Giải pháp truy nhập femtocell và ứng dụng trong mạng thông tin di động của vinaphone

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG








NGUYỄN MINH THÀNH


GIẢI PHÁP TRUY NHẬP FEMTOCELL VÀ ỨNG DỤNG
TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CỦA VINAPHONE


Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
Mã số: 60.52.70



TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ




HÀ NỘI - 2013
Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN THIỆN CHÍNH


Phản biện 1:……………………………………………………

Phản biện 2:…………………………………………………



Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học
viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Vào lúc: giờ ngày tháng năm
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông







1


LỜI MỞ ĐẦU
Công nghệ “Femtocell” ra đời là một cơ hội cho các nhà mạng để giải quyết vấn đề
vùng phủ trong nhà. Femtocell là một trạm phát sóng nhỏ của mạng thông tin di động tế bào
được dùng để nâng cao chất lượng dịch vụ và cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng ở phạm
vi gia đình hay văn phòng, công sở.
Xu thế trong giai đoạn tiếp theo của viễn thông là hội tụ giữa di động và cố định tạo cho

viễn thông một bộ mặt mới, đây là mạng đa dịch vụ, nhưng không phải là các dịch vụ đơn lẻ
mà chúng kết hợp với nhau sử dụng chung tài nguyên: Đầu cuối, Hệ thống điều khiển, mạng
truyền tải, Sự hội tụ chặt chẽ giữa mạng cố định và di động là cần thiết để có thể cung cấp
dịch vụ chất lượng cao. Giải pháp Femtocell hứa hẹn mang lại lợi nhuận và tiện ích cho cả
nhà cung cấp dịch vụ lẫn người sử dụng dịch vụ.
Nội dung chính của luận văn như sau:
Chƣơng 1: Công nghệ Femtocell trong thông tin di động: - Trình bày về Femtocell, những
khó khăn, bất cập gặp phải trong khi triên khai Femtocell.
- Công nghệ Femtocell: giới thiệu, đặc tính kĩ thuật, mô hình kiến trúc, ưu điểm, nhược
điểm: vấn đề chuẩn hóa, nhiễu, phân cấp tần số, chất lượng dịch vụ,…
Chƣơng 2: Giải pháp truy nhập Femtocell: Nghiên cứu các vấn đề về đặc tính kĩ thuật, kịch
bản áp dụng, đánh giá giải pháp: thách thức và cách giải quyết đối với các giải pháp truy
nhập:Giải pháp truy nhập mở, Giải pháp truy nhập đóng, Giải pháp truy nhập hỗn hợp.
Chƣơng 3: Ứng dụng Femtocell trong mạng thông tin di động của Vinaphone: - Hiện trạng
mạng thông tin di động của Vinaphone: Thu thập số liệu hiện rạng, phân tích, đánh giá về
những vấn đề còn tồn tại thên thực tế. Các mô hình triển khai Femtocell trong mạng thông
tin di động của Vinaphone. Đề xuất áp dụng mô hình tại một khu vực cụ thể: sử dụng thiết
bị của Huawei cho mô hình đề xuất triển khai, đánh giá kết quả.
CHƢƠNG 1: CÔNG NGHỆ FEMTOCELL TRONG THÔNG TIN DI
ĐỘNG
1.1. Những vấn đề hạn chế trong việc phủ sóng di động trong nhà
Cải thiện tốt vùng phủ và nâng cao chất lượng sẽ góp phần làm gia tăng thu nhập cho
các nhà mạng, nâng cao sự gắn bó giữa các thuê bao và giảm thiểu sự xáo trộn về thuê bao
cho nhà mạng. Do đó, làm thế nào để đảm bảo vùng phủ sóng tốt trong môi trường indoor,
đặc biệt là đối với các dịch vụ số liệu tốc độ cao là một thử thách lớn đối với các nhà mạng.
1.2. Giải pháp cải thiện vùng phủ sóng trong nhà
2


Vấn đề cải thiện vùng phủ sóng trong nhà đã và đang càng ngày trở thành một vấn đề

quan trọng. Đây là lý do tại sao phải đề xuất các giải pháp khác nhau. việc cải thiện vùng
phủ vô tuyến trong nhà bằng cách thêm các cell ngoài trời không thực sự tối ưu vì nó không
làm tối ưu trực tiếp vùng phủ trong nhà do đó hiệu quả của phương pháp này không thực sự
tối ưu.
Đầu tiên, giải pháp sử dụng hệ thống anten phân bố DAS được phát triển. Các anten
khác nhau được phân bố trong tòa nhà để tạo ra một vùng phủ đồng nhất. Các anten này kết
nối tới một trạm gốc chung.
Để phủ sóng các đường hầm và các hành lang có khoảng cách dài. Cáp bức xạ sẽ
thay thế cho anten để tín hiệu truyền qua nó. Một giải pháp gần đây được đề xuất đó là lắp
đặt các trạm phát sóng nhỏ trong nhà như picocell hoặc Femtocell.
Tất nhiên tùy thuộc và đặc tính vật liệu của tường của các tòa nhà sẽ ảnh hưởng suy
giảm nhiều hoặc ít đến tín hiệu. Đó là lý do tại sao các nhà mạng phải tìm kiếm các giải
pháp nhằm tăng vùng phủ sóng trong nhà: bao gồm phương pháp thêm các trạm phát sóng
mới hoặc điều chỉnh lại các trạm phát sóng đang có. Vì lý do sức khỏe, giải pháp tăng công
suốt phát của trạm gốc là không thể. Hai loại môi trường thường dùng để khảo sát và mỗi
loại yêu cầu những cách tiếp cận khác nhau: vùng ngoại thành và vùng thành thị.
1.2.1. Môi trường vùng phủ sóng di động ngoại thành
Ở các vùng nông thôn, các trạm phát sóng cao được lắp đặt để phủ sóng với khoảng
cách xa hơn. Để tối ưu vùng phủ trong nhà, các nhà mạng chỉ còn cách tiếp cận với với giải
pháp thêm nhiều macrocell. Vì giá thành thiết bị đắt, nó không chỉ liên quan đến giá thành
mua mà còn liên quan đến việc bảo dưỡng, các nhà mạng luôn phải đối mặt với việc phải
thỏa hiệp về mặt kinh tế: thêm các macrocell trong các vùng mà số lượng thuê bao đủ lớn để
làm cho việc lắp đặt thuận lợi, còn các vùng khác hoặc không cần hoặc với vùng phủ nhỏ
nhất.
1.2.2. Môi trường vùng phủ sóng di động thành thị
Ở các vùng thành thị, vấn đề gặp phải tương tự như môi trường vùng nông thôn là
các vùng phủ bên trong các toàn nhà chỉ được đảm bảo bằng cách cải thiện chất lượng tín
hiệu ngoài trời. Tất cả các phương pháp trình bày trước đây (macrocell, microcell) đã được
dùng trong thời gian dài tuy nhiên những giải pháp này không tối ưu vì chúng không thực
sự tối ưu vùng phủ sóng trong nhà mà chỉ mở rộng tầm ảnh của vùng phủ sóng ngoài trời

đối với các tòa nhà.
Giải pháp lắp đặt các trạm phát sóng trực tiếp bên trong các tòa nhà. Một mặt, sử
dụng cáp bức xạ cũng là giải pháp tốt cho môi trường hẹp dài như các đường hầm, nhưng
khi lắp đặt ở môi trường lớn như các tòa nhà thì lại vấp phải quá nhiều thử thách và chi phí
cao khi triển khai. Mặt khác, picocell và Femtocell là hai giải pháp hiệu quả, vì công suất tín
3


hiệu trong nhà có thể cái thiện một cái hiệu quả, số lượng các cell sẽ tăng dung lượng tiềm
năng của hệ thống. Picocell đã được triển khai bởi các nhà mạng, bởi vì chúng thích nghi tốt
với các trung tâm thương mại hoặc các tòa nhà văn phòng. Tuy nhiên, trong các môi trường
nhà dân, Femtocell dường như là phương pháp tiếp cận tối ưu cho cả khách hàng và nhà
mạng.
1.2.3. Môi trường phủ sóng di động trong nhà Picocell
Picocell là một trạm phát sóng nhỏ tương tự như một access point. Nó thường có kích
cỡ nhỏ, tích hợp một anten và phát tín hiệu với nguồn tiêu thụ thấp. Nó kết nối với BSC của
nhà mạng. Giống như các trạm phát sóng chuẩn, BSC quản lý việc truyền tải dữ liệu giữa
picocell và mạng, và thực hiện handover giữa các cell và gán tài nguyên cho các người dùng
khác nhau. Picocell kết nối với mạng core thông qua hệ thống cáp quang, cáp điện hoặc kết
nối Ethernet. Thông thường trong picocell có tích hợp một anten toàn hướng.
1.2.3.1. Ưu điểm
Ưu điểm chính của picocell là rẻ hơn so với các trạm phát sóng chuẩn và chi phí lắp
đặt cũng thấp hơn. Chúng tăng vùng phủ trong nhà một cách hiệu quả vì chúng được lắp đặt
trong nhà. Vùng phủ sóng của các cell này nhỏ hơn so với trạm phát sóng ngoài trời.
Picocell được triển khai trong các vùng trong nhà có mật độ người dùng cao. Hơn thế nữa,
Picocell không chỉ tăng dung lượng bên trong tòa nhà mà còn tăng dung lượng ngoài trời, và
giảm nhiễu ngoài trời vì trùng chéo giữa cell ngoài trời có thể giảm.
1.2.3.2. Triển khai
Vị trí đặt picocell và các thống số thiết lập tốt nhất là những thử thách chính khi triển
khai. Picocell được triển khai chủ yếu trong các vùng có diện tích rộng như các trung tâm

thương mại hoặc sân bay, do đó việc lắp đặt có thể gặp phải thử thách. Thử thách chính khi
triển khai lắp đặt picocell là phải xem xét đến các cell ngoài trời. Do đó, việc quy hoạch
mạng trong nhà và ngoài trời là một vấn đề rất quan trọng.
1.2.3.3. Ứng dụng
Đây là giải pháp tốt để đáp ứng hai yêu cầu sau:
 Phủ sóng các “lỗ hổng”phủ sóng mạng macro- là những nơi tín hiệu quá thấp.
 Giảm tải lưu lượng cho mạng macro trong các vùng thành thị đông dân.
Chúng tỏ ra hữu ích trong các tòa nhà cao tầng, các công trình lịch sử (tường lớn làm
bằng đá hấp thụ hầu hết các tín hiệu đến từ các macrocell) hoặc các tòa nhà làm từ các khối
và vật liệu phức tạp (như các cấu trúc kim loại hoặc các cửa sổ thủy tinh đặc biệt nhằm giữ
ấm).Cuối cùng, picocell đã đươc dùng trong các ứng dụng giao thông mà ở đây các kết nối
4


với hạ tầng mạng được đảm bảo, ví dụ như thông qua vệ tinh. Do đó các picocell có thể
dùng để cung cấp thoại cho các hành khách trên máy bay hoặc các tàu khách.
1.2.3.4. Đề xuất picocell loại nhỏ
Với sự thành công của picocell trong môi trường trong nhà cho nhiều người sử dụng,
ý tưởng về mạng picocell loại nhỏ là để phủ sóng cho một ngôi nhà, đó là lý do tại sao
nguồn tiêu thụ thấp phải được phù hợp vì thế kích cỡ cell trong khoảng 20 đến 30 mét, bằng
cách giảm kích cỡ của các cell để đáp ứng được các nhu cầu về mạng, đó là nhu cầu về dung
lượng càng ngày càng nhiều. Một loại cell rất nhỏ đươc gọi là Femtocell sẽ được trình bày
trong phần tiếp theo.
1.2.4. Môi trường vùng phủ sóng di động khu vực trong nhà Femtocell
1.2.4.1. Giới thiệu
Để mở rộng ý tưởng của picocell chỉ dành cho các mạng tại nhà, các trạm phát sóng
Femtocell đã được đề xuất. Femtocell là một picocell đơn giản được cài đặt trực tiếp tại nhà
của khách hàng. Thay vì kết nối với BSC của nhà mạng (giống như picocell), Femtocell lại
kết nối trực tiếp với mạng Internet. Với Femtocell, tất cả liên lạc với mạng của nhà mạng
đều thông qua Internet, và không cần đối với hạ tầng BSC/MSC. Vì Femtocell phủ sóng

trong một vùng nhỏ hơn, người dùng ít hơn so với picocell, và triển khai rẻ hơn do đó
Femtocell bị giới hạn dung lượng và công suất đầu ra (giữa 10 và 20 dBm, giữa 4 và 6
người dùng).
1.2.4.2. Ưu điểm
Lợi ích mà công nghệ Femtocell hứa hẹn mang đến cho người dùng:
 Giảm chi phí gọi điện thoại di động tại nhà.
 Có một kết nối tốt, chất lượng dịch vụ tốt hơn, tốc độ cao hơn
 Tiết kiệm năng lượng tiêu tốn
 Cuối tháng chỉ cần chi trả một hóa đơn duy nhất cho cả điện thoại cố định và di động
 Nhiều người có thể cùng dùng chung một Femtocell (Femtocell hiện tại có thể hỗ trợ
đồng thời 5-6 kết nối di động ).
Lợi ích cho nhà cung cấp mạng di động:
 Cạnh tranh cũng như giảm mối đe dọa từ các dịch vụ VoIP của nhà cung cấp dịch vụ.
 Tăng sự trải nghiệm của khách hàng và giảm việc khách hàng bỏ sang dùng mạng
của nhà cung cấp khác.
 Tăng chất lượng phủ sóng trong các công trình cũng như tăng dung lượng và các dịch
vụ giá trị gia tăng cho người dùng.
5


 Tăng doanh thu bình quân của một thuê bao/tháng ARPU
 Khuyến khích người dùng sử dụng 3G hay WiMAX, từ đó tăng số thuê bao 3G,
WiMAX trong tương lai.
1.2.4.3. Các phần tử chung trong cấu trúc mạng Femtocell
Như chỉ ra trong hình 1.5 có ba phần tử chung cho bất kỳ kiến trúc mạng Femtocell nào:
 Femtocell Access Point (FAP)
 Security Gateway (SeGW)
 Hệ thống quản lý thiết bị Femtocell (FMS)
Hai phần tử khách nằm trong tất cả các cấu trúc mạng Femtocell, cho phép kết nối với
mạng lõi nhà mạng di động. Phụ thuộc vào kiến trúc xác định dùng cho các cuộc gọi chuyển

mạch kênh, có thể là một server tập trung Femtocell (FCS) hoặc một Gateway Femtocell
(FNG).

Hình 1.5: Các phần tử chung trong cấu trúc mạng Femtocell.
1.2.4.4. Triển khai Femtocell
a. Các yêu cầu trọng yếu khi triển khai Femtocell
Triển khai “plug and play”: từ khi mua đến khi tích hợp vào mạng
Mua và đăng ký: Người dùng đầu cuối mua một Femtocell và một Femtocell ID, đăng ký
thông tin người dùng bao gồm địa chỉ mà Femtocell sẽ triển khai, cũng như người dùng thiết
bị truy nhập ưu tiên cho Femtocell. Trong tiến trình này, địa chỉ của người dùng sẽ được
chuyển đổi thành kinh độ và vĩ độ và lưu cùng với các dữ liệu người dùng khách trong một
cơ sở dữ liệu. Cơ sở dữ liệu này là một phần của phần tử mạng trung tâm là server HUS, nó
là một phần của bộ điều khiển cell trong nhà (home-cell controller) và đặt trong mạng lõi
của nhà mạng. Ngoài ra, người dùng sẽ cấp chi tiết danh sách truy nhập trên một Website
bảo mật, ở đây ta có thể cập nhật một vài thông tin cá nhân, thêm hoặc xóa các UE truy
nhập ưu tiên theo thời hạn và điều kiện của nhà mạng.
6


Lắp đặt và xác thực: Khi kết nối với Internet được thiết lập, Femtocell sẽ liên lạc với HUS
trong mạng của nhà vận hành và phát mã nhận dạng (ID), nó là một phần của Femtocell ID
của người dùng. Sau đó HUS xác thực với Femtocell. Nếu HUS phát hiện firmware
Femtocell hoặc dữ liệu được cấu hình trước đã cũ nó sẽ tự động thực hiện cập nhật online
lại.
Tự động cáu hình các thông số ban đầu: Bằng cách này, Femtocell có thể cấu hình tự động
danh sách hàng xóm và lựa chọn một mã băm không sử dụng trong vùng đó trong danh sách
cung cấp bởi HUS. Cuối cùng, các thông số cấu hình tự động được phát tới HUS và lưu vào
cơ sở dữ liệu, chúng có thể dùng để nhận dạng các vấn đề liên quan đến cấu hình xảy ra.
Kiểm tra vị trí
Để đảm bảo Femtocell được triển khai theo đúng tiêu chuẩn về kì hạn và các điều

kiện của nhà mạng như trong hợp đồng với người dùng đầu cuối và không được phát xạ ở
những nơi mà nhà mạng không cho phép, vì thế vị trí vật lý của Femtocell phải được kiểm
tra.
Tiếp tục tự tối ưu trong quá trình hoạt động
Điều này đảm bảo tối thiểu hóa các ảnh hưởng lên mạng macrocell cũng như đảm
bảo tối đa hiệu năng cho Femtocell dưới những ràng buộc đã cho. Việc cập nhật tất cả các
thông số này sẽ được phát tới HUS và được lưu trong cơ sở dữ liệu liên quan.
Tự động cấu hình công suất phát đối với chế độ đồng kênh
Đây là một vấn đề đặc biệt quan trọng khi Femtocell sử dụng lại cùng một băng tần với
mạng macrocell sẵn có, vì các công suất này định nghĩa vùng phủ sóng Femtocell, và nó
quyết định đến nhiễu, báo hiệu handover và tỉ lệ rớt cuộc gọi.
b. Kịch bản cho Femtocell
Femtocell có thể được triển khai trong nhiều loại kịch bản khác nhau. Thị trường đầu
tiên là trong nhà, và yêu cầu là truy nhập vào một kết nối Internet băng rộng. Trong các môi
trường nông thôn, khi vùng phủ macrocell không đủ, Femtocell có thể là giải pháp phù hợp
cho phép các khách hàng mới truy nhập vào mạng di động và có một vùng phủ sóng rộng
trong nhà của chính họ. Trong các môi trường thành thị, Femtocell là một giải pháp tốt để
phủ sóng ở các khu tòa nhà có mật độ cao, ở đây các căn hộ hiếm khi trong tầm nhìn thẳng
của macrocell và ở đây các suy hao bởi các tòa nhà khác ảnh hưởng xấu đến vùng phủ sóng
trong nhà.
Thị trường thứ hai dành cho Femtocell đó là môi trường văn phòng, ở đây dung lượng
thấp của Femtocell sẽ đủ để phủ sóng một số lượng văn phòng. Trong trường hợp này, các
tòa nhà sẽ được phủ sóng bởi một bộ nhiều Femtocell mà chúng phải được tính toán, quy
hoạch cẩn thận, tương tự như cách thức của picocell.
7


Trong môi trường căn hộ, các Femtocell có thể sẽ được triển khai ở chế độ truy nhập
riêng tư. Trong môi trường văn phòng, vì sự di chuyển của người sử dụng cho nên
Femtocell thường được triển khai ở chế độ truy nhập công cộng.

Cuối cùng, một sáng kiến cho tương lại là triển khai Femtocell cho môi trường ngoài trời
ở các vùng truy cập hotspot nhỏ, ở đây các khách hàng sẽ thích thú với một vùng phủ sóng
rộng. Ở kịch bản này với giá thành rẻ, khả năng tự động cấu hình, Femtocell sẽ cho phép tạo
ra rất nhiều cell nhỏ với độ phủ sóng cao.
1.2.4.5. Sự khác nhau giữa Picocell và Femtocell
Bảng 1.2: So sánh giữa Picocell và Femtocell
Thông số
Picocell
Femtocell
Lắp đặt
Bởi nhà mạng
Bởi người dùng
Kết nối với mạng core
Cáp đồng hoặc cáp quang
ADSL. Cáp
Giá thành
Rẻ
Rất rẻ
Dung lượng
10-50 người dùng
3-5 người dùng
Phạm vi phủ sóng
<100 m
<30 m
1.2.4.6. Một số vấn đề khác
a. Nhiễu
Nhiễu là một vấn đề quan trọng gắn liền với quá trình triển khai Femtocell. Rất nhiều
vấn đề về nhiễu đã và đang được nghiên cứu và tìm kiếm giải pháp để đảm bảo triển khai
thành công Femtocell.
Các trường hợp nhiễu và tránh thông qua quy hoạch tần số:

Một nhà mạng có ba lựa chọn cơ bản đối với việc cấp tần số trong việc triển khai
Femtocell. Nó được chỉ ra trong trường hợp A, B và C
Trường hợp A: biểu diễn Femtocell triển khai trên một kênh vô tuyến riêng khác với
macrocell. Điều này giúp cho tối thiểu nhiễu giữa hai mạng và đơn giản hóa việc triển khai
Femtocell ban đầu. Trường hợp này phù hợp ở những vùng ngoại thành, nơi mà nhà mạng
có các kênh vô tuyến không sử dụng.
Trường hợp C: tất cả tài nguyên được chia sẻ giữa mạng macrocell và Femtocell. Điều này
dẫn tới tăng phạm vi quản lý nhiễu giữa các Femtocell, chủ yếu là triển khai ở những khu
thành thị mật độ cao, đồng thời cũng yêu cầu quản lý nhiễu ở mức độ cao nhất để đảm bảo
tối thiểu ảnh hưởng lên mạng macrocell từ các Femtocell đồng kênh.
Trường hợp B: biểu diễn một thỏa hiệp giữa trường hợp A và C, ở đây một vài kênh vô
tuyến được chia sẻ giữa các mạng macrocell và Femtocell và các kênh vô tuyến khác chỉ
dành cho mạng macrocell. Trong trường hợp này, macrocell có thể chuyển các thiết bị di
8


động đang được phục vụ trên kênh vô tuyến chía sẻ sang một kênh vô tuyến macrocell riêng
khi chúng tiếp cận với Femtocell. Vì các nhà mạng di động không có các kênh vô tuyến
riêng cho Femtocell trong nhiều thị trường của họ. Do đó, Femtocell cần được thiết kế với
các công nghệ giảm nhiễu tiên tiến cho phép hoạt động tin cậy khi mạng Femtocell và
macrocell chia sẻ cùng các kênh vô tuyến như trường hợp C.
Giảm thiểu nhiễu trong quá trình triển khai Femtocell đồng kênh:
Giảm thiểu nhiễu đường xuống: Tính toán độ mạnh tín hiệu nhận đường gần các
macrocell và các Femtocell khác và từ đó thiết lập mức công suất phát đường xuống đủ để
SNR có thể chấp nhận được bên trong vùng phủ sóng. Femtocell phát sóng với với mức
công suất quá cao gây nhiễu lên thiết bị di động gần đó được phục vụ trên cùng kênh vô
tuyến bởi Macrocell ở xa. Điều này có thể tạo ra một vùng “dead zone”, ở đây thậm chí việc
liên lạc với trạm gốc macrocell có thể trở nên khó khăn. Femtocell tránh trường hợp này
bằng cách đẩy các thiết bị di động sang kênh vô tuyến khác trên mạng macrocell khi các
thiết bị này đang ở chế độ nghỉ hoặc cho phép chúng vào mạng Femtocell ở chế độ nghĩ, và

phân phối chúng sang một kênh vô tuyến khác trên mạng macrocell bất kể chúng bật cuộc
gọi thoại hay cuộc gọi số liệu. Với cách này tất cả cuộc gọi macrocell gần phụ cận với
Femtocell luôn diễn ra trên một kênh vô tuyến khác và từ đó có thể tránh nhiễu từ
Femtocell.
Giảm thiểu nhiễu đường lên: các trạm gốc macrocell duy trì độ ổn định của hệ thống trên
đường lên thông qua việc điều khiển tổng công suất đường lên nhận được Điều này được
thực hiện thông qua các báo cáo đo lường từ các thiết bị di động, từ đó tính toán suy hao
đường của chúng tới trạm gốc macrocell gần nhất, và giới hạn công suất phát của chúng
bằng các thuật toán điều khiển công suất.
b. Handover
Quá trình Handover Femtocell cần thiết để đảm bảo rằng vùng phủ sóng không gián
đoạn, cuộc gọi diễn ra liên tục khi người dùng di chuyển vào hoặc ra khỏi một Femtocell.
Femtocell handover có nhiều thử thách hơn so với quá trình handover macrocell bình
thường vì mạng backhaul khác nhau và cũng ít xảy ra việc liên lạc trực tiếp giữa Femtocell
và macrocell. Quá trình Femtocell handover xảy ra theo ba cách sau:
 Hand-in: Handover giữa macrocell tới Femtocell
 Hand-out: Handover giữa Femtocell và Macrocell
 Femtocell tới Femtocell: Handover xảy ra giữa một Femtocell và một Femtocell khác
gần nó. Điều này thường xảy ra ở các văn phòng, ở đó có thể có nhiều Femtocell để
phủ sóng liên tục trong một tòa nhà.
c. Chất lượng dịch vụ
9


Khi dùng một kết nối ADSL tại nhà, một trạm gốc access point phải chia sẻ băng thông
backhaul với các dịch vụ khác như duyệt Internet, game, set-top-box, và các thiết bị triple
play nói chung, hoặc thay thế trực tiếp cho các chức năng bên trong một khối tích hợp. Ở
phương pháp chia sẻ băng thông, là phương pháp chủ yếu hiện được phát triển, thì ảnh
hưởng đến chất lượng dịch vụ có thể là là một vấn đề.
d. Vấn đề bảo mật

Khi đề cập đến vấn đề bảo mật trong Femtocell, chúng ta phải xét đến một số khái niệm
đang tồn tại:
 Bảo mật người dùng (User privacy)
 Từ chối dịch vụ và tính sẵn sàng của các dịch vụ phổ biến
 Lừa gạt và ăn cắp dịch vụ: khái niệm này được chú ý trong trường hợp các người
dùng không được cấp quyền kết nối với Femtocell.
Lỗ hổng bảo mật: Có nhiều khu vực mà ở đó có thể gây nguy hại cho toàn hệ thống
Femtocell. Các khu vực chủ yếu của các lỗ hổng an ninh Femtocell được đưa ra dưới đây:
 Các kênh vô tuyến trong Femtocell
 Bản thân mạng Femtocell
 Kết nối Internet:
Các biện pháp an ninh: Để ngăn chặn việc tấn công an ninh thành công lên Femtocell, có
một vài phạm vi có thể được lưu ý đến:
 Sử dụng IPSec
 Xác thực bảo mật Femtocell
 Bảo mật đường truyền kết vô tuyến.
 Giao thức xác thực mở rộng (EAP)
e. Các vấn đề về công suất và sức khỏe
Các vấn đề ảnh hưởng của Femtocell lên sức khỏe đang giành được sự quan tâm lớn, đó
là các vấn đề liên quan đến việc sử dụng tần số vô tuyến bức xạ.
Các mức công suất của Femtocell: Các mức công suất Femtocell khá thấp và sử dụng các
access point công suất thấp cho các liên lạc trong khoảng nhỏ. Chúng cải thiện vùng phủ
sóng và dung lượng và dùng cùng dạng tín hiệu sử dụng giữa các trạm gốc tổ ong và các
điện thoại. Các mức công suất giống như các mức công suất sử dụng bởi các access point
wireless ban đầu cho WiFi. Các điện thoại dùng Femtocell sẽ có công suất ở mức thấp giống
như trong dải vô tuyến, các mức công suất của nó sẽ chỉ giảm đến mức yêu cầu cần thiết để
đảm bảo tin cậy cho các liên lạc. Bằng cách này tổng mức tín hiệu vô tuyến có thể giảm.
10

Nghiên cứu các vấn đề về sức khỏe: Hiện nay theo luật 1/d^2 khi mà công suất giảm bằng
căn bậc hai của khoảng cách Femtocell phải không gây bất ảnh hưởng nào.
Để những người thiết kết các thiết bị vô tuyến có thể thiết kế một chuẩn an toàn được thống
nhất chung, Femtocell được thiết kế với cùng các giới hạn an toàn như được áp dụng trong
tất cả các thiết bị không dây như các thiết bị di động, các thiết bị Bluetooth, các access point
WiFi…
f. Đồng bộ phổ và độ chính xác
Những phạm vi mà nhà vận hành mạng Femtocell yêu cầu đồng bộ và chính xác là:
+ Cung cấp thông tin tần số cho các đầu cuối di động
+ Đảm bảo handover tin cậy
+ Giảm nhiễu
+ Đảm bảo Femtocell nhận biết các cell site lân cận
Các mức chính xác được định nghĩa trong nhiều chuẩn khác cho các loại cell khác
nhau. Các mức này dẫn đến sự thay đổi theo loại cell mà các trạm gốc đang phục vụ. Có thể
sử dụng một chuẩn có độ ổn định rất cao để cung cấp mức chính xác và đồng bộ Femtocell
theo yêu cầu. Tuy nhiên chi phí có thể là một vấn đề, do đó các phương pháp khác để đồng
bộ Femtocell và độ chính xác tần số ở mức độ yêu cầu có thể hiệu quả hơn. Có rất nhiều
cách để thực hiện đồng bộ Femtocell. Chúng ta có thể sử dụng một số nguồn đồng bộ thời
gian. Cụ thể là:
 Dùng Internet để đồng bộ Femtocell
 Dùng GPS để đồng bộ Femtocell
 Dùng các bộ phát TV để đồng bộ Femtocell
g. Chuẩn hóa Femtocell
Chuẩn Femtocell bao gồm bốn phần chính: cấu trúc mạng; các giao diện và can nhiễu vô
tuyến; quản lý, dự liệu và an ninh cho Femtocell. Về mặt cấu trúc mạng, giao diện chủ yếu
giữa hàng triệu Femtocell tiềm năng và các gateway trong lõi mạng được gọi là Iuh. Việc sử
dụng lại các giao thức 3GPP UMTS sẵn có và mở rộng chúng nhằm mục đích hỗ trợ các
nhu cầu triển khai Femtocell số lượng lớn.
Công việc xúc tiến công nghệ Femtocell hợp nhất theo chuẩn 3GPP phiên bản 9 vẫn
đang tiếp tục, hướng đến LTE Femtocell cũng như hỗ trợ chức năng tiên tiến hơn cho

Femtocell 3G. Tiêu chuẩn Femtocell cũng đang được phát triển cho các công nghệ giao diện
vô tuyến bổ sung phù hợp với các nhóm công nghệ khác.
1.2.4.7. Tương lai của Femtocell
Tính đến nay, đã có 37 nhà mạng triển khai Femtocell tại 23 quốc gia và 15 cam kết
sẽ triển khai công nghệ này của các nhà mạng. Informa Telecoms Media ước tính sẽ có hơn
11


2,3 triệu Femtocell được lắp đặt trong nhà và văn phòng, cũng như các Femtocell công cộng
tại khu vực đô thị và nông thôn. Như vậy, số Femtocell 3G sẽ nhiều hơn so với số trạm BTS
3G thông thường trên toàn cầu. Informa dự báo, vào năm 2014, toàn cầu sẽ có 48 triệu điểm
truy cập sử dụng công nghệ Femtocell.Một báo cáo mới đây dự báo rằng sự chấp nhận rộng
rãi các thiết bị Femtocell 3G ở châu Âu sẽ giúp cho Femtocell nhanh chóng được cấp giấy
chứng nhận chính thức như một chuẩn công nghiệp.
Hãng Fost & Sullivan dự báo năm 2014 sẽ có 11,8 triệu thuê bao Femtocell và các
nhà cung cấp thiết bị Femtocell sẽ tạo ra một giá trị khoảng 401,2 triệu. Hình vẽ trên thể
hiện vị trí của Femtocell trong một mạng di động tòan cầu. Một yếu tố quyết định trong việc
chấp nhận Femtocell của các nhà khai thác 3G là vấn đề giá thành. Điều này là khá quan
trọng vì người sử dụng cuối có thể sẽ thuê Femtocell của các nhà cung cấp dịch vụ nếu như
họ cảm thấy không có bất cứ lợi ích gì của việc mua thiết bị và điều này sẽ gây khó khăn
trong kinh doanh cho các nhà cung cấp thiết bị và dịch vụ.
Kết luận chƣơng 1.
Ngày nay Femtocell là một phần quan trọng trong kế hoạch phát triển đối với các nhà
mạng viễn thông di động tổ ong. Femtocell không chỉ đem lại thêm nhiều ưu điểm cho
người dùng trong việc cải thiện hiệu năng trong nhà, hoặc ở văn phòng, mà nó còn có khả
năng cung cấp các dịch vụ gia tăng với hứa hẹn chi phí thấp hơn. Đối với nhà mạng,
Femtocell cung cấp một cách thức hiệu quả về mặt kinh tế cải thiện vùng phủ sóng và tăng
thêm lợi nhuận bằng việc cung cấp các dịch vụ gia tăng. Từ đó ta có thể nhận định rằng việc
sử dụng Femtocell sẽ trở thành chỗ dựa chính cho bản đồ viễn thông di động tổ ong trong
tương lai.

Femtocell là một giải pháp giúp tiết kiệm vốn và chi phí vận hành mạng di động
trong khi vẫn cải thiện vùng phủ và dung lượng hệ thống. Tuy nhiên, bên cạnh đó vẫn còn
rất nhiều vấn đề về mặt kĩ thuật như phân cấp tần số, nhiễu, QoS… Trong đó vấn đề điều
khiển truy nhập thông qua giải pháp truy nhập: đóng, mở, hỗn hợp sẽ được trình bày trong
chương hai của luận văn. Phần này sẽ trình bày về các phương pháp điều khiển truy nhập
cho Femtocell cùng với những ưu điểm cũng như hạn chế của các phương pháp này. Các
mô hình kinh doanh và các yếu tố kĩ thuật của các phương pháp truy nhập mạng
Femtocell/Macrocell cũng được đề cập. Sự cần thiết của các phương pháp truy nhập hỗn
hợp và một vài mô hình sẽ được trình bày trong phần cuối của tài liệu.
CHƢƠNG 2: GIẢI PHÁP TRUY NHẬP TRONG FEMTOCELL
2.1. Các phƣơng pháp truy nhập
12


Trong một mạng hai lớp, người dùng được phân thành hai đối tượng, phụ thuộc vào kết
nối mà họ có:
 Đối tượng là thuê bao Femtocell- là những người dùng đã đăng ký trong Femtocell.
Thuê bao này được định nghĩa là một người dùng hợp pháp trong mạng Femtocell,
thông thường là các thiết bị đầu cuối của những người sở hữu Femtocell hoặc gia
đình, bạn bè thân quen của họ.
 Đối tượng không phải là thuê bao Femtocell- là những người dùng không đăng ký
trong mạng Femtocell.
Theo 3GPP, có ba phương pháp truy nhập Femtocell được đề xuất: truy nhập đóng, truy
nhập mở và truy nhập hỗn hợp. Chế độ truy nhập đóng còn đươc gọi là nhóm thuê bao đóng
CSG, và danh sách các thuê bao trong Femtocell còn gọi là danh sách CSG. Bảng 2.1 đưa ra
từng loại đối tượng người dùng cho mỗi loại.
Bảng 2.1: Ba chế độ truy nhập được định nghĩa trong 3GPP.
Đối tượng
Truy nhập đóng
Truy nhập mở

Truy nhập hỗn hợp
Thuê bao Femtocell
Truy nhập
Truy nhập
Truy nhập ưu tiên
Không phải là thuê
bao Femtocell
Không cho phép
truy nhập
Truy nhập
Giới hạn truy nhập
2.2. Giải pháp Femtocell truy nhập đóng
Ở chế độ truy nhập đóng, chỉ những thuê bao Femtocell mới được phép kết nối với
Femtocell của họ. Trong trường hợp này, danh sách những người dùng đã đăng ký được
quyết định bởi chính người sở hữu Femtocell và được thiết lập bởi nhà mạng.
Danh sách những người dùng được phép được lưu trữ trong mạng core và không thể
chỉnh sửa thông tin. Việc triển khai CSG Femtocell hiện nay dựa trên nguyên tắc danh sách
CSG được quản lý bởi người sở hữu mạng thông qua một trang web được bảo vệ. Trang
web này cho phép khách hàng đăng nhập và thêm hoặc bớt khách sử dụng bằng số điện
thoại của họ. Sau đó nhà mạng có thể cập nhật cơ sở dữ liệu CSG vào mạng core. Phần sau
sẽ cho thấy rằng các người dùng khách không đăng ký tạo ra một lượng nhiễu lớn, do đó
danh sách CSG này phải được cập nhật thường xuyên khi có thể. Cập nhật hàng ngày có vẻ
như là một tần suất hợp lý cho nhà mạng.
2.2.1. Triển khai Femtocell CSG
Việc triển khai thương mại Femtocell diện rộng đầu tiên tập trung vào những vùng
mà vùng phủ sóng từ các macrocell tín hiệu kém nhưng các kết nối băng rộng đã được triển
khai đầy đủ.
13

Mọi người kì vọng rằng hầu hết các quá trình triển khai Femtocell sẽ được tập trung
ở thị trường quốc nội, bắt đầu từ những vùng nông thôn nơi mà vùng phủ sóng các
macrocell kém, và phát triển tăng dần ở các thành phố, nơi có mật độ khách hàng cao hơn.
Ở các thành phố, việc tránh nhiễu sẽ đóng vai trò quan trọng với CSG Femtocell.
2.2.2. Thách thức kĩ thuật và giải pháp xử lý
Ở các đô thị khi sử dụng công nghệ truy nhập Femtocell đóng, các đối tượng không phải
là thuê bao kết nối với mạng macrocell khỏe nhất. Kết quả là nhiễu cross-layer được tạo ra.
Xét ví dụ: khi một người dùng qua đường đi bộ dọc theo một con đường, ở đây triển khai
nhiều Femtocell CSG thì khi đó sẽ xảy ra:
 Liên lạc đường xuống của người dùng này bị làm nhiễu bởi các access point
Femtocell FAP.
 Liên lạc đường lên của các mạng Femtocell bị làm nhiếu bởi người dùng đó.
Càng gần các mạng Femtocell, chất lượng liên lạc của người dùng càng kém do nhiễu.
Hầu hết thử thách là trong trường hợp người dùng ngoài trời không phải là thuê bao
Femtocell đi vào căn hộ nơi có đặt một access point Femtocell FAP. Người đó trở thành đối
tượng không phải thuê bao khách và tạo ra nhiễu cho toàn bộ căn hộ. Một giải pháp đó là
các đối tượng không phải thuê bao có quyền kết nối trong một khoảng thời gian ngắn. Nó
thực tế tương tự như ở chế độ truy nhập hỗn hợp, hạn chế những người dùng khách sử dụng
Femtocell trong một khoảng thời gian.
Nhiễu co-layer sinh ra bởi các Femtocell kế cận, đặc biệt là những nơi triển khai mật độ
dày. Trong hầu hết các trường hợp người sử dụng lắp đặt Femtocell của họ tại những vị trí
bất kì trong ngôi nhà của họ. Do đó, các thuê bao đôi khi bị gây nhiễu bởi các cell kế cận,
nên không thể kết nối. Để giảm tác hại các yếu tố tiêu cực của Femtocell trên tổng thể
mạng, các nhà mạng và các nhà sản xuất tìm kiếm một giải pháp mới nhằm tối thiểu cả
nhiễu cross-layer và nhiễu co-layer, do đó các công nghệ khử nhiễu và tránh nhiễu cho
mạng Femtocell hiện nay là những thử thách nghiên cứu chính.
Ý tưởng giải pháp nhằm giảm thiểu nhiễu là thay đổi hình dạng vùng phục vụ tốt nhất
của Femtocell cho các tòa nhà. Tuy nhiên, điều này không thực tế vì ta không biết vị trí đặt
FAP cũng như cấu trúc của tòa nhà. Giải pháp thay thế là thay đổi mức tín hiệu của môi
trường trong nhà Femtocell để nó lớn hơn so với bất cứ cell nào khác. Điều này có thể được

thực hiện thông qua một tiến trình học tập, ở đây các thuật toán điều khiển tự động được
triển khai.
Ta cũng có thể thay đổi công suất theo thời điểm trong ngày hoặc theo số thuê bao có
mặt. Chẳng hạn có thể triển khai chế độ nghỉ, khi đó Femtocell giảm công suất của nó khi
không có người dùng nào kết nối, và mức tín hiệu tăng lên phụ thuộc vào số người sử dụng
cùng lúc. Nếu thuật toán điều khiển công suất tự động được triển khai thì các FAP phải tăng
14


công suất phát của nó trong khi cố gắng nhằm đặt chất lượng dịch vụ tốt hơn. Tuy nhiên
điều này cũng có thể gây ra nhiều nhiễu hơn với các macrocell và Femtocell khác.
Như đã trình bày, một giải pháp khác nhằm giảm nhiễu là sử dụng nhiều tài nguyên tần
số hơn. Đấy là lí do tại sao việc sử dụng Femtocell OFDMA dường như có triển vọng.
OFDMA cho phép gán tần số trực giao và các tài nguyên thời gian cho các người dùng khác
nhau. Để hiệu quả, các kênh con (subchannel) và các timeslot được gán bởi chính
Femtocell. Việc gán tự động các kênh con cho Femtocell WiMax đã được khảo sát [4]. Mọi
người cũng phải chú ý đến công nghệ Femtocell LTE, trong 3GPP còn được gọi là eNodeB
trong nhà (HeNB) đang được các nhà mạng dành sự quan tâm lớn.
2.2.3. Mô hình kinh doanh
Một vài khảo sát chỉ ra rằng phương pháp truy nhập đóng là phương pháp ưa thích
cho khách hàng Femtocell trong nhà [19]. Lí do chính là hầu hết các khách hàng tiềm năng
chỉ muốn trả tiền cho mạng Femtocell mà họ có đầy đủ quyền để điều khiển danh sách
những người dùng được phép.
Giá thành cước của các access point FAP và các cuộc gọi cũng phải được quyết định.
Một vài nhà mạng ưa thích bán access point FAP với giá cố định và sau đó đề xuất một giá
thành ưu tiên cho các cuộc gọi. Một giải pháp khác là bao gồm việc thuê Femtocell với giá
hàng tháng cùng với giá ưu tiên cho các cuộc gọi hoặc không. Tuy nhiên, để thu hút khách
hàng, các nhà mạng sẽ cung cấp một chế độ đặc biệt hoặc các cuộc gọi miễn phí cho các
thuê bao Femtocell. Hơn nữa, vơi giải pháp về giá thành đầu tiên được thực hiện dựa trên
giá thành của tất cả các cuộc gọi trong cell mà cuộc gọi khởi tạo. Một vài giải pháp tiên tiến

hơn đã được đề xuất nhằm thay đổi giá cước trong khoảng thời gian gọi. Cuối cùng, vấn đề
của những người dùng “khách” Femtocell cũng phải được giải quyết trong trường hợp kí kết
roaming giữa nhà mạng của thuê bao và khách của thuê bao.
2.3. Giải pháp Femtocell truy nhập mở
Tất cả người dùng (bao gồm cả đối tượng là thuê bao và không phải thuê bao) được
phép kết nối với mạng Femtocell truy nhập mở. Do đó không có phân biệt giữa hai nhóm
người dùng.
2.3.1. Triển khai truy nhập mở
Triển khai truy nhập mở trong căn hộ: có thể được thực hiện ở những vùng có mật độ cao
mà nhiễu lớn. Hơn nữa, phương pháp truy nhập này cho phép cải thiển hiệu năng mạng,
bằng cách giải quyết vấn đề “đi qua” hoặc các người dùng “khách”, để giảm cả nhiễu co-
layer và nhiễu cross-layer. Tuy nhiên, truy nhập mở làm giảm hiệu năng của thuê bao và
tăng số lượng handover giữa các cell do sự di chuyển của những người dùng ngoài trời.
15


Điều này gây ảnh hưởng tiêu cực tới nhà mạng vì báo hiệu trong mạng tăng và các cuộc gọi
có thể bị rớt do lỗi của quá trình handover.
Triển khai cho các doanh nghiệp: cũng có thể là mục tiêu trong tương lai trong công nghiệp,
các doanh nghiệp vừa và nhỏ, thậm chí là các công ty lớn. Trường hợp này khác với so với
kịch bản trước là quy mô môi trường đòi hỏi một vài Femtocell. Femtocell có thể được triển
khai bởi nhà mạng hoặc cho chính người dùng đầu cuối tự cấu hình. Nếu chúng được triển
khai bởi các nhà mạng, thì các nhà mạng có thể quy hoạch từ đó cải thiện hiệu năng hệ
thống. Hơn nữa, nếu Femtocell có khả năng tự cấu hình, nó sẽ thu hút sự chú ý của các nhà
mạng vì khi đó không phải quan tâm đến vấn đề bảo dưỡng. Trong môi trường này
Femtocell sẽ sử dụng truy nhập mở để tất cả người làm có thể kết nối với nó.
Triển khai ở các điểm truy cập: Chúng có thể được triển khai ở các nơi công cộng như các
sân bay, công viên và các bến tàu để cài thiện vùng phủ sóng. Tuy nhiên việc triển khai này
sẽ không xuất hiện trong tương lai gần cho đến khi Femtocell được tự cấu hình toàn bộ để
giảm các tác động tiêu cực lên macrocell. Ngoài ra trước khi triển khai vẫn phải giải quyết

vấn đề triển khai mạng backbone ADSL ngoài trời.
2.3.2. Nhiễu trong môi trường truy nhập mở
Đề cải thiện hiệu năng mạng, ý tưởng giảm nhiễu đề xuất cho truy nhập đóng (cấu
hình nguồn, sử dụng các anten sector và bộ các anten, hoặc OFDMA) cũng cần thiết. Giải
pháp truy nhập mở thu hút nhà mạng, vì nó tăng dung lượng toàn mạng, và cho phép nhà
mạng tiết kiệm năng lượng bằng cách giảm công suất phát trong macrocell.
2.3.3. Quá trình chuyển giao trong môi trường truy nhập mở
Người dùng di động trong mạng Femtocell sử dụng truy nhập mở sinh ra một số
lượng lớn quá trình handover, làm giảm hiệu năng toàn mạng. Vì trễ trong kết nối backbone,
không cho phép sử dụng handover mềm ở nhưng nơi mà quá trình liên lạc diễn ra song song
ở các cell khác nhau. Do đó, một người dùng đi qua sẽ luôn thực hiện handover giữa các
mạng Femtocell ở ngoài đường, về cơ bản tăng báo hiệu trong mạng.
Bên cạnh đó, các quá trình handover không thành công cũng tăng, đặc biệt là khi
danh sách các hàng xóm không được cập nhật. Liên quan đến vấn đề này, một loạt các giải
pháp đã được đề xuất ở môi trường Femtocell nhạy cảm nhằm đạt được các thông số của
môi trường xung quanh và cập nhật danh sách các hàng xóm. Tuy nhiên nếu Femtocell được
triển khai ồ ạt, có thể sẽ dẫn tới xung đột với nhận dạng cell của các Femtocell xung quanh.
Thậm chí các chuẩn khác như HSDPA, Wimax, LTE… có thể hỗ trợ đủ cho việc nhận dạng
các cell trong mạng Femtocell, thời gian tìm kiếm có thể ảnh hưởng đến quá trình handover
thành công và các cuộc gọi có thể vẫn bị rớt.
2.3.4. Mô hình kinh doanh
16


Việc triển khai Femtocell truy nhập không giống việc triển khai trong nhà bởi dường
như khách hàng bị thu hút hơn bởi mô hình đóng. Tuy nhiên, ở môi trường này đối với
những người phải chi trả chi phí bảo dưỡng Femtocell nó có nhiều ưu điểm hơn cho các nhà
mạng.
Việc thương mại hóa mạng Femtocell truy nhập mở là mục tiêu chính ở thị trường
các doanh nghiệp. Kịch bản truyền thống sẽ là một công ty kí kết hợp đồng với nhà mạng

Femtocell để họ cung cấp cuộc gọi với chi phí thấp cho nhân viên của họ khi ở trong văn
phòng. Trong trường hợp này, nhà mạng sẽ đề xuất thuê hàng tháng mạng Femtocell. Trong
môi trường truy nhập công cộng, Femtocell thường được dùng để tăng vùng phủ và tăng
dung lượng của mạng. Trong trường hợp này, các nhà mạng sẽ làm nhiệm vụ triển khai
Femtocell.
2.4. Giải pháp Femtocell truy nhập hỗn hợp
Đối với thị trường trong nhà, cả hai phương pháp truy nhập đóng và truy nhập mở đều
gặp phải một số hạn chế nghiêm trọng:
Bảng 2.1: Truy nhập đóng và truy nhập mở
Femtocell truy nhập đóng
Femtocell truy nhập mở
Nhiễu cao hơn
Handover nhiều hơn
Thông lượng mạng thấp hơn
Thông lượng mạng cao hơn
Chỉ phục vụ cho người dùng trong nhà
Tăng dung lượng ngoài trời
Thị trường trong nhà
Doanh nghiệp vừa và nhỏ, các điểm truy
cập công cộng
Tính cước dễ dàng
Các yêu cầu về bảo mật
Do đó cần phải có sự thỏa hiệp. Đó là lí do đề xuất một giải pháp truy nhập mới gọi là
giải phát truy nhập hỗn hợp, và kết hợp với hai tính năng sau:
 Ở chế độ truy nhập CSG cho phép người dùng trong danh sách CSG có quyền truy
nhập ưu tiên.
 Ở chế độ truy nhập mở cho phép những đối tượng không phải thuê bao có quyền truy
nhập hạn chế.
Có thể có nhiều giải pháp để xác định mô hình hỗn hợp, như xác định cách thức chia sẻ
tài nguyên giữa các thuê bao và các đối tượng không phải là thuê bao. Một số yếu tố quan

trọng sau đây phải được tính đến:
 Thời gian phụ thuộc: Có phải thay đổi theo thời gian các tài nguyên được chia sẻ hay
không?
17


 Cư xử đối với những đối tượng không phải là thuê bao: Có cần phải gán một lượng
tài nguyên xác định cho tất cả các đối tượng không phải là thuê bao hoặc cho các
người dùng cá nhân hay không ?
 Chia sẻ tài nguyên: cần phải gán đồng đều (chia sẻ) tất cả tài nguyên cho tất cả người
dùng hay gán tài nguyên cố định cho các thuê bao (cấm)
2.4.1. Giải pháp truy nhập CDMA hỗn hợp
Trong CDMA khi tất cả người dùng đều chia sẻ cùng một băng tần thì dẫn đến tất cả
các người dùng (kế cả là thuê bao hay không) cũng gây nhiễu lên nhau. Do đó, mỗi lần có
một người dùng mới kết nối vào mạng Femtocell sẽ làm giảm hiệu năng của các người dùng
đang kết nối. Ở mô hình này sẽ không có một vùng ưu tiên cho các thuê bao, do đó mô hình
này tỏ ra thu hút hơn đối với các đối tượng không phải là thuê bao. Một giải pháp cho vấn
đề này dành cho nhà mạng đó là sử dụng nhiều hơn một băng tần, và gán một băng cho các
thuê bao và băng khác cho các đối tượng không phải là thuê bao.
Thử thách chính khi triển khai phương pháp truy nhập có khả năng thích ứng này là
xác định số lượng đối tượng không phải là thuê bao có quyền nhằm tối đa hiệu năng toàn
mạng đồng thời tối thiểu sự suy giảm hiệu năng các thuê bao.
2.4.2. Giải pháp truy nhập OFDMA hỗn hợp
OFDMA là một mô hình lí tưởng cho các mô hình hỗn hợp. Tuy nhiên, tài nguyên
chia sẻ cho các đối tượng không phải thuê bao phải điều chỉnh cẩn thận theo từng môi
trường và thời điểm trong ngày. Nói chung, mô hình này tỏ ra hiệu qua trong việc thay đổi
tài nguyên động nhằm thích nghi thích hơn theo sự biến thiên của kênh truyền.
2.4.3. Những thử thách trong kinh doanh, thương mại hóa
Những mô hình hỗn hợp kết hợp giữa truy nhập đóng và truy nhập mở, có lẽ hiệu quả
nhất đối với hiệu năng. Tuy nhiên, mô hình kinh doanh cho việc triển khai Femtocell phải

được đề xuất. Giải pháp đầu tiên được xem xét đó là triển khai giống mô hình Femtocell
CSG, đặc biệt nếu mô hình đã chọn luôn mang lại quyền truy nhập ưu tiên cho thuê bao.
Một giải pháp hư cấu sẽ được đề xuất cho Femtocell với chi phí thấp hơn cho khách hàng,
vì chúng cũng làm tăng hiệu năng của macrocell. Một mô hình kinh doanh khách cũng
tương thích với hóa đơn hàng tháng, phụ thuộc vào số lượng các đối tượng không phải thuê
bao được phép sử dụng Femtocell trong tháng.
Kết luận chƣơng 2.
Trong chương này các kĩ thuật truy nhập khác nhau cho Femtocell đã được giới
thiệu. Cả hai mô hình truy nhập đóng và mở có nhiều nhược điểm, một trong những nhược
điểm chính là hiệu năng mạng thấp hơn do nhiễu xuyên kênh trong truy nhập đóng, ít khách
18


hàng được chấp nhận hơn cũng như sinh ra một số lượng lớn quá trình chuyển giao trong
truy nhập mở. Không giống như truy nhập mở và đóng, ở đây chế độ truy nhập hỗn hợp
được định nghĩa một cách rõ ràng, truy nhập mở cung cấp đủ loại thuật toán nhằm điều
khiển những người truy nhập Femtocell và cách thức cấu hình các kết nối. Giải pháp này
mang lại ưu điểm của cả hai giải pháp truy nhập (đóng và mở). Do đó, việc nghiên cứu vẫn
cần tìm các giải pháp truy nhập hỗn hợp thích ứng tốt với những môi trường triển khai khác
nhau.
CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG TRIỂN KHAI FEMTOCELL TRONG
MẠNG DI ĐỘNG VINAPHONE
3.1. Hiện trang mạng thông tin di động của Vinaphone
Theo số liệu cuối năm 2012, năng lực mạng với cấu hình mạng lưới vững chắc cả về
số lượng và chất lượng đã đáp ứng đầy đủ nhu cầu cho khách hàng.
VinaPhone đã vượt các chỉ tiêu quan trọng trong QCVN 36:2011/BTTTT về chất
lượng dịch vụ điện thoại trên mạng viễn thông di động mặt đất, qua đó khẳng định luôn đem
tới cho khách hàng những chất lượng, dịch vụ di động tốt nhất
3.2. Những vấn đề còn tồn tại thực tế
Mặc dù với năng lực mạng mẽ của cả mạng lõi và vô tuyến có thể đáp ứng được

200% - 300% nhu cầu sử dụng các dịch vụ thông tin di động hàng ngày. Hệ thống tổng đài
cũng được nâng cấp sẵn sàng đáp ứng cho khoảng 60 triệu thuê bao đang hoạt động. Tuy
nhiên, trong một số khu vực khảo sát trong vùng phục vụ, đặc biệt là trong các tòa nhà thì
chất lượng thoại, vùng phủ sóng trong một số trường hợp vẫn chưa đảm bảo.
Tuy vậy, với chủ trương của lãnh đạo Vinaphone không ngừng nâng cao, tối ưu
mạng lưới…Vinaphone đang không ngừng tìm kiếm những giải pháp cải thiện vùng phủ
sóng, nâng cao chất lượng thoại và Femtocell là một trong những giải pháp được lựa chọn
thử nghiệm.
3.3. Ứng dụng triển khai Femtocell tại Vinaphone
Từ cuối năm 2011, Vinaphone cũng đã tiến hành lắp đặt thử nghiệm Femtocell tại Hà
Nội và thành phố Hồ Chí Minh sử dụng giải pháp ePico của Huawei.
3.3.1. Tại Hà Nội
Kế hoạch lắp đặt Femtocell tại Hà Nội được Vinaphone tiến hành từ 28/11/2011 đến
17/08/2012. Trong đó, giai đoạn từ 28/11/2011 đến 05/01/2012 là giai đoạn tiến hành lắp
19


đặt thử nghiệm và bổ sung thêm các ý tưởng để hoàn thiện kế hoạch. Từ 29/05/2012 đến
11/06/2012 là giai đoạn tiến hành kiểm thử tại nhà khách hàng và bổ sung các kết quả kiểm
tra. Đến 17/08/2012 hoàn thành kế hoạch đo nghiệm thu.
3.3.2. Tại thành phố Hồ Chí Minh
Kế hoạch triển khai thử nghiệm Femtocell tại thành phố Hồ Chí Minh được thực hiện
từ tháng 08/2012 và tiến hành đo kiểm vào ngày 28/08/2012.
3.3.3. Sơ đồ lắp đặt
Sơ đồ lắp đặt Femtocell thử nghiệm của Vinaphone như sau:

Hình 3.1: Sơ đồ thử nghiệm Femtocell của Vinaphone
Chức năng các phần tử: NanoGSM BTS,NanoGSM BSC, NanoGSM OMC-R
Server, Nano3G AP, Nano3G AC, Nano3G OMC-R Server, NOS, SeGW, MSC/SGSN-
GGSN, Test Mobile (TEMS), Wireless Card, UE, Netwwork Server.

3.3.4. Kết quả đo kiểm
Quá trình đo kiểm cho kết quả đúng như trong kế hoạch đã đề ra. Điều đó chứng
minh việc lắp đặt thử nghiệm Femtocell tại Hà Nội và Hồ Chí Minh của Vinaphone là thành
công.
Tiến hành kết nối được trong các trường hợp sau:
+ UE đến UE, trong cùng một AP.
+ AP đến 3G Macrocell
+ AP đến GSM cell.
+ AP đến PSTN
+ PSTN đến AP.
Chuyển giao: có sự chuyển giao từ BSS của Macrocell và có chiều ngược lại.
Chất lượng vùng phủ: RSCP đo được trong tòa nhà triển khai Femtocell.
20


3.3.4.1. Trước khi lắp đặt Femtocell
Luận văn đưa ra kết quả đo kiểm khảo sát tại tòa nhà Nguyễn Chí Thanh: trước khi
triển khai Femtocell, sau khi triển khai Femtocell cùng với các yêu cầu đo kiểm.
Kết quả chỉ ra rằng về cơ bản trong phạm vi tòa nhà Nguyễn Chí Thanh, chất lượng
sóng tương đối tốt, đáp ứng được đa số nhu cầu của khách hàng trong phạm vi khảo sát. Tuy
nhiên, vẫn tồn tại một số khu vực trong tòa nhà có tình trạng sóng yếu, không có tín hiệu.
Do bị che khuất lớn nên tỉ lệ số mẫu đạt yêu cầu dưới mức cho phép.
3.3.4.2. Giải pháp giải quyết
Thử nghiệm lắp đặt một bộ Femtocell tại tầng 2 của tòa nhà (nhằm tận dụng cơ sở hạ
tầng mạng ADSL sẵn có). Thiết lập Femtocell AP sử dụng giải pháp truy nhập mở.
3.3.4.3. Kết quả đạt được sau khi bổ sung Femtocell
Sau khi lắp đặt Femtocell kết quả chỉ ra rằng: khả năng phủ sóng của tòa nhà được
cải thiện đáng kể, hạn chế và giảm thiểu những vùng sóng yếu, không có tín hiệu. Từ đó cải
thiện trải nghiệm cho người dùng trong tòa nhà. Đến lúc này, ta có thể nói giải pháp thử
nghiệm Femtocell của VNP đã có những thành công nhất định.

Lựa chọn giải pháp truy nhập Femtocell
Kết quả chỉ ra rằng: khi sử dụng chế độ truy nhập mở, số quá trình handover tăng lên.
Tuy nhiên với lượng người dùng (guest) vừa phải, không đột biến, chưa ảnh hưởng đến xác
suất thực hiện cuộc gọi. Kết quả này là đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn đề ra của VNP. Do đó,
đối với tòa nhà Nguyễn Chí Thanh, ta sẽ lựa chọn phương pháp truy nhập mở khi triển khai
Femtocell.
3.4. Một số vấn đề xảy ra cần khắc phục.
Từ những kết quả thử nghiệm như trên, chúng ta rút ra một số nhận xét sau:
+ Triển vọng triển khai Femtocell: Triển khai Femtocell làm tăng chất lượng vùng phủ, giá
thành rẻ, dễ lắp đặt. Tuy nhiên, trong quá trình triển khai Femtocell vẫn còn một số đặc
điểm cần khắc phục như sau:
+ Vấn đề nguồn cung cấp cho Femtocell.
+ Không tiếp cận được với thiết bị một cách tự do để sửa chữa.
+ Lỗi sản phẩm: cần có biện pháp để đảm bảo chất lượng của sản phẩm, đảm bảo sản phẩm
bán ra thi trường trong tương lai có chất lượng đủ yêu cầu.
+ Lỗi đường truyền
+ Lựa chọn giải pháp truy nhập
21


+ Ngoài ra, chất lượng mạng di động khi sử dụng Femtocell còn phụ thuộc vào mạng
Internet băng rộng do Femtocell kết nối với mạng lõi qua đường Internet.
+ Vấn đề chất lượng dịch vụ khi tích hợp với mạng cố định cũng là một vấn đề cần xem
xét
3.5. Đề xuất ứng dụng triển khai
Căn cứ vào kết quả đo kiểm và phủ sóng thực tế cùng với các tiêu chuẩn của
Vinaphone ban hành: đối với các công trình lớn hơn 8 tầng hoặc có diện tích sàn (diện tích 1
tầng) từ 900 m2 trở lên sử dụng các giải pháp phủ sóng thông thường sẽ không đảm bảo
được chất lượng bên trong (indoor). Dựa trên tiêu chí về chất lượng sóng của Vinaphone về
đảm bảo vùng phủ và chất lượng sóng 2G và 3G trong các tòa nhà: Dưới 80% số mẫu đo

các công trình ngoài thang máy đáp ứng mức thu 2G Rxlev≥-90 dbm hoặc 3G RSCP ≥ -
95dBm, Hoặc dưới 80 % số mẫu đo các công trình ngoài thang máy đáp ứng 2G C/I ≥ 12
dB hoặc 3G Ec/No ≥ -12 dB. Khi đó cần phải áp dụng các phương pháp để cải thiện vùng
phủ sóng và chất lượng phủ sóng trong nhà
Lắp đặt các Femtocell ở các căn hộ và các văn phòng vừa và nhỏ trong các tòa nhà.
Ngoài ra, Femtocell đề xuất sử dụng ở những khu vực có chất lượng phủ sóng kém trong
các tòa nhà, ở những nơi khuất sóng , độ che chắn lớn như các tầng hầm hoặc ở những khu
vực chuyển giao giữa các cell, chất lượng tín hiệu không đảm bảo. Femtocell có thể được sử
dụng ở những nơi có mật độ người dùng cao, tồn tại cùng với mạng macrocell, picocell sẵn
có để giảm tải lưu lượng cho chúng, mang lại lợi ích về mặt kinh tế và kĩ thuật cho cả nhà
mạng và khách hàng. Việc lựa chọn phương pháp truy nhập nào (mở, đóng, hỗn hợp) phải
được khảo sát, cân nhắc một cách kỹ càng (về mật độ người dùng, nhu cầu sử dụng, loại
hình dịch vụ, quy hoạch, phân bố cell, công suất phát thu xung quanh )
Kết luận chƣơng 3
Nội dung của chương đã thảo luận về hiện trạng của mạng thông tin di động
Vinaphone. Với năng lực mạng với cấu hình mạng lưới vững chắc cả về số lượng và chất
lượng Vinaphone đã đáp ứng đầy đủ nhu cầu cho khách hàng. Tuy nhiên bên cạnh đó, trong
một số khu vực khảo sát trong vùng phục vụ, đặc biệt là trong các tòa nhà thì chất lượng
thoại, vùng phủ sóng trong một số trường hợp vẫn chưa đảm bảo. Vinaphone đang không
ngừng tìm kiếm những giải pháp cải thiện vùng phủ sóng, nâng cao chất lượng thoại và
Femtocell là một trong những giải pháp được đề xuất lựa chọn ứng dụng. Femtocell đã được
triển khai thử nghiệm tại Hà Nội và Hồ Chí Minh và bước đầu đã thu được những thành
công nhất định. Trong chương này đã khảo sát và đề xuất ứng dụng triển khai thử nghiệm
giải pháp Femtocell của Huawei cho tòa nhà Nguyễn Chí Thanh. Mặc dù đây mới chỉ là
22


những thử nghiệm bước đầu nhưng giải pháp triển khai Femtocell đang thể hiện những lợi
thế nhất định, hứa hẹn là lời giải cho bài toán cải thiện vùng phủ sóng, nâng cao chất lượng
thoại của Vinaphone.

Tuy nhiên, do Femtocell chưa được triển khai thử nghiệm rộng rãi, nên chưa thể đánh giá
được tầm ảnh hưởng của các Femtocell với nhau và với mạng khác (Micocell, Picocell).
Điều đó gây khó khăn cho việc đánh giá lựa chọn và quyết định ứng dụng giải pháp truy
nhập Femtocell.
KẾT LUẬN
Với chủ trương của Vinaphone không ngừng nâng cao, tối ưu mạng lưới,…
Vinaphone đang tìm kiếm những giải pháp kỹ thuật - công nghệ cải thiện vùng phủ sóng,
nâng cao chất lượng thoại. Femtocell là một trong những giải pháp được lựa chọn ứng dụng
thử nghiệm. Vì vậy nghiên cứu về Femtocell là một đòi hỏi thiết yếu, là cơ sở phục vụ cho
triển khai thực tế.
Trong khuôn khổ của luận văn này, tác giả mong muốn đưa ra những vấn đề cơ bản
về Femtocell: kiến trúc và những khía cạnh cần quan tâm khi đề cập đến Femtocell. Trong
đó đi sâu tìm hiểu về khía cạnh: các giải pháp điều khiển truy nhập trong Femtocell. Đây là
kết quả của quá trình học tập và việc tìm hiểu vấn đề qua những tài liệu có liên quan từ
nhiều nguồn tư liệu được tổng hợp lại. Đặc biệt, các kết quả đo kiểm thử nghiệm được tác
giả sử dụng trên cơ sở số liệu đo kiểm do chính tác giả có điều kiện tham gia triển khai thử
nghiệm.
Tuy nhiên, do trình độ và thời gian có hạn, luận văn không tránh khỏi những thiếu
sót. Rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo, đồng nghiệp để có thể hoàn thiện
thêm kiến thức của mình.
Về phương hướng phát triển của luận văn, tác giả đề xuất thực hiện ở phạm vi đầy đủ
hơn với việc tìm hiểu, nghiên cứu các khía cạnh của Femtocell cũng như những giải pháp,
đề xuất phù hợp, thiết thực để Femtocell có thể giải quyết được bài toán cải thiện vùng phủ
sóng, nâng cao chất lượng dịch vụ cho mạng Vinaphone nói riêng, góp phần cải thiện chất
lượng mạng thông tin di động ở Việt Nam nói chung.