Tối ưu hóa mạng 4g lte

Tối ưu hóa mạng 4g lte

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ

TRUYỀN THÔNG THÁI NGUYÊN -

BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài : TỐI ƯU HÓA MẠNG 4G/LTE

GVHD: T h.S.Đỗ Văn Quyền

Sinh viên thực hiện:

hệ thống ứng dụng và tích hợp xây dựng và phát triển mạng 4G/LTE.

4G/LTE hứa hẹn sẽ cho tốc độ dữ liệu truyền trên kênh xuống (downlink) lớnhơn 100 Mbps và trên kênh lên (uplink) lớn hơn 50 Mbps Giống như WiMAX,LTE/4G dựa trên nền tảng gói IP do đó sẽ không còn chuyển mạch kênh như trongcác thế hệ 2G, 3G hiện tại Kiến trúc mạng của 4G/LTE sẽ đơn giản hơn so với mạng3G hiện thời Tuy nhiên mạng 4G/LTE vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàng vớimạng 3G và 2G Đây là điều này hết sức quan trọng cho nhà cung cấp trong việcmạng triển khai 4G/LTE mà không cần thay đổi toàn bộ cơ sở hạ tầng mạng đã có

Song song với sự phát triển của công nghệ 4G, bám theo xu hướng ứng dụngcủa các nhà khai thác, các nhà cung cấp ứng dụng quản lý vận hành khai thác mạng,ứng dụng phát triển dịch vụ, thiết kế qui hoạch mạng cũng đang tiến hành nghiên cứuxây dựng các hệ thống ứng dụng sẵn sang cho việc xây dựng mới, khai thác và quản

lý mạng 4G/LTE

Cùng với sự phát triển của mạng 3G và tiếp theo sẽ là mạng 4G với băngthông lớn sẽ mở ra cơ hội phát triển các dịch vụ viễn thông mới vốn đã phát triểnmạnh trên mạng Internet, tạo điều kiện thuận lợi, hấp dẫn cho các nhà cung cấp nộidung, cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng có chất lượng cao như: Video Streaming,Video on Demand, Music on Demand, Mobile Banking, Mobile TV, Multiplayer

Cùng với công nghệ, các giải pháp, thiết bị, chuẩn tích hợp và triển khai cũngđược hoàn thiện sau những triển khai của nhiều nhà khai thác trên thế giới Việc triểnkhai 4G/LTE ở Việt Nam sẽ là bước tiến tất yếu đối với nền công nghiệp viễn thôngtrong nước

Công tác quy hoạch thiết kế và quy hoạch mạng cũng như tối ưu hệ thốngcung cấp dịch vụ là bước không thể thiếu trong việc triển khai xây dựng một hệthống mạng thông tin di động Theo các chuyên gia công nghệ viễn thông, các mạng

di động hiện nay đầu tư rất nhiều cho việc tối ưu mạng và nâng cao chất lượng mạng.Điều này đã rất đúng với mạng 3G và sẽ là công tác rất quan trọng trong giai đoạnchuyển giao phát triển lên 4G Do vậy, việc thực hiện đề tài “Tối ưu hóa mạng4G/LTE” là hết sức cần thiết

Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu về tối ưu hóa sau thiết kế, quy hoạch mạng 4G/LTE

Nghiên cứu phương pháp tối ưu hóa mạng 4G/LTE một cách hiệu quả, để góp phầncung cấp các dịch vụ 4G/LTE với dịch vụ tốt nhất và giá thành rẻ cho người dùng

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

a) Đối tượng nghiên cứu

-Nghiên cứu các phần mềm tối ưu mạng thông dụng nhất

Ý nghĩa khoa học của đề tài

Công nghệ 4G/LTE đã được nghiên cứu và triển khai rộng rãi trên thế giới Sau nhiều

sự đầu tư và nghiên cứu, các nhà mạng Việt Nam đã cung cấp dịch vụ 4G/LTE đến kháchhàng tuy nhiên số lượng cũng như chất lượng chưa cao Với mục đích nghiên cứu để họctập và tìm ra những phương pháp tối ưu mạng 4G/LTE một cách hiệu quả về mặt kinh tếlẫn kĩ thuật nhằm góp phần cung cấp các dịch vụ 4G/LTE ngày càng đa dạng với giá thành

rẻ cho mọi người dân Việt Nam, tránh cho nước ta không bị tụt hậu ngày càng xa so vớicác nước đang phát triền trên thế giới trong viễn thông nói riêng Mặt khác, công nghệ4G/LTE được triển khai không lâu, do đó còn nhiều thiếu sót, hạn chế nên việc nghiên cứu

về tối ưu mạng 4G/LTE là rất cần thiết và là cơ hội đem lại nhiều việc làm cho các kĩ sưnhất là sinh viên mới ra trường

Kết cấu đề tài

Đề tài gồm 3 chương với nội dung tóm tắt như sau:

Chương I : Tổng quan về hệ thống thông tin di động 4G/LTE

Chương II : Vấn đề tối ưu trong mạng 4G/LTE

Chương III : Ứng dụng tối ưu hóa cho mạng 4G/LTE tại một khu vực thuộc thànhphố cấp 1 tại Việt Nam

Kết luận : Tóm tắt kết quả nghiên cứu, các đề xuất kiến nghị

Em xin chân thành cảm ơn tới thầy Đỗ Văn Quyền, giảng viên khoa Công nghệ kĩ thuật điện tử và truyền thông đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thiện đề tài báo cáo thực tập này

Thái Nguyên, ngày tháng 5 năm 2018 Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G/LTE

Hình 1.1 - Sự phát triển thuê bao băng rộng

1.1.1.1 Động cơ thúc đẩy

- Cần thế hệ tiếp theo để cải thiện các nhược điểm của 3G và đáp ứng nhu cầu của người sử dụng

- Người dùng đòi hỏi tốc độ dữ liệu và chất lượng dịch vụ cao hơn - Tối ưu hệ thống chuyển mạch gói.

- Tiếp tục nhu cầu đòi hỏi của người dùng về giảm giá thành

- Giảm độ phức tạp

- Tránh sự phân đoạn không cần thiết cho hoạt động của một cặp hoặc không phải một cặp dải thông

1.1.1.2 Quá trình phát triển của LTE

- LTE ( viết tắt của cụm từ Long Term Evolution, có nghĩa là Tiến hóa dài hạn), công nghệ này được coi như công nghệ di động thứ 4

thuật đa anten để tang dung lượng và tốc độ dữ liệu

- Bắt đầu năm 2004, dự án LTE tập trung vào phát triển thêm UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) mạng truy cập vô tuyến mặt đất UMTS (UniversalMobile Telecommunications System) hệ thống thông tin di động toàn cầu và tối ưu cấu trúc truy cập vô tuyến của 3GPP

- Mục tiêu hướng đến là dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một người dùng trên 1MHz so với mạng HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) truy

cập gói xuống với tốc độ cao Release-6 [20] tải xuống gấp 3 đến 4 lần (100Mbps) Tải lên gấp 2 đến 3 lần (50Mbps).

- Năm 2007, LTE của kỹ thuật truy cập vô tuyến thế hệ thứ 3 “E-UTRA (Evolved UTRA)” phát triển từ những bước khả thi để đưa ra các đặc tính kỹ thuật được chấp nhận Cuối năm 2008 các kỹ thuật này được sử dụng trong thương mại

- Các kỹ thuật OFDMA được sử dụng cho đường xuống và SC-FDMA (Single

Carrier – Frequency Division Multiple Access) đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang được sử dụng cho đường lên

1.1.1.3 Cấu trúc mạng 4G/LTE

- Gồm 2 thành phần chính: Thành phần vô tuyến E-UTRAN (Evoled-Universal

Terrestrial Access Network) và thành phần Packet Core EPC (Evoled Packet Core)

- Loại bỏ node mạng NRC so với 3G.

- Tách riêng luồng báo hiệu (Control Plane) và dữ liệu (User Plane).

1.1.1.4 Các đặc tính cơ bản của LTE

- Tính di động: Tốc độ di chuyển tối ưu là 0-15 km/h nhưng vẫn hoạt động tốt với tốc

độ di chuyển từ 15-120 km/h, có thể lên đến 500 km/h tùy băng tần

- Phổ tần số:

+ Hoạt động ở chế độ FDD (Frequency Division Duplex) ghép song công phân chia theo tần số hoặc TDD (Time Division Duplex) ghép song công phân chia theo thời gian

+ Độ phủ sóng từ 5-100 km

+ Dung lượng 200 user/cell ở băng tần 5Mhz

- Chất lượng dịch vụ:

+ Hỗ trợ tính năng đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS

+ VoIP đảm bảo chất lượng âm thanh tốt, trễ tối thiểu thông qua mạng UMTS - Liên kết mạng:

+ Khả năng liên kết với các hệ thống UTRAN/GERAN (GSM EDGE Radio Access Network) mạng truy cập vô tuyến GSM (Global System For Mobile

Communications) hệ thống thông tin di động toàn cầu và EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) hiện có và các hệ thống không thuộc 3GPP cũng sẽ được đảm bảo

+ Thời gian trễ trong việc truyền tải giữa E-UTRAN và UTRAN/GERAN sẽ nhỏ hơn 300ms cho các dịch vụ thời gian thực và 500ms cho các dịch vụ còn lại

1.1.1.5 Các yêu cầu của LTE

- Giảm trễ cả về thiết lập kết nối và độ trễ truyền dẫn

- Tăng tỷ lệ dữ liệu người dùng

- Tăng tốc độ bit, thống nhất về cung cấp dịch vụ

- Hỗ trợ lên đến 200 người dùng hoạt động trong một cell (5MHz)

- Giảm chi phí trên bit dữ liệu, nâng cao hiệu quả phổ truyền dẫn.

- Tính linh hoạt hơn trong việc sử dụng phổ tần, trong cả băng mới và băng đã tồn tại

- Đơn giản hóa cấu trúc mạng

- Di động dồng nhất, bao gồm giữa các công nghệ truy cập vô tuyến khác nhau

- Hợp lý điện năng tiêu thụ các thiết bị đầu cuối di động

1.1.1.6 Lợi ích của 4G/LTE mang lại

4G/LTE mang lại nhiều lợi ích hơn cho người dùng và cả những nhà cung cấp dịch

vụ:

+ Với hiệu suất sử dụng phổ tần lớn hơn, sử dụng các chương trình mã hóa thông minh hơn, các kỹ thuật nén tiến bộ hơn cũng như nhiều kỹ thuật ghép kênh mới vì vậy mà với cùng một lượng băng tần, trên cùng một dải tần thì 4G/LTE sẽ cho dung lượng lớn hơn khá nhiều so với 3G Thêm vào đó, 4G/LTE cho phép nhà mạng có thểtận dụng được nhiều tài nguyên tần số khác nhau khiến các nhà mạng triển khai 4G/LTE có phần đơn giản hơn khi muốn mở rộng dung lượng hệ thống, 4G/LTE được đánh giá là sẽ giúp các nhà mạng triển khai giảm giá thành sản xuất trên mỗi bit

dữ liệu, từ đó cung cấp dịch vụ với đơn giá rẻ hơn cho người dùng

+ Với tốc độ truyền dẫn dữ liệu cao, độ trễ thấp, tính bảo mật cao, 4G/LTE không chỉ giúp cải thiện chất lượng một số dịch vụ đang cung cấp trên nền tảng 3G mà còn

mở ra cơ hội phát triển nhiều dịch vụ, tiện ích mới cho người dùng Do đó, người sử dụng có thể tiếp cận các dịch vụ, tiện ích đa dạng, phong phú hơn

1.1.1.7 Các thông số lớp vật lý của LTE

Các thông số lớp vật lý của LTE được xây dựng theo hai bảng sau:

DL OFDMA

Chiều dài CP (Cyclic Prefix) Ngắn 4.7µs

Ghép kênh không gian 1 lớp cho UL/UE, lên đến 4 lớp cho DL/UE,

sử dụng MU-MIMO cho UL và DL Bảng 1.1: Các thông số lớp vật lý LTE

1.1.1.8 So sánh công nghệ mạng 3G và 4G/LTE

− Tốc độ dữ liệu cao hơn rất nhiều lần so với 3G

− Hiệu quả trải phổ tăng 4 lần và tăng 10 lần user/cell so với WCDMA

− Hiệu suất phổ cao

− Tốc độ dữ liệu cao: Phát nhiều dòng dữ liệu độc lập song song qua các anten riêng lẻ => tăng tốc độ dữ liệu (sử dụng MIMO)

− Độ trễ thấp

−

+ Thời gian cài đặt và thời gian trì hoãn chuyển tiếp ngắn

+ Trễ HO và thời gian ngắt ngắn : TTI ngắn, trạng thái RRC đơn giản

- Giá thành rẻ: Cấu trúc mạng đơn giản, giảm các thành phần của mạng

- Chất lượng dịch vụ cao−

+Sử dụng các tần số cấp phép để đảm bảo chất lượng dịch vụ : LTE sử dụngcácdải tần số khác nhau : 2100 MHz, 1900 MHz, 1700 MHz, 2600 MHz, 900 MHz, 800 MHz +Luôn luôn thử nghiệm ( giảm thời gian trễ trong điều khiển định tuyến)

+ Giảm độ trễ khứ hồi ( round trip delay)

- Tần số tái sử dụng linh hoạt−

- Dung lượng và vùng bao phủ của WCDMA UL bị giới hạn bởi can nhiễu: can nhiễu bên trong cell và can nhiễu liên cell Nhưng đối với LTE thì : do tính trực giao nên can nhiễu trong cùng một cell có thể không xét đến và giảm can nhiễu inter-cell bằng tái sử dụng cục

bộ, thêm các anten có thể triệt can nhiễu

a) So sánh các dịch vụ của 3G so với 4G LTE

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

sử dụng phổ cao và giảm thời gian trễ gói, LTE hứa hẹn sẽ cung cấp nhiều dịch vụ đadạng hơn Đối với khách hàng, sẽ có thêm nhiều ứng dụng về dòng dữ liệu lớn, tải về vàchia sẻ video, nhạc và nội dung đa phương tiện Tất cả các dịch vụ sẽ cần lưu lượng lớnhơn để đáp ứng đủ chất lượng dịch vụ, đặc biệt là với mong đợi của người dùng vềđường truyền có độ rõ nét cao Đối với khách hàng là doanh nghiệp, truyền các tập tinlớn với tốc độ cao, chất lượng video hội nghị tốt LTE sẽ mang đặc tính của “Web 2.0”ngày nay vào không gian di động lần đầu tiên Dọc theo sự bảo đảm về thương mại, nó

sẽ băng qua những ứng dụng thời gian thực như game đa người chơi và chia sẻ tập tin

Dịch vụ Môi trường (3G) Môi trường 4G

Thoại (rich Âm thanh thời gian thực VoIP, video hội nghị chất lượng

Tin nhắn P2F SMS, MMS, các email ưu tiên Các tin nhắn photo, IM, email di

Truy cập đến các dịch vụ

Lớt web online trực tuyến, trình duyệt Duyệt siêu nhanh, tải các nội

(browsing) WAP, thông quá GPRS mạng dung lên các mạng xã hội

3G

Thông tin cước Người dùng trả hoặc trên mạng Tạp chí trực tuyến, dòng âm

phí (paid tính cước chuẩn Chính yếu là thanh chất lương cao

information) dựa trên thông tin văn bản

Riêng tư Chủ yếu là âm thanh chuông, Âm thanh thực (thu âm gốc),

cũng bao gồm màn hình chờ

và nhạc chờ

Kinh nghiệm game trực tuyến

Games Tải về và chơi game trực tuyến vững chắc qua cả mạng cố định

và di động

Chạy và có thể tải theo đúng yêu cầu dòng chất

theo yêu cầu

lượng cao

Nhạc Tải đầy đủ các track và dịch vụ Lưu trữ và tải nhạc chất lượng

Nội dung tin Tin nhắn đồng cấp sử dụng ba Phân phối tỷ lệ rộng của các

thành phần cũng như tương tác video clip, dịch vụ karaoke,

nhắn

với các media khác video cơ bản quảng cáo di động

Điện thoại cầm tay như thiết bị

M- comerce Thực hiện giao dịch và thanh thanh toán, với các chi tiết thanh

( thương mại qua toán qua mạng di động toán qua mạng tốc độ cao để cho

nhanh chóng

Mạng dữ liệu di Truy cập đến các mạng nội bộ Chuyển đổi file P2P, các ứng

và cơ sở dữ liệu cũng như cách dụng kinh doanh, ứng dụng chia

động ( mobile

sử dụng của các ứng dụng sẻ, thông tin M2M, di động

data networking)

Bảng 1.3 : So sánh các dịch vụ của 3G so với 4G LTE

b) Ưu điểm của việc sử dụng MIMO ở 4G/LTE so với 3G

- Tăng chất lượng vùng phủ tại biên cell (cell edge) khi sử dụng cơ chế

beamforming của MIMO

- Tăng khả năng chống lại hiệu ứng fading với cơ chế Spatial Diveristy, mức độ cải thiện tit lệ thuận với số lượng anten thu phát sử dụng

- Tăng tốc độ dữ liệu, dung lượng hệ thống và hiệu suất sử dụng phổ tần khi sử dụng

cơ chế Spatial Multiplexing của MIMO

1.1.2 Công nghệ truy nhập mạng vô tuyến

LTE là bước phát triển mới rất quan trọng của thông tin vô tuyến di động, bêncạnh LTE, 3GPP cũng xác định kiến trúc mạng IP-based Kiến trúc này được địnhnghĩa như một phần của SAE (System Architechture Evolution) Kiến trúc LTE-SAE

và các khái niệm được thiết kế để hỗ trợ một cách hiệu quả các mạng sử dụng dịch

vụ IPbased rộng rãi Kiến trúc này được dựa trên sự phát triển mạng lõiGSM/WCDMA hiện tại với hoạt động đơn giản hơn, chi phí triển khai thấp hơn

1.1.2.1 Công nghệ vô tuyến OFDM

OFDM là một hình thức đặc biệt của điều chế đa sóng mang, kết hợp điều chế

và ghép kênh Trong OFDM, tín hiệu chia thành các kênh độc lập, được điều chếbằng dữ liệu sau đó ghép lại và tạo thành sóng mang OFDM OFDM sử dụng một sốlớn các sóng mang con băng hẹp để truyền đa sóng mang

LTE/4G sử dụng OFDM ở đường xuống từ trạm gốc tới máy đầu cuối OFDMđáp ứng các yêu cầu của LTE/4G về tính linh động của dải phổ và cho phép các giảipháp giá rẻ với băng thông rộng, tốc độ cao

1.1.2.2 Công nghệ Anten tiên tiến

Các giải pháp anten tiên tiến được giới thiệu trong evolved HSPA cũng được

sử dụng trong LTE, đáp ứng các yêu cầu của mạng di động băng rộng thế hệ mới vớitốc độ dữ liệu cao, vùng phủ rộng và dung lượng cao Các giải pháp sử dụng nhiềuanten tiên tiến là chìa khóa quan trọng để đạt được những mục tiêu trên Không cómột giải pháp anten nào chung có thể đáp ứng được mọi ngữ cảnh Ví dụ, các dịch vụtốc độ dữ liệu cao có thể đạt được với giải pháp anten đa lớp như 2x2 hay 4x4 MIMO(Multiple Input Multiple Output), trong khi đó, vùng phủ rộng có thể đạt được vớiviệc sử dụng công nghệ định hướng búp sóng

Công nghệ đa anten cho phép triển khai nhiều tính năng quan trọng, các côngnghệ này có thể được triển khai dựa trên ba nguyên lý cơ bản:

a) Tăng ích phân tập: Sử dụng phân tập trong không gian cho phép cải thiệntính linh động của đường truyền, chống lại những ảnh hưởng của hiệu ứng đa đường

b) Tăng ích sử dụng mảng anten: Việc tập trung năng lượng trên một haynhiều hướng xác định được thực hiện qua quá trình tiền mã hóa hoặc tao búp sóng.Điều này cũng cho phép nhiều người dùng định vị tại các hướng khác nhau có thểđược phục vụ đồng thời (MIMO)

c) Tăng ích kết hợp trong không gian: Việc truyền các dòng tín hiệu tới mộtngười dùng đơn lẻ trên nhiều miền không gian được tạo bởi sự kết hợp nhiều antenkhác nhau

1.1.2.3 Công nghệ MBMS (Multimedia Broadcast Multicast Services)

Với MBMS, cùng một nội dung được truyền đi tới nhiều thuê bao tại một khuvực nhất định, vùng dịch vụ MBMS Vùng dịch vụ MBMS thường bao gồm nhiềucell, mặc dù có thể cấu hình bao phủ một cell đơn lẻ

1.1.2.4 Các băng tần cho FDD và TDD

LTE có thể sử dụng phổ tần FDD và TDD Thông thường, FDD hiệu quả hơnvới số lượng thiết bị hỗ trợ nhiều hơn, trong khi đó, TDD là một sự bổ sung tốt, ví dụđối với những khe tần số còn trống Vì phần cứng LTE là giống nhau đối với FDD vàTDD (ngoại trừ các bộ lọc), nên những nhà cung cấp có thể sử dụng băng tần TDD ởthời điểm ban đầu để tiết kiệm chi phí băng tần trước khi LTE thực sự bùng nổ

Đến thời điểm này, băng tần sử dụng trong LTE có 10 băng tần FDD và 4 băngtần số TDD khác nhau đã được định nghĩa trong 3GPP (bảng dưới)

LTE được định nghĩa để hỗ trợ các băng thông linh hoạt từ 5MHz đến20MHz, trên nhiều băng tần và triển khai trên cả FDD và TDD Điều này có nghĩa làmột nhà cung cấp có thể cung cấp LTE trên cả băng tần hiện tại và băng tần mới

Bảng I.1 Các băng tần FDD và TDD cho LTE.

1.1.3 Cơ chế truyền: OFDM đường xuống và SC-FDMA đường lên.

Cơ chế truyền đường xuống của LTE dựa trên công nghệ OFDM, việc lựachọn cơ chế này có nhiều lý do Thứ nhất, vì thời gian tín hiệu OFDM tương đối dàinên OFDM cung cấp khả năng chống lại tính lọc lựa tần số khá tốt

1.1.4 Lập lịch trình phụ thuộc kênh truyền và tương thích tốc độ

Trung tâm của cơ chế truyền LTE đó là việc sử dụng truyền dẫn kênh chia sẻ,

ở đó nguồn thời gian - tần số tự động chia sẻ giữa những người dùng Điều này tương

tự như cơ chế trong HSPA, mặc dù có sự khác nhau giữa cơ chế chia sẻ thời gian vàtần số trong LTE và thời gian và mã kênh trong HSPA

1.1.5 Kiến trúc giao diện vô tuyến 4G/LTE

Giống như WCDMA/HSPA, cũng như các hệ thống liên lạc hiện đại khác, quátrình xử lý trong LTE được phân chia thành các lớp giao thức khác nhau Mặc dù một

số lớp tương tự như trong WCDMA/HSPA, một số lớp khác có sự khác biệt

Cả lập lịch trình MAC và hybrid ARQ với soft combining đều không được sửdụng trong truyền quảng bá thông tin hệ thống Thêm vào đó, cấu trúc giao thức LTEliên quan đến đường truyền lên là giống như cấu trúc đường truyền xuống, mặc dù có

sự khác biệt trong việc lựa chọn định dạng truyền tải và truyền nhiều anten

Dữ liệu được truyền ở đường xuống được đóng vào định dạng gói tin IP trênmột trong các SAQ bearers

- Lớp Giao thức điều khiển kênh vô tuyến - RLC

- Lớp điều khiển truy nhập – MAC

* Các kênh logic và kênh truyền tải

MAC cung cấp các dịch vụ tới RLC dưới dạng các kênh logic, một kênh logicđược xác đinh bởi kiểu của thông tin mà nó mang và thường được phân loại thành:kênh điều khiển, sử dụng cho truyền thông tin điều khiển và cấu hình cần thiết chohoạt động của hệ thống LTE, kênh lưu lượng, sử dụng cho dữ liệu người dùng

+ Tập hợp các kênh logic trong LTE bao gồm:

- Kênh BCCH (Broadcast Control Channel)

- Kênh PCCH (Paging Control Channel)

- Kênh DCCH (Dedicated Control Channel

- Kênh MCCH (Multicast Control Channel)

- Kênh DTCH (Dedicated Traffic Channel)

- Kênh MTCH (Multicast Traffic Channel)

+ Tập hợp các kiểu kênh truyền tải trong LTE bao gồm:

- Kênh BCH (Broadcast Channel

- Kênh PCH (Paging Channel

- Kênh DL-SCH (Downlink Shared Channel

- Kênh MCH (Multicast Chanel

- Kênh UL-SCH (Uplink Shared Channel

Hình I.8 - Ánh xạ các kênh logic tới các kênh truyền tải

* Lớp vật lý - PHY

Lớp vật lý chịu trách nhiệm mã hóa, xử lý HARQ lớp vật lý, điều chế, xử lý

đa anten và ánh xạ tín hiệu tới nguồn tài nguyên tần số - thời gian vật lý tương ứng

* Các trạng thái 4G/LTE

Trong LTE, một thiết bị đầu cuối di động có thể có nhiều trạng thái khác nhau như hình dưới:

Hình 1.12 - Các trạng thái LTE

1.1.6 Kiến trúc hệ thống mạng 4G/LTE

Kiến trúc hệ thống bao gồm các thành phần chức năng chính như sau

1.1.6.1 Mạng truy nhập vô tuyến 4G/LTE – (evolved Radio Access Network)

Khác với WCDMA/HSPA, phần truy nhập vô tuyến evolved RAN (Radio

Access Network) cho LTE chỉ gồm 1 thiết bị duy nhất là eNodeB, giao diện với UE

Do đó, không có node nào trong LTE tương đương với RNC Lý do chính của điều này đó làLTE không hỗ trợ phân tập macro đường lên hay đường xuống cho lưu lượng người dùngdành riêng và nguyên lý thiết kế tối thiểu hóa số lượng node

Hình 1.13 - Mạng truy nhập vô tuyến LTE: các node và các giao diện

1.1.6.2 Mạng lõi 4G/LTE –EPC (Evolved Packet Core)

Mạng lõi WCDMA/HSPA và LTE đều kế thừa từ mạng lõi GSM, mạng lõiđược xây dựng cho LTE là phát triển từ GSM/GPRS và nó cần có một cái tên mới đểphân biệt, đó là EPC (Evolved Packet Core) chỉ bao gồm chuyển mạch gói

Nguyên lý thiết kế của LTE đó là tối thiểu hóa số lượng node trong cả mạng vôtuyến và mạng lõi Do đó, EPC bắt đầu với kiến trúc một node đơn, ngoại trừ hệ thốngquản lý thuê bao HSS (Home Subscriber Server) HSS là một node/cơ sở dữ liệu liênquan đến HLR trong mạng lõi GSM/WCDMA

Mạng lõi EPC gồm có 2 phần SGW (Serving Gateway) và PDN GW (Packet Data Network Gateway)

1.2 Triển khai 4G/LTE trên hệ thống cơ sở hạ tầng mạng Vinaphone

4G/LTE hứa hẹn sẽ cho tốc độ dữ liệu truyền trên kênh xuống (downlink) caovới tốc độ tức thời cho 1 cell (20 MHz) 150 Mbps và trên kênh lên (uplink) hơn 50Mbps 4G/LTE dựa trên nền tảng gói IP do đó sẽ không còn chuyển mạch kênh như

trong các thế hệ 2G, 3G hiện tại Kiến trúc mạng của LTE/4G sẽ đơn giản hơn so vớimạng 3G hiện thời Tuy nhiên mạng LTE/4G vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàngvới mạng 3G và 2G

Vinaphone hiện tại đang sử dụng công nghệ WCDMA/3G - GSM/2G, nênviệc triển khai 4G/LTE trên cơ sở kế thừa cơ sở hạ tầng mạng, cũng như hạ tầng nhàtrạm có sẵn là hoàn toàn thuận lợi và có tính khả thi cao, giảm thiểu những thay đổi,

sử dụng công nghệ mới nhất nhằm đảm bảo tốc độ truyền số liệu mà không cần thayđổi toàn bộ cơ sở hạ tầng mạng đã có

Trong công tác chuẩn bị triển khai công nghệ mới, cần phải nghiên cứu địnhhướng phát triển công nghệ và tính năng thiết bị của các hãng cung cấp sao cho phùhợp với hạ tầng mạng hiện đang vận hành khai thác Sau đó lựa chọn thiết bị 4G/LTEphù hợp mạng WCDMA/3G và GSM-2G đang khai thác, lựa chọn băng tần sử dụngsao cho băng tần đủ độ rộng có thể triển khai LTE với đầy đủ các ưu điểm về tốc độ

so với công nghệ 3G, tuy nhiên cần cân nhắc đến các băng tần đang sử dụng cho cácdịch vụ, đã được cấp cho mục đích khác, cũng như xu hướng cấp phép băng tần củađơn vị quản lý tần số

1.2.1 Định hướng phát triển công nghệ và tính năng thiết bị của các hãng cung cấp

* Định hướng phát triển thiết bị vô tuyến - RAN

- Huawei: Sử dụng thiết bị Multi BTS và Multi BSC, thiết bị có thể tích hợp chung các khối điều khiển và khối thu phát cho cả GSM + WCDMA + LTE/4G Có thể cấu

hình linh hoạt giữa các công nghệ

- ZTE: Sử dụng thiết bị Uni-RAN có thể tích hợp chung các khối điều khiển và các khối thu phát có thể nối xa cho cả GSM + WCDMA + LTE/4G.

-Ericsson: Sử dụng thiết bị có các khối điều khiển độc lập riêng cho từng công nghệGSM - WCDMA – 4G/LTE và khối thu phát có thể tích hợp cả 3 công nghệ GSM -WCDMA - LTE/4G trên cùng một băng tần

Đây là ba nhà cung cấp thiết bị mạng truy nhập vô tuyến mà Vinaphone đang sử

dụng

* Định hướng phát triển thiết bị mạng lõi EPC

- Huawei: giới thiệu dòng NE-Series nền tảng định hướng cho Serving gateway và PDN

gateway và một nền tảng ATCA cho MME

- Nokia Siemens: giới thiệu dòng ATCA làm nền tảng cho serving gateway, PDN

gateway, và MME

- Ericsson: sử dụng Redback và Juniper Networks nền tảng định hướng cho serving

gateway và PDN gateway, trong khi vẫn giữ nền tảng riêng của mình để phát triển SGSN

và MME

Đây là ba nhà cung cấp thiết bị mạng lõi mà Vinaphone đang sử dụng

1.2.2 Lựa chọn băng tần, thiết bị 4G/LTE

* Lựa chọn băng tần cho 4G/LTE

Hình 1.18 So sánh hiệu quảvềmặt băng tần của HSPA+ và LTE

1.2.3 Nâng cấp các phần tử hệ thống mạng WCDMA/3G và GSM/2G đang khai thác

Đối với các nhà mạng đang khai thác mạng di động GSM/2G đã nâng cấp lênWCDMA/3G, việc nâng cấp lên HSDPA+ (3,5G) là thời kỳ quá độ cho quá trìnhtriển khai 4G/LTE Cũng như trước khi nâng cấp lên từ 2G lên 3G, các nhà mạng đãnâng cấp hệ thống để triển khai GPRS (2.5G) và EDGE (2.75G)

* Nâng cấp mạng vô tuyến

Sau khi đã có định hướng cơ bản về tính năng thiết bị mạng vô tuyến ERAN,cần có chiến lược sử dụng thiết bị tích hợp các công nghệ khác nhau, dự kiến thiết bịcho mạng vô tuyến 4G/LTE, sau đó thực hiện nâng cấp mạng vô tuyến từWCDMA/3G lên HSPA+ làm bước đệm tiến tới triển khai công nghệ 4G/LTE

Giai đoạn trước 2011, mạng vô tuyến của Vinaphone tại các thành phố lớn vẫn

sử dụng thiết bị Motorola Tại Hà Nội, mạng vô tuyến sử dụng thiết bị GSM/2G của

Motorola (thế hệ cũ), thiết bị WCDMA/3G là loại thiết bị hãng Motorola phát triển

trên nền tảng phần cứng của Huawei, nên dẫn tới thiếu đồng bộ trong việc tích hợpcác công nghệ khác nhau trên cùng một hệ thống và một Node mạng

Vì vậy cuối năm 2011, Vinaphone đã quyết định điều chuyển toàn bộ thiết bịMotorola tại Hà Nội sang các tỉnh khác và đồng thời thay thế bằng thiết bị tích hợpđồng bộ GSM/2G, WCDMA/3G của Huawei Loại thiết bị vô tuyến mới Single RAN

đều đã sẵn sàng để hỗ trợ công nghệ HSPA+ và có thể nâng cấp thêm các module lênLTE/4G

Tháng 05/2012, Vinaphone đã thực hiện nâng cấp toàn bộ các trạm từ

WCDMA/3G lên HSPA+ với tốc độ truy nhập trung bình đạt 7.2 Mbps

* Nâng cấp mạng lõi và truyền dẫn

Lắp đặt các Mobile Soft Switch (MSS), Transport Node, Router mới củaHuawei với giải pháp all-IP và đấu chuyển toàn bộ các MBSC thuộc khu vực Hà Nộiđang đấu vào các MSC thế hệ cũ về các thiết bị mới

* Triển khai các ứng dụng chuyển mạch gói

Đang tiếp tục thực hiện nâng cấp GGSN và SGSN để nâng cao chất lượng cũng như các ứng dụng chuyển mạch gói

1.2.4 Công tác chuẩn bị triển khai thử nghiệm 4G/LTE, đánh giá chất lượng mạng dịch vụ

* Mục tiêu thiết kế 4G/LTE

- Tốc độ đỉnh tức thời cho một cell (20 MHz): Tải xuống: 150 Mbps; Tải lên: 50 Mbps

- Lưu lượng tối đa cho một eNodeB (20MHz): Tải xuống: 450Mbps; Tải lên: 300Mbps

- Các chỉ tiêu trên phải đảm bảo trong bán kính vùng phủ sóng 5km, giảm chút ít trong phạm vi đến 30km Từ 30 – 100 km thì không hạn chế

* Chọn vị trí lắp đặt

Tương tự như khi triển khai WCDMA/3G, để tiết kiệm chi phí xây dựng nhà trạmkhi triển khai 4G/LTE, các trạm eNodeB sẽ được lắp đặt cùng vị trí với các trạm 2G/3G hiện tại Các trạm 4G/LTE được triển khai trước tiên tại trung tâm các tỉnh/thành phố với lưu lượng người dùng dữ liệu lớn

CHƯƠNG II

VẤN ĐỀ TỐI ƯU TRONG MẠNG 4G/LTE 2.1 Các vấn đề chung về tối ưu hóa mạng TTDĐ 2G/3G và 4G/LTE

2.1.1 Thế nào là tối ưu

Tối ưu là quá trình đo đạc, phân tích để đưa ra các biện pháp cải

thiện thông qua việc chỉnh sửa hợp lý các thông số của hệ thống

để đạt được chất lượng mạng mong muốn Có 2 loại tối ưu trong

hệ thống 4G/LTE:

− Tối ưu sóng vô tuyến

Tối ưu sóng vô tuyến là quá trình tối ưu thực hiện trên

giao diện vô tuyến

− Tối ưu mạng lõi

Tối ưu mạng lõi là quá trình tối ưu thực hiện thay đổi các thông số mạng lõi

2.1.2 Mục tiêu và quy trình chung trong tối ưu mạng vô tuyến

Mục tiêu của tối ưu là nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS của mạng đểphục vụ nhu cầu khách hàng