Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G/LTE và phương án triển khai ở Việt Nam

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

NGUYÊN THỊ THANH NGỌC

NGHIÊN CỨU HỆ THÓNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G/LTE VÀ PHƯƠNG

ÁN TRIEN KHAI Ở VIỆT NAM

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2014

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS Vũ Văn San

Phản biện Ì: C00200 20 2n SH ng n nh nh vn ra

Phản biện 2:_ - cc cv xy

chính Viễn thông

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Công nghệ di động hiện nay ở trên thế giới cũng như ở Việt Nam đang phát triển rất mạnh về công nghệ cũng như dịch vụ Sau một thời gian khai thác thì các nhu cầu khách hàng về dịch vụ băng rộng như internet đang tăng lên, trong khi các dịch vụ mạng di động trước đây 2G chỉ đáp ứng được dịch vụ thọai thuần túy và nhắn tin Trước mắt thì công nghệ 3G đã giải quyết được vấn đề về dịch vụ băng rộng Tuy nhiên, hiện nay trên thế giới đã có nhiều nước thực hiện triển khai hướng công nghệ mới — công nghệ 4G/LTE và đã đem

lại hiệu quả cho nhà khai thác

Tiếp theo sự ra đời của các mạng thông tin di động 3G, mang di động thế hệ mới 4G đang được hàng loạt nhà mạng trên khắp thế giới nhắc đến trong những chiến dịch

truyền thông Công nghệ 4G có băng thông rất rộng, với nhiều ưu điểm cho phép cung cấp nhiều loại hình dịch vụ, cho phép người sử dụng truy cập đa dịch vụ băng rộng thuận tiện Cùng với sự phát triển của mạng 3G và tiếp theo sẽ là mạng 4G với băng thông lớn sẽ mở ra cơ hội phát triển các dịch vụ viễn thông mới von đã phát triển mạnh trên mạng Internet, tạo điều kiện thuận lợi, hấp dẫn cho các nhà cung cấp nội dung, cung cấp các dịch vụ gia tri gia tăng có chất lượng cao như: Video Streaming, Video on Demand, Music on Demand, Mobile Banking, Mobile TV, Multiplayer Games, vv Vì vậy, các hệ thống thông tin di động 4G sẽ hứa hẹn nhiều tiềm năng cho thị trường viễn thông Việt Nam hiện nay.

Mặc dù tháng 9 năm 2010, Bộ Thông tin và Truyền thông đã cấp phép cho 5 doanh nghiệp thử nghiệm dịch vụ 4G gồm VNPT, Viettel, FPT Telecom, CMC và VTC Thời gian thử nghiệm trong vòng 1 năm, sau khi thử nghiệm, cấp phép và tần số sẽ được các công ty dau giá dé được cấp phép Tuy nhiên việc triển khai mang 4G không phải dé dàng ,công nghệ phức tạp và việc chuẩn hóa thì chưa hoàn thiện; hiệu quả kinh doanh vẫn còn là một an số đối với các nhà cung cấp dịch vụ nên việc triển khai cụ thể như thế nào thì cần phải nghiên cứu, tìm hiểu về công nghệ, xem xét triển khai hệ thống và cần có quy hoạch hết sức hợp lý Việc triển khai hay không triển khai 4G, sử dụng công nghệ 4G nào, khi nào thì bắt đầu triển khai 4G trên thị trường Việt Nam đang là vấn đề lớn đặt ra cho các nhà quy hoạch.

Và việc xây dựng một hệ thống mới đảm bảo chất lượng dịch vụ một cách hiệu quả nhất đồng thời đem đến cho người dùng các loại hình dịch vụ mới ,đa dạng và khai thác được ưu thế của mạng 4G cũng là vấn đề cần quan tâm Tuy nhiên, việc triển khai 4G/LTE ở Việt nam sẽ là bước tiến tất yêu đôi với nền công nghiệp viễn thông trong nước Chính vì vậy,

em chọn đề tài "Nghiên cứu hệ thong thông tin di động 4G/LTE và phương án triển khai ở Việt Nam" với mong muốn tìm hiểu, nghiên cứu dé góp phan làm cụ thể hóa về van đề

này.

2 Tổng quan về van đề nghiên cứu

Luận văn nghiên cứu và đánh giá, lựa chọn công nghệ cho hệ thống thông tin di động thế hệ mới 4G/LTE, đề xuất hướng áp dụng công nghệ di động 4G/LTE trên cơ sở mạng

di động 3G hiện có.

3 Mục đích nghiên cứu

Nội dung của luận văn được thực hiện nhằm nghiên cứu về công nghệ mạng 4G/LTE, tiếp cận và theo sát xu hướng phát triển, kinh nghiệm triển khai công nghệ 4G trên thế giới đề đề xuất ứng dụng công nghệ 4G/LTE trên thị trường viễn thông Việt Nam.

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu tập trung vào nghiên cứu công nghệ mạng 4G/LTE , khảo sát

và đánh giá tình hình mạng di động ở nước ta hiện nay, từ đó đề xuất hướng quy hoạch và

quản ly mang 4G/LTE ở Việt Nam.

5 Phương pháp nghiên cứu và tiếp cận

Các phương pháp nghiên cứu của luận văn:

- Nghiên cứu lý thuyết: tìm hiểu và nghiên cứu các tài liệu khoa học về các công nghệ tiên tiến hiện nay trong lĩnh vực thông tin di động: các công nghệ và triển khai hệ thống: phát triển các dịch vụ, tích hợp dịch vụ và quản lý mạng.

- Khảo sát đánh giá hiện trạng thực tế: đánh giá hiện trạng công nghệ và hạ tang mang thông tin di động hiện nay, hiện trạng phát triển mạng di động 3G hiện có; Đánh giá về khả năng ứng dụng và phát triển công nghệ 4G/LTE trên hạ tầng mang 3G hiện có - Tham khảo kinh nghiệm triển khai thực tế: nhiều nước tiên tiến có trên thế giới đã

triển khai công nghệ 4G/LTE; ngoài ra, nhiều hãng thiết bị và giải pháp cũng đưa ra nhiều khuyến nghị trong phát trién mạng 4G Đây là nguồn kinh nghiệm tốt dé tham

khảo cho luận văn nhăm đạt được mục tiêu, kêt quả của luận văn đặt ra.

6 Ket cầu của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và danh mục tài liệu tham khảo, luận văn được kết cấu

gồm 3 chương:

Chương 1 : Tổng quan về phát triển mang thông tin di động 3G lên 4G/LTE

Chương 2 : Nghiên cứu công nghệ di động 4G/LTE

Chương 3 : Đề xuất phương án triển khai công nghệ mạng 4G tại Việt Nam

CHƯƠNG 1- TONG QUAN VE PHÁT TRIEN MẠNG MẠNG THONG TIN DI DONG 3G LEN 4G/LTE

1.1 Công nghệ 3G va phát triển lên 4G

1.1.1 Tổ chức mạng 3G

3G là thuật ngữ dùng để chỉ các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (Third Generation) Mạng 3G (Third - generation technology) là thế hệ thứ ba của chuẩn công nghệ

điện thoại di động, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi

email, tin nhắn nhanh, hình ảnh ).

1.12 Triển khai dịch vụ 3G

3G hỗ trợ các dịch vụ truyền thông đa phương tiện Vì thế mỗi kiểu lưu lượng cần đảm bảo một mức QoS nhất định tuỳ theo ứng dụng của dịch vụ QoS ở W-CDMA được

phân loại như sau:

- - Loại hội thoại (Conversational): Thông tin tương tac yêu cầu trễ nhỏ (thoại chăng hạn).

- _ Loại luồng (Streaming): Thông tin một chiều đòi hỏi dịch vụ luồng với trễ nhỏ (phân phối truyền hình thời gian thực chăng hạn: Video Streaming)

- _ Loại tương tác (Interactive): Doi hỏi trả lời trong một thời gian nhất định và tỷ lệ lỗi thấp (trình duyệt Web, truy nhập server chang hạn).

- Loại nền (Background): Đòi hỏi các dịch vụ nỗ lực nhất được thực hiện trên nền cơ sở (e-mail, tải xuống file: Video Download)

1.13 Hướng phát triển lên 4G

Mạng 4G sẽ là một sự hội tụ của nhiều công nghệ mạng hiện có và đang phát triển

như 2G, 3G, WiMAX, Wi-Fi, IEEE 802.20, IEEE 802.22, pre-4G, satellite dé cung cấp một kết nối vô tuyến đúng nghĩa rộng khắp (ubiquitous), mọi lúc, mọi nơi, không ké mang thuộc nhà cung cap nào, không ké người dùng đang dùng thiết bị di động gì.

1.2 Nghiên cứu sự phát triển công nghệ di động một số nước trên thế giới

12.1 Một số công nghệ dang phát triển (3G, WiMAX, LTE, )

- _ Công nghệ Wimax- Công nghệ LTE

1.2.2 Xu hướng phát triển công nghệ mạng di động từ 3G lên 4G

1.2.3 Tình hình triển khai mang thông tin di động 4G trên thế giới và trong khu

Hiện nay trên thế giới tình hình triển khai LTE đã diễn ra rất nhanh Trên thế giới đã có rất nhiều quốc gia triển khai và phát triển thành công về công nghệ 4G.

1.3 Kết luận chương

Chương 1 giới thiệu tổng quát về công nghệ 3G và qua đó nhận thay rằng con đường phát triển lên 4G có hai hướng chính là phát triển lên LTE hoặc Wimax Tuy nhiên đối với

những nhà mạng đi lên từ GSM rồi 3G thì con đường phát triển tiếp chính là LTE Qua việc

nghiên cứu sự phát triển mạng thông tin di động của các nước trên thế giới thấy răng các nước này đã và đang phát triển, mở rộng mạng và cung cấp dịch vụ trên công nghệ 4G/LTE khá nhanh Từ đây các nước phát triển công nghệ 4G/LTE có thể đúc rút kinh nghiệm khi triển khai mạng của mình Như vậy có thể thấy hiện nay trên thế giới việc triển khai LTE diễn ra rộng khắp, rất nhiều nhà mạng đã triển khai mạng LTE thành công đem lại bước ngoặt lớn cho thị trường di động băng rộng tốc độ cao hơn và chất lượng tốt hơn.

CHƯƠNG 2 - NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG 4G/LTE

2.1 Công nghệ mạng 4G/LTE

1.1.1 Các định nghĩa về mạng LTE/4G

Có nhiều định nghĩa khác nhau về 4G, có định nghĩa theo hướng công nghệ, có định nghĩa theo hướng dịch vụ Đơn giản nhất, 4G là thế hệ tiếp theo của mạng thông tin đi động không dây 4G là một giải pháp để vượt lên những giới hạn và những điểm yếu của mạng

Công nghệ 4G còn là ý tưởng, hy vọng của những nhà nghiên cứu ở các trường đạihọc, các viện, các công ty như Motorola, Qualcomm, Nokia, Ericsson, Sun, HP, NTT

DoCoMo và nhiều công ty viễn thông khác với mong muốn đáp ứng các dịch vụ đa phương

tiện mà mạng 3G không thể đáp ứng được.

1.1.2 Các chuẩn được định nghĩa cho LTE/4G

Từ năm 2008, Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU-R) đã quy định một tập các yêu cầu về tiêu chuân 4G được gọi là tiêu chuẩn Viễn thông di động quốc tế nâng cao

Tổ chức 3GPP( đại diện là các công ty GSM/UMTS) là tổ chức đưa ra các đặc tính kỹ thuật cho GSM, W-CDMA, 3GPP là tổ chức đã chuẩn hóa 3G với các phiên bản R99, R4,R5,R6,7 và trong quá trình phát triển đã nỗ lực dé tiếp cận 4G đó là LTE (

Long term evolution) sẽ hỗ trợ tốc độ 100Mbps đường xuống và 50 Mbps đường lên

với dai thông là 1.25 MHZ đến 20MHz.

1.13 Tân số vô tuyến sử dụng trong LTE/4G

Ca LTE va UMTS được định nghĩa cho một phạm vi rộng các dải tần số khác nhau, mà một hoặc nhiều carrier độc lập có thé hoạt động Bang 2.1 và 2.2 cho biết chi tiết hoạt động tương ứng của băng tan FDD va TDD.

Separation (MHz) Usage Usage

Tiên hóa mạng lõi gói

Năng lực cua mạng LTE/4G

Tốc độ: Tốc độ tải xuống (Downlink) cao nhất ở băng thông 20MHz có thé lên đến

Độ trễ: Thời gian trễ tôi đa đối với dich vụ người dùng phải thấp hon Sms.

Độ rộng băng thông linh hoạt: Có thể hoạt động với băng thông 5MHz, 10MHz,

15MH¿z và 20MHz, thậm chí nhỏ hơn SMHz như 1,25MHz và 2,5MHz.

Tính di động: Tốc độ di chuyên tối ưu là 0-15km/giờ, vẫn hoạt động tốt với tốc độ di chuyền từ 15-120km/giờ, thậm chí lên đến 500km/giờ tùy băng tần.

Phổ tần số: Hoạt động theo chế độ phân chia theo tần số hoặc chế độ phân chia theo

thời gian.

Chất lượng dịch vu: VoIP dam bao chat lượng âm thanh tốt, độ trễ ở mức tối thiểu

(thời gian chờ gần như không có) thông qua các mạng chuyên mạch UMTS.

Liên kết mạng: Khả năng liên kết với các hệ thống UTRAN/GERAN hiện có và các hệ thống không thuộc 3GPP cũng sẽ được dam bảo

Chi phí: Chi phí triển khai và vận hành giảm

Các dich vụ của mạng LTE/4G

Qua việc kết nối của đường truyền tốc độ cao, băng thông linh hoạt, hiệu suất sử

dụng phổ cao và giảm thời gian tré gói, LTE hứa hen sẽ cung cấp các dịch vụ da dạng

hơn Đôi với khách hang, sẽ có thêm nhiêu ứng dụng về dong dữ liệu lớn, tải vê và chia

sẻ video, nhạc và nội dung đa phương tiện Tât cả các dịch vụ sẽ cân lưu lượng lớn đê

đáp ứng đủ chất lượng dịch vụ, đặc biệt là với mong đợi của người dùng về đường truyền

TV độ nét cao Đối với khách hàng là doanh nghiệp, truyền các tập tin lớn với tốc độ cao, chất lượng video hội nghị tốt.

1.1.6 Những thách thức về công nghệ LTE/4G

Tài nguyên băng tần

- Tài nguyên địa chỉ IP

- Van đề chất lượng dịch vu (QoS)

- Vấn đề bảo mật

- Thiệt bi dau cudi

2.2 Kiến trúc mang lõi ECP

Kiến trúc mạng lõi LTE/4G được bao gồm các thực thé được kết nối dé thực hiện các

chức năng của chúng Mang lõi có chức năng điều khiển thiết bi UE và thiết lập các bearer.

Các node chính của EPC là: PDN Gateway (P-GW), Serving Gateway(S-GW), Khối quản

lý di động (MME).

2.2.1 Thực thé quan lý di động, MME

MME là thực thé điều khiển chính cho mạng truy nhập LTE, là node điều khién, xử lý

tín hiệu giữa UE và mạng lõi MME có thể hiểu đơn giản có chức năng gần giống với SGSN

trong mạng 3G Các thủ tục protocol chạy giữa UE và CN được gọi là NAS protocol.

2.2.2 Cổng phục vụ, S-GW

Trong cấu hình kiến trúc cơ sở, chức năng mức cao của S-GW là quản lý tunnel UP

và chuyền mạch S-GW là bộ phận của hạ tầng mạng được quản lý tập trung tại nơi khai

S-GW có vai trò thứ yếu trong các chức năng điều khién 2.2.3 Cổng mạng dữ liệu gói, P-GW

Cổng mạng số liệu gói (P-GW là viết tắt của PDN-GW) là một tuyến biên giữa EPS và

các mạng số liệu bên ngoài Nó là một nút cuối di động mức cao nhất trong hệ thống và

thường hoạt động như một điểm nhập mạng IP đối với UE Nó thực hiện các chức năng mở công lưu lượng và lọc theo yêu cầu của dịch vụ.

2.3 Các dịch vụ nâng cao cho 3G và LTE/4G

- Dịch vụ hiện thị trạng thái thuê bao — Presence: Dịch vụ này cho phép một thuê bao

có thê truy van đến một thuê bao khác dé nhận thông tin về trạng thái của thuê bao nào

- Hội nghị: Conferencing cho phép nhiều thuê bao liên lạc với nhau duy trì kết nối điểm

— điểm, thực hiện không chỉ thoại mà nó hỗ trợ nhiều luồng dữ liệu bao gồm: thoại,

video, tin nhắn instant, hay gaming Với dich vụ conferencing, thuê bao có thé tạo, kiểm soát, tham gia hay rời bỏ cuộc liên lạc đó.

- Dịch vụ nhắn tin: Bước tiếp theo của tin nhắn chính là tin nhắn có hình ảnh trên nên mạng PS - dich vụ MMS.

- Nhắn tin nhanh page-mode: Nhắn tin nhanh là hình thức gửi tin nhắn gần như real time tới thuê bao nhận thông qua cơ chế chèn nội dung tin nhắn trong bản tin yêu

cầu rồi gửi đi.

- Nhắn tin bằng cách thiết lập phiên:

Y Các dịch vụ hỗ trợ thuê bao: cho phép thuê bao ghi lại, tạm dừng hay thay đôi

thời gian xem nội dung.

2.4 Kết luận chương

Trong chương 2 đã tập trung vào nghiên cứu đặc điểm của 4G/LTE, kiến trúc mạng

lõi cua LTE cũng như những dịch vu nâng cao ma LTE đem lại Bên cạnh đó, năng lực củamang thông tin di động sử dụng công nghệ 4G cũng như những khó khăn thách thức khi

triển khai cũng được đề cập trong chương này Rõ ràng công nghệ 4G/LTE có nhiều ưu điểm và thuận lợi hơn so với công nghệ 3G Vì vậy việc phát triển lên mạng 4G/LTE là một xu hướng tất yếu của các mạng thông tin đi động trên thế giới cũng như tại Việt Nam trong

những năm tới.

CHƯƠNG 3 - ĐÈ XUẤT PHƯƠNG ÁN TRIEN KHAI CÔNG NGHỆ

MẠNG 4G TẠI VIỆT NAM

3.1 Khảo sát, đánh giá mạng di động tại Việt Nam

Tại Việt Nam công nghệ 3G-UMTS- WCDMA đã phát triển hơn so với các công

nghệ khác, từ các mạng lớn như Mobifone, Viettel, Vinaphone đến các mạng nhỏ như VietNammobile, Gmobile đều sử dụng công nghệ 3G UMTS WCDMA bởi một số lý do

như công nghệ 3G UMTS WCDMA phát triển kết thừa từ GSM, số lượng mạng triển

khai 3G UMTS WCDMA trên thế giới chiếm đa số cho nên sẽ rất thuận lợi cho dịch

vụ chuyên vùng.

Hiệu qua của mang 3G:

Việc triển khai 3G là một bước ngoặt lớn cho thị trường di động và thị

trường internet băng rộng tại Việt Nam, với ưu điểm tốc độ truyền dữ liệu cao hơn

2G mạng 3G đã đáp ứng một phần nhu cầu của khách hàng về các dịch vụ đòi hỏi tốc độ cao Mạng 3G ra đời kéo theo sự phát triển của một số dịch vụ mới đặc biệt là dịch vụ internet băng rộng di động, qua đó mang lại hiệu quả và ý nghĩa về mặt kinh tế xã hội rất

Hạn chế của mạng 3G/UMTS hiện tại ở Việt Nam

Các mạng thông tin di động thế hệ 3G WCDMA va thế hệ 35G HSDPA và HSUPA ra đời đã phần nào đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng Tuy nhiên,

các mạng di động nay con nhiều nhược điểm như: tốc độ truyền dữ liệu chưa cao, do đó chất lượng của các dịch vụ thời gian thực chưa cao, tốc độ truyền đữ liệu vẫn còn thấp, đặc

biệt là tính di động kém.

3.2 Lựa chọn công nghệ và phát triển hệ thống

Đối với mạng di động như Viettel, Vinaphone, Mobifone đi lên từ GSM, con đường phát triển thực tế từ GSM lên 2,5G tiếp đến là 3G, tiếp nữa là HSPA+ thì con đường phát triển tiếp theo chính là 4G/LTE Để đảm bảo sự phát triển liên tục

của các mạng như Viettel, Vinaphone, Mobifone thì định hướng chính là phát

triển lên LTE với phần mạng lõi chuyển mạch gói dùng chung với 3G và phần vô