tài liệu công nghệ mạng 4g LTE

CïNG NGHỆ " MẠNG 4G LTE Bˆi Ð Lịch sử mạng TTDĐ vˆ Tổng quan mạng 4G LTE TS Trương Trung Ki•n Bộ m™n Xử lý t’n hiệu & Truyền th™ng, Khoa KT Điện tử I PTN Hệ thống V™ tuyến vˆ Ứng dụng Học viện C™ng nghệ Bưu ch’nh Viễn th™ng Nội 13/07/2016 TỰ GIỚI THIỆU Qu‡ tr“nh đˆo tạo ª  K42 Đại học B‡ch khoa Hˆ Nội ª  Thạc sỹ kỹ thuật, Đại học Tổng hợp bang Texas sở Austin ª  Tiến sỹ kỹ thuật, Đại học Tổng hợp bang Texas sở Austin Th™ng tin chi tiết giảng vi•n ²  Ban Đˆo tạo c— CV chi tiết tiếng Việt giảng vi•n ²  Trang Web c‡ nh‰n: https://sites.google.com/site/truongkien Hồ sơ khoa học (https://sites.google.com/site/truongkien) ª  08 bˆi b‡o tạp ch’ quốc tế ISI & 03 bˆi b‡o kh‡c đ‹ nộp/đang viết ª  10 b‡o c‡o KH Hội nghị quốc tế & 01 b‡o c‡o KH Hội nghị nước ª  Được cấp 02 chế 4G LTE Mỹ ª  Đang đăng ký 03 chế 5G (c™ng nghệ massive MIMO) Mỹ ª  02 giải thưởng Bˆi b‡o xuất sắc năm c‡c tạp ch’ quốc tế ISI ª  01 giải thưởng Bˆi b‡o xuất sắc Hội nghị REV-ECIT 2015 ª  Hơn 550 tr’ch dẫn khoa học (theo thống k• Google Scholar) (c) 2016 Truong Trung Kien (kientruong@utexas.edu) LỊCH HỌC DỰ KIẾN TT T•n bˆi giảng Khai mạc, Lịch sử ph‡t triển mạng TTDĐ & Tổng quan mạng 4G Hạn gửi tˆi liệu Ngˆy học Giờ học 10h00 thứ 2, 11/07 Thứ 4, 13/07 18h00-20h30 Kiến trœc mạng vˆ chồng giao thức mạng 4G LTE 12h00 thứ 4, 13/07 Thứ 7, 16/07 09h00-11h30 Đặc t’nh truyền s—ng k•nh v™ tuyến & 10h00 thứ 2, 18/07 Thứ 4, 20/07 18h00-20h30 Sơ đồ khối tổng qu‡t hệ thống TT v™ tuyến Băng tần hoạt động &s Kỹ thuật đa truy nhập v™ tuyến 12h00 thứ 4, 20/07 Thứ 7, 23/07 14h00-16h30 (phần 1) Kỹ thuật đa truy nhập v™ tuyến (phần 2) 10h00 thứ 2, 25/07 Thứ 4, 27/07 18h00-20h30 Kỹ thuật đa ăng-ten MIMO (phần 1) 12h00 thứ 4, 27/07 Thứ 7, 30/07 09h00-11h30 Kỹ thuật đa ăng-ten MIMO (phần 2) 10h00 thứ 2, 01/08 Thứ 4, 03/08 18h00-20h30 Cấu trœc k•nh & số thủ tục 12h00 thứ 4, 03/08 Thứ 7, 06/08 09h00-11h30 Nguy•n tắc thiết kế v•ng phủ mạng 4G 10h00 thứ 2, 08/08 Thứ 4, 10/08 18h00-20h30 Nguy•n tắc định cỡ dung lượng mạng 4G 10 Thứ 7, 13/08 09h00-11h00 12h00 thứ 4, 10/08 Kiểm tra trắc nghiệm & Tổng kết Thứ 7, 13/08 11h00-11h30 Chœ ý: ngˆy 23/07 học buổi chiều từ 14h00 tới 16h30 Bˆi kiểm tra trắc nghiệm c— 25-30 c‰u hỏi (c) 2016 Truong Trung Kien (kientruong@utexas.edu) QUY ƯỚC KHI TRAO ĐỔI THïNG TIN Tự ngắt lời ging viãn hi bt k lc no ê Nu giảng vi•n kh™ng trả lời th“ cố gắng trả lời buổi học sau Y•u cầu giảng vi•n n—i chậm lại nhắc lại cần Phương thức li•n lạc theo thứ tự ưu ti•n từ cao xuống thấp ª  Email: kientt@ptit.edu.vn kientruong@utexas.edu Ø  Giảng vi•n kh™ng gửi email vˆo địa email Viettel (do bị chặn???) ª  Gửi tin nhắn (SMS): 097.139.8648/ 091.282.3344 ª  Điện thoại: 097.139.8648/ 091.282.3344 Nội dung trao đổi: kh™ng hạn chế c— thể tập trung vˆo ª  Nội dung c‡c bˆi giảng trước cần giải th’ch th•m lˆm r› ª  Tˆi liệu tham khảo cần lấy giœp (bˆi b‡o, s‡ch, …) Học liệu gửi cho hc viãn ngy trc mi bui hc ê Ở dạng file pdf c— watermark vˆ cho phŽp in độ ph‰n giải 150dpi ª  Tˆi liệu tham khảo dạng pdf (link để tải về) (c) 2016 Truong Trung Kien (kientruong@utexas.edu) S LC LCH S PHỗT TRIN MẠNG THïNG TIN DI ĐỘNG (c) 2016 Truong Trung Kien (kientruong@utexas.edu) SƠ LƯỢC NỘI DUNG & KIẾN THỨC CHêNH S lc ni dung ê Mng 1G: Nguyãn lý thit kế, FDMA ª  Mạng 2G: GSM vs IS95, TDMA vs CDMA, kiến trœc mạng 2G GSM ª  Mạng 3G: WCDMA vs cdma2000, kiến trœc mạng vˆ chồng giao thức mng 3G WCDMA ê Mng 4G (s lc): Mc tiãu thit k, yãu cu k thut ca ITU ê Mng 5G (sơ lược): Y•u cầu kỹ thuật vˆ c‡c loại dịch vụ ª  Lược đồ ph‡t triển từ 2G đến 4G Kiến thức ch’nh mˆ học vi•n cần nắm ª  Lịch sử vˆ xu hướng ph‡t triển từ 1G n 5G ê Mc tiãu thit k, cc k thut ch’nh, kiến trœc mạng vˆ ưu nhược điểm hệ mạng so với hệ trước ª  C‡c kỹ thuật đa truy nhập v™ tuyến: FDMA, TDMA, CDMA ª  Y•u cầu ITU c‡c mạng 4G ª  Một số số liệu cập nhật t“nh h“nh triển khai mạng 4G tr•n TG vˆ VN (c) 2016 Truong Trung Kien (kientruong@utexas.edu) THỜI KỲ SƠ KHAI CỦA MẠNG TTDĐ VHF (MHz) Đi•n thoại Ịdi độngĨ Trigild Gemini Gi‡ m‡y điện thoại: $2000-$4000 Gi‡ dịch vụ: $0,7-1,2/phœt UHF (MHz) JJ 152,48 157,74 QC 454,375 459,375 JL 152,51 157,77 QJ 454,40 459,40 YL 152,54 157,80 QD 454,425 459,425 JP 152,57 157,83 QA 454,45 459,45 YP 152,60 157,86 QE 454,475 459,475 YJ 152,63 157,89 QP 454,50 459,50 YK 152,66 157,92 QK 454,525 459,525 JS 152,69 157,95 QB 454,55 459,55 YS 152,72 157,98 QO 454,575 459,575 YR 152,75 158,01 QR 454,60 459,60 JK 152,78 158,04 QY 454,625 459,625 JR 152,81 158,07 QF 454,65 459,65 JW 152,84 158,10 Thế hệ Ị0GĨ Ð IMTS (Improved Mobile Telephone Service) [1] ª  Nối với mạng điện thoại cố định tuyến VHF (chỉ 11 kãnh) /UHF (ch 13 kãnh) ê Di ng hn ch vãng phc v ca trm ềgcể (20-30km) ê C™ng suất phảt thiết bị di động: 25Watts (trong GSM900: 2Watts) ª  Đến 2008, IMTS hoạt động v•ng nœi Pennsylvania, Mỹ (c) 2016 Truong Trung Kien (kientruong@utexas.edu) S PHỗT TRIN T MNG 1G N MNG 5G Nền tảng điện thoại di động Điện thoại di Nền tảng Di động Kết nối c‡c động cho di động băng rộng loại mạng người băng rộng tăng cường kh‡c 1G 2G 3G 4G 5G ~1980 ~1990 ~2000 ~2010 ~2020 Một hệ mạng xuất sau khoảng 10 năm Mục ti•u c‡c hệ mạng TTDĐ thay đổi theo thời gian ª  Tăng chất lượng dịch vụ ª  Mở rộng phạm vi ứng dụng (c) 2016 Truong Trung Kien (kientruong@utexas.edu) MẠNG 1G Ð GIỚI THIỆU CHUNG Số thu• bao 1G đến cuối năm 1997 [2] Mạng AMPS (Mỹ) Số thu• bao 69.612.000 NMT-450 (Ch‰u åu) 1.854.000 NMT-900 (Ch‰u åu) 2.627.000 TACS (VQ Anh) 16.107.000 C‡c mạng kh‡c 696.000 Tổng số 91.408.000 Mỗi quốc gia/khu vực triển khai mạng ri•ng theo chuẩn riãng ê Ch yu cc nc pht trin (Bc Mỹ, Ch‰u åu, Nhật Bản) ª  Chỉ cho phŽp gọi nội mạng Tạo tảng cho Òmạng th™ng tin di độngĨ Truyền dẫn v™ tuyến dựa tr•n t’n hiệu tương tự (analog signals) ª  Kh™ng cho phŽp m‹ ho‡ t’n hiu bo mt ê Nhiu ng kãnh d nh hưởng đến chất lượng thoại (c) 2016 Truong Trung Kien (kientruong@utexas.edu) MẠNG 1G Ð PHỔ TẦN ỊSẠCHĨ Phổ tần dˆnh ri•ng Mạng Băng tần đường xuống Băng tần đường l•n Số k•nh Độ rộng k•nh (kHz) 869Ð894MHz 824-849MHz 832 2580 30 10 NMT-450 (Ch‰u åu) 463-467,5MHz 453-457,5MHz 180 225 25 12,5 NMT-900 (Ch‰u åu) 935-960MHz 890-915MHz 1000 1999 25 12,5 TACS (VQ Anh) 935-960MHz 890-915MHz 1000 25 AMPS (Mỹ) Phổ tần sach dˆnh ri•ng cho mạng th™ng tin di động (TTDĐ) ª  Ở Mỹ qu‡ tr“nh xin FCC cấp phŽp diễn thập kỷ 1950-1960 ª  Mỗi quốc gia/khu vực sử dụng c‡c băng tần kh‡c Nhˆ mạng triển khai mạng lưới c‡c trạm gốc để cung cp dch v ê ng lãn v ng xung hoạt động c‡c băng tần kh‡c ª  Độ rng kãnh thng tin hp (ti a 30 kHz) ê Số lượng k•nh v™ tuyến nhỏ (tăng số k•nh bị trả gi‡ giảm độ rộng k•nh) (c) 2016 Truong Trung Kien (kientruong@utexas.edu) 10 S PHỗT TRIN T R5 TI R8 Rel-5 Rel-6 HSDPA Adaptive Modulation Flexible Coding Fast Scheduling (2ms) HARQ Iub Node B UTRAN HSUPA Flexible Coding Fast Power Scheduling HARQ UTRAN Iub RNC Node B Rel-7 UE RNC UE HSPA+ 64 QAM (DL) 16 QAM (UL) MIMO Operation (DL) Enhancements under the term “EnhancedPower Uplink” It is also worth(DL) not Less Overhead (DL) UTRAN Iub Node B RNC UE Rel-8 UTRAN HSPA+ 64 QAM + MIMO (DL) Dual Cell Operation Less Overhead (UL) Iub Node B LTE Enhanced Techniques Flexible Bandwidth Flexible Spectrum Options High Data Rates Very Fast Scheduling Improved Latency ’ RNC UE E-UTRAN eNB (c) 2016 Truong Trung Kien (kientruong@utexas.edu) 50 C IM CỗC PHIỂN BẢN LTE/LTE-ADV Mỗi phi•n bổ sung số kỹ thuật truyền dẫn ª  LTE: Rel-8, Rel-9 ª  LTE-Advanced: Rel-10, Rel-11, Rel-12 (c) 2016 Truong Trung Kien (kientruong@utexas.edu) 51 ĐỘNG LỰC THòC ĐẨY SỰ RA ĐỜI CỦA 4G Số thiết bị di động vˆ lưu lượng liệu tăng nhanh •C‡c nhˆ mạng gặp kh— khăn việc đ‡p ứng nhu cầu lưu lượng liệu cao • Cần giải ph‡p c™ng nghệ để tăng lợi nhuận • (c) 2016 Truong Trung Kien (kientruong@utexas.edu) 52 TH BAO DI ĐỘNG Ở VIỆT NAM (1-6/2015) ! Thu• bao 2G ang gim, thuã bao 3G ang tng ê Nhu cầu sử dụng dịch vụ liệu ngˆy cˆng cao ª  85% thu• bao 3G sử dụng dịch vụ OTT ª  93% thu• bao 3G truy nhập qua đ/thoại th™ng minh 79% người d•ng 3G chưa biết g“ dịch vụ 4G (c) 2016 Truong Trung Kien (kientruong@utexas.edu) 53 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA MẠNG 4G LTE Ưu điểm nhˆ mạng Nhược điểm kỹ thuật ª  Th™ng lượng mạng cao ª  Chi ph’ vận hˆnh thấp ª  Mạng gn nh ton IP ê S pht trin cc phiãn nhanh kh— lựa chọn đầu tư ª  Việc cấp thãm bng tn c th kh khn ê Thi lng sử dụng pin thấp hỗ trợ tốc độ liệu cao ª  Đơn giản ho‡ việc n‰ng cấp từ mạng 3G Nhược điểm kinh doanh Ưu điểm đối vi ngi dãng ê Kh a cc gi cc hợp lý ª  Độ trễ thấp ª  Kiến trœc Plug & Play ª  Tốc độ liệu nhanh ª  Їp ứng ứng dụng cải thiện ª  Chi ph’ đấu gi‡ băng tần cao ª  Chi ph’ đầu tư hạ tầng cao (do k’ch thước cell nhỏ) ª  Thiết bị đầu cuối c˜n đắt tiền ª  Trải nghiệm người d•ng cải thiện (c) 2016 Truong Trung Kien (kientruong@utexas.edu) 54 SỐ MẠNG LTE ĐÌ TRIỂN KHAI TRæN TG 600 550 503 479 500 400 373 300 267 200 147 100 46 16 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2-Jun-16 End of 2016 (Est.) Tổng số mạng LTE thương mại đ‹ triển khai t’nh đến thời điểm định [7] Từ 2011, c— gần 100 mạng LTE năm Mất 77 th‡ng để đạt mốc 500 mạng ª  Nhanh năm so với 3G WCDMA vˆ nhanh th‡ng so với HSPAs (c) 2016 Truong Trung Kien (kientruong@utexas.edu) 55 PHåN BỐ MẠNG LTE ĐÌ TRIỂN KHAI TRỉN TG 494 LTE networks commercially launched in 162 countries !  691 operator commitments in 185 countries (of which 494 networks are launched) !  88 LTE and LTE-Advanced networks commercially launched in the past year !  LTE1800 (band 1800 MHz) is commercially launched in 104 countries !  1.068 billion LTE subscriptions worldwide: Q4 2015 www.gsacom.com (Source of data: GSAÕs Evolution to LTE report: April 2016) > 45% of LTE networks use 1800 MHz (band 3) 226 LTE1800 networks launched in 104 countries 72 operators (c in 7) launched LTE TDD (TDLTE) in 43 countries 128 LTE-Advanced networks launched in 61 countries 55 operators launched VoLTE-based HD Voice in 34 countries GSA forecasts 550 commercially launched LTE networks by end 2016 Ph‰n bố c‡c mạng LTE tr•n giới [7] Countries with commercial LTE service Countries with LTE in progress network deployments or planned Countries with LTE trial systems (pre-commitment) (c) 2016 Truong Trung Kien (kientruong@utexas.edu) © Global mobile Suppliers Association é GSA 56 S PHỗT TRIN THUổ BAO LTE TI Q1/2016 S thuê bao (tính theo tri u) 1,292 tỷ Tổng số thu• bao LTE tr•n giới t’nh theo quý [7] Trong Q1/2016: 183,5 triệu thu• bao LTE ª  Gấp lần số thu• bao 3G/WCDMA-HSPA Từ Q2/2015: 647 triệu thu• bao LTE Ð tốc độ 100%/năm (c) 2016 Truong Trung Kien (kientruong@utexas.edu) 57 SỐ LOẠI THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI HỖ TRỢ 4G LTE 6000 5614 5104 5000 4416 4000 3000 2646 2000 1371 1000 666 63 269 Feb-11 Jan-12 Jan-13 Jan-14 Feb-15 Feb-16 Apr-16 Jun-16 Tổng số loại thiết bị đầu cuối hỗ trợ LTE t’nh đến thời điểm định [7] Số loại thiết bị đầu cuối tăng 72% so với T6/2015 (3253 loại) Số nhˆ cung cấp thiết bị đầu cuối tăng 49% so với th‡ng 6/2015 ª  Từ 305 nhˆ cung cấp T6/2015 tăng l•n 455 nhˆ cung cấp T6/2016 (c) 2016 Truong Trung Kien (kientruong@utexas.edu) 58 PHåN LOẠI THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI 4G LTE Băng tần FDD 212 63 276 936 500 3580 Modules 27 Số loại thiết bị h™ trợ 1800 MHz band 3.227 Tablets 2600 MHz band 2.993 Notebooks 2100 MHz band 2.613 Smart Watch 800 MHz band 20 1.809 PC cards 800/1800/2600 tri-band 1.710 Projector AWS band 1.365 Femtocell 850MHz band 1.334 Smartphones 900 MHz band 1.253 Routers/Hotspots 1900 MHz band 1.159 Dongles 700 MHz band 17 1.123 Camera 700 MHz band 13 607 APT700 band 28 372 700 MHz band 12 281 1900 MHz band 25 271 Đi•n thoại th™ng minh chiếm tỷ lệ lớn (63,8%) [7] M‡y t’nh bảng ngˆy cˆng nhiều (500 loại) Phần lớn đầu cuối hỗ trợ FDD (61,9%) (c) 2016 Truong Trung Kien (kientruong@utexas.edu) 59 TỶ LỆ THUæ BAO DI ĐỘNG THEO CïNG NGHỆ 312 153 Đơn vị: triệu 1290 LTE (17,3%) HSPA (30%) GSM (46,54%) 3500 2200 CDMA (4,2%) TD-SCDMA (2%) Tỷ lệ thu• bao di động theo c™ng nghệ vˆo T3/2016 [8] T3/2016: giới c— 7,4 tỷ thu• bao di động (c) 2016 Truong Trung Kien (kientruong@utexas.edu) 60 S thuê bao LTE (tớnh theo t ) D BỗO THUổ BAO 4G LTE ĐẾN 2020 Dự b‡o số thu• bao 4G LTE đến 2020 [7] Dự b‡o đến 2020, c— 3,8 tỷ thuã bao 4G LTE ê Chim 45% s 8,5 tỷ thu• bao di động (vˆo năm 2020 Ð dự bo) (c) 2016 Truong Trung Kien (kientruong@utexas.edu) 61 D BỗO SỐ TH BAO DI ĐỘNG ĐẾN 2020 Số thu• bao (đơn vị: tỷ) 1.6 2.1 2.6 3.1 3.8 LTE 2.4 HSPA 2.7 GSM 3.3 3.4 3.2 2.7 2.2 1.7 1.1 2016 2017 2018 2019 2020 Dự b‡o số thu• bao di động theo c™ng nghệ đến 2020 [8] Dự b‡o số thu• bao di động GSM, HSPA, LTE đến 2020 ê Khng tnh cc thuã bao dch v M2M (machine-to-machine) (c) 2016 Truong Trung Kien (kientruong@utexas.edu) 62 DANH MỤC TËI LIỆU THAM KHẢO (c) 2016 Truong Trung Kien (kientruong@utexas.edu) 63 Tˆi liệu tham khảo 1.  IMTS Improved Mobile Telephone Service ( https://en.wikipedia.org/wiki/Improved_Mobile_Telephone_Service) 2.  Anton A Hurrdeman, ÒThe worldwide history of telecommunications,Ó Wiley-IEEE Press, 660 pages, 2003 3.  Martin Sauter, ÒFrom GSM to LTE-Advanced: An introduction to mobile networks and mobile broadband,Ó John Wiley & Sons, 450 pages, 2014 4.  ITU-R Recommendation M.1034-1, ÒRequirements for the radio interface(s) for International Mobile Telecommunications-2000 (IMT-2000),Ĩ 1997 5.  ITU-R Recommendation M.1457-1, ỊDetailed specifications of the radio interfaces of International Mobile Telecommunications-2000 (IMT-2000),Ó 2001 6.  ITU-R Report M.2134, ÒRequirements related to technical performance for IMT-Advanced radio interface(s),Ó 2008 7.  The Global Mobile Supplier Association (gsacom.com) 8.  5G Americas (http://www.5gamericas.org/) (c) 2016 Truong Trung Kien (kientruong@utexas.edu) 64