Tìm hiểu về mạng truy nhập vô tuyến đám mây CRAN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

n

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

TÌM HIỂU VỀ MẠNG TRUY NHẬP VÔ
TUYẾN ĐÁM MÂY C-RAN
GVHD: TS. Nguyễn Thành Chuyên
Sinh viên thực hiện:
Họ tên : Đặng Trọng Dũng
MSSV

: 20102614

Lớp

: ĐTVT 1 – K55
Hà Nội, 12/2015


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

n

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

TÌM HIỂU VỀ MẠNG TRUY NHẬP VÔ
TUYẾN ĐÁM MÂY C-RAN
GVHD: TS. Nguyễn Thành Chuyên
Cán bộ phản biện:
Sinh viên thực hiện:
Họ tên : Đặng Trọng Dũng
MSSV

: 20102614

Lớp

: ĐTVT 1 – K55


Hà Nội, 12/2015


Đánh giá quyển đồ án tốt nghiệp
(Dùng cho giảng viên hướng dẫn)
Giảng viên đánh giá:......................................................
Họ và tên Sinh viên:................................................ MSSV:…………………
Tên đồ án: ................................... ................................... ...................................
…………………………………………………………………………………..
Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây:
Rất kém (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5)

Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)
Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và
1 các giả thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như
phạm vi ứng dụng của đồ án

1 2 3 4 5

2 Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế) 1 2 3 4 5
3 Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề
4

1 2 3 4 5

Có kết quả mô phỏng/thưc nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả
1 2 3 4 5
đạt được
Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)

Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp
5 thực hiện dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ 1 2 3 4 5
thống
Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết
quả đều được phân tích và đánh giá thỏa đáng.

1 2 3 4 5

Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa
kết quả đạt được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp
7
lập luận để đề xuất hướng giải quyết có thể thực hiện trong

tương lai.

1 2 3 4 5

6

Kỹ năng viết (10)
Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương
logic và đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được
đánh số thứ tự và được giải thích hay đề cập đến trong đồ án,
8
có căn lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu
chương và kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo và có
trích dẫn đúng quy định

1 2 3 4 5

9 Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa

1 2 3 4 5


học, lập luận logic và có gốc, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.)
Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)
Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/đạt giải
SVNC khoa học giải 3 cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa
10a
học (quốc tế/trong nước) từ giải 3 trở lên/ Có đăng ký bằng
phát minh sáng chế

5

Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị sinh viên
nghiên cứu khoa học nhưng không đạt giải từ giải 3 trở
10b
lên/Đạt giải khuyến khích trong các kỳ thi quốc gia và quốc tế
khác về chuyên ngành như TI contest.

2

10c Không có thành tích về nghiên cứu khoa học

0

Điểm tổng

/50

Điểm tổng quy đổi về thang 10

3. Nhận xét thêm của Thầy/Cô (giảng viên hướng dẫn nhận xét về thái độ và tinh
thần làm việc của sinh viên)
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
.........................................................................

Ngày:

/

/201

Người nhận xét
(Ký và ghi rõ họ tên)


Đánh giá quyển đồ án tốt nghiệp
(Dùng cho cán bộ phản biện)
Giảng viên đánh giá:......................................................
Họ và tên Sinh viên:................................................ MSSV:…………………
Tên đồ án: ................................... ................................... ...................................
…………………………………………………………………………………..
Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây:
Rất kém (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5)
Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)
Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và
1 các giả thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như
phạm vi ứng dụng của đồ án

1 2 3 4 5

2 Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế) 1 2 3 4 5
3 Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề
4

1 2 3 4 5

Có kết quả mô phỏng/thưc nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả
1 2 3 4 5
đạt được
Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)

Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp
5 thực hiện dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ 1 2 3 4 5
thống
Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết
quả đều được phân tích và đánh giá thỏa đáng.

1 2 3 4 5

Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa
kết quả đạt được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp
7
lập luận để đề xuất hướng giải quyết có thể thực hiện trong
tương lai.

1 2 3 4 5

6

Kỹ năng viết (10)
Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương
logic và đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được
đánh số thứ tự và được giải thích hay đề cập đến trong đồ án,
8
có căn lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu
chương và kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo và có

trích dẫn đúng quy định

1 2 3 4 5

9 Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa

1 2 3 4 5


học, lập luận logic và có gốc, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.)
Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)
Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/đạt giải
SVNC khoa học giải 3 cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa
10a
học (quốc tế/trong nước) từ giải 3 trở lên/ Có đăng ký bằng
phát minh sáng chế

5

Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị sinh viên
nghiên cứu khoa học nhưng không đạt giải từ giải 3 trở
10b
lên/Đạt giải khuyến khích trong các kỳ thi quốc gia và quốc tế
khác về chuyên ngành như TI contest.

2

10c Không có thành tích về nghiên cứu khoa học

0

Điểm tổng

/50

Điểm tổng quy đổi về thang 10

3. Nhận xét thêm của Thầy/Cô
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
.........................................................................

Ngày:

/

/201

Người nhận xét
(Ký và ghi rõ họ tên)


LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, trước sự phát triển không ngừng của hệ thống thông tin di động, các
nhà khai thác mạng di động đang phải đối mặt với một môi trường cạnh tranh khốc
liệt. Chi phí để xây dựng, vận hành và nâng cấp RAN đang ngày càng tăng mạnh và
trở nên nên đắt đỏ hơn trong khi doanh thu không có sự tăng trưởng ở mức tương

xứng. Lưu lượng truy cập internet di động đang tăng nhanh, trong khi doanh thu trung
b́ình trên mỗi người dùng không thay đổi hoặc thậm chí có xu hướng giảm xuống, ảnh
hưởng đến khả năng xây dựng mạng lưới và cung cấp các dịch vụ một cách kịp thời.
Để duy trì lợi nhuận và tăng trưởng, các nhà khai thác mạng di động phải tìm ra
những giải pháp để giảm chi phí đồng thời cung cấp các dịch vụ tốt hơn cho khách
hàng. Mặt khác, sự gia tăng của internet di động băng thông rộng cũng mở ra cơ hội
để phát triển một kiến trúc mạng nâng cao cho phép các ứng dụng và dịch vụ mới hiệu
quả hơn. Trong bối cảnh đó, C-RAN nổi lên như một giải pháp đầy hứa hẹn để giải
quyết những vấn đề đó.
Dựa trên những kiến thức tích lũy trong những năm học tập chuyên ngành Kỹ
Thuật Viễn Thông, em đã nghiên cứu, tìm hiểu và hoàn thành đồ án với nội dung đề
tài “Tìm hiểu về Mạng truy nhập vô tuyến đám mây C-RAN”. Trong quá trình làm
đồ án tốt nghiệp, mặc dù em đã rất cố gắng nhưng do thời gian hạn chế, trình độ và
kinh nghiệm có hạn nên nội dung đồ án không thể tránh khỏi những sai sót. Em rất
mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô để đồ án có thể hoàn thiện hơn. Em
xin chân thành cảm ơn TS. Đàm Nguyễn Thành Chuyên cùng các thầy cô trong viện
Điện tử viễn thông đã nhiệt tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức quý báu cho
em trong suốt 5 năm học tại trường và đặc biệt là trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp.

Hà Nội, ngày 18 tháng 12 năm 2015
Sinh viên thực hiện


Đặng Trọng Dũng

MỤC LỤC


DANH SÁCH HÌNH VẼ

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU


DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT
3GPP

3rd Generation Partnership Project

Dự án cộng tác thế hệ thứ
ba

A
AIS
ASIC

Alarm Indication Signal
Appiication Specific Integrated Circuit

ARPU

Average Revenue Per User

Tín hiệu chỉ dẫn báo động
Mạch tích hợp ứng dụng
riêng biệt
Doanh thu trung bình trên
mỗi người dùng

B

BBU
BS
C
CAPEX
CBF
CDN
CoMP

Base Band Unit
Base Station

Đơn vị băng gốc
Trạm gốc

Capitai Expenditure
Coordinated Beam-Forming
Content Distribution Network
Cooperative Multi-point processing

Chi phí đầu tư
Sự tạo chùm được kết hợp
Sự phân bổ mạng hiện tại
Quá trình xử lý đa điểm
kết hợp
Mạng RAN kiểu đám mây,
hợp tác, tập trung
Thông tin trạng thái kênh
Việc truyền/nhận hợp tác

C-RAN

Centralized, Cooperative, Cloud RAN

CSI
CT/CR
D
DPI
DSP
DSN

Channel State Information
Cooperative Transmission/Reception
Deep Packet Inspection
Digital Signal Processing
Distributed Service Network

Việc kiểm tra gói tin ẩn
Xử lý tín hiệu số
Mạng dịch vụ được phân
bổ

Enhanced Data rate for GSM
Evolution

Giải pháp tốc độ dữ
liệu nâng cao cho GSSM

F
FPGA

Field To The Exchange

FDD

Frequency Division Duplex

Mảng cổng lập trình được
dạng trường
Song công phân chia theo
tần số

G
GGSN
GPP

Gateway GPRS Support Node
General Purpose processors

GSM

Global System for Mobile

E
EDGE

H

Nút hỗ trợ cổng vào GPRS
Bộ vị xử lý mục đich
chung

Hệ thống thông tin di động
toàn cầu


HII
HSPA
HW/SW
I
ICI
IQ
I/O
J
JP
L
LTE
LTE-A
M
MAC
MIMO
O
OBRI
OFDM
OI
OPEX
O&M
P
P2P
PA
PHY
PON

Q
QoS
R
RAN
RB
RF
RRH

High Interference Indicator
High-Speed Packet Access
Hardware/Software

Chỉ số nhiễu cao
Truy nhập gói tốc độ cao
Phần cứng/Phần mềm

Inter-cell Interference
In-phase/Quadrature-phase
Input/Output

Nhiễu liên cell
Đồng pha/Vuông pha
Đầu vào/Đầu ra

Joint Processing

Xử lý hỗn hợp

Long Term Evolution
Long Term Evolution-Advanced

Tiến hóa dài hạn
Tiến hóa dài hạn nâng cao

Media Access Control
Multiple Input Multiple Output

Điều khiển truy nhập vật lý
Đa đầu vào đa đầu ra

Open BBU RRH Interface
Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Overload Indicator
Operating Expenditure
Operation and Maintence

Giao diện BBU-RRH mở
Ghép kênh phân chia thwo
tần số trực giao
Chỉ số quá tải
Chi phí vận hành
Vận hành và bảo dưỡng

Peer to Peer
Power Amplifier
Physical Layer
Passive Optical Network

Mạng ngang hàng

Bộ khuếch đại công suất
Lớp vật lý
Mạng quang thụ động

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

Radio Access Network
Resource Block
Radio Frequency
Remote Radio Head

Mạng truy nhập vô tuyến
Khối tài nguyên
Tần số vô tuyến
Trạm điều khiển vô tuyến
từ xa
Việc quản lý tài nguyên vô
tuyến

RRM

Radio Resource Management

S
SDR

Software Defined Radio

SGSN
T
TCO
TDM
TD-SCDMA

Serving GPRS Supporting Node

Sóng vô tuyến được xác
định bởi phẩn mềm
Nút hỗ trợ phục vụ GPRS

Total Cost Ownership
Time Division Multiplex
Time Division-Synchronous Code

Tổng chi phí
Ghép kênh theo thời gian
Đa truy nhập phân chia


Division Multiple Access
TEM

Telecom Equipment Manufacturer

TP
U
UE
UL/DL

UTMS

Transmission Point

theo mã đồng bộ theo thời
gian
Nhà sản xuất thiết bị viễn
thông
Diểm truyền dẫn

UniPON

User Equipment
Uplink/Downlink
Universal Mobile Telecommunication
System
Unified Pasive Optical Network

Thiết bị người dùng
Dường lên/Đường xuống
Hệ thống viễn thông di
động toàn cầu
Mạng quang thụ động
được thống nhất

V
VNI
VoIP

Visual Networking Index

Voice over IP

Chỉ số mạng ảo
Thoại qua giao thức
Internet

Wideband Code Division Multiple
Access
Wavelength Division Multiplexing

Da truy nhập phân chia
theo mã băng rộng
Ghép kênh theo bước sóng

W
WCDMA
WDM


PHẦN MỞ ĐẦU
Mạng truy nhập là nút cuối cùng trong mạng viễn thông, là thành phần giao
tiếp với con người trong quá trình đưa dịch vụ tới người dùng cuối và là thành phần
tất yếu của mạng. Hiện nay, mạng truy nhập đang phát triển không ngừng với nhiều
loại hình khác nhau như mạng truy nhập cáp đồng, mạng truy nhập sợi quang, mạng
truy nhập vô tuyến… Mỗi loại hình mạng đều có những đặc điểm khác nhau, tuy
nhiên mạng truy nhập vô tuyến đang được để ý nhiều nhất và phát triển một cách
nhanh chóng thông qua mạng thông tin di động 2G, 3G, mạng LAN không dây cho
các kết nối trong nhà với tên gọi WiFi, hay xa hơn nữa đó là mạng truy nhập vô tuyến
WiMax đang được phát triển và hậu thuẫn bởi Intel, Nokia, Motorola,… mà cạnh
tranh với nó có thể là công nghệ HSPA (High-Speed Packet Access) dựa trên nền 3G

được sự hỗ trợ của AT&T. Hay thậm chí các mạng NGN ngày nay cũng được phát
triển theo chiều hướng hỗ trợ wireless. Đó là nhờ những ưu điểm vượt trội của kỹ
thuật không dây mang lại, đạt tính di động cao mà các kỹ thuật truy nhập hữu tuyến
không thể có được. Mặc khác, với sự phát triển của mạng truy nhập băng thông rộng
thì mạng truy nhập vô tuyến gần bắt đầu gặp phải những nhược điểm của mình, tốc độ
thấp với vùng phủ sóng hẹp. Vì vậy, ngày càng có nhiều công nghệ và kỹ thuật được
nghiên cứu và phát triển để khắc phục nhược điểm này, mang lại cho người dùng một
mạng truy nhập vô tuyến băng thông rộng. Từ đầu 2011, Alcatel-Lucent công bố hợp
tác với China Mobile để phát triển C-RAN. China Mobile đang tìm kiếm nhiều giải
pháp khác nhau để phát triển các mô hình triển khai mới nhất cho mạng LTE, một
trong những mạng sử dụng số lượng lớn các trạm gốc nhỏ gọn có bộ xử lý băng gốc
(baseband) tập trung theo mô hình đám mây. Mô hình mới này giúp giải quyết được
những vấn đề còn thiếu sót của mạng RAN truyền thống và những thách thức mà các
nhà khai thác đang phải đối mặt.
Dựa trên những kiến thức tích lũy trong những năm học tập chuyên ngành Kỹ
Thuật Viễn Thông, em đã nghiên cứu, tìm hiểu và hoàn thành đồ án với nội dung đề
tài “Tìm hiểu về Mạng truy nhập vô tuyến đám mây C-RAN” Đồ án gồm 5
chương với các nội dung chính như sau:


Chương 1: Tổng quan về RAN và C-RAN
Chương 2: Cấu trúc của C-RAN
Chương 3: Những lợi ích của C-RAN
Chương 4: Những thách thức gặp phải của C-RAN
Chương 5: Những kỹ thuật và kịch bản được triển khai của C-RAN


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP VÔ
TUYẾN ĐÁM MÂY C-RAN
1.1. Mạng truy nhập vô tuyến - RAN (Radio Access Network)

1.1.1. Giới thiệu
RAN là một mạng không dây sử dụng tần số vô tuyến, trong đó bao gồm các công
nghệ được sử dụng trong các giao diện vô tuyến, trạm gốc, mạng lõi và các thiết bị
người dùng. [pcmang.com]. RAN được sử dụng rộng rãi khi đề cập đến các vấn đề
liên quan đến mạng di động.
Các nhà khai thác mạng di động đang phải đối mặt với một môi trường cạnh tranh
khốc liệt. Chi phí để xây dựng, vận hành và nâng cấp RAN đang ngày càng tăng mạnh
và trở nên nên đắt đỏ hơn trong khi doanh thu không có sự tăng trưởng ở mức tương
xứng. Lưu lượng truy cập internet di động đang tăng nhanh, trong khi doanh thu trung
b́ình trên mỗi người dùng không thay đổi hoặc thậm chí có xu hướng giảm xuống, ảnh
hưởng đến khả năng xây dựng mạng lưới và cung cấp các dịch vụ một cách kịp thời.
Để duy trì lợi nhuận và tăng trưởng, các nhà khai thác mạng di động phải tìm ra
những giải pháp để giảm chi phí đồng thời cung cấp các dịch vụ tốt hơn cho khách
hàng. Mặt khác, sự gia tăng của internet di động băng thông rộng cũng mở ra cơ hội
để phát triển một kiến trúc mạng nâng cao cho phép các ứng dụng và dịch vụ mới hiệu
quả hơn. RAN là tài sản quan trọng nhất của các nhà khai thác mạng di động trong
việc cung cấp tốc độ dữ liệu chất lượng cao, và đảm bảo dịch vụ 24x7 tới người dùng.
Kiến trúc RAN truyền thống có những đặc điểm sau đây:
 Mỗi trạm gốc – BS chỉ kết nối với một số lượng ăng-ten nhất định, vùng phủ
sóng nhỏ và chỉ xử lý truyền/nhận các tín hiệu trong vùng phủ sóng của nó.
 Dung lượng hệ thống bị giới hạn bởi nhiễu giao thoa, gây khó khăn trong việc
cải thiện năng lực phổ.
 Các BS được xây dựng trên nền tảng độc quyền.
Những đặc điểm này gây ra nhiều thách thức cho các nhà mạng. Ví dụ, việc yêu
cầu cần một số lượng lớn các BS kéo theo những đòi hỏi về sự đầu tư ban đầu, chi phí
các thiết bị hỗ trợ trạm, thuê trạm và hỗ trợ quản lý. Xây dựng thêm nhiều BS cũng có
nghĩa là chi phí đầu tư và chi phí vận hành tăng lên. Thông thường, hiệu suất sử dụng


của BS là thấp vì tải mạng trung bình thường là thấp hơn so với tải mạng giờ cao

điểm. Trong khi năng lực xử lý của các BS không thể chia sẻ được với nhau. Thử
nghiệm các BS riêng biệt là khá tốn kém và khó có thể giúp nâng cao năng lực phổ.
Cuối cùng, các BS được xây dựng dựa trên một nền tảng độc quyền có nghĩa là các
nhà khai thác di động phải quản lý nhiều nền tảng không tương thích, nếu muốn cung
cấp dịch vụ khác thì phải mua lại các hệ thống từ nhiều nhà cung cấp. Điều này khiến
kế hoạch mở rộng và nâng cấp mạng lưới trở nên phức tạp và tốn kém. Để đáp ứng sự
gia tăng nhanh chóng của các dịch vụ dữ liệu, các nhà khai thác di động cần phải
thường xuyên nâng cấp mạng lưới của họ, đồng thời vận hành mạng lưới đa chuẩn,
bao gồm GSM, WCDMA/TD-SCDMA và LTE. Tuy nhiên, nền tảng độc quyền khiến
cho các nhà cung cấp dịch vụ thiếu sự linh hoạt trong nâng cấp mạng cũng như bổ
sung dịch vụ mới.
Tóm lại, trong tương lai, RAN truyền thống sẽ trở nên quá tốn kém cho các nhà
khai thác mạng di động để giữ được lợi thế cạnh tranh trong thế giới mạng di động.
Nó thiếu hiệu quả trong việc hỗ trợ quản lý các giao diện tập trung theo yêu cầu của
các mạng không đồng bộ trong tương lai, thiếu sự linh hoạt trong việc chuyển dịch vụ
biên cho các ứng dụng sáng tạo và khả năng tạo doanh thu từ những dịch vụ mới. Các
nhà khai thác mạng di động đang phải đối mặt với những thách thức trong việc tạo ra
kiến trúc mạng vô tuyến linh hoạt hơn. Trong các phần sau, chúng ta sẽ khám phá
cách thức để giải quyết những thách thức này.
1.1.2. Những thách thức mà RAN đang gặp phải
1.1.2.1. Số lượng lớn của BS và lượng tiêu hao năng lượng lớn được liên kết
Các nhà khai thác di động liên tục giới thiệu các giao diện vô tuyến mới và
tăng số lượng các trạm BS để cung cấp các dịch vụ băng thông rộng không dây, dẫn
đến tiêu thụ năng lượng có một sự gia tăng đáng kể. Ví dụ: Trong 5 năm qua, China
Mobile, để tăng dung lượng và vùng phủ sóng, đã tăng gấp đôi số lượng các BS. Kết
quả là, tổng năng lượng tiêu thụ cũng đã tăng gấp đôi. Tiêu thụ năng lượng lớn, khiến
OPEX cao hơn và có những tác động xấu về môi trường.
Hình 1.1 cho thấy các thành phần tiêu thụ điện năng của China Mobile. Nó cho
thấy phần lớn năng lượng tiêu thụ là từ BS trong mạng truy cập vô tuyến. Bên trong

BS, chỉ một nửa số năng lượng được sử dụng bởi các thiết bị RAN; trong khi nửa còn
lại được tiêu thụ do các điều kiện vô tuyến và và các thiết bị liên quan khác.
Rõ ràng, cách tốt nhất để tiết kiệm năng lượng và giảm lượng khí thải CO 2 là
giảm số lượng BS. Tuy nhiên, đối với RAN truyền thống, điều này sẽ dẫn đến diện
bao phủ mạng và dung lượng thấp hơn. Do đó, các nhà khai thác đang tìm kiếm các
công nghệ mới để giảm năng lượng tiêu thụ mà không làm giảm vùng phủ sóng và
dung lượng. Ngày nay, có khá nhiều công nghệ cải tiến giúp giảm tiêu thụ năng lượng
của các trạm BS, chẳng hạn như giải pháp phần mềm tiết kiệm năng lượng thông qua
việc tắt các lựa chọn không cần thiết trong thời gian nhàn rỗi như lúc nửa đêm, các
giải pháp năng lượng xanh trong đó cung cấp năng lượng mặt trời, năng lượng gió và
năng lượng tái tạo khác cho các BS, cung cấp năng lượng theo điều kiện tự nhiên của
địa phương. Tuy nhiên, những công nghệ này chỉ là phương pháp bổ sung và không
thể giải quyết triệt để những vấn đề cơ bản của tiêu thụ năng lượng trong khi số lượng
BS ngày càng tăng nhanh.
Về lâu dài, các nhà khai thác di động phải có kế hoạch nâng cao hiệu quả sử
dụng năng lượng từ việc quy hoạch các kiến trúc mạng truy cập vô tuyến. Sự thay đổi
trong gốc hạ tầng chính là chìa khóa để giải quyết thách thức về vấn đề tiêu thụ năng
lượng trong mạng truy cập vô tuyến. Tập trung các BS sẽ giảm số lượng các phòng
thiết bị BS, làm giảm A/C, và sử dụng các cơ chế chia sẻ tài nguyên để cải thiện hiệu
quả sử dụng của các BS.


Hình 1.1. Việc tiêu thụ năng lượng của trạm gốc
1.1.2.2.

Sự gia tăng nhanh chóng CAPEX/OPEX của mạng RAN

Trong những năm gần đây, mức tiêu thụ dữ liệu di động đã có sự tăng trưởng
kỷ lục từ các thuê bao sử dụng điện thoại thông minh và các thiết bị di động, như máy

tính bảng. Để đáp ứng điều này, các nhà khai thác di động phải nâng cấp đáng kể
mạng lưới của họ nhằm tăng khả năng cung cấp mạng băng thông rộng di động đến
với công chúng. Tuy nhiên, trong thị trường cạnh tranh, mức độ bão hòa cao, sự thay
đổi công nghệ diễn ra nhanh chóng và doanh thu thoại giảm, các nhà khai thác đang
đứng trước những thách thức trong việc triển khai BS truyền thống với chi phí cao,
mức độ thu hồi không cao. Doanh thu trung bình mỗi người dùng (ARPU) đang ảnh
hưởng đến lợi nhuận của tất cả các nhà khai thác di động. Vì vậy, họ ngày càng trở
nên thận trọng trong tính toán tổng chi phí sở hữu (TCO) của mạng lưới mà vẫn đảm
bảo lợi nhuận cũng như tính cạnh tranh.

Hình 1.2. Sự gia tăng CAPEX của cấu trúc và sự tiến triển mạng 3G
a. Phân tích của TCO


TCO bao gồm CAPEX và OPEX, đến từ việc xây dựng và vận hành mạng. Các
CAPEX chủ yếu liên quan đến xây dựng gốc hạ tầng của mạng lưới, trong khi OPEX
chủ yếu liên quan đến hoạt động vận hành và quản lý mạng lưới.
Nói chung, có đến 80% CAPEX của một nhà khai thác di động tiêu tốn cho
RAN. Điều này có nghĩa rằng hầu hết các CAPEX có liên quan đến việc xây dựng các
nhà trạm của RAN. Các dự báo cho chi phí CAPEX trong giai đoạn 2007 – 2012 được
thể hiện trong hình 1.3. Bởi vì tín hiệu 3G/B3G (triển khai tần số 2GHz có sự suy hao
đường truyền và mất thâm nhập cao hơn so với tín hiệu 2G (triển khai tần số
900MHz), việc có nhiều các nhà trạm là cần thiết cho các cấp độ tương tự của vùng
phủ sóng 2G. Như vậy, sự gia tăng đáng kể đã được tìm thấy trong các CAPEX khi
xây dựng một mạng 3G.
Các CAPEX chủ yếu được chi tiêu tại các giai đoạn của công trình như xây
dựng các nhà trạm và bao gồm các khoản chi cho việc mua sắm và xây dựng. Chi phí
mua bao gồm việc mua bán của BS và các thiết bị bổ sung, chẳng hạn như điện và
thiết bị điều hòa không khí vv, chi cho xây dựng bao gồm quy hoạch mạng lưới, mua
lại địa điểm, các công trình dân dụng. Như thể hiện ở hình 3, cần lưu ý rằng chi phí

của thiết bị không dây lớn chỉ chiếm 35% của CAPEX, trong khi chi phí của việc mua
lại địa điểm, các công trình dân dụng, lắp đặt thiết bị là hơn 50% tổng chi phí. Về cơ
bản, điều này có nghĩa rằng hơn một nửa số CAPEX không được chi cho các chức
năng liên quan đến hiệu quả mạng không dây. Vì vậy, làm cách nào để giảm chi phí
của các thiết bị bổ sung và chi phí cài đặt và triển khai các site là rất quan trọng để
giảm CAPEX của nhà khai thác di động.


Hình 1.3 Sự phân tích CAPEX và OPEX của trạm cell
OPEX trong vận hành mạng lưới và giai đoạn bảo dưỡng đóng một phần quan
trọng trong TCO. Chi phí vận hành bao gồm các chi phí thuê địa điểm, thuê mạng
truyền dẫn, vận hành/bảo trì và các hóa đơn từ các nhà cung cấp năng lượng. Với thời
gian khấu hao 7 năm của thiết bị BS, như thể hiện trong hình 1.4, trong một phân tích
về TCO cho thấy OPEX chiếm hơn 60% của TCO, trong khi CAPEX chỉ chiếm
khoảng 40% của TCO. OPEX là một yếu tố quan trọng mà phải được các nhà khai
thác di động xem xét trong việc xây dựng các RAN trong tương lai. Cách hiệu quả
nhất để giảm TCO là giảm số lượng các site. Điều này sẽ làm giảm chi phí cho việc
xây dựng các thiết bị chính; và sẽ giảm thiểu chi phí cho việc lắp đặt và thuê các thiết
bị phát sinh bởi không gian chiếm đóng của chúng. Số lượng site giảm có nghĩa là chi
phí tương ứng của thiết bị bổ sung cũng sẽ được giảm. Điều này có thể làm giảm đáng
kể CAPEX và OPEX cho các nhà khai thác di động, nhưng kết quả là vùng phủ sóng
và trải nghiệm người dùng kém hơn trong RAN truyền thống. Vì vậy, cần tìm ra giải
pháp để tiết kiệm hiệu quả chi phí xây dựng TCO nhưng vẫn đảm bảo được khả năng
phủ sóng của mạng lưới.


Hình 1.4. Phân tích TCO của trạm cell
b. Môi trường đa chuẩn
Điều này được hiểu rằng số lượng lớn các thiết bị đầu cuối cũ, 2G, 3G, và gốc
hạ tầng B3G sẽ cùng tồn tại trong một thời gian rất dài để đáp ứng nhu cầu của người

dùng. Hầu hết các nhà khai thác di động lớn trên toàn thế giới do đó sẽ phải sử dụng
hai hoặc ba mạng. Bảng 1 so sánh sự hoạt động đa mạng của các nhà cung cấp dịch vụ
di động lớn trên thế giới.
Trong môi trường kinh tế mới, các nhà khai thác phải tìm cách để kiểm soát
CAPEX và OPEX trong quá trình phát triển kinh doanh của họ. BS chiếm phần lớn
nhất trong đầu tư gốc hạ tầng trong một mạng di động. BS đa chế độ được dự báo như
là một giải pháp hiệu quả để giảm chi phí xây dựng mạng lưới và O & M cho các nhà
khai thác. Ngoài ra, chia sẻ các tài nguyên phần cứng trong một trạm gốc đa chế độ
cũng được coi như là một phương pháp quan trọng để giảm chi phí.
Bảng 1: Sự hoạt động đa mạng của các nhà cung cấp dịch vụ di động lớn [1]
Các công nghệ
trong cell

TD-SCDMA
WCDMA

Vodafone

China
Mobile

France
Telecom

Tmobile

×

×

Verizon

SK
Telecom

Telstra

China
Unicom

×

×

×

×
×


CDMA
One&2000&
EVDO
GSM GPRS
EDGE
LTE

1.1.2.3.

×

×

×

×

×

×

×

×

×
×

×

×

Sự bùng nổ về nhu cầu gia tăng dung lượng mạng với sự sụt giảm các
ARPU

Tốc độ dữ liệu của mạng di động băng thông rộng tăng đáng kể với việc các
nhà khai thác di động giới thiệu các giao diện vô tuyến chuẩn 3G và B3G; tốc độ tiêu
thụ dữ liệu di động của người dùng ngày càng tăng cao. Một số dự báo cho thấy số
lượng người đã truy cập mạng di động băng thông rộng sẽ tăng gấp ba trong vài năm
tới, sau khi LTE và LTE-A được triển khai. Những phát hiện này phản ánh một thực tế
rằng băng thông mạng băng thông rộng không dây ngày càng cao tạo nên sự gia tăng

lưu lượng di động, bởi vì những người sử dụng điện thoại di động có thể sử dụng một
loạt các dịch vụ băng thông cao, chẳng hạn như các ứng dụng dựa trên video. Xu
hướng mới này sẽ trở thành một thách thức lớn đối với RAN trong tương lai.
Dựa trên các số liệu dự báo, lưu lượng di động toàn cầu tăng 66 lần với một tỷ
lệ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 131% giữa năm 2008 và năm 2013. Xu
hướng tương tự cũng được quan sát thấy trong mạng CMCC hiện hành. Ngược lại, tốc
độ dữ liệu đỉnh từ UMTS đến LTE-A chỉ tăng với tốc độ CAGR là 55%. Rõ ràng, như
thể hiện trong hình 1.5, có một khoảng cách lớn giữa CAGR của giao diện vô tuyến
mới và CAGR mà khách hàng cần. Để lấp đầy khoảng cách này, công nghệ với gốc hạ
tầng mới cần được phát triển để nâng cao hơn nữa hiệu suất của LTE/LTE-A.


Hình 1.5. Sự tăng trưởng lưu lượng/tốc độ dữ liệu di động băng thông rộng
Mặt khác, doanh thu của các nhà khai thác di động không có sự gia tăng ở mức
tương xứng với sự gia tăng dung lượng mạng mà họ cung cấp. Các nhà khai thác di
động tăng dung lượng thoại một cách đều đặn và các khối lượng dữ liệu tăng trưởng
nhanh chóng, nhưng doanh thu không tăng và ARPU thậm chí còn giảm trong một số
trường hợp. Để đối phó với việc doanh thu tăng trưởng chậm, các nhà khai thác đang
buộc phải liên tục cắt giảm chi phí, đặc biệt là chi phí vận hành. Điều đó có nghĩa là
các nhà khai thác di động phải tìm ra các kỹ thuật truy cập mạng mới với chi phí thấp,
dung lượng cao để đáp ứng sự tăng trưởng của lưu lượng dữ liệu di động trong khi
vẫn sự tăng trưởng về lợi nhuận.
1.1.2.4.

Tải mạng di động động và tỷ lệ sử dụng BS

Một đặc điểm của các mạng di động là thuê bao thường xuyên di chuyển từ nơi
này đến nơi khác. Từ dữ liệu dựa trên mạng lưới hoạt động thực tế, Họ nhận thấy rằng
sự chuyển động của thuê bao cho thấy một mô hình thời gian hình học rất mạnh.
Khoảng thời gian làm việc đầu, một số lượng lớn các thuê bao di chuyển từ khu dân

cư đến các khu vực trung tâm văn phòng làm việc; khi kết thúc giờ làm việc, thuê bao
di chuyển trở về nhà của họ. Do đó, việc di chuyển tải mạng trong các mạng điện
thoại di động với một mô hình tương tự, vì vậy được gọi là "hiệu ứng thủy triều". Như