(Tiểu luận) 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 .2 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 .8 1.1.1 Hệ thống thông tin di động thứ (1G) .8 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 TỒN CẦU 50 4.1 Tình hình triển khai mạng 4G LTE toàn cầu 50 4.2 Tình hình triển khai mạng 5G độc lập toàn cầu .52 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO .57 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt 3GPP 4G ACK BCCH BER BLER BW CDMA CPICH Tiếng Anh Tiếng Việt Third Generation Partnership Project Four Generation Cellular Tổ chức chuẩn hóa mạng di động Hệ thống thơng tin di động hệ thứ Báo nhận Acknowledgement Broadcast Control Channel 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 EPC E- Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng Downlink Dedicated Physical Control Channel Dedicated Physical Data Channel Dedicated Traffic Channel Đường xuống Kênh điều khiển vật lý dành riêng Kênh liệu vật lý dành riêng Kênh lưu lượng dành riêng Enhance NodeB NodeB cải tiến UTRAN FDD FDMA GSM HLR HO HSPA HSS IEEE ITU Evolved Packet Core Mạng lõi chuyển mạch gói cải tiến Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Mạng truy nhập vô tuyến cải tiến Frequency Division Duplex Song công phân chia theo tần số Frequency Division Multiple Access Global Sytem For Mobile Communications Home Location Register Đa truy nhập phân chia theo tần số Handover High Speed Packet Access Home Subscriber Server KPI LTE Institute of Electrical and Electronics Engineers Hệ thống truyền thơng di động tồn cầu Thanh ghi định vị thường trú Chuyển giao Truy nhập gói tốc độ cao Quản lý thuê bao Viện kỹ thuật Điện Điện tử MBMS International Telecommunications Union Hiệp hội viễn thông quốc tế MIMO Key Performance Indicator Chỉ số đánh giá chất lượng MME MSC OFDM OFDMA PCCH TDD Long Term Evolution Multimedia Broadcast/Multicast Service Phát triển dài hạn Broadcast đa truyền thông/dịch vụ multicast Multiple Input Multiple Ouput Nhiều đầu vào nhiều đầu Mobility Management Entity Thực thể quản lý di động Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Orthogonal Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao Paging Control Channel Time Division Duplex Kênh điều khiển tìm gọi 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 NĨI ĐẦU Hiện cơng 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 thơng 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 thông 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 hoá 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 toàn Châu lục Và sử dụng 80% nhà cung cấp mạng di động tồn cầu • CDMA2000 – tần số 450 MHZ tảng di động tương tự GSM nói lại dựa CDMA cung cấp 60 nhà mạng GSM tồn giới • IS-95 hay gọi cdmaOne, (nền tảng CDMA) sử dụng rộng rãi Hoa Kỳ số nước Châu Á chiếm gần 17% mạng toàn 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 cịn 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 thông 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, )