Hình 2.19. Chuyển giao mềm - mềm hơn
2.6.3.2. Chuyển giao cứng
Chuyển giao cứng được thực hiện khi cần chuyển kênh lưu lượng sang một kênh tần số mới. Các hệ thống thông tin di động tổ ong FDMA và TDMA đều chỉ sử dụng phương thức chuyển giao này.
Hình 2.20. Chuyển giao cứng
Chuyển giao cứng dựa trên nguyên tắc “cắt trước khi nối” (Break Before Make) có thể được chia thành: chuyển giao cứng cùng tần số và chuyển giao cứng khác tần số. Trong quá trình chuyển giao cứng, kết nối cũ được giải phóng trước khi thực hiện kết nối mới. Do vậy, tín hiệu bị ngắt trong khoảng thời gian chuyển giao. Tuy nhiên, thuê bao không có khả năng nhận biết được khoảng ngừng đó. Trong trường hợp chuyển giao cứng khác tần số, tần số sóng mang của kênh truy cập vô tuyến mới khác so với tần số sóng mang hiện tại.
Ưu điểm của chuyển giao cứng là tiếp tục một cuộc gọi khi vượt qua mạng hiện hành, cung cấp các dịch vụ mở rộng, giảm rớt các cuộc gọi, bao phủ và tích hợp mạng LTE so với nhiều mạng có sẵn.
Nhược điểm của chuyển giao cứng là có thể xảy ra rớt cuộc gọi do chất lượng của kênh mới chuyển đến trở nên quá xấu trong khi kênh cũ đã bị cắt.
2.6.4. Chuyển giao đối với LTE
Hệ thống WCDMA sử dụng chuyển giao mềm cho cả đường lên và đường xuống. Hệ thống HSPA sử dụng chuyển giao mềm cho đường lên nhưng không sử dụng cho đường xuống. Ở hệ thống LTE, không sử dụng chuyển giao mềm, chỉ có chuyển giao cứng, do đó hệ thống trở nên đơn giản hơn.
Trong hệ thống trước, mạng lõi quản lý RNC, RNC quản lý các trạm BS và BS lại quản lý các UE. Vì thế khi UE chuyển qua vùng RNC khác phục vụ, thì mạng lõi chỉ biết đến RNC đang phục vụ UE. Mọi chuyển giao được điều khiển bởi RNC. Nhưng đối với E-UTRAN, mạng lõi có thể thấy mọi chuyển giao.
Hình 2.21. Các loại chuyển giao
Chuyển giao cùng tần số (Intra-frequency) được thực hiện giữa các cell trong cùng một eNodeB. Chuyển giao khác tần số (Intra-frequency) được thực hiện giữa các cell thuộc các eNodeB khác nhau.
UE sẽ thực hiện trên dự đoán đo lường RSRP (Reference Signal Receive Power) và RSRQ (Reference Signal Receive Quality) dựa trên tín hiệu tham khảo RS (Reference Signal) nhận được từ cell đang phục vụ và từ cell ảnh hưởng mạnh nhất. Giải thuật chuyển giao dựa trên giá trị RSRP và RSRQ, chuyển giao được thiết lập khi các thông số này từ cell ảnh hưởng cao hơn cell đang phục vụ.
Ở WCDMA, chúng ta dùng CPICH RSCP để quyết định chuyển giao thì ở LTE ta sẽ dùng RSRP. RSRP là công suất thu tín hiệu tham khảo, nó là trung bình công suất của tất cả các thành phần tài nguyên (mang tín hiệu tham khảo) qua toàn bộ băng thông. Nó có thể được đo lường ở tín hiệu OFDM mang tín hiệu tham khảo. Đo lường RSRP cung cấp cường độ tín hiệu cụ thể của cell. Đo lường này được sử dụng làm ngõ vào cho chuyển giao và quyết định chọn lại cell. RSSI được định nghĩa như tổng công suất băng rộng nhận được quan sát bởi UE từ tất cả các nguồn, bao gồm cell phục vụ và cell không phục vụ, can nhiễu kênh và nhiễu nhiệt trong băng thông đo lường cụ thể. RSSI không được báo cáo khi đo lường mà nó được xem là ngõ vào để tính toán RSRQ. Việc đo lường RSRQ cung cấp chất lượng tín hiệu của cell cụ thể. Giống như RSRP, việc đo lường này được dùng để xác định các ứng cử viên cell theo chất lượng tín hiệu của chúng. Đo lường này được sử dụng như ngõ vào của chuyển giao và quyết định chọn lại cell, đo lường RSRP không cung cấp đủ độ tin cậy cho quyết định chuyển giao. RSRQ được định nghĩa là tỷ số N.RSRP/RSSI trong đó N là số RB của băng thông đo lường RSSI của LTE. Việc đo lường này cả tử số và mẫu số phải được thực hiện với cùng số RB. Trong khi RSRP chỉ ra độ mạnh tín hiệu, RSRQ bổ sung mức can nhiễu bởi vì nó bao gồm RSSI. Vì vậy RSRQ cho phép kết hợp giữa cường độ tín hiệu với can nhiễu để báo cáo một cách hiệu quả.
Khi thực hiện đo lường để chuyển giao thì độ chênh lệch mức RSRP và RSRQ phải ở một mức chênh lệch mới quyết định chuyển giao. Đối với 2 cell cùng tần số, độ chênh lệch RSRP từ ± 2 dB đến ± 3 dB, độ chênh lệch RSRQ từ ± 2,5 đến 4 dB. Đối với 2 cell khác tần số thì độ chênh lệch RSRP là ± 6 dB, độ chênh lệch RSRQ từ ± 3 đến 4 dB.
2.7. Điều khiển công suất
Ở WCDMA, ta sử dụng điều khiển công suất cả đường lên và đường xuống. Nhưng đối với LTE, chỉ cần sử dụng điều khiển công suất đường lên. Điều khiển công suất đường lên trong hệ thống thông tin di động với các mục đích quan trọng sau: nó cân bằng công suất phát đối với QoS yêu cầu, tối thiểu can nhiễu và tăng tuổi thọ pin của thiết bị đầu cuối.
Để đạt được các mục đích này, điều khiển công suất đường lên phải thích nghi với các đặc tính của kênh truyền vô tuyến, bao gồm tổn hao, che bóng, fading nhanh, cũng như can nhiễu đến từ các user khác - ở trong vòng một cell hay ở các cell lân cận.
Đòi hỏi cho việc quản lý can nhiễu ở đường lên ở LTE khá là khác so với WCDMA. Ở WCDMA, đường lên không trực giao và việc quản lý can nhiễu đầu tiên là can nhiễu giữa các user khác nhau trong cùng một cell. Các user đường lên ở WCDMA chia sẻ cùng tài nguyên về thời gian - tần số và chúng tạo ra can nhiễu tăng trên nhiễu nhiệt tại bộ thu của NodeB. Điều này được biết như “Rise over Thermal” (RoT), và nó phải được điều khiển cẩn thận và được chia sẻ giữa các user. Tăng tốc độ dữ liệu ở đường lên cho user ở WCDMA thì giảm được hệ số trải phổ và tăng công suất phát tương ứng.
Nhưng ngược lại, ở hướng lên LTE thì dựa trên trực giao, việc quản lý can nhiễu giữa các user trong cùng một cell thì ít quan trọng hơn ở WCDMA. Thay đổi tốc độ dữ liệu đường lên ở LTE thì băng thông phát thay đổi và thay đổi MCS, trong khi công suất phát trên đơn vị băng thông (chẳng hạn như PSD) có thể không đổi đối với một MCS.
Hơn nữa, ở WCDMA điều khiển công suất được thiết kế với truyền dẫn liên tục cho các dịch vụ chuyển mạch kênh, trong khi ở LTE, lập biểu nhanh cho các UE được áp dụng tại khoảng thời gian 1ms. Điều này được phản ánh trong thực tế là điều khiển công suất ở WCDMA được dự đoán với vòng lặp trì hoãn là 0,67 ms và bước điều khiển công suất thông thường là ± 1 dB. Trong khi đó LTE cho phép bước điều khiển công suất rộng hơn (không phải dự đoán), với vòng lặp trì hoãn khoảng 5 ms. Kỹ thuật điều khiển công suất ở LTE kết nối cả vòng hở và vòng kín. Hồi tiếp vòng kín chỉ cần thiết để bù cho trường hợp UE ước lượng công suất phát không thỏa mãn.
2.7.1. Điều khiển công suất vòng hở
Điều khiển công suất vòng hở ước lượng tổn hao đạt được sau khi đo lường RSRP và tính toán công suất phát dựa trên phương trình sau:
Hình 2.22. Điều khiển công suất vòng hở
2.7.2. Điều khiển công suất vòng kín
UE sẽ điều chỉnh công suất phát của mình dựa trên lệnh TCP. Lệnh TCP được phát dựa bởi eNodeB đến UE, dựa trên SINR mong muốn và SINR mà eNodeB thu được. Trong hệ thống điều khiển công suất vòng kín, bộ thu đường lên tại eNodeB ước lượng SINR của tín hiệu thu và nó so sánh với giá trị SINR mong muốn. Khi SINR thu được thấp hơn SINR mong muốn, lệnh TCP được phát đến UE yêu cầu tăng công suất phát. Ngược lại, lệnh TCP sẽ yêu cầu UE giảm công suất phát.
Thích ứng nhanh được áp dụng quanh điểm hoạt động vòng hở để tạo thành điều khiển công suất vòng kín. Điều này có thể điều khiển can nhiễu và tinh chỉnh công suất để phù hợp với điều kiện kênh truyền (bao gồm fading nhanh). Tuy nhiên, do tính trực giao ở đường lên của LTE, điều khiển công suất vòng kín của LTE không cần sử dụng điều khiển công suất vòng kín nhanh như áp dụng đối với ở WCDMA (để tránh vấn đề gần xa). Thay đổi băng thông phát cùng với việc thiết lập MSC để đạt được đến tốc độ dữ liệu phát mong muốn.
Delta- MCS: cho phép công suất trên khối tài nguyên thích nghi theo tốc độ phát dữ liệu thông tin. Công suất phát đòi hỏi trên khối tài nguyên là (2K.BPRE – 1). Trong đó BPRE là tỷ số số bit thông tin trên thành phần tài nguyên RE trong một RB, k là hệ số tỷ lệ và giá trị thích hợp cho k là 1.25 đối với công suất offset phụ thuộc vào MCS.
2.8. Kết luận chương 2
Chương 2 đã khái quát được cấu trúc mạng 4G LTE, các đặc tính kỹ thuật và các kỹ thuật sử dụng trong LTE. Mạng LTE có ưu điểm vượt trội so với 3G về tốc độ, thời gian trễ nhỏ, hiệu suất sử dụng phổ cao cùng với việc sử dụng băng thông linh hoạt, cấu trúc đơn giản nên giá thành giảm. Để tạo nên các ưu điểm đó, LTE đã phối hợp nhiều kỹ thuật, trong đó, nó sử dụng kỹ thuật OFDMA ở đường xuống. Các sóng mang trực giao với nhau, do đó tiết kiệm băng thông, tăng hiệu suất sử dụng phổ tần và giảm nhiễu ISI. Cùng với các ưu điểm đó thì OFDM có khuyết điểm là sự thăng giáng đường bao lớn dẫn đến PAPR lớn, khi PAPR lớn thì đòi hỏi các bộ khuếch đại công suất tuyến tính cao để tránh làm méo dạng tín hiệu, hiệu suất sử dụng công suất thấp vì thế đặc biệt ảnh hưởng đối với các thiết bị cầm tay. Do đó, LTE sử dụng kỹ thuật SC-FDMA cho đường lên. Cùng với các kỹ thuật đó, LTE còn hổ trợ MIMO, MIMO là một phần tất yếu của LTE để đạt được yêu cầu về thông lượng và hiệu quả sử dụng phổ. Cùng với các kỹ thuật này, chương 2 còn trình bày về lập biểu phụ thuộc kênh, thích ứng đường truyền, HARQ với kết hợp mềm. Chuyển giao trong LTE, và chuyển giao giữa LTE với các mạng khác. Đồng thời để cân bằng công suất phát đối với QoS yêu cầu, tối thiểu can nhiễu và tăng tuổi thọ pin của thiết bị đầu cuối, điều khiển công suất đường lên được sử dụng ở LTE, điều khiển công suất kết hợp cả vòng hở và vòng kín, nhưng do tính trực
giao ở đường lên của LTE nên tránh được vấn đề gần xa (vấn đề điển hình trong điều khiển công suất của WCDMA) và vì thế ở LTE không cần sử dụng điều khiển công suất vòng kín nhanh.
Từ việc tìm hiểu khái quát công nghệ LTE và các vấn đề liên quan, ta tiến hành quy hoạch mạng trong chương tiếp theo.
CHƯƠNG 3: TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI CUNG CẤP DỊCH VỤ VÔ TUYẾN BĂNG RỘNG VÀ XU THẾ THỊ TRƯỜNG TẠI VIỆT NAM
Với ưu thế vượt bậc về khả năng cung cấp các dịch vụ truy cập tốc độ cao cùng với xu hướng gần phổ cập các thiết bị đầu cuối có thể khẳng định rằng mạng 4G LTE sẽ là xu thế phát triển chủ đạo của viễn thông thế giới trong thời gian tới. Do đó có thể thấy 4G tạo ra nền tảng vững chắc trong tương lai mạng Viễn thông Việt Nam. Việt Nam cũng đang nằm trong xu hướng phát triển rất lớn và đôi khi mạng 3G cũng đã quá tải.
3.1. Tình hình triển khai cung cấp dịch vụ vô tuyến băng rộng
Từ năm 2009, Việt Nam đã đầu tư phát triển công nghệ 3G. Sau 5 năm triển khai, số lượng thuê bao sử dụng mạng 3G tại Việt Nam đã tăng từ 7 triệu thuê bao năm 2009 lến đến 24,2 triệu thuê bao trong 6 tháng đầu năm 2014 (số liệu trích dẫn báo cáo sơ kết quản lý truyền thông 6 tháng đầu năm 2014 của Bộ Thông tin và Truyền thông) và đang tiếp tục tăng một cách mạnh mẽ. Trong tổng số các thuê bao đăng ký mạng 3G tại Việt Nam, Viettel chiếm 41,76% thị phần; kế đến là MobiFone 33,56% và thứ ba là VinaPhone 22,52%. (Sách trắng Công nghệ thông tin năm 2014). Phạm vi phủ sóng 3G trong những năm qua đã được mở rộng đáng kể, hiện nay đã phủ sóng 63/63 tỉnh thành và các vùng biên giới hải đảo. Chất lượng dịch vụ 3G cũng gia tăng đáng kể, lên đến 42 Mbps. Giá cước 3G cũng đã có nhiều thay đổi phù hợp với người sử dụng hơn, Tuy nhiên, thị trường Viễn thông Việt Nam vẫn còn nhiều tiềm năng như: số lượng người sử dụng công nghệ 3G mới đạt hơn 25% dân số, tỉ lệ người sử dụng internet cũng chỉ đạt mức 37/100 người. Mở rộng ra trong khu vực các quốc gia tiểu vùng sông Mêkông, mạng 3G tuy đã có những bước phát triển đáng kể, tuy nhiên vẫn chưa thực sự đáp ứng được yêu cầu của sử dụng của các quốc gia này.
Hình 3.1 Tăng trưởng thuê bao băng rộng
Từ năm 2012, trên thế giới, công nghệ 4G đã có sự phát triển vượt bậc và từng bước chiếm thị phần của công nghệ 3G. Cuối năm 2014, trên thế giới đã có hơn 300 đơn vị kinh doanh dịch vụ viễn thông tại hơn 100 quốc gia đã cung cấp dịch vụ 4G. Trong đó, khu vực châu Á có 61 đơn vị thuộc 25 quốc gia. Riêng khu vực Đông Nam Á có 17 đơn vị cung cấp dịch vụ 4G tại 8 quốc gia là Singapore, Malaysia, Indonesia, Philippines, Brunei, Thái Lan, Lào và Campuchia. Trong đó, trừ các quốc gia đã có nền tảng công nghệ cao như Singapore, Malaysia hay các quốc gia có điều kiện địa lý thuận lợi như Bruei… đã triển khai thành công công nghệ 4G thì hầu hết các quốc gia khác vẫn còn đang trong giai đoạn thử nghiệm. Tuy nhiên, theo nghiên cứu tổng thể của công ty Seed Planning, số lượng người sử dụng công nghệ 4G trong khu vực châu Á-Thái Bình Dương sẽ tăng từ 100 triệu người năm 2013 lên hơn 1 tỷ người trong năm 2018.
3.2. Đánh giá tình hình triển khai LTE trên thế giới, kinh nghiệm quốc tế về
cấp phép triển khai LTE.
3.2.1. Tình hình triển khai LTE trên thế giới
Theo thống kê và dự báo trên trang www.gsacom.com thì đến tháng 9 năm 2012 trên thế giới:
+ Có 347 nhà cung cấp đang đầu tư phát triển LTE:
- 292 nhà mạng đang lên kế hoạch triển khai LTE ở 93 quốc gia.
- 55 nhà mạng tại trên 11 quốc gia khác cam kết và đang thử nghiệm công nghệ LTE. Trong đó có 3 nhà mạng của Việt Nam: VNPT, Viettel và FPT
+ Có 96 nhà mạng của 46 quốc gia đã tiến hành thương mại hóa dịch vụ trên nền LTE. Đến tháng 6 năm 2012 là khoảng 28 triệu thuê bao LTE. Dự kiến hết năm 2012 sẽ có 152 nhà mạng cung cấp dịch vụ chính thức ở 65 quốc gia trên toàn thế giới.
+ Có 417 sản phẩm đầu cuối LTE được sản xuất bởi 67 nhà sản xuất.
3.2.2. Tiến trình thương mại hóa của công nghệ LTE
+ Đến hết năm 2010 đã có 17 mạng LTE được triển khai cung cấp dịch vụ. Năm 2011 đã có thêm 30 mạng LTE. Đến tháng 9 năm 2012 đã có thêm 49 mạng LTE. + Theo dự báo của các nhà phân tích thì đến năm 2015 trên toàn thế giới có 3,4 tỷ thuê bao băng rộng, trong đó: 273 triệu thuê bao LTE (7%); 3,6 tỷ thuê bao HSPA (73.06%).
3.2.3. Các dịch vụ triển khai trên nền mạng 4G LTE/SAE
Gồm: Dịch vụ thoại, tin nhắn, Truyền thông tốc độ cao (High Multimedia), Dịch vụ dữ liệu (Data Service), Dịch vụ đa phương tiện (Multimedia Service), Tính toán mạng công cộng (PNC), Bản tin hợp nhất (Unified Messaging), Thương mại điện tử (E-Commerce/ M-Commerce), Trò chơi tương tác trên mạng (Interactive gaming), Quản lý tại gia (Home Manager) ...
3.2.4. Định hướng cấp phép mạng 4G LTE/SAE
- Phạm vi triển khai (triển khai trên toàn quốc, theo vùng). - Thời gian triển khai nhanh - cạnh tranh phát triển hạ tầng.