả năng lập trình. Những giới hạn khác nhau cho UMTS, CDMA2000 và MWIF được tóm tắt trong Bảng 1.4. Bảng 1.4. Những hạn chế của 3 loại cấu trúc mạng 3G UMTS CDMA2000 MWIF Khả năng tích hợp và tương tác với Internet Phức tạp, do có sự phân tách các miền,Nhóm giao thức và các vấn đề khác Phức tạp, do có sự phân tách cácmiền Nhóm giao thức và các vấn đề khác Đơn giản. Tuy nhiên các đặc tính chưa đầy đủ và hệ thống chưa được triển khai Sự Phân tách giữa PS/CS Tách biệt niền CS/PS/IMS Tương tự như UMTS Đồng nhất điều khiển cho mọi lưu lượng Nhóm các giao thức Phức tạp, do IP qua ATM, chuyển nối tiếp bằng cách dùng GTP Đơn giản hơn cho dự liệu gói, Sử dụng IP di động để quản lý di động Đơn giản nhất, toàn dùng các giao thức IP quen thuộc Giá thành thiết bị định tuyến Sử dụng vận tải ATM có thể làm tăng giá thành so với IP quen dung Giá thành có thể thấp so với UMTS nếu sử dụng IP quen thuộc Có thể là thấp nhất, do tính kinh tế của các giải pháp IP chuẩn Các dịch vụ dữ liệu gói thời gian thực Vấn đề có tính hệ thống, do sử dụng SIP cải biên và các tiền ẩn khác Chưa rõ ràng Chưa rõ ràng, ví các giải pháp IP thông dụng không đảm bảo QoS. Ghép nối AN và CN Phụ thuộc lẫn nhau Phụ thuộc lẫn nhau Độc lập giữa AN và CN Kiến trúc dịch vụ và khả năng lập trình Khái niện VHE cho OSA, MExE, USAT nhưng giới hạn và không đủ, khả năng lập trình thấp Tương tự UMTS Không có địa chỉ rõ ràng hoặc chi tiết Tính thương mại Triển khai diện rộng tại vài nơi Triển khai rộng rãi Chưa triển khai 7 1.1.3. Hiện trạng mạng 3G/B3G của các Công ty Viễn thông Việt Nam Hiện nay, tại Việt Nam băng tần I (2110 - 2170) Mhz đã được chia thành bốn khe và được cấp phát cho bốn nhà khai thác: VIETTEL, VMS, GPC, EVN. Ba nhà khai thác VMS, GPC, Viettel sử dụng công nghệ GSM. Họ GSM bao gồm cả công nghệ 2,5G với dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS (General Packet Radio Service) và công nghệ 2,75G EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) với việc nâng cao tốc độ truyền dữ liệu cho GSM đã giải quyết được phần nào nhược điểm trong việc truyền dữ liệu tốc độ thấp của GSM ban đầu. Với GSM, sự ra đời của công nghệ CDMA băng rộng 3G (WCDMA-UMTS) và truy nhập gói tốc độ cao HSPA (High Speed Packet Access) là các giải pháp cho việc nâng cao hiệu năng của mạng. Với công nghệ HSPA, các nhà mạng trên đã và đang triển khai rộng khắp tại các thành phố lớn: Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Hải Phòng, Nha Trang… Các mạng EVN Telecom, Sfone sử dụng công nghệ CDMA. Thế hệ thứ 2G sử dụng công nghệ CDMA2000 (IS-95); Thế hệ 3G/B3G dùng công nghệ CDMA2000x1EV-DO (IS-856)/ EV-DO Rev.A/ EV-DO Rev.B. 1.2. Các công nghệ mới sẽ được sử dụng trong mạng. Mạng 3G còn có một số hạn chế về tốc độ dữ liệu, khả năng cung cấp dịch vụ băng rộng qua Internet và đảm bảo mức QoS và độ trễ. Để khắc phục các vấn đề này trong các mạng thế hệ kế tiếp ta cần áp dụng một số kỹ thuật - công nghệ mới. 1.2.1. Kỹ thuật truy nhập điều chế OFDM và sau OFDM 1.2.2. Cấu trúc mạng truy nhập phi thông lệ (không truyền thống). 1.2.3. Kỹ thuật đa anten 1.2.4. Điều chế và mã hoá thích nghi (AMC) 1.2.5. Vô tuyến xác định theo phần mềm (SDR) 1.2.6 Vô tuyến trí tuệ (Cognitive radio) 1.2.7. Anten trí tuệ IA (Intelligent Antenna): 1.2.8. E-UTRAN 8 1.3. Kết luận chương Chương 1 trình bày tổng quát về công nghệ 3G/B3G. Tìm hiểu về hiện trạng mạng 3G/B3G của các công ty Viễn thông Việt Nam. Chương này cũng chỉ rõ hạn chế của mạng 3G, đồng thới giới thiệu các công nghệ nổi trội sẽ được áp dụng cho mạng 3G/B3G. 9 Chương 2 TỔNG QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ LTE 2.1. Giới thiệu về công nghệ LTE. LTE là thế hệ thứ tư tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. Các đặc điểm của LTE bao gồm mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS phát triển (E- UTRAN), giao diện vô tuyến mặt đất UMTS phát triển (E-UTRA), gọi chung là 3GPP LTE E-UTRAN là mạng truy nhập không dây của 3GPP LTE được nâng cấp cho mạng di động. Thuật ngữ eUTRAN (elvoved UMTS Terrestrial Radio Access Network) hay E-UTRA (Evolved Universal Terrestrial Radio Access) đều liên quan đến LTE. Đó là chuẩn giao diện vô tuyến được phát triển từ các công nghệ UMTS, HSDPA và HSUPA trong 3GPP-R5 và các phiên bản kế tiếp. Khác hẳn với HSPA, LTE’s E-UTRA là một hệ thống giao diện không gian hoàn toàn mới, không có mối liên quan và không tương thích với W-CDMA. Giao diện E-UTRA cung cấp tốc độ truy nhập dữ liệu cao, động trễ thấp và được tối ưu cho truyền dữ liệu gói. Lần đầu tiên E-UTRA được thử nghiệm (2008) với kỹ thuật truy nhập vô tuyến OFDMA cho tuyến xuống và CS-FDMA cho tuyến lên. 2.1.1 Các đặc điểm chính của E-UTRAN E-UTRAN được phát triển trong các phiên bản 8/2008 (cho LTE), 9/2009 (cho MIMO) và 10 (cho tuyến lên SU-MIMO). Các phiên bản này đều tương thích ngược với mạng trước đó. Mạng truy nhập E-UTRAN có một số đặc điểm chung sau: - Tốc độ đỉnh: Tải dữ liệu xuống là 292 Mbit/s, tải lên là 71 Mbit/s, cho băng thông 20 MHz, tốc độ này phụ thuộc vào loại thiết bị đối tượng sử dụng UE (User Equipment). - Trễ truyền dữ liệu thấp (5 ms cho các gói IP nhỏ), trễ chuyển giao và xác lập kết nối thấp hơn so với các loại công nghệ truy nhập trước đó. - Hỗ trợ các thiết bị đầu cuối có tốc độ di chuyển 350/500 km/h, tùy thuộc băng tần sử dụng. [...]... luận chương Chương 2 đã giới thiệu tổng quát về công nghệ LTE, các đặc điểm chính của công nghệ Chương này cũng thực hiện so sánh công nghệ LTE với công nghệ Wi mã, chỉ ra tính ưu việt của công nghệ Từ đó đưa ra các khuyến nghị cho các nhà mạng lựa chọn công nghệ mạng tương lai 13 Chương 3 KHUYẾN NGHỊ ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ LTE CHO CÁC CÔNG TY VIỄN THÔNG VIỆT NAM 3.1 Lộ trình phát triển Con đường tiến tới... công nghệ LTE với công nghệ Wimax 2.3.1 LTE và Wimax 2.3.2 So sánh công nghệ LTE và công nghệ Wimax 2.3.2.1 Cấu trúc hệ thống Cấu trúc hệ thống LTE và WiMax đều cho phép cải thiện độ trễ, nâng cao dung lượng và băng thông, với mạng lõi đơn giản, tối ưu hóa lưu lượng IP và dịch vụ Cả 2 cấu trúc đều có sự tích hợp liên tục trong mạng không dây tế bào 3GPP đang hiện hành, cung cấp và hỗ trợ cho công nghệ. .. phạm vi rộng trên toàn thế giới các mạng theo công nghệ HSPA tại tần số 850 MHz và 1900 MHz trong năm 2005 Kể từ sau đó cả mạng HSPA của AT&T và các hệ thống HSPA đã dần được hoàn thiện “Điều tuyệt vời của các công nghệ họ GSM dựa vào các tiêu chuẩn kỹ thuật 3GPP là các thiết bị dành cho công nghệ tương lai vẫn có thể sử dụng được các dịch vụ của các mạng di động họ công nghệ GSM đang tồn tại trên toàn... Dành băng tần số 2,4 - 2,48 GHz và 5,15 - 5,35 GHz cho WiFi - Quy hoạch chi tiết dải tần 2,50 - 2,69 GHz cho LTE (TDD+FDD) - Dành băng tần 3,4 -3,6 GHz cho LTE Advanced 3.4 Kết luận chương Chương này trình bày lộ trình phát triển, vấn đề chuyển giao giữa các công nghệ, vấn đề tần số vô tuyến điện Từ đó đưa ra các khuyến nghị cho các mạng Viễn thông Việt Nam 21 ... Các bước phát triển của công nghệ băng rộng di động Tại Việt Nam, các nhà mạng Viettel, VNPT đã tuyên bố thử nghiệm thành công công nghệ LTE 3.2 Vấn đề chuyển giao giữa các công nghệ Các yêu cầu liên quan đến việc triển khai bao gồm các kịch bản triển khai, độ linh hoạt phổ, trải phổ, sự cùng tồn tại và làm việc với nhau giữa LTE với các công nghệ truy cập vô tuyến khác của 3GPP như GSM và WCDMA/HSPA... thì các nhà khai thác mạng cũng phải lựa chọn chúng sao cho đồng bộ với sự phát triển của các thành phần vô tuyến khác như thiết bị, các ứng dụng và dịch vụ Trong nhiều năm nay một chuẩn di động toàn cầu là một trong những mục tiêu của ngành viễn thông Các nhà khai thác theo công nghệ GSM chiếm ưu thế trong các công nghệ thứ 2 (2G), tuy nhiên vẫn có sự chia sẻ với các mạng phát triển theo công nghệ. .. hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G), thì hầu hết các nhà khai thác TDMA được chuyển đổi theo hướng công nghệ họ GSM Khi đó ngành thông tin di động chỉ còn phân chia theo 2 dòng công nghệ họ GSM và CDMA Cùng với bước tiếp theo của sự tiến hóa công nghệ mà cơ hội đã xuất hiện cho một công nghệ chuẩn toàn cầu Nhiều nhà khai thác phủ sóng dựa trên công nghệ mà họ tin tưởng sẽ đem lại cho họ và... này cho phép nhà khai thác mở rộng trong phạm vi toàn cầu” Thelander nhận định LTE sẽ trở thành một công nghệ dữ liệu trung tâm trong vài năm tới, bởi vậy nó là công nghệ mà các nhà khai thác sẽ sử dụng để tiến hành cung cấp dịch vụ VoIP, đến khi đó các thiết bị cầm tay LTE sẽ có 2 hoặc thậm chí là 3 chế độ công tác Rinne cho biết thêm “Do LTE được thiết kế tương thích ngược với GSM/UMTS/HSPA, cho. .. 3.3 Phân bố phổ tần số Khuyến nghị: Việc quy hoạch phổ tần số cho các nghiệp vụ vô tuyến của Việt Nam là vấn đề không cần bàn cãi, tuy nhiên cần có sự ưu tiên quy hoạch chi tiết các dải tần “nóng” cho triển khai thử nghiệm, đặc biệt là các dải tần trên 5 GHz - Dành các băng tần số 3,3-3,4 GHz và 5,47-5,85 GHz cho các hệ thống truy nhập băng rộng (300 MHz) chủ yếu cho WiMax, thay cho một băng tần số 3,3... của LTE sẽ phụ thuộc vào thị trường mà họ phủ sóng Rinne cho biết “Họ công nghệ GSM và LTE mang lại cho các nhà khai thác di động các công cụ và khả năng khác nhau mà không quan tâm tới các yêu cầu phổ tần hoặc họ ở đâu trong vòng tăng trưởng đó Và nó cho phép khách hàng tận hưởng những lợi ích của chuyển vùng toàn cầu, đa dạng dịch vụ và thiết bị đầu cuối” 19 Hình 3.2: Các bước phát triển của công nghệ . VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Phạm Phú Kiên NGHIÊN CỨU, KHUYẾN NGHỊ ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ LTE CHO CÁC CÔNG TY VIỄN THÔNG VIỆT NAM . bày so sánh công nghệ LTE với các công nghệ băng rộng. Chương 3: Khuyến nghị áp dụng công nghệ LTE cho các công ty Viễn thông Việt Nam. Chương này, học