Báo cáo môn học môn thông tin di động đề tài lý thuyết tối ưu mô hình mạng di động 4g lte

Đại học Mở Hà Nội KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO MÔN HỌC MÔN THÔNG TIN DI ĐỘNG ĐỀ TÀI: LÝ THUYẾT TỐI ƯU MƠ HÌNH MẠNG DI ĐỘNG 4G LTE Khố 2019 - 2023 / Hệ Chính quy Giáo viên hướng dẫn: TS Lớp: K22-D Sinh viên tham gia: Mai Thanh Thư Hà Nội 2022 MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 4G LTE 1.1 Qúa trình phát triển hệ thống thông tin di động 1.1.1 Hệ thống thông tin di động thứ (1G) 1.1.2 Hệ thống thông tin di động thứ hai ( 2G) 1.1.3 Hệ thống thông tin di động thứ ba (3G) 1.1.4 Hệ thống thông tin di động thứ tư (4G) 11 1.1.5 Hệ thống thông tin di động thứ năm (5G) 11 1.2 Tổng quan mạng 4G LTE 12 1.2.1 Kiến trúc tổng quan 12 1.2.1.1 Thiết bị người dùng (UE) .13 1.2.1.2 Truy cập vô tuyến mặt đất E-UTRAN 13 1.2.1.3 Mạng lõi EPC .14 1.2.1.4 Miền dịch vụ 16 1.2.2 Các kênh sử dụng E-UTRAN 17 1.2.3 Các chế độ truy cập vô tuyến 19 1.2.4 Các kĩ thuật sử dụng 4G LTE 21 1.2.4.1 Kỹ thuật đa truy nhập đường xuống OFDMA 21 1.2.4.2 Kỹ thuật đa truy cập đường lên SC-FDMA 22 1.2.4.3 Kỹ thuật MIMO 23 CHƯƠNG 2: TỐI ƯU MẠNG 4G LTE 25 2.1 Sự cần thiết tối ưu 25 2.2 Quy trình vận hành, quản lý chất lượng mạng 26 2.3 Quy trình thực tối ưu mạng 27 2.3.1 Chuẩn bị 28 2.3.2 Thu thập liệu 29 2.3.3 Phân tích liệu 29 2.3.4 Tiến hành tối ưu 30 2.3.5 Kiểm tra 31 2.4 Các vấn đề tối ưu mạng 4G LTE 31 2.4.1 Các tham số quan trọng 31 2.4.1.1 Performance measurement KPI 31 2.4.1.2 Drive Test KPI 33 2.4.2 Các tham số điều chỉnh anten 38 ❖ Mechanical tilt (M tilt) 38 ❖ Azimuths 39 2.4.3 Chuyển giao 39 2.4.3.1 Chuyển giao mạng 4G LTE 39 2.4.3.2 Trình tự loại chuyển giao .40 2.4.3.3 Tối ưu chuyển giao 43 CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG 5G 45 3.1 Cơng nghệ 5G ? 45 3.2 Ưu điểm mạng 5G 45 3.3 Xu hướng dùng mạng 5G tương lai 47 3.4 Tình hình 5G Việt Nam 48 CHƯƠNG 4: SỰ PHÁT TRIỂN TỪ 4G LTE LÊN 5G TRÊN TOÀN CẦU 50 4.1 Tình hình triển khai mạng 4G LTE tồn cầu 50 4.2 Tình hình triển khai mạng 5G độc lập tồn cầu 52 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt 3GPP Tiếng Anh Tiếng Việt Tổ chức chuẩn hóa mạng di động 4G Third Generation Partnership Project Four Generation Cellular ACK Acknowledgement BCCH BER BLER BW CDMA CPICH Broadcast Control Channel Hệ thống thông tin di động hệ thứ Báo nhận Kênh điều khiển quảng bá Bit-Error Rate Tỷ lệ lỗi bit Block-Error Rate Tỷ lệ lỗi khối Band Width Băng thông Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung CQI Channel Quality Indicator Chỉ số chất lượng kênh CQT Call Quality Test Chỉ số chất lượng gọi CS Circuit Switched Chuyển mạch kênh DCCH DL DPCCH DPDCH DTCH eNodeB Dedicated Control Channel Downlink Dedicated Physical Control Channel Dedicated Physical Data Channel Dedicated Traffic Channel Enhance NodeB Kênh điều khiển dành riêng Đường xuống Kênh điều khiển vật lý dành riêng Kênh liệu vật lý dành riêng Kênh lưu lượng dành riêng NodeB cải tiến EPC EUTRAN Evolved Packet Core Mạng lõi chuyển mạch gói cải tiến Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Mạng truy nhập vô tuyến cải tiến FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access Global Sytem For Mobile Communications Home Location Register Đa truy nhập phân chia theo tần số GSM HLR HO Handover Hệ thống truyền thơng di động tồn cầu Thanh ghi định vị thường trú Chuyển giao HSPA High Speed Packet Access HSS Home Subscriber Server IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers ITU International Telecommunications Union Hiệp hội viễn thông quốc tế KPI Key Performance Indicator Chỉ số đánh giá chất lượng LTE Long Term Evolution Truy nhập gói tốc độ cao Quản lý thuê bao Viện kỹ thuật Điện Điện tử Phát triển dài hạn MBMS Multimedia Broadcast/Multicast Service MIMO Multiple Input Multiple Ouput Nhiều đầu vào nhiều đầu MME Mobility Management Entity Thực thể quản lý di động MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao Broadcast đa truyền thông/dịch vụ multicast PCCH Paging Control Channel Kênh điều khiển tìm gọi TDD Time Division Duplex Song công phân chia theo thời gian DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Qúa trình phát triển hệ thống thơng tin di động .7 Hình 1.2 Kiến trúc tổng quan mạng 4G LTE 13 Hình 1.3 Mạng truy cập mặt đất E-UTRAN 16 Hình 1.4 Mạng lõi EPC 17 Hình 1.5 Các kênh truyền tải mạng 4G LTE 20 Hình 1.6 Chế độ truy cập mạng 4G LTE .24 Hình 1.7 Kỹ thuật OFDMA 27 Hình 1.8 So sánh kỹ thuật OFDMA SC-FDMA 28 Hình 1.9 Kỹ thuật MIMO .30 Hình 2.1 Quy trình vận hành mạng 34 Hình 2.2 Quy trình thực quản lý chất lượng mạng 34 Hình 2.3 Quy trình thực tối ưu .36 Hình 2.4 Qúa trình kết nối RRC .41 Hình 2.5 Phân bố RSRP 47 Hình 2.6 Ví dụ nhiễu pilot theo cường độ RSRP 48 Hình 2.7 Phân bố RSRQ 49 Hình 2.8 Electronic tilt 52 Hình 2.9 Mechanical tilt 52 Hình 2.10 Qúa trình chuyển giao 56 Hình 2.11 Cường độ RSRP ảnh hưởng đến chuyển giao (logfile drive test)59 Hình 3.1 Cường độ RSRP trước tối ưu .61 Hình 3.2 PCI khu vực trước tối ưu 61 Hình 3.3 Dung lượng uplink lớp ứng dụng trước tối ưu 62 Hình 3.4 Tính tốn vùng phủ anten cơng cụ Tilt calculator .62 Hình 3.5 Phân bố RSRP sau tối ưu 63 Hình 3.6 Phân bố RSRQ sau tối ưu 63 Hình 3.7 Hiện tượng chéo cell .64 Hình 3.8 Tham số RSRQ sau tối ưu 64 Hình 3.9 Hiện tượng overshoot 65 Hình 3.10 Tính tốn vùng phủ cho trạm HTP047 65 Hình 3.11 Hiện tượng overshoot vùng phủ chồng lấn lên 66 Hình 3.12 Điều chỉnh Azimuth tilt để loại bỏ overshoot 66 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Băng tần hoạt động FDD TDD .25 Bảng 2.1 Thu thập liệu trước tối ưu 37 Bảng 2.2 Đánh giá tham số KPI theo giá trị đo 51 Bảng 3.1 Thông tin thu thập trước tối ưu 60 LỜI NÓI ĐẦU Hiện công nghệ thông tin di động giới phát triển lên hệ 4G,5G Trong nước, nhà khai thác hoàn thành hạ tầng đưa vào khai thác thương mại hệ thống mạng 4G LTE Các nhà khai thác mạng di động vừa phải đảm bảo đáp ứng dung lượng hệ thống, vừa nâng cao chất lượng dịch vụ tiện ích khác cho khách hàng Số lượng thuê bao ngày tăng, cấu trúc mạng ngày phức tạp, bên cạnh phát triển dịch vụ như: Video Streaming, Mobile Banking, Mobile TV, Multiplayer Games…sẽ vấn đề đáng quan tâm nhà khai thác Chính vậy, tối ưu mạng vấn đề cần thiết mang ý nghĩa đặc biệt quan trọng vấn đề đảm bảo chất lượng mạng Công tác đo kiểm tối ưu hệ thống cung cấp dịch vụ bước thiếu việc phát triển hệ thống thông tin di động Các nhà mạng giới đầu tư nhiều cho việc tối ưu mạng nâng cao chất lượng dịch vụ Vì em chọn đề tài theo hướng thực tế “Tối ưu hóa mạng di động 4G LTE” Đề tài tập trung làm rõ cấu trúc mạng di động 4G, vấn đề tối ưu mạng di động 4G LTE giới thiệu mạng 5G Nội dung đề tài gồm chương: Chương I: Tổng quan mạng di động 4G LTE Chương II: Tối ưu hóa mạng di động 4G LTE Chương III: Giới thiệu mạng 5G Chương IV: Sự phát triển từ mạng 4G LTE lên 5G toàn cầu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 4G LTE 1.1 Qúa trình phát triển hệ thống thơng tin di động Hình 1.1 Qúa trình phát triển hệ thống thơng tin di động 1.1.1 Hệ thống thông tin di động thứ (1G) Là mạng thông tin di động không dây giới Nó hệ thống giao tiếp thơng tin qua kết nối tín hiệu analog giới thiệu vào năm đầu thập niên 80 Mạng 1G sử dụng ăng-ten thu phát sóng gắn ngồi, kết nối theo tín hiệu analog tới trạm thu phát sóng nhận tín hiệu xử lý thoại thông qua module gắn máy di động Chính mà hệ máy di động giới có kích thước to cồng kềnh tích hợp lúc hai module thu tín phát tín hiệu Cơng nghệ sử dụng FDMA (Frequency Division Multiple Access) Mặc dù hệ mạng di động với tần số từ 150MHz mạng 1G phân nhiều chuẩn kết nối theo phân vùng riêng giới: NMT (Nordic Mobile Telephone) chuẩn dành cho nước Bắc Âu Nga; AMPS (Advanced Mobile Phone System) Hoa Kỳ; TACS (Total AccessCommunications System) Anh; JTACS Nhật; C-Netz Tây Đức; Radiocom 2000 Pháp; RTMI (Radio Telefono Mobile Integrato ) Ý Hầu hết hệ thống hệ thống tương tự dịch vụ truyền chủ yếu thoại Với hệ thống này, gọi bị nghe trộm bên thứ ba Những điểm yếu hệ 1G dung lượng thấp, xác suất rớt gọi cao, khả chuyển gọi không tin cậy, chất lượng âm kém, khơng có chế độ bảo mật…do hệ thống 1G đáp ứng nhu cầu sử dụng 1.1.2 Hệ thống thông tin di động thứ hai ( 2G) Là hệ kết nối thơng tin di động mang tính cải cách khác hồn tồn so với hệ Nó sử dụng tín hiệu kỹ thuật số thay cho tín hiệu analog hệ 1G áp dụng lần Phần Lan Radiolinja (hiện nhà cung cấp mạng tập đoàn Elisa Oyj) năm 1991 Mạng 2G mang tới cho người sử dụng di động lợi ích tiến suốt thời gian dài: mã hoá liệu theo dạng kỹ thuật số, phạm vi kết nối rộng 1G đặc biệt xuất tin nhắn dạng văn đơn giản – SMS Theo đó, tin hiệu thoại thu nhận đuợc mã hố thành tín hiệu kỹ thuật số nhiều dạng mã hiệu (codecs), cho phép nhiều gói mã thoại lưu chuyển băng thông, tiết kiệm thời gian chi phí Song song đó, tín hiệu kỹ thuật số truyền nhận hệ 2G tạo nguồn lượng sóng nhẹ sử dụng chip thu phát nhỏ hơn, tiết kiệm diện tích bên thiết bị Mạng 2G chia làm nhánh chính: TDMA (Time Division Multiple Access) CDMA (Code Division Multiple Access) nhiều dạng kết nối mạng tuỳ theo yêu cầu sử dụng từ thiết bị hạ tầng phân vùng quốc gia: • GSM (TDMA-based), khơi nguồn áp dụng Phần Lan sau trở thành chuẩn phổ biến tồn Châu lục Và sử dụng 80% nhà cung cấp mạng di động toàn cầu • CDMA2000 – tần số 450 MHZ tảng di động tương tự GSM nói lại dựa CDMA cung cấp 60 nhà mạng GSM toàn giới • IS-95 hay cịn gọi cdmaOne, (nền tảng CDMA) sử dụng rộng rãi Hoa Kỳ số nước Châu Á chiếm gần 17% mạng tồn cầu Tuy nhiên, tính đến thời điểm có khoảng 12 nhà mạng chuyển dịch dần từ chuẩn mạng sang GSM (tương tự HT Mobile Việt Nam vừa qua) tại: Mexico, Ấn Độ, Úc Hàn Quốc • PDC (nền tảng TDMA) Japan • iDEN (nền tảng TDMA) sử dụng Nextel Hoa Kỳ Telus Mobility Canada • IS-136 hay gọi D-AMPS, (nền tảng TDMA) chuẩn kết nối phổ biến tính đến thời điểm cung cấp hầu hết nước giới Hoa Kỳ 1.1.3 Hệ thống thơng tin di động thứ ba (3G) • • • • Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn IMT-2000 (International Mobile Telecommunication -2000) cho hệ thống 3G với ưu điểm mong đợi đem lại hệ thống 3G là: Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao Các dịch vụ tin nhắn (e-mail, fax, SMS, chat, ) Các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, xem truyền hình, nghe nhạc, ) Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu, ) eNodeB nguồn định chuyển giao cần thiết, xác định cell đích phù hợp yêu cầu truy cập đến eNodeB đích điều khiển cell đích eNodeB đích chấp nhận yêu cầu chuyển giao cung cấp cho eNodeB nguồn thông số đòi hỏi cho UE để truy cập đến cell đích để chuyển giao thực thi, thơng số bao gồm cell ID, tần số sóng mang tài nguyên định cho đường xuống đường lên - eNodeB nguồn gởi tin “mobility from E-UTRA” đến UE UE nhận tin, ngắt kết nối vô tuyến với eNodeB nguồn thiết lập kết nối với eNodeB đích Trong suốt thời gian đường truyền liệu bị ngắt Hệ thống WCDMA sử dụng chuyển giao mềm cho đường lên đường xuống Hệ thống HSPA sử dụng chuyển giao mềm cho đường lên không sử dụng cho đường xuống Ở hệ thống LTE, không sử dụng chuyển giao mềm, có chuyển giao cứng, hệ thống trở nên đơn giản Chuyển giao tần số (intra-frequency) thực cell eNodeB Chuyển giao khác tần số (intra-frequency) thực cell thuộc eNodeB khác Trong giai đoạn đầu triển khai mạng LTE, việc tồn lúc nhiều hệ thống mạng 3G, HSPA…trên khu vực địa lý phổ biến Thêm vào đó, mơ hình triển khai trạm phát cơng suất thấp để giảm tải phủ sóng khu vực khó triển khai trạm công suất lớn sử dụng rộng rãi Chính vậy, hình thức chuyển giao Inter - RAT xảy thường xuyên 2.4.3.3 Tối ưu chuyển giao Nhìn chung, hệ thống mạng di động nào, việc chuyển giao không thành công gây lãng phí tài nguyên mạng lưới (để xử lý thông tin báo hiệu, chuẩn bị tài nguyên cho việc chuyển giao…) tệ gây lỗi kết nối, ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ người dùng Ngồi ra, có trường hợp chuyển giao thành công gây hậu tương tự hệ thống người dùng chuyển giao khơng cần thiết phải thực (hiệu ứng Ping Pong - UE liên tục bị chuyển giao cell dù khơng di chuyển) Vì vậy, tối ưu chuyển giao quan mạng đa tế bào Cụ thể, tối ưu chuyển giao điều chỉnh thông số chuyển giao cho phù hợp, nhằm hạn chế tình trạng chuyển giao sớm muộn, chuyển giao không cell, chuyển giao ping pong cải thiện chất lượng hệ thống Trong hệ thống trước, mạng lõi quản lý RNC, RNC quản lý trạm BS BS lại quản lý UE Vì UE chuyển qua vùng RNC khác phục vụ, mạng lõi biết đến RNC phục vụ UE, chuyển giao điều khiển RNC Nhưng EUTRAN, mạng lõi thấy chuyển giao Ở WCDMA, dùng CPICH RSCP để định chuyển giao LTE ta dùng RSRP Thuật tốn chuyển giao dựa giá trị RSRP RSRQ, chuyển giao thiết lập thông số từ cell ảnh hưởng cao cell phục vụ Trong RSRP độ mạnh tín hiệu, RSRQ bổ sung mức can nhiễu bao gồm RSSI Vì RSRQ cho phép kết hợp cường độ tín hiệu với can nhiễu để báo cáo cách hiệu UE thực đo lường RSRP (Reference Signal Receive Power) RSRQ (Reference Signal Receive Quality) dựa tín hiệu RS (Reference Signal) nhận từ cell phục vụ từ cell ảnh hưởng mạnh Hình 2.11 C ườ ng đ ộRSRP nh ả h ưở ng đếến chuyển giao (logfle drive test) Hình ví dụ kiện chuyển giao xác định công cụ drive test Trong đó: UE_RSRP cường độ RSRP cell phục vụ, Nbr_RSRP cường độ RSRP cell lân cận, Num_Nbrs số cell lân cận có ảnh hưởng đến cell phục vụ, HO_Fail kiện chuyển giao thất bại, HO_OK kiện chuyển giao thành công Tại thời điểm 16:48, cường độ RSRP cell lân cận tăng dần, RSRP cell phục vụ giảm dần, đến RSRP cell lận cận vượt ngưỡng UE thực chuyển giao thành công Đến thời điểm 16:50, cường độ RSRP cell liên tục dao động gần kéo dài, UE thực chuyển giao không thành công Tiếp theo sau chuỗi tượng ping-pong, chuyển giao qua lại liên tục cell Từ RSRP kết hợp với thơng số khác RSRQ, SINR, xác định nguyên nhân từ vùng phủ biên cell Từ kết ta tiến hành điều chỉnh lại vùng phủ chồng lấn cell để giảm thiểu ảnh hưởng đến chất lượng chuyển giao CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG 5G 3.1 Cơng nghệ 5G ? 5G viết tắt 5th Generation, hay gọi hệ thứ mạng di động với nhiều cải tiến so với 4G 5G thiết kế để tăng tốc độ khả phản hồi nhanh chóng mạng không dây 5G đời để kế thừa 4G, nhờ mà tốc độ tải xuống nhanh hơn, truyền phát liệu mượt mà nhiều 5G khơng tốc độ mà mở ứng dụng hoàn gây cách mạng lớn năm 3.2 Ưu điểm mạng 5G Sự xuất mạng 5G hứa hẹn mang lại nhiều tiện ích ứng dụng rộng rãi tương lai Sau nêu ưu điểm bật 5G so với 4G Mạng 5G Tốc độ - Theo lý thuyết tốc độ 5G đạt đến 10 Gbp/s (gigabit giây) chí cao hơn, vùng rìa phủ sóng, tốc độ đạt từ đến vài trăm Mbp/s - Với tốc độ này, người dùng tải phim dài chưa 10 giây Độ trễ - Độ trễ (ping) xuống tới 10 ms, chí khơng điều kiện hoàn hảo - Độ trễ thấp giúp bạn chơi game đồ họa có phản Mạng 4G - Theo lý thuyết, tốc độ đạt – 1.5 Gbp/s - Nếu tải phim khoảng - phút - Độ trễ (ping) khoảng 30 ms cao điều kiện không tốt - Với điều kiện mạng không tốt, bạn cảm nhận độ trễ rõ rệt hồi lập tức, bạn cảm thấy độ trễ thấp nhiều so với 4G chơi game hay lướt web Kết nối gấp 10-100 lần số lượng thiết bị kết nối lúc như: - Điện thoại thông minh - Máy móc hạng nặng Hỗ trợ kết nối thiết bị - Mạng cảm biến sử dụng tịa nhà, thành phố, nơng trại,… - Hệ thống giao thông, sở hạ tầng => Kết nối thiết bị cá nhân người dùng thiết bị máy móc với Giảm thiểu tuyệt đối tình trạng gián đoạn thiết bị Khả truyền tín hiệu Để khơng bị nhiễu sóng, phần mềm ăngten truyền tín hiệu tập trung tới thiết bị - Quá nhiều thiết bị cố gắng sử dụng mạng nơi gây tắc nghẽn - Cơ sở hạ tầng mạng khơng thể đối phó với số lượng lớn thiết bị, dẫn đến tốc độ liệu chậm thời gian trễ để tải xuống lâu => Khó kiểm sốt tình trạng gián đoạn, chuyển mạng thiết bị Gây hao phí tài nguyên truyền tín hiệu phân tán xung quanh, kể khơng có thiết bị kết nối * Những trở ngại mạng 5G: Mạng 5G phải sử dụng sóng siêu âm với tần số cao chúng khơng thể xuyên qua tường, mái nhà Trong khi, bước sóng mạng 4G lại có khả vượt qua chướng ngại vật tốt mạng 5G Do đó, vấn đề giải tình trạng cho mạng 5G xuất độ phủ ăng-ten thu sóng 5G kẻ thủ thời lượng pin, thiết bị chạy mạng 5G có tốc độ hao pin nhanh sử dụng 4G Điều sớm khắc phục nhờ vào cải tiến đến từ nhà làm chip di động Phát triển sở hạ tầng cần chi phí cao Các thiết bị cũ khơng hỗ trợ 5G cần thay để sử dụng mạng 5G 3.3 Xu hướng dùng mạng 5G tương lai Với xu hướng thời đại công nghệ việc phủ sóng mạng 5G cịn điều tất yếu Với mạng 5G phục vụ tốt nhu cầu từ người dùng, nâng cao chất lượng sống mang nét đại, chuẩn mực Với 5G truyền phát video 8K vô đơn giản, tải xuống liệu lớn nháy mắt có độ trễ thấp 5G chìa khóa để biến xe tự lái trở nên phổ biến Để chúng hoạt động hiệu nhất, chúng cần có khả nhanh chóng gửi nhận liệu đến từ xe khác, hệ thống đường dẫn Những điều đòi hỏi tốc độ mạng nhanh, độ trễ thấp, nhiều băng thông độ tin cậy cao Một điều mà tốc độ băng thơng 5G thực giúp ích Internet of Things (IoT) Tất thiết bị, từ điều hịa thơng minh đến đèn thơng minh xuất nhà, 5G cung cấp khả cần thiết để kết nối thứ dễ dàng 3.4 Tình hình 5G Việt Nam Trong năm 2020, Việt Nam trở thành nước thứ giới làm chủ thiết bị 5G Mặc dù có xuất phát thấp, có nhiều người nước ngồi nước khơng tin Việt Nam làm Hiện tại, doanh nghiệp lớn nước Viettel Vingroup dự đạo Bộ Thông tin Truyền thông thống hợp tác phát triển 5G theo chuẩn mở Open RAN Vingroup tập trung làm phần vô tuyến - phần cứng, Viettel tập trung làm phần xử lý tín hiệu - phần mềm tích hợp thành sản phẩm thương mại Việt Nam có nhà mạng lớn gồm có Viettel, MobiFone VNPT thử nghiệm thành công 5G thành phố lớn TP Hồ Chí Minh, TP Hà Nội, ghi nhận tốc độ đạt mốc từ 600 Mbps đến 1.5 Gbps, tương đương với gói Internet cáp quang cao cấp Như vậy, nhà mạng lớn Việt Nam thức cơng bố việc thử nghiệm thương mại 5G thành công sẵn sàng cung cấp cho người dùng tương lai gần CHƯƠNG 4: SỰ PHÁT TRIỂN TỪ 4G LTE LÊN 5G TRÊN TỒN CẦU 4G LTE xem cơng nghệ thành cơng tồn cầu với 6,6 tỷ thuê bao, chiếm gần 2/3 tổng số thuê bao di động toàn giới 4G LTE Dự án đối tác hệ thứ ba (Third Generation Partnership Project - 3GPP) – tổ chức chuẩn hóa công nghệ mạng thông tin di động tế bào xác định tiêu chuẩn toàn cầu sử dụng cho phổ ghép đôi theo phương thức song công phân chia theo tần số (phương thức FDD) phổ không ghép đôi theo phương thức truyền dẫn song công phân chia theo thời gian (phương thức TDD) 4G LTE phát triển thông qua phát hành (Release) khác 3GPP LTE Advanced LTE-Advanced Pro nhằm cải thiện đáng kể khả mạng 4G LTE Từ Release 15 trở đi, thông số kỹ thuật 5G thiết lập, thường gọi Pha I công nghệ 5G chủ yếu tập trung vào thông số kỹ thuật cho mạng 5G không độc lập (5G NSA: 5G Non-Standalone), tức dựa tảng sở hạ tầng mạng 4G có sau chuyển sang mạng 5G khơng phụ thuộc vào sở hạ tầng mạng 4G có hay cịn gọi mạng 5G độc lập (5G SA: 5G Standalone) 4.1 Tình hình triển khai mạng 4G LTE toàn cầu So với mạng 3G, 4G LTE mang lại bước tiến lớn trải nghiệm người dùng, nâng cấp ứng dụng theo u cầu truyền hình tương tác, Vlog, trị chơi cao cấp dịch vụ chuyên nghiệp Hiện nay, 4G LTE tiếp cận hầu hết quốc gia / vùng lãnh thổ giới Đến tháng 12 năm 2021, GSA xác định có 791 nhà mạng khai thác mạng 4G LTE công cộng để cung cấp di động / dịch vụ băng rộng vô tuyến cố định 242 quốc gia / vùng lãnh thổ toàn giới Bên cạnh đó, GSA xác định 100 cơng ty khác tham gia vào việc thử nghiệm đầu tư vào mạng 4G LTE, năm 2020 năm 2021, phát triển số lượng công ty vận hành mạng 4G LTE bị chậm lại Truy cập băng rộng vô tuyến cố định dựa 4G LTE triển khai rộng rãi nhiều quốc gia toàn giới Theo GSA, tính đến cuối tháng 12 năm 2021 xác định 431 nhà khai thác 169 quốc gia / vùng lãnh thổ cung cấp dịch vụ truy cập vô tuyến cố định (FWA) dựa 4G LTE Số nhà khai thác di động triển khai mạng 4G LTE hàng năm giai đoạn 20092021 (Nguồn: GSA) Hiện có quốc gia / vùng lãnh thổ giới khơng có mạng 4G LTE Hầu hết vùng khơng có kết nối 4G LTE cịn lại giới khu vực hải đảo quốc gia / vùng lãnh thổ Châu Phi Cộng hòa Trung Phi, Djibouti Eritrea; đặc biệt Bắc Triều Tiên quốc gia chưa triển khai mạng 4G LTE Tình trạng triển khai dịch vụ thoại qua LTE (VoLTE) toàn cầu Theo số liệu GSA, đến cuối tháng 12 năm 2021 xác định 282 nhà khai thác đầu tư vào VoLTE 128 quốc gia / vùng lãnh thổ giới, bao gồm 227 nhà khai thác mắt dịch vụ thoại VoLTE 109 quốc gia / vùng lãnh thổ Báo cáo cho thấy, có 21 nhà khai thác khác triển khai VoLTE để chuẩn bị mắt 26 nhà khai thác lên kế hoạch triển khai VoLTE Số nhà khai thác lại cho q trình tiến hành thử nghiệm cơng nghệ Tình trạng triển khai mạng LTE-Advanced tồn cầu Đầu tư vào mạng LTE-Advanced tiếp tục phát triển Đến cuối tháng 12 năm 2021, có 336 mạng LTE-Advanced triển khai 150 quốc gia / vùng lãnh thổ tồn giới Ngồi ra, có 12 nhà khai thác triển khai mạng LTE-Advanced 12 quốc gia / vùng lãnh thổ, số quốc gia / vùng lãnh thổ chưa triển khai mạng LTE-Advanced Nhìn chung, tồn giới có 369 nhà khai thác đầu tư vào LTE-Advanced thông qua thử nghiệm, triển khai cung cấp dịch vụ thương mại 159 quốc gia / vùng lãnh thổ Việc nâng cấp từ LTE-Advanced lên LTE-Advanced Pro nhiều nhà khai thác giới quan tâm cách bổ sung thêm tính 3GPP Release 13 Release 14 kỹ thuật tổng hợp sóng mang (carrier aggregation), kỹ thuật sử dụng số lượng lớn ăng ten MIMO (massive MIMO) GSA xác định 220 nhà khai thác đầu tư vào nhiều công nghệ LTE-Advanced Pro Số liệu GSA cho thấy, 48 nhà khai thác hỗ trợ tốc độ đỉnh tải xuống theo lý thuyết lên tới 750 Mbps (Cat-16), có 37 nhà khai thác công bố tốc độ đỉnh tải xuống lên tới 998 Mbps (tốc độ Gigabit) Trong số 37 nhà khai thác công bố tốc độ đỉnh tải xuống Gigabit có 13 nhà khai thác đạt tốc độ đỉnh tải xuống lên tới 1,2 Gbps (Cat-18); nhà khai thác đạt tốc độ đỉnh tải xuống từ 1,2 Gbps đến 1,6 Gbps (Cat-19) 01 nhà khai thác đạt tốc độ đỉnh tải xuống 1,7 Gbps (Cat-20) Tình trạng triển khai mạng 5G tồn cầu Số liệu GSA tính đến cuối tháng 12 năm 2021 cho thấy, tồn giới có 487 nhà khai thác 145 quốc gia / lãnh thổ đầu tư vào 5G, thông qua thử nghiệm, mua lại giấy phép hay lên kế hoạch triển khai thực tế mạng 5G Trong có 200 nhà khai thác 78 quốc gia / vùng lãnh thổ công bố triển khai dịch vụ di động 5G tuân thủ với tiêu chuẩn 3GPP GSA xác định 187 nhà khai thác cung cấp dịch vụ di động 5G thương mại 83 nhà khai thác cung cấp dịch vụ truy cập vô tuyến cố định 5G (5G FWA: 5G Fixed Wireless Access) 4.2 Tình hình triển khai mạng 5G độc lập toàn cầu Một bước phát triển thị trường 5G mắt mạng 5G với kiến trúc độc lập (5G SA: 5G Stand-Alone) Nhiều nhà khai thác di động giới thử nghiệm mạng 5G SA vài năm qua, thời gian gần đây, dịch vụ dựa mạng 5G SA mắt công chúng GSA xác định 99 nhà khai thác 50 quốc gia / vùng lãnh thổ đầu tư vào mạng 5G SA độc lập, 20 nhà khai thác 16 quốc gia / vùng lãnh thổ triển khai thương mại Ngoài ra, GSA xác định 27 nhà khai thác 14 quốc gia /vùng lãnh thổ giai đoạn triển khai 5G SA nhiều hợp đồng triển khai hệ thống mạng lõi 5G nhiều quốc gia công bố Phổ tần số cho việc triển khai 4G LTE 5G toàn cầu Nhu cầu phổ tần số nhà khai thác di động triển khai công nghệ ngày cao Các công nghệ 4G LTE, LTE-Advanced LTE-Advanced Pro sử dụng phổ tần số băng tần cấp phép 450 MHz đến gần GHz Trong đó, mạng 5G sử dụng tất băng tần dùng cho 4G LTE cộng với băng tần sóng milimet (mmWave) Cho đến nay, phổ tần số GHz phủ nước cấp phép nhà mạng triển khai rộng rãi tồn giới, băng tần C (3,3 – 4,2 GHz) sử dụng rộng rãi Tuy nhiên, ngày có nhiều quan quản lý phổ tần nước xem xét cấp phép phổ tần số băng tần mmWave để giúp cho nhà mạng di động tăng dung lượng khu vực có mật độ người dùng lớn Các đấu giá phổ tần số diễn gần giới nhằm mục đích phân bổ phổ tần cho nhà khai thác để triển khai dịch vụ 4G LTE 5G tương lai Các phổ tần số ấn định cho 4G LTE 5G nguyên tắc trung lập công nghệ Băng tần 700 MHz (băng n28) Sau băng tần 2,6 GHz, băng tần FDD cấp phép rộng rãi băng tần 700 MHz, với 212 nhà khai thác đầu tư vào mạng 4G LTE băng tần quan trọng, đó: • 115 nhà khai thác xác định đầu tư phổ tần APT 700 MHz (băng tần n28: 703–748 MHz / 758–803 MHz FDD), có 113 giấy phép cấp để sử dụng phổ tần băng tần này, (bao gồm giấy phép dựa nguyên tắc trung lập công nghệ) 59 nhà khai thác xác định triển khai dịch vụ 4G LTE thương mại băng tần • GSA xác định 98 nhà khai thác đầu tư vào 4G LTE đoạn băng tần băng tần 700 MHz theo quy hoạch Mỹ (băng n12, n13, n14 n17: 699 - 798 MHz) Trong số đó, 76 nhà khai thác sử dụng đoạn băng tần để triển khai mạng 4G LTE họ Ngoài việc sử dụng cho 4G LTE, phổ tần băng tần 700 MHz nhiều nhà khai thác quan tâm để sử dụng cho 5G Với 71 nhà khai thác gần cấp phép sử dụng băng tần 700 MHz cho 5G, 20 nhà khai thác mắt dịch vụ 5G 10 nhà khai thác triển khai Hiện có nhiều nhà khai thác nắm giữ phổ tần băng tần 700 MHz nguyên tắc trung lập công nghệ sử dụng cho mạng 4G LTE, chúng quy hoạch lại tương lai Theo nhận định GSA, thời gian tới nhiều quốc gia giới tiến hành cấp phép băng tần 700 MHz cho nhà mạng, băng tần Liên minh Châu Âu xác định băng tần ưu tiên cho 5G Băng tần 800 MHz (băng n20) 850 MHz (băng n5) Phổ tần số băng tần 800 MHz 900 MHz phân bổ băng tần để sử dụng cho mạng 4G LTE, theo phương thức FDD Trong khoảng tần số này, băng 800 MHz (832–862 MHz / 791–821 MHz) băng tần sử dụng nhiều nhất, với 228 nhà khai thác đầu tư vào 4G LTE, 202 nhà khai thác triển khai mạng Ngoài ra, GSA xác định 68 nhà khai thác đầu tư vào 4G LTE băng tần n5 (824–849 MHz / 869–894 MHz) 4G LTE băng n18 (815–830 MHz / 860– 875 MHz) FDD băng n19 (830–845 MHz / 875–890 MHz) FDD; có 33 nhà khai thác triển khai mạng Cho đến nay, băng n3, băng n5, băng n18, băng n19 băng n20 chưa sử dụng rộng rãi cho 5G quốc gia giới Chỉ có 02 nhà khai thác triển khai 5G băng n5 Puerto Rico Hoa Kỳ; 01 nhà khai thác triển khai 5G băng n5 Úc 01 nhà khai thác khác thử nghiệm 5G băng n5 Hồng Kơng Ngồi ra, có 01 nhà khai thác tiến hành thử nghiệm 5G băng tần n20 Ả Rập Xê Út Băng tần 1800 MHz (băng n3) Việc triển khai mạng LTE theo phương thức FDD băng tần 1800 MHz (băng n3) phổ biến khu vực Châu Âu, Châu Á - Thái Bình Dương (APAC), Trung Đơng Châu Phi (MEA) khu vực Nam Mỹ Trên thực tế, việc sử dụng băng tần 1800 MHz gần phổ biến quốc gia khu vực Châu Âu Châu Á Theo GSA, tồn giới có 422 cơng ty 163 quốc gia / vùng lãnh thổ cấp giấy phép triển khai 4G LTE băng tần 1800 MHz Ít 384 nhà khai thác (khoảng 48,5% tổng số nhà khai thác mạng 4G LTE triển khai dịch vụ) 158 quốc gia / vùng lãnh thổ triển khai dịch vụ 4G LTE cách sử dụng phổ tần số băng tần 1800 MHz Việc triển khai dịch vụ 5G băng tần 1800 MHz nhà khai thác di động giới bắt đầu thực hiện, theo GSA xác định nhà khai thác di động triển khai; nhà khai thác triển khai 11 nhà khai thác khác tiến hành thử nghiệm, lên kế hoạch cấp giấy phép băng tần Băng tần 2,6 GHz (băng n7) Băng tần 2,6 GHz FDD (băng n7) quốc gia giới cấp phép nhà khai thác di động triển khai rộng rãi Số liệu GSA xác định 239 công ty 95 quốc gia / vùng lãnh thổ cấp phép để triển khai LTE băng tần n7 (ngoại trừ công ty sở hữu giấy phép trung lập công nghệ sử dụng phổ tần cho mạng 2G 3G), số có 194 mạng thương mại triển khai 88 quốc gia / vùng lãnh thổ Trong việc sử dụng băng tần cho 5G hạn chế Số liệu cho thấy, có 01 nhà khai thác cung cấp dịch vụ 5G băng tần 09 nhà khai thác khác gần nhận giấy phép băng tần 2,6 GHz FDD nguyên tắc trung lập cơng nghệ Bên cạnh đó, GSA xác định 600 nhà khai thác nắm giữ giấy phép phổ tần GHz để triển khai dịch vụ 4G LTE 5G dựa phương thức TDD Băng tần mmWave dựa phương thức TDD gồm băng tần n257 (26,5 – 29,5 GHz), n258 (24,25 – 27,5 GHz), n260 (37 – 40 GHz) n261 (27,5 – 28,35 GHz) băng tần phổ biến sử dụng cho thử nghiệm triển khai mạng 5G giới Phổ tần số băng tần n262 (47,2 – 48,2 GHz) Hoa Kỳ phát hành dựa nguyên tắc trung lập công nghệ, nhiên nhà mạng cân nhắc để sử dụng cho việc triển khai 5G Số liệu GSA cho thấy, có 140 nhà khai thác 25 quốc gia / vùng lãnh thổ nhận giấy phép để triển khai mạng 5G sử dụng phổ tần số băng tần mmWave, cụ thể băng tần từ 24,25 - 48,2 GHz, có 28 nhà khai thác 16 quốc gia / vùng lãnh thổ triển khai mạng 5G băng tần mmWave 1.257 thiết bị 5G công bố toàn giới Theo GSA, đến cuối tháng 12 năm 2021, số lượng thiết bị 5G công bố toàn giới tăng lên gần 125% so với thời điểm cuối năm 2020 (559 thiết bị), đạt tổng số 1.257 thiết bị Trong đó, 857 thiết bị có sẵn thị trường, chiếm 68,2% tổng số thiết bị 5G công bố tăng 155% so với thời điểm cuối năm 2020 (335 thiết bị) Số thiết bị 5G cơng bố theo chủng loại tính đến tháng 12/2021 (Nguồn: GSA) Trong số 1.257 thiết bị 5G cơng bố điện thoại tích hợp 5G chiếm ưu với 48,8% (614 thiết bị), tăng 120% so với thời điểm cuối năm 2020 (278 thiết bị); thiết bị đầu cuối khách hàng sử dụng công nghệ truy cập vô tuyến cố định chiếm vị trí thứ với 16,7% (210 thiết bị); module định tuyến công nghiệp chiếm vị trí thứ thứ với 13,8% (174 thiết bị) 6,4% (81 thiết bị) Số thiết bị tích hợp 5G cịn lại bao gồm hotspot, máy tính xách tay, máy tính bảng, modem USB Thiết bị hỗ trợ mạng 5G độc lập băng tần GHz tăng lên đáng kể với 676 thiết bị cơng bố, có 468 thiết bị có sẵn thị trường Với tốc độ thương mại hóa thiết bị hỗ trợ 5G nhanh chóng nay, GSA kỳ vọng số thiết bị hỗ trợ 5G có mặt thị trường đạt mốc 1.000 thiết bị vào cuối quý năm 2022 KẾT LUẬN Tối ưu hoá mảng đề tài rộng cần thiết cho mạng viễn thơng nói chung mạng thơng tin di động nói riêng Cơng việc tối ưu hố quan trọng phức tạp địi hỏi người thực phải nắm vững hệ thống, cần phải có kinh nghiệm thực tế trợ giúp nhiều phương tiện giám sát kiểm tra từ đưa giải pháp thực tối ưu hoá Trong thời đại mạng di động phát triển nhanh chóng ngày nay, cơng tác tối ưu mạng thực tốt giúp nhà mạng có dịch vụ chất lượng tối ưu cho người sử dụng Đề tài “Tối ưu hóa mạng di động 4G LTE” trình bày tổng quan mạng di động 4G LTE, vấn đề kỹ thuật liên quan đến tối ưu tình hình phát triển mạng 4G Việt Nam, đồng thời tìm hiểu mạng đại mạng 5G TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Xincheng Zhang, “ LTE Optimization Engineering Handbook ”, 2018, China Mobile Group Design Institute Co., Ltd Beijing, China [2] Lorena Serna, Tomas Novosad, Jyri Lamminmäki, “ LTE Optimization Guidelines ”, 2010, Nokia Siemens Networks [3] Darlington Maposa, “ Evolving 4G KPIs to improve end user QoE for 4G LTE broadband systems ”, 2016, Midlands State University, Zimbabwe