Nghiên ứu công nghệ 4g lte và triển khai ứng dụng thực tế tại công ty mobifone việt nam

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN SAU ĐẠI HỌC &VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG  TRẦN NGỌC TRUNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ 4G-LTE VÀ TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG THỰC TẾ TẠI CÔNG TY MOBIFONE VIỆT NAM CHUYÊN NGHÀNH KỸ THUẬT VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TS NGUYỄN HOÀNG DŨNG Hà Nội Năm 2018 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17051113838841000000 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT LUẬN VĂN CHƯƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G LTE 1.1 Giới thiệu hệ thống thông tin di động 4G LTE .4 1.1.1 Mục tiêu mạng 4G LTE 1.2 Cấu trúc mạng 4G LTE 1.2.1 Cấu trúc phần tử mạng 4G LTE 1.2.2 Mạng lõi 1.3 Các kỹ thuật sử dụng mạng LTE 10 1.3.1 Kỹ thuật truy nhập vô tuyến LTE 11 1.3.2 Kỹ thuật đa anten MIMO 21 1.3.3 Mã hóa Turbo 24 1.3.4 Thích ứng đường truyền 24 1.3.5 Lập biểu hay lập lịch (Scheduling) phụ thuộc kênh 25 1.3.6 HARQ với kết hợp mềm .25 1.4 Công nghệ thông tin di động LTE Advanaced 26 1.4.1 Tổng quan LTE Advanced .26 1.4.2 Cơng nghệ ghép nhiều tần số sóng mang 27 1.4.3 Công nghệ MIMO bậc cao 28 1.4.4 Trạm phát lặp .28 1.4.5 Tính phối hợp hoạt động đa điểm 29 1.5 Kết luận chương 30 CHƯƠNG DỊCH VỤ VÀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG 4G LTE 31 2.1 Dịch vụ mạng 4G LTE 31 2.1.1 Các loại dịch vụ cung cấp 31 2.1.2 Một số loại dịch vụ điển hình cho 4G LTE 32 2.1.3 Các yêu cầu dịch vụ mạng 4G LTE cần tuân theo đặc tính sau 35 2.1.4 Các kiến trúc dịch vụ mạng di động 4G LTE phải tuân theo tính chất sau: 36 2.1.5 Xu hướng dịch vụ mạng 4G LTE 37 2.2 Chất lượng dịch vụ QoS mạng 4G-LTE 38 2.2.1 Khái niệm QoS 38 2.2.2 Kiến trúc QoS 42 2.2.3 Các tham số QoS mạng di động hệ sau 43 2.2.4 Thách thức chất lượng dịch vụ mạng di động 4G LTE 45 2.2.5 Bảo mật dịch vụ 46 2.3 Kết luận chương 48 CHƯƠNG CÁC GIẢI PHÁP VÀ KẾT QUẢ TRIỂN KHAI THỰC TẾ LTE TRÊN MẠNG MOBIFONE 49 3.1 Tổng quan mạng 2G 3G Mobifone .49 3.1.1 Hiện trạng mạng lưới 2G mạng Mobifone 49 3.1.2 Hiện trạng mạng lưới 3G 50 3.1.3 Các phần tử mạng bổ sung để triển khai mạng LTE 52 3.2 Giải pháp triển khai LTE mạng Mobifone 52 3.2.1 Giải pháp triển khai LTE băng tần 1800 (LTE 1800) 52 3.2.2 Phương án chuyển lưu lượng 2G tái quy hoạch tần số 2G 1800 53 3.3 Kết triển khai thử nghiệm thực tế công nghệ LTE mạng Mobifone 55 3.3.1 Thiết bị đo 55 3.3.2 Kết đo RSRP (Chế độ Idle Mode) 56 3.3.3 Kết SINR (Idle) 57 3.3.4 Download throughput 58 3.3.5 Các tiêu DrivingTest KPI 59 3.4 Kết luận chương 61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Các đặc điểm cơng nghệ LTE Bảng 1-2: Số khối tài nguyên theo băng thông kênh truyền 19 Bảng 2-1: Các tham số QoS mạng di động 4G-LTE 44 Bảng 3-1: Quy hoạch tần số LTE 1800 GSM 1800 53 Bảng 3-2: Quy hoạch tần số GSM trước Refarming 54 Bảng 3-3: Bảng phân bố tần số 1800 MHz sau Refarming 55 Bảng 3-4: Bảng màu thể RSCP .56 Bảng 3-5: Bảng kết đo RSCP 56 Bảng 3-6: Bảng màu thể SINR 57 Bảng 3-7: Kết SINR 57 Bảng 3-8: Bảng màu thể Download Throughput 58 Bảng 3-9: Kết Download throughput 58 Bảng 3-10: Bảng KPI Drivingtest LTE 59 Bảng 3-11: Thống kê kết đo kiểm 4G Mobifone Hà Nội .60 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1: Sự chuyển đổi cấu trúc mạng từ UTRAN sang E-UTRAN Hình 1-2: Cấu trúc EPS Hình 1-3: Các thành phần mạng EPS Hình 1-4: So sánh phổ tần OFDM với FDM 11 Hình 1-5: Các sóng mang trực giao với 12 Hình 1-6: Sơ đồ khối điều chế tín hiệu băng gốc OFDM 15 Hình 1-7: Sơ đồ biến đổi thu phát OFDM 16 Hình 1-8: Biến đổi FFT 17 Hình 1-9: Khoảng bảo vệ tín hiệu OFDM 18 Hình 1-10:OFDM OFDMA 19 Hình 1-11: Điều chế SC-FDMA cho truyền đường lên 21 Hình 1-12: Mơ hình SU-MIMO MU-MIMO 22 Hình 1-13:Ghép kênh không gian 23 Hình 1-14: Điều chế thích nghi 25 Hình 1-15: Cơng nghệ ghép đa sóng mang Carrier Aggregation [4] 27 Hình 1-16: Carrier Aggregation với trường hợp sóng mang khác [4] 28 Hình 1-17: Sơ đồ trạm relay node LTE Advanced [8] 29 Hình 1-18: Tính Coordinated Multi Point operation LTE-A [7] 29 Hình 2-1: Khái niệm QoS mối quan hệ QoS với chất lượng mạng 40 Hình 2-2: Mối liên hệ khái niệm QoS theo ETSI 42 Hình 3-1: Cấu trúc mạng GSM/GPRS/EDGE Mobifone [1] 49 Hình 3-2: Phân bổ thiết bị 2G Mobifone 50 Hình 3-3: Cấu trúc mạng 3G, 3.5G Mobifone [1] 51 Hình 3-4: Phân bổ thiết bị 3G Mobifone 52 Hình 3-5: Xu hướng quy hoạch băng tần cho cơng nghệ giới [1] 52 Hình 3-6: Thực Refarming tần số GSM 1800 phục vụ LTE 53 Hình 3-7: Dải tần GSM 1800 Mobifone 54 Hình 3-8: Quy hoạch tần số 1800 MHz sau Refarming 55 Hình 3-9: RSRP (chế độ Idle) 56 Hình 3-10: SINR (chế độ Idle) 57 DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT 2G 3G 2nd Generation of Mobile Telephone Systems (GSM) 3G 3rd Generation of Mobile Telephone Systems (UMTS) 3GPP 3GPP 3rd Generation Partnership Project 4G 4th Generation of Mobile Telephone Systems (LTE) AAA Authorization, Authentication, Accounting AMPS Advanced Mobile Phone System ARPU Average Revenue Per User ATCA Advanced Telecommunications Computing Architecture BCCH Broadcast Control Channel BCH Broadcast Channel BER Bit Error Ratio CCCH Common Control Channel CDMA Code Division Multiple Access CDMA2000 CP Code Division Multiple Access (3G standard competing to WCDMA and mainly used in US and parts of Asia and Africa) Content Provider D-AMPS Digital Advanced Mobile Phone Service DCCA Diameter Credit Control Application DPI DCCH Dedicated Control Channel DC-HSDPA Dual Carrier or Dual Cell High-Speed Downlink Packet Access DC-HSUPA DL-SCH Dual Carrier or Dual Cell High-Speed Uplink link Packet A Downlink Shared Channel DPI DTCH Deep Packet Inspection Dedicated Traffic Channel EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution EMM EPS Mobility Management eNodeB Base Station in LTE EPC EPC Evolved Packet Core eUTRAN LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn cơng trình nghiên cứu thực cá nhân, thực hướng dẫn khoa học Tiến sỹ Nguyễn Hoàng Dũng Để hồn thành đồ án, tơi sử dụng tài liệu ghi mục tài liệu tham khảo, không sử dụng tài liệu tham khảo khác mà không ghi Tôi xin cam đoan nội dung đồ án khơng giống hồn tồn với cơng trình hay thiết kế tốt nghiệp có trước Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2018 Tác giả luận văn Trần Ngọc Trung LỜI NÓI ĐẦU Thế giới có phát triển vượt bậc lĩnh vực viễn thông ba thập kỷ vừa qua từ hệ thống thông tin di động thứ đến hệ thống thông tin di động thứ phát triển mạnh mẽ hệ thống thông tin di động thứ (4G) có cấu trúc đơn giản hoạt động tảng IP với băng thông rộng tốc độ cao Tính đến cơng nghệ LTE phát triển nhanh hệ thống di động Theo báo cáo tổ chức GSA tính đến tháng 11/8 2016 có 521 nhà mạng thuộc 170 quốc gia thương mại hóa mạng 4G với số th bao ước tính 1453 tỷ thuê bao chiếm 20 % số lượng thuê bao di động tồn cầu [6] Cơng nghệ LTE công nghệ phổ biến thương mại hóa giới Hiện nay, 4G LTE phát triển nhanh giới Với ưu vượt bậc khả cung cấp dịch vụ truy nhập tốc độ cao, với xu hướng dần phổ cập thiết bị đầu cuối, mạng 4G LTE coi xu hướng phát triển chủ đạo viễn thông giới thời gian tới Bản thân người viết công tác Tổng công ty Mobifone nên nhận thức tầm quan trọng công nghệ LTE Vì người viết chọn đề tài : “Nghiên cứu tổng quan công nghệ 4G - LTE Ứng dụng thực tế triển khai mobifone Việt Nam”Trong trình thực đề tài người viết cố gắng nghiên cứu sử dụng kết đo đạc thực tế, nhiên số nguyên nhân khách quan nên luận văn khơng tránh khỏi có thiếu sót Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo TS Nguyễn Hoàng Dũng trực tiếp hướng dẫn góp ý chỉnh sửa để người viết hồn thành luận văn Học viên TĨM TẮT LUẬN VĂN Cơng nghệ LTE công nghệ phổ biến thương mại hóa giới triển khai thử nghiệm Việt Nam Công nghệ LTE đáp ứng nhu cầu sử dụng internet tốc độ cao mà công nghệ khác đạt Việc nắm vững công nghệ LTE giúp kỹ sư viễn Việt Nam làm chủ công nghệ viễn thơng để triển khai tối ưu mạng LTE hiệu Việt Nam Bộ Thơng tin Truyền thơng có nghiên cứu, chuẩn bị để xây dựng kế hoạch triển khai Thời điểm coi thời chín muồi để đẩy mạnh phát triển 4G Việt Nam Tuy nhiên, cịn khó khăn, thách thức đặt triển khai 4G Việt Nam bao gồm: Điều kiện hạ tầng viễn thông tài nguyên tần số, sách phân bổ tài nguyên tần số cho phù hợp thị trường thiết bị đầu cuối [3] Vì vậy, việc đưa lộ trình với chiến lược phù hợp trình triển khai 4G toán chung cho doanh nghiệp viễn thơng Việt Nam nói chung Cơng ty Mobifone nói riêng Luận văn nghiên cứu vấn đề “Nghiên cứu tổng quan công nghệ 4G - LTE Ứng dụng thực tế triển khai Mobifone ” Luận văn gồm chương: Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin di động 4G LTE Chương 2: Dịch vụ chất lượng dịch vụ mạng di động 4G LTE Chương 3: Các giải pháp kết triển khai thử nghiệm công nghệ LTE mạng Mobifone Kết luận kiến nghị CHƯƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G LTE Mặc dù dịch vụ mạng 3G, 3,5G sử dụng rộng rãi ngày phổ biến Nhưng để đáp ứng nhu cầu ngày cao khách hàng, việc phát triển thông tin di động lên 4G (tiền 4G) xu tất yếu Trong LTE thu hút quan tâm rộng rãi LTE xem hệ thống tiến hóa cho cơng nghệ di động dựa tảng GSM (GSM, GPRS/EDGE, HSPA) Mục đích LTE cung cấp công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng di động (100Mb/giây) với độ trễ truyền tải thấp, đồng thời hỗ trợ khả chuyển giao suốt cho lưu lượng liệu với GPRS/HSPA nhằm giải vấn đề tồn hệ thống di động hệ thứ (3G) giúp hỗ trợ dịch vụ ngày đa dạng từ tín hiệu thoại chất lượng cao đến tín hiệu video độ phân giải cao, kênh vơ tuyến có tốc độ liệu cao 1.1 Giới thiệu hệ thống thông tin di động 4G LTE 1.1.1 Mục tiêu mạng 4G LTE Việc nghiên cứu chuyển hướng sang hệ thống thông tin di động hệ (4G) nhằm giải vấn đề tồn hệ thống 3G cung cấp loại hình dịch vụ ngày đa dạng hơn, từ tín hiệu thoại chất lượng cao đến video độ phân giải cao, kênh vơ tuyến có tốc độ liệu cao 3GPP bắt đầu dự án nhằm xác định bước phát triển lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi Long Term Evolution (LTE) 3GPP đặt yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí cho bit thơng tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt băng tần có băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với giao tiếp mở giảm đáng kể lượng tiêu thụ thiết bị đầu cuối LTE bắt đầu tiêu chuẩn hóa kể từ phiên 3GPP Release 8, 3GPP ban hành đến phiên 3GPP Release 11 Kể từ Release 10, LTE gọi LTE Advanced Bảng 1-1: Các đặc điểm cơng nghệ LTE Băng tần Song công Di động Đa truy nhập 1.25-20 MHz FDD, TDD, bán song công FDD 350 km/h Đường xuống OFDMA Đường lên SC-FDMA