Xu hướng dịch chuyển sử dụng từ GSM900 sang UMTS900, hiện có hơn 90 mạng UMTS900 đã đi vào sử dụng ở 53 nước và ít nhất 73 nước và các vùng lãnh
35
thổ cho phép hoặc đang xem xét triển khai UMTS900 bao gồm: Angola, Armenia, Australia, Úc, Bỉ, Benin, Bosnia & Herzegovina, Bulgaria, Croatia, Cyprus, Đan Mạch, Dominican, Ai cập, Estonia, Faroe Isles, Phần Lan, Pháp Guiana thuộc Pháp, Georgia, Đức, Ghana, Hi Lạp, Greenland, Guadeloupe, Hong Kong, Hungary, Iceland, Indonesia, Ireland, Israel, Ý, Nhật Bản, Kazakhstan, Kosovo, Kuwait, Latvia, Lithuania, Luxembourg, Macedonia, Malaysia, Malta, Martinique, Mozambique, Hà Lan, New Caledonia, New Zealand, Na Uy, Oman, Papua New Guinea, Paraguay, Philippines, Ba Lan, Portugal, Qatar, Réunion, Romania, Russia, Ả Rập, Singapore, Slovakia, Slovenia, Nam Phi, Tây Ban Nha, Thụy Điển, Thụy Sỹ, Tanzania, Thái Lan, Tunisia, Thổ Nhĩ Kỳ, UAE, UK, Ukraine*, Venezuela.
36
37
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC TẾ VÀ ĐỀ XUẤT QUY HOẠCH
LẠI BĂNG TẦN 800/850/900MHz CHO IMT TẠI VIỆT NAM 3.1.Mục đích yêu cầu
Việc nghiên cứu quy hoạch lại băng tần phải phù hợp với công nghệ hiện nay, hướng phát triển công nghệ, nhu cầu dịch vụ trong lai. Trong nghiên cứu này, tôi tập trung nghiên cứu khả năng áp dụng công nghệ di động băng rộng 4G LTE vào băng tần 800/850/900MHz.
Với độ rộng băng thông linh hoạt: 1,4MHz; 3MHz; 5MHz; 10MHz; 15MHz; 20MHz; có thể hỗ trợ đường lên (Uplink) và đường xuống (Downlink) không bằng nhau thì 4G LTE hoàn toàn có khả năng thích ứng đa dạng trên các băng tần khác nhau. Tốc độ di chuyển tối ưu UE từ 0-15km/h, tuy nhiên UE có tốc độ di chuyển lên tới 100-120km/h thì dịch vụ vẫn hoạt động tốt khi triển khai dịch vụ trên băng tần thấp. 4G LTE đều đã phát triển tốt trên cả 2 công nghệ FDD và TDD.
Theo dữ liệu sử dụng phổ tần số, hiện nay băng 800/850MHz đang bỏ trống rất nhiều (chỉ một vài hệ thống chuyên dụng đang hoạt động, phổ tần chiếm dụng khoảng 5MHz). Vì vậy, việc tận dụng các nguồn lực xã hội khai thác hiệu quả tài nguyên tần số thu phí về ngân sách, thúc đẩy phát triển xã hội là bài toán nên làm và cần triển khai sớm.
Việc quy hoạch lại cũng phải đảm bảo không gây nhiễu, xung đột với các hệ thống vô tuyến đang hoạt động trong băng tần. Công nghệ áp dụng phải tương thích với các thiết bị đầu cầu hiện hành, quy chuẩn đầu ra của thiết bị và khuyến nghị thế giới về hài hòa băng tần.
Mặc dù WiMAX là chuẩn công nghệ ra đời sớm và được nhiều nước trên thế giới bước đầu quan tâm. Tuy nhiên, với sự xuất hiện của công nghệ LTE thì gió đã đảo chiều, công nghệ WiMAX dần dần trở nên thất thế với công nghệ mới này. Công bằng mà nói, xét về tốc độ thì WiMAX tỏ ra không hề thua kém LTE, tuy nhiên bản thân LTE lại có khá nhiều lợi thế mà WiMAX không có được.
38
Trước hết, LTE là sản phẩm của ngành viễn thông và do LTE dựa trên nền tảng Dự án đối tác thế hệ thứ 3 (3GPP: The 3rd Generation Partnership Project) nên LTE có thể dễ dàng tồn tại và tương thích với các chuẩn của hệ thống đi trước. Vì vậy LTE nhanh chóng được hiệp hội các nhà cung cấp mạng GSM chấp nhận. Việc LTE tương thích với các chuẩn tồn tại trước đó cho phép giảm được nhiều chi phí lắp đặt, trong khi đó muốn triển khai chuẩn WiMAX thì cần phải xây dựng mới lại từ đầu.
Về mặt kỹ thuật, LTE cũng có lợi thế lớn khi có dải tần rộng hơn công nghệ WiMAX vì nó tương thích với cả TDD và FDD trong khi WiMAX chỉ tương thích với TDD. Tại một số quốc gia, ví dụ như Trung quốc và Đức việc triển khai công nghệ WiMAX gặp rất nhiều khó khăn vì vấn đề băng tần.
Chính vì vậy, hiện nay công nghệ LTE đã dần lấn át WiMAX, các nhà mạng lớn ở Mỹ như Verizon hay AT&T đều chuyển sự ủng hộ của mình từ WiMAX sang LTE. Các hãng sản xuất thiết bị cũng tương tự, dần dần chuyển sự ủng hộ của mình sang công nghệ LTE.
Theo nghiên cứu mới từ Ericsson cho biết tới năm 2020, thế giới sẽ có 3,5 tỉ thuê bao LTE và LTE sẽ được phủ sóng trên 70% dân số toàn cầu tại thời điểm đó. Tới cuối năm 2014, LTE đã tăng trưởng mạnh mẽ và có 500 triệu thuê bao. Trong khoảng thời gian 2015 đến 2020, châu Á - Thái Bình Dương sẽ là khu vực đứng đầu về sự tăng mới thuê bao LTE, dự kiến có thêm 1,8 tỉ thuê bao, chiếm 60% sự tăng trưởng về lượng thuê bao LTE toàn cầu. Tới năm 2020, số lượng thuê bao băng rộng di động sẽ chiếm 90% tổng số thuê bao di động. Trong các thị trường điển hình cho thấy 4-60% lưu lượng xem video bằng di động thông qua Youtube và số người xem video trực tuyến theo yêu cầu nhiều hơn người xem truyền hình phát sóng thông thường. Và hình thức xem trên Web đang dần chuyển sang sử dụng các ứng dụng được cài đặt. Điều này đặt ra bài toán dành cho các nhà triển khai dịch vụ làm thế nào để cung cấp nội dung nhằm thỏa mãn được nhu cầu của người dùng.
39
Từ các kết quả phân tích và các số liệu ở trên có thể thấy rằng, chuẩn công nghệ LTE/LTE-A vẫn là chuẩn được ưu tiên lựa chọn ở hầu hết các quốc gia trên thế giới. Do vậy việc lựa chọn chuẩn 4G/LTE/LTE-A để triển khai trên băng tần 800/850/900 MHz vẫn là xu hướng chủ yếu trên thế giới.
3.2.Đề xuất phương án quy hoạch lại băng tần 800/850/900MHz tại Việt Nam. Nam.
3.2.1. Phương án 1:
Ở phương án 1, giữ nguyên lại các quy hoạch băng tần cũ, chỉ phân bổ lại các block theo hướng phù hợp công nghệ mới. Như vậy, băng 800/850MHz chỉ có hệ thống chuyên dụng được phép sử dụng, hiện trạng băng tần 900MHz như sau:
Bảng 3.1 Phương án 1 giữ nguyên hiện trạng băng tần 800/850/900MHz
Đơn vị sử dụng Downlink (MHz) Uplink (MHz) Độ rộng băng tần (MHz)
Vinaphone 935,1-943,5 890,1-898,5 8,4
VMS 951,7-959,9 906,7-914,9 8,2
Viettel 943,5-951,7 898,5-906,7 8,2
Vietnammobile 925-935 880-890 10
3.2.2. Phương án 2:
Ở phương án 2, quy hoạch và phân chia lại băng tần 900MHz và quy hoạch bổ sung thêm băng 800/850MHz cho nghiệp vụ thông tin di động băng rộng.
Trong băng tần 800/850MHz, sử dụng băng N20 theo 3GPP TS 38.101-1 version 16.4.0 Release 16 [9]. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 3.2 Băng tần N20 trên băng 800/850MHz theo 3GPP
Băng tần Downlink (MHz) Uplink (MHz)
40
Băng N20 với độ rộng 30MHz có thể chia ra thành 2 block, mỗi block 15MHz, Uplink và Downlink cụ thể như sau:
Bảng 3.3 Phương án 2.1 quy hoạch cho băng N20
791-806 MHz 806-821 MHz Băng N20 832-847 MHz 847-862 MHz Uplink Downlink
Trong băng tần 900MHz độ rộng 35MHz có thể phân chia lại thành 2 block cho cả Uplink và Downlink cụ thể như sau:
Bảng 3.4 Phương án 2.2 quy hoạch lại cho băng 900MHz
880-900 MHz 900-915 MHz Băng 900 925-945 MHz 945-960 MHz Uplink Downlink
3.3.Đề xuất công nghệ thông tin vô tuyến triển khai trên băng 800/850/900MHz 800/850/900MHz
Hiện nay, mạng LTE đang triển khai tại nhiều nước trên thế giới. Thực tế hiện nay, ngành công nghiệp viễn thông đang phải đối mặt với thách thức về bùng nổ dữ liệu di động, đòi hỏi phải tìm kiếm thêm phổ tần để triển khai các mạng băng thông rộng di động mới. Trong khi đó, băng 700/800 MHz được coi là một trong những băng tần “vàng” nên rất nhiều nhà mạng mong muốn được triển khai hệ thống LTE trên băng tần này để giảm chi phí triển khai, tăng tốc thời gian triển khai mạng và giảm giá cước cho người dùng. Do đó, đối với băng tần 700/800 MHz, xu thế chung là dùng cho dịch vụ thông tin vô tuyến băng thông rộng theo chuẩn LTE hoặc LTE-A để đáp ứng nhu cầu băng rộng ngày càng lớn, và một phần sử dụng cho PPDR để phục vụ nhu cầu an ninh quốc phòng. Phần này sẽ trình bày khái quát về các công nghệ thông tin vô tuyến băng rộng nói trên.
41 3.3.1. Long Term Evolution - LTE
LTE là chuẩn tiệm cận với công nghệ mạng 4G, là bước tiến hóa tiếp theo của UMTS sau HSPA và HSPA+ tiến lên 4G mà 3GPP thiết kế. Mục tiêu của LTE là tăng dung lượng và tốc độ dữ liệu của các mạng dữ liệu không dây bằng cách sử dụng các kỹ thuật điều chế và xử lý tín hiệu số. Mục tiêu cao hơn nữa là thiết kế lại và đơn giản hóa kiến trúc mạng thành một hệ thống dựa trên nền IP với độ trễ truyền dẫn tổng giảm đáng kể so với kiến trúc mạng 3G.
Xét về khía cạnh công nghệ giao diện vô tuyến, LTE-A phát triển cả hai nhánh công nghệ giao diện vô tuyến (RIT: Radio Interface Technology) FDD và TDD (TDD RIT còn được gọi là TD-LTE-A để đem lại độ phổ biến cao, đồng thời vẫn cho phép tối ưu mỗi công nghệ giao diện vô tuyến về phân bổ phổ tần song công cụ thể. Hai công nghệ giao diện vô tuyến này cùng chia sẻ rất nhiều kiến trúc cơ sở của hệ thống để đơn giản hóa việc triển khai thiết bị truy nhập vô tuyến hai chế độ. Băng thông truyền dẫn có thể hỗ trợ lên tới 100 MHz, nhờ đó tốc độ dữ liệu đỉnh có thể lên tới 300 Mb/s ở đường xuống và 750 Mb/s ở đường lên.
Sơ đồ truyền dẫn đường xuống sử dụng trong LTE dựa trên OFDM truyền thống để đem lại khả năng chống lại pha đinh lựa chọn tần số tốt trong khi vẫn cho phép kiến trúc máy thu có độ phức tạp thấp với băng rất rộng. Với đường lên, sơ đồ truyền dẫn được lựa chọn lại là OFDM trải DFT (DFTS-OFDM) do tín hiệu phát DFTS-OFDM có tỉ số công suất đỉnh trên trung bình (PAPR: Peak-to- Average Power Ratio) thấp hơn so với OFDM truyền thống. Nhờ đó, bộ khuếch đại công suất tại máy đầu cuối sẽ hoạt động hiệu quả hơn, tức là vùng phủ sẽ được tăng lên và/hoặc giảm lượng tiêu thụ năng lượng của máy đầu cuối.
LTE sử dụng mã kênh Turbo tốc độ 1/3 kết hợp cùng HARQ với kết hợp mềm để xử lý lỗi tại phía thu. Sơ đồ điều chế hỗ trợ QPSK, 16QAM và 64QAM với cả đường lên và xuống.
Hai chế độ FDD và TDD hỗ trợ băng thông nằm trong khoảng từ 1.4 MHz tới 100 MHz. Với băng thông lớn hơn 20 MHz thì phải sử dụng kỹ thuật kết hợp
42
sóng mang (CA: Carrier Aggregation), tức là truyền song song đồng thời nhiều sóng mang thành phần tới/từ cùng một đầu cuối.
Lập lịch phụ thuộc kênh trong cả miền thời gian và tần số được hỗ trợ ở cả đường lên và xuống với bộ lập lịch đặt tại trạm gốc sẽ chịu trách nhiệm lựa chọn (động) tài nguyên truyền dẫn cũng như tốc độ dữ liệu. Cơ chế căn bản là lập lịch động, trong đó bộ lập lịch trạm gốc sẽ đưa ra quyết định trong mỗi 1 ms TTI (Transmission Time Interval), nhưng cũng có thể thực hiện lập lịch bán kiên trì. Lập lịch bán kiên trì cho phép các tài nguyên truyền dẫn và tốc độ dữ liệu có thể được phân bổ bán tĩnh để đem lại cho thiết bị người dùng (UE: User Equipment) có thời gian dài hơn một TTI để giảm quá tải báo hiệu-điều khiển.
Truyền dẫn đa anten là một phần không thể thiếu của cả hai công nghệ giao diện vô tuyến. Mã trước đa anten cùng với thích nghi mức động hỗ trợ cả ghép kênh không gian (MIMO đơn người dùng) và beamforming.
Kỹ thuật kết hợp nhiễu giữa các tế bào (ICIC: Inter-Cell Interference Coordination), trong đó các tế bào liền kề nhau sẽ trao đổi thông tin hỗ trợ lập lịch để giảm nhiễu giữa các tế bào, cũng được hỗ trợ với cả hai công nghệ giao diện vô tuyến.
3.3.2. Long Term Evolution – Advanced - LTE-A
LTE-A là chuẩn giao diện vô tuyến mặt đất LTE từ phiên bản 10 trở đi, do 3GPP phát triển. Như tên gọi của nó, LTE-A thực chất là bản nâng cấp của LTE hướng tới thỏa mãn các yêu cầu của IMT-Advanced. Việc nâng cấp này thể hiện ở chỗ các công nghệ như OFDMA, SC-FDMA, MIMO, AMC, Hybrid ARQ,... đã được sử dụng trong LTE thì vẫn được sử dụng trong LTE-A. Tuy nhiên, LTE-A có tăng cường thêm một số công nghệ mới và cải tiến thêm một số công nghệ đã có để phát huy tối đa hiệu quả của các công nghệ này. Nhờ đó, LTE-A có nhiều ưu điểm vượt trội hơn hẳn LTE về tốc độ (3 Gb/s với đường xuống và 1.5 Gb/s với đường lên), băng thông, hiệu suất sử dụng phổ, độ trễ xử lý...
43
Sự phát triển công nghệ từ LTE đến LTE-A được minh họa trên hình dưới đây. Một số cải tiến dựa trên công nghệ đã có từ LTE có thể kể đến như MIMO với cấu hình cao hơn, cải thiện sơ đồ đa truy nhập SC-FDMA, kết hợp sóng mang tăng cường… Và một số công nghệ kỹ thuật mới đã được thêm vào, điển hình như phối hợp đa điểm (CoMP: Coordinated Multi-Point Operation). Ta sẽ phân tích một số cải tiến chính về mặt công nghệ của LTE-A so với LTE.
Hình 3.1 Sự phát triển công nghệ từ LTE đến LTE-A
Kỹ thuật kết hợp sóng mang (CA), tức là truyền song song đồng thời nhiều sóng mang thành phần tới/từ cùng một đầu cuối để hỗ trợ băng thông lớn hơn 20 MHz đã có từ LTE phiên bản 8. Tuy nhiên, nếu như LTE phiên bản 8 chỉ thực hiện kết hợp được các sóng mang con liền kề trong cùng băng, thì với LTE-A, các sóng mang thành phần này không nhất thiết phải là liền kề nhau mà thậm chí có thể nằm trong các băng tần khác nhau để cho phép khai thác tối đa các đoạn phổ bị chia nhỏ, do đó về cơ bản có thể tăng tốc độ dữ liệu khả dụng cho mỗi khách hàng lên nhiều lần. Chuẩn LTE-A cho phép nhà mạng kết hợp tối đa năm sóng mang với băng thông 20 MHz thành một kênh có băng thông 100 MHz, cao gấp
44
năm lần băng thông của LTE thông thường. Kỹ thuật kết hợp sóng mang trong LTE-A còn hỗ trợ tính năng kết hợp các sóng mang TDD với các sóng mang FDD đường lên và xuống khác nhau, cũng như tính năng hỗ trợ nhiều tham số gióng thời gian (TA: Timing Advance) khác nhau ở đường lên. Tính năng kết nối đôi (dual connectivity) còn cho phép kết hợp các sóng mang thành phần của các eNB khác nhau mà cùng được kết nối qua một backhaul không lý tưởng qua giao diện X2. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Truyền dẫn đa anten (MIMO) cũng được cải tiến trong LTE-A. Nếu LTE chỉ có thể hỗ trợ MIMO tối đa 4 lớp ở đường xuống và 1 lớp ở đường lên thì trong LTE-A có thể hỗ trợ ghép kênh không gian với tối đa tám lớp ở đường xuống và bốn lớp ở đường lên. MIMO đa người dùng cũng được cung cấp, trong đó nhiều người dùng sẽ được gán cùng tài nguyên thời gian-tần số. Cuối cùng, phân tập phát dựa trên Mã khối không gian tần số (SFBC: Space-Frequency Block Coding) hoặc kết hợp giữa SFBC với phân tập phát chuyển mạch tần số (FSTD: Frequency Switched Transmit Diversity) cũng được hỗ trợ.
Kỹ thuật kết hợp nhiễu tăng cường giữa các tế bào (eICIC): trong LTE-A ngoài cơ chế ICIC miền tần số đã có từ LTE (trao đổi thông tin liên quan đến quản lý tài nguyên vô tuyến để giảm nhiễu giữa các tế bào) thì còn được bổ sung thêm cơ chế ICIC miền thời gian (việc sử dụng các khung con qua các tế bào khác nhau cũng được kết hợp trong miền thời gian để giảm nhiễu). Ngoài ra, UE còn được cung cấp thêm thông tin trợ giúp về symbol tham chiếu của riêng từng tế bào (CRS: Cell-specific Reference Symbol) để hỗ trợ UE giảm thiểu nhiễu.
Chức năng chuyển tiếp (Relay) cũng được hoàn thiện trong hai công nghệ giao diện vô tuyến FDD và TDD của LTE-A. Chức năng chuyển tiếp được dùng