Tải bản đầy đủ (.pdf) (88 trang)

(LUẬN văn THẠC sĩ) NGHIÊN cứu TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ 4g LTE CHO MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG tập đoàn bưu CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM VNPT

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (15.93 MB, 88 trang )

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN TIẾN SANG

NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ 4G LTE CHO
MẠNG THƠNG TIN DI ĐỘNG TẬP ĐỒN BƯU CHÍNH
VIỄN THÔNG VIỆT NAM VNPT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS NGUYỄN VĂN KHANG

Hà Nội – 2016

1
download by : skknchat@gmail.com


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới thầy giáo PGS.TS Nguyễn
Văn Khang, người đã trực tiếp hướng dẫn tơi tận tình trong thời gian nghiên cứu và
hồn thiện luận văn này.
Tơi cũng xin được gửi lời cảm ơn tới tập thể các thầy, cô giáo của Viện Điện tử Viễn thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt thời
gian học tập và nghiên cứu tại trường.
Một lần nữa tôi xin trân trọng cảm ơn tất cả các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp
đã giúp đỡ và ủng hộ tôi trong thời gian qua. Xin kính chúc các thầy cơ giáo, các anh
chị và các bạn mạnh khoẻ, hạnh phúc và thành công.


Hà Nội, ngày … tháng….năm 2016
Tác giả luận văn

Nguyễn Tiến Sang

2
download by : skknchat@gmail.com


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp này là cơng trình nghiên cứu thực sự
của các nhân, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, thực tế dưới sự hướng
dẫn của PGS.TS Nguyễn Văn Khang, Viện Điện tử - Viễn Thông, Trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội.
Các số liệu, kết luận của luận án là trung thực, dựa trên sự nghiên cứu, của bản
thân, chưa từng được cơng bố dưới bất ký hình thức nào trước khi trình, bảo vệ trước
“Hội đồng đánh giá luận văn thạc sỹ kỹ thuật”. Các số liệu, kết quả, kết luận được tơi
tham khảo đã được trích dẫn nguồn đẩy đủ.
Một lần nữa tôi xin khẳng định về sự trung thực của lời cam kết trên.
Hà Nội, ngày…. tháng….năm 2016
Tác giả luận văn

Nguyễn Tiến Sang

3
download by : skknchat@gmail.com


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-------o0o---------

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn: Nguyễn Tiến Sang
Đề tài luận văn: Nghiên cứu triển khai công nghệ 4G LTE cho mạng thơng tin di
động tập đồn Bưu chính Viễn thơng Việt Nam VNPT
Chun ngành: Kỹ thuật Viễn thông
Mã số HV: 2014B – 140261
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả
đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 04/05/2016 với các
nội dung sau:
Gộp nội dung hai chương I và chương II thành một chương. Theo đó bố cục luận
văn sẽ được sắp xếp lại thành 3 chương như sau:
 Chương I: Tổng quan về hệ thống thông tin di động và giới thiệu công nghệ
4G LTE
 Chương II: Kiến trúc mạng 4G LTE và giao thức
 Chương III: Mô phỏng và kết quả
Ngày….tháng….năm 2016
Giáo viên hướng dẫn

Tác giả luận văn

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

4
download by : skknchat@gmail.com


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. 2

LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... 3
DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT .................................................................................... 8
DANH SÁCH HÌNH VẼ .......................................................................................... 13
DANH SÁCH BẢNG BIỂU ..................................................................................... 14
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 15
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG & GIỚI
THIỆU CÔNG NGHỆ 4G - LTE .............................................................................. 18
1.1 Tổng quan về hệ thống thông tin di động [8] ..................................................18
1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G) .....................................18
1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) ........................................19
1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G)...........................................22
1.1.4 Đánh giá ưu nhược điểm của mạng thông tin di động hiện nay đang triển
khai ở Việt Nam ................................................................................................24
1.2 Ưu điểm của hệ thống thông tin di động 4G LTE ..........................................25
1.2.1 Ưu điểm nổi bật của 4G - LTE ................................................................25
1.2.2 Sự khác nhau giữa 3G và 4G - LTE .........................................................25
1.2.3 Các ứng dụng đã tạo nên ưu điểm của 4G LTE so với 3G ......................26
1.3 Công nghệ 4G – LTE ......................................................................................27
1.3.1 Giới thiệu về công nghệ 4G – LTE ..........................................................27
1.3.2 Cấu trúc của 4G LTE ...............................................................................37
CHƯƠNG 2: QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE VÀ ÁP DỤNG TRIỂN KHAI CHO
TẬP ĐỒN BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG VIỆT NAM ......................................... 43

5
download by : skknchat@gmail.com


2.1 Khái quát về quy trình quy hoạch mạng 4G – LTE ........................................43
2.1.1 Đặc điểm hệ thống 4G - LTE ...................................................................44
2.1.2 Lựa chọn băng tần ....................................................................................45

2.1.3 Các yêu cầu đầu vào.................................................................................46
2.1.4 Thách thức trong việc quy hoạch chung cho thế hệ mạng 2G/3G và 4G
LTE

...............................................................................................................46

2.2 Định cỡ mạng vô tuyến 4G – LTE ..................................................................47
2.2.1 Băng tần hoạt động và băng thông của kênh ...........................................47
2.2.2 Các tham số đường truyền Tx/Rx ............................................................48
2.2.3 Tính tốn số lượng trạm ...........................................................................50
2.3 Dự báo lưu lượng và phân tích vùng phủ........................................................50
2.3.1 Dự báo lưu lượng .....................................................................................50
2.3.2 Phân tích vùng phủ ...................................................................................52
2.4 Quy hoạch mạng 4G LTE áp dụng cho tập đồn Bưu chính Viễn thơng Việt
Nam - VNPT .........................................................................................................52
2.4.1 Giới thiệu chung về VNPT ......................................................................52
2.4.2 Hạ tầng mạng lưới tập đoàn VNPT ..........................................................54
2.4.3 VNPT triển khai 4G – LTE ......................................................................57
2.4.4 Quy hoạch chi tiết ....................................................................................58
2.4.4.1 Quy hoạch vùng phủ .........................................................................59
2.4.4.2 Quy hoạch dung lượng ...................................................................... 74
2.4.4.3 Tối ưu mạng ...................................................................................... 77
CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ ............................................................ 79
3.1 Các lưu đồ .......................................................................................................79

6
download by : skknchat@gmail.com


3.2 Quy hoạch mạng 4G LTE ...............................................................................79

3.2.1 Quy hoạch vùng phủ ................................................................................80
3.2.1.1 Quỹ đường truyền .............................................................................80
3.2.1.2 Các mơ hình truyền sóng .................................................................. 81
3.2.2 Quy hoạch dung lượng và tối ưu số trạm của LTE ..................................83
3.2.3 So sánh vùng phủ của 4G – LTE và WCDMA ........................................84
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .........................................87
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................88

7
download by : skknchat@gmail.com


DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT
KÍ HIỆU

TỪ VIẾT TẮT

1G

One Generation Cellular

2G

Second Generation Cellular

3G

Third Generation Cellular

4G


Four Generation Cellular

3GPP

Third Generation Patnership
Project

NGHĨA
Hệ thống thông tin di độngthế
hệ thứ nhất
Hệ thống thông tin di độngthế
hệ thứ hai
Hệ thống thông tin di độngthế
hệ thứ ba
Hệ thống thông tin di độngthế
hệ thứ tư
Dự án hợp tác thế hệ thứ 3

A
ACK

Acknowledgement

Tín hiệu xác nhận
B

BCCH

Broadcast Control Channel


Kênh điều khiển quảng bá

BCH

Broadcast Control Channel

Kênh điều khiển quảng bá

BW

Band Width

Băng thông
C

CDMA
CAPEX

Code Division Multiple
Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

Capital Expenditure
Cycle Prefix

CP

Tiền tố lặp

D

DL – SCH

Downlink Share Channel

Kênh chia sẻ đường xuống

DL

Downlink

Hướng xuống
E

8
download by : skknchat@gmail.com


EDGE
E – UTRAN

Enhance Data rates for GSM Tốc độ dữ liệu tăng cường cho
Evolution

mạng GSM cải tiến

Enhance Node B

NodeB cải tiến


EPC eNodeB
F
FDMA

Frequency Division

Đa truy cập phân chia theo tần

Multiple Access

số

FDD

Frequency Division

Ghép kênh phân chia theo tần số

FEC

Duplexing Forward Error

Sữa lỗi hồi tiếp

Correction
G
GSM

Global System for Mobile


Hệ thống di động toàn cầu

GERAN

GSM/EDGE Radio Access

Mạng truy nhập vơ tuyến

Network

GSM/EDGE

General Packet Radio

Dịch vụ gói vơ tuyến thơng

Service

dụng

Guard Interval

Khoảng bảo vệ

GPRS
GI

H
HSDPA


High Speed Downlink

Truy nhập gói đường tốc độ cao

Packet Access
HDTV

High Definition Televison

Tivi có độ phân giải cao

HSOPA

High Speed OFDM Packet

Truy cập gói tốc độ cao

Acess
HO

Handover

Chuyển giao

HSPA
HSS

High Speed Packet Access


Truy cập gói tốc độ cao

Home Subscriber Server

Quản lý thuê bao

I

9
download by : skknchat@gmail.com


ITU

International

Đơn vị viễn thông quốc tế

Telecommunication Union
IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

IMS

IP Multimedia Sub-system

Hệ thống đa phương tiện sử

dụng IP

ISI

Inter-Symbol Interference

Nhiễu lên lý tự

IFFT

Inverse Fast Fourier

Biến đổi Fourier ngược

Transform
L
LTE

Long Term Evolution

LTE – A

Long Term Evolution
Advance
M

MS

Mobile Station


Trạm di động

BTS

Base Station

Trạm gốc

MIMO

Multi Input Multi Output

Đa ngõ vào đa ngõ ra

MME

Mobility Management

Quản lý tính di động

Entity
MAC

Medium Access Control

Điều khiển truy nhập trung bình

MU – MIMO

Multi User – MIMO


Đa người dùng – Đa ngõ vào đa
ngõ ra

MoU

Minutes of Using

Thời gian sử dụng

MCS

Modulation Coding Scheme

Kỹ thuật mã hóa và điều chế

O
OPEX

Operating Expense

OFDM

Orthogonal Frequency

Ghép kênh phân chia theo tần số

Division Multiple

trực giao


10
download by : skknchat@gmail.com


OFDMA

Orthogonal Frequency

Đa truy nhập phân chia theo tần

Division Multiple Access

số trực giao

P
P2P

Point to Point

PCRF

Policyand Charging Rules

Điểm đến đểm

Function
PDSCH

Physical Downlink Shared


Kênh vật lý chia sẻ đường

Channel

xuống

Physical Uplink Control

Kênh vật lý điều khiển đường

Channel

lên

Physical Downlink Control

Kênh vật lý điều khiển đường

Channel

xuống

PBCH

Physical Broadcast Channel

Kênh vật lý quảng bá

PCCH


Paging Control Channel

Kênh điều khiển tin nhắn

PCH

Paging Channel

Kênh tin nhắn

PUCCH
PDCCH

Q
QoS

Quality of Services

Chất lượng dịch vụ
R

RLC

Radio Link Control

Điểu khiển kết nối vô tuyến

RRC


Radio Resource Control

Điều khiển tài nguyên vô tuyến

RB

Resource Block

Khối tài nguyên

RE

Resource Element

Thành phần tài nguyên

RSRP

Reference Signal Receive

Cơng suất thu tín hiệu tham

Power

khảo

Refence Signal

Tín hiệu tham khảo


RS

S
SDR

Software – Defined Ratio

Phần mềm nhận dạng vô tuyến

SNR

Signal to Noise Ratio

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

11
download by : skknchat@gmail.com


SC – FDMA

Single Carrier Frequency

Đa truy nhập phân chia theo tần

Division multiple Access

số trực giao đơn sóng mang

SMS


Short Message Service

Tin nhắn ngắn

SAE

System Architecture

Cấu trúc hệ thống tăng cường

Enhance
SGSN

Serving GPRS Support

Nút cung cấp dịch vụ GPRS

Node
T
TDMA

Time Division Multiple

Đa truy cập phân chia theo thời

Access

gian


TTI

Time Transmit Interval

Khoảng thời gian phát

TDD

Time Division Duplexing

Ghép kênh phân chia theo thời
gian

TPC

Transmit Power Command

Lệnh công suất phát

U
UMB

Ultra Mobile Broadband

Di động băng thông mở rộng

UL

Uplink


Đường lên

UTRAN

UMTS Terrestrial Radio

Mạng truy nhập vô tuyến mặt

Access Networks

đất

Universal

Hệ thống thông tin di động

UMTS

Telecommunication Mobie
UE

System User Equipment

Thiết bị người dùng (di động)

V
VHE

Virtual Home Environment


Môi trường nhà ảo

VoIP

Voice IP

Thoại sử dụng IP

VNPT Group

Vietnam Posts and

Tập đồn bưu chính viễn thơng

Telecommunications Group

Việt Nam

12
download by : skknchat@gmail.com


DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1: Tiến trình phát triển của thơng tin di động ...............................................18
Hình 1.2: So sánh về cấu trúc giữa UMTS và LTE [9] ............................................37
Hình 1.3: Cấu trúc cơ bản của LTE [9] .....................................................................38
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] ...... 41
Hình 1.6:Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP và liên mạng với CDMA 2000[9]
...................................................................................................................................41

Hình 2.1: Khái quát về quá trình quy hoạch mạng LTE ...........................................43
Hình 2.2: Kiến trúc mạng 4G – LTE [11] ................................................................. 44
Hình 2.3: Vấn đề nhiễu trong mạng di động [8] .......................................................46
Hình 2.4: Các tham số đầu vào và mục tiêu của định cỡ mạng vơ tuyến [10] .........47
Hình 2.5: Quy trình tính số lượng trạm..................................................................... 50
Hình 2.6: Các tham số của mơ hình Walfisch-Ikegami ............................................68
Bảng 2.7: Tốc độ bit đỉnh tương ứng với từng tốc độ mã hóa và băng thơng .......... 75
Hình 2.8: Quan hệ giữa băng thơng kênh truyền và băng thơng cấu hình [9] .......... 76
Hình 3.1: Lưu đồ phân bổ phần quy hoạch 4G LTE .................................................79
Hình 3.2: Đề tài quy hoạch mạng 4G LTE cho tập đồn VNPT .............................. 79
Hình 3.3: Quỹ đường truyền của LTE ...................................................................... 80
Hình 3.4: Mơi trường truyền sóng trong nhà ............................................................ 81
Hình 3.5: Mơi trường truyền sóng ngồi trời ............................................................ 82
Hình 3.6: Mơi trường truyền sóng trên xe cộ............................................................82
Hình 3.7: Quy hoạch dung lượng của 4G - LTE .......................................................83
Hình 3.8: Tối ưu số trạm trong 4G LTE ................................................................... 84
Hình 3.9: So sánh quỹ đường truyền lên của LTE và WCDMA ..............................84
Hình 3.10: So sánh quỹ đường truyền xuống của LTE và WCDMA ....................... 85
Hình 3.11: So sánh vùng phủ của 4G – LTE và WCDMA....................................... 86

13
download by : skknchat@gmail.com


DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Các thông số lớp vật lý LTE .....................................................................32
Bảng 2.2: Tốc độ đỉnh của LTE theo lớp ..................................................................32
Bảng 2.3: So sánh các dịch vụ của 3G và 4G LTE ................................................... 34
Bảng 2.4: So sánh giữa HSPA, WiMAX và LTE ..................................................... 35
Bảng 3.1: Các băng tần UMTS và LTE dành cho FDD ...........................................45

Bảng 3.2. Các băng tần UMTS và LTE dành cho TDD ........................................... 46
Bảng 3.3: Các phân lớp công suất phát cho LTE UE ...............................................49
Bảng 3.4: Ví dụ về quỹ đường lên của LTE ............................................................. 64
Bảng 3.5: Ví dụ của quỹ đường xuống LTE ............................................................. 64
Bảng 3.6: So sánh quỹ đường truyền lên của các hệ thống ...................................... 65
Bảng 3.7: So sánh về quỹ đường truyền xuống của các hệ thống ............................ 66
Bảng 3.8: Tốc độ bit đỉnh tương ứng với từng tốc độ mã hóa và băng thông ..........75
Bảng 3.9: Giá trị của băng thông cấu hình tương ứng với băng thơng kênh truyền . 77

14
download by : skknchat@gmail.com


MỞ ĐẦU
Ngày 12/12/2015, Tổng Cơng ty Viễn thơng Viettel chính thức khai trương thử
nghiệm dịch vụ 4G tại tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu. Như vậy chỉ sau hơn 1 tháng nhận được
giấy phép thử nghiệm dịch vụ di động 4G số 565/GB-BTTTT ngày 23/10/2015 của
Bộ Thông tin và Truyền thông Viettel đã cung cấp dịch vụ đến người dân. Viettel đầu
tư gần 200 trạm phát sóng phủ tồn bộ khu vực dân cư của TP Vũng Tàu, TP Bà Rịa
và huyện Long Điền. Đây là lần đầu tiên tại Việt Nam một khu vực dân cư lớn được
phủ sóng 4G. Tốc độ 4G tại Vũng Tàu đạt trung bình từ 40-80Mb/s cao hơn 7 lần so
với tốc độ trung bình của 3G. Tại một số điểm tốc độ có thể đạt đến 230Mb/s gần với
tốc độ lý tưởng theo lý thuyết (cơng nghệ 4G LTE-A cao cấp hiện nay có thể đạt tốc
độ Download 300 Mb/s, Upload 150 Mb/s). Đợt trải nghiệm này sẽ giúp khách hàng
cảm nhận rõ hơn tốc độ nhanh vượt trội, ở mọi lúc, mọi nơi của dịch vụ 4G.
Trước đó 5 năm, Tháng 9 năm 2010, Bộ thông tin truyền thông đã cấp phép cho
5 doanh nghiệp thử nghiệm dịch vụ 4G gồm VNPT, Viettel, FPT Telecom, CMC và
VTC. VNPT đã đi tiên phong trong ứng dụng công nghệ mới khi hợp tác với một
công ty của Nga để thử LTE tại Hà Nội vào tháng Mười năm 2010. Trước đó, VDC,
một thành viên của VNPT, hoàn thành việc lắp đặt các trạm LTE đầu tiên tại Hà Nội.

Sự kiện này được mô tả như là mở màn cho cuộc đua cung cấp dịch vụ 4G tại Việt
Nam. Gần đây nhất là sự kiện Hội thảo Quốc tế 4G LTE tiểu vùng sông Mekong lần
thứ nhất năm 2015 do Hiệp hội Internet Việt Nam phối hợp với Tập đoàn dữ liệu
quốc tế IDG ASEAN tổ chức sẽ diễn ra vào ngày 26 tháng 3 năm 2015 tại Khách sạn
Mellia (44B Lý Thường Kiệt, Hà Nội). Theo đó nội dung chủ yếu của buổi hội thảo
tập trung giới thiệu một số vấn đề như quản lý và cấp phép tần số 4G tại Việt Nam;
những cam kết và lợi ích khi triển khai hệ sinh thái 4G; cơ hội và thách thức khi triển
khai 4G tại Việt Nam; bài học kinh nghiệm xây dựng, triển khai công nghệ 4G tại các
quốc gia khác.
Trên thế giới, công nghệ 4G đã triển khai từ rất lâu và có những bước tiến vượt
bậc. Cuối năm 2015, trên thế giới có hơn 360 đơn vị kinh doanh dịch vụ viễn thông

15
download by : skknchat@gmail.com


tại hơn 100 quốc gia đã cung cấp dịch vụ 4G và theo đó có hơn 456 triệu thuê bao.
Trong đó, khu vực châu Á có 61 đơn vị thuộc 25 quốc gia. Riêng tại khu vực Đông
Nam Á, dịch vụ 4G đã được phát triển thành công tại các quốc gia có nền cơng nghệ
tiên tiến, hiện đại như Singapore, Malaysia, Indonesia, Brune… Còn tại các quốc gia
thuộc lưu vực tiểu vùng sông Mekong, công nghệ 4G vẫn đang trong giai đoạn thử
nghiệm hoặc mới bước đầu được triển khai. Tuy nhiên, theo một nghiên cứu tổng thể
của Tập đồn cơng nghệ Qualcomm thì dự tính đến năm 2020, trên thế giới sẽ có
khoảng 25 tỷ thiết bị kết nối cơng nghệ internet di động. Như vậy, có thể khẳng định
rằng thị trường công nghệ 4G tại khu vực Đơng Nam Á nói riêng và tại Châu Á nói
chung còn rất nhiều tiềm năng phát triển.
Thực tế triển khai mạng 3G cho thấy, việc nghiên cứu các phương pháp quy
hoạch, thiết kế và ứng dụng hệ thống quy hoạch, quản lý và cung cấp dịch vụ cũng
như quản lý điều hành mạng cần được nghiên cứu giải quyết ngay từ đầu để thiết lập
mạng 4G một cách hiệu quả nhất. Là một nhân viên của tập đồn Bưu Chính Viễn

Thơng Việt Nam, hịa chung khơng khí thúc đẩy học tập và lao động tích cực, tất cả
vì sự nghiệp phát triển ngành bưu chính viễn thơng Việt Nam bền vững, hùng mạnh
và từng bước vươn tầm ra thế giới. Do vậy mà tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu
triển khai công nghệ 4G – LTE cho mạng thông tin di động tập đồn Bưu chính
Viễn Thơng Việt Nam VNPT” làm đề tài luận văn tốt nghiệp của mình.
Lịch sử nghiên cứu
Ở Việt Nam và thế giới đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu về nội dung này, đa số
hướng tới các vấn đề về lý thuyết. Tác giả hy vọng với những kết quả đạt được trong
luận văn này, có thể phát triển, nghiên cứu chuyên sâu hơn các vấn đề về triển khai,
quy hoạch mạng 4G LTE và theo đó mơ phỏng các thơng số lưu lượng mạng trên
phần mềm mơ phỏng trực quan.
Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

16
download by : skknchat@gmail.com


Luận văn hướng tới việc nghiên cứu, tìm hiểu về công nghệ mạng 4G – LTE.
Sau khi nắm được nền tảng cơ bản của hệ thống, luận văn sẽ đi sâu vào các vấn đề về
quy hoạch mạng, thiết kế, ứng dụng hệ thống quy hoạch, quản lý cung cấp dịch vụ
cũng như quản lý điều hành mạng.
Luận văn bao gồm những phần chính như sau:
PHẦN A: GIỚI THIỆU
PHẦN B: NỘI DUNG
Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động và giới thiệu cơng nghệ
4G - LTE
Trình bày tổng quan, đặc điểm các công nghệ hệ thống thông tin di động, xu
hướng phát triển các mạng di động trên thế giới và đưa ra những nghiên cứu công
nghệ 4G – LTE.
Trình bày cụ thể cấu trạng mạng 4G LTE, các giao thức, đặc điểm kênh truyền,

các kỹ thuật sử dụng trong mạng 4G LTE.
Chương 2: Quy hoạch mạng và áp dụng triển khai cho tập đồn Bưu Chính
Viễn Thơng Việt Nam
Trình bày việc quy hoạch thiết kế mạng 4G – LTE. Áp dụng triển khai cho tập
đoàn Bưu Chính Viễn Thơng Việt Nam
Chương 3: Mơ phỏng và kết quả
Mô phỏng quy hoạch mạng 4G – LTE trên môi trường Matlab và kết quả.
PHẦN C: PHỤ LỤC VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO

17
download by : skknchat@gmail.com


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG &
GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ 4G - LTE
1.1 Tổng quan về hệ thống thông tin di động [8]
1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G)
Công nghệ di động đầu tiên là công nghệ tương tự, là hệ thống truyền tín
hiệu tương tự, là mạng điện thoại di động đầu tiên của nhân loại, được khơi mào ở
Nhật Bản vào năm 1979. Những cơng nghệ chính thuộc thế hệ thứ nhất này có thể kể
đến là:
 NMT (Nordic Mobile Telephone – Điện thoại di động Bắc Âu) được sử dụng
ở các nước Bắc Âu, Tây Âu và Nga.
 AMPS (Advanced Mobile Phone Sytem – Hệ thống điện thoại di động tiên
tiến) được sử dụng ở Mỹ và Úc.
 TACS (Total Access Communication Sytem – Hệ thống truyền thơng truy
nhập tồn phần) được sử dụng ở Anh.

Hình 1.1: Tiến trình phát triển của thơng tin di động
Hầu hết các hệ thống đều là hệ thống tương tự và dịch vụ truyền chủ yếu

là thoại. Với hệ thống này, cuộc gọi có thể bị nghe trộm bởi bên thứ ba. Những

18
download by : skknchat@gmail.com


điểm yếu của thế hệ 1G là dung lượng thấp, xác suất rớt cuộc gọi cao, khả năng
chuyển cuộc gọi khơng tin cậy, chất lượng âm thanh kém, khơng có chế độ bảo
mật…Do vậy hệ thống 1G không thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng.
1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G)
Hệ thống di động thế hệ thứ 2 sử dụng truyền vô tuyến số cho việc truyền
tải. Những hệ thống mạng 2G thì có dung lượng lớn hơn những hệ thống mạng thế
hệ thứ nhất. Một kênh tần số thì đồng thời được chia ra cho nhiều người dùng (bởi
việc chia theo mã - CDMA hoặc chia theo thời gian - TDMA). Sự sắp xếp có trật tự
các tế bào, mỗi khu vực phục vụ thì được bao bọc bởi một tế bào lớn, những tế
bào lớn và một phần của những tế bào đã làm tăng dung lượng của hệ thống xa hơn
nữa.
Có 4 chuẩn chính đối với hệ thống 2G: Hệ Thống Thơng Tin Di Động Tồn
Cầu (GSM) và những dẫn xuất của nó; AMPS số (D-AMPS); Đa Truy Cập Phân
Chia Theo Mã IS-95 và Mạng tế bào Số Cá Nhân (PDC). GSM đạt được thành
công nhất và được sử dụng rộng rãi trong hệ thống 2G.
 GSM
GSM cơ bản sử dụng băng tần 900MHz. Sử dụng kỹ thuật đa truy nhập theo
thời gian TDMA. Nhưng ở đây cũng có một số những phát sinh, 2 vấn đề quan
trọng là hệ thống mơ hình số 1800 (DCS 1800, cũng được biết như GSM 1800)
và PCS 1900 (hay GSM 1900). Sau này chỉ được sử dụng ở Bắc Mĩ và Chilê,
và DCS 1800 thì được tìm thấy ở một số khu vực khác trên thế giới. Nguyên do đầu
tiên về băng tần số mới là do sự thiếu dung lượng đối với băng tần 900 MHz.
Băng tần 1800MHz có thể được sử dụng ý nghĩa và phổ biến hơn đối với người sử
dụng. Vì thế nó đã trở nên hồn tồn phổ biến, đặc biệt trong những khu vực đơng

dân cư. Vì thế đồng thời cả 2 băng tần di động đều được sử dụng, ở đây điện
thoại sử dụng băng tần 1800MHz khi có thành phần khác sử dụng lên trên mạng
900MHz.
Hệ thống GSM 900 làm việc trong một băng tần hẹp, dài tần cơ bản từ
(890 – 960 MHz). Trong đó băng tần cơ bản được chia làm 2 phần:

19
download by : skknchat@gmail.com


 Đường lên từ (890 – 915) MHz
 Đường xuống từ (935 – 960) MHz
Băng tần gồm 124 sóng mang được chia làm 2 băng, mỗi băng rộng
25MHz, khoảng cách giữa 2 sóng mang kề nhau là 200KHz. Mỗi kênh sử dụng 2 tần
số riêng biệt cho 2 đường lên và xuống gọi là kênh song công. Khoảng cách giữa 2
tần số là không đổi bằng 45MHz. Mỗi kênh vô tuyến mang 8 khe thời gian TDMA
và mỗi khe thời gian là một kênh vật lý trao đổi thông tin giữa MS và mạng GSM.
Tốc độ từ 6.5 – 13 Kbps.
GSM mới chỉ cung cấp được các dịch vụ thoại và nhắn tin ngắn, trong khi nhu
cầu truy nhập internet và các dịch vụ từ người sử dụng là rất lớn nên GSM phát triển
lên 2.5G.
GSM

HSCSD

GPRS

EDGE

Trong đó :

 HSCSD (High Speed Circuit Switched Data)
Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao: Một vấn đề quan trọng lớn nhất đối với
GSM đơn giản là về tốc độ dữ liệu chậm. GSM cơ sở có thể cải thiện tốc độ người
dùng trước chỉ là 9.6Kbps. Sau đó theo lý thuyết tốc độ người dùng đã là 14.4Kbps,
mặc dù nó khơng được thơng dụng cho lắm. HSCSD là cách đơn dàng nhất cho
mọi thứ được tải lên. Những phương pháp này chính là sự thay thế một khe thời
gian, một trạm di động có thể sử dụng nhiều khe thời gian cho một kết nối dữ
liệu. Những bổ sung trong dòng thương mại, giá trị tối đa thường là 4 khe thời
gian. Một khe thời gian có thể sử dụng tốc độ 9.6Kbps hoặc 14.4Kbps. Tồn bộ tốc
độ chính là số khe thời gian nhân với tốc độ dữ liệu của một khe thời gian. Đây chính
là mối tương quan khơng phức tạp để nâng cấp dung lượng của hệ thống, vì nó chỉ
là những yêu cầu trong việc nâng cấp phần mềm đối với mạng nhưng nó có nhiều
trở ngại. Vấn đề quan trọng nhất trong việc sử dụng tài nguyên sóng vơ tuyến một
cách khan hiếm. Bởi vì nó là chuyển mạch - mạch, HSCSD phân bố việc sử dụng

20
download by : skknchat@gmail.com


khe thời gian một cách liên tục ngay cả khi khơng có bất cứ thứ gì được truyền đi.
 GPRS (General Packet Radio Service)
Dịch vụ vơ tuyến gói chung: GPRS là một hệ thống vô tuyến thuộc giai đoạn
trung gian, nhưng vẫn là hệ thống 3G nếu xét về mạng lõi. GPRS cung cấp các kết
nối số liệu chuyển mạch gói với tốc độ truyền lên tới 171,2Kbps (tốc độ số liệu
đỉnh) và hỗ trợ giao thức Internet TCP/IP và X25, nhờ vậy tăng cường đáng kể
các dịch vụ số liệu của GSM. Cơng việc tích hợp GPRS vào mạng GSM đang tồn
tại là một quá trình đơn giản. Một phần các khe trên giao diện vô tuyến dành cho
GPRS, cho phép ghép kênh số liệu gói được lập lịch trình trước đối với một số trạm
di động. Phân hệ trạm gốc chỉ cần nâng cấp một phần nhỏ liên quan đến khối điều
khiển gói (PCU-Packet Control Unit) để cung cấp khả năng định tuyến gói giữa các

đầu cuối di động các nút cổng (Gateway). Một nâng cấp nhỏ về phần mềm cũng
cần thiết để hỗ trợ các hệ thống mã hoá kênh khác nhau. Mạng lõi GSM được tạo
thành từ các kết nối chuyển mạch kênh được mở rộng bằng cách thêm vào các nút
chuyển mạch số liệu và Gateway mới, được gọi là GGSN (Gateway GPRS Support
Node) và SGSN (Serving GPRS Support Node). GPRS là một giải pháp đã được
chuẩn hố hồn tồn với các giao diện mở rộng và có thể chuyển thẳng lên 3G về
cấu trúc mạng lõi.
 EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution)
Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM: EDGE có thể phát nhiều bit
gấp 3 lần GPRS trong một chu kỳ. Đây là lý do chính cho tốc độ bit EDGE cao
hơn. ITU đã định nghĩa 384kbps là giới hạn tốc độ dữ liệu cho dịch vụ để thực
hiện chuẩn IMT-2000 trong môi trường không lý tưởng 384kbps tương ứng với
48kbps trên mỗi khe thời gian, giả sử một đầu cuối có 8 khe thời gian.
EDGE là một kỹ thuật truyền dẫn 3G đã được chấp nhận và có thể triển khai
trong phổ tần hiện có của các nhà khai thác TDMA và GSM. EDGE tái sử dụng
băng tần sóng mang và cấu trúc khe thời gian của GSM, và được thiết kế nhằm tăng
tốc độ số liệu của người sử dụng trong mạng GPRS hoặc HSCSD bằng cách sử
dụng các hệ thống cao cấp và công nghệ tiên tiến khác. Vì vậy, cơ sở hạ tầng và

21
download by : skknchat@gmail.com


thiết bị đầu cuối hoàn toàn phù hợp với EDGE hồn tồn tương thích với GSM và
GRPS.
 
IS-95
Hệ thống mạng tế bào IS-95A được Qualcomm cho ra mắt vào những năm
1990 sử dụng kỹ thuật truy nhập vô tuyến CDMA. CDMA chia sẻ cùng một giải
tần chung. Mọi khách hàng có thể nói đồng thời và tín hiệu được phát đi trên cùng

một giải tần. Các kênh thuê bao được tách biệt bằng cách sử dụng mã ngẫu nhiên.
Các tín hiệu của nhiều thuê bao khác nhau sẽ được mã hố bằng các mã ngẫu nhiên
khác nhau, sau đó được trộn lẫn và phát đi trên cùng một giải tần chung và chỉ được
phục hồi duy nhất ở thiết bị thuê bao (máy điện thoại di động) với mã ngẫu nhiên
tương ứng. IS 95A(2G) phát triển tiếp lên IS 95B(2.5G)
Mặc dù hệ thống thông tin di động 2G được coi là những tiến bộ đáng kể
nhưng vẫn gặp phải các hạn chế sau: Tốc độ thấp và tài nguyên hạn hẹp. Vì thế cần
thiết phải chuyển đổi lên mạng thơng tin di động thế hệ tiếp theo để cải thiện dịch
vụ truyền số liệu, nâng cao tốc độ bit và tài nguyên được chia sẻ…Mặt khác, khi
các hệ thống thông tin di động ngày càng phát triển, không chỉ số lượng người sử
dụng điện thoại di động tăng lên, mở rộng thị trường mà người sử dụng còn đòi hỏi
các dịch vụ tiên tiến hơn không chỉ là các dịch vụ cuộc gọi thoại truyền thống và
dịch vụ số liệu tốc độ thấp hiện có trong mạng hiện tại. Nhu cầu của thị trường có
thể phân loại thành các lĩnh vực như: Dịch vụ dữ liệu máy tính, dịch vụ viễn thơng,
dịch vụ nội dung số như âm thanh hình ảnh. Những lý do trên thúc đẩy các tổ chức
nghiên cứu phát triển hệ thống thông tin di động trên thế giới tiến hành nghiên cứu
và đã áp dụng trong thực tế chuẩn mới cho hệ thống thông tin di động: Thông tin di
động 3G.
1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G)
Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn IMT-2000 (International Mobil
Telecommunication - 2000) cho hệ thống 3G với các ưu điểm chính được mong đợi
đem lại bởi hệ thống 3G là:
+ Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao.

22
download by : skknchat@gmail.com


+ Các dịch vụ tin nhắn (e-mail, fax, SMS, chat...)
+ Các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, xem truyền hình, nghe nhạc…)

+ Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu...)
+ Sử dụng chung một công nghệ thống nhất, đảm bảo sự tương thích tồn cầu
giữa các hệ thống.
Để thoả mãn các dịch vụ đa phương tiện cũng như đảm bảo khả năng truy
cập Internet băng thông rộng, IMT-2000 hứa hẹn cung cấp băng thông 2Mbps, nhưng
thực tế triển khai chỉ ra rằng với băng thông này việc chuyển giao rất khó, vì vậy
chỉ có những người sử dụng khơng di động mới được đáp ứng băng thông kết nối
này, cịn khi đi bộ băng thơng sẽ là 384 Kbps, khi di chuyển bằng ô tô sẽ là
144Kbps.
Các hệ thống 3G điển hình là:
 UMTS (W-CDMA)
UMTS (Universal Mobile Telephone System), dựa trên công nghệ W-CDMA,
là giải pháp được ưa chuộng cho các nước đang triển khai các hệ thống GSM muốn
chuyển lên 3G. UMTS được hỗ trợ bởi Liên Minh Châu Âu và được quản lý bởi
3GPP tổ chức chịu trách nhiệm cho các công nghệ GSM, GPRS. UMTS hoạt động
ở băng thơng 5MHz, cho phép các cuộc gọi có thể chuyển giao một cách hoàn hảo
giữa các hệ thống UMTS và GSM đã có. Những đặc điểm của WCDMA như sau:
 WCDMA sử dụng kênh truyền dẫn 5 MHz để chuyển dữ liệu. Nó cũng cho
phép việc truyền dữ liệu ở tốc độ 384 Kbps trong mạng di động và 2 Mbps
trong hệ thống tĩnh.
 Kết cấu phân tầng: Hệ thống UMTS dựa trên các dịch vụ được phân tầng,
không giống như mạng GSM. Ở trên cùng là tầng dịch vụ, đem lại những ưu
điểm như triển khai nhanh các dịch vụ, hay các địa điểm được tập trung hóa.
Tầng giữa là tầng điều khiển, giúp cho việc nâng cấp các quy trình và cho
phép mạng lưới có thể được phân chia linh hoạt. Cuối cùng là tầng kết nối,
bất kỳ cơng nghệ truyền dữ liệu nào cũng có thể được sử dụng và dữ liệu âm

23
download by : skknchat@gmail.com



thanh sẽ được chuyển qua ATM/AAL2 hoặc IP/RTP.
 Tần số: Hiện tại có 6 băng sử dụng cho UMTS/WCDMA, tập trung vào
UMTS tần số cấp phát trong 2 băng đường lên (1885MHz – 2025MHz) và
đường xuống (2110MHz – 2200MHz).
Sự phát triển của WCDMA lên 3.5G là HSxPA
 CDMA2000
Một chuẩn 3G quan trọng khác là CDMA2000, chuẩn này là sự tiếp nối đối
với các hệ thống đang sử dụng công nghệ CDMA trong thế hệ 2. CDMA2000
được quản lý bởi 3GPP2, một tổ chức độc lập và tách rời khỏi 3GPP của
UMTS.
 TD-SCDMA
Chuẩn được ít biết đến hơn là TD-SCDMA đang được phát triển tại Trung
Quốc bởi các công ty Datang và Siemens. Hiện tại có nhiều chuẩn cơng nghệ cho
2G nên sẽ có nhiều chuẩn cơng nghệ 3G đi theo, tuy nhiên trên thực tế chỉ có 2
tiêu chuẩn quan trọng nhất đã có sản phẩm thương mại và có khả năng được triển
khai rộng rãi trên toàn thế giới là WCDMA (FDD) và CDMA 2000. WCDMA
được phát triển trên cơ sở tương thích với giao thức của mạng lõi GSM (GSM MAP),
một hệ thống chiếm tới 65% thị trường thế giới. Cịn CDMA 2000 nhằm tuơng thích
với mạng lõi IS-41, hiện chiếm 15% thị trường.
1.1.4 Đánh giá ưu nhược điểm của mạng thông tin di động hiện nay đang triển
khai ở Việt Nam
Hiện nay tại Việt Nam vẫn đang sử dụng mạng thông tin di động thế hệ thứ 3
(3G). Mạng 3G đã khắc phục được các nhược điểm của các mạng thơng tin di động
thế hệ trước đó. Với việc cấu trúc mạng dùng giao thức IP kết hợp với công nghệ
ATM, cùng với việc hỗ trợ tốc độ lên tới 2Mbps, mạng thông tin di động thế hệ thứ
ba WCDMA có thể hỗ trợ người dùng các dịch vụ như: Hội nghị truyền hình, truy
cập internet tốc độ cao, download các file dữ liệu nhỏ…
Tuy nhiên, mạng di động này cũng có một số nhược điểm như: Tốc độ truyền
dữ liệu là 2Mbps, vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của người dùng, khả


24
download by : skknchat@gmail.com


năng đáp ứng các dịch vụ thời gian thực như hội nghị truyền hình là chưa cao, rất khó
trong việc download các file dữ liệu lớn. Hàng nghìn tỷ đồng được các nhà mạng Việt
Nam đầu tư cho 3G, nhưng xem ra kế hoạch thu hồi vốn khó được hồn tất đúng thời
gian dự định. Các nhà mạng cung cấp dịch vụ 3G khác sau những đầu tư ban đầu khá
rầm rộ, ở thời điểm hiện tại phải tính tốn, đã giảm tốc độ phát triển 3G, cụ thể giảm
tốc độ mở rộng vùng phủ sóng và nâng cao chất lượng phủ sóng 3G.
1.2 Ưu điểm của hệ thống thơng tin di động 4G LTE
1.2.1 Ưu điểm nổi bật của 4G - LTE
 Tốc độ dữ liệu cao hơn rất nhiều lần so với 3G
 Tăng hiệu quả sử dụng phổ và giảm thời gian trễ
 Cấu trúc mạng sẽ đơn giản hơn, và sẽ khơng cịn chuyển mạch kênh nữa
 Hiệu quả trải phổ tăng 4 lần và tăng 10 lần User/Cell so với WCDMA.
 Độ rộng băng tần linh hoạt cũng là một ưu điểm quan trọng của LTE đối với
WCDMA
1.2.2 Sự khác nhau giữa 3G và 4G - LTE
Hiện nay, công nghệ 3G cho phép truy cập Internet khơng dây và các cuộc gọi
có hình ảnh. 4G - LTE được phát triển trên các thuộc tính kế thừa từ công nghệ 3G.
Về mặt lý thuyết, mạng không dây sử dụng cơng nghệ 4G - LTE sẽ có tốc độ nhanh
hơn mạng 3G từ 4 đến 10 lần. Tốc độ tối đa của 3G là tốc độ tải xuống 14 Mbps và
5.8 Mbps tải lên. Với công nghệ 4G, tốc độ có thể đạt tới 100 Mbps đối với người
dùng di động và 1 Gbps đối với người dùng cố định. 3G sử dụng ở các dải tần quy
định quốc tế cho UL: 1885 – 2025 MHz; DL: 2110 - 2200 MHz với tốc độ từ
144kbps - 2Mbps, độ rộng BW: 5 MHz. Đối với 4G LTE thì hoạt động ở băng tần:
700 MHz - 2,6 GHz với mục tiêu tốc độ dữ liệu cao, độ trễ thấp, cơng nghệ truy cập
sóng vơ tuyến gói dữ liệu tối ưu. Tốc độ DL: 100Mbps (ở BW 20MHz), UL: 50

Mbps với 2 Anten thu một Anten phát. Độ trễ nhỏ hơn 5ms với độ rộng BW linh
hoạt là ưu điểm của LTE so với WCDMA, BW từ 1.25 MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10

25
download by : skknchat@gmail.com


×