Nghiên cứu về công nghệ 4g và đề xuất ứng dụng 4g tại VNPT (tt)

Nghiên cứu về công nghệ 4g và đề xuất ứng dụng 4g tại VNPT (tt)Nghiên cứu về công nghệ 4g và đề xuất ứng dụng 4g tại VNPT (tt)Nghiên cứu về công nghệ 4g và đề xuất ứng dụng 4g tại VNPT (tt)Nghiên cứu về công nghệ 4g và đề xuất ứng dụng 4g tại VNPT (tt)Nghiên cứu về công nghệ 4g và đề xuất ứng dụng 4g tại VNPT (tt)Nghiên cứu về công nghệ 4g và đề xuất ứng dụng 4g tại VNPT (tt)Nghiên cứu về công nghệ 4g và đề xuất ứng dụng 4g tại VNPT (tt)Nghiên cứu về công nghệ 4g và đề xuất ứng dụng 4g tại VNPT (tt)Nghiên cứu về công nghệ 4g và đề xuất ứng dụng 4g tại VNPT (tt)Nghiên cứu về công nghệ 4g và đề xuất ứng dụng 4g tại VNPT (tt)Nghiên cứu về công nghệ 4g và đề xuất ứng dụng 4g tại VNPT (tt)Nghiên cứu về công nghệ 4g và đề xuất ứng dụng 4g tại VNPT (tt)Nghiên cứu về công nghệ 4g và đề xuất ứng dụng 4g tại VNPT (tt)Nghiên cứu về công nghệ 4g và đề xuất ứng dụng 4g tại VNPT (tt)Nghiên cứu về công nghệ 4g và đề xuất ứng dụng 4g tại VNPT (tt)Nghiên cứu về công nghệ 4g và đề xuất ứng dụng 4g tại VNPT (tt)Nghiên cứu về công nghệ 4g và đề xuất ứng dụng 4g tại VNPT (tt)

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG - N uyễn T T n H NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ 4G VÀ ĐỀ XUẤT ỨNG DỤNG 4G TẠI VNPT C uyên n àn : KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Mã số: 60.52.02.08 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI – NĂM 2017 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS N uyễn Việt Hưn Phản biện 1:……………………………………………………………………… Phản biện 2:……………………………………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông MỞ ĐẦU Hiện 4G/LTE nghiên cứu phát triển rộng rãi toàn giới 4G/LTE công nghệ hứa hẹn tạo bước đột phá dịch vụ viễn thông công nghệ thông tin Bên cạnh trải nghiệm khác biệt người sử dụng, 4G điều kiện phát triển ứng dụng, giải pháp cho doanh nghiệp, quyền kỷ nguyên “Internet kết nối thứ” Việc triển khai 4G mang lại nhiều lợi ích cho người dùng lẫn nhà mạng Công nghệ 4G/LTE cung cấp băng thông rộng hơn, truyền tải liệu nhanh hơn, dung lượng lớn hơn, đánh giá điều kiện lý tưởng để thực hóa mục tiêu lúc- nơi- người cung cấp dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao Lựa chọn công nghệ để tránh đầu tư sai hướng, vận hành khai thác hệ thống cách có hiệu quả, xây dựng hệ thống đảm bảo chất lượng dịch vụ cách hiệu đồng thời đem đến cho người dùng loại hình dịch vụ mới, đa dạng khai thác ưu mạng 4G Khi triển khai 4G cần lựa chọn công nghệ, quy hoạch mạng, đầu tư thiết bị cho hướng vấn đề quan trọng Do luận văn sâu nghiên cứu 4G để có khoa học để xây dựng phương án thiết kế, triển khai mạng thông tin di động LTE/4G mạng 3G Tìm phương pháp quy hoạch, thiết kế tối ưu mạng thông tin di động 4G/LTE làm để xây dựng phương án triển khai mạng 4G/LTE mạng GSM/3G, cụ thể cho VNPT tỉnh Lạng Sơn Luận văn gồm chương: Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ MẠNG 4G/LTE Chương 2: CÔNG NGHỆ 4G/ LTE Chương 3: QUY HOẠCH MẠNG 4G/LTE CHO VNPT C ươn 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ MẠNG 4G/LTE 1.1 L c sử t ế ệ mạn di độn , xu ướn p át triển lên 4G 1.1.1 Hệ t ốn t ôn tin di độn t ế ệ t ứ n ất 1G Vào đầu thập niên 70 kỷ trước, mạng không dây hệ thứ (1G) xuất hiện, dựa vào hệ thống truyền dẫn analog với thiết bị nhỏ gọn giá rẻ trước Hệ thống thông tin di động thứ 1G sử dụng công nghệ analog gọi đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) để truyền kênh thoại sóng đến thuê bao di động Hệ thống phát triển Châu Âu, Bắc mỹ 1.1.2 Hệ t ốn t ôn tin di độn t ế ệ t ứ i 2G Cuối thập niêm 1980, hệ thống thông tin di động hệ thứ hai 2G sử dụng công nghệ số đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA Các hệ thống có ưu điểm sử dụng hiệu băng tần cấp phát, đảm bảo chất lượng truyền dẫn yêu cầu, đảm bảo an toàn thông tin , cho phép chuyển mạng quốc tế Đến đầu thập niên 1990, công nghệ TDMA dùng cho hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM châu Âu Đến thập kỷ 1990, đa truy nhập phân chia theo mã CDMA trở thành loại hệ thống 2G thứ người Mỹ đưa tiêu chuẩn nội địa IS-95 1.1.3 Hệ t ốn t ôn tin di độn t ế ệ t ứ b 3G Mạng 3G (Third-generation technology) hệ thứ ba chuẩn công nghệ điện thoại di động, cho phép truyền liệu thoại liệu thoại (tải liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh ) 3G cung cấp hai hệ thống chuyển mạch gói chuyển mạch kênh Với công nghệ 3G, nhà cung cấp mang đến cho khách hàng dịch vụ đa phương tiện Ở hệ thứ hệ thống thông tin di động có xu hoà nhập thành tiêu chuẩn có khả phục vụ tốc độ bit lên đến Mbit/s sử dụng rộng rãi toàn cầu với tốc độ trung bình 1,5 Mbps 1.2 Tổn qu n 4G 4G hệ thống thông tin băng rộng xem IMT tiên tiến (IMT Advanced) định nghĩa ITU-R Hìn 1.1: Lộ trìn p át triển lên 4G Các công nghệ tiềm tiến tới 4G Di động WiMAX (IEEE 802 16e-2005) chuẩn truy cập di động không dây băng rộng (MWBA) xem 4G, tốc độ bít đỉnh đường xuống 128 Mbps 56 Mbps cho đường xuống với độ rộng băng thông 20 MHz UMB (Ultra Mobile Broadband) : UMB phát triển từ tảng CDMA UMB hoạt động băng tần có độ rộng từ 1,25 MHz đến 20 MHz làm việc nhiều dải tần số, với tốc độ truyền liệu lên tới 288 Mbps cho luồng xuống 75 Mbps cho luồng lên với độ rộng băng tần sử dụng 20 MHz Các kĩ thuật Multiple radio antena tiên tiến MIMO, đa truy nhập phân chia theo không gian SDMA, kỹ thuật beamforming atena LTE công nghệ tiềm cho 4G 3GPP LTE có khả cấp phát phổ tần linh động hỗ trợ dịch vụ đa phương tiện với tốc độ lên tới 100Mb/s Tốc độ đường lên đạt tới 10Mb/s Tốc độ cao gấp lần so với HSDPA Công nghệ hỗ trợ dịch vụ có dung lượng lớn, độ phân giải cao LTE có nhiều ưu điểm bật 1.3 C uẩn wim x LTE WiMax kết nối không dây phát triển IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) LTE chuẩn phát triển 3GPP Về công nghệ, LTE WiMax có số khác biệt có nhiều điểm tương đồng Cả hai công nghệ dựa tảng IP Cả hai dùng kỹ thuật MIMO để cải thiện chất lượng truyền/nhận tín hiệu, đường xuống từ trạm thu phát đến thiết bị đầu cuối tăng tốc kỹ thuật OFDM hỗ trợ truyền tải liệu đa phương tiện video Tuy nhiên LTE có lợi quan trọng so với WiMax LTE cho phép tận dụng dụng hạ tầng GSM có sẵn (tuy cần đầu tư thêm thiết bị) WiMax phải xây dựng từ đầu 1.4 Tìn ìn triển k it ửn iệm 1.4.1 Trên t ế iới: Nhận thấy tiềm to lớn công nghệ này, ngành công nghiệp di động với công ty viễn thông hàng đầu giới triển khai hệ thống LTE : Samsung, NTT DoCoMo, Huawei, China mobile, Nokia, nokia Siemens Network, Ericson, ZTE, AT&T Hoạt động triển khai thương mại công nghệ LTE nước giới khác biệt, cụ thể Hoa Kỳ Canada, có 69 nhà mạng triển khai, khu vực Bắc Mỹ có nhà mạng Và khu vực Bắc Mỹ có khoảng 94 triệu kết nối tới Công nghệ truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSPA) Tính đến quý 4/2015, khu vực châu Mỹ Latin có thêm 15 triệu kết nối tới công nghệ LTE, riêng Brazil có thêm triệu Năm 2015, tổng lượng kết nối công nghệ LTE khu vực châu Mỹ Latin 54 triệu, so với 13 triệu năm 2014 1.4.2 Tại Việt N m: VNPT hợp tác với Alltech Telecom sau nhận giấy phép thử nghiệm tần số để xây dựng phát triển mạng dịch vụ 4G/LTE Việt Nam Tốc độ truy cập Internet lên đến 70 Mbps thu phát trực tiếp, đạt 20 Mbps tín hiệu đâm xuyên qua vật cản tường nhà, bê-tông Nửa đầu năm 2017, mạng 4G Viettel có mặt rộng khắp tất tỉnh thành nước, phủ sóng tới 704 quận, huyện, tương đương với gần 99% tổng số quận, huyện Việt Nam Sau nửa năm, nhà mạng lắp đặt xong 36.000 trạm để phủ sóng 4G toàn quốc Theo đại diện VNPT VinaPhone, giai đoạn thử nghiệm, VNPT phủ sóng 4G toàn huyện đảo Phú Quốc với 50 trạm Hà Nội, TP Hồ Chí Minh với 200 trạm phát sóng 4G Kết đo kiểm công nghệ 4G VinaPhone phòng Lab VNPT HCM vào ngày 15/1 vừa qua, đạt tốc độ xấp xỉ 600Mb/giây Dự kiến cuối năm 2017, VNPT Net triển khai mạng lưới, đảm bảo phủ sóng 4G tất tỉnh, thành phố nước với số lượng khoảng 15.000 trạm 4G 1.5 Kết luận c ươn Chương khái quát phát triển hệ thống thông tin di động hệ 1, 3, đồng thời sơ lượt tổng quan hệ thống thông tin di động hệ Hai thông số quan trọng đặc trưng cho hệ thống thông tin di động số tốc độ bit thông tin tính di động, hệ thông số cải thiện LTE bước dẫn đến hệ thống thông tin di động 4G Mạng 4G/LTE có ưu điểm vượt trội so với hệ mạng thông tin di động trước đây, việc triển khai cần thiết C ươn 2: CÔNG NGHỆ 4G/LTE 2.1 Mô ìn Kiến trúc mạn 4G LTE Kiến trúc LTE theo 3GPP gồm: -Một mạng lõi (CN), gọi evolved packet core network (EPC) -Một mạng truy nhập vô tuyến radio access network (RAN), gọi eUTRA -Thiết bị di động người dùng UE , bao gồm modul nhận dạng thuê bao chung USIM, ứng dụng chat hỗ trợ gọi UICC USIM UICC thay modul nhận dạng thuê bao SIM GSM Hình 2.1: Kiến trúc chung LTE 2.1.1 EPC EPC bao gồm định tuyến Các thành phần EPC là: - cổng PDN (P-GW): hay gọi PDN-GW định tuyến biên mạng EPC mạng liệu gói bên - Cổng phục vụ (S-GW): chức S-GW quản lý chuyển mạch đường hầm liệu người dùng - Thực thể quản lý di động (MME): thành phần điều khiển EPC, hoạt động miền điều khiển CP mà không tham gia vào miền liệu người dùng Chức quy định sách tính cước PCRF (Policy and charging rules function) node phần mềm hoạt động theo thời gian thực Nó truy cập sở liệu người đăng ký, hệ thống tính cước thiết bị liên quan khác áp dụng cho thuê bao định Nó kết nối hệ thống toán Máy chủ thuê bao thường trú HSS: HSS nơi chức liệu cho tất thuê bao Nó ghi lại vị trí thuê bao mức MME 2.1.2 Mạn truy n ập vô tuyến LTE: e-UTRAN Mạng truy cập LTE, gọi eUTRAN Bao gồm mạng phẳng eNodeB Nút E-UTRAN eNodeB (evolved Node B: Nút B phát triển) eNodeB trạm gốc vô tuyến chịu trách nhiệm điều khiển tất chức liên quan đến vô tuyến phần cố định hệ thống eNodeB thông thường phân bố vùng phủ sóng mạng, eNodeB đặt gần anten vô tuyến thực tế Về mặt chức eNodeB hoạt động cầu nối lớp UE EPC điểm kết cuối tất giao thức vô tuyến hướng đến UE chuyển tiếp số liệu kết nối vô tuyến kết nối dựa IP tương ứng đến EPC 2.1.3 T iết b đầu cuối di độn Trong 3GPP , thiết bị đầu cuối di động gọi UE UE thiết bị sử dụng trực tiếp người dùng cuối để giao tiếp UE xử lý nhiệm vụ sau mạng lõi: - Quản lý di động (MM); - Điều khiển gọi (CC); - Quản lý phiên họp (SM); - Quản lý nhận dạng (IM) Tất thiết bị đầu cuối LTE phải có khả hoạt động băng thông chuẩn 2.2 Quản lý di độn tron 4G/LTE Vị trí MME nhận biết với độ xác đến vùng theo bám (TA: Tracking Area) Khi UE trạng thái rỗi, lần chuyển dịch từ TA sang TA khác phải thực thủ tục TA để thông báo cho MME TA Kích thước TA phải chọn hợp lý để không bị lớn (dể giảm tải báo hiệu tìm gọi) không bị nhỏ (đến tránh thường xuyên báo hiệu cập nhật vị trí) Cũng giống vùng 10 định tuyến (RA: Routing Area) WCDMA/HSPA, TA LTE thông thường bao phủ vài trăm BTS 2.3 Truy n ập vô tuyến tron LTE: băn tần truyền dẫn, quy oạc tần số LTE hỗ trợ nhiều băng tần khác linh hoạt, cho phép nhà mạng lựa chọn cách mềm dẻo có khả tái sử dụng băng tần công nghệ cũ tối ưu chi phí đầu tư mạng Chi tiết trình bày bảng 2.1 luận văn 2.4 Kỹ t uật đ truy n ập c o đườn xuốn OFDMA, kỹ t uật đ truy n ập đườn lên LTE SC-FDMA 2.4.1 Kỹ t uật OFDMA (Ort o on l Frequency Division Multiple Access) OFDMA gọi Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao công nghệ đa truy cập phân chia theo sóng mang, dạng nâng cao, phiên đa người dùng mô hình điều chế số OFDM Nguyên lý máy phát hệ thống OFDMA sử dụng sóng mang hẹp trực giao Máy phát hệ thống OFDMA sử dụng khối IFFT để tạo tín hiệu Nguồn liệu nguồn cấp liệu cho chuyển đổi hàng loạt-nối tiếp xa tới khối IFFT 2.4.2 Kỹ t uật đ truy n ập đườn lên LTE SC-FDMA Lý quan trọng để lựa chọn kỹ thuật SC-FDMA cho hướng lên giảm công suất tiêu thụ thiết bị đầu cuối Về mặt kỹ thuật, SCFDMA cho tỷ lệ công suất đỉnh công suất trung bình (PAPR) thấp OFDMA giúp mang lại hiệu cao cho việc thiết kế khuếch đại thiết bị đầu cuối theo giảm công suất tiêu thụ máy đầu cuối Giống OFDMA, máy phát hệ thống SC-FDMA sử dụng tần số trực giao khác để phát ký hiệu thông tin Tuy nhiên ký hiệu phát song song OFDMA Vì thế, cách xếp làm giảm đáng kể thăng giáng đường bao tín hiệu dạng sóng phát Vì tín hiệu SC-FDMA có PAPR thấp tín hiệu OFDMA 2.5 Kỹ t uật đ ăn ten MIMO MIMO phần tất yếu LTE để đạt yêu cầu cao thông lượng hiệu sử dụng phổ MIMO cho phép sử dụng nhiều anten máy phát máy thu 12 Hìn 2.3: Xử lý tín iệu SU-MIMO vòng kín phía phát c/ Quá trình xử lý tín hiệu số phía thu: Xử lý thu tuyến tính sử dụng kết hợp với trình khôi phục tín hiệu ghép không gian Tuy nhiên hệ thống đạt hiệu giải điều chế tốt áp dụng xử lý thu phi tuyến trường hợp ghép kênh không gian 2.5.2 MIMO đ n ười dùn - MU MIMO 2.5.2.1 MIMO đa người dùng đường xuống Hình 2.4 trình bày mô hình MU-MIMO với tạo búp dựa bảng mã cho nhiều UE sử dụng tài nguyên thời gian, tần số Trong phiên đầu 4G, có chế độ sử dụng cho MU-MIMO TM5 (Transmission Mode 5: Chế độ truyền dẫn số 5) Khi lập cấu hình TM5, UE coi truyền dẫn đường xuống eNodeB thực kênh chia sẻ luồng ( lớp) Đối với truyền dẫn cửa anten luồng số liệu (L=2) phát đồng thời đến UE tài nguyên thời gian tần số với tiền mã hóa sử dụng theo bảng mã 13 Hình 2.4: MU-MIMO với tạo búp dựa bảng mã cho nhiều UE sử dụng tài nguyên thời gian tần số 2.5.2.2 MIMO đa người sử dụng ( MU-MIMO) đường lên Trong phiên 4G, UE sử dụng anten phát nhiều anten thu Vì SU-MIMO sử dụng cho đường lên, sử dụng MUMIMO cho đường lên Hỗ trợ nhiều anten phát UE áp dụng cho LTEAdvanced Kênh không gian UE eNodeB khác kênh không gian UE2 eNodeB, hai UE sử dụng tài nguyên không gian tần số Hình 2.5: MU-MIMO đườn lên 2.6 Các t ủ tục truy n ập 14 Trước truyền dẫn số liệu, đầu cuối di động cần phải kết nối với mạng Trong phần ta xét thủ tục cần thiết cho đầu cuối di động để truy nhập mạng LTE 2.6.1 Tìm ô Tìm ô thủ tục mà đầu cuối di động tìm ô tiềm để kết nối Một phần thủ tục tìm ô đầu cuối nhận số nhận dạng vả ước tính định thời khung ô nhận dang Thủ tục tìm ô cung cấp ước tính thông số cần thiết để thu thông tin hệ thống kênh quảng bá Thông lin hệ thống chứa thông số cần thiết để truy nhập hệ thống 2.6.2 Truy nhập ngẫu nhiên Tổng thể thủ tục truy nhập ngẫu nhiên bao gồm bốn bước: Bước gồm truyền dẫn tiền tố truy nhập ngẫu nhiên phép eNodeB ước tính định thời truyền dẫn đầu cuối Bước thứ hai bao gồm phát lệnh định thời phát trước để điều chỉnh định thời phát đầu cuối dựa kết đo định thời bước 3.Bước ba bao gồm truyền dẫn nhận dạng đầu cuối di động đến mạng kênh UL-SCH giống số liệu lập biểu thông thường 4.Bước thứ tư bước cuối bao gồm truyền dẫn tin phân giải xung đột từ mạng đến đầu cuối DL-SCH 2.6.3 Tìm ọi Tìm gọi sử dụng để thiết lập kết nối khởi đầu mạng Một thủ tục tìm gọi hiệu phải cho phép đầu cuối ngủ để máy thu thực xử lý hầu hết thời gian thức giấc khoảng thời gian ngắn quy định trước để giám sát thông tin tìm gọi từ mạng 2.7 Kết luận c ươn Chương trình bày khái quát cấu trúc mạng 4G LTE, công nghệ sử dụng 4G Mạng 4G LTE có ưu điểm vượt trội tốc độ, thời gian trễ nhỏ, hiệu suất sử dụng phổ cao với việc sử dụng băng thông linh hoạt, cấu trúc đơn giản Để đạt ưu điểm này, 4G LTE sử dụng nhiều kỹ thuật Trong đó, sử dụng kỹ 15 thuật OFDMA đường xuống Các sóng mang trực giao với nhau, tiết kiệm băng thông, tăng hiệu suất sử dụng phổ tần giảm nhiễu ISI Cùng với ưu điểm OFDM có khuyết điểm thăng giáng đường bao lớn dẫn đến PAPR lớn, PAPR lớn đòi hỏi khuếch đại công suất tuyến tính cao để tránh làm méo dạng tín hiệu, hiệu suất sử dụng công suất thấp đặc biệt ảnh hưởng thiết bị cầm tay Do đó, 4G LTE sử dụng kỹ thuật SC-FDMA cho đường lên Cùng với kỹ thuật đó, MIMO phần tất yếu 4G LTE để đạt yêu cầu thông lượng hiệu sử dụng phổ 16 C ươn 3: QUY HOẠCH MẠNG 4G/LTE CHO VNPT 3.1 Đặc điểm mạn t ôn tin di độn tỉn Lạn Sơn 3.1.1 Đặc điểm tỉn Lạn Sơn Lạng Sơn tỉnh miền núi, nằm phía Đông Bắc Việt Nam; cách thủ đô Hà Nội 154 km đường 165 km đường sắt; phía bắc giáp tỉnh Cao Bằng, phía đông bắc giáp Trung quốc, phía đông nam giáp tỉnh Quảng Ninh, phía nam giáp tỉnh Bắc Giang, phía tây nam giáp tỉnh Thái Nguyên, phía tây giáp tỉnh Bắc Cạn Địa hình Lạng Sơn phổ biến núi thấp đồi, núi trung bình núi cao Lạng Sơn gồm thành phố 10 huyện tổng cộng 226 phường, xã, thị trấn Diện tích tự nhiên tỉnh 8.310,09 km2, dân số 757.918 người( số liệu cục thống kê lạng sơn 2016) 3.1.2 Hiện trạn mạn t ôn tin di độn Lạn Sơn Các nhà mạng kinh doanh địa bàn tỉnh VNPT , Mobifone chi nhánh Viettel Lạng Sơn xây dựng phát triển sở hạ tầng cáp quang, nhà trạm lớn Hiện đảm bảo 100% xã phủ kín sóng di động Bảng 3.1: Hiện trạn t ôn tin di độn đ a bàn tỉnh Do n n iệp Số trạm p ủ Số trạm Số t uê b o di Doanh thu 2016 són TTDĐ 3G độn (triệu đồn ) Viettel Lạng Sơn 400 Mobifone LS 153 VNPT LS 283 402 237 546,873 489,000 24,358 18,434 165,751 224,211 3.1.3 N u cầu p át triển lên 4G củ tỉn Lạn Sơn Dân số 757.918 người tập trung chủ yếu thành phố thị trấn thuận lợi cho phát triển kinh tế đô thị Đối với nhà mạng việc dân cư tập trung thuận lợi cho việc phát triển mạng lưới, tính toán đầu tư thiết kế tập trung để phục vụ cho số lượng lớn dân cư, với dịch vụ trọng điểm 17 Lạng Sơn tỉnh miền núi phía bắc có đường biên giới với Trung Quốc Việc phát triển hệ thống thông tin di động, đảm bảo thông tin liên lạc tỉnh có ý nghĩa quan trọng mặt kinh tế, trị, an ninh quốc phòng 3.2 Các c ỉ tiêu t iết kế 3.2.1 Dự báo lưu lượn Dự báo số thuê bao, dự báo sử dụng lưu lượng tiếng, dự báo sử dụng lưu lượng số liệu, dự phòng tương lai 3.2.2 P ân tíc vùn p ủ Để quy hoạch mạng vô tuyến cho hệ thống thông tin di động hệ thứ tư, bước ta cần khảo sát chi tiết: nơi cần phủ sóng kiểu phủ sóng cần cung cấp cho vùng 3.3 Quy oạc c i tiết Cần áp dụng hai điều kiện tối ưu sau cho tính toán quy hoạch mạng 4G LTE để xác định số trạm eNodeB cần lắp đặt Theo điều kiện tối ưu 1: bán kính cell xác định dựa quỹ đường truyền mô hình truyền sóng thích hợp, kết hợp với diện tích cần phủ sóng ta tính số eNodeB lắp đặt Theo điều kiện tối ưu 2: dựa quy hoạch vùng phủ ta xác định số eNodeB Số eNodeB cuối cần thiết lắp đặt cho vùng cần phủ sóng số eNodeB lớn 3.3.1 Quy oạc vùn p ủ Đối với mạng di động tế bào, ước lượng vùng phủ dùng để định vùng phủ trạm gốc, đưa vùng tối đa bao phủ trạm gốc Nhưng không cần thiết xác lập kết nối UE trạm gốc Tuy nhiên, trạm gốc phát UE vùng bao phủ a.Tính toán quỹ đường lên cho LTE Các thông số công thức sử dụng để tính toán quỹ đường truyền lên cho LTE trình bày chi tiết luận văn b.Tính toán quỹ đường xuống cho LTE Các thông số công thức sử dụng để tính toán quỹ đường truyền xuống cho 18 LTE trình bày chi tiết luận văn 3.3.2 Các mô hình truyền sóng 3.3.2.1 Mô hình Hata-Okumura 3.3.2.2 Mô hình Walfish-Ikegami 3.3.3 Tín bán kín ô p ủ (cell) Trước tiên, dựa vào tham số quỹ đường truyền để xác định suy hao đường truyền tối đa cho phép Khi đó, dễ dàng tính bán kính cell biết mô hình truyền sóng áp dụng với môi trường khảo sát (Lp = Lmax) Công thức trình bày cụ thể luận văn 3.3.4 Quy oạc dun lượn Các công thức dùng để tính số eNodeB tính khía cạnh dung lượng trình bày chi tiết luận văn Sau tính toán số eNodeB theo vùng phủ số eNodeB theo dung lượng, ta tối ưu số eNodeB lại cách lấy số eNodeB lớn hai trường hợp Số eNodeB số eNodeB cuối lắp đặt vùng định sẵn 3.3.5 Tối ưu mạng Tối ưu mạng trình phân tích cấu hình hiệu mạng nhằm cải thiện chất lượng mạng tổng thể đảm bảo tài nguyên mạng sử dụng cách có hiệu Trong hệ thống thông tin di động hệ thứ tư việc tối ưu hóa mạng quan trọng mạng hệ thứ tư cung cấp nhiều dịch vụ đa dạng Điều chỉnh tự động phải cung cấp câu trả lời nhanh cho điều khiển thay đổi lưu lượng mạng 3.4 Áp dụng quy hoạch cho VNPT Lạn Sơn 3.4.1 Quy hoạch vùng phủ 3.4.1.1 Tính toán thiết lập quỹ đường truyền lên đường truyền xuống Dưới ta áp dụng công thức tính tổn hao truyền sóng cực đại cho hệ thống thông tin di động Tính toán thưc cho đường lên (từ MS đến BTS) công suất phát MS độ nhạy máy thu so với BTS 19 Bảng 3.6 Trình bày thí dụ kết tính toán quỹ đường truyền từ máy di động đến trạm gốc (đường lên) cho hệ thống thông tin di động LTE Bảng 3.6: Quỹ đường truyền đường lên cho LTE Đường lên LTE Tốc độ số liệu (kbps) 1024 Máy p át di độn Công suất phát cực đại (dBm) 30 PTxmax Khuếch đại anten phát (dBi) 0,0 G1 Tổn hao phiđơ (dB) 0,0 Lph1 Tổn hao connectơ (dB) 0,0 Lrf1 Tổn hao tổng (dB) 0,0 L1=Lph1+Lrf1+Lbody Công suất phát xạ đẳng 30,0 hướng tương đương cực đại (dBm) EIRPmax = PTxmax+G1-L1 Máy t u trạm ốc LTE Hệ số tạp âm máy thu (dB) 4,0 NF Băng thông (dBHz) 55,6 Băng thông 2RB=360KHz Công suất tạp âm nhiệt máy thu (dBm) -114,4 N =-174+ NF+10lgB Dự trữ nhiễu (dB) 1,0 MI Nhiễu+ tạp âm (dBm) -115,4 N+MI SNR -7  [dB], từ giả thiết Độ nhạy máy thu hiệu dụng (dBm) -122,4 Pmin= N+MI+ LTE Dự trữ phađinh nhanh 0,0 (dB) Mf-F , Để dự trữ cho điều khiển công suất vòng kín Khuếch đại anten thu 18,0 (dBi) G2 20 Tổn hao connectơ 0,0 phiđơ (dB) L2 Độ lợi chuyển giao mềm 0,0 (dB) GSHO Tổn hao đường truyền 140,4 cực đại cho phép (dB) Lmax= EIRPmax-Pmin+G2 – L2 -Mf-F+GSHO Bảng 3.7 trình bày thí dụ kết tính toán quỹ đường truyền từ trạm gốc đến máy di động (đường xuống) cho hệ thống thông tin di động LTE Bảng 3.7: Quỹ đường truyền đường xuống cho LTE Đường xuống Tốc độ số liệu (kbps) LTE 4024 Máy p át trạm ốc Công suất phát cực đại 46 (dBm) Công suất dành cho số 45 liệu (dBm) 20% tổng công suất dành cho điều khiển, nên: 10lg(104,6.0,8) Khuếch đại anten phát 18,0 (dBi) G1 Tổn hao phiđơ (dB) 2,0 Lph1 Tổn hao connectơ (dB) 0,0 Lrf1 Tổn hao tổng (dB) 2,0 L1=Lph1+Lrf1 Công suất phát xạ đẳng 61,0 hướng tương đương cực đại (dBm) EIRPmax = PTxmax+G1-L1 Máy t u di độn LTE Hệ số tạp âm máy thu (dB) 7,0 NF Băng thông (dBHz) 69,5 Băng thông LTE 50RB*=9MHz Công suất tạp âm nhiệt -97,5 N =-174+ NF+10lgB 21 máy thu (dBm) Dự trữ nhiễu (dB) 6,0 MI Nhiễu+ tạp âm (dBm) -93,5 N+MI SINR yêu cầu (dB) -9  req,3 [dB], từ mô Độ nhạy máy thu hiệu dụng (dBm) -102,5 Pmin= N+MI-Gp+ req Dự trữ phađinh nhanh (dB) 0,0 Mf-F , không điều khiển công suất vòng kín cho HSDPA Khuếch đại anten thu (dBi) 0,0 G2 Tổn hao connectơ phiđơ (dB) 0,0 Lphi2+Lrf2 Độ lợi chuyển giao mềm 0,0 (dB) GHO không chuyển giao mềm cho HSDPA hệ thống khác chuyển giao mềm Tổng tổn hao máy thu L2=Lph2+Lrf2+Lbody 0,0 Độ lợi chuyển giao mềm 0,0 (dB) Tổn hao thể [dB] GHO không chuyển giao mềm cho HSDPA Tổn hao đường truyền 161,5 cực đại cho phép (dB) Lmax= EIRPmax-Pmin+G2 – L2 -Mf-F+GSHO 3.4.1.2 Tính toán quy hoạch vùng phủ Từ kết tính toán tổn hao truyền sóng cực đại nói ta tính toán cự ly phủ sóng diện tích phủ sóng ô cách sử dụng mô hình tổn hao truyền sóng xét phần Các hạn chế mô hình liên quan đến khoảng cách từ BTS, chiều cao hiệu dụng anten BTS, chiều cao anten MS tần số sóng mang Ta áp dụng mô hình Wafisch- Ikegami với chiều cao anten BTS 25m, chiều cao anten MS 1,5m tần số sóng mang 1950 MHz sau: Lp=138,5+35,7.lgR (3.37) Đối với ngoại ô ta sử dụng thừa số hiệu chỉnh bổ sung 8dB nhận tổn hao truyền sóng cực đại cho phép sau: 22 Lp=130,5+35,7.lgR (3.38) Sau tính bán kính phủ sóng ô R, ta tính diện tích phủ sóng ô cầu hình lục giác sau: S=K.R2 (3.39) Bảng 3.8:Các giá tr để tính toán diện tích ô Cấu hình ô Omni Hai đoạn ô Ba đoạn ô Sáu đoạn ô K 2,6 1,3 1,95 2,6 Kết tính toán cự ly phủ sóng diện tích phủ sóng ô dựa tổn hao truyền sóng cực đại tính cho bảng 3.7 Bảng 3.9:Tính toán cự ly diện tích phủ sóng ô gồm đoạn ô T ôn số ô Nội t àn N oại ô Hệ t ốn 4G Lmax [dB] 140,4 R [km] 1,13 S [km2] 2,49 R [km] 1,89 S [km2] 6,97 Vậy với việc coi TP Lạng Sơn nơi đặt cell tham số nội thành, tỉnh lại cell tham số ngoại ô, áp dụng công thức ta có bảng tính toán số site vùng phủ cho toàn tỉnh lạng sơn Bản 3.10: Số site quy oạc t eo vùn p ủ Diện tích (km2) Thông số Ô Số site ( làm tròn tương đối) TP Lạng Sơn 77,94 Nội thành 32 Huyện Tràng Định 1016,71 Ngoại ô 146 23 Huyện Bình Gia 1094,15 Ngoại ô 157 Huyện Văn Lãng 567,40 Ngoại ô 82 Huyện Cao Lộc 619,09 Ngoại ô 89 Huyện Văn Quan 547,56 Ngoại ô 79 Huyện Bắc Sơn 699,41 Ngoại ô 101 Huyện Hữu Lũng 807,63 Ngoại ô 116 Huyện Chi Lăng 704,19 Ngoại ô 101 Huyện Lộc Bình 986,44 Ngoại ô 142 Huyện Đình Lập 1189,56 Ngoại ô 171 Tổng số 8310,09 Ngoại ô 1216 3.4.2 Quy hoạch theo dung lượng Sự đánh giá dung lượng cần theo hai phần : -Phải ước lượng thông lượng cell tương ứng với thiết lập dùng bắt nguồn từ bán kính cell -Phân tích lưu lượng vào cung cấp hoạt động bắt nguồn từ lưu lượng yêu cầu, bao gồm số lượng thuê bao, lưu lượng trộn lẫn liệu trải địa lý thêu bao vùng phân phối Ta phải thiết lập ước tính sơ lưu lượng người dùng qua năm để tính toán nhu cầu sử dụng theo dân số Bản 3.11:Dự đoán đầu r lưu lượn qu năm TP Lạn Sơn Năm Lưu lượng thoại ( MB) Lưu lượng mạng IP (MB) Dung lượng VoIP (MB) Tổng 2017 0.1 0.5 1.6 2018 0.1 1.5 0.5 2.1 2019 0.1 3.1 2020 0.12 5.12 24 Bản 3.12:Dự đoán đầu r lưu lượn qu năm uyện n oại ô tỉn Lạn Sơn Năm Lưu lượng thoại ( MB) Lưu lượng mạng IP( MB) Dung lượng VoIP( MB) Tổng 2017 0.01 0.1 0.11 2018 0.01 0.1 0.11 2019 0.01 0.1 0.11 2020 0.01 0.16 0.17 Giả thiết site thành phố cố thể đạt dung lượng site 600 Mb, site ngoại ô 400 Mb TP Lạng Sơn nơi đặt site nội thành, huyện ta quy hoạch theo site ngoại ô Ta có bảng tính Bảng 3.13: Quy hoạch TP Lạn Sơn t eo dun lượn đến năm 2020 2017 2018 93072 93072 1.6 2.1 148915.2 195451.2 TP Lạng Sơn ( dân số) Nhu cầu cá nhân (MB) Tổng liệu Số site ước tính theo dung lượng 248.192 325.752 2019 93072 2.5 186144 2020 93072 372288 387.8 620.48 Bảng 3.14: Quy hoạch vùng ngoại ô Lạn Sơn t eo dun lượn đến năm 2020 Vùng ngoại ô ( dân số) Nhu cầu cá nhân (MB) Tổng liệu Số site ước tính theo dung lượng 2017 664906 0.11 73139.66 2018 664906 0.11 73139.66 2019 664906 0.11 73139.66 2020 664906 0.17 113034 182.8492 182.8492 182.8492 282.5851 Vậy tổng số site quy hoạch theo dung lượng cần Số stite cần lắp 2017 432 2018 509 2019 571 2020 904 Vậy số site cần lắp năm 2017 max ( 1216; 432) = 1216 site 3.4.3 Kết khảo sát số đ điểm tỉnh Lạn Sơn Kết khảo sát thực tế dựa số liệu Viễn thông Lạng Sơn Vị Trí đặt trạm nơi có mật độ dân cư cao, tận dụng sở hạ tầng sẵn có mạng 2G, 3G, đáp ứng yêu cầu kĩ thuật đề tính toán quy hoạch a/ Thành phố Lạng Sơn 25 Là trung tâm kinh tế, trị , dân cư tỉnh, tập trung nhiều quan, doanh nghiệp, nhiều công ty, nhu cầu sử dụng số lượng khách hàng lớn Vị trí khảo sát số enode B thiết kế cho Thành phố Lạng Sơn trình bày bảng 3.15 luận văn b/ Huyện Cao lộc Là huyện có mật độ dân cư cao, nằm phía bắc tỉnh Có đường biên giới giáp với tỉnh Quảng Tây- Trung Quốc qua cửa Hữu Nghị Vị trí khảo sát số enode B thiết kế cho huyện cao Lộc trình bày bảng 3.16 luận văn c/ Huyện Văn Lãng: Là huyện biên giới giáp với Bằng Tường (Trung Quốc), có nhiều chợ buôn bán sầm uất, tiếng chợ cửa Tân Thanh Việc phát triển hệ thống thông tin động có vai trò quan trọng Vị trí khảo sát số enode B thiết kế cho huyện văn lãng trình bày bảng 3.17 luận văn Bản đồ phân bố eNode B trình bày hình 3.2 luận văn 3.5 Kết luận c ươn Quy hoạch mạng 4G LTE giống quy hoạch mạng 3G Ở hệ thống di động 4G, đường lên đường xuống bất đối xứng Do vậy, hai đường thiết lập giới hạn dung lượng vùng phủ sóng Chương trình bày tiêu thiết kế, mô hình truyền sóng áp dụng để ước lượng số eNodeB Từ tiến hành quy hoạch 4G LTE cho VNPT tỉnh Lạng Sơn phù hợp với trạng mạng thông tin di động đặc điểm tự nhiên, kinh tế, xã hội tỉnh 26 KẾT LUẬN Hiện nhu cầu sử dụng thiết bị di động truy cập internet tốc độ cao ngày phát triển Vì nghiên cứu 4G LTE cần thiết, tạo sở cho việc triển khai thực tế Nội dung luận văn tìm hiểu 4G LTE việc tính toán áp dụng cho quy hoạch mạng vô tuyến 4G LTE Luận văn thực được: Khái quát lịch sử phát triển hệ thông tin di động, phát triển 4G LTE Đặc điểm công nghệ 4G LTE cho thấy ưu so với 3G Tình hình triển khai thực tế giới Việt Nam Nghiên cứu kiến trúc mạng, công nghệ, kỹ thuật sử dụng 4G/LTE, thủ tục truy nhập tiêu thiết kế, quy hoạch mạng Từ áp dụng quy hoạch 4G LTE cho VNPT tỉnh Lạng Sơn Hiện VNPT Lạng Sơn chưa hoàn thành quy hoạch 4G LTE nên việc tính toán chủ yếu dựa lý thuyết thông số điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội tỉnh Dù cố gắng trình độ thời gian có hạn nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận góp ý thầy cô giáo để hoàn thiện thêm kiến thức ... TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ MẠNG 4G/ LTE Chương 2: CÔNG NGHỆ 4G/ LTE Chương 3: QUY HOẠCH MẠNG 4G/ LTE CHO VNPT C ươn 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ MẠNG 4G/ LTE 1.1... viện Công nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông MỞ ĐẦU Hiện 4G/ LTE nghiên cứu phát triển rộng rãi toàn giới 4G/ LTE... Việt Nam Nghiên cứu kiến trúc mạng, công nghệ, kỹ thuật sử dụng 4G/ LTE, thủ tục truy nhập tiêu thiết kế, quy hoạch mạng Từ áp dụng quy hoạch 4G LTE cho VNPT tỉnh Lạng Sơn Hiện VNPT Lạng Sơn chưa