4g lte và phương án triển khai tại tỉnh Hòa Bình (tt)

4g lte và phương án triển khai tại tỉnh Hòa Bình (tt)4g lte và phương án triển khai tại tỉnh Hòa Bình (tt)4g lte và phương án triển khai tại tỉnh Hòa Bình (tt)4g lte và phương án triển khai tại tỉnh Hòa Bình (tt)4g lte và phương án triển khai tại tỉnh Hòa Bình (tt)4g lte và phương án triển khai tại tỉnh Hòa Bình (tt)4g lte và phương án triển khai tại tỉnh Hòa Bình (tt)4g lte và phương án triển khai tại tỉnh Hòa Bình (tt)4g lte và phương án triển khai tại tỉnh Hòa Bình (tt)4g lte và phương án triển khai tại tỉnh Hòa Bình (tt)4g lte và phương án triển khai tại tỉnh Hòa Bình (tt)4g lte và phương án triển khai tại tỉnh Hòa Bình (tt)4g lte và phương án triển khai tại tỉnh Hòa Bình (tt)4g lte và phương án triển khai tại tỉnh Hòa Bình (tt)4g lte và phương án triển khai tại tỉnh Hòa Bình (tt)4g lte và phương án triển khai tại tỉnh Hòa Bình (tt)4g lte và phương án triển khai tại tỉnh Hòa Bình (tt)4g lte và phương án triển khai tại tỉnh Hòa Bình (tt)

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG - TẠ NGỌC NINH 4G LTE VÀ PHƢƠNG ÁN TRIỂN KHAI TẠI TỈNH HÕA BÌNH CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG MÃ SỐ: 60.52.02.08 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng nghiên cứu) NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS BÙI TRUNG HIẾU HÀ NỘI - 2017 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS BÙI TRUNG HIẾU 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 Công nghệ G- LTE nghiên cứu phát triển rộng rãi giới, cung cấp cho người sử dụng truyền tải liệu với tốc độ vượt trội so với công nghệ thứ (3 G) Tốc độ đạt điều kiện lý tưởng lên đến 1.5 Gb/Giây, cho phép phát triển thêm nhiều dịch vụ Sự phát triển 4G LTE đóng vài trò quan trong kỷ nguyên Internet kết nối vạn vật ( IoT), Kỷ nguyên Interner kết nối vạn vật cho phép kết nội thiết bị, từ ô tô đến thiết bị đeo người, thiết bị chăm sóc sức khỏe, giúp hóa nhà thông minh, thành phố thông minh Tính đến hết năm 2016 số lượng thuê bao 4G LTE đạt 1.5 tỷ với tốc độ ngày có thêm hai triệu thuê bao Hiện giới có 521 mạng 4G LTE thương mại hóa 170 quốc gia Tất số cho thấy tình hình triển khai G LTE giới đạt độ chín muồi Đây thời điểm thích hợp để Việt Nam triển khai 4G Hiện Bộ thông tin truyền thông thức cấp giấy phép thiết lập mạng viễn thông 4G cho bốn doanh nghiệp là: Tập đoàn Viễn Thông Quân Đội Viettel, Tập đoàn Bưu Chính Viễn Thông Việt Nam VNPT, Tổng công ty viễn thông Mobifone, Công ty viễn thông toàn cầu Gmobile số lượng giấy phép tăng dần doanh nghiệp tập trung vào phát triển mạng lưới 4G LTE Vì mục đích nghiên cứu luận văn nghiên cứu công nghệ G LTE phương án triển khai hệ thống G LTE tỉnh Hòa Bình -1- CHƢƠNG : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ 4G – LTE 1.1 Tổng quan công nghệ 4G-LTE 1.1.1 Giới thiệu 4G-LTE 4G-LTE hệ thứ tư chuẩn UMTS 3GPP phát triển UMTS hệ thứ ba dựa WCDMA triển khai toàn giới Để đảm bảo tính cạnh tranh cho hệ thống tương lai, tháng 11/2004 3GPP bắt đầu dự án nhằm xây dựng xác định bước phát triển lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi Long Term Evolution (LTE) Các mục tiêu công nghệ là: Tốc độ đỉnh tức thời với băng thông 20Mhz: - Tải lên: 50 Mbps - Tải xuống: 100 Mbps - Dung lượng liệu truyền tải trung bình người dùng 1Mhz so với mạng HSDPA Rel.6: +Tải lên: gấp đến lần +Tải xuống: gấp đến lần - Các tiêu phải đảm bảo bán kính vùng phủ sóng 5km, giảm chút phạm vi đến 30km Từ 30-100km không hạn chế Độ dài băng thông linh hoạt: hoạt động với băng tần 1.25Mhz, 1.6 Mhz, 10Mhz, 15Mhz 20Mhz chiều lên chiều xuống Hỗ trợ hai trường hợp độ dài băng lên băng xuống không Để đạt mục tiêu này, có nhiều kĩ thuật áp dụng, bật kĩ thuật vô tuyến OFDMA (đa truy cập phân chia theo tần số trực giao), kĩ thuật anten MIMO (Multiple Input Multiple Output) Ngoài hệ thống chạy hoàn toàn IP (all-IP Network), hỗ trợ hai chế độ FDD TDD -2- 1.1.2 Các dịch vụ 4G-LTE Qua việc kết nối đường truyền tốc độ cao, băng thông linh hoạt, hiệu suất sử dụng phổ cao giảm thời gian trễ gói, 4G-LTE hứa hẹn mang tới nhiều dịch vụ đa dạng Đối với khách hàng, có thêm nhiều ứng dụng dòng liệu lớn, tải chia sẻ video, nhạc nội dung đa phương tiện Tất dịch vụ cần lưu lượng lớn để đáp ứng đủ chất lượng dịch vụ, đặc biệt với mong đợi người dùng đường truyền TV độ rõ nét cao Đối với khách hàng doanh nghiệp, truyền tập tin lớn với tốc độ cao, chất lượng video hội nghị tốt…4G-LTE mang đặc tính “Web 2.0” vào không gian di động 1.1.3 Các ứng dụng tạo nên ƣu điểm 4G-LTE 4G-LTE mang lại nhiều ứng dụng có chất lượng cao so với 3G nhờ ưu điểm công nghệ: - Hiệu suất phổ 4G-LTE cao - OFDM DL: Chống nhiễu đa đường, hầu hết liệu người sử dùng - SC-FDMA UL: PAPR thấp Người dùng trực giao miền tần số - Tốc độ liệu cao: Phát nhiều dòng liệu độc lập song song qua anten riêng lẻ từ tăng tốc độ liệu (sử dụng MIMO) - Độ trễ thấp: Do thời gian cài đặt thời gian trì hoãn chuyển tiếp ngắn Trễ HO (chuyển giao) thời gian ngắt ngắn: TTI ngắn, trạng thái RRC đơn giản - Giá thành rẻ: Cấu trúc mạng đơn giản, giảm thành phần mạng - Chất lượng dịch vụ cao: Sử dụng tần số cấp phép để đảm bảo chất lượng dịch vụ: LTE sử dụng dải tần số khác nhau: 2100 MHZ, 1900 MHZ, 1700 MHZ, 2600 MHZ, 900 MHZ, 800 MHZ, 700 MHZ Luôn thử nghiệp giảm thời gian trễ điều khiển định tuyến giảm độ trễ (roundtrip delay) - Tần số tái sử dụng linh hoạt - Giảm nhiễu liên cell với tần số tái sử dụng lớn - Sử dụng hai dải tần số: Dải 1: hệ số tái sử dụng lớn dẫn đến công suất phát cao dải 2: phổ lại Các user cạnh cell: Sử dụng dải nên SIR tốt Các user trung tâm cell: sử dụng toàn băng nên tốc độ liệu cao - Dung lượng vùng bao phủ WCDMA UL bị giới hạn can nhiễu: can nhiễu bên cell can nhiễu liên cell Nhưng LTE tính trực giao nên can nhiễu -3- cell không xét đến giảm can nhiễu inter-cell tái sử dụng cục bộ, thêm anten triệt can nhiễu 1.2 Mục tiêu thiết kế mạng 4G-LTE Những yêu cầu cho LTE chia thành phần khác sau: - Tiềm dung lượng - Hiệu suất hệ thống - Các vấn đề liên quan đến việc triển khai thực tế - Kiến trúc dịch chuyển (migration) - Quản lí nguồn tài nguyên vô tuyến - Độ phức tạp - Những vấn đề chung gặp phải 1.3 Tình hình triển khai 4G LTE giới Việt Nam Tính đến hết năm 2016 có 170 quốc gia triển khai hệ thống 4G có 1,5 tỷ người có kết nối 4G Tại Việt Nam Ngày 18/10/2016 Bộ thông tin truyền thông cấp phép triển khai mạng di động 4G cho doanh nghiệp là: Tập đoàn Viễn thông Quân đội Viettel, Tập đoàn Bưu viễn thông Việt Nam (VNPT), Tổng công ty viễn thông Mobifone, Công ty viễn thông toàn cầu Gmobile Ngày 18/04/2017 Tập đoàn viễn thông Quân đội Viettel thức khai trương mạng 4G toàn quốc với 36,000 trạm thu phát sóng 4G, phủ sóng 95 % dân số Hai nhà mạng lại Vinaphone Mobifone tiến hành thử nghiệp mạng 4G - LTE số tỉnh thành phố gấp rút triển khai mạng lưới để sớm thức cung cấp dịch vụ -4- CHƢƠNG 2: KIẾN TRÖC HỆ THỐNG THÔNG TIN 4G – LTE 2.1 Kiến trúc mạng LTE 2.1.1 Kiến trúc hệ thống Mạng truy nhập vô tuyến RAN ( Radio Access Network): Mạng truy nhập vô tuyến LTE gọi E-UTRAN đặc điểm tất dịch vụ kể dịch vụ thời gian thực, hỗ trợ qua kênh gói chia sẻ Phương án làm tăng hiệu suất phổ, làm cho dung lượng hệ thống trở nên cao Mạng chia thành hai phần: Mạng truy nhập vô tuyến mạng lõi Những chức điều chế, nén, chuyển giao lại thuộc mạng truy nhập Còn chức khác tính cước quản lý di động thuộc mạng lõi Với LTE, mạng truy nhập E-TRAN mạng lõi EPC Mục đích LTE tối thiểu hóa số nút Vì vậy, người phát triển chọn cấu trúc đơn nút Trạm gốc phức tạo Node B mạng truy nhập vố tuyến WCDMA/HSPA, nên gọi E Node B ( Enhance NodeB) Những eNodeB có tất chức cần thiết cho mạng truy nhập vô tuyến LTE, kể chức liên quan đến quản lý tài nguyên vô tuyến Giao diện vô tuyến sử dụng E- UTRAN S1 X2 Trong S1 giao diện vô tuyến kết nối e Node B mạng lõi S1 chia làm hai loại S1_ U giao diện eNodeB SAE_GW S1-MME giao diện eNodeB MME X2 giao diện eNode B với Cấu trúc LTE -5- Mạng lõi: Mạng lõi mở rộng hoàn toàn mạng lõi hệ thống 3G, bao phủ miền chuyển mạch gói Vì vậy, có tên mới: Evolved Packet Core (EPC) Cùng mục đích E-UTRAN, số nút EPC giảm EPC chia luồng liệu người dùng thành mặt phẳng người dùng mặt phẳng điều khiển Một nút cụ thể định nghĩa cho mặt phẳng, cộng với Gateway chung kết nối mạng LTE với internet hệ thống khác EPC gồm có vài thực thể chức MME( Mobility Management Entity): Chịu trách nhiệm xử lý chức mặt điều khiển, liên quan đến quản lý thuê bao quản lý phiên Gateway dịch vụ ( serving gateway): Là vị trí kết nối giao tiếp liệu gói với EUTRAN Ngoài hoạt động nút định tuyến đến có kỹ thuật 3GPP khác P-Gateway ( Packet Data Network - Gateway): Là điểm cuối cho phiên hướng mạng liệu gói bên Nó Router đến mạng Internet PCRF ( Policyand Charging Rules Function): Điều khiển việc tạo bảng giá cấu hình hệ thống đa phương tiện IPIMS ( the IPMultimedia Sub system) cho người dùng HSS ( Home Subsriber Server) : Là nơi lưu trữ liệu thuê bao cho tất liệu người dùng Nó sở liệu trung tâm nhà mạng Các miền dịch vụ bao gồm IMS ( IP Multimedia Sub- System:) Dựa dịch vụ nhà khai thác, IMS không dựa nhà khai thác dịch vụ khác IMS kiến trúc mạng nhằm tạo thuận tiện cho việc phát triển phân phối dịch vụ đa phương tiện đến người dùng, họ kết nối thông qua mạng truy nhập 2.1.2 Thiết bị ngƣời dùng UE UE thiết bị mà người dùng đầu cuối sử dụng để liên lạc Thông thường thiết bị cầm tay điện thoại thông minh thẻ liệu thiết bị sử dụng mạng 2G 3G UE chứa Modun nhận dạng thuê bao toàn cầu (USIM) Nó Modun riêng biệt với phần lại UE, thường gọi thiết bị đầu cuối (TE) USIM ứng dụng đặt vào thẻ thông minh tháo rời được, gọi thẻ mạch tích hợp toàn cầu (UICC) USIM sử dụng để nhận dạng xác thực người dùng để lấy khóa bảo mật nhằm bảo vệ cho việc truyền tải liệu giao diện vô tuyến -6- 2.1.3 E-UTRAN NodeB ( eNodeB) eNodeB trạm gốc vô tuyến kiểm soát tất chức vô tuyến liên quan với phần cố định hệ thống Chức eNodeB hoạt động cầu nối lớp UE EPC, điểm cuối tất giao thức vô tuyến phía UE, tiếp nhận liệu kết nối vô tuyến kết nối IP tương ứng phía EPC 2.1.4 Thực thể quản lý tính di động MME Thực thể quản lý tính di dộng (MME) thành phần có chức điều khiển EPC MME có kết nối logic trực tiếp tới UE, kết nối sử dụng kênh điều khiển UE mạng Dưới chức MME cấu hình kiến trúc hệ thống: - Xác thực bảo mật - Quản lý tính di động - Quản lý hồ sơ thuê bao dịch vụ kết nối 2.1.5 Cổng phục vụ S – GW Trong cấu hình kiến trúc hệ thống 4G-LTE, chức cao cấp S-GW quản lý đường hầm UP chuyển mạch S-GW phần hạ tầng mạng, trì phòng điều hành trung tâm mạng S-GW có vai trò nhỏ chức điều khiển Hầu chịu trách nhiệm nguồn tài nguyên riêng nó, cấp phát chúng dựa yêu cầu từ MME, P-GW PCRF, từ mà hành động thiết lập, sửa đổi xóa phần tử mang cho UE 2.1.6 Cổng mạng liệu gói P - GW Là tuyến biên EPS mạng liệu gói bên Nó nút cuối di động mức cao hệ thống, thường hoạt động điểm IP thiết bị cho UE -7- Nó thực chức chọn lọc lưu lượng lọc theo yêu cầu dịch vụ đề cập Tương tự S-GW, P-GW trì phòng điều hành vị trí trung tâm mạng 2.1.7 Chức sách tính cước tài nguyên PCRF Là phần tử mạng chịu trách nhiệm sách điều khiển tính cuớc (PCC) Nó tạo định cách xử lý dịch vụ QoS, cung cấp thông tin cho PCEF đặt P- GW, áp dụng cho BBERF đặt S-GW, việc thiết lập phần tử mạng thích hợp việc lập sách Các thông tin PCRF cung cấp cho PCEF gọi quy tắc PCC PCRF gửi quy tắc PCC phần tử mạng thiết lập PCRF có khả cung cấp quy tắc PCC dựa yêu cầu, từ P-GW S-GW trường hợp PMIP, giống trường hợp kết nối dựa yêu cầu từ chức ứng dụng (AF) nằm dịch vụ tên miền 2.1.8 Máy chủ thuê bao thƣờng trú HSS HSS kho liệu thuê bao cho tất liệu người dùng thường xuyên Nó ghi lại vị trí người sử dụng mức độ nút điều khiển mạng tạm trú, chẳng hạn MME Nó máy chủ sở liệu trì phòng điều hành trung tâm HSS lưu trữ gốc hồ sơ thuê bao, chứa thông tin dịch vụ áp dụng thuê bao người sử dụng, bao gồm thông tin kết nối PDN cho phép, liệu có chuyển tới mạng tạm trú riêng hay không HSS lưu giữ nhận dạng P-GW sử dụng 2.2 Một số đặc tính kênh truyền Sau tìm hiểu số đặc tính kênh truyền ảnh hưởng đến việc truyền tín hiệu, đặc tính bao gồm trải trễ, fading, dịch tần Doppler, ảnh hưởng dịch tần Doppler tín hiệu OFDM, nhiễu MAI, cách khắc phục nhiễu MAI 2.2.1 Trải trễ đa đƣờng Tín hiệu nhận nơi thu gồm tín hiệu thu trực tiếp thành phần phản xạ tín hiệu phản xạ đến sau tín hiệu thu trực tiếp phải truyền qua khoảng dài hơn, -8- chuyển động xa tần số thu bị giảm Khoảng tần số dịch chuyển tượng Doppler tính theo công thức đây: f   f v c Trong Δf: khoảng tần số dịch chuyển, f0 tần số nguồn phát, v vận tốc tương đối nguồn phát nguồn thu, c vận tốc ánh sáng Đối với LTE, để khắc phục tượng dịch tần Doppler, người ta chọn khoảng cách sóng mang đủ lớn (Δf0= 15 KHz) 2.2.4 Nhiễu MAI LTE Đối với LTE, đường lên sử dụng kỹ thuật SC-FDMA, nhạy cảm với dịch tần Các user khác có dịch tần số sóng mang CFO (Carrier Frequency Offset) Khi tồn nhiều CFO thìtính trực giao sóng mang bị Nhiễu liên sóng mang (ICI: Inter Carrier Interference) MAI (Multi Access Interference) tạo làm giảm chất lượng tín hiệu thu Một phương pháp triệt ICI MAI, dựa ký hiệu hoa tiêu khối (block type pilots) Các user khác giao tiếp với trạm gốc khe thời gian khác Phương pháp lấy trực tiếp thành phần nhiễu cách lợi dụng ký hiệu hoa tiêu khối, không cần sử dụng ước lượng CFO nhiều lần Sau đó, ma trận can nhiễu khôi phục lại ảnh hưởng CFO triệt tiêu dễ dàng cách sử dụng phương pháp đảo ma trận 2.2 Kỹ thuật sử dụng mạng LTE LTE sử dụng kỹ thuật OFDMA cho truy cập đường xuống SC-FDMA cho truy cập đường lên Kết hợp đồng thời với MIMO, kỹ thuật lập biểu, thích ứng đường truyền yêu cầu tự động phát lại lai ghép 2.3.1 Kỹ thuật truy nhập theo tần số trực giao OFDMA Là công nghệ đa sóng mang phát triển dựa kĩ thuật OFDMA Trong OFDMA, số sóng mang con, không thiết phải nằm kề nhau, gộp lại thành kênh ( sub-channel) user truy cập vào tài nguyên cấp cho hay nhiều kênh để truyền nhận tùy theo nhu cầu lưu lượng cụ thể 2.3.2 Kỹ thuật truy nhập SC – FDMA -10- Kỹ thuật truy nhập SC- FDMA truy cập đa phân chia theo tần số mạng đơn (Single Carrer Frequency Division Multiple Access) Nguyên nhân SC-FDMA tốt cho đường lên kỹ thuật có tỷ lệ công suất đỉnh trung bình tốt OFDMA 2.3.3 Kỹ thuật MIMO MIMO phần thiếu 4G-LTE để đạt yêu cầu đầy tham vọng thông lượng hiệu sử dụng phổ MIMO cho phép sử dụng nhiều anten máy phát máy thu Với hướng DL, MIMO 2x2 (2 anten thiết bị phát, anten thiết bị thu) xem cấu hình bản, MIMO 4x4 đề cập đưa vào bảng đặc tả kỹ thuật chi tiết Hiệu đạt tùy thuộc vào việc sử dụng MIMO Trong đó, kỹ thuật ghép kênh không gian (spatial multiplexing)và phát phân tập (transmit diversity) đặc tính bật MIMO công nghệ LTE 2.3.4 Mã hóa Turbo Để sửa bit bị lỗi thay đổi kênh nhiễu, mã hóa kênh sử dụng Với kênh chia sẻ hướng xuống LTE (DL-SCH), sử dụng mã hóa Turbo với tốc độ 1/3, theo sau so khớp tốc độ để thích ứng với tốc độ mã Trong khung chiều dài 1ms, hai từ mã mã hóa truyền 2.3.5 Thích ứng đƣờng truyền Thích ứng đường truyền giải vấn đề liên quan đến cách thiết lập thông số truyền dẫn đường truyền vô tuyến để xử lý thay đổi chất lượng đường truyền vô tuyến Nó sử dụng điều chế thích nghi (Adaptive Modulation) Phương pháp cho phép hệ thống điều chỉnh nguyên lý điều chế tín hiệu theo tỉ lệ tín hiệu nhiễu (SNR) đường truyền vô tuyến Khi đường truyền vô tuyến có chất lượng cao, nguyên lý điều chế cao sử dụng làm tăng thêm dung lượng hệ thống Trong trình suy giảm tín hiệu, hệ thống LTE chuyển sang nguyên lý điều chế thấp để trì chất lượng ổn định đường truyền Đặc điểm cho phép hệ thống khắc phục hiệu ứng fading lựa chọn thời gian Đặc điểm quan trọng điều chế thích nghi khả -11- tăng dải sử dụng nguyên lý điều chế mức độ cao hơn, hệ thống có tính mềm dẻo 2.3.6 HARQ với kết hợp mềm Do tính chất ngẫu nhiên thay đổi chất lượng đường truyền vô tuyến, không đạt thích ứng chất lượng kênh vô tuyến tức thời cách hoàn hảo HARQ hữu ích HARQ với kết nối mềm sử dụng LTE, cho phép đầu cuối di động yêu cầu truyền lại nhanh chóng khối vận chuyển bị lỗi, cung cấp công cụ cho thích ứng tốc đồ ngầm định Giao thức bên nhiều xử lý hybrid ARQ dừng chờ (stopand-wait) song song Trong ARQ, đầu thu sử dụng mã phát lỗi để kiểm tra gói liệu có bị lỗi hay không Đầu phát thông báo NAK ACK Nếu gói liệu bị lỗi có thông báo NAK, gói truyền lại 2.4 Thủ tục truy nhập LTE 2.4.1 Thủ tục tìm ô Dò tìm ô thủ tục mà theo thiết bị dầu cuối tìm thấy ô mạng để có khả kết nối tới Thủ tục dò tìm ô cung cung cấp ước tính thông số cần thiết để thu nhận thông tin hệ thống kênh quảng bá, có chứa thông số lại cần thiết cho việc truy nhập vào hệ thống Như phần thủ tục dò tìm ô, đầu cuối thu nhận dạng ô đánh giá định thời khung ô nhận dạng Ngoài ra, thủ tục dò tìm ô cung cấp việc đánh giá thông số cần thiết cho việc tiếp nhận thông tin hệ thống kênh quảng bá (broadcast), bao gồm thông số lại yêu cầu cho truy cập hệ thống 2.4.2 Truy cập ngẫu nhiên Một yêu cầu cho hệ thống di động tế bào khả cho thiết bị đầu cuối yêu cầu thiết lập kết nối Ðiều thường gọi truy nhập ngẫu nhiên phục vụ hai mục đích 4G-LTE, cụ thể thiết lập đồng hướng lên thiết lập nhận dạng cho thiết bị đầu cuối 4.3 Tìm gọi -12- 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 vả thức giấc khoảng thời gian ngắn quy định trước để giám sát thông tin tìm gọi từ mạng CHƢƠNG 3: PHƢƠNG ÁN TRIỂN KHAI 4G LTE TẠI TỈNH HÕA BÌNH 3.1 Khái quát trình triển khai mạng G LTE Triển khai mạng LTE bao gồm ba bước: Khởi tạo, quy hoạch xây dựng mạng, vận hành tối ưu hóa mạng Khái quát trình quy hoạch mạng LTE Dưới số nội dung chi tiết bước 3.1.1 Quy hoạch mạng Quá trình quy hoạch mạng vô tuyến tiến hành sở yêu cầu thông số thiết lập công việc phức tạp việc quy hoạch mạng Công việc quy hoạch mạng vô tuyến bao gồm: định cỡ mạng, quy hoạch lưu lượng & vùng phủ chi tiết tối ưu mạng -13- Định cỡ mạng: Pha quy hoạch ban đầu (định cỡ mạng) cung cấp đánh giá ban đầu nhanh kích cỡ mạng dung lượng thành phần Định cỡ mạng phải thực yêu cầu nhà khai thác như: - Định hướng kinh doanh, số lượng khách hàng, mạng lưới - Vùng phủ, dung lượng chất lượng dịch vụ mạng 4G cần triển khai Quy hoạch chi tiết: Trong phần quy hoạch chi tiết, mật độ site định cỡ cụ thể số lượng trạm tọa độ chi tiết đồ số để giới hạn mặt vật lý thông số mạng Ngoài việc tối ưu thực cách điều khiển nhiễu dạng anten phù hợp, cấu hình site, chọn lựa vị trí, hay đặt nghiêng anten Sử dụng thêm lặp Repeater, Smallcell Vận hành tối ưu hóa mạng: Khi mạng phát sóng, Ta có đo kiểm lại chất lượng sóng driver test lại địa bàn vùng phủ để hiệu chỉnh an ten, thay đổi công suất phát, bổ sung trạm nhằm mục đích xóa điểm đen, xử lý lỗi lắp đặt trạm phát sóng chéo cell, thay đổi khai báo Một số dự báo cần lƣu ý quy hoạch mạng - Dự báo nhu cầu dịch vụ/thuê bao: - Dự báo lưu lượng: - Dự phòng cho tương lai: 3.1.3 Các mô hình truyền sóng 3.1.3.1 Các mô hình truyền sóng trời - Mô hình Hata-Okumura + Các biểu thức toán học sử dụng mô hình Hata-Okumura để xác định tổn hao trung bình Lp: Lp= A + Blgfc – 13,82lghb – a(hm) + (44,9 – 6,55lghb)lgr + Lother (dB)  26.21, f  (150  1500) Mhz 33.9, f  (1500  2000) Mhz B=  + Dải thông số sử dụng cho mô hình Hata là: 150fc ≤ 2000 Mhz; 30 ≤ hb ≤ 200 m; ≤ hm ≤ 10 m; ≤ r ≤ 20 km -14- a(hm) tính sau:  Đối với thành phố nhỏ trung bình: a(hm) = (1,11lgfc -0,7)hm – (1,56lgfc – 0,8) dB  Đối với thành phố lớn: a(hm) = 8,29 (lg1,54hm)2 – 1,1 dB ; fc ≤ 200 Mhz hay: a(hm) = 3,2 (lg11,75hm)2 - 4,97 dB ; fc ≥ 400 Mhz  Đối với vùng ngoại ô: Với vùng ngoại ô hệ số hiệu chỉnh suy hao so với vùng thành phố là:  Lp= Lp(Thành phố) – lg   fc 28   5,4 (dB)  Đối với vùng nông thôn: Lp= Lp(thành phố) – 4,78(lgfc)2 +18,33(lgfc) – 40,49 dB - Mô hình Walfish-Ikegami [5] Mô hình Walfisch-Ikegami dựa vào giả thiết truyền lan sóng truyền mái nhà trình nhiễu xạ Các tòa nhà nằm đường thẳng máy phát máy thu Các biểu thức sử dụng cho mô hình sau: Lp= Lf + Lrts + Lmsd hay Lp = Lf Lrts + Lmsd ≤ + Tổn hao không gian tự Lf xác định: Lf = 32,4 +20lgr + 20lgfc (dB) + Nhiễu xạ mái nhà - phố tổn hao phân tán tính sau: Lrst = (-16,7) -10lgW + 10lgfc + 20lg∆hm + Lori (dB) + Tổn hao vật che chắn: Lmsd = Lbsh + ka + kdlgr + kf lgfc – 9lgb + Dải thông số cho mô hình Walfisch-Ikegami phải thỏa mãn: -15- 800 ≤ fc ≤ 2000 Mhz; ≤ hb ≤ 50 m; ≤ hm ≤ m; 0,02 ≤ r ≤ km Có thể sử dụng giá trị mặc định sau cho mô hình: b = 20 ÷ 50m; W = b/2; Ф = b/2 Nóc nhà = 3m cho nhà có độ cao 0m cho nhà phẳng Hr = × (số tầng) + nhà 3.1.3.2 Các mô hình truyền sóng nhà - Mô hình cho môi trƣờng nhiều tầng Các biểu thức toán học sử dụng mô hình để xác định tổn hao trung bình: Lp(R) = L (R0) + 10 × n(nhiều tầng)lg( R ) R0 - Mô hình Motley-Keenan Các biểu thức toán học sử dụng mô hình để xác định tổn hao trung bình: L(dB) = 32.5 + 20×lgf + 20lgR + k ×F(k) + p×W(k) + D(R-db) Toàn tham số ta tính sơ đồ logic nhà thiết kế - Mô hình IMT-2000 Biểu thức toán học sử dụng mô hình Mô hình IMT-2000để xác định tổn hao trung bình Lp: Lp = 37 + 30lgR + 18,3F[(F+2)/(F+1)-0,46] (dB) 3.1.4 Tính toán quỹ đƣờng lên đƣờng xuống Gồm có tính toán quỹ đường lên cho LTE tính toán quỹ đường xuống cho LTE 3.1.5 Bán kính cell số lƣợng e-nodeB 3.1.5.1 Bán kính cell + Mô hình Hata-Okumura: L’ = A + Blgfc – 13,82lghb – a(hm) + Lother X = (44,9 – 6,55lghb) (3.29) (3.30) -16- RHata  10 ( PLHata  69,55 26,16lg( f ) 13,82lg( hb )  a ( hm )  K ) 44,9  6,55lg( hb ) Kết khảo sát độ phủ Mobifone Sân Golf Phoenix xã Lâm Sơn huyện Lương Sơn tỉnh Hòa Bình với độ cao Anten trạm 35 m, sử dụng băng tần 1800 MHZ Khảo sát cho thấy điều kiện không bị che chắn bán kính phủ sóng eNodeB xa đạt 5.4 km ( điều kiện địa hình không bị che chắn) + Mô hình Walfisch-Ikegami: - NON-LOS: L’ = 32,4 +20lgfc + Lbsh + ka + kflgfc – 9lgb + Lrts X = (20 + kd) - LOS: L’ = 42.6 +20lgfc(3.32) X = 26 + Mô hình nhà: - Nhiều tầng: L’ = L(R0)-10× n × lg(R0) X= 10 × n + Mô hình Motley- Keenan: L’ = 32.5 + 20×lgf + k×F(k) + p×W(k) + D – db X= 1+10a/20 Với a = 20lgR + Mô hình IMT-2000 - Toà nhà : L’ = 37 + 18 3F[(F+2 ) / ( F+1 ) - 0,46] M = 30 Sau tính kích thước bán kính cell, dễ dàng tính diện tích vùng phủ với -17- ý diện tích vùng phủ phụ thuộc vào cấu hình phân đoạn trạm gốc Diện tích vùng phủ cell có cấu trúc lục giác tính sau: S = K r2 Trong đó: S diện tích vùng phủ, r bán kính cực đại cell, K số Bảng 3.1 Các giá trị K sử dụng cho tính toán vùng phủ sóng Cấu hình trạm K Ommi (vô hướng) 2.6 – sector – sector – sector 1.3 1.95 2.6 3.1.5.2 Số lƣợng e-nodeB Trong dung lượng site bội số thông lượng cell (cell throughput), tùy thuộc vào cấu hình cell site - Tính toán thông lượng cell + Để tính toán cell throughput trước tiên ta xét tốc độ bit đỉnh (peak bit rate) Tương ứng với mức MCS (điều chế mã hóa) với có kết hợp MIMO hay không tạo tốc độ bit đỉnh khác Tốc độ bit đỉnh tính theo công thức sau: - Tính toán toàn tốc độ liệu(overalldatarate) toàn tốc độ liệu tính toán theo công thức sau: Overalldatarate = Số user x Tốc độ bit đỉnh x Hế số OBF 3.2 Một số đặc điểm tỉnh Hòa Bình Hòa Bình tỉnh miền núi thuộc vùng Tây Bắc Việt Nam có diện tích 4662 km2 dân số khoảng 850 nghìn dẫn Tỉnh Hòa Bình phân chia thành vùng: -18- - Vùng núi cao nằm phía Tây Bắc thuộc huyện Đà Bắc, Mai Châu, số xã thuộc huyện Kỳ Sơn, Lạc Sơn, Cao Phong, Tân Lạc, chiếm khoảng 44,8% diện tích toàn tỉnh - Vùng núi thấp nằm phía Đông Nam độ cao trung bình từ 100 – 200m, chiếm khoảng 55,2% diện tích toàn tỉnh 3.2 Hiện trạng mạng Mobifone Hòa Bình Cơ cấu tổ chức Mobifone địa bàn tỉnh Hòa Bình bao gồm: - Chi nhánh Mobifone Hòa Bình thuộc Công ty dịch vụ Mobifone khu vực 4, Tổng công ty viễn thông Mobifone - Tổ Viễn thông Hòa Bình thuộc Đài viễn thông Nam Định - Trung tâm Mạng lưới Mobifone miền Bắc - Tổng công ty viễn thông Mobifone Mạng lưới Mobifone địa bàn tỉnh Hòa Bình chia thành mục chính: Hạ tầng mạng di động hạ tầng truyền dẫn Hạ tầng mạng di động gồm tổng đài di động BSC Hòa Bình khu vực Tp Hòa Bình.Tổng đài BSC điều khiển 163 trạm BTS 2G Về thiết bị mạng 3G Mobifone Hòa Bình có 48 trạm Node B, thiết bị tổng đài truyền dẫn Mux gom đường truyền 48 Node B RNC đặt Hà Nội Hạ tầng truyền dẫn MobiFone chủ yếu sử dụngcác tuyến truyền dẫn quang thuê VNPT Hòa Bình với 141 tuyền quang nối từ tổng đài trung tâm đến trạm gốc 21 tuyến truyền dẫn Viba nối tổng đài trung tâm đến trạm gốc 3.4 Phƣơng án triển khai 4G-LTE Mobifone Hòa Bình Diện tích tỉnh Hòa Bình 4600 km2 áp dụng công thức Hata Okumura ( 3.28) ta có bán kính R= 5.4 km Theo công thức tính diện tích vùng phủ (3.36) ta có: S = K r2 Với hệ số K =1.3 ( Cấu hình trạm 2- sector) bảng kê 3.1 ta cần tổng số lượng trạm eNodeB cần triển khai 121 trạm để phủ tích tỉnh Hòa Bình Trong trình vận hành khai thác hệ thống 2G 3G để đảm bảo chất lượng sóng tốt cho khách hàng đặc biệt sóng nhà ta triển eNodeB thêm điểm thành phố Hòa Bình, đường quốc lộ khu du lịch tỉnh Hòa Bình với số lượng eNodeB 47 ta triển khai tổng số 168 trạm eNode B -19- Trên sở dân cư, doanh thu doanh nghiệp hiệu đầu tư, Phương án triển khai 4G - LTE tỉnh Hòa Bình chia thành giai đoạn: 3.4.2 Phƣơng án triển khai tỉnh Hòa Bình giai đoạn Ở giai đoạn triển khai hệ thống 4G _LTE vị trí khu vực thành phố, thị trấn, khu du lịch xã có đông dân cư toàn tuyến đường quốc lộ đường Hồ Chí Minh cụ thể - Số trạm phủ sóng đường Hồ Chí Minh đường quốc lộ là: Áp dụng công thức tính bán kính eNodeB đường truyền trời mô hình HataOkumura mục 3.1.5.1 ta có bán kính eNodeB 5.4 km Do đường quốc lộ có 103 km cần 10 trạm eNodeB, đường Hồ Chí Minh có 73 km cần trạm tổng cần 17 trạm eNodeB để phủ sóng hết tuyến đường - Số trạm phủ sóng khu vực Hòa Bình thị trấn Do thực tế triển khai dịch vụ 2G, 3G nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ khách hàng sử dụng dịch vụ trời nhà tốt triển khai phường thành phố Hòa Bình thị trấn triển khai trạm eNodeB Như cần 15 trạm eNodeB cho khu vực Hòa Bình 10 trạm eNodeB cho thị trấn huyện - Số trạm phủ sóng khu vực lê hội, du lịch Hòa Bình Tất khu du lịch lễ hội triển khai 01 trạm eNodeB cụ thể lễ hội, điểm du lịch sân Golf sau: + Lễ Hội Mường Bi xã Phong Phú huyện Tân Lạc + Khu chùa Tiên xã Cố Nghĩa huyện Lạc Thủy + Lễ hội cam Cao Phong nhà văn hóa huyện Cao Phong + Khu nghỉ dưỡng Bản Lắc xã Chiềng Châu huyện Mai Châu + Sân Golf Phoenix xã Lâm Sơn huyện Lương Sơn Như cần trạm eNodeB phụ vụ khu du lịch, lễ hội sân golf - Triển khai xã có đông dân cư Do chi phí đầu tư thiết bị 4G - LTE, chi phí thuê kênh truyền lớn tỉnh Hòa Bình tỉnh miền núi nhiều khu vực thưa dân cư giai đoạn triển khai xã có dân cư 3000 nhân Và bảng kê phụ lục 01 có 73 xã tương ứng với triển khai 73 eNodeB xã Khi triển khai hệ thống G_LTE ưu tiên sử dụng chung hạ tầng viễn thồng với hệ thống 2G, 3G cũ để giảm thời gian, chi phí đầu tư tăng tính hiệu sử -20- dụng Với khu vực chưa có hạ tầng viễn thông cũ, triển khai xây dựng trạm trung tâm dân cư xã gần ủy ban nhân dân xã, Bữu điện xã Từ hai tiêu chí đánh giá ta xây dựng vị trí chi tiết đặt hệ thống trạm eNodeB giai đoạn theo phụ lục 02 Từ tọa độ trạm phụ lục 02 Nhập tọa độ vị trí triển khai sử dụng ứng dụng tạo đồ https://www.google.com/maps/, với điểm tương ứng với eNodeB đồ thực địa Hình 3.4 Bản đồ thực địa triển khai eNodeB giai đoạn tỉnh Hòa Bình 3.4.3 Phƣơng án triển khai tỉnh Hòa Bình giai đoạn Trong giai đoạn phủ sóng 4G - LTE cho 120 vị trí đặt eNodeB khu vực thành phố, thị trấn, khu du lịch, xã có đường quốc lộ chạy qua xã có dân cư đông nơi có khách hàng sử dụng máy điện thoại hỗ trợ 4G_LTE nhiều khách hàng có tỷ lệ doanh thu cao Giai đoạn triển khai 48 xã tỉnh Hòa Bình xã có dân cư thưa có số lượng khách hàng có thu nhập thấp nhu cầu sử dụng dịch vụ 4G Khi triển khai hệ thống G_LTE giai đoạn ưu tiên sử dụng chung hạ tầng viễn thồng với hệ thống 2G, 3G cũ để giảm thời gian, chi phí đầu tư tăng tính hiệu sử dụng Với khu vực chưa có hạ tầng viễn thông cũ, triển khai -21- trung tâm dân cư xã gần : Ủy ban nhân dân xã, Bữu điện xã Từ tiêu đánh giá ta xây dựng tọa độ đặt hệ thống trạm 4G-LTE giai đoạn theo phụ lục 03 Từ tọa độ trạm Chúng ta nhập tọa độ vị trí triển khai eNodeB bảng sử dụng trang web https://www.google.com/maps/d/ để có đồ thực địa vị trí triển khai eNodeB Hình 3.5 Bản đồ thực địa triển khai eNodeB giai đoạn tỉnh Hòa Bình Sau triển khai giai đoạn phủ sóng G LTE mạng lưới 4G LTE phủ sóng toàn xã, phường tỉnh Hòa Bình có sơ đồ thực địa sau: -22- Hình 3.6 Bản đồ thực địa triển khai eNodeB giai đoạn tỉnh Hòa Bình KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Sau trình tìm hiểu nghiên cứu thực luận văn tốt nghiệp, với nỗ lực thân, với hướng dẫn tận tình PGS Bùi Trung Hiếu, trợ giúp đồng nghiệp, người thân toàn thể bạn hoàn thành đồ đáp ứng yêu cầu đặt  Luân văn đạt kết đạt sau - Luận văn tìm hiểu khái quát chung hệ thống mạng 4G - LTE với tính năng, dịch vụ mục tiêu thiết kế hệ thống mạng 4G - LTE - Luận văn tìm hiểu kiến trúc mạng 4G - LTE, Một số đặc tính kênh truyền, kỹ thuật sử dụng trạm mạng 4G - LTE thủ tục truy cập LTE - Luận văn xây dựng chi tiết phương án triển khai cho nhà mạng Mobifone tỉnh Hòa Bình với giai đoạn  Trên sở nghiên cứu triển khai hệ thống 4G - LTE tỉnh Hòa Bình, người nhiều năm công tác tỉnh này, tập trung nghiên cứu tiếp tục số vấn đề nhằm tối ưu hoạt động khai thác mạng di động Mobifone, cụ thể: -23- - Trước triển khai hệ thống 4G - LTE nhà mạng Mobifone triển khai hệ thống 2G GSM 3G WCDMA cần nghiên cứu phối hợp hệ thống 2G,3G,4G để đảm bảo hiệu đầu tư tránh lãng phí tài nguyên - Trên địa bàn tỉnh Hòa Bình lưu lượng thấp cầnnghiên cứu quy hoạch lại tần số để sử dụng băng tần linh hoạt Hiện Mobifone sử dụng băng tần 900 MHZ có vùng phủ lớn cho hệ thống 2G, 3G sử dụng băng tần 2100 MHZ băng tần 1800 MHZ sử dụng cho 4G - Nghiên cứu giải pháp khác khắc phục khu vực điểm đen không dịch vụ đường quốc lộ bị địa hình che chắn, các nhà cao tầng khu vực thành phố cách sử dụng hệ thống Repeater, smallcell -24- ... trung vào phát triển mạng lưới 4G LTE Vì mục đích nghiên cứu luận văn nghiên cứu công nghệ G LTE phương án triển khai hệ thống G LTE tỉnh Hòa Bình -1- CHƢƠNG : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ 4G – LTE 1.1... vị trí triển khai eNodeB Hình 3.5 Bản đồ thực địa triển khai eNodeB giai đoạn tỉnh Hòa Bình Sau triển khai giai đoạn phủ sóng G LTE mạng lưới 4G LTE phủ sóng toàn xã, phường tỉnh Hòa Bình có... thủ tục truy cập LTE - Luận văn xây dựng chi tiết phương án triển khai cho nhà mạng Mobifone tỉnh Hòa Bình với giai đoạn  Trên sở nghiên cứu triển khai hệ thống 4G - LTE tỉnh Hòa Bình, người nhiều