Thiết kế và quy hoạh mạng 4g lte thự tế triển khai áp dụng tại trung tâm mạng lưới mobifone miền bắ

69 ề ắ Trang 7 DANH M C CHỤ Ữ VI T TẮT ẾChữ viết tắt Giải thích 2G 2nd Generation of Mobile Telephone Systems GSM 3GPP Third Generation Partnership Project 4G 4th Generation of Mobile T

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

Phạm Văn Trưởng

THIẾT KẾ VÀ QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE THỰC TẾ TRIỂN KHAI ÁP DỤNG TẠI TRUNG TÂM

MẠNG LƯỚI MOBIFONE MIỀN BẮC

Chuyên ngành : Kỹ thuật Viễn thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành Kỹ thuật Viễn thông

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Nguyễn Quốc Khương

Hà Nội - 2018

LỜI CAM ĐOANTôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu c a riêng tôi Các k t qu nêu ủ ế ảtrong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công b trong b t k công trình ố ấ ỳnào khác

Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích d n trong luẫ ận văn đều đã đượ chỉc

rõ nguồn g c ố

Ngày 15 tháng 8 năm 2018

Phạm Văn Trưởng

LỜI CÁM ƠNTrong su t quá trình h c t p và làm luố ọ ậ ận văn, tôi đã nhận được s ự hướng

d n, s ẫ ự giúp đỡ ậ t n tình c a các Th y Cô giáo và b n bè V i lòng kính tr ng và ủ ầ ạ ớ ọ

biết ơn sâu sắc, tôi xin g i l i cử ờ ảm ơn chân thành tới: Thầy giáo TS Nguy n Quễ ốc Khương, người đã tận tình ch dỉ ạy, giúp đỡ, động viên tôi trong su t quá trình h c ố ọ

t p và làm luậ ận văn Nh ng d y b o, ý ki n nhữ ạ ả ế ận xét, đánh giá, góp ý mang tính gợi

m c a Th y vô cùng quý giá giúp tôi hiở ủ ầ ểu được sâu sắc hơn các vấn đề ọ ậ h c t p và nghiên c u và công viứ ệc của tôi sau này

Tôi cũng xin chân thành gử ờ ảm ơn các Thầi l i c y Cô và cán b thuộ ộc trường

Đạ ọi h c Bách Khoa Hà N i ộ đã nhiệt tình giúp đỡ ạo điề, t u ki n cho tôi hoàn thành ệ

tốt khóa học và làm luận văn đúng tiến độ quy định

Tôi cũng xin được g i l i c m ử ờ ả ơn tới Gia đình, đồng nghi p cùng các b n ệ ạ

h c viên l p 16AKTVT ọ ớ đã luôn động viên, giúp đỡ tôi trong su t quá trình hố ọc ập t

vừa qua

M ỤC LỤ C

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CÁM ƠN ii

MỤC LỤC iii DANH MỤC CHỮ ẾT TẮT vi VIDANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH V viii Ẽ

LỜI MỞ ĐẦU xi Chương I T ng quan v m ng 4G LTE 1 ổ ề ạ1.1 S phát tri n cự ể ủa hệ thống thông tin di động 1 1.1.1 H ệ thống thông tin di động t ừ 1G đến 3G 2 1.1.2 C u trúc h ấ ệ thống thông tin di động th h 2G/3G 2 ế ệ1.2 Nhu c u ti n lên 4G LTE 6 ầ ế1.2.1 Tăng trưởng d liữ ệu người dùng 6 1.2.2 Dung lượng h thệ ống thông tin di động (lý thuy t shannon) 7 ế1.2.3 Tăng dung lượng h th ng 9 ệ ố1.2.4 Các y u t khác ti n lên LTE 9 ế ố ế1.3 T 3G ti n lên 4G LTE 10 ừ ế1.3.1 LTE 10 1.3.2 C i ti n phả ế ần mạng lõi 11 1.3.3 H ệ thống thông tin di động 4G 12 1.3.4 Các tiêu chu n 3GPP cho LTE 13 ẩ1.3.5 S khác biự ệt giữa m ng 4G và LTE 13 ạ1.3.6 S n hóa LTE lên 4G 14 ự tiếChương II C u trúc mấ ạng thông tin di động 4G LTE 21 2.1 Ki n trúc c a LTE 21 ế ủ2.1.1 C u trúc t ng quát 21 ấ ổ2.1.2 Thi t b ế ị người dùng 21

2.1.3 M ng truy nh p vô tuy n tiên ti n 23 ạ ậ ế ế 2.1.4 M ng Core trong LTE 24 ạ 2.1.5 C u trúc roaming 26 ấ 2.1.6 Vùng m ng (network area) 27 ạ

2.1.7 Định danh, địa chỉ, đánh số 28

2.2 Các giao th c thông tin 30 ứ 2.2.1 Mô hình giao th c 30 ứ 2.2.2 Các giao th c truy n t i giao di n vô tuy n 32 ứ ề ả ệ ế 2.2.3 Các giao th c truy n t i giao di n m ng c nh 32 ứ ề ả ệ ạ ố đị 2.2.4 Các giao thức người dùng (user plane) 33

2.2.5 Các giao th c báo hi u 33 ứ ệ 2.3 M t vài ví d v ộ ụ ề điều khi n cuể ộc gọi 35

2.3.1 Báo hi u l p truy nh p 35 ệ ớ ậ 2.3.2 Báo hi u l p truy n tệ ớ ề ải dữ liệ u 38

2.4 Qu n lý tài nguyên 38 ả 2.4.1 Kênh mang EPS 38

2.4.2 K thuỹ ật đường h m tunneling s d ng GTP 41 ầ ử ụ 2.4.3 K thuỹ ật đường h m s d ng GRE và PMIP 43 ầ ử ụ 2.4.4 Kênh mang báo hi u vô tuy n 43 ệ ế 2.5 Sơ đồ ạ tr ng thái 44

2.5.1 Qu n lý trả ạng thái di động EPS 44

2.5.2 Qu n lý kả ết nối EPS 45

2.5.3 Điều khi n tài nguyên vô tuy n 46 ể ế 2.6 Ấn định ph 48 ổ 2.7 Các k thuỹ ật được dung trong 4G LTE 50

2.7.1 Ghép kênh theo t n s ầ ố trực giao 50

2.7.2 OFDMA trong thông tin di động 56

2.7.3 Đa truy nhập phân chia theo t n s ầ ố đơn sóng mang 65

Chương III Quy ho ch m ng 4G LTE và th c ti n tri n khai áp d ng trên m ng ạ ạ ự ễ ể ụ ạlưới Mobifone Mi n B c 69 ề ắ3.1 Khái quát v quá trình quy ho ch m ng LTE 69 ề ạ ạ3.2 D ự báo lưu lượng và phân tích vùng ph 70 ủ3.2.1 D ự báo lưu lượng 70 3.2.2 Phân tích vùng ph 71 ủ3.3 Quy hoạch chi tiết 71 3.3.1 Quy ho ch vùng ph 71 ạ ủ3.3.2 Quy hoạch dung lượng 73 3.4 Tối ưu mạng 73 3.5 Thực tiễn tri n khai 4G LTE trên mể ạng lưới Mobifone Mi n B c 73 ề ắ3.5.1 Tình hình tri n khai 4G LTE trên th giể ế ới và Việt Nam 73 3.5.2 Định hướng tri n khai 75 ể3.5.3 Thực tiễn tri n khai 4G LTE trên m ng MobiFone Mi n B c 76 ể ạ ề ắ

KẾT LUẬN 86 TÀI LIỆU THAM KH O 88 ẢPHỤ Ụ L C – SƠ ĐỒ VÙNG PH VÀ CHỦ ẤT LƯỢNG M NG 4G MOBIFONE ẠMIỀN BẮC 89

Sơ đồ vùng ph m ng MobiFone mi n B c Error! Bookmark not defined ủ ạ ề ắ

DANH M C CHỤ Ữ VI T TẮT Ế

Chữ viết tắt Giải thích

2G 2nd Generation of Mobile Telephone Systems (GSM)

3GPP Third Generation Partnership Project

4G 4th Generation of Mobile Telephone Systems (LTE) eNodeB Base Station in LTE

EPC Evolved Packet Core

EUTRAN Evolved UTRAN

GGSN Gateway GPRS Support Node

GPRS General Packet Radio System / Service

GW Gateway

HLR Home Location Register

HSPA High Speed Packet Access

LTE Long Term Evolution (or 4G mobile networks) MME Mobility Management Entity

MSC Mobile Switching Center

OPEX Operational Expenditure / Operating Expense

P-GW Packet Data Network Gateway

PMIP Proxy Mobile IP

QoS Quality of Service

RNC Radio Network Controller (in 3G or UMTS) S5/S8 Interface between S-GW and P-GW

SAE System Architechture Evolution

SGSN Serving GPRS Support Node

S-GW Serving Gateway

UMTS Universal Mobile Telecommunication System UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network

DANH MỤC CÁC BẢNG

B ng 1 1: ả Các điểm khác nhau gi a WCDMA và LTE trên giao di n vô tuy n 11 ữ ệ ế

Bảng 1 2: Các điểm khác nhau gi a UMTS và LTE trên ph n m ng CORE 12 ữ ầ ạ

B ng 1 3: ả các tiêu chuẩn 3GPP t UMTS lên LTE 13 ừ

B ng 2 1: Kênh mang báo hi u vô tuy n 44 ả ệ ế

Bảng 2 2: Các băng tần TDD 49

Bảng 2 3: Các băng tần FDD 49

B ng 3 1: Nâng c p mả ấ ạng lõi PS để triển khai LTE 80

B ng 3 2: Quy ho ch s ả ạ ố lƣợng eNode B LTE trên m ng Mobifone (Nguạ ồn: Đề án quy ho ch m ng vô tuy n mobifone 2014 2020) 85 ạ ạ ế –

DANH MỤ C CÁC HÌNH V ẼHình 1 1: Sự phát tri n c a hệ ống thông tin di độể ủ th ng 1 Hình 1 2: Cấu trúc m c cao của GSM và UMTS 3 ứHình 1 3: Cấu trúc c a m ng truy nh p vô tuy n UTRAN 4 ủ ạ ậ ếHình 1 4: Cấu trúc m ng Core trong 2G/3G 5 ạHình 1 5: Tăng trưởng d liữ ệu người dùng tho i và data t ạ ừ 2007 đến 2011 7 Hình 1 6: Dự báo lưu lượng tho i và data trên toàn th gi i 8 ạ ế ớHình 1 7: Dung lượng Shannon trong m t h th ng truy n thông vộ ệ ố ề ới băng thông 5,

10, 20 Mhz 8 Hình 1 8: Sự phát tri n c u trúc h th ng t m ng GSM/UMTS lên LTE 10 ể ấ ệ ố ừ ạHình 1 9: LTE chỉ là m t tiộ ệm c n và là cách gậ ọi tên chuẩn công ngh 4G 14 ệHình 1 10: LTE-Advanced - Thế ệ ạ h m ng vi n thông th 4 15 ễ ứHình 2 1: Cấu trúc l p cao c a LTE 21 ớ ủHình 2 2: Cấu trúc bên trong của UE, quy định b i ETSI 22 ởHình 2 3: Kiến trúc m ng truy nh p vô tuy n UMTS tiên ti n 24 ạ ậ ế ếHình 2 4: Các thanh phần chính trong m ng core LTE 25 ạHình 2 5: Cấu trúc c a LTE cho thuê bao roaming 27 ủHình 2 6: M i quan h gi a vùng tìm ki m, vùng pool MME và vùng d ch v S-ố ệ ữ ế ị ụ

GW 28 Hình 2 7: Các định danh s d ng b i MME 29 ử ụ ởHình 2 8: Các định danh t m th i đư c s d ng bạ ờ ợ ử ụ ởi máy đầu cu i 29 ốHình 2 9: Cấu trúc giao th c m c cao trong LTE 30 ứ ứHình 2 10: Các giao thức truy n t i sử ụề ả d ng trong giao di n vô tuy n 31 ệ ếHình 2 11: M i quan h gi a t ng truy nh p (access) và t ng không truy nhố ệ ữ ầ ậ ầ ập (nonaccess) trên giao diện vô tuyến 31 Hình 2 12: Các giao thức truy n t i sề ả ử ụ d ng bởi phầ ử ạn t m ng c nh 32 ố địHình 2 13: Các giao thức user plan sử ụ d ng b i LTE 33 ởHình 2 14: Các giao thức báo hiệu s d ng trong LTE 34 ử ụHình 2 15: Thủ ục trao đổi năng lự t c UE 35

Hình 2 16: Ngăn xếp giao th c trao đ i b n tin báo hi u RRC gi a UE và eNB 36 ứ ổ ả ệ ữHình 2 17: Th t c tái ch nh GUTI (a) Các b n tin t ng non-access và (b) truyủ ụ ỉ đị ả ầ ền

tải bản tin s d ng t ng truy nh p 36 ử ụ ầ ậHình 2 18: Ngăn xếp giao th c s dứ ử ụng để trao đổi b n tin báo hi u t ng non-ả ệ ầaccess giữa máy đầu cu i và MME 37 ốHình 2 19: Ngăn xếp giao th c s dứ ử ụng để trao đổ ữ ệi d li u giữa máy đầu cu i và ốcác server bên ngoài mạng khi s d ng giao di n S5/S8 dử ụ ệ ựa trên GTP 38 Hình 2 20: Kênh mang EPS dành riêng và mặc định khi s d ng S5/S8 d a trên ử ụ ựGTP 40 Hình 2 21: Cấu trúc kênh mang LTE, khi s d ng giao di n S5/S8 d a trên GTP 40 ử ụ ệ ựHình 2 22: Triển khai đường hầm trên đường xu ng s d ng giao di n S5/S8 dố ử ụ ệ ựa trên GTP 41 Hình 2 23: Triển khai đường hầm trên đường xu ng s d ng giao di n S5/S8 dố ử ụ ệ ựa trên PMIP 42 Hình 2 24: Sơ đồ ạ tr ng thái quản lý di động EPS (EMM) 45 Hình 2 25: Sơ đồ ạ tr ng thái qu n lý k t n i EPS (ECM) 45 ả ế ốHình 2 26: Sơ đồ ạng thái điề tr u khi n tài nguyên vô tuy n 48 ể ếHình 2 27: Giảm ISI b ng cách truy n thông tin trên nhi u sóng mang con 50 ằ ề ềHình 2 28: Các bước x lý trong mử ột máy phát analog OFDM đơn giản 51 Hình 2 29: Các bước x lý trong m t máy phát OFDM s 53 ử ộ ốHình 2 30: Sơ đồ khối ban đầu c a m t máy thu và máy phát OFDM 56 ủ ộHình 2 31: Triển khai đa truy nhập phân chia theo t n s và th i gian khi s d ng ầ ố ờ ử ụOFDMA 57 Hình 2 32: Ví d v tri n khai tái s d ng t n s khi s d ng OFDMA (a) s d ng ụ ề ể ử ụ ầ ố ử ụ ử ụmiề ần t n s (b) k t qu quy ho ch trên m ng 59 ố ế ả ạ ạHình 2 33:Sơ đồ kh i hoàn ch nh c a m t máy phát và máy thu OFDMA 60 ố ỉ ủ ộHình 2 34: Hoạ ột đ ng chèn ti n t cyclic 61 ề ốHình 2 35: Hoạ ột đ ng chèn ti n s cyclic trên mề ố ột sóng mang con đơn lẻ 62

Hình 2 36: Biên độ ủ c a tín hi u truyệ ền đi trên các sóng mang con lân cận là m t ộhàm của tần s 63 ốHình 2 37: Ví d v d ng sóng OFDMA ụ ề ạ – (a) biên độ ủ c a các sóng mang con riêng

l ẻ (b) biên độ ủa dạ c ng sóng OFDMA (c) công suất của dạng sóng OFDMA 65 Hình 2 38: Sơ đồ kh i c a máy phát và máy thu SC-FDMA 67 ố ủHình 3 1: Khái quát về quá trình quy ho ch m ng LTE 69 ạ ạHình 3 2: Triển khai LTE trên toàn th gi i (ngu n: ltemap.org) 74 ế ớ ồHình 3 3: So sánh hiệu qu v mả ề ặt băng tần c a HSPA+ và LTE 77 ủHình 3 4: Quy hoạch sử ụ d ng t n s mầ ố ạng mobifone giai đoạn 2014-2020 78 Hình 3 5: Mạng PS hi n t i của mobifone 80 ệ ạHình 3 6:giải pháp SAE c a Huawei 81 ủHình 3 7: Thiết bị BTS 3900 c a Huawei 83 ủHình 3 8:Giải pháp t ng th c a NSN t ổ ể ủ ừ R6 HSPA đến Rel 8 h tr ỗ ợLTE 83 Hình 3 9: Giải pháp thi t b vô tuy n NSN cho LTE 84 ế ị ếHình 3 10: Giải pháp h th ng MME/SAE GW c a NSN 85 ệ ố ủ

L ỜI MỞ ĐẦ U

Hiện t i công ngh ạ ệ thông tin di động phát tri n v i tể ớ ốc độ ấ r t cao, t i Vi t ạ ệnam 3 nhà m ng l n là Viettel, Mobifone, Vinaphone c nh tranh kh c liạ ớ ạ ố ệt để tăng thị ph n M t trong các y u t gi thuê bao là không ng ng c i thi n chầ ộ ế ố để ữ ừ ả ệ ất lượng

mạng lưới, m r ng vùng ph sóng, nâng c p công ngh hiở ộ ủ ấ ệ ện đạ ắt kịi b p v i s phát ớ ựtriển công ngh ệtrên thế ới trong đó phát triể gi n m ng t ế ệạ ừth h 2G/3G lên th h 4G ế ệ

là xu hướng t t y u t i Vi t nam ấ ế ạ ệ

Xuất phát t công vi c hi n t i là k ừ ệ ệ ạ ỹ sư vận hành khai thác tr c ti p m ng ự ế ạthông tin di động mobifone Mi n B c ề ắ và đồng thời đang là sinh viên cao họ ớc l p

16AKTVT Khóa 2016 t i ạ Trường Đạ ọc i h Bách Khoa Hà N i ộ tôi đã xin nhận đề tài

t t nghiố ệp của mình là: “Thiế ết k và quy ho ch m ng 4G LTE Th c t ạ ạ ự ế triển khai áp

d ng t i Trung tâm Mụ ạ ạng lưới Mobifone Mi n B c ề ắ ”

Hiệ ạn t i nhà mạng Mobifone đã triển khai m ng 3G, 4G LTE r ng kh p trên ạ ộ ắtoàn b lãnh th ộ ổ Việt nam, theo l trình c a B thông tin truy n thông cho ti n trình ộ ủ ộ ề ếphát tri n công ngh ể ệ di động, t ừ năm 2015 Vietnam đã ắt đầ b u tri n khai công ngh ể ệ4G mang l i các d ch v và tạ ị ụ ốc độ truy c p d u cao lên tậ ữ liệ ới hàng trăm Mbps đến người dùng Tuy nhiên các thông tin mang tính k thu t v các công ngh k thu t ỹ ậ ề ệ ỹ ậ4G và th c ti n tri n khai còn rự ễ ể ất ít chưa đáp ứng được nhu c u c a m t b phầ ủ ộ ộ ận cán b k ộ ỹ thuật, k ỹ sư đang làm việc tr c tiự ếp tại các nhà mạng Do đó đề tài nghiên

c u v mứ ề ạng thông tin di động 4G là một đáp ứng r t b c thiấ ứ ết trong điều ki n và ệthời đi m hi n t i ể ệ ạ

M ng 4G là m t n n tạ ộ ề ảng di động th h mế ệ ới được thi t k d a trên các công ế ế ựngh phát truy n thông tin phát tri n nh t, dệ ề ể ấ ựa trên các cơ sở lý thuyết đã được nghiên cứu đầy đủ ở ổ chứ b i t c tiêu chu n hóa vi n thông 3GPP Trong m ng 4G áp ẩ ễ ạ

d ng công ngh ụ ệ đa truy nhập phân chia theo t n s ầ ố trực giao, k ỹ thuật đa anten, đơn

gi n hóa ph n m ng truy nh p vô tuyả ầ ạ ậ ến cũng như phần mạng lõi để ạ h n ch tế ối đa

tr thễ ời gian… đây là các kỹ thu t r t ph c t p vì vậ ấ ứ ạ ậy đề tài nghiên c u m ng 4G ứ ạmang ý nghĩa khoa học cao Đặc bi t t i thệ ạ ời điểm hi n t i các nhà cung c p thi t b ệ ạ ấ ế ị(Ericsson, Huawei, Alcatel ) đã cung cấp gi i pháp và triả ển khai thương mai hóa

m ng 4G trên nhi u qu c gia (M - Verizon, Nhạ ề ố ỹ ật – NTT Docomo, Singapore - Singtel…) trong đó có Việt Nam, nên đề tài mang ý nghĩa thực ti n ễ cao đố ới v i tình hình tri n khai 4G trên mể ạng thông tin di động Mobifone

V m t th c tề ặ ự ế, đề tài có ý nghĩa ứng d ng cao, là tài liụ ệu để các k ỹ sư, cán

b k thu t nghiên c u, tìm hiộ ỹ ậ ứ ểu để ẵ s n sàng làm vi c khi tri n khai và khai thác các ệ ểcông ngh ệ thiế ị ớt b m i trong mạng di động 4G, đảm b o quá trình nâng c p và triả ấ ển khai và khai thác xuyên xuốt, theo đúng lộ trình đề ra

Mục đích của đề tài là nghiên c u công ngh và các kứ ệ ỹ thuật chính s d ng ử ụtrong m ng 4G LTE, ạ thực ti n ễ triển khai 4G t i Vi t nam và áp d ng tri n khai trên ạ ệ ụ ể

m t mộ ạng thông tin di động c ụ thể là Mobifone Miền B c ắ

Phương pháp nghiên cứu của đề tài là phương pháp phân tích lý thuyết k t ế

h p tri n khai ng d ng thợ ể ứ ụ ực tế trên mạng lưới Nội dung của đề tài bao gồm:

- Chương 1: ổT ng quan v m ng 4G LTE ề ạ

- Chương 2: ấC u trúc mạng thông tin di động 4G LTE

- Chương 3: Quy ho ch m ng 4G LTE và th c ti n tri n khai áp d ng trên ạ ạ ự ễ ể ụ

mạng lưới Mobifone Mi n B c ề ắ

Chương 1 Tổ ng quan v m ng 4G LTE ề ạ

CHƯƠNG I: ỔT NG QUAN V M NG 4G LTE Ề ẠThông tin di động là một lĩnh vực r t quan trấ ọng trong đờ ối s ng xã h i Xã ộ

h i càng phát tri n, nhu c u v ộ ể ầ ề thông tin di động của con người càng tăng lên và thông tin di động càng khẳng định được s c n thi t và tính ti n d ng c a nó Cho ự ầ ế ệ ụ ủ

đến nay, h th ng ệ ố thông tin di động đã trải qua nhiều giai đoạn phát tri n, t th h ể ừ ế ệ

di động th h ế ệ 1 đến th h 3 và th h ế ệ ế ệ đang triển khai r ng kh p trên th gi i thộ ắ ế ớ - ế

h ệ thứ 4 Trong chương này sẽ trình bày khái quát v ề các đặc tính chung c a các h ủ ệthống thông tin di ng và t ng quan v m ng 4G độ ổ ề ạ

1.1 S phát triự ển củ a h ệ thống thông tin di động

Khi các ngành thông tin qu ng bá b ng vô tuy n phát triả ằ ế ển thì ý tưởng v ềthiế ị điệt b n tho i vô tuyạ ến ra đời và cũng là tiền thân c a mủ ạng thông tin di động sau này Năm 1946, mạng điện tho i vô tuyạ ến đầu tiên được th nghi m t i ST ử ệ ạLouis, bang Missouri của Mỹ

Sau những năm 50, việc phát minh ra ch t bán dấ ẫn cũng ảnh hưởng lớn đến lĩnh vực thông tin di động ng d ng các linh ki n bán dỨ ụ ệ ẫn vào thông tin di động đã

cải thiện một số nhược điểm mà trước đây chưa làm được

Thu t ngậ ữ thông tin di động tế bào ra đời vào những năm 70, khi kết hợp được các vùng phủ sóng riêng l ẻ thành công, đã giải được bài toán khó về dung lượng

Hình 1 1: S phát tri n c a h ự ể ủ ệ thống thông tin di độ ng

Chương 1 Tổ ng quan v m ng 4G LTE ề ạ

1.1.1 H ệ thống thông tin di động từ 1G đế n 3G

H ệ thống thông tin di động lần đầu tiên được gi i thiớ ệu vào năm 1980 Thế

h u tiên (1G) s d ng các kệ đầ ử ụ ỹ thuật truyền thông tin analog hoàn toàn, kích thước cell l n và hi u ớ ệ suấ ử ụt s d ng ph kém vì vổ ậy dung lượng r t th p so v i các h ấ ấ ớ ệthống ngày nay

H ệ thống thông tin di động th h ế ệ 2 được ớgi i thiệu và thương mại hóa vào

đầu những năm 1990 là thế ệ ử ụ h s d ng k thu t s u tiên cho phép t n d ng tỹ ậ ố đầ ậ ụ ốt hơn phổ vô tuy n, và giá thành thi t b u cu i r và g n nh ế ế ị đầ ố ẻ ọ ẹ hơn Hệ ố th ng này đầu tiên được thi t k s d ng truy n tho i ế ế để ử ụ ề ạ sau đó được m rở ộng ra để truy n tin ề

nh n SMS H ắ ệ thống 2G ph bi n nh t trên th gi i là GSM (Global System for ổ ế ấ ế ớMobile Communications) s dử ụng ban đầu tại Châu Âu sau đó phổ bi n trên toàn ế

thế ớ gi i, bên cạnh đó có CDMAOne ph bi n t i M , Nh t và Hàn Qu c Do thổ ế ạ ỹ ậ ố ời điểm xu t hi n h thấ ệ ệ ống di động 2G cũng là thời điểm xu t hi n internet vì v y các ấ ệ ậ

t ổ chức tiêu chuẩn hóa đã nâng cấp c u trúc c a h ấ ủ ệ thống 2G t i ph n m ng lõi và ạ ầ ạgiao di n vô tuyệ ến để cho phép ngườ ử ụi s d ng có th s d ng các d ch v data trên ể ử ụ ị ụthiết b u cu i, k t qu là h ống 2.5G GPRS (General Packet Radio Service), ị đầ ố ế ả ệ thIS95 được phát tri n cho phép x lý c tho i và d liể ử ả ạ ữ ệu Ngoài ra để ả c i thi n t c đ ệ ố ộtruy n d u, th h ề ữ liệ ế ệ 2.75G EDGE ra đờ ải c i thi n hiệ ệu năng của GSM Enhanced Data Rates for GSM Evolution

Thế ệ h 2G/2.75G vẫn chưa đáp ứng được nhu c u c a khách hàng v tầ ủ ề ốc độtruy n/nh n d u vì v y h ề ậ ữ liệ ậ ệ thống thông tin di động th h 3/3.5G ế ệ ra đờ ử ụi s d ng các kỹ thuật khác các th h ế ệ trước nó trên giao di n vô tuy n cho phép c i thi n tệ ế ả ệ ốc

độ đỉ nh c a d liủ ữ ệu và đặc bi t s d ng k thu t tr i ph vì v y ph tín hi u vô ệ ử ụ ỹ ậ ả ổ ậ ổ ệtuyến được tận d ng tụ ốt hơn 2G

1.1.2 C u trúc h ấ ệ thống thông tin di độ ng th h 2G/3G ế ệ

M t mộ ạng di động được g i là mọ ột PLMN được v n hành b i m t nhà m ng ậ ở ộ ạ

g i là network operator M ng ọ ạ di động th h 2 GSM và th h 3 UMTS chia s ế ệ ế ệ ẻchung m t c u trúc mộ ấ ạng như hình sau:

Chương 1 Tổ ng quan v m ng 4G LTE ề ạ

và các m ng d u data khác ví d internet ho c m ng riêng o ạ ữ liệ ụ ặ ạ ả

Hai mi n PS và CS có cách truy n thông tin hoàn toàn khác nhau, CS s ề ề ử

d ng k ụ ỹ thuật chuy n mể ạch kênh tương tự trong các tổng đài PSTN truyề thốn ng do

v y thông tin thoậ ại được dành riêng tài nguyên cho t ng cu c g i và m bừ ộ ọ đả ảo được

độ ễ tr cho phép Tuy nhiên k thu t này t n kém v ỹ ậ ố ề băng thông và không phù hợp

để truy n d li u data là d li u biề ữ ệ ữ ệ ến đổi liên t c v tụ ề ốc độ vì v y ngư i ta s d ng ậ ờ ử ụ

k ỹ thuật chuy n m ch gói Packet Switching cho miể ạ ền PS trong đó dữ liệu người dùng được chia thành nhiều gói tin và được đánh dấu địa ch nguỉ ồn/đích sau đó được gửi đi, tài nguyên mạng được chia s chung gi a các user vì vẻ ữ ậy đỡ ố t n kém hơn Tuy nhiên nó cũng có nhược điểm là độ ễ tr cao n u nhi u thuê bao cùng s ế ề ử

d ng d ch v cùng m t lúc ụ ị ụ ộ

T i ph n m ng truy nh p vô tuyạ ầ ạ ậ ến người ra chia ra làm GE-RAN và RAN (GSM/EDGE radio access network và terrestrial radio access network) GE-RAN là m ng truy nh p GSM 2G còn UTRAN là m ng truy nh p 3G Hai mạ ậ ạ ậ ạng

UT-Chương 1 Tổ ng quan v m ng 4G LTE ề ạ

này s d ng k ử ụ ỹ thuật truy n thông vô tuy n khác nhau và chia s chung m t m ng ề ế ẻ ộ ạCORE

Các thuê bao (UE) trao đổi thông tin v i m ng truy nh p qua giao di n vô ớ ạ ậ ệtuyến qua đường lên (t ừ UE đến m ng truy nh p vô tuy n) ạ ậ ế và đường xu ng (t ố ừ

m ng xuạ ống đến UE)

Hình 1 3: C u trúc c a m ng truy nh p vô tuy n UTRAN ấ ủ ạ ậ ế

Thành ph n quan tr ng nh t trong m ng truy nh p vô tuyầ ọ ấ ạ ậ ến UTRAN đó là các trạm thu phát sóng NodeB (trong mạng GERAN g i là các BTS), m i NodeB ọ ỗ

có 1 ho c nhiặ ều anten để thu phát sóng tín hi u vô tuyệ ến với UE M t nhà m ng lộ ạ ớn

có th ể có đến nhi u nghìn tr m thu phát sóng ề ạ BTS/Node B Khi thuê bao di chuyển

t m t tr m này sang m t tr m khác nó ừ ộ ạ ộ ạ thực hi n ng ng gệ ừ ửi/nhận thông tin đến trạm này và chuy n sang truy n/nh n thông tin v i trể ề ậ ớ ạm kia Để duy trì thông tin liên t c k ụ ỹ thuật được s dử ụng trong trường h p này là Handover ho c cell ợ ặreselection Trong UMTS m t thuê bao có th cùng m t lúc duy trì k t nộ ể ộ ế ối đến nhi u cell s d ng k thu t soft-hề ử ụ ỹ ậ andover (Chuy n giao mể ềm)

Chương 1 Tổ ng quan v m ng 4G LTE ề ạ

Các tr m gạ ốc được qu n lý chung b i 1 thi t b g i là RNC (Radio network ả ớ ế ị ọController) hay trogn GERAN g i là BSC (qu n lý nhi u BTS) Chọ ả ề ức năng của chúng là chuy n ti p thông tin t ể ế ừ thuê bao đến mạng lõi và điều khi n các tr m gể ạ ốc qua các b n tin báo hi u M i RNC qu n lý t vài chả ệ ỗ ả ừ ục đến vài trăm trạm g c Mố ột nhà m ng có th v n hành cùng lúc c m ng 2G và m ng 3G, khi thuê bao chuy n ạ ể ậ ả ạ ạ ể

t m ng này sang m ng kia thì g i là m t chuy n giao liên h ừ ạ ạ ọ ộ ể ệ thống inter-system handover

tạm thời của thuê bao di động

Trong mi n PS h ề ệ thống GGSN gateway GPRS support nodes hoạt động như

m t giao di n k t nộ ệ ế ối giữa server người dùng và m ng d u ngoài (ví d ạ ữ liệ ụ internet),

Chương 1 Tổ ng quan v m ng 4G LTE ề ạ

nó cũng xử lý ph n báo hi u cho phép thi t l p, duy trì, qu n lý, và xóa b các ầ ệ ế ậ ả ỏ

luồng d ệu gói ữli

HSS (trong 2G/3G gọi là HLR&AUC) là cơ sở ữ liệ d u trung tâm c a toàn ủ

m ng mang thông tin v uê bao trên toàn mạ ề th ạng và được chia s trên c 2 mi n CS ẻ ả ề

và PS HLR/HSS s mang các thông tin v d ch v , nh n th c, QoS, profile cẽ ề ị ụ ậ ự ủa thuê bao và v trí hiị ệ ạn t i của thuê bao đang thuộc MSC server nào qu n lý Khi m t ả ộthuê bao b t máy lên nó s n hành th tậ ẽ tiế ủ ục đăng ký và nhận th c v i HLR qu n lý ự ớ ả

nó, n u quá trình hoàn t t nó s ế ấ ẽ được phép s d ng các d ch v , n u không thuê bao ử ụ ị ụ ếđược coi là không h p l và không th s d ng d ch v Trong quá trình thi t l p ợ ệ ể ử ụ ị ụ ế ậcuộc g i MSC server s họ ẽ ỏi HLR xem thuê bao đang ằn m tại đâu để có th nh ể địtuyến đúng cuộc gọ ến đích.i đ

1.2 Nhu cầ u ti n lên 4G ế LTE

1.2.1 Tăng trưởng d ữ liệu người dùng

Sau nhiều năm lưu lượng tho i chiạ ếm đa số lưu lượng truy n t i trong m ng di ề ả ạ

động và là doanh thu chính c a nhà mủ ạng thì đến năm 2010 lưu lượng s d ng data ử ụ

đã bắt đầu tăng trưởng v i tớ ốc độ nhanh chóng Hình sau ch ỉ ra lưu lượng d li u ữ ệngười dùng hàng tháng trên toàn th gi i tính theo Petabyte (Tri u Gigabyte) Xu ế ớ ệhướng này được d báo là s v n còn ti p t c trong nhự ẽ ẫ ế ụ ững năm sắ ớp t i Song song

với nó lưu lượng tho i có d u hiạ ấ ệu tăng trưởng ch m và thậ ậm chí không tăng do sựphát tri n c a m t s d ch v ể ủ ộ ố ị ụ OTT ự ra đờ ủa điệ, s i c n tho i thông minh Iphone, ạAndroid phone v i giao di n h p d n, thân thi n cho phép gớ ệ ấ ẫ ệ ọi điện tho i mi n phí ạ ễ

và các dịch vụ game, web, facebook… ngườ ử ụi s d ng

Chương 1 Tổ ng quan v m ng 4G LTE ề ạ

Hình 1 5 : Tăng trưở ng d ữ liệu ngườ i dùng tho ại và data từ 2007 đế n 2011

1.2.2 Dung lƣợng h ệ thống thông tin di độ ng (lý thuy t shannon) ế

Năm 1948 Shannon đã công bố lý thuy t gi i h n c a tế ớ ạ ủ ốc độ ữ ệ d li u có th ể

đạt đƣ c trong m t h th ng thông tin v i m t công thợ ộ ệ ố ớ ộ ức đơn giản sau:

C = B log2 (1 + SINR) Trong đó:

- SINR là t s tín hi u trên t p âm và nhi u (hay nói cách khác là công suỷ ố ệ ạ ễ ất thu đƣợ ạc t i máy thu chia cho công su t tổấ ng t p âm và nhi u) ạ ễ

- B là băng thông của hệ thống thông tin (Hz)

- C là dung lƣợng kênh (bit/s)

Chương 1 Tổ ng quan v m ng 4G LTE ề ạ

Hình 1 6: D ự báo lưu lượ ng tho i và data trên toàn th gi i ạ ế ớ

V m t lý thuy t có th truy n thông tin t ề ặ ế ể ề ừ máy phát đến máy thu mà không

có b t k l i gì mi n là tấ ỳ ỗ ễ ốc độ ữ liệ d u ph i nh ả ỏ hơn dung lƣợng kênh T ng h ro ệ

thống thông tin di động C là tốc độ ữ d ệ ối đa mà mộli u t t cell có th x lý và b ng ể ử ằ

với tốc độ của các máy đầu cu i trong cell k t h p l ố ế ợ ại

Nhƣ vậy để đạt đƣợc dung lƣợng kênh l n v i m t m c tín hi u trên t p âm ớ ớ ộ ứ ệ ạcho phép thì băng thông phải tăng lên, tuy nhiên băng thông là tài sản qu c gia và ốkhông phải lúc nào cũng có thể mua đƣợc

Hình 1 7: Dung lượ ng Shannon trong m t hệ ố ộ th ng truy n thông v ề ới bă ng thông 5,

10, 20 Mhz

Chương 1 Tổ ng quan v m ng 4G LTE ề ạ

1.2.3 Tăng dung lượng h ệ thống

Có 3 cách để tăng dung lượng kênh trong m t h thộ ệ ống thông tin di động Cách 1 và cũng là cách quan trọng nhất đó là sử ụ d ng các cell nh ỏ hơn Trong một

h ệ thống thông tin di động t bào thì tế ổng dung lượng kênh c a h ủ ệ thống là tốc độ

tối đa mà một cell riêng l có th ẻ ể đạt được N u chia nh ế ỏ các cell đồng nghĩa với

việc tăng dung lượng c a m ng hay có th s d ng nhiủ ạ ể ử ụ ều phương trình Shannon hơn trong cùng một m ng ạ

Thứ 2 đó là tăng băng thông của h th ngệ ố , tuy nhiên đây là tài nguyên hữu

1.2.4 Các yếu tố khác ti n lên LTE ế

M t s y u t ộ ố ế ố khác để LTE ra đời đó là, thứ nh t các nhà m ng 2G/3G phấ ạ ải

v n hành cùng m t lúc hai m ng Core, m t m ng CS và m t mậ ộ ạ ộ ạ ộ ạng PS, điều này gây

t n kém v chi phí CAPEX và OPEX trong khi vố ề ới năng lực c a các thi t b router ủ ế ịdung lượng l n hi n t i hoàn toàn có th truy n thông tin tho i qua m ng gói s ớ ệ ạ ể ề ạ ạ ử

d ng các ch nén và mã hóa thích h p, k ụ ế độ ợ ỹ thuật đó gọi là Voice over IP (VoIP)

N u thế ực hiện điều này thì chi phí v n hành khai thác h ậ ệ thống s giẽ ảm đáng kể

M t y u t ộ ế ố khác đó là trong mạng 3G (do có s t n t i c a RNC) ự ồ ạ ủ độ trễtruy n d u có th lên t i 100 ms sau khi d ề ữ liệ ể ớ ữ liệu được truy n qua giao di n vô ề ệtuy n và các ph n t mế ầ ử ạng Độ trễ này là tương đố ới l n so v i d ch v ớ ị ụ thoại và đặc

bi t không phù h p v i các d ch v yêu c u th i gian thệ ợ ớ ị ụ ầ ờ ực như game tương tác, vì

v y c n có mậ ầ ột giải pháp để ả gi m thiểu độ trễ end to end

-Thứ ba, các tiêu chu n v GSM và UMTS ngày càng ph c t p do ph i thi t ẩ ề ứ ạ ả ế

k ế để đáp ứng được các d ch v và thi t b m i trong khi phị ụ ế ị ớ ải tương thích ngượ ại c l

v các thi t b ới ế ị cũ Vì v y nhu c u c n ph i có m t th h ậ ầ ầ ả ộ ế ệ di động m i, cớ ấu trúc đơn

gi n ả hơn, gi m thiả ểu độ trễ end to- -end, cung c p nhi u d ch v data tấ ề ị ụ ốc độ cao và

đồng th i có kh ờ ả năng tương thích ngượ ạ ớ ệ ốc l i v i h th ng 2G/3G đang hoạ ột đ ng

Chương 1 Tổ ng quan v m ng 4G LTE ề ạ

1.3 T 3G ti n lên 4G ừ ế LTE

Hình sau mô tả ự s phát tri n t h th ng 3G lên h th ng LTE ể ừ ệ ố ệ ố

Hình 1 8: S phát tri n c u trúc h ự ể ấ ệ thố ng t m ng GSM/UMTS lên LTE ừ ạ

Trong c u trúc bên trên phấ ần EPC (evolved packet core) s thay th ẽ ế trực ti p ếcho mi n PS trong m ng GSM/UMTS EPC s truyề ạ ẽ ề ả ấn t i t t c các lo i thông tin ả ạ thời người dùng: thoại cũng như data sử ụ d ng công nghệ chuy n mể ạch gói mà trước đây

v n ch s d ng cho data Mi n CS trong m ng 2G/3G không còn t n t i mà toàn b ố ỉ ử ụ ề ạ ồ ạ ộthông tin thoại sẽ đư c truyền qua m ng gói IP sợ ạ ử ụ d ng k ỹ thuật Voice over IP

Phần E-UTRAN thay th cho ph n GERAN/UTRAN trong ph n 2G/3G và là ế ầ ầtrung gian truyền thông tin gi a ngư i dùng và m ng lõi ữ ờ ạ

C u trúc mấ ới được thi t k b i 2 nhóm trong t ế ế ở ổ chức 3GPP, SAE (system architecture evolution) liên quan đến phát tri n ph n Core và LTE (Long Term ể ầEvolution) liên quan đến phát tri n ph n m ng truy nh p vô tuy n Xét trên t ng th ể ầ ạ ậ ế ổ ểtoàn h thệ ống được gọi là EPS (evolved packet system)

Chương 1 Tổ ng quan v m ng 4G LTE ề ạ

thì tốc đ ch t đưộ ỉ đạ ợc: 14Mbps đường xuống và 5.7Mbps đường lên

Yêu c u v ầ ề trễ (latency) trong LTE cũng khá ngặt nghèo, trong LTE độ trễtruy n t i d u giề ả ữ liệ ữa máy đầu cu i và các ph n t m ng c nh phố ầ ử ạ ố đị ải ít hơn 5 mili giây Đồng th i th i gian chuy n t tr ng thái standby sang tr ng thái active c a ờ ờ ể ừ ạ ạ ủthuê bao trong LTE phải nhỏ hơn 100 mili giây

M t s yêu c u v vùng phộ ố ầ ề ủ: LTE được thi t k tế ế ối ưu cho các cell lên tới 5km, suy gi m chả ất lượng 30km và h ở ỗ trợ lên t i 100 km V s ớ ề ự di động c a thuê ủbao, trong LTE thi t k tế ế ối ưu cho thuê bao di động v i tớ ốc độ 15 km/h, h ỗ trợ lên

t i 300 km/h ớ

Cuối cùng LTE được thi t kế ớế v i kh ả năng sử ụ d ng nhiều băng tần khác nhau

tại dải từ 1.4 MHz t i 20 MHz ớ

Một số so sánh gi a UMTS và LTE trên giao di n vô tuy n: ữ ệ ế

B ng 1 1: ả Các điể m khác nhau gi a WCDMA và LTE trên giao di n vô tuy n ữ ệ ế

Phương pháp đa truy nhập WCDMA OFDMA and

SC-FDMA Tái sử ụ d ng t n s ầ ố 100% Linh hoạt

S d ng anten MIMO ử ụ From Release 7 Có sử ụ d ng

Băng tần 5MHz 1.4, 3, 5, 10, 15 or

20MHz

Khoảng th i gian truy n d n ờ ề ẫ 2 or 10ms 1ms

Mô hình hoạ ột đ ng FDD and TDD FDD and TDD

Kênh truyề ản t i

Dành riêng và chia sẻ Chia s ẻĐiều khi n công suể ất đường

Chương 1 Tổ ng quan v m ng 4G LTE ề ạ

IPv6 ho c song song c IPv4 và IPv6 Trong mặ ả ạng LTE các thuê bao luôn được duy trì các k t n i v i các m ng d u ngoài khác vế ố ớ ạ ữ liệ ới trong 2G/3G đó là kế ốt n i ch ỉđược kích ho t khi thuê bao có nhu cạ ầu và được h y b khi h t phiên truy n d li u ủ ỏ ế ề ữ ệ

EPC được thi t k vế ế ới các đường hầm thông tin để truy n t i d li u mà ề ả ữ ệkhông quan tâm đó là thoại hay data, các m c d li u có th ứ ữ ệ ể được đánh giá với các

mức QoS khác nhau để được sử ụ d ng nhi u tề ải nguyên hơn

B ng 1 2: ả Các điể m khác nhau gi a UMTS và LTE trên ph n m ng CORE ữ ầ ạ

H ỗ trợ các version IP IPv4 và IPv6 IPv4 và IPv6

H ỗ trợ các version USIM Release 99 USIM

trở đi Release 99 USIM tr ở đi

K ỹ thuật truy n t i ề ả Chuy n m ch kênh ể ạ

và chuy n mể ạch gói Chuy n mể ạch góiCác thành ph n mi n CS ầ ề MSC server, MGW n/a

xu ng, và ố 500 Mbps trên đường lên Măc dù LTE và WiMAX 1.0 không đáp ứng được yêu c u c a ITU v m ng 4G tuy nhiên trên th giầ ủ ề ạ ế ới đã có sự phát tri n c a ể ủcác nhà m ng t m ng 3G lên LTE mà không ạ ừ ạ trực ti p phát tri n lên LTE-ế ểadvanced Tháng 12 năm 2010 ITU thừa nh n r ng t t c các h th ng thông tin di ậ ằ ấ ả ệ ố

động bao g m LTE, WiMAX 1.0 mà cung c p hiồ ấ ệu năng tốt hơn mạng thông tin di động 3G được g i là m ng 4G ọ ạ

Chương 1 Tổ ng quan v m ng 4G LTE ề ạ

1.3.4 Các tiêu chu n 3GPP cho LTE ẩ

B ng 1 3: ả các tiêu chuẩ n 3GPP t UMTS lên LTE ừ

Releases Thờ i đi m ban ể

hành

Các đặc điểm m i ớ

Hiện có hai h thệ ống 4G đã triển khai là chu n Mobile WiMAX (lẩ ần đầu tiên

ở Hàn Quốc năm 2007) và chuẩn LTE, tri n khai ể ở Na Uy năm 2009

LTE vi t t t c a Long Term Evolution (Ti n hóa dài hế ắ ủ ế ạn), chƣa phải là một công ngh ệ chuẩn 4G, thay vào đó chỉ là m t chu n ti m c n công ngh m ng th ộ ẩ ệ ậ ệ ạ ứ tƣ Trên thực thế, tuy điện tho i c a b n có th hi n th ạ ủ ạ ể ể ị biểu tƣợng “4G” ở góc phải phía trên màn hình, nhƣng thực ch t l i không ph i k t n i 4G theo chu n ấ ạ ả ế ố ẩ

Chương 1 Tổ ng quan v m ng 4G LTE ề ạ

Hình 1 9: LTE ch là m ỉ ột tiệ m c ậ n và là cách g i tên chuẩ ọ n công ngh 4G ệ

Khi Liên minh Vi n thông Qu c t nh chu n m c tễ ố ế đị ẩ ứ ốc độ 4G t i thi u, các ố ểthử nghi m th c t vệ ự ế ẫn chƣa đạt đƣợc K t qu là, các nhà làm luế ả ật đã quyết định dùng LTE để ọ g i tên chu n công ngh 4G, mi n là tẩ ệ ễ ốc độ ạ m ng LTE khi tri n khai ể

phải vƣ t trội đáng kể so với 3Gợ

1.3.6 S ự tiến hóa LTE lên 4G

LTE -Advanced - Thế ệ ạ h m ng vi n thông th 4: ễ ứ

-Công ngh ệ di động LTE-Advanced mang l i tạ ốc độ truy n t i d u nhanh ề ả ữ liệhơn, dung lƣợng h th ng lệ ố ớn hơn, khả năng phủ sóng tốt hơn

Chương 1 Tổ ng quan v m ng 4G LTE ề ạ

Hình 1 10: LTE -Advanced - Thế ệ ạ h m ng vi n thông th 4 ễ ứ

-Tháng 6 năm 2013, công ty viễn thông Hàn Quốc SK Telecom đã giới thiệu công ngh mà h mệ ọ ệnh danh “mạng LTE tiên ti n nh t trên th gi i” ế ấ ế ớ – LTE-Advanced Theo những gì SK công b , m ng này mang l i tố ạ ạ ốc độ truy n t i d li u ề ả ữ ệnhanh gấp đôi so với m ng LTE ạ thông thường và điều này là m t tin vui cho nh ng ộ ữngười dùng thi t b thông minh th h m i Ch tế ị ế ệ ớ ỉ ới tháng 10 năm 2013, đã có tớ ải c triệu người đăng ký sử ụ d ng d ch v này Hàn Qu c Ở đất nước này, ngườị ụ ở ố i dùng LTE-Advanced có th t i m t b phim 800MB ch trong 43 giây Không s m thì ể ả ộ ộ ỉ ớmuộn, làn sóng s d ng công ngh này s lan ra kh p th gi i do nhu c u s d ng ử ụ ệ ẽ ắ ế ớ ầ ử ụbăng thông di động ngày càng tăng cao Các nhà mạng s ph i nâng c p liên tẽ ả ấ ục đểđáp ứng yêu c u v tầ ề ốc độ và khối lượng d ữ liệu ngày càng cao của người dùng không ch ỉ là đàm thoại video, xem th thao tr c tuy n n a mà có th là khám bể ự ế ữ ể ệnh trực ti p t xa hay mua s m ảo… Theo dựế ừ ắ báo của Cisco System, lưu lượng băng thông di động toàn cầu tăng gấp đôi theo từng năm và sự tăng trưởng theo c p s ấ ốnhân này vẫn chưa hề có d u hi u ng ng l ấ ệ ừ ại

- Các doanh nghi p vi n thông l n toàn cệ ễ ớ ầu như AT&T (Mỹ), Telstra (Úc), NTT Docomo (Nh t) và Telenor Sweden (Thu ậ ỵ Điển) đều đã đưa công nghệ LTE-Avanced ra sử ụ d ng rộng rãi vào năm 2014 Theo dự báo c a ABI Research, s ủ ốlượng người dùng s d ng LTE-ử ụ Advanced vào năm 2018 sẽ đạ ớ t t i 500 tri u, g p 5 ệ ấ

Chương 1 Tổ ng quan v m ng 4G LTE ề ạ

l n s ầ ố người dùng LTE hi n nay Các chuyên gia công ngh ệ ệ cũng nhận định r ng ằLTE c n ph i c i ti n và LTE-Advanced s là chu n th ng tr ầ ả ả ế ẽ ẩ ố ị trong tương lai gần

H ọ cũng coi công ngh này m i th t s ệ ớ ậ ự là 4G do đáp ứng đầy đủ các tiêu chí k ỹthuật mà Liên minh Vi n thông Qu c t (International Telecommunication Union) ễ ố ế

đặt ra cho h th ng m ng không dây th h th 4 ệ ố ạ ế ệ ứ

- Tốc độ:

V m t lý thuy t, LTE-ề ặ ế Advanced có tốc độ ả t i xuống đạ ớt t i 3Gbps, tốc độ

tải lên 1,5Gbps Đây là mộ ự vượt s t tr i tuyộ ệt đối khi so sánh v i thông s t i ớ ố ả

xu ng/t i lên cố ả ủa LTE thường là 300Mb/s và 75Mb/s Không ch có tỉ ốc độ nhanh hơn, LTE Advanced cũng bao gồ- m nh ng giao th c truy n t i m i, h tr ữ ứ ề ả ớ ỗ ợ đa an-ten cho phép s ố lượng bit/s truy n t i qua t n ph ề ả ầ ổ mượt mà hơn và kết qu là k t nả ế ối ổn định hơn và chi phí dữ ệ li u s r ẽ ẻ hơn

- LTE-Advanced là phiên b n nâng c p c a LTE : ả ấ ủ

2 chuẩn này hoàn toàn tương thích với nhau Các điện tho i s d ng LTE-ạ ử ụAdvanced mới v n hoẫ ạt động t t v i các mố ớ ạng LTE thông thường và ngược l i ạĐiều này có l i cho c ợ ả người dùng và nhà mạng Nhưng tất nhiên là các nhà m ng ạ

s không tung ra t t c ẽ ấ ả các tính năng tiên tiến c a LTE-Advanced m i ngay m t lúc ủ ớ ộ

mà s tẽ ừng bước đưa ra những gì có l i nh t cho công ty và khách hàng Ví d ợ ấ ụ như các công ty vi n thông Hàn Qu c hi n m i ch áp dễ ở ố ệ ớ ỉ ụng phương thức cung cấp

dịch vụ ế ợp dành cho ngườ k t h i dùng LTE-Advanced qu c gia này ở ố

- Phương thức này tăng số lượng băng thông khả ụ d ng dành cho thi t b di ế ị

động b ng cách ghép n i các kênh t n s , ho c nhà m ng n m r i rác trong ph vô ằ ố ầ ố ặ ạ ằ ả ổtuyến LTE thông thường có th cung c p d u b ng cách s d ng các block d ể ấ ữ liệ ằ ử ụ ữliệu li n k c a t n s ề ề ủ ầ ố lên đến 20 MHz Nhưng khi ngày càng nhiều các công ty cung c p d ch v và cùng v i nó là s ấ ị ụ ớ ố lượng các thi t b tranh giành t n s viế ị ầ ố ễn thông ngày càng nhiều, nh ng d i r ng lên tữ ả ộ ới 20Mhz như vậy đang ngày càng khan

hi m H u hế ầ ết các nhà khai thác đành phải mua các bit và m nh t n ph r i r c, ả ầ ổ ờ ạhình thành một sưu tập phân mảnh để ph c v cho hoụ ụ ạt động của mình Phương thức cung c p d ch v k t hấ ị ụ ế ợp đã giải quy t vế ấn đề này Nó cho phép các nhà khai

Chương 1 Tổ ng quan v m ng 4G LTE ề ạ

thác k t h p các kênh r i r c, nh bé, phân tán thành "mế ợ ờ ạ ỏ ột đường ng r t l n" Ví ố ấ ớ

d , có th k t hụ ể ế ợp hai kênh có độ ộ r ng 10 MHz các t n s 800 MHz và 1,8 GHz ở ầ ốriêng bi t thành m t kênh 20 MHz toàn duy nhệ ộ ất, cơ bản tăng gấp đôi tốc độ ữ liệu d

kh d ng cho mả ụ ỗi người dùng Đó chính là một trong các ưu điểm c a công ngh ủ ệ

mới LTE-Advanced

Hiệ ạn t i công ngh này cho phép các nhà m ng có th k t h p t i 5 kênh có ệ ạ ể ế ợ ớ

độ ộng 20Mhz thành 1 kênh có độ ộng 100Mhz, nhanh hơn 5 lầ r r n so v i LTE ớthông thường

Tiếp theo s ự tiên phong đầy ấn tượng c a SK Telecom, các doanh nghi p ủ ệcung c p LTE-Advanced mấ ới cũng tập trung vào phương thức cung c p d ch v kấ ị ụ ết

h p do tợ ốc độ truy c p m ng cao d gây ậ ạ ễ ấn tượng với người dùng hơn Tuy nhiên đây mới ch là m t ph n nh trong s nhỉ ộ ầ ỏ ố ững ưu điểm mà LTE-Advanced mang l i ạBên cạnh phương thức cung c p d ch v k t h p k trên, LTE Advanced còn có ấ ị ụ ế ợ ể –thêm 4 tính năng quan tr ng khác so v i chu n ti n nhiọ ớ ẩ ề ệm Đầu tiên là tính năng cho phép các thi t b ế ị di động và tr m phát sóng k t n i g i nh n d u v i nhau ạ ế ố ử ậ ữ liệ ớthông qua nhi u an-ten g i là MIMO LTE-ề ọ Advanced cho phép 8 an-ten k t nế ối cùng lúc thay vì 4 như ở LTE thư ng ờ

- MIMO:

Trong môi trường tín hi u sóng không ệ ổn định như ở rìa vùng ph sóng hay ủtrong phương tiện di chuy n tể ốc độ cao, các an-ten thu phát s k t h p cùng v i ẽ ế ợ ớnhau để ập trung hướ t ng tín hi u theo mệ ột hướng nhất định Kiểu điều hướng chùm tia này tăng cường độ tín hi u nhệ ận được lên nhi u l n mà không cề ầ ần tăng công suất

c a ngu n phát M t khác, n u tín hi u mủ ồ ặ ế ệ ạnh và độ nhiễu ít như khi người dùng ở

g n tr m phát sóng, MIMO s ầ ạ ẽ được dùng trong việc tăng tốc độ truy n t i d u, ề ả ữ liệtăng số lư ng k t n i K thu t này th c ch t là m t ki u ghép kênh không gian, ợ ế ố ỹ ậ ự ấ ộ ểcho phép nhi u lu ng d u cùng t n s ề ồ ữ liệ ầ ố đi qua cùng một lúc Ví d m t tr m phát ụ ộ ạsóng v i 8 an-ten có th g i liên t c 8 lu ng d u tớ ể ử ụ ồ ữ liệ ới 1 điện tho i có 8 an-ten Và ạcác lu ng d ồ ữ liệu này được ti p nh n t ế ậ ừ các góc độ khác nhau với cường độ và thời gian khác nhau, sau đó điện tho i m i t ng h p và ti n hành x ạ ớ ổ ợ ế ử lý phân tích để ch n ọ

Chương 1 Tổ ng quan v m ng 4G LTE ề ạ

ra các lu ng d ồ ữ liệu c n thi t Do v y, vi c ghép kênh không gian có th ầ ế ậ ệ ể tăng sốliệu tương ứng v i s -ten có thớ ố an ể ế ối Như vậ k t n y ở trư ng hờ ợp lý tưởng, 8 an-ten sẽ làm tăng tốc d ệữli u lên t i 8 l n ớ ầ

- LTE-Advanced có kh ả năng chuyển tiếp:

sóng a hình ph c t p Hi -le chuy n tităng khả năng phủ ở những đị ứ ạ ện rơ ể ếp

đã đượ ức ng d ng trong công ngh không dây t rụ ệ ừ ất lâu để tăng khả nă ng khu ch ế

đại tín hi u nhệ ở ững nơi như đường h m hay khu v c hầ ự ẻo lánh Song các rơ-le ki u ể

cũ hay các bộ khuếch đại như đang dùng vẫn tương đối “thô sơ”, chúng chỉ đơn thuần nh n tín hi u, khuậ ệ ếch đại chúng và truy n tề ải chúng đi tiếp K ỹ thuật khu ch ế

đại chuy n ti p c a LTE-Advanced tiên tiể ế ủ ến hơn, đầu tiên nó gi i mã tín hi u truy n ả ệ ề

đi và sau đó chỉ chuy n ti p các d liể ế ữ ệu đến các thi t b ế ị di động trong ph m vi c a ạ ủrơ-le khuếch đại mà thôi Như vậy s làm gi m nhi u và k t nẽ ả ễ ế ối được v i nhiớ ều người dùng trong ph m vi chuy n tiạ ể ếp hơn LTE Advanced cũng cho phép rơ- -le k t ế

n i v i tr m phát sóng và thi t b s d ng chung m t t n ph và giao th c gi ng ố ớ ạ ế ị ử ụ ộ ầ ổ ứ ốnhư bản thân trạm phát sóng Như vậy thì các thi t b ế ị dùng LTE thường cũng kết

nối đư c vớ ộợ i b chuy n ti p này ể ế

- Giảm bớt nghẽn mạng (eICIC):

Tính năng này sẽ được s dử ụng đố ới v i cái g i là mọ ạng không đồng nh t bao ấ

g m các tr m phát sóng nh ồ ạ ỏ đang được các nhà m ng chú ý phát tri n thay cho các ạ ểtrạm phát truy n th ng Các tr m phát dề ố ạ ạng này có ưu điểm d ễ tăng khả năng truyền

t i d u mạ ữ liệ ột cách đa dạng tại các khu đô thị chật ch i Chúng có giá thành r ộ ẻ hơn,

ít gây khó chịu hơn, dễ ắp đặ l t vận hành hơn và rất có tiềm năng phát triển, tuy nhiên các nhà m ng c n có giạ ầ ải pháp để chống ngh n khi c nh i nhét ngày cànẽ ố ồ g nhi u d u vào t n ph Giao thề ữ liệ ầ ổ ức eICICđược xây d ng trên giao th c ICIC cự ứ ủa LTE thường, cho phép gi m nhi u gi a các tr m phát trong khi vả ễ ữ ạ ẫn tăng cường tín

hiệu được tới các người dùng nằm ở rìa vùng ph sóng Nhìn chung, LTE-ủAdvanced giải quy t các r c r i này bế ắ ố ằng cách duy trì được m t tín hiộ ệu cường độ

m nh và chạ ịu được độ nhi u cao M c dù v y, các tr m phát sóng nh ễ ặ ậ ạ ỏ cũng làm cho tình hình ph c tứ ạp hơn khi thiế ị di đột b ng có th b n m trong vùng ph sóng cể ị ằ ủ ủa

Chương 1 Tổ ng quan v m ng 4G LTE ề ạ

c m phát chính Khi y, giao th c eICIC s ả trạ ấ ứ ẽ tuỳ theo hi n tr ng c a mệ ạ ủ ạng để tiến hành k t h p kênh hay ph i h p s d ng các ngu n t n s ế ợ ố ọ ử ụ ồ ầ ố thời gian khác nhau Đối

v i các m ng ch s d ng kênh m t t n s , eICIC cung c p m t gi i pháp cho phép ớ ạ ỉ ử ụ ộ ầ ố ấ ộ ảnhiều ngườ ử ụi s d ng liên kết đến các tr m phát sóng nh có kh ạ ỏ ả năng cung cấp dung lượng d li u tữ ệ ốt hơn

- C i thi n tín hiả ệ ệu và tăng tốc độ truy n t i d u tề ả ữ liệ ới tận vùng ven c a khu ủ

vực phủ sóng:

Ở đây, nó sử ụ d ng công ngh ệ đa phối h p CoMP Ví d ợ ụ như nó cho phép

m t thi t b ộ ế ị di động có th ể trao đổ ữ liệi d u v i nhi u tr m phát cùng m t lúc C ớ ề ạ ộ ụ thểhơn là hai trạm g n nh t có th g i liên t c cùng m t d li u t i thi t b m b o ầ ấ ể ử ụ ộ ữ ệ ớ ế ị để đả ảthiế ị có đượt b c k t n i tế ố ốt hơn Cũng như vậy, thi t b ế ị di động có th t i d ệu lên ể ả ữ lihai tr m phát cùng m t lúc và gi m thi u sai sót phát sinh Ho c thiạ ộ ả ể ặ ết bị cũng có thểchọ ả ữ ện t i d li u lên m t tr m phát nh g n nhộ ạ ỏ ầ ất để ế ti t kiệm năng lượng truy n d n ề ẫtrong khi vẫn nh n v d ệ ảậ ề ữli u t i xuống t các tr m phát khác ừ ạ

S còn m t nhiẽ ấ ều năm nữa để các doanh nghi p vi n thông t n d ng h t các ệ ễ ậ ụ ế

ưu điểm c a công ngh ủ ệLTE-Advanced Hiện nay các nhà m ng vạ ẫn chưa triển khai

m t s ộ ố tính năng phứ ạp hơn củc t a công ngh ệ này như các dịch v ụ thoại và phần

mềm “tự ổ chức” Những tính năng này sẽ t cung c p kh ấ ả năng thích ứng v i các h ớ ạ

t ng m ng m i cho các tr m phát hoẩ ạ ớ ạ ặc tự khôi phục sau sự ố c

Và ch c ch n LTE-ắ ắ Advanced chưa phải là đỉnh cao nh t c a công ngh LTE ấ ủ ệ

T ổ chức qu c t ố ế đứng sau các chu n công ngh m ng này The 3rd Generation ẩ ệ ạPartnership Project (3GPP) đã công bố ế k ho ch v phiên b n k ti p vào cuạ ề ả ế ế ối năm nay M t s công ty g i phiên bộ ố ọ ản tương lai này là LTE-B b t ch p viấ ấ ệc 3GPP đã lên ti ng ph nh n và cho bi t ch ế ủ ậ ế ỉ chấp nh n tên g i LTE-Advanced B qua vậ ọ ỏ ấn đềtên g i, chúng ta ch ọ ỉ chắc ch n r ng bi n th m i này s p t c cung c p cho các ắ ằ ế ể ớ ẽ tiế ụ ấnhà m ng nhi u tu ạ ề ỳ chọn để khai thác triệt để hơn, bao gồm các giao thức cho ăng-ten ba chi u, truyề ền năng lượng hi u qu ệ ả hơn, và giao tiếp tr c ti p gi a các thi t b ự ế ữ ế ị

di động, c m bi n thông minh và máy móc thi t b khác M t công ngh t phá ả ế ế ị ộ ệ độnhư vậy có th cung cể ấp năng lực cao g p 30 l n so v i LTE-Advanced và th c s ấ ầ ớ ự ựđáng dể chúng ta ch i ờ đợ

Chương 1 Tổ ng quan v m ng 4G LTE ề ạ

K t luế ận: Chương 1 đã khái quát được những nét đặc trưng, ưu nhược điểm

và s phát tri n c a các h ự ể ủ ệ thống thông tin di động th h ế ệ 1, 2 và 3, 4 đồng thời đã

sơ lượ ổt t ng quan c a h thủ ệ ống thông tin di động th h 4 Hai thông s quan tr ng ế ệ ố ọđặc trưng cho các hệ ống thông tin di độ th ng s là tố ốc độ bit thông tin của ngườ ửi s

dụng và tính di động, các th h p theo các thông s ở ế ệ tiế ố này càng được c i thi n ả ệNêu được ưu điểm c a 4G so vủ ới 3G và các cơ sở để hình thành ưu điểm đó Để tìm

hi u thêm v ể ề 4G ta qua chương tiếp theo

Chương 2 C u trúc m ng ấ ạ thông tin di độ ng 4G LTE

CHƯƠNG 2: ẤC U TRÚC M NG THÔNG TIẠ N DI ĐỘNG 4G LTE

H ệ thống 4G được xây d ng nh m chuự ằ ẩn bị ột cơ sở ạ ầng di độ m h t ng chung

có kh ả năng phục v các d ch v hi n tụ ị ụ ệ ại và tương lai Cơ sở ạ ầng 4G đượ h t c thiết

k vế ới điều ki n nhệ ững thay đổi, phát tri n v k thu t có kh ể ề ỹ ậ ả năng phù hợp với

m ng hi n t i mà không làm ạ ệ ạ ảnh hưởng đến các d ch v ị ụ đang sử ụng Để thự d c hi n ệđiều đó, cần tách bi t gi a k thu t truy c p, k thu t truy n d n, k thu t d ch v ệ ữ ỹ ậ ậ ỹ ậ ề ẫ ỹ ậ ị ụ(điều khi n k t n i) và các ng d ng cể ế ố ứ ụ ủa ngườ ử ụng Chương này sẽi s d trình bày

h ệ thống di độ g 4G LTE: các đặc điển m k ỹ thuật, so sánh LTE v i WiMAX, cớ ấu trúc m ng 4G LTE s ạ ẽ như thế nào, nó liên k t v i các m ng khác ra sao, các kênh ế ớ ạ

s d ng trong E-UTRAN, các k thu t s dử ụ ỹ ậ ử ụngcho đường lên, đường xu ng trong ốLTE, đồng th i khái quát v các th t c ờ ề ủ ụ liên quan đến giao di n vô tuy n bao g m ệ ế ồchuyển giao và điều khi n công su ể ất

2.1 Kiế n trúc c a LTE ủ

2.1.1 C u trúc t ng quát ấ ổ

Hình sau ch ra ki n trúc t ng quát c a c a m t m ng LTE EPS (evolved ỉ ế ổ ủ ủ ộ ạpacket system) bao g m 3 thành phồ ần UE (máy đầu cu i: user equipment, E-ốUTRAN: m ng truy nh p radio, và m ng Core: EPC: evolved packet Core M ng ạ ậ ạ ạCore cũng là thành phần giao ti p v i các mế ớ ạng packet khác như internet, mạng riêng c a các công ty, ho c h ủ ặ ệ thống truyền thông đa phương tiện IP IMS (Ip multimedia system) Giao di n gi a các thành ph n khác nhau c a h ệ ữ ầ ủ ệ thống LTE được đ nh danh là các giao di n Uu, S1, và SG ị ệ i

2.1.2 Thiết bị ngườ i dùng

Kiến trúc bên trong c a m t thiủ ộ ế ịt b u cuđầ ối LTE như mô tả trong hình 2, v ềmặt cấu trúc thì nó hoàn toàn giống với thi t bế ị cầm tay trong mạng GSM và UMTS

Hình 2 1: C u trúc l p cao c a LTE ấ ớ ủ

Chương 2 C u trúc m ng ấ ạ thông tin di độ ng 4G LTE

Phần th c s s dự ự ử ụng để giao ti p truy n thông tin ế ề trong máy đầu cu i trong ố

mô hình ETSI đưa ra gọi là ME (mobile equipment) nó bao g m 2 b ph n, m t là ồ ộ ậ ộ

ph n MT (mobile termination) v i chầ ớ ức năng truyền thông tin và ph n TE (terminal ầequipment) v i chớ ức năng kết cu i các dòng d ố ữ liệu Phần ME có th ể chỉ là một LTE card được c m vào m t chi c máy tính xách tay nắ ộ ế ếu người dùng s d ng data ử ụcard, còn nếu người dùng s dử ụng điện tho i thì 2 ph n này là m t thi t bạ ầ ộ ế ị duy nh ất

Hình 2 2: C u trúc bên trong c ấ ủa UE, quy đị nh b ởi ETSI

Trong UE có s d ng m t thi t b g i là UICC (universal integrated circuit ử ụ ộ ế ị ọcard) tương đương với SIM card trong GSM ho c UMTS, trong card này ch y m t ặ ạ ộ

ứng d ng g i là USIM: Universal Subscriber Identity Mụ ọ odule lưu trữ các thông tin duy nhất để đị nh danh ng i dùng ườ như: số điện tho i, s d ng mạ ử ụ ạng nào, đồng thời

nó cũng mang các thông tin về ả b o mật như khóa bảo m t trong quá trình nh n th c ậ ậ ựthuê bao khi thuê bao đăng ký sử ụ d ng d ch v m ng Các thi t b u cu i LTE h ị ụ ạ ế ị đầ ố ỗtrợ các sim card t version R99 tr v ừ ở ề sau, các sim card sử ụ d ng b i các version ởGSM trở ề v trư c sẽớ không s dử ụng được trong các máy điện tho i LTE ạ

Thêm n a, thi t b u cu i LTE s h ữ ế ị đầ ố ẽ ỗ trợ ả c IPv4 và IPv6, khi nó giao tiếp

v i b t k m t m ng gói IP nào nó s ớ ấ ỳ ộ ạ ẽ được cấp phát 1 địa ch IP, ví d khi thuê bao ỉ ụ

đồng th i s d ng internet và truy c p vào m ng riêng c a công ty thì thuê bao s ờ ử ụ ậ ạ ủ ẽđược c p phát 02 IP khác nhau cho 2 tiấ ến trình đó Hai địa ch này có th cùng là ỉ ểIPv4 hoặc IPv6 ho c 2 lo i tùy thu c vào thi t b và m ng có h ặ ạ ộ ế ị ạ ỗ trợ không

Chương 2 C u trúc m ng ấ ạ thông tin di độ ng 4G LTE

tuy n khác nhau bao g m: tế ồ ốc độ ữ liệ ối đa mà thuê bao có khả năng xử d u t lý, các công ngh truy nh p vô tuy n khác nhau, t n s sóng mang s dệ ậ ế ầ ố ử ụng để thu/phát tín

hi u Thông qua các b n tin báo hi u thuê bao s chuy n các thông tin v ệ ả ệ ẽ ể ề năng lực

c a nó qua m ng truy nh p vô tuyủ ạ ậ ến vì v y m ng EUTRAN s bi t phậ ạ ẽ ế ải điều khiển

nó như thế nào Căn cứ vào những đặc điểm quan tr ng nh t c a UE bao g m t c ọ ấ ủ ồ ố

độ ữ ệ d li u tối đa mà nó hỗ ợ tr , lo i ạ điều ch , phiên b n ế ả người ta nhóm các UE thành các nhóm khác nhau

2.1.3 M ng truy nh p vô tuyạ ậ ến tiên tiế n

C u trúc c a m ng tuy nh p vô tuyấ ủ ạ ậ ến trong LTE được mô t ả trong hình dưới

M ng truy nh p vô tuy n truy n thông tin t ạ ậ ế ề ừ UE đến m ng Core EPC và ch có mạ ỉ ột thành ph n duy nh t là các evolved node B (eNB) M i m t eNB là m t tr m gầ ấ ỗ ộ ộ ạ ốc điều khi n m t ho c nhi u thuê bao trong 1 ho c nhi u cells Mể ộ ặ ề ặ ề ột máy đầu cu i ố(thuê bao) ch truy n thông tin t i 1 eNB duy nh t t i m t thỉ ề ớ ấ ạ ộ ời điểm do đó sẽ không

có soft-handover trong LTE như trong UMTS Trạm gốc eNB giao ti p v i thuê bao ế ớđược g i là m t serving eNB ọ ộ

Các eNB có 2 chức năng chính, một là nó phát tín hi u vô tuy n t i t t c các ệ ế ớ ấ ảmáy đầu cuối trên đường downlink và thu tín hi u vô tuy n t ệ ế ừ các máy đầu cu i ốtrên đường uplink thông qua vi c s d ng các chệ ử ụ ức năng điều ch và x lý tín hi u ế ử ệ

s ố và tương tự được mô t ả trong giao di n vô tuy n LTE ệ ế Chức năng thứ 2 c a eNB ủ

là nó điều khi n các hoể ạt động m c th p cứ ấ ủa các thuê bao mà nó đang quản lý b ng ằcách g i các b n tin báo hiử ả ệu như: các lệnh th c hi n chuy n giao ự ệ ể Để thực hi n các ệtính năng này và để ảm độ ễ gi tr trong quá trình truy n nhề ận thông tin eNB đã tích

hợp các tính năng ủc a RNC (radio network controller) trong m ng UMTS ạ

Chương 2 C u trúc m ng ấ ạ thông tin di độ ng 4G LTE

Hình 2 3: Kiế n trúc m ng truy nh p vô tuy n UMTS tiên ti n ạ ậ ế ế

M i eNB giao ti p v i m ng lõi EPC thông qua giao diỗ ế ớ ạ ện S1và cũng có thể

k t n i v i mế ố ớ ột eNB lân c n qua giao di n X2 (s d ng v i mậ ệ ử ụ ớ ục đích chính là truy n các b n tin báo hi u trong quá trình chuy n giao handover) Giao di n X2 là ề ả ệ ể ệ

m t thành ph n có th có ho c không do giao diộ ầ ể ặ ện S1 cũng có thể truy n các thông ềtin v chuy n giao thay cho X2 m c dù có th s phát sinh về ể ặ ể ẽ ấn đề trễ truy n d n nề ẫ ếu truy n qua giao diề ện này Thông thường các giao di n S1 và X2 không ph i là các ệ ả

k t n i v t lý tr c tiế ố ậ ự ếp mà thông tin được định tuy n thông qua m t m ng truy n tài ế ộ ạ ề

IP lớp dưới Tương tự các giao di n trong mệ ạng lõi EPC cũng được truy n qua ề

m ng IP này ạ

Trong LTE xu t hi n các Home node B là các node B nh ấ ệ ỏ được thuê bao mua v t trang b ề ự ị cho gia đình và chỉ ph sóng trong pham vi mủ ột căn hộ Một HeNB ch ỉ thuộc v m t s s thuê bao nhề ộ ố ố ất định và ch có các thuê bao này mỉ ới được cung c p d ch v t HeNB này V m t cấ ị ụ ừ ề ặ ấu trúc thì các HeNB này cũng kết

n i tr c tiố ự ếp đến mạng lõi EPC tương tự như các eNB khác hoặc có th k t nể ế ối đến EPC thông qua m t gateway qu n lý m t vài các HeNB khác nhau Các HeNB này ộ ả ộchỉ điều khi n m t cell và không h tr giao di n X2 ể ộ ỗ ợ ệ

2.1.4 M ng Core trong LTE ạ

Các thành ph n chính trong mầ ạng Core LTE (evolved packet core) được mô t ả

Chương 2 C u trúc m ng ấ ạ thông tin di độ ng 4G LTE

trong hình dưới M t trong các thành phộ ần chính đó là HSS (home subcriber server)

là trung tâm lưu trữ cơ sở ữ ệ d li u t t c thuê bao c a mấ ả ủ ạng Đây là một trong các thành phần có chức năng tương tự như HLR trong mạng UMTS và GSM

P-GW hay PDN (packet data network) gateway là điểm giao ti p c a mế ủ ạng Core EPC v i các m ng ngoài khác, thông qua giao di n SGi mớ ạ ệ ạng EPC trao đổi thông tin v i các thi t b m ng ho c v i các m ng gói khác ví d ớ ế ị ạ ặ ớ ạ ụ như các server của nhà cung c p d ch v ấ ị ụ hoặc v i các h ớ ệ thống đa phương tiện IP IMS M i m t m ng ỗ ộ ạgói này được đ nh danh b ng 1 APN, m i nhà cung c p d ch v s có nhi u APN s ị ằ ỗ ấ ị ụ ẽ ề ử

d ng cho nhi u mụ ề ục đích khác nhau, ví d 01 APN cho server và 01 APN cho kụ ết

nối internet

Hình 2 4: Các thanh ph n chính trong m ng core LTE ầ ạ

M i m t thuê bao trong m ng s ỗ ộ ạ ẽ được ch nh mỉ đị ột PDN khi thuê bao b t ậmáy, PDN này là mặc định để thuê bao có th k t nể ế ối đến m ng ngoài (ví d ạ ụinternet) Sau đó nếu thuê bao có nhu c u k t nầ ế ối đến nhi u m ng khác ví d m ng ề ạ ụ ạdoanh nghi p, m ng riêng oệ ạ ả … thì nó sẽ được c p thêm các PDN khác nấ ữa

Serving Gateway (S-– GW) ạt động như một router đểho chuy n ti p data t ể ế ừ

eNB đến PDN gateway Thông thường m t m ng LTE ch a mộ ạ ứ ột vài SGW đặ ại t tcác vùng địa lý khác khau để ế ố k t n i các node B trên toàn mạng lưới M i m t thuê ỗ ộ

Chương 2 C u trúc m ng ấ ạ thông tin di độ ng 4G LTE

bao được ch nh k t n i t i m t S-GW tuy nhiên khi thuê bao di chuy n thì S-GW ỉ đị ế ố ớ ộ ểđược ch nh này s tỉ đị ẽ hay đổi tùy vào vùng địa lý mà thuê bao di chuy n t i ể ớ

MME (mobility management entity) điều khi n các hoể ạt động m c cao c a ứ ủthuê bao thông qua các b n tin báo hi u M t s hoả ệ ộ ố ạt động m c cao này ví d ứ ụ như:

b o m t nh n th c, chuyả ậ ậ ự ển đổi báo hiệu, … ộm t m ng có th g m nhi u MME quạ ể ồ ề ản

lý một vùng địa lý nhất định, m i mỗ ột thuê bao được ph c v và qu n lý b i mụ ụ ả ớ ột MME nhất định và có th ể thay đổi khi di chuyển MME cũng điều khi n các thành ể

ph n khác c a m ng s d ng các b n tin báo hi u và và th tầ ủ ạ ử ụ ả ệ ủ ục nội bộ trong EPC

So sánh v i m ng UMTS và GSM ớ ạ thì PDN gateway đóng vai trò tương tựnhư GGSN còn MME tương tự như SGSN xử lý các phần định tuy n data và các ếchức năng báo hiệu, nhà m ng có th d dàng m rạ ể ễ ở ộng các serving gateway khi lưu

lượng tăng cũng như bổ sung các MME khi s ợng thuê bao tăng lên Tương tự ố lưgiao diện S1 cũng có 2 loại S1-U mang lưu lượng c a c a signaling gateway còn ủ ủS1-MME mang b n tin báo hi u cho MME ả ệ

MME cũng có thể có m t s thành phộ ố ần khác như CBC (cell broadcast centre) để cung c p các d ch v quấ ị ụ ảng bá như cảnh báo sóng thần, động đất… hoặc EIR để cung c p các d ch v v ấ ị ụ ề ngăn chặn các thuê bao b ị đánh cắp…

2.1.5 C u trúc roaming ấ

C u trúc roaming cho phép thuê bao LTE v n khi di chuy n ra ngoài vùng ấ ẫ ể

ph sóng c a nhà cung c p d ch v v n có th s d ng d ch v nh vào tài nguyên ủ ủ ấ ị ụ ẫ ể ử ụ ị ụ ờ

c a m ng khác Vi c chia s và cung c p d ch v roaming ph ủ ạ ệ ẻ ấ ị ụ ụ thuộc vào th a thuỏ ận roaming gi a các nhà m ng v i nhau Có 2 lo i ki n trúc roaminữ ạ ớ ạ ế g như trong hình sau N u m t thuê bao roaming HSS quế ộ thì ản lý thuê bao đó thuộc m ng ch còn lạ ủ ại các thành ph n khác (eNB, E-ầ UTRAN, MME… đều thu c m ng khách Lúc này ộ ạPDN gateway có th chia làm 2 ph n tùy thu c vào tình hu ng th c t Ki n trúc ể ầ ộ ố ự ế ế

thứ nh đó là PDN gateway nằất m t i m ng ch , toàn b d ệạ ạ ủ ộ ữ li u c a thuê bao s ủ ẽđược định tuy n v P-GW này Ki n trúc này cho phép nhà m ng qu n lý toàn b ế ề ế ạ ả ộlưu lượng và tính phí tr c ti p cho khách hàng tuy nhiên mô hình này có h n ch là ự ế ạ ếtài nguyên không đủ gây ra độ ễ tr cao khi mà thuê bao di chuyển ra nước ngoài, đ c ặ

Chương 2 C u trúc m ng ấ ạ thông tin di độ ng 4G LTE

biệt là trong trường h p 2 thuê bao g n nhau th c hi n cu c gợ ầ ự ệ ộ ọi cho nhau Trường

h p th 2 là PDN c a thuê bao s ợ ứ ủ ẽ được c u hình ngay t i mấ ạ ạng khách, trong trường

h p thuê bao roaming HSS s l a ch n P-GW nào cho thuê bao (APN) Mô hình 2 ợ ẽ ự ọ

có ưu điểm là giảm độ ễ tr truy n d n và tài nguyên so về ẫ ới mô hình 1 nhưng sẽ khó khăn cho nhà m ng v m t quạ ề ặ ản lý lưu lượng c a thuê bao khi roaming ủ

Giao di n giệ ữa SGW và PGW được g i là giao di n S5/S8, n u P-GW và S-ọ ệ ế

di n S1-MME Các MME pool này có th ệ ể chồng l n lên nhau ầ như hình vẽ Trong

một MME pool thường ph sóng m t ho c nhi u thành ph và nhà m ng s b sung ủ ộ ặ ề ố ạ ẽ ổMME để share t i n u th y c n thi ả ế ấ ầ ết