1. Nội dung thiết kế tốt nghiệ p:
2.31 Đa người sử dụng MIMO cho hướng lên
2.4 Chuyển giao trong công nghệ mạng LTE
Chuyển giao là phương tiện cần thiết để thuê bao có thể di chuyển được trong mạng. Khi thuê bao di chuyển từ vùng phủ sóng của một cell này sang một cell khác thì kết nối với một cell mới phải được thiết lập và kết nối với cell cũ phải được hủy bỏ.
Lý do cơ bản để chuyển giao là kết nối vô tuyến không thỏa mãn tiêu chuẩn nhất định và do đó UE hay E-UTRAN sẽ thực hiện công việc để cải thiện điều đó. Các điều kiện chuyển giao thường gặp là điều kiện chất lượng tín hiệu, tính chất di chuyển của thuê bao, sự phân bố lưu lượng và băng tần… Trình tự trong chuyển giao gồm có 3 pha: đo lường, quyết định, và thực hiện. Đo lường là nhiệm vụ quan trọng trong quá trình chuyển giao vì mức tín hiệu trên đường truyền dẫn vô tuyến thay đổi rất lớn tùy thuộc vào fading và tổn hao đường truyền, số lượng các báo cáo đo lường quá nhiều sẽ ảnh hưởng đến tải của hệ thống. Để thực hiện chuyển giao, trong suốt quá trình kết nối các UE liên tục đo cường độ tín hiệu của các cell lân cận và thông báo kết quả tới mạng và eNodeB. Pha quyết định chuyển giao gồm đánh giá tổng thể về QoS của kết nối và so sánh nó với các thuộc tính QoS u cầu và ước lượng từ các cell lân cận. Căn cứ vào quyết định chuyển giao, có thể phân chia chuyển giao thành 2 loại là chuyển giao quyết định bởi mạng (NEHO) với eNodeB thực hiện quyết định chuyển giao và chuyển giao quyết định bởi thuê bao di động (MEHO) với UE quyết định chuyển giao nhưng eNodeB mới là quyết định cuối cùng. Hình 2.32 miêu tả nguyên tắc chuyển giao
Trình tự chuyển giao giữa hai cell trong LTE được thực hiện như sau:
UE truyền báo cáo đo lường tới eNodeB. Trong báo cáo này là đo lường cho
một cell đích với mức RSRP cao hơn cell đang phục vụ.
eNodeB nguồn quyết định chuyển giao là cần thiết, khi đó xác định cell đích
là phù hợp và yêu cầu truy cập tới eNodeB đích đang điều khiển cell đích.
eNodeB đích chấp nhận yêu cầu chuyển giao và cung cấp cho eNodeB
nguồn các thơng số địi hỏi cho UE để truy cập đến cell đích để chuyển giao có thể thực thi. Các thơng số đó bao gồm cell ID, tần số sóng mang và tài nguyên.
eNodeB nguồn gửi một bản tin “mobility from E-UTRAN” đến UE.
UE nhận được bản tin, ngắt kết nối vô tuyến với eNodeB nguồn và thiết lập
kết nối với eNodeB đích. Trong thời gian này đường truyền dữ liệu bị ngắt. Hình 2.33 miêu tả sự chuyển giao eNodeB của một UE. UE đi từ eNodeB nguồn (eNB1) vào eNodeB đích (eNB2). UE gửi một báo cáo về đo lường vô tuyến tới eNB1 và chỉ ra rằng chất lượng tín hiệu vào eNB2 là tốt hơn. Trước khi chuyển giao, nguồn eNB1 sẽ gửi những thông tin ghép nối và hoàn cảnh của UE tới eNB2 (HO yêu cầu) vào giao diện X2. eNB2 sẽ cấu hình tài ngun cần thiết theo thơng tin đã nhận và dự trữ một nhận dạng tạm thời ô (C-RNTI) và tùy chọn mở đầu một kênh RACH.
Khi eNB2 phát tín hiệu qua bản tin phản hồi HO tới eNB1 báo rằng nó đã sẵn sàng chuyển giao thì eNB1 lệnh cho UE (lệnh HO) thay đổi phần tử mang vô tuyến tới eNB2. UE nhận lệnh HO với các thông số cần thiết và được điều khiển bởi eNB1 để thực hiện lệnh HO. Sau khi nhận lệnh HO, UE thực hiện đồng bộ với eNB2 và truy nhập ô đích thơng qua kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH). Sau đó, UE gửi bản tin xác nhận HO (C-RNTI) cùng với báo cáo tình trạng bộ đệm đường lên cho biết thủ tục chuyển giao đã hoàn thành. Sau khi nhận được bản tin xác nhận HO, eNB2 gửi một thông điệp chuyển đổi đường dẫn tới MME để thông báo rằng UE đã thay đổi ô. MME gửi một thông điệp cập nhật mặt phẳng người dùng tới S- GW và S-GW sẽ chuyển đường dẫn dữ liệu đường xuống tới eNB2 và sẽ gửi gói
dấu hiệu kết thúc trên đường dẫn cũ tới eNB1 và giải phóng tồn bộ tài ngun mặt phẳng người dùng với eNB1. Sau đó, S-GW gửi một báo cáo hồi đáp cập nhật mặt phẳng người dùng tới MME, MME lại xác nhận thông báo chuyển đổi đường dẫn từ eNB2. eNB2 thông báo thành công chuyển giao tới eNB1 và kích hoạt giải phóng tài ngun. Khi đó, eNB1 sẽ giải phóng tài ngun vơ tuyến và tài ngun liên quan đến mặt phẳng điều khiển với hồn cảnh của UE.
Hình 2.33 Hoạt động chuyển giao
2.4.1 Các loại chuyển giao
Tùy theo hình thức sử dụng trong các cơ chế chuyển giao, có thể phân chia chuyển giao thành 2 loại là chuyển giao cứng, chuyển giao mềm và mềm hơn.
Chuyển giao mềm và mềm hơn dựa vào nguyên tắc kết nối “nối trước khi cắt” (make before break). Chuyển giao mềm hay chuyển giao giữa các cell là chuyển giao được thực hiện giữa các cell khác nhau, trong đó trạm di động bắt đầu thơng tin với trạm gốc mới mà vẫn chưa cắt thông tin với trạm gốc cũ. Chuyển giao mềm chỉ được thực hiện khi cả trạm gốc cũ và trạm gốc mới đều làm việc ở cùng một tần
chuyển giao trong đó tín hiệu mới được thêm vào hoặc xóa khỏi tập tích cực hoặc thay thế bởi tín hiệu mạnh hơn ở trong các sector khác nhau cùng một BS. Trong trường hợp này, BS phát trong một sector nhưng thu từ nhiều sector khác, khi cả chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn được thực hiện đồng thời thì gọi là chuyển giao mềm-mềm hơn.
Chuyển giao mềm-mềm hơn: MS thông tin với hai sector của cùng một cell và một sector của cell khác. Các tài nguyên mạng cần cho chuyển giao này gồm tài nguyên cho chuyển giao mềm hai đường giữa cell A và cell B cộng với tài nguyên cho chuyển giao mềm hơn tại cell B. Hình 2.34 thể hiện hai loại chuyển giao.
Hình 2.34 Hai loại chuyển giao
Chuyển giao cứng được thực hiện khi cần chuyển kênh lưu lượng sang một tần số mới. Chuyển giao cứng dựa trên nguyên tắc “cắt trước khi nối” (break before make) được chia thành chuyển giao cứng tần số và chuyển giao cứng khác tần số. Trong quá trình chuyển giao cứng, các kết nối cũ được giải phóng trước khi thực hiện kết nối mới vì thế mà tín hiệu bị ngắt trong q trình chuyển giao. Tuy nhiên thuê bao không nhận biết được khoảng ngừng đó. Trong trường hợp chuyển giao
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 là có thể xảy ra rớt
cuộc gọi do chất lượng của kênh mới chuyển đến trở nên xấu trong khi kênh cũ đã bị ngắt.
2.4.2 Chuyển giao đối với LTE
Công nghệ mạng LTE chỉ sử dụng chuyển giao cứng không sử dụng chuyển giao mềm nên hệ thống đơn giản hơn. Trong hệ thống trước, mạng lõi quản lý RNC, RNC quản lý trạm BS, 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 với E-UTRAN, mạng lõi có thể thấy mọi chuyển giao.
Chuyển giao cùng tần số (intra-frequence) được thực hiện giữa các cell trong cùng một eNodeB. Chuyển giao khác tần số được thực hiện giữa các cell thuộc các eNodeB khác nhau. UE sẽ thực hiện trên dự đốn cơng suất thu tín hiệu chuẩn (RSRP) và chất lượng thu tín hiệu chuẩn (RSRQ) dựa trên tín hiệu tham khảo (RB) 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. Quyết định chuyển giao trong LTE sử dụng RSRP, là trung bình cơng suất của tất cả các thành phần tài nguyên qua tồn bộ băng thơng. Đo lường RSRP cung cấp cường độ tín hiệu cụ thể của cell và tham gia chọn lại cell. RSRQ được định nghĩa là tỉ số giữa tích số RB cùng RSRP với tổng công suất băng thông nhận được (RSSI). Giống RSRP, RSRQ cũng cung cấp cường độ tín hiệu cụ thể của cell và tham gia chọn lại cell. Trong đó, RSRP chỉ ra độ mạnh yếu thì RSRQ bổ sung mức can nhiễu. Khi thực hiện đo lường để chuyển giao thì độ chênh lệch mức RSRP và RSRQ phải ở một mức nào đó thì mới quyết định chuyển giao. Như với 2 cell cùng tần số thì độ chênh lệch RSRP từ +/- 2dB đến +/- 3dB, RSRQ từ +/-2.5 tới 4dB. Cịn đối với 2 cell khác tần số thì RSRP là từ +/- 6dB, RSRQ từ +/-3 đến 4dB.
CHƯƠNG 3
TÌNH HÌNH QUY HOẠCH VÀ TRIỂN KHAI CƠNG NGHỆ LTE Ở VIỆT NAM
3.1 Những vấn đề về quy hoạch công nghệ LTE
Quy hoạch mạng LTE cũng giống như quy hoạch trong mạng 3G. Ở hệ thống di động cận 4G sử dụng cơng nghệ LTE thì đường lên và đường xuống là bất đối xứng. Do vậy, một trong hai đường sẽ thiết lập giới hạn về dung lượng và vùng phủ sóng, việc tính tốn quỹ đường truyền và phân tích nhiễu khơng phụ thuộc vào cơng nghệ sử dụng. Mục đích là để ước lượng số lượng các trạm thu phát cần sử dụng, cấu hình trạm và số lượng các phần tử mạng để dự báo giá thành đầu tư cho mạng.
3.1.1 Dự báo lưu lượng và phân tích vùng phủ
Việc quy hoạch mạng phải dựa trên nhu cầu về lưu lượng. Do đó dự báo lưu lượng là bước đầu tiên cần thực hiện trong quá trình cần quy hoạch.
Dự báo số thuê bao: Đối với thị trường cần phục vụ ta phải dự đốn tổng số
lượng th bao, có thể chia đánh giá qua từng tháng để có thể thấy được sự thay đổi của số lượng thuê bao, điều này là cần thiết vì ta cần phải tính tốn dự phịng cho tương lai. Nếu có thể cung cấp những dịch vụ khác nhau thì phải tính tốn cho từng loại dịch vụ như về tiếng, số liệu hoặc cả tiếng và số liệu. Ví dụ như dịch vụ số liệu chỉ giới hạn ở trình duyệt web, email, khơng gian web…hoặc có thể là các dịch vụ đo lường từ xa. Khi đó dự báo cần thực hiện cho từng kiểu người dùng.
Dự báo sử dụng lưu lượng tiếng: Dự báo sử dụng lưu lượng tiếng bao gồm
đánh giá khối lượng sử dụng tiếng do người sử dụng tiếng trung bình tạo ra, để dự báo chính xác ta cần cung cấp dữ liệu đánh giá cho từng tháng. Dữ liệu tiếng bao gồm phân bố lưu lượng: từ MS tới cố định, từ MS tới MS, từ MS
bao trung bình ở giờ cao điểm và thời gian giữ trung bình (MHT: mean hold time) trên cuộc gọi. Thông thường ta chỉ có thơng số về số phút sử dụng (MOU: minutes of using) của thuê bao/cuộc gọi. Trong trường hợp này nhóm dự báo bộ phận thiết kế phải chuyển thành việc sử dụng trong giờ cao điểm.
Dự báo sử dụng lưu lượng số liệu: Ta cần phân loại những người sử dụng
dịch vụ số liệu và dự báo cho từng kiểu người sử dụng cũng như khối lượng thông lượng số liệu. Ta cũng cần dự báo khi nào thông lượng bắt đầu và khi nào thơng lượng kết thúc.
Dự phịng tương lai: Ta không chỉ quy hoạch mạng cho các dự kiến trước
mắt mà cần quy hoạch mạng cho các dự kiến tương lai để không phải thường xuyên mở rộng mạng. Ngồi ra việc dự phịng tương lai cũng cho phép mạng cung cấp lưu lượng bổ sung trong trường hợp sự tăng trưởng thuê bao lớn hơn thiết kế hoặc sự thay đổi đột ngột lưu lượng tại một thời điểm nhất định. Về lý do kinh doanh, việc dự phòng tương lai cũng cần thiết để đưa ra những kế hoạch định giá mới cho phép thay đổi đáng kể số thuê bao hay hình mẫu sử dụng.
`Để quy hoạch mạng vô tuyến cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư, bước tiếp theo ta cần phân tích vùng phủ như khảo sát các chi tiết: nơi nào cần phủ sóng và các kiểu phủ sóng cho các vùng này. Thơng thường ta sẽ ưu tiên phủ sóng trước cho các khu vực quan trọng như: các vùng thương mại, các vùng có mật độ dân cư đơng đúc, các đường cao tốc chính…dựa trên mật độ dân cư. Dựa trên mật độ dân cư ta có thể dự đốn được lưu lượng người sử dụng, điều kiện mơi trường truyền sóng, các ảnh hưởng của nó lên mơi trường truyền sóng để có thể đưa ra lựa chọn cho các số hiệu chỉnh mơi trường và thâm nhập tịa nhà.
3.1.2 Quy hoạch vùng phủ
Theo các điều kiện tối ưu thì bán kính cell được xác định dựa trên quỹ đường truyền và mơ hình truyền sóng thích hợp, kết hợp với diện tích cần phủ sóng ta tính được số eNodeB được lắp đặt; dựa trên quy hoạch vùng phủ ta xác định được số
eNodeB lớn nhất. Đối với mạng di động tế bào, ước lượng vùng phủ được dùng để quyết định vùng phủ của mỗi trạm gốc, nó đưa ra một vùng tối đa có thể được bao phủ bởi mỗi trạm gốc nhưng nó khơng cần thiết xác lấp một kết nối giữa UE và trạm gốc. Tuy nhiên trạm gốc lại có thể phát hiện được mỗi UE trong vùng bao phủ của nó.
Tính tốn quỹ đường truyền ước lượng suy hao tín hiệu cho phép cực đại (pathloss) giữa di động và trạm gốc. Tổn hao lớn nhất cho phép ta ước lượng vùng phủ của cell lớn nhất với mơ hình kênh truyền phù hợp. Với vùng bao phủ của cell cho ta tính tốn được số trạm gốc được sử dụng để bao phủ vùng địa lý mong muốn. Tính tốn quỹ đường truyền được dùng để so sánh về vùng phủ của các hệ thống khác nhau, mối quan hệ giữa các quỹ đường truyền chỉ ra hệ thống vô tuyến LTE mới sẽ thực hiện tốt như thế nào khi nó được triển khai trong các trạm gốc đã tồn tại của hệ thống GSM và WCDMA.
3.2 Tình hình triển khai cơng nghệ LTE
3.2.1 Trên thế giới
Phần lớn các nhà cung cấp dịch vụ di động (telco) trên thế giới hiện nay đang sử dụng công nghệ GSM (GSM, GPRS/EDGE, HSPA). Và lợi thế về cơ sở hạ tầng có sẵn, số lượng người sử dụng đơng đảo, thêm vào đó là việc đặc tả kỹ thuật có khả năng tương thích gần như hồn hảo với cơng nghệ GSM là lý do chính để việc triển khai phát triển thị trường băng thông rộng với công nghệ LTE trở nên mạnh mẽ. Thực tế cho thấy, hầu hết các hãng sản xuất thiết bị viễn thông lớn trên thế giới: Ericsson. Nokia, Motorola, Samsung, NEC…đã cùng với những nhà mạng lớn trên thế giới thực hiện những cuộc thử nghiệm và đã mang lại những thành cơng đáng kể. Điển hình là hãng Nokia Siemens Networks đã thực hiện thành công LTE với tốc độ lên tới 173Mbps ở tần số 2.6GHz băng thông 20MHz trong môi trường đô thị với nhiều thuê bao. Hãng Alcatel-Lucent đã thành công LTE với tốc độ tải về là 80Mbps; hãng ZTE thực hiện LTE với tốc độ tải về lên tới 130Mbps.
374 nhà cung cấp đang đầu tư phát triên công nghệ LTE.
292 nhà mạng 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 cơng
nghệ LTE trong đó có 3 nhà mạng của Việt Nam là VNPT, Viettel và FPT.
96 nhà mạng của 46 quốc gia đã tiến hành thương mại hóa trên nền công
nghệ LTE. Đến 6/2012 đã có khoảng 28 triệu thuê bao dử dụng LTE. Tới cuối năm 2012 sẽ có khoảng 152 nhà mạng cung cấp dịch vụ ở 62 quốc gia trên toàn thế giới.
417 thiết bị đầu cuối LTE được sản xuất bởi 67 nhà sản xuất.
Hình 3.1 Mức độ người dùng mạng LTE
Về thương mại hóa LTE thì cơng nghệ LTE được TeliaSonera telco đầu tiên trên thế giới thương mại hóa ở hai thủ đơ Stockholm (Thụy Điển) và Oslo (Na Uy) vào năm 2010 và tiếp tục triển khai ở Phần Lan. Trong năm 2011, hãng này tiếp tục mở