Lộ trình tiến lên 4G của Viettel

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 16 Thông tin di động bắt đầu từ những năm 1920, khi các cơ quan an ninh ở Mỹ bắt đầu sử dụng điện thoại vô tuyến, dù chỉ là ở các căn cứ thí nghiệm. Công nghệ vào thời điểm đó đã có những thành công nhất định trên các chuyến tàu hàng hải, nhưng nó vẫn chưa thực sự thích hợp cho thông tin trên bộ. Các thiết bị còn khá cồng kềnh và công nghệ vô tuyến vẫn còn gặp khó khăn trước những toà nhà lớn ở thành phố 16 1.1.Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất 17 1.2.Hệ thống thông tin di động thế hệ hai 17 1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ ba 22 Hình 1.5 : Quá trình phát triển các công nghệ thông tin di động đến 4G 25 KẾT LUẬN 28 CHƯƠNG 3 : KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC 45 3.1. Kiến trúc mạng LTE 45 3.1.1. Tổng quan về cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống 46 3.1.2. Thiết bị người dùng ( UE) 47 3.1.3. E-UTRAN NodeB (eNodeB) 47 3.1.4. Thực thể quản lý tính di động (MME) 49 3.1.5. Cổng phục vụ ( S-GW) 51 3.1.6. Cổng mạng dữ liệu gói( P-GW) 53 3.1.7. Chức năng chính sách và tính cước tài nguyên ( PCRF) 54 3.1.8. Máy chủ thuê bao thường trú (HSS) 55 3.2. Các giao diện và giao thức trong cấu hình kiến trúc cơ bản của hệ thống 56 3.3. QoS và kiến trúc dịch vụ mang chuyển 60 3.4. Giao thức trạng thái và chuyển tiếp trạng thái 61 3.5. Hỗ trợ tính di động liên tục 62 3.6. Kiến trúc hệ thống phát quảng bá đa điểm 65 4.1.2. Yêu cầu với hệ thống 4G 71 4.1.3. Băng tần triển khai LTE 73 4.1.3.1Băng tần LTE trên thế giới 73 4.1.3.2 Băng tần LTE tại Việt Nam 74 4.1.5. Các dịch vụ của LTE 78 4.2.3 Các công nghệ được sử dụng trong 4G 83 4.3 Tình hình triển khai 4G-LTE của Viettel 88 4.3.1. Các tùy chọn nâng cấp lên LTE 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 LỜI CAM ĐOAN 101 1 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay thông tin di động phát triển rất nhanh đã mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà khai thác. Khởi nguồn từ dịch vụ thoại đắt tiền cho một số ít người, đến nay với sự ứng dụng rộng rãi các thiết bị thông tin di động có thể cung cấp nhiều hình loại dịch vụ đòi hỏi tốc độ số liệu cao cho người sử dụng. Các dịch vụ đòi hỏi tốc độ cao ngày các trở nên phổ biến. Hệ thống di động thế hệ thứ hai, với GSM và CDMA là những ví dụ điển hình đã phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc gia. Tuy nhiên, thị trường viễn thông càng mở rộng càng thể hiện rõ những hạn chế về dung lượng và băng thông của các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai. Sự ra đời của hệ thống di động thế hệ thứ ba với các công nghệ tiêu biểu như WCDMA hay HSPA là một tất yếu để có thể đáp ứng được nhu cầu truy cập dữ liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc độ cao, băng thông rộng của người sử dụng. Mặc dù các hệ thống thông tin di động thế hệ 2.5G hay 3G vẫn đang phát triển không ngừng nhưng các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới đã bắt đầu tiến hành triển khai thử nghiệm một chuẩn di động thế hệ mới có rất nhiều tiềm năng và có thể sẽ trở thành chuẩn di động 4G trong tương lai, đó là LTE (Long Term Evolution). Các cuộc thử nghiệm, trình diễn đã chứng tỏ năng lực tuyệt vời của công nghệ LTE và khả năng thương mại 2 hóa LTE đã đến rất gần. Tuy vẫn còn khá mới mẻ nhưng mạng di động băng rộng 4G đang được kỳ vọng sẽ tạo ra nhiều thay đổi khác biệt so với những mạng di động khác. Hiện nay thị trường di động Việt Nam được đánh giá là tăng trưởng đứng thứ 2 trên thế giới sau Trung Quốc, số thuê bao không ngừng tăng, nhu cầu về việc sử dụng các dịch vụ và các dịch vụ đa phương tiện ngày càng cao và càng đòi hỏi cao hơn trong tương lai. Do đó việc nghiên cứu một công nghệ mới để đáp ứng các nhu cầu thị trường trong tương lai là rất cần thiết. Viettel là nhà mạng lớn của Việt Nam đã triển khai 3G và đang từng bước thử nghiệm và tiến hành các công việc chuẩn bị cho lộ trình tiến tới hệ thống thông tin di động thứ tư (4G)_LTE. Với mong muốn tìm hiểu và cập nhật về thực trạng triển khai và cung cấp dịch vụ di động của các nhà mạng trong nước điển hình là Viettel, em đã lựa chọn đề tài “Lộ trình tiến lên 4G của Viettel” Nội dung đồ án được chia làm 4 chương: Chương 1: Các hệ thống thông tin di động Chương 2: Khái quát về hệ thống thông tin di động 4G Chương 3: Kiến trúc mạng và giao thức LTE Chương 4: Lộ trình tiến lên 4G của Viettel Do thời gian có hạn, kiến thức của em còn nhiều hạn chế nên chắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót. Mong các thầy cô, cùng các bạn có thể đóng góp ý kiến cho em để em có những hiểu biết sâu rộng hơn về đề tài này. Em xin cảm ơn các thầy cô giáo khoa Công nghệ thông tin, các thầy cô giáo trường đại học Phương Đông đã truyền đạt cho em nhiều kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong quá trình học tập và nghiên cứu.Em xin chân thành cảm ơn cô giáo Thạc sĩ Phạm Thị Vân Khánh, người đã định hướng, 3 hướng dẫn, góp ý cho em nhiều điều vô cùng quý báu trước và trong quá trình thực hiện đề tài này. Hà Nội, tháng 5 năm 2013 SINH VIÊN BÙI ĐỨC HIẾU DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Kí Hiệu Tên Tiếng Anh Tên Tiếng Việt 3GPP Third Generation Partnership Project Dự án các đối tác thế hệ thứ ba 4G Fourth Generation Thông tin di động thế hệ thứ 4 A AAA Authentication, Authorization and Accounting Xác thực, cấp phép và tính cước ACF Analog Channel Filter Bộ lọc kênh tương tự ACIR Adjacent Channel Interference Rejection Loại bỏ nhiễu kênh lân cận ACK Acknowledgement Sự báo nhận ACLR Adjacent Channel LeakageTỉ lệ dò kênh lân cận 4 Ratio ACS Adjacent channel selectivity Chọn lọc kênh lân cận ADC Analog-to Digital Conversion Chuyển đổi tương tự -số ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số không đối xứng AM Acknowledged Mode Chế độ báo nhận AMBR Aggregate Maximum Bit Rate Tốc độ bít tối đa cấpphát AMD Acknowledged Mode Data Dữ liệu chế độ báo nhận AMR Adaptive Multi-Rate Đa tốc độ thích ứng AMR-NB Adaptive Multi-Rate Narrowband Băng hẹp đa tốc độ thích ứng AMR-WB Adaptive Multi-Rate Wideband Băng rộng đa tốc độ thích ứng ARP Allocation Retention Priority ưu tiên duy trì cấp phát ATB Adaptive Transmission Bandwidth Băng thông truyền dẫn thích Nghi AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng thêm vào AMPS Advanced Mobile Phone Sytem Hệ thống điện thoại di động tiên tiến B BB Baseband Băng gốc BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển phát quảng bá BCH Broadcast Channel Kênh phát quảng bá BPF Band Pass Filter Bộ lọc băng tần BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân BS Base Station Trạm gốc BSC Base Station Controller Điều khiển trạm gốc BSR Buffer Status Report Báo cáo tình trạng bộ đệm 5 BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc BW Bandwidth Dải thông C CAZAC Constant Amplitude Zero Autocorrelation Codes Mã tự tương quan zero biên độ không đổi CBR Constant Bit Rate Tốc độ bít không đổi CCE Control Channel Element Phần tử kênh điều khiển CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung CDD Cyclic Delay Diversity Phân tập trễ vòng CDF Cumulative Density Function Chức năng mật độ tích lũy CDM Code Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo mã CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CIR Carrier to Interference Ratio Tỷ số sóng mang trên tập âm CP Cyclic Prefix Tiền tố vòng CPICH Common Pilot Channel Kênh điều khiển chung CQI Channel QualityInformation Thông tin chất lượng kênh CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra dư vòng C-RNTI Ô Radio Network Temporary Identifier Nhận dạng tạm thời mạng vô tuyến tế bào CS Circuit Switched Chuyển mạch kênh CSCF Call Session Control Function Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi D D-BCH Dynamic Broadcast Channel Kênh phát quảng bá động DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng DCI Downlink Control Information Thông tin điều khiển đường xuống 6 DFCHA Dynamic Frequency and Channel Allocation Cấp phát kênh và tần số động DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi fourier rời rạc DL Downlink Đường xuống UL Uplink Đường lên DL-SCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống DPCCH Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng DTX Discontinuous Transmission Truyền phát không liên tục DwPTS Downlink Pilot Time Slot Khe thời gian điều khiển đường xuống E E-DCH Enhanced DCH DCH được tăng cường EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution Tốc độ dữ liệu tăng cường cho GSM phát triển EPC Evolved Packet Core Mạng lõi gói phát triển EPDG Evolved Packet Data Gateway Cổng dữ liệu gói phát triển E-UTRAN Evolved Universal Terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu phát triển EDO Evolution Data Only Chỉ có dữ liệu phát triển F FD Frequency Domain Miền tần số FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia tần số FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia tần số FDPS Frequency Domain Packet Scheduling Lập biểu gói miền tần số 7 FFT Fast Fourier Transform Biến đổi furier nhanh FS Frequency Selective Lựa chọn tần số G GERAN GSM/EDGE Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến GSM/EDGE GGSN Gateway GPRS Support Node Nút cổng hỗ trợ GPRS GP Guard Period Khoảng bảo vệ GPRS General packet radio service Dịch vụ vô tuyến gói chung GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GRE Generic Routing Encapsulation Đống gói định tuyến chung GSM Global System for Mobile Communications Hệ thống truyền thông di động toàn cầu GTP GPRS Tunneling Protocol Giao thức đường hầm GPRS GTP-C GPRS Tunneling Protocol, Control Plane Mặt phẳng điều khiển, giao thức đường hầm GPRS GUTI Globally Unique Temporary Identity Nhận dạng tạm thời duy nhất toàn cầu GW Gateway Cổng H HARQ Hybrid Automatic Repeat request Yêu cầu lặp lại tự động hỗn hợp HO Handover Sự chuyển vùng HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HS-DSCH High Speed Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao 8 HSCSD High Speed Circuit Switched Data Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao HS-PDSCH High Speed Physical Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống vật lý tốc độ cao HSS Home Subscriber Server Máy chủ thuê bao thường trú HS-SCCH High Speed Shared Control Channel Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao HSUPA High Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ cao I ICI Inter-carrier Interference Nhiễu liên sóng mang ICIC Inter-ô Interference Control Điều khiển nhiễu liên ô ID Identity Nhận dạng IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi furier nhanh nghịch đảo IMS IP Multimedia Subsystem Hệ thống con đa phương tiện IP IMT International Mobile Telecommunications Truyền thông di động quốc tế IP Internet Protocol Giao thức Internet ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số dịch vụ tích hợp ISI Inter Symbols Interference Nhiễu liên ký tự L LNA Low noise amplifier Khuyêch đại âm nhiễu thấp LO Local Oscillator Bộ dao động nội LOS Line of Sight Tầm nhìn thẳng LTE Long Term Evolution Sự phát triển dài hạn 9 M MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động MBMS Multimedia Broadcast Multicast System Hệ thống phát quảng bá đa điểm đa phương tiện MBR Maximum Bit Rate Tốc độ bít tối đa MCH Multicast Channel Kênh đa điểm MCS Modulation and Coding Scheme Sơ đồ mã hóa và điều chế MGW Media Gateway Cổng phương tiện MIMO Multiple Input MultipleOutput Đa đầu vào đa đầu ra MIP Mobile IP IP di động MM Mobility Management Quản lý tính di động MME Mobility Management Entity Phần tử quản lý tính di động MPR Maximum Power Reduction Sự giảm công suất tối đa MSC Mobile Switching Center Chung tâm chuyển mạch di động N NACK Negative Acknowledgement Báo nhận không thành công NAS Non-access Stratum Tầng không truy nhập NAT Network Address Table Bảng địa chỉ mạng NB Narrowband Băng hẹp NMT Nordic Mobile Telephone Điện thoại di động Bắc Âu O OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia tần số trực giao 10 [...]... truyền thông không dây thứ tư, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện lý tưởng lên tới 1 cho đến 1.5 Gb/giây Công nghệ 4G được hiểu là chuẩn tương lai của các thiết bị không dây 1.5 Các xu hướng công nghệ tiến lên 4G Có 3 xu hướng công nghệ để tiến lên công nghệ 4G ( IMT- Advanced 4G ) cạnh tranh trực tiếp với nhau đó là UMB ( dựa trên nền CDMA ) , 3GPP LTE ( dựa trên nền GSM/ GPRS... phẩm thương mại Với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của công nghệ thông tin di động, có thể mô tả quá trình tiến tới 4G của các công nghệ hiện có như dưới đây: 16 Hình 1.1 : Quá trình phát triển các công nghệ thông tin di động tiến lên 4G 1.1.Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất Thế hệ đầu tiên của thông tin di động đảm bảo truyền dẫn tương tự (tín hiệu analog) dựa trên FDM với kết nối mạng lõi... triển của LTE Advance/IMT Advance được chỉ ra ở bảng dưới và sự tiến triển từ các dịch vụ của 3G được phát triển từ kĩ thuật UMTS/W-CDMA Bảng 1: So sánh thông số đặc diểm của các hệ thống  Một số đặc điểm của LTE Advance: 27 Tốc độ dữ liệu đỉnh: 1 Gbps cho đường xuống và 500 Mbps cho đường lên Băng thông sử dụng: 20Mhz_100Mhz Hiệu quả phổ đỉnh: 30bps/Hz cho đường xuống và 15 bps/Hz cho đường lên. .. rates) • Lên tới 288 Mbps đường lên, 75 Mbps đường xuống • Lên tới 1000 người sử dụng VoIP đồng thời (với sự cấp phát 20 MHz FDD)  IEEE 802.x Chuẩn này bắt nguồn từ mạng WiFi, sau đó tiến lên 802.16e rồi 802.16m và bây giờ là 802.20 Chuẩn IEEE 802.20 còn được gọi là truy nhập vô tuyến băng rộng di động WBMA (Mobile Broadband Wireless Access) Nó có thể hỗ trợ ngay cả khi đang di chuyển với vận tốc lên. .. tăng của người dùng Thế hệ thứ tư có tốc độ lên tới 34 Mbit/s đang được nghiên cứu để đưa vào sử dụng.Và với mục đích lấy người dung làm trung tâm Hệ thống thông tin di động thứ 4 ra đời với tên gọi 4G với những tính năng và ứng dụng lý tưởng , mọi lúc mọi nơi với tốc độ lớn hơn 3G từ 4 đến 10 lần 28 CHƯƠNG 2 : KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G 2.1 Các yêu cầu về cấu trúc mạng 4G Mạng 4G ra... chính của mạng là cho phép người dùng có thể truy nhập và khai thác các dịch vụ trong mạng với tốc độ cao, chất lượng tốt an toàn bảo mật Vì vậy mạng 4G cần phải đáp ứng được một số yêu cầu sau: a Tính tích hợp: Mạng 4G phải tích hợp được các mạng di động thế hệ 2, thế hệ 3 thế hệ 3,5G … và WLAN, WiMAX và các mạng không dây khác Hình 2.1: Sự phát triển của các mạng khác nhau dẫn đến 4G Mạng 4G phải... Lợi ích của HSDPA như đã trình bày trong các phần trước cho đường xuống khi hầu hết lưu thông dữ liệu 3G được trông đợi đầu tiên là đường xuống Release 6 sẽ nói về cải tiến, nâng cấp đường lên, được gọi là nâng cấp đường lên HSUPA (HSUPA: High Speed Uplink Packet Access) HSUPA sử dụng tương tự các đặc điểm chính như HSDPA, nhưng thay vì áp dụng cho đường xuống thì nó lại áp dụng cho đường lên Điều... cao, đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng của người sử dụng Tốc độ truyền dữ liệu trong mạng mới có thể lên đến 100Mbps và 160 Mbps khi sử dụng MIMO 32 Hình 2.4: Tốc độ dữ liệu trong mạng 4G 2.2 Ưu và nhược điểm của hệ thống 3G và 3,5G 2.2.1 Mạng thông tin di động thế hệ thứ ba WCDMA Mạng thông tin di động thế hệ thứ ba ra đời đã khắc phục được các nhược điểm của các mạng thông tin di động trước đó Với... một khe thời gian trong cấu trúc khung Hình 1.3 cho thấy quá trình truy cập của một hệ thống TDMA 3 kênh với 5 người dùng Hình 1.3: Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA (a) Phổ tần của hệ thống TDMA; (b) Mô hình khởi đầu và duy trì cuộc gọi với 5 người dùng; (c) Phân bố kênh (khe), với giả thiết dùng TDMA 3 kênh Đặc điểm :  Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số  Liên lạc song công mỗi hướng... thông dịch vụ…vv Mạng 4G yêu cầu tốc độ truyền dữ liệu cao, độ trễ nhỏ, dịch vụ thời gian thực chất lượng cao 30 d Đảm bảo tính an toàn, bảo mật thông tin Đây là yêu cầu quan trọng hàng đầu của hệ thống Hệ thống thông tin càng phát triển càng có nhiều người dùng ở các mạng khác nhau cùng truy cập vào hệ thống do đó thông tin của người dùng càng không được đảm bảo an toàn Tính an toàn của hệ thống được . thực trạng triển khai và cung cấp dịch vụ di động của các nhà mạng trong nước điển hình là Viettel, em đã lựa chọn đề tài Lộ trình tiến lên 4G của Viettel Nội dung đồ án được chia làm 4 chương: Chương. Khái quát về hệ thống thông tin di động 4G Chương 3: Kiến trúc mạng và giao thức LTE Chương 4: Lộ trình tiến lên 4G của Viettel Do thời gian có hạn, kiến thức của em còn nhiều hạn chế nên chắc chắn. tin di động, có thể mô tả quá trình tiến tới 4G của các công nghệ hiện có như dưới đây: 16 Hình 1.1 : Quá trình phát triển các công nghệ thông tin di động tiến lên 4G 1.1.Hệ thống thông tin di