Hình 1.2: So sánh về cấu trúc giữa UMTS và LTE [9]
Hình trên cho ta thấy sự khác nhau về cấu trúc của UTMS và LTE. Song song với truy nhập vô tuyến LTE, mạng gói lõi cũng đang cải tiến lên cấu trúc tầng SAE. Cấu trúc mới này được thiết kế để tối ưu hiệu suất mạng, cải thiện hiệu quả chi phí và thuận tiện thu hút phần lớn dịch vụ trên nền IP. Mạng truy nhập vô tuyến RAN (Radio Access Network): Mạng truy nhập vô tuyến của LTE được gọi là E- UTRAN và một trong những đặc điểm chính của nó là tất cả các dịch vụ, bao gồm dịch vụ thời gian thực, sẽ được hỗ trợ qua những kênh gói được chia sẻ. Phương pháp này sẽ tăng hiệu suất phổ, làm cho dung lượng hệ thống trở nên cao hơn. Một kết quả quan trọng của việc sử dụng truy nhập gói cho tất cả các dịch vụ là sự tích hợp cao hơn giữa những dịch vụ đa phương tiện và giữa những dịch vụ cố định và không dây.
Có nhiều loại chức năng khác nhau trong mạng tế bào. Dựa vào chúng, mạng có thể được chia thành hai phần: Mạng truy nhập vô tuyến và mạng lõi. Những chức năng như điều chế, nén, chuyển giao thuộc về mạng truy nhập. Còn những chức năng khác như tính cước hoặc quản lý di động là thành phần của mạng lõi. Với LTE, mạng truy nhập là E-UTRAN và mạng lõi là EPC.
37
Mục đích chính của LTE là tối thiểu hóa số Node. Vì vậy, người phát triển đã chọn một cấu trúc đơn Node. Trạm gốc mới phức tạp hơn NodeB trong mạng truy
nhập vô tuyến WCDMA/HSPA, và vì vậy được gọi là eNodeB (Enhance Node B). Những eNodeB có tất cả những chức năng cần thiết cho mạng truy nhập vô tuyến LTE, kể cả những chức năng liên quan đến quản lý tài nguyên vô tuyến.
Giao diện vô tuyến sử dụng trong E-UTRAN bây giờ chỉ còn là S1 và X2. Trong đó S1 là giao diện vô tuyến kết nối giữa eNodeB và mạng lõi. S1 chia làm hai loại là S1-U là giao diện giữa eNodeB và SAE–GW và S1-MME là giao diện giữa eNodeB và MME. X2 là giao diện giữa các eNodeB với nhau.
Hình 1.3: Cấu trúc cơ bản của LTE [9]
Mạng lõi: Mạng lõi mới là sự mở rộng hoàn toàn của mạng lõi trong hệ thống
3G, và nó chỉ bao phủ miền chuyển mạch gói. Vì vậy, nó có một cái tên mới: Evolved
Packet Core (EPC).
Cùng một mục đích như E-UTRAN, số node trong EPC đã được giảm. EPC chia luồng dữ liệu người dùng thành mặt phẳng người dùng và mặt phẳng điều khiển.
38
Một Node cụ thể được định nghĩa cho mỗi mặt phẳng, cộng với Gateway chung kết nối mạng LTE với Internet và những hệ thống khác. EPC gồm có một vài thực thể chức năng:
MME (Mobility Management Entity): Chịu trách nhiệm xử lý những chức năng mặt bằng điều khiển, liên quan đến quản lý thuê bao và quản lý phiên.
Gateway dịch vụ (Serving Gateway): Là vị trí kết nối của giao tiếp dữ liệu gói với E-UTRAN. Nó còn hoạt động như một node định tuyến đến những kỹ thuật 3GPP khác.
P-Gateway (Packet Data Network): Là điểm đầu cuối cho những phiên hướng về mạng dữ liệu gói bên ngoài. Nó cũng là Router đến mạng Internet.
PCRF (Policyand Charging Rules Function): Điều khiển việc tạo ra bảng giá và cấu hình hệ thống con đa phương tiện IP IMS (the IP Multimedia Subsystem) cho mỗi người dùng.
HSS (Home Subscriber Server): Là nơi lưu trữ dữ liệu của thuê bao cho tất cả dữ liệu của người dùng. Nó là cơ sở dữ liệu chủ trung tâm trong trung tâm của nhà khai thác.
Các miền dịch vụ bao gồm IMS (IP Multimedia Sub-system) dựa trên các nhà khai thác, IMS không dựa trên các nhà khai thác và các dịch vụ khác. IMS là một kiến trúc mạng nhằm tạo sự thuận tiện cho việc phát triển và phân phối các dịch vụ đa phương tiện đến người dùng, bất kể là họ đang kết nối thông qua mạng truy nhập nào. IMS hỗ trợ nhiều phương thức truy nhập như GSM, UMTS, CDMA2000, truy nhập hữu tuyến băng rộng như cáp xDSL, cáp quang, cáp truyền hình, cũng như truy nhập vô tuyến băng rộng WLAN, WiMAX. IMS tạo điều kiện cho các hệ thống mạng khác nhau có thể tương thích với nhau. IMS hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích cho cả người dùng lẫn nhà cung cấp dịch vụ. Nó đã và đang được tập trung nghiên cứu cũng như thu hút được sự quan tâm lớn của giới công nghiệp. Tuy nhiên IMS cũng gặp phải những khó khăn nhất định và cũng chưa thật sự đủ độ chín để thuyết phục các nhà cung cấp mạng đầu từ triển khai nó. Kiến trúc IMS được cho là khá
39
phức tạp với nhiều thực thể và vô số các chức năng khác nhau.
IMS dựa trên các nhà khai thác: Là IMS đã được tích hợp sẵn trong cấu trúc của hệ thống 3GPP.
IMS không dựa trên các nhà khai thác: Là IMS không được định nghĩa trong các chuẩn. Các nhà khai thác có thể tích hợp dịch vụ này trong mạng của họ. Các UE kết nối đến nó qua vài giao thức được chấp thuận và dịch vụ video streaming là 1 ví dụ.
Các dịch khác không được cung cấp bởi 3GPP và cấu trúc phụ thuộc vào yêu cầu của dịch vụ. Cấu hình điển hình sẽ được UE kết nối đến máy chủ qua mạng chẳng hạn như kết nối đến trang chủ cho dịch vụ lướt web Cấu trúc LTE liên kết với các mạng khác
Hình 1.4: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP [9]
40
Hình 1.5: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập3GPP và không phải 3GPP [9]
Hình 1.6:Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP và liên mạng với CDMA 2000[9]
Hệ thống 3GPP hiện tại (GSM và WCDMA/HSPA) và 3GPP2 (CDMA2000
1xRTT, EV-DO) được kết hợp vào hệ thống mới thông qua những giao diện chuẩn
41
hóa, miễn là tối ưu tính di động với LTE. Với hệ thống 3GPP, điều này có nghĩa là một giao diện báo hiệu giữa SGSN (Serving GPRS Support Node) và mạng lõi mới, với hệ thống 3GPP2 cũng có một giao diện báo hiệu giữa CDMA RAN và mạng lõi mới.
Ví dụ tín hiệu điều khiển cho di động được xử lý bởi node Mobility
Management Entity (MME), tách rời với Gateway. Điều này thuận tiện cho việc tốiưu trong triển khai mạng và hoàn toàn cho phép chia tỉ lệ dung lượng một cách linh động. Home Subscriber Server (HSS) nối đến Packet Core qua một giao diện IP, và không phải SS7 như đã sử dụng trong mạng GSM và WCDMA. Mạng báo hiệu cho điều khiển chính sách và tính cước được dựa trên giao diện IP. Hệ thống GSM và WCDMA/HSPA hiện tại được tích hợp vào hệ thống mới qua những giao diện được chuẩn hóa giữa SGSN và mạng lõi mới. Người ta cố gắng kết hợp truy nhập CDMA cũng sẽ đưa đến tính di động liên tục giữa LTE và CDMA, cho phép sự mềm dẻo trong việc chuyển lên LTE.
LTE-SAE tiếp nhận khái niệm QoS theo từng lớp. Điều này cung cấp một giải pháp đơn giản và đến bây giờ vẫn hiệu quả cho những nhà khai thác có được sự phân biệt giữa những dịch vụ gói.
42
CHƯƠNG 2: QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE VÀ ÁP DỤNG TRIỂN KHAI CHO TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM
Quy hoạch mạng LTE cũng giống như quy hoạch mạng 3G. Ở hệ thống di động 4G, đường lên và đường xuống là bất đối xứng. Do vậy, một trong hai đường sẽ thiết lập giới hạn về dung lượng hoặc vùng phủ sóng. Việc tính toán quỹ đường truyền và phân tích nhiễu không phụ thuộc vào loại công nghệ sử dụng. Mục đích của pha định cỡ là để ước lượng số lượng các trạm cần sử dụng, cấu hình trạm và số lượng các phần tử mạng để dự báo giá thành đầu tư cho mạng. Chương này chúng ta sẽ tìm hiểu về quỹ đường truyền của LTE, các mô hình truyền sóng để phục vụ cho quá trình ước lượng số eNodeB của mạng theo điều kiện tối ưu 1 và số trạm eNodeB theo điều kiện tối ưu 2 để từ đó ta quyết định được số eNodeB cần thiết cho vùng cần quy hoạch.