Nghiên ứu tối ưu năng lượng cho hệ thống thông tin di động 4g của mạng mobifone tại các tỉnh phía bắc

52Hình 3.7: Biểu đồ ỉ ch tiêu AMR CSSR và PS CSSR trư c và sau khi b t tính ớ ậ Trang 11 Viết tắt Tiếng A nh Ý nghĩa tiếng Việt3G 3rd Generation of cellular networks Thế hệ thứ 3 của hệ

-

NGÔ QUÝ ƯỚC

NGHIÊN CỨU TỐI ƯU NĂNG LƯỢNG

CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G CỦA

MẠNG MOBIFONE TẠI CÁC TỈNH PHÍA BẮC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

Hà Nội - 2018

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205253361000000

-

NGÔ QUÝ ƯỚC

NGHIÊN CỨU TỐI ƯU NĂNG LƯỢNG

CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G CỦA MẠNG MOBIFONE TẠI CÁC TỈNH PHÍA BẮC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS LÂM HỒNG THẠCH

Hà Nội - 2018

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ

rõ nguồn gốc

Ngày 10 tháng 11 năm 2018

Ngô Quý Ước

Trong suốt quá trình học tập và làm luận văn, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, sự giúp đỡ tận tình của các Thầy Cô giáo và bạn bè Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới: Thầy giáo TS Lâm Hồng Thạch, người đã tận tình chỉ dạy, giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập

và làm luận văn Những dạy bảo, ý kiến nhận xét, đánh giá, góp ý mang tính gợi mở của Thầy vô cùng quý giá giúp tôi hiểu được sâu sắc hơn các vấn đề học tập và nghiên cứu và công việc của tôi sau này

Tôi cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn các Thầy Cô và cán bộ thuộc trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt khóa học và làm luận văn đúng tiến độ quy định

Tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn tới Gia đình, đồng nghiệp cùng các bạn học viên lớp 16AKTVT đã luôn động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập vừa qua

Với sự phát triển của hệ thống thông tin di động và sự xuất hiện của công nghệ mới, công suất tiêu thụ và hiệu quả năng lượng của hệ thống thông tin di động trở nên càng quan trọng Luận văn quan tâm đến phương pháp năng lượng hiệu quảbằng cách tối ưu hóa tiết kiệm năng lượng của hệ thống thông tin di động đặc biệt là thay đổi công suất truyền của trạm cơ sở Luận văn khảo sát một số giải pháp tiết kiệm năng lượng như chế độ ngủ tế bào và kỹ thuật điều chỉnh kích thước tế bào Ngoài ra, luận văn cũng trình bày giải pháp công nghệ vô tuyến truyền phối đa điểm (CoMP) để cải thiện chất lượng của mạng Luận văn cũng đưa ra các giải pháp kỹ thuật, kinh tế của nhà cung cấp thiết bị Huawei tư vấn cho Trung tâm mạng lưới MobiFone miền Bắc để tiết kiệm chi phí vận hành khai thác mạng (OPEX), giảm mức tiêu thụ điện năng cũng như giảm ô nhiễm môi trường

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH SÁCH BẢNG

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G LTE VÀ THỰC TIỄN -TRIỂN KHAI TẠI TRUNG TÂM MẠNG MOBIFONE MIỀN BẮC 3

1.1 Sự phát triển từ hệ thống thông tin di động 3G lên hệ thống 4G-LTE 3

1.1.1 Mô hình phát triển 3

1.1.2 Điểm phát triển của hệ thống 4G-LTE 4

1.1.3 Cải tiến phần mạng lõi 5

1.2 Hệ thống thông tin di động 4G 5

1.2.1 Giới thiệu 5

1.2.2 Các tiêu chuẩn 3GPP cho LTE 6

1.2.3 Sự khác biệt giữa mạng 4G và LTE 6

1.2.4 LTE-Advanced - Thế hệ mạng viễn thông thứ 4 7

1.3 Thực tiễn triển khai 4G LTE trên mạng lưới Mobifone Miền Bắc 11

1.3.1 Tình hình triển khai 4G LTE trên thế giới và Việt Nam 11

1.3.2 Định hướng triển khai 13

1.3.3 Thực tiễn triển khai 4G LTE trên mạng MobiFone Miền Bắc 13

1.4 Kết luận 23

CHƯƠNG 2 MỘT SỐ GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG - MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G 24

2.1 Thu thập số liệu cho hệ thống thông tin di động 25

2.2 Thay đổi kiến trúc trạm cơ sở 26

2.2.1 Điều chỉnh kích thước tế bào 26

2.3 Môi trường hệ thống thông tin di động mô phỏng 33

2.3.1 Lưới tế bào 33

2.3.2 Các điểm nóng 33

2.3.3 Trạm cơ sở 34

2.3.4 Lưu lượng truy c p 35ậ 2.3.5 Tính di động c a UE 36ủ 2.3.6 Mô hình kênh 37

2.3.7 Mô hình liên k t 39ế 2.4 Kết luận 42

CHƯƠNG 3 MỘT SỐ GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CỦA NHÀ CUNG CẤP THIẾT BỊ HUAWEI TẠI TRUNG TÂM MẠNG LƯỚI MOBIFONE MIỀN BẮC 43

3.1 Nhiệm vụ và một số giải pháp kỹ thuật, thiết bị 43

3.1.1 Nhiệm vụ 43

3.1.2 Một số giải pháp kỹ thuật của Huawei 45

3.2 Kết quả thử nghiệm tính năng tiết kiệm năng lượng trên mạng 3G tại Trung tâm Mạng lưới MobiFone miền Bắc 53

3.2.1 K t qu ế ảthử nghi m 53ệ 3.2.2 K t qu t kiế ảtiế ệm năng lượng 54

3.2.3 Nh n xét 55ậ 3.3 Phân tích, chiến lược và hành động 56

3.3.1 Phân tích 56

3.3.2 Chiến lược 57

3.3.3 Hành động 58

3.4 Chi phí - PAYS 59

3.5 Mô hình truyền thống 63

3.6 Kết luận 64

KẾT LUẬN 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

Hình 1.1 Sự phát tri n c u trúc h th ng t m ng GSM/UMTS lên LTE 3ể ấ ệ ố ừ ạ Hình 1.2 LTE chỉ là m t tiộ ệm c n và là cách gậ ọi tên chuẩn công ngh 4G 7ệ Hình 1.3 LTE-Advanced - Thế ệ ạ h m ng vi n thông th 4 8ễ ứ Hình 1.4 Triển khai LTE trên toàn th gi i 11ế ớ Hình 1.5 So sánh hiệu qu v mả ề ặt băng tần c a HSPA+ và LTE 15ủ Hình 1.6 Quy hoạch sử ụ d ng t n s mầ ố ạng Mobifone giai đoạn 2014-2020 16 Hình 1.6 Mạng PS hi n t i của Mobifone 18ệ ạ Hình 1.7 Giải pháp SAE c a Huawei 18ủ Hình 1.8 Thiết bị BTS 3900 c a Huawei 19ủ Hình 1.9 Giải pháp t ng th c a NSN t ổ ể ủ ừ R6 HSPA đến Rel 8 h tr LTE 20ỗ ợ Hình 1.10 Giải pháp thi t bịế vô tuy n NSN cho LTE 21ế Hình 1.11 Giải pháp h th ng MME/SAE GW c a NSN 22ệ ố ủ Hình 2.1 Khái niệm thu phóng di động 27 Hình 2.2 Khái niệm chế độ ng 29ủ Hình 2.3 Khái niệm lập k ho ch phế ạ ối hợp/T o chùm 30ạ Hình 2.4 Khái niệm ph i hố ợ ựp l a chọn di động động 31 Hình 2.5 Khái niệm ph i hố ợp truy n chung 32ề Hình 2.6 Minh họa CoMP liên site và CoMP trong-site 32 Hình 2.7 Mạng t bào l c giác 33ế ụ Hình 2.8 Phân phối tiêu th ụ điện năng trong m t BS 35ộ Hình 2.9 Mô hình lưu lượng 36 Hình 2.10 Ví dụ ề ớ v lư i công suấ ốt đ i v i d toán cớ ự ủa SF 39 Hình 2.11 Tài nguyên đường xu ng LTE 41ố Hình 3.1 Nguyên tắc làm vi c của điềệ u chỉnh điện áp t ng 47ự độ Hình 3.2 Nguyên lý làm việc của ch th i gian ng c a module RF 47ế độ ờ ủ ủ Hình 3.3 Mô tả nguyên lý làm vi c c a tiệ ủ ết kiệm năng lượng symbol 49 Hình 3.4 Mô tả nguyên lý làm vi c củệ a các ch ti t kiế độ ế ệm năng lượng cơ bản

Hình 3.6 PA chỉ đượ ậc b t trong symbol 0 và symnbol 1 52Hình 3.7: Biểu đồ ỉ ch tiêu AMR CSSR và PS CSSR trư c và sau khi b t tính ớ ậ

năng 54Hình 3.8: Biểu đồ ỉ tiêu AMR CDR và PS CDR trướ ch c và sau khi b t tính năng 54ậHình 3.9: Biểu đồ mô t th i gian t t cell vào gi thả ờ ắ ờ ấp điểm 55Hình 3.10: Biểu đồ mô t th i gian t t cell hàng ngày sau khi b t tính ả ờ ắ ậ năng 55Hình 3.11 Lợi th tiế ết kiệm năng lượng c a mô hình PAYS 59ủHình 3.12 Đánh giá năng lượng tiêu th 62ụHình 3.13 Mô hình thực hiện trên chi phí 63

Bảng 1.1 Các điểm khác nhau gi a WCDMA và LTE trên giao di n vô tuy n 5ữ ệ ế

Bảng 1.2 Các điểm khác nhau gi a UMTS và LTE trên ph n m ng lõi 5ữ ầ ạ

B ng 1.3 Các ả tiêu chuẩn 3GPP t UMTS lên LTE 6ừ

B ng 1.4 Nâng cả ấp mạng lõi PS để triển khai LTE 17

B ng 1.5 Quy hoả ạch số lượng e№de B LTE trên m ng Mobifone 23ạ

B ng 2.1 Các k thuả ỹ ật được sử ụ d ng cho các h ệthống thông tin di động xanh 25

B ng 2.2 Các s u cho h ả ốliệ ệthống thông tin di động 26

B ng 2.3 Kả ịch bản thu phóng c a t bào c ủ ế ổ điển 28

B ng 2.4 Kả ịch bản ch ng 29ế độ ủ

Bảng 2.5 Đặc điểm kỹ thuật điểm nóng 34

B ng 2.6 Thông s k ả ố ỹthuật tính di động c a UEs 37ủ

B ng 2.7 Giá tr y u t bóng 39ả ị ế ố

B ng 2.8 Thông s cả ố ủa đường xu ng LTE 41ố

Viết tắt Tiếng A nh Ý nghĩa tiếng Việt

Thế hệ 4 của hệ thống thông tin di động

1xEVDO 1x Evolution Data Optimized Công nghệ dữ liệu tiên tiến tối ưu hóa 1x AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên tiến

AU Antenna Unit Ăng-ten đơn vị

AUC Authentication Center Trung tâm xác thực

AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gaussian trắng

BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân

BS Base Station Trạm cơ sở

CB Coordinated Beamforming Phối hợp Tạo chùm

CDMA Code-Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

CN Core Network Mạng lõi

CoMP Coordinated Multi-Point Phối hợp đa điểm

CP Cyclic Prefix Tiền tố vòng

CS Coordinated Scheduling Lập kế hoạch phối hợp

DCS Dynamic Cell Selection Lựa chọn di động năng động

DL Downlink Tải đơờng xuống

EDGE Enhanced Data rates for GSM

Evolution

Mạng tốc độ dữ liệu nâng cao cho GSM

ETSI European Telecommunications

Standards Institute

Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp

GSM Global System for Mobile

Communications

Các hệ thống toàn cầu cho truyền thông

di động HLR Home Location Register Nhà đăng ký thường trú

HSPA High Speed Packet Access gói tốc độ cao truy cập di động

ICI Inter-cell Interference Can nhiễu liên tế bào

IP Internet Protocol Giao thức Internet

IS-95 Interim Standard 95 Tiêu chuẩn 95

JP Joint Processing Xử lý chung

JT Joint Transmission Truyền tải chung

LOS Line-of-Sight Tầm nhìn thẳng

LTE Long Term Evolution Tiến hóa dài hạn

LTE-A LTE-Advanced LTE dài hạn tiên tiến

MMS Multimedia Message Service Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện

MU Mobile User Người sử dụng điện thoại di động MSC Mobile Switching Centers Trung tâm chuyển mạch di động

NLOS Non Line-of-Sight Không tầm nhìn thẳng

NMT Nordic Mobile Telephone Điện thoại di động Bắc Âu

OFDM Orthogonal Frequency Division

-Multiplexing

Tần số trực giao-bộ phận ghép kênh

OMC Operation and Support Systems Hệ thống điều hành và bảo dưỡng PDN Packet Data Network Gói dữ liệu mạng

PL Path Loss Suy hao đường truyền

PSTN Public Switched Telephone

Network

Mạng điện thoại công cộng QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha cầu phương

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RB Resource Block Tài nguyên khối

RBS Radio Base Station Hệ thống tài nguyên khối

SF Shadowing Factor Yếu tố dõi theo

SIM Subscriber Identity Module Mô đun nhậndạng thuê bao

SNIR Signal-Interference- -to Noise-Ratio Tỷ lệ tín hiệu/nhiễu

SMS Short Message Service Dịch vụ tin nhắn ngắn

SMSC Short Message Service Centers Trung tâm dịch vụ tin nhắn ngắn

TACS Total Access Communication

System

Hệ thống thông tin truy cập

TDMA Time-Division Multiple Access Thời gian-Division Multiple Access

EU User Equipment Người sử dụng thiết bị

UMTS Universal Mobile

Telecommunication Service

Hệ thống dịch vụ viễn thông di động toàn cầu

VLR Visitor Location Register Điểm đăng ký tạm trú

VoIP Voice over Internet Protocol Công nghệ truyền thoại qua IP

WCDMA Wideband Code-Division Multiple

Access

Đa truy cập phân chia theo mã băng rộng

MỞ ĐẦU

Trong khai thác mạng, có ba nhấn tố được quan tâm đó là chi phí vận hành khai thác, năng lượng và sự ô nhiễm môi trường

Chí phí vận hành khai thác cao (OPEX)

Mức độ tiêu thụ năng lượng và chi phí năng lượng là 02 yếu tố quant trọng ảnh hưởng đến chi phí vận hành khai thác và giảm lợi nhuận của nhà mạng Bên cạnh đó, sự cạnh tranh giữ các nhà mạng cũng làm giảm doanh thu bình quân trên một khách hàng (ARPU) Do vậy, việc giảm tổng chi phí vận hành khai thác sẽ giúp các mạng giảm OPEX và tăng ARPU

Sự thiếu năng lượng

Vì vấn đề thiều năng lượng toàn cầu, các tổ chức chuẩn hóa trong công nghiệp viễn thông, nhà khai thác viễn thông và những nhà cung cấp thiết bị đang đưa ra những giải pháp để bảo tồn năng lượng và giải sự tiêu hao Các tổ chức tiêu chuẩn tiếp tục đưa ra các tiêu chuẩn liên quan đến bảo tồn năng lượng và các nhà khai thác mạng tăng hiệu quả khai mạng cũng đòi hỏi những thiết bị đạt được các tiêu chuẩn đó Trong trường hợp này, nhà cung cấp thiết bị có thể dùng các giải pháp để bảo tồn và giảm sự tiêu thụ năng lượng

Khí thải môi trường

Sự tiêu thụ khí CO2 quá mức trong khí quyển dẫn đến thay đổi khí hậu toàn cầu gây ra các ảnh hưởng nguy hiểu về thời tiết và môi trường tự nhiên Các tổ chức Liên hợp quốc đã yêu cầu toàn thế gioái cố gắng giảm khí thải CO2 dẫn đến hiệu ứng nhà kính Các chính phủ đưa các đánh giá bằng những chính sách và quy tắc trong việc bảo tồn và giảm tiêu thụ năng lượng trong những ngành công nghiệp khác nhau

Những tính năng bảo toàn năng lượng và giảm khí thải là một trong những giải pháp chính trong giải pháp xanh Khái niệm truyền thông xanh được tạo ra để giải quyết vấn đề thiếu năng lượng và giảm sự ô nhiễm môi trường, giảm OPEX Bằng việc phân tích năng lượng tiêu thụ của nhiều nhà khai thác mạng, HW đã tìm

ra những nhân tố chính ảnh hưởng đến việc tiêu thụ năng lượng Năng lượng điện được tiêu thụ bởi mạng truy cập, bao gồm các trạm phát sóng và trạm truy cập Những phân tích chỉ ra rằng các trạm không dây của các nhà khai thác mạng chiếm 70% tổng mức tiêu thụ năng lượng Những tính năng bảo toàn năng lượng và giảm khí thảm được nhắm đến những trạm phát sóng di động và các thiết bị tương tự

Những tính năng bảo toàn năng lượng và giảm khí thải bằng cách điều chỉnh trạng thái hoạt động của các eNodeBs để tăng hiệu quả sử dụng năng lượng mà không ảnh hưởng đến khách hàng

Nhà cung cấp thiết bị Huawei của MobiFone đã đưa ra nhiều giải pháp để tiết kiệm năng lượng cho mạng 2G/3G/4G như giải pháp tiết kiệm năng lượng thích nghi, tắt thông minh kênh RF, tiết kiệm năng lượng symbol

Là một cán bộ của MobiFone, em xin chọn đề tài luận văn thạc sĩ về Các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong hệ thông thông tin di động 4G LTE Bản luận văn -bao gồm ba chương:

Chương trình bày các nền tảng cần thiết của kỹ thuật mạng 4G Chương 1 này giới thiệu tổng quan về cấu hình mạng 4G nói chung và triển khai mạng thực tế tại Trung tâm mạng lưới MobiFone miền Bắc

Chương Đưa ra các phương pháp tiết kiệm năng lượng của hệ thống thông 2 tin di động 4G

Chương 3 Giới thiệu một số giải pháp kỹ thuật của nhà cung cấp thiết bị Huawei triển khai tại Trung tâm mạng lưới MobiFone miền Bắc Chương cũng 3 trình bày chi tiết một số giải pháp kỹ thuật tiết kiệm năng lượng, một số giải pháp tiết kiệm chi phí trong công tác vận hành khai thác của nhà mạng MobiFone

Cuối cùng là kết luận luận văn, trình bày các nội dung trong đề tài và đề xuất trong tương lai

CHƯƠNG 1 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG -LTE VÀ 4G THỰC TIỄN TRIỂN KHAI TẠI TRUNG TÂM MẠNG

MOBIFONE MIỀN BẮC

Hệ thống thông tin di động cho phép các thuê bao kết nối cuộc gọi, truy cập vào dịch vụ dữ liệu như SMS (dịch vụ tin nhắn ngắn), MMS (dịch vụ tin nhắn đa phương tiện), truy cập Internet, VoIP (Voice over Internet Protocol) Ở Việt nam, bắt đầu từ hệ thống thông tin di động GSM (thế hệ thứ 2 – 2G), đầu những năm 90 của thế kỷ 20, phát triển lên thế hệ thứ ba (3G), những năm đầu của thế kỷ 21 và hiện nay đang ở giai đoạn chuyển sang thế hệ thứ tư (4G)

Chương 1 trình bày sự phát triển của hệ thống thông tin di động từ 3G lên LTE, đặc điểm của hệ thống thông tin di động 4G-LTE và thực tiễn triển khai trên mang Mobifone Miền Bắc

4G-1.1 S phát tri n t h ự ể ừ ệthống thông tin di động 3G lên hệ thống 4G-LTE

1.1.1 Mô hình phát triển

Hình 1.1 mô tả sự phát triển từ hệ thống 3G lên hệ thống LTE

Trong cấu trúc bên trên phần EPC (evolved packet core) sẽ thay thế trực tiếp cho miền PS trong mạng GSM/UMTS EPC sẽ truyền tải tất cả các loại thông tin thời người dùng: thoại cũng như data sử dụng công nghệ chuyển mạch gói mà trước đây vốn chỉ sử dụng cho data Miền CS trong mạng 2G/3G không còn tồn tại mà toàn bộ thông tin thoại sẽ được truyền qua mạng gói IP sử dụng kỹ thuật Voice over

IP

Phần E UTRAN thay thế cho phần GERAN/UTRAN trong phần 2G/3G và

-là trung gian truyền thông tin giữa người dùng và mạng lõi

Cấu trúc mới được thiết kế bởi 2 nhóm trong tổ chức 3GPP, SAE (system architecture evolution) liên quan đến phát triển phần Core và LTE (Long Term Evolution) liên quan đến phát triển phần mạng truy nhập vô tuyến Xét trên tổng thể toàn hệ thống được gọi là EPS (evolved packet system)

1.1.2 ểm phát triển của hệ ốĐi th ng 4G-LTE

Một số yêu cầu cơ bản của LTE cần đạt được đó là: tốc độ dữ liệu đỉnh đường xuống là 100 Mbps, đường lên là 50Mbps Tuy nhiên thực tế có thể đạt được

là 300Mbps đường xuống và 75Mbps đường lên Nếu so sánh với UMTS (release 6) thì tốc độ chỉ đạt được: 14Mbps đường xuống và 5.7Mbps đường lên

Yêu cầu về trễ (latency) trong LTE cũng khá ngặt nghèo, trong LTE độ trễ truyền tải dữ liệu giữa máy đầu cuối và các phần tử mạng cố định phải ít hơn 5 mili giây Đồng thời thời gian chuyển từ trạng thái standby sang trạng thái active của thuê bao trong LTE phải nhỏ hơn 100 mili giây

Một số yêu cầu về vùng phủ: LTE được thiết kế tối ưu cho các cell lên tới 5km, suy giảm chất lượng ở 30km và hỗ trợ lên tới 100 km Về sự di động của thuê bao, trong LTE thiết kế tối ưu cho thuê bao di động với tốc độ 15 km/h, hỗ trợ lên tới 300 km/h

Cuối cùng LTE được thiết kế với khả năng sử dụng nhiều băng tần khác nhau tại dải từ 1.4 MHz tới 20 MHz

Một số so sánh giữa UMTS và LTE trên giao diện vô tuyến:

Bảng 1.1 Các điểm khác nhau giữa WCDMA và LTE trên giao diện vô tuyến

Phương pháp đa truy nhập WCDMA OFDMA and SC-FDMA Tái sử dụng tần số 100% Linh hoạt

Sử dụng anten MIMO From Release 7 Có sử dụng

Băng tần 5MHz 1.4, 3, 5, 10, 15 or 20MHz

Khoảng thời gian truyền dẫn 2 or 10ms 1ms

Kênh truyền tải Dành riêng và chia sẻ Chia sẻ

1.1.3 Cải tiến phần m ng lõiạ

Mạng core sử dụng giao thức IP (Internet Protocol) có thể sử dụng IPv4 hoặc IPv6 hoặc song song cả IPv4 và IPv6 Trong mạng LTE các thuê bao luôn được duy trì các kết nối với các mạng dữ liệu ngoài khác với trong 2G/3G đó là kết nối chỉ được kích hoạt khi thuê bao có nhu cầu và được hủy bỏ khi hết phiên truyền dữ liệu Bảng 1.2 Các điểm khác nhau giữa UMTS và LTE trên phần mạng lõi

Hỗ trợ các version IP IPv4 và IPv6 IPv4 và IPv6

Hỗ trợ các version USIM Release 99 USIM trở

đi Release 99 USIM trở đi

Kỹ thuật truyền tải Chuyển mạch kênh

và chuyển mạch gói Chuyển mạch gói Các thành phần miền CS MSC server, MGW n/a

Các thành phần miền PS SGSN, GGSN MME, S-GW, P-GWKết nối IP Sau khi đăng ký Trong quá trình đăng ký Thoại và SMS Bao gồm Mở rộng

1.2 H ệthống thông tin di động 4G

1.2.1 Giới thiệu

Theo như mô tả ban đầu của ITU về mạng di động 4G phải được thiết kế để

đáp ứng được các yêu cầu của IMT-Advanced LTE-advanced và Wimax 2.0 (802.16m) đáp ứng được các yêu cầu này trong đó hỗ trợ 1000 Mbps trên đường xuống, và 500 Mbps trên đường lên Măc dù LTE và WiMAX 1.0 không đáp ứng được yêu cầu của ITU về mạng 4G tuy nhiên trên thế giới đã có sự phát triển của các nhà mạng từ mạng 3G lên LTE mà không trực tiếp phát triển lên LTE-advanced Tháng 12 năm 2010 ITU thừa nhận rằng tất cả các hệ thống thông tin di động bao gồm LTE, WiMAX 1.0 mà cung cấp hiệu năng tốt hơn mạng thông tin di động 3G được gọi là mạng 4G

1.2.2 Các tiêu chuẩn 3GPP cho LTE

Bảng 1.3 Các tiêu chuẩn 3GPP từ UMTS lên LTEReleases Thời điểm ban hành Các đặc điểm mới

R99 3/2000 WCDMA air interface

R4 3/2001 TD-SCDMA air interface

R5 6/2012 HSDPA, IP multimedia subsystem

R11 9/2012 Enhancements to LTE-Advanced

1.2.3 Sự khác biệt giữa mạng 4G và LTE

Chuẩn kết nối 4G được Liên minh viễn thông quốc tế (ITU) chính thức thông qua vào 3-2008 Chữ “G” trong 4G tức “generation” (thế hệ), như vậy, đây là chuẩn kết nối thế hệ thứ 4 mới nhất, theo lý thuyết, có thể giúp các thiết bị di động như điện thoại thông minh, máy tính bảng đạt tốc độ kết nối 100 Mbps và lên tới 1 Gbps khi không di chuyển

Hiện có hai hệ thống 4G đã triển khai là chuẩn Mobile WiMAX (lần đầu tiên

ở Hàn Quốc năm 2007) và chuẩn LTE, triển khai ở Na Uy năm 2009

LTE viết tắt của Long Term Evolution (Tiến hóa dài hạn), chưa phải là một

công nghệ chuẩn 4G, thay vào đó chỉ là một chuẩn tiệm cận công nghệ mạng thứ tư Trên thực thế, tuy điện thoại của bạn có thể hiển thị biểu tượng “4G” ở góc phải phía trên màn hình, nhưng thực chất lại không phải kết nối 4G theo chuẩn

Khi Liên minh Viễn thông Quốc tế định chuẩn mức tốc độ 4G tối thiểu, các thử nghiệm thực tế vẫn chưa đạt được Kết quả là, các nhà làm luật đã quyết định dùng LTE để gọi tên chuẩn công nghệ 4G, miễn là tốc độ mạng LTE khi triển khai phải vượt trội đáng kể so với 3G

1.2.4 LTE Advanced - - Thế hệ mạng viễn thông thứ 4

Tháng 6 năm 2013, công ty viễn thông Hàn Quốc SK Telecom đã giới thiệu công nghệ mà họ mệnh danh “mạng LTE tiên tiến nhất trên thế giới” – LTE-Advanced Theo những gì SK công bố, mạng này mang lại tốc độ truyền tải dữ liệu nhanh gấp đôi so với mạng LTE thông thường và điều này là một tin vui cho những người dùng thiết bị thông minh thế hệ mới Chỉ tới tháng 10 năm 2013, đã có tới cả triệu người đăng ký sử dụng dịch vụ này ở Hàn Quốc Ở đất nước này, người dùng LTE-Advanced có thể tải một bộ phim 800MB chỉ trong 43 giây Không sớm thì muộn, làn sóng sử dụng công nghệ này sẽ lan ra khắp thế giới do nhu cầu sử dụng băng thông di động ngày càng tăng cao Các nhà mạng sẽ phải nâng cấp liên tục để đáp ứng yêu cầu về tốc độ và khối lượng dữ liệu ngày càng cao của người dùng không chỉ là đàm thoại video, xem thể thao trực tuyến nữa mà có thể là khám bệnh

trực tiếp từ xa hay mua sắm ảo… Theo dự báo của Cisco System, lưu lượng băng thông di động toàn cầu tăng gấp đôi theo từng năm và sự tăng trưởng theo cấp số nhân này vẫn chưa hề có dấu hiệu ngừng lại.

Các doanh nghiệp viễn thông lớn toàn cầu như AT&T (Mỹ), Telstra (Úc), NTT Docomo (Nhật) và Telenor Sweden (Thuỵ Điển) đều đã đưa công nghệ LTE-Avanced ra sử dụng rộng rãi vào năm 2014 Theo dự báo của ABI Research, số lượng người dùng sử dụng LTE Advanced vào năm 2018 sẽ đạt tới 500 triệu, gấp 5 -lần số người dùng LTE hiện nay Các chuyên gia công nghệ cũng nhận định rằng LTE cần phải cải tiến và LTE Advanced sẽ là chuẩn thống trị trong tương lai gần -

Họ cũng coi công nghệ này mới thật sự là 4G do đáp ứng đầy đủ các tiêu chí kỹ thuật mà Liên minh Viễn thông Quốc tế (International Telecommunication Union) đặt ra cho hệ thống mạng không dây thế hệ thứ 4

Các ưu điểm của LTE Advanced thể hiện trên hình

cho phép số lượng bit/s truyền tải qua tần phổ mượt mà hơn và kết quả là kết nối ổn định hơn và chi phí dữ liệu sẽ rẻ hơn

+ LTE-Advanced là phiên bản nâng cấp của LTE :

Hai chuẩn này hoàn toàn tương thích với nhau Các điện thoại sử dụng Advanced mới vẫn hoạt động tốt với các mạng LTE thông thường và ngược lại

LTE-+ Phương thức này tăng số lượng băng thông khả dụng dành cho thiết bị di động bằng cách ghép nối các kênh tần số, hoặc nhà mạng nằm rải rác trong phổ vô tuyến LTE thông thường có thể cung cấp dữ liệu bằng cách sử dụng các block dữ liệu liền kề của tần số lên đến 20 MHz Nhưng khi ngày càng nhiều các công ty cung cấp dịch vụ và cùng với nó là số lượng các thiết bị tranh giành tần số viễn thông ngày càng nhiều, những dải rộng lên tới 20Mhz như vậy đang ngày càng khan hiếm Hầu hết các nhà khai thác đành phải mua các bit và mảnh tần phổ rời rạc, hình thành một sưu tập phân mảnh để phục vụ cho hoạt động của mình Phương thức cung cấp dịch vụ kết hợp đã giải quyết vấn đề này Nó cho phép các nhà khai thác kết hợp các kênh rời rạc, nhỏ bé, phân tán thành "một đường ống rất lớn" Ví

dụ, có thể kết hợp hai kênh có độ rộng 10 MHz ở các tần số 800 MHz và 1,8 GHz riêng biệt thành một kênh 20 MHz toàn duy nhất, cơ bản tăng gấp đôi tốc độ dữ liệu khả dụng cho mỗi người dùng Đó chính là một trong các ưu điểm của công nghệ mới LTE-Advanced

Hiện tại công nghệ này cho phép các nhà mạng có thể kết hợp tới 5 kênh có

độ rộng 20Mhz thành 1 kênh có độ rộng 100Mhz, nhanh hơn 5 lần so với LTE thông thường

+ Bên cạnh phương thức cung cấp dịch vụ kết hợp kể trên, LTE –Advanced còn có thêm 4 tính năng quan trọng khác so với chuẩn tiền nhiệm Đó là:

- Đầu tiên là tính năng cho phép các thiết bị di động và trạm phát sóng kết nối gửi nhận dữ liệu với nhau thông qua nhiều an ten gọi là M- IMO LTE-Advanced cho phép 8 anten kết nối cùng lúc thay vì 4 như ở LTE thường.Trong môi trường tín hiệu sóng không ổn định như ở rìa vùng phủ sóng hay trong phương tiện di chuyển tốc độ cao, các anten thu phát sẽ kết hợp cùng với nhau để tập trung hướng tín hiệu theo một hướng nhất định Kiểu điều hướng chùm tia này tăng cường độ tín hiệu

nhận được lên nhiều lần mà không cần tăng công suất của nguồn phát Mặt khác, nếu tín hiệu mạnh và độ nhiễu ít như khi người dùng ở gần trạm phát sóng, MIMO

sẽ được dùng trong việc tăng tốc độ truyền tải dữ liệu, tăng số lượng kết nối Kỹ thuật này thực chất là một kiểu ghép kênh không gian, cho phép nhiều luồng dữ liệu cùng tần số đi qua cùng một lúc Ví dụ một trạm phát sóng với 8 anten có thể gửi liên tục 8 luồng dữ liệu tới 1 điện thoại có 8 anten Và các luồng dữ liệu này được tiếp nhận từ các góc độ khác nhau với cường độ và thời gian khác nhau, sau đó điện thoại mới tổng hợp và tiến hành xử lý phân tích để chọn ra các luồng dữ liệu cần thiết Do vậy, việc ghép kênh không gian có thể tăng số liệu tương ứng với số anten

có thể kết nối Như vậy ở trường hợp lý tưởng, 8 anten sẽ làm tăng tốc dữ liệu lên tới 8 lần

- LTE Advanced có khả năng chuyển tiếp làm tăng khả năng phủ sóng ở những địa hình phức tạp Hiện rơ le chuyển tiếp đã được ứng dụng trong công nghệ -không dây từ rất lâu để tăng khả năng khuếch đại tín hiệu ở những nơi như đường hầm hay khu vực hẻo lánh Song các rơ le kiểu cũ hay các bộ khuếch đại như đang -dùng vẫn tương đối “thô sơ”, chúng chỉ đơn thuần nhận tín hiệu, khuếch đại chúng

-và truyền tải chúng đi tiếp Kỹ thuật khuếch đại chuyển tiếp của LTE-Advanced tiên tiến hơn, đầu tiên nó giải mã tín hiệu truyền đi và sau đó chỉ chuyển tiếp các dữ liệu đến các thiết bị di động trong phạm vi của rơ le khuếch đại mà thôi Như vậy sẽ làm -giảm nhiễu và kết nối được với nhiều người dùng trong phạm vi chuyển tiếp hơn LTE-Advanced cũng cho phép rơ le kết nối với trạm phát sóng và thiết bị sử dụng -chung một tần phổ và giao thức giống như bản thân trạm phát sóng Như vậy thì các thiết bị dùng LTE thường cũng kết nối được với bộ chuyển tiếp này

- Giảm bớt nghẽn mạng (eICIC Tính năng này sẽ được sử dụng đối với cái ): gọi là mạng không đồng nhất bao gồm các trạm phát sóng nhỏ đang được các nhà mạng chú ý phát triển thay cho các trạm phát truyền thống Các trạm phát dạng này

có ưu điểm dễ tăng khả năng truyền tại dữ liệu một cách đa dạng tại các khu đô thị chật chội Chúng có giá thành rẻ hơn, ít gây khó chịu hơn, dễ lắp đặt vận hành hơn

và rất có tiềm năng phát triển, tuy nhiên các nhà mạng cần có giải pháp để chống nghẽn khi cố nhồi nhét ngày càng nhiều dữ liệu vào tần phổ Giao thức eICICđược

xây dựng trên giao thức ICIC của LTE thường, cho phép giảm nhiễu giữa các trạm phát trong khi vẫn tăng cường tín hiệu được tới các người dùng nằm ở rìa vùng phủ sóng Nhìn chung, LTE-Advanced giải quyết các rắc rối này bằng cách duy trì được một tín hiệu cường độ mạnh và chịu được độ nhiễu cao Cải thiện tín hiệu và tăng - tốc độ truyền tải dữ liệu tới tận vùng ven của khu vực phủ sóng Ở đây, nó sử dụng công nghệ đa phối hợp CoMP Ví dụ như nó cho phép một thiết bị di động có thể trao đổi dữ liệu với nhiều trạm phát cùng một lúc Cụ thể hơn là hai trạm gần nhất

có thể gửi liên tục cùng một dữ liệu tới thiết bị để đảm bảo thiết bị có được kết nối tốt hơn Cũng như vậy, thiết bị di động có thể tải dữ liệu lên hai trạm phát cùng một lúc và giảm thiểu sai sót phát sinh Hoặc thiết bị cũng có thể chọn tải dữ liệu lên một trạm phát nhỏ gần nhất để tiết kiệm năng lượng truyền dẫn trong khi vẫn nhận

về dữ liệu tải xuống từ các trạm phát khác

1.3 Thực tiễn tri n khai 4G LTE trên mể ạng lưới Mobifone Mi n B c ề ắ

1.3.1 Tình hình triển khai 4G LTE trên thế giới và Việt Nam

Trên thế giới mạng LTE đã được triển khai tại nhiều quốc gia Hình sau chỉ

ra các quốc gia đã và đang triển khai LTE:

(nguồn: ltemap.org)

Ở Việt Nam, mạng 3G UMTS bắt đầu triển khai và cung cấp dịch vụ tới khách hàng từ cuối năm 2009 và hiện đang trong quá trình mở rộng vùng phủ sóng, nâng cao chất lượng cũng như phát triển các dịch vụ nội dung Số lượng người sử dụng dịch vụ 3G chiếm 10% tổng số lượng thuê bao toàn mạng do còn nhiều hạn chế về thiết bị đầu cuối, vùng phủ sóng, giá cước dịch vụ và các nội dung ứng dụng chưa phát triển Tuy nhiên quá trình triển khai thử nghiệm LTE đã bắt đầu được tiến hành gần đây Bộ Thông tin Truyền thông đã cấp giấy phép thử nghiệm công nghệ 4G cho các doanh nghiệp VNPT, CMC, FPT, VTC và Viettel Theo đó các doanh nghiệp sẽ thử nghiệm công nghệ 4G trong thời hạn 1 năm và có thể kéo dài trong thời gian 2 năm để đánh giá công nghệ và nhu cầu của người sử dụng tại Việt Nam

Đi đầu trong việc triển khai cung cấp thử nghiệm dịch vụ công nghệ 4G tại Việt Nam là Tập đoàn VNPT và đơn vị triển khai thử nghiệm đầu tiên là VDC Tháng 10/2010, những trạm phát sóng công nghệ LTE đầu tiên tại Việt Nam đã được lắp đặt VMS mobifone và Vinaphone cũng chuẩn bị có kế hoạch thử nghiệm LTE của riêng mình Mới đây, Viettel đã chính thức công bố chương trình triển khai xây dựng thử nghiệm mạng 4G theo công nghệ LTE trên địa bàn Hà Nội

Mạng thông tin di động MobiFone hoạt động với 2 công nghệ truy nhập vô tuyến GSM/GPRS cho 2G và UMTS/HSPA cho 3G Mạng 2G MobiFone hiện có

209 BSC và 22.944 BTS phủ sóng 95% lãnh thổ Việt Nam với hơn 20 triệu thuê bao, trong khi mạng 3G MobiFone có 133 RNC, 28.034 NodeB phủ sóng với 8.275.017 triệu thuê bao đăng ký sử dụng (chiếm 42% tổng số thuê bao toàn mạng) Lưu lượng dữ liệu 3G tải xuống đạt gần 1.600.000GB/ngày chiếm 75% tổng lưu lượng dữ liệu 2G/3G Có thể thấy rằng nhu cầu sử dụng và ứng dụng các dịch vụ băng rộng 3G ngày càng gia tăng Tuy nhiên tốc độ truy nhập 3G vẫn còn hạn chế (tốc độ tải xuống/tải lên trung bình đạt 3Mbps/640Kbps) Do vậy các ứng dụng như Video Call, Mobile TV trên mạng MobiFone có chất lượng thấp chưa thu hút người

sử dụng 3G Trong tương lai việc triển khai lên LTE trên mạng MobiFone là tất yếu

để có thể triển khai các ứng dụng băng rộng tốc độ cao như HD TV& VoD, Video/VoIP Call chất lượng cao,… cung cấp cho khách hàng Hiện nay, Mobifone

đã tiến hành nâng cấp lên LTE từ Q4/2014 và đã bắt đầu khai thác các dịch vụ LTE

từ năm 2015 đến nay

1.3.2 Định hướng triển khai

Việc triển khai LTE đã được thực hiện tại một số điểm hotspot tại trung tâm các tỉnh/thành phố lớn (bao gồm Tp HCM, Hà Nội, Hải Phòng, Đà Nẵng, Cần Thơ), các khu đô thị tập trung đông dân cư, có nhu cầu sử dụng dịch vụ dữ liệu tốc độ cao Phần lưu lượng thoại sẽ vẫn chiếm tỷ trọng lớn trong trong những năm sắp tới và sẽ được phục vụ bởi các trạm 2G/3G cùng vị trí với các trạm LTE Các trạm LTE sẽ không thay thế hoàn toàn mà chỉ bổ trợ cung cấp các dịch vụ 4G tốc độ cao đáp ứng nhu cầu của một nhóm khách hàng Trong giai đoạn tiếp theo, căn cứ yêu cầu của thị trường cũng như sự phát triển của thiết bị đầu cuối, MobiFone sẽ mở rộng vùng phủ sóng 4G LTE ra các khu vực lân cận Định hướng này giúp MobiFone không phải đầu tư dàn trải mà vẫn đáp ứng đầy đủ được nhu cầu của thị trường

Có thể thấy rằng, việc triển khai công nghệ 4G LTE trên nền tảng hạ tầng hiện có của ông nghệ mạng 2.5G/3G là hướng triển khai đúng đắn và hiệu quả nhất

Các doanh nghiệp di động hiện tại, trong đó có MobiFone có thể tận dụng cơ

sở hạ tầng nhà trạm, nâng cấp hệ thống truyền dẫn, vô tuyến, mạng lõi để cung cấp dịch vụ 4G LTE đảm bảo hiệu quả kinh tế trong đầu tư mua sắm thiết bị, tốc độ triển khai nhanh chóng, đồng thời, với kinh nghiệm xây dựng mạng 3G, tối ưu hóa mạng lưới, các doanh nghiệp di động hiện tại có lợi thế lớn khi triển khai công nghệ 4G LTE, giúp đem lại lợi ích lớn cho người dùng di động, tránh lãng phí trong đầu

tư xây dựng cơ bản, quản lý nguồn nhân lực cũng như các yếu tố khác khi các doanh nghiệp mới phải xây dựng trong quá trình chạy đua cạnh tranh

1.3.3 Thực tiễn triển khai 4G LTE trên mạng MobiFone Miền Bắc

Băng tần 700 MHz:

Cho đến lúc này, có 10 băng tần FDD và 4 băng tần số TDD khác nhau đã được định nghĩa trong 3GPP có thể được sử dụng cho LTE Nhiều băng tần khác cũng được đưa ra như băng 700 MHz ở Mĩ

Tần số của băng tần này thấp nên cho phép tín hiệu truyền xa hơn và cung cấp chất lượng phủ sóng trong các tòa nhà tốt hơn các băng tần số cao như băng 2,1

GHz hay 2.6GHz Vì vậy, cần ít trạm gốc hơn để phủ sóng một vùng điều này dẫn đến giá đầu tư thấp hơn

Châu Âu sẽ đưa ra bán một số phổ tần số quan trọng trong băng UHF như băng phát thanh truyền hình ở những vùng khác nhau mà ở đó sóng TV tương tự đã được giải phóng nhưng việc này cũng mất vài năm do đa số các đài phát thanh truyền hình của các quốc gia ở Châu Âu đang sử dụng phổ tần số này Ở Anh hoặc Thụy Điển, người ta đã quyết định dành những băng tần có giá trị cho các ứng dụng

di động Các quốc gia khác chắc chắn sẽ đi theo hướng đi thích hợp này trong thời gian dài tới

Ở Việt Nam hiện nay, băng tần 700MHz được dùng cho các dịch vụ phát thanh quảng bá nên không thể dùng được để phát triển LTE

Băng tần 900 MHz:

Hiện nay băng tần này có 35 MHz để sử dụng cho các mạng GSM Ở băng tần này, để triển khai LTE, đa số các nhà khai thác chỉ có thể triển khai một sóng mang 1,25 MHz Băng tần này là quá nhỏ để và thực sự không hấp dẫn để triển khai LTE

Băng tần 1800 MHz:

Hiện nay băng tần này cũng được cấp phép cho mạng GSM với tổng cộng 75 MHz Có thể dành lấy băng tần chưa sử dụng để bắt đầu triển khai LTE với một sóng mang 5 MHz hoặc 10 MHz Tuy nhiên, hiện nay, băng tần 1800MHz hầu như

đã được tận dụng hết tại các thành phố lớn, đặc biệt các khu vực tập trung đông thuê bao với lưu lượng trong giờ cao điểm rất lớn, khi mà việc thiết kế tần số trở nên khó khăn ở băng tần 900MHz với mật độ trạm gốc rất cao

Băng tần 2100 MHz:

Tại băng tần này, Bộ TT&TT đã cấp phép cho các doanh nghiệp 15MHz để triển khai cung cấp dịch vụ 3G Tuy nhiên, phần lớn các trạm node B hiện nay là cấu hình S1/1/1, chỉ sử dụng một sóng mang 5Mhz trong băng tần 15Mhz được cấp phép Số lượng trạm dùng 2 sóng mang không nhiều và chủ yếu tập chung tại khu vực lưu lượng cao

Như vậy, có thể triển khai LTE trên băng tần còn lại đã được cấp phép cho

IMT 2000 Tuy nhiên, việc triển khai LTE trên băng tần 2,1GHz chỉ thực sự hiệu quả khi băng thông dành cho LTE lớn hơn 5MHz, nghĩa là dành toàn bộ 2 sóng mang 5Mhz còn lại đã được cấp phép để triển khai LTE

Băng tần 2600 MHz:

Đây là một băng tần có giá trị và khả thi để triển khai LTE trong tương lai

Có tối đa 140 MHz (2x 70 MHz) sẽ được phân chia cho các dịch vụ FDD như LTE và 50 MHz khác cho băng TDD (nhiều khả năng là cho WiMAX) Như đã phân tích ở trên, việc triển khai LTE trên một băng tần độc lập như 2600MHz sẽ đảm bảo cung cấp đủ độ rộng băng tần để có thể triển khai LTE với đầy đủ các ưu điểm về tốc độ so với công nghệ HSPA+

Căn cứ các nội dung phân tích trên đây, với định hướng triển khai LTE tại các điểm hot spot tại trung tâm các tỉnh/thành phố lớn, các khu đô thị tập trung đông dân cư, có nhu cầu sử dụng dịch vụ dữ liệu tốc độ cao, tần số 2600MHz là lựa chọn tối ưu nhất cho MobiFone

Hình 1.6 Quy hoạch sử dụng tần số mạng Mobifone giai đoạn 2014-2020

(nguồn: Đề án quy hoạch mạng vô tuyến mobifone 2014-2020)

Tương tự như khi triển khai 3G/UMTS, để tiết kiệm chi phí xây dựng nhà trạm khi triển khai LTE, các trạm eNodeB sẽ được lắp đặt cùng vị trí với các trạm 2G/3G UMTS hiện tại Các trạm LTE được triển khai trước tiên tại trung tâm các tỉnh/thành phố với lưu lượng người dùng dữ liệu lớn Ngoài việc đáp ứng các dịch

vụ dữ liệu tốc độ cao của mạng di động băng rộng, việc triển khai LTE tại các khu vực lưu lượng cao còn giúp chia sẻ tải với hệ thống GSM/UMTS hiện tại tại những giờ cao điểm, khi mà các trạm này đã đạt đến giới hạn với cấu hình tối đa (10/10/10 với GSM và S3/3/3 với WCDMA/HSPA)

Do việc chuyển lên cấu trúc mạng full IP là một xu thế tất yếu nên việc nâng cấp truyền dẫn cho các trạm eNodeB có thể được thực hiện theo các phương thức sau:

-Trang bị các tuyến viba hybrid dung lượng cao (100Mbps, 200Mbps…), các

tuyến viba này hỗ trợ cả các cổng E1 và cổng FE Trong đó, các trạm BTS 2G được kết nối đến cổng E1; các trạm node B, eNodeB được kết nối đến cổng FE của IDU (Indoor Unit) Thuê truyền dẫn của viễn thông tỉnh với 2 dạng: truyền dẫn TDM cho các trạm BTS 2G, truyền dẫn IP qua mạng MANE cho các trạm node B, eNodeB

Các tuyến truyền dẫn từ các trạm BTS, node B, eNodeB được kết cuối tại các

bộ tập trung lưu lượng (Traffic Aggregator) Các bộ tập trung lưu lượng này cho phép ghép các kênh TDM và IP và truyền đi trên một đường truyền duy nhất (STM-

1, GE)

Tại đầu BSC/RNC cũng trang bị các bộ tập trung lưu lượng, tuy nhiên, chức năng của các bộ tập trung lưu lượng này là tách các kênh lưu lượng để chuyển tới tương ứng BSC (với lưu lượng từ BTS 2G), RNC (với lưu lượng từ node B WCDMA/HSPA) hay chuyển trực tiếp tới phần tử mạng lõi Serving GW, MME (với lưu lượng từ eNodeB)

Các bộ tập trung lưu lượng của các hãng hiện có trên thị trường có thể hố trợ cấu hình đấu nối truyền dẫn kiểu này có thể kể đến như: OMS 1410 của hãng Ericsson, PTN 3900 của hãng Huawei, Tellabs 8660…

Hiện nay mạng lõi của VMS có 14 nodes SGSN và 8 Node GGSN (của NSN) với các version như sau:

Bảng 1.4 Nâng cấp mạng lõi PS để triển khai LTE

№ of №de Release/Type Option 1 Option 2

SGSN 14 SG6.0 - Upgrade to Flexi NS

3.0 (Dec-2011)

- New Flexi NS1.0 (available now) GGSN 8 FISN3.2 - Flexi ISN 6 (Q3-2011) - New Flexi NG10 (available now)

Thực tế mạng lõi LTE đã được nâng cấp từ các hệ thống SGSN/GGSN cũ lên hệ thống mới cho phép triển khai các tính năng MME, S-GW, P-GW.1.3 5 3Cấu trúc mạng PS Mobifone hiện tại

Hình 1.6 Mạng PS hiện tại của Mobifone

1.3.3.5 Giả i pháp thi t b ế ị

Giải pháp tổng thể của Huawei:

Huawei bắt đầu nghiên cứu LTE từ hơn 5 năm trước đây Vào năm 2008, Huawei đã tiến hành thành công một loạt các cuộc kiểm tra và thử nghiệm LTE với hãng China Mobile, Softbank, Vodafone và các nhà mạng hàng đầu thế giới khác Năm 2008, với sự ra đời của nền tảng Unified BTS cho các công nghệ truy nhập LTE, GSM, UMTS, CDMA và TD-SCDMA, Huawei là hãng cung cấp đầu tiên mô phỏng chức năng dual UMTS/LTE, dual CDMA/LTE và dual TD-SCDMA/LTE Giải pháp đa băng tần và đa chế độ của Huawei đảm bảo quá trình nâng cấp thuận lợi và hiệu quả từ mạng 2G/3G lên mạng LTE Vào tháng 12 năm 2008, Huawei ký kết hợp đồng thương mại LTE đầu tiên trên thế giới đánh dấu tiềm năng và thế mạnh về các sản phẩm thiết bị LTE Vào Q2/2009, Huawei là một trong những nhà

cung cấp đầu tiên giới thiệu giải pháp và sản phẩm thương mại cho LTE Đến năm

2010, TeliaSonera tiến hành xây dựng mạng LTE thương mại dựa trên công nghệ của Huawei

Huawei đã phát triển một vài công nghệ vô tuyến tiên tiến chẳng hạn như Adaptive MIMO, Soft Frequency Reuse và Advanced Receiver IRC Các công nghệ này đóng vài trò làm tăng độ ổn định kênh vô tuyến, dung lượng cell và vùng phủ tổng thể của LTE Giải pháp LTE cũng dựa trên cấu trúc mạng di động IP phẳng, tốc độ cao, trễ truyền thấp và hiệu quả sử dụng tần số cao Các thử nghiệm cho thấy tốc độ dữ liệu tối đa LTE của Huawei đạt 173Mbps với tỷ lệ thành công cuộc gọi trên 99% Tốc độ di chuyển tối đa lên tới 350km/h Một thành tựu khác của Huawei

là việc sử dụng bộ khuyếch đại công suất hiệu năng cao và ứng dụng của nó vào thiết kế vô tuyến Điều này giúp cho công suất tiêu thụ giảm đến 23%

Huawei giới thiệu giải pháp tổng thể sản phẩm LTE cho cả thiết bị đầu cuối, OAM, eNodeB, ePCs, truyền dẫn và QoS và cổng dịch vụ SAE GW eNodeB của Huawei hỗ trợ gần như toàn bộ các băng tần cho di động 700/850/900Mhz, 2.1/2.6GHz với độ rộng băng gốc từ 1.4 20MHz Các giao diện, chức năng bên -trong được đồng nhất cho chia sẻ mođun để đảm bảo cho quá trình chuyển đổi và nâng cấp trong tương lai

Giải pháp thiết bị của Huawei:

Thế hệ BTS thứ 4 ứng dụng giải pháp SingleRAN hội tụ cho phép triển khai toàn bộ các công nghệ truy nhập vô tuyến hiện có trong một thiết bị BTS Các eNodeB LTE của Huawei bao gồm các trạm macro BTS3900 trong nhà, macro BTS3900A ngoài trời và trạm phân tán DBS3900 BTS3900 và BTS3900A được sản xuất trong Quý 2/2010 Nền tảng BTS3900 cho phép triển khai đồng thời cả GSM và UMTS.Với khả năng cài đặt các mạch xử lý các chế độ truy nhập khác nhau vào trong cùng hệ thống xử lý băng gốc BBU, BTS có thể làm việc ở chế độ single mode hoặc dual mode Sử dụng chung truyền dẫn và quản lý mạng hợp nhất cho GSM, UMTS và LTE

i pháp t ng th c a №kia Siemens:

Hiện tại mạng lõi PS của mobifone sử dụng dịch vụ và thiết bị của NSN vì vậy NSN đã đưa ra các giải pháp cho phép tương thích ngược với các thiết bị hiện

có Từ Rel 7 Internet HSPA NSN đã cung cấp giải pháp cho phép:

- Đưa ra mộ hình cấu trúc mạng đồng nhất đầu tiên cho WCDMA

- Phần lớn các chức năng RNC được tập trung ở NodeB

- Kênh đường hầm kết nối trực tiếp từ GGSN tới NodeB, giảm thời gian trễ truyền do truyền tải qua ít nút mạng RAN hơn

- Có thể triển khai tương thích với các trạm gốc WCDMA hiện tại của NSN

- Chi phí truyền dẫn giảm đáng kể

Đến thế hệ Rel 8 các sản phầm phiên bản 3GPP Rel8 bắt đầu hỗ trợ công nghệ LTE:

- Cấu trúc mạng đồng nhất tương tự với I-HSPA

- Mạng truyền tải IP hoàn toàn

Thiết bị vô tuyến trạm gốc eNB:

SAE Gateway và MME:

NSN giới thiệu hai giải pháp triển khai phần tử mạng MME cho LTE:

- Nâng cấp thêm chức năng MME cho phần tử mạng lõi dữ liệu SGSN

- Triển khai hệ thống MME độc lập (Flexi Network Server)

Hệ thống Flexi Network Gateway tích hợp hai chức năng là Serving

Tính đến hết năm 2017 mobifone có khoảng 8000 eNB (24.000 cell LTE) triển khai trên toàn quốc

Bảng 1.5 Quy hoạch số lượng eNode B LTE trên mạng Mobifone

Stt Mục Hết các dự

án hiện tại

Thêm mới

2015

Thêm mới

2016

Thêm mới

2018

Thêm mới

2020

Cuối năm

Trong chương này, luận văn đã giới thiệu được tổng quan về mạng thông tin

di động 4G và đặc biệt là công tác triển khai, phát triển mạng thông tin di động 4G tại Trung tâm mạng lưới Mobifone miền Bắc Đến thời điểm hiện tại, mạng MobiFone đang vận hành đồng thời cả 3 hệ thống bao gồm 2G/3G/4G Điều này dẫn đến việc tiêu hao năng lượng hệ thống ngày càng lớn kéo theo các chi phí vận hành khai thác mạng ngày càng lớn, giảm hiệu quả kinh doanh, tăng thêm nhiều nguồn lực vận hành khai thác Do đó, vấn đề đặt tiết kiệm, tiết giảm chi phí, đặc biệt là chi phí cho năng lượng quan trọng hơn

Song hành cùng với quá trình phát triển mạng của Trung tâm mạng lưới MobiFone miền Bắc, tác giả luận văn đã làm việc với nhà cung cấp thiết bị 4G cho Trung tâm là Huawei để nghiên cứu, tìm hiểu

Dưới đ ây, chương 2 sẽ đề cập đến các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong

hệ thống thông tin di động 4G

CHƯƠNG 2 MỘT SỐ GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG -

Trong một số nghiên cứu gần đây, một số phương pháp năng lượng tiết kiệm trong các truy cập mạng được đề xuất bởi các tác giả, thực hiện chủ yếu là điều chỉnh kích thước tế bào theo biến động tải lưu lượng truy cập N Zhisheng [9] đề xuất một chương trình mà lưu lượng truy cập cell thấp tới bằng 0 và các tế bào lân cận của nó thu nhỏ với điều chỉnh BS về mặt vật lý để bù đắp các lỗ hở vùng phủ sóng X Wang, P Truong [8] nghiên cứu tính khả thi và lợi ích của năng lượng cho

"BS ngủ" khi có cuộc hội thoại E Oh et al [9] đề xuất cách ước tính dung lượng trạm phát tiết kiệm năng lượng dựa trên việc theo dõi lưu lượng truy cập thực tế bào T Han và Ansari [10] N đề xuất giải pháp hợp tác đa tế bào (multicell) để cải thiện hiệu quả năng lượng của hệ thống thông tin di động G Cili đề xuất tắt sử dụng chuyển mạch di động các chương trình mà không tăng côngn suất truyền của các tế bào hoạt động và kết hợp nó với đa vị trí người dùng để cho phép nhận được đầy đủ mức công suất Z Hasan [5] khảo sát các động lực cho các hệ thống thông tin di động xanh và các phương pháp tiết kiệm năng lượng khác nhau Các phương pháp tối ưu hóa tiết kiệm năng lượng đã được liệt kê bởi Z Hasan [5] và được phân loại như sau:

• Tiết kiệm năng lượng thông qua hợp tác các mạng,

• Tiết kiệm năng lượng thông qua tái tạo tài nguyên,

• Xây dựng mạng vô tuyến nhận thức

Đồng thời xác định các khía cạnh quan trọng của mạng xanh gồm:

• xác định số liệu, mang lại những thay đổi kiến trúc ở cơ sở trạm,

• lập kế hoạch mạng,

• hiệu quả thiết kế hệ thống

Ở đây, luận văn tập trung nghiên cứu, xem xét việc hai phương pháp quan trọng đầu tiên của Hasan tức là thu thập số liệu và thay đổi kiến trúc BSs cho chế độ ngủ và điều chỉnh kích thước tế bào Luận văn phân tích thêm hai cách tiếp cận, xử

lý cho CoMP tín hiệu

Các kỹ thuật thay đổi kích thước tế bào di động BSs, chế độ ngủ và điều chế tín hiệu (CoMP) nhằm mục đích cải thiện năng lượng hiệu quả và hiệu suất mạng, tương ứng Bảng tóm tắt các kỹ thuật sử dụng trong kỹ thuật này cho một hệ thống thông tin di động xanh được liệt kê cụ thể trong Bảng 2.1

Bảng 2.1 Các kỹ thuật được sử dụng cho các hệ thống thông tin di động xanh

Luận văn xem chi tiết trong phần phụ kế tiếp các số liệu xanh mà luận văn sử dụng trong công việc, và kỹ thuật áp dụng cho hệ thống thông tin di động xanh được đề cập ở trên

2.1 Thu thập số liệ u cho h ệthống thông tin di động

Việc thu thập số liệu xanh là cần thiết để trực tiếp so sánh và đánh giá năng lượng tiêu thụ và hiệu suất của các thành phần khác nhau, và tổng thể mạng Do đó, đối với hệ thống thông tin di động xanh, một tập hợp các số liệu thực tế sẽ cung cấp các thông tin cần thiết về hệ thống như tiết kiệm năng lượng và hiệu suất [5] Theo [5], số liệu xanh có thể được đánh giá bởi tính kinh tế và/hoặc các khía cạnh hiệu quả năng lượng Ở đây, luận văn chủ yếu tập trung nghiên cứu trên khía cạnh hiệu quả năng lượng

Công việc này mang tính liên tục trong mô hình hóa hệ thống thông tin di động, một số số liệu được sử dụng gồm:

• Số lượng các UEs trong mỗi tế bào

• Công suất tiêu thụ trung bình cho mỗi trạm cơ sở

• Thông lượng đường xuống UEs trung bình và 10% trường hợp xấu nhất

• Xác suất ngừng hoạt động

Sau đó, để đánh giá toàn bộ hệ thống thông tin di động ở CoMP, luận văn thêm vào thông số "tỉ lệ sử dụng CoMP" để đánh giá tỷ lệ UEs sử dụng CoMP Xác suất ngừng hoạt động hoặc thông lượng là cần thiết để đảm bảo rằng trải nghiệm

người dùng không bị suy thoái do tiết kiệm năng lượng Bảng tóm tắt các số liệu được sử dụng trong công việc này được liệt kê trong Bảng 2.2

Bảng 2.2 Các số liệu cho hệ thống thông tin di động

Thực tế số liệu Số liệu Chức năng

Hệ thống hoạt

động

Số lượng UE mỗi tế bào

Nó là một thước đo kiểm soát sử dụng như một tham số cơ sở để đánh giá những số liệu Tiêu thụ năng

Đánh giá tỷ lệ UEs mà nhận được một tín hiệu thấp và không thể được kết nối với một trạm

cơ sở

Sử dụng các

CoMP

Tỷ lệ sử dụng coMP

Đánh giá tỷ lệ UEs sử dụng CoMP

2.2 Thay đổi ki n trúc trế ạm cơ sở

Chế độ ngủ và điều chỉnh kích thước tế bào phụ thuộc chủ yếu vào tải lưu lượng truy cập có thể có các biến động đáng kể không gian và thời gian [10] Tải lưu lượng truy cập khác nhau nói chung trong mỗi tế bào như là một chức năng của thời gian, không gian, weacó và các yếu tố xã hội khác [8]

Tuy nhiên, CoMP là một giải pháp thay thế đó, thực hiện với chế độ thu phóng hoặc ngủ trong tế bào, có thể nâng cao chất lượng của mạng

2.2.1 Điều chỉnh kích thướ ế bàoc t

Điều chỉnh kích thước tế bào có khả năng cân bằng tải lưu lượng truy cập và giảm tiêu thụ năng lượng [9] Theo Các để kịch bản 1 và 2 của Hình 2.1, Các miền trung di động có thể tương ứng "phóng to tế bào" hoặc "thu nhỏ tế bào" tùy thuộc vào lưu lượng tải

Kích thước tế bào có thể được điều chỉnh bằng:

➢ Tùy chọn 1: Việc tăng hoặc giảm công suất truyền khi lưu lượng truy cập

tải tương ứng thấp hoặc cao trong các di động.

➢ Tùy chọn 2: Cơ thể điều chỉnh kích thước tế bào bởi có nghĩa là ăng-ten chiều cao và nghiêng điều chỉnh [9]

Ở đây, luận văn gọi là điều chỉnh kích thước tế bào bằng cách sử dụng kỹ thuật quảng cáo di động mô tả "lựa chọn 1" hoặc "lựa chọn 2" là phương pháp thu/phóng kích thước tế bào cổ điển

Thu/phóng công suất cổ điển nhằm mục đích chủ yếu là hiệu quả năng lượng, trong khi trong thu phóng di động ảo , còn được gọi là "cân bằng tải", mà đã được trình bày trong [20], EUs có thể chọn lại tế bào giáp ranh phục vụ tốt nhất, có nghĩa là có sự tăng nhẹ tải nhiều hơn nữa Thu/phóng tế bào di động ảo là chỉ tập trung trong hiệu suất hệ thống và phân phối tài nguyên tốt hơn mà không cần điều chỉnh vật lý

Kích thước tế bào

Trong luận văn này, chỉ có điều chỉnh kích thước tế bào truyền thống đã được coi là kỹ thuật điều chỉnh kích thước trình bày trong "tùy chọn 1", vì cơ chế điều chỉnh cơ thể chiều cao của ăng ten và nghiêng không phải là dễ dàng có sẵn -trong BSs sẵn có cho các "lựa chọn 2" Kịch bản thu phóng của tế bào cổ điển là danh sách Ed trong bảng 2.3