Tìm hiểu công nghệ LTE và ứng dụng cho mạng mobifone

NGUYỄN HẢI CƢỜNG

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

NGUYỄN HẢI CƢỜNG

KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG

TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ LTE
VÀ ỨNG DỤNG CHO MẠNG MOBIFONE

LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT
KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG

KHOÁ 2011B
Hà Nội – Năm 2014
1


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------NGUYỄN HẢI CƢỜNG

TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ LTE
VÀ ỨNG DỤNG CHO MẠNG MOBIFONE

Chuyên ngành : Kỹ thuật Truyền thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT

KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN XUÂN DŨNG

Hà Nội – Năm 2014
2


MỤC LỤC
CÁC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................................................... 5
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................................... 10
DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ ................................................................................................. 11
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 13
CHƢƠNG 1: XU HƢỚNG PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ .......................................................... 15
VÀ DỊCH VỤ CỦA CÁC MẠNG DI ĐỘNG .............................................................................. 15
1.1
GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G .............................................. 15
1.2
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ XU HƢỚNG CÔNG NGHỆ ......................................... 15
1.2.1 Lịch sử phát triển. ......................................................................................................... 15
1.2.2 Xu hƣớng công nghệ. ................................................................................................... 20
1.2.2.1 OFDMA ................................................................................................................ 21
1.2.2.2 MIMO – Multiple Input Multiple Output ............................................................. 22
1.2.2.3 Tối ƣu giữa các lớp................................................................................................ 22
1.2.2.4 Chuyển giao và tính di động ................................................................................. 23
1.3 CÁC ỨNG DỤNG VÀ DỊCH VỤ TRONG 4G ................................................................. 23
1.3.1 Các trình ứng dụng và các dịch vụ chung: ................................................................... 26
1.3.2 Các dịch vụ dựa trên cơ sở xác định vị trí Push, Pull. ................................................. 28
1.3.3 Kết luận: ....................................................................................................................... 29

CHƢƠNG 2: MÔ HÌNH CẤU TRÚC MẠNG 4G ....................................................................... 31
2.1 CÁC YÊU CẦU VỀ CẤU TRÚC MẠNG MỚI................................................................. 31
2.2
MÔ HÌNH MẠNG 4G .................................................................................................. 36
2.2.1 Ƣu nhƣợc điểm của cấu trúc mạng 3G và 3,5G ........................................................... 36
a. Mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA ................................................................. 36
2.2.2 Mô hình mạng thông tin di động 4G ............................................................................ 38
2.3 CHỨC NĂNG CÁC PHẦN TỬ TRONG MÔ HÌNH ....................................................... 40
2.3.1 Các phần tử lớp truy nhập vô tuyến ............................................................................. 40
2.3.1.1 Thiết bị đầu cuối: .................................................................................................. 40
2.3.1.2 Điểm truy nhập vô tuyến RAP (Radio Access Point): ........................................... 41
2.3.2 Các phần tử của mạng lõi ............................................................................................. 44
2.3.3 Lớp chức năng điều khiển ............................................................................................ 46
2.3.4 Lớp dịch vụ .................................................................................................................. 49
2.4 CÔNG NGHỆ TRÊN IP VÀ IP DI ĐỘNG ........................................................................ 49
CHƢƠNG 3: DỊCH VỤ VÀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ ............................................................ 53
TRONG MẠNG 4G ...................................................................................................................... 53
3.1 DỊCH VỤ TRONG MẠNG 4G .......................................................................................... 53
3.1.1 Các loại dịch vụ cung cấp ............................................................................................ 53
3.1.2 Một số loại hình dịch vụ điển hình cho 4G .................................................................. 54
3.2. CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG DI ĐỘNG 4G............................................. 59
3.2.1 Khái niệm QoS ............................................................................................................. 59
3.2.1.1 Khái niệm QoS theo ITU ....................................................................................... 59
3.2.1.2 Khái niệm QoS theo ETSI...................................................................................... 62
3.2.2 Kiến trúc QoS ............................................................................................................... 63
3.2.3 Các tham số QoS trong mạng di động 4G .................................................................... 65

3

3.2.4 Thách thức về chất lƣợng dịch vụ trong mạng di động 4G .......................................... 67
3.2.5 Bảo mật dịch vụ............................................................................................................ 68
CHƢƠNG 4: LỘ TRÌNH TIẾN LÊN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 4 CHO
MOBIFONE, QUY HOẠCH MẠNG TẠI TP HỒ CHÍ MINH ................................................... 71
4.1. ĐẶC ĐIỂM MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG MOBIFONE ............................................. 71
4.2. TIẾN TRÌNH TRIỂN KHAI LÊN 4G TỪ 2.5 G CỦA MẠNG MOBIFONE .................. 73
4.3 QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE VÀ ÁP DỤNG CHO TP.HCM ....................................... 79
4.3.1 Khái quát về quá trình quy hoạch mạng 4G LTE ...................................................... 79
4.3.2 Dự báo lƣu lƣợng và phân tích vùng phủ ..................................................................... 79
4.3.2.1 Dự báo lưu lượng .................................................................................................. 79
4.3.2.2 Phân tích vùng phủ ................................................................................................ 80
4.3.3 Quy hoạch chi tiết ........................................................................................................ 81
4.3.3.1 Quy hoạch vùng phủ .............................................................................................. 81
4.3.3.1.1 Quỹ đường truyền ........................................................................................... 81
4.3.3.1.2 Các mô hình truyền sóng ................................................................................ 88
4.3.3.1.3 Tính bán kính cell .......................................................................................... 93
4.3.2 Quy hoạch dung lƣợng ................................................................................................. 95
4.3.4 Quy hoạch cho TP Hồ Chí Minh .................................................................................. 98
4.3.5 Tối ƣu mạng ................................................................................................................. 99
4.3.6 Điều khiển công suất kênh PUSCH của LTE ........................................................... 100
4.4 KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 101
CHƢƠNG 5: MÔ PHỎNG ........................................................................................................ 103
5.1 CÁC LƢU ĐỒ .................................................................................................................. 103
5.2 QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE........................................................................................ 104
5.2.1 Quy hoạch vùng phủ .................................................................................................. 104
5.2.1.1 Quỹ đƣờng truyền ............................................................................................... 104
5.2.1.2 Các mô hình truyền sóng .................................................................................... 105
5.2.1.3 Quy hoạch vùng phủ ........................................................................................... 106
5.2.2 Quy hoạch dung lƣợng của 4G LTE ........................................................................ 107
5.2.3 Tối ƣu số trạm ........................................................................................................... 109

5.2.4 So sánh vùng phủ của LTE và WCDMA ................................................................... 110
5.3. CHUYỂN GIAO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT ........................................................ 111
5.3.1 Giao diện chính .......................................................................................................... 112
5.3.2 Điều khiển công suất .................................................................................................. 112
5.3.2.1 Điều khiển công suất LTE ................................................................................... 112
5.3.2.2 So sánh điều khiển công suất của LTE và WCDMA .......................................... 114
5.3.3 Chuyển giao............................................................................................................... 115
5.3.3.1 Trƣờng hợp chuyển giao thành công................................................................... 116
5.3.3.2 Trƣờng hợp chuyển giao bị rớt............................................................................ 117
KẾT LUẬN ................................................................................................................................. 118
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................... 120

4


CÁC TỪ VIẾT TẮT
Viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

3G

Third Generation

Hệ thống thông tin di động thế hệ 3

3GPP

Third Generation Partnership

Dự án hợp tác thông tin di động thế hệ 3

Project

4G

Fourth Generation

Hệ thống thông tin di động thế hệ 4

AAL

ATM Adaptation Layer

Lớp thích ứng ATM

AMC

Adaptive Modulation and Coding

Điều chế và mã hóa thích ứng

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Chế độ phát không đồng bộ

BCCH

Broadcast Control Channel

Kênh điều khiển quảng bá

BER

Bit Error Rate

Tốc độ lỗi bít

BSC

Base Station Controller

Bộ điều khiển trạm gốc

BSS

Base Station System

Hệ thống trạm gốc

BTS

Base Transceiver Station

Trạm thu phát gốc

CCCH

Common Control Channel

Kênh điều khiển chung

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

CN

Core Network

Mạng lõi

CPCH

Common Packet Channel

Kênh gói chung

CPCH

Common Pilot Channel

Kênh hoa tiêu chung

Common Packet Channel Power

Phần điều khiển công suất kênh gói

Control Part

chung

CQI

Channel Quality Indicator

Chỉ thị chất lƣợng kênh

CRC

Cyclic Redundance Check

Kiểm tra vòng dƣ

CS

Circuit Switching

Chuyển mạch kênh

CSCF

Call Session Control Function

Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi

DCH

Dedicated Channel

Kênh riêng

CPCH

DPCCH

Dedicated Physical Control

Kênh điều khiển vật lý dành riêng

Channel

DPCH

Dedicated Physical Channel

Kênh vật lý riêng

DPDCH

Dedicated Physical Data Channel

Kênh dữ liệu vật lý riêng

DTX

Discontinuos Transmission

Phát không liên tục
5


Viết tắt
EDGE

ETSI

Tiếng Anh

Tiếng Việt

Enhanced Data Rates for GSM
Evolution
European Telecommunications
Standards Institute

Tốc độ số liệu tăng cƣờng phát triển
Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu.

FACH

Forward Access Channel

Kênh truy nhập đƣờng xuống

FDD

Frequency Correction Channel

Ghép song công phân chia theo tần số

GGSN

Gateway GPRS Support Node

Nút hỗ trợ GPRS cổng

Interface Between GGSN and

Giao diện giữa GGSN và mạng bên

External Network

ngoài.

GMSC

Gateway MSC

Trung tâm chuyển mạch di động cổng

Gn

Interface Between Two GSNs

Giao diện giữa hai GSN

Gp

Interface Between Two GGSNs

Giao diện giữa hai GGSN

Gi

Gr

Gs

GSM

Interface Between SGSN and

Giao diện giữa SGSN với HLR/AuC

HLR/AuC
Interface Between SGSN and

Giao diện giữa SGSN với MSC/VLR

Serving MSC/VLR

phục vụ

Global System for Mobile

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

communication
User Plane Part of the GPRS

Phía ngƣời sử dụng của giao thức Tunel

Tunelling Protocol

GPRS

Gx

Any G Interface

Giao diện G

HARQ

Hybrid Automatic Repeat Request Yêu cầu phát lại tự động nhanh

HLR

Home Location Register

HS-CSD

High Speed Circuit Switched Data Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao

GTP-U

HS-DPA

HS-DSCH

HSPDSCH

Bộ ghi định vị thƣờng trú

High Speed Downlink Packet

Truy nhập gói đƣờng xuống tốc độ cao

Access
High Speed Downlink Shared
Channel

Kênh chia sẻ đƣờng xuống tốc độ cao

High Speed Physical Downlink

Kênh chia sẻ đƣờng xuống vật lý tốc độ

Shared Channel

cao

6

Viết tắt

Tiếng Anh

HSS

Home Subscriber Server

HS-SCCH

HS-SICH

IMS

Tiếng Việt

Shared Control Channel for HSDSCH
Shared Information Channel for
HS-DSCH

Kênh điều khiển chia sẻ cho HS DSCH
Kênh thông tin chia sẻ cho HS - DSCH

Internet Protocol Multimedia
Subsystem

IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

M3UA

MTP3-User Adaptation Layer

Lớp thích ứng ngƣời sử dụng-MTP3

MAC

Medium Access Control

Điều khiển truy nhập môi trƣờng

MCS

Modulation and Coding scheme

Lƣợc đồ điều chế và mã hóa

MEHO

Mobile Evaluated Handover

Chuyển giao quyết định bởi thuê bao

MGCF

Media Gateway Control Function

Chức năng điều khiển cổng phƣơng tiện

MGW

Media Gateway

Cổng đa phƣơng tiện

MIMO

Multi Input Multi Output

Đa đầu vào đa đầu ra

MRFC

Multimedia Resource Function
Controller

Điều khiển chức năng tài nguyên đa

Multimedia Resource Function

Xử lý chức năng tài nguyên đa phƣơng

Processor

tiện

MSC

Mobile Switching Centre

Trung tâm chuyển mạch di động

MTP3b

Message Transfer Part Level 3

Mức 3 của phần truyền bản tin

NEHO

Network Evaluated Handover

Chuyển giao quyết định bởi mạng

NNI

Network Node Interface

Giao diện nút mạng

NW

Network

Mạng

PDN

Packet Data Network

Mạng dữ liệu gói

PDU

Protocol Data Unit

Đơn vị số liệu giao thức

PRACH

Physical Random Access Channel

Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý

PS

Packet Switching

Chuyển mạch gói

QAM

Quadrature Amplitude

Điều chế biên độ cầu phƣơng

MRFP

PCP

7


Viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

Modulation
QoS

Quality of Service

Chất lƣợng dịch vụ

QPSK

Quadrature Phase Shift Keying

Khóa dịch pha cầu phƣơng

RAB

Radio Access Bearer

Kênh mang truy nhập vô tuyến

RACH

Random Access Channel

Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RAN

Radio Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến

RANAP

Radio Access Network

Phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến

Application Part

RLB

Radio Link Budget

Quỹ đƣờng truyền

RLC

Radio Link Control

Điều khiển liên kết vô tuyến

RNC

Radio Network Controller

Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RNS

Radio Network Subsystem

Phân hệ mạng vô tuyến

RR

Round Robin

Phƣơng pháp vòng

RRC

Radio Resource Control

Điều khiển tài nguyên vô tuyến

SCCP

Signalling Connection Control
Part

Phần điều khiển nối thông báo hiệu

Simple Control Transmission

Giao thức truyền dẫn điều khiển đơn

Protocol

giản

SDU

Service Data Unit

Đơn vị số liệu phục vụ

SEG

Security Gateway

SGSN

Serving GPRS Support Node

SGW

Signalling Gateway

SMS

Short Message Service

SCTP

SSCF-

Nút hỗ trợ GPRS phục vụ
Dịch vụ tin ngắn

Service Specific Co-ordination
Function-

Chức năng điều phối đặc thù dịch vụ-

Service Specific Connection

Giao thức định hƣớng theo nối thông đặc

Oriented Protocol

thù dịch vụ

TCH

Traffic Channel

Kênh lƣu lƣợng

TCP

Transmission Control Protocol

Giao thức điều khiển phát

TDD

Time Division Duplex

Ghép song công phân chia theo thời gian

SSCOP

8


Viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

TDMA

Time Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo thời gian

TE

Terminal Equipment

Thiết bị đầu cuối

TFCI

TFRC

Transport Format Combination
Indicator
Transport Format Resource

Chỉ thị tổ hợp khuôn dạng phát
Tổ hợp tài nguyên khuôn dạng phát

Combination
Transport Format and Resource

Điều khiển khuôn dạng và tài nguyên

Indicator

phát

TPC

Transmit Power Control

Điều khiển công suất phát

TSN

Transmission Sequence Number

Số chuỗi phát

UDP

User Datagram Protocol

Giao thức datagram ngƣời sử dụng

UE

User Equipment

Thiết bị ngƣời dùng

TFRI

UMTS

USIM

UTRA

Universal Mobile

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

Telecommunications System
Universal Subcriber Identity

Môđun chỉ thị thuê bao toàn cầu

Module
Universal Terrestrial Radio

Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu

Access
Universal Terrestrial Radio

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn

Access Network

cầu

Uu

Radio Interface for UTRA

Giao diện vô tuyến dùng cho UTRA

VLR

Visitor Location Register

Thanh ghi định vị tạm trú

UTRAN

WCDMA

Wideband Code Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo mã băng
rộng

Access

9


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Bảng so sánh tham số công nghệ cơ bản
Bảng 2.1: Các đặc tính và lợi ích của hệ thống anten thông minh
Bảng 3.1: Các tham số QoS trong mạng di động 4G
Bảng 4.1: Ví dụ về quỹ đƣờng lên của mạng 4G LTE
Bảng 4.2: Ví dụ về quỹ đƣờng xuống mạng 4G LTE
Bảng 4.3: So sánh quỹ đƣờng truyền lên của các hệ thống
Bảng 4.4: So sánh về quỹ đƣờng truyền xuống của các hệ thống
Bảng 4.5: Các giá trị K sử dụng cho tính toán vùng phủ sóng
Bảng 4.6: Tốc độ bit đỉnh tƣơng ứng với từng tốc độ mã hóa và băng thông
Bảng 4.7: Giá trị của băng thông cấu hình tƣơng ứng với băng thông kênh truyền
Bảng 4.8: Diện tích và dân số từng quận của TP.HCM
Bảng 4.9: Lớp công suất phát của UE

10


DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Các thế hệ di động
Hình 1.2: Lộ trình hiệu năng do Alcatel thử nghiệm
Hình 1.3: Ảnh hƣởng qua lại giữa các lớp và tối ƣu liên quan
Hình 1.4: Các dịch vụ và ứng dụng trong 4G
Hình 1.5: Mô hình các dịch vụ trong mạng 4G
Hình 2.1: Sự phát triển của các mạng khác nhau dẫn đến 4G
Hình 2.2: Sự kết hợp các mạng khác nhau
Hình 2.3: Ngƣời dùng ở các mạng khác nhau có thể truy nhập vào hệ thống
Hình 2.4: Tính di động của mạng
Hình 2.5: Tốc độ truyền dữ liệu trong mạng 4G
Hình 2.6: Mô hình cấu trúc mạng 4G
Hình 2.7: Nguyên lý OFDM
Hình 2.8: Cấu trúc chức năng của khối IP multimedia
Hình 4.1: Mô hình phát triển lên 4G từ hệ thống GSM
Hình 4.2: Cấu trúc mạng GSM-GPRS
Hình 4.3: Mô hình triển khai mạng UMTS
Hình 4.4: Mạng lõi cơ sở IP
Hình 4.5: Mô hình mạng 3.5G Mobifone
Hình 4.6: Thay đổi RNC và Node B
Hình 4.7: Mô hình cấu trúc mạng 4G Mobifone
Hình 4.8: Khái quát về quá trình quy hoạch mạng 4G LTE
Hình 4.9: Các tham số của mô hình Walfish-Ikegami
Hình 4.10: Quan hệ giữa băng thông kênh truyền và băng thông cấu hình
Hình 5.1: Lƣu đồ phần mô phỏng quy hoạch 4G LTE
Hình 5.2 : Lƣu đồ phần chuyển giao và điều khiển công suất
Hình 5.3: Giao diện phần quy hoạch mạng LTE

Hình 5.4: Quỹ đƣờng truyền của LTE
Hình 5.5 Môi trƣờng truyền sóng trong nhà
Hình 5.6 : Môi trƣờng truyền sóng ngoài trời
Hình 5.7: Môi trƣờng xe cộ

11


Hình 5.8: Quy hoạch vùng phủ 4G LTE
Hình 5.9 : Quy hoạch dung lƣợng 4G LTE
Hình 5.10: Tính toán tốc độ đỉnh
Hình 5.11: Tối ƣu số trạm
Hình 5.12: So sánh quỹ đƣờng truyền lên của LTE và WCDMA
Hình 5.13: So sánh quỹ đƣờng truyền xuống của LTE và WCDMA
Hình 5.14: So sánh vùng phủ của LTE và WCDMA
Hình 5.15: Giao diện phần chuyển giao và điều khiển công suất
Hình 5.16: Nhập dữ liệu cho điều khiển công suất
Hình 5.17: Điều khiển công suất ở LTE
Hình 5.18: Nhập liệu của WCDMAHình 5.19: So sánh điều khiển công suất của LTE và
WCDMA
Hình 5.20: Trƣờng hợp chuyển giao thành công
Hình 5.21: Trƣờng hợp chuyển giao bị rớt

12


LỜI MỞ ĐẦU
Trƣớc sự phát triển vô cùng mạnh mẽ của các dịch vụ số liệu, trƣớc xu hƣớng tích
hợp và IP hoá đã đặt ra các yêu cầu mới đối với công nghiệp Viễn Thông di động. Mạng
thông tin di động thế hệ ba ra đời đã khắc phục đƣợc các nhƣợc điểm của các mạng thông

tin di động thế hệ trƣớc đó. Tuy nhiên, mạng di động này cũng có một số nhƣợc điểm
nhƣ: Tốc độ truyền dữ liệu lớn nhất là 2Mbps, vẫn chƣa đáp ứng đƣợc yêu cầu ngày càng
cao của ngƣời dùng, khả năng đáp ứng các dịch vụ thời gian thực nhƣ hội nghị truyền
hình là chƣa cao, rất khó trong việc download các file dữ liệu lớn,…chƣa đáp ứng đƣợc
các yêu cầu nhƣ: khả năng tích hợp với các mạng khác (Ví dụ: WLAN, WiMAX,…)
chƣa tốt, tính mở của mạng chƣa cao, khi đƣa một dịch vụ mới vào mạng sẽ gặp rất nhiều
vấn đề do tốc độ mạng thấp, tài nguyên băng tần ít,…
Trong bối cảnh đó ngƣời ta đã chuyển hƣớng sang nghiên cứu hệ thống thông tin di
động mới có tên gọi là 4G LTE. Sự ra đời của hệ thống này mở ra khả năng tích hợp tất
cả các dịch vụ, cung cấp băng thông rộng, dung lƣợng lớn, truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao,
cung cấp cho ngƣời sử dụng những hình ảnh video màu chất lƣợng cao, các trò chơi đồ
hoạ 3D linh hoạt, các dich vụ âm thanh số. Việc phát triển công nghệ giao thức đầu cuối
dung lƣợng lớn, các dịch vụ gói dữ liệu tốc độ cao, công nghệ dựa trên nền tảng phần
mềm công cộng mang đến các chƣơng trình ứng dụng download, công nghệ truy nhập vô
tuyến đa mode, và công nghệ mã hoá media chất lƣợng cao trên nền các mạng di động.
Hiện nay thị trƣờng di động Việt Nam đƣợc đánh giá là tăng trƣởng đứng thứ 2 trên
thế giới sau Trung Quốc, số thuê bao không ngừng tăng, nhu cầu về việc sử dụng các
dịch vụ và các dịch vụ đa phƣơng tiện ngày càng cao và càng đòi hỏi cao hơn trong tƣơng
lai. Do đó việc nghiên cứu một công nghệ mới để đáp ứng các nhu cầu thị trƣờng trong
tƣơng lai là rất cần thiết.
Hiện nay, Mobifone đã đƣa vào sử dụng GPRS/EDGE/HSDPA để đáp ứng nhu cầu
sử dụng các dịch vụ dữ liệu ngày càng cao của các thuê bao. Các dịch vụ chủ yếu của
GPRS/EDGE/HSDPA nhƣ: WAP, truy nhập Internet có hai phƣơng thức là truy nhập
gián tiếp và truy nhập trực tiếp, dịch vụ nhắn tin đa phƣơng tiện, video, xem các đoạn
phim tải về, xem video trực tuyến. Ngoài ra, còn có dịch vụ thƣơng mại điện tử di động,
dịch vụ ngân hàng, quảng cáo trên điện thoại di động…do giá cƣớc còn cao nên các loại
thuê bao hiện có vẫn là các thuê bao có mức độ truy nhập trung bình và cao. Dựa trên

13

nhu cầu thị trƣờng Việt Nam, hiện tại chúng ta thấy rằng nhu cầu chính trong thông tin di
động vẫn là dịch vụ thoại truyền thống, dịch vụ dữ liệu cũng bắt đầu tăng trƣởng, theo dự
đoán tổng số thuê bao có nhu cầu dịch vụ dữ liệu chiếm khoảng 50% vào năm 2014. Với
đời sống thu nhập ngày càng cao của ngƣời dân, nhu cầu các dịch vụ chất lƣợng tốt ngày
càng lớn, thì mạng di động Mobifone ngày càng phải nâng cấp để đáp ứng đƣợc các nhu
cầu này. Mặt khác, xu hƣớng chung trên thế giới là hội tụ tất cả các mạng viễn thông lại
với nhau. Do đó, yêu cầu phát triển mạng thông tin di động lên thế hệ 4G có tốc độ cao,
sử dụng “all IP” có khả năng tích hợp với các mạng khác là yêu cầu tất yếu của mạng di
động Mobifone.
Luận văn “Tìm hiểu công nghệ LTE và ứng dụng cho mạng Mobifone” đƣợc đƣa ra
không chỉ nhằm mục đích tìm hiểu, nghiên cứu các dịch vụ mà nó đáp ứng mà còn cố
gắng đƣa vào áp dụng ở Việt Nam cụ thể là trên mạng di động của Mobifone.Với mục
đích đó đề tài nghiên cứu của tôi đƣợc chia làm 05 chƣơng:
Chƣơng 1: Xu hƣớng phát triển công nghệ và dịch vụ của các mạng di động
Chƣơng 2: Mô hình cấu trúc mạng 4G LTE
Chƣơng 3: Dịch vụ và chất lƣợng dịch vụ trong mạng 4G LTE
Chƣơng 4: Lộ trình tiến lên mạng thông tin di động 4G LTE cho Mobifone, quy
hoạch mạng tại TP Hồ Chí Minh.
Chƣơng 5: Mô phỏng
Với việc triển khai đề tài “Tìm hiểu công nghệ LTE và ứng dụng cho mạng
Mobifone”, Mobifone đã mở ra một cơ hội mới, động lực mới cho sự phát triển công
nghệ mạng cũng nhƣ thƣơng mại điện tử trong thời đại kinh tế số hiện nay, không chỉ cho
công ty mà còn mong muốn sẽ đóng góp một phần vào sự phát triển trong lĩnh vực viễn
thông – công nghệ thông tin của nƣớc nhà. Đó cũng là mong muốn lớn nhất của ngƣời
thực hiện đề tài này.

14

CHƢƠNG 1: XU HƢỚNG PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ
VÀ DỊCH VỤ CỦA CÁC MẠNG DI ĐỘNG
1.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G
Việc nghiên cứu chuyển hƣớng sang các hệ thống thông tin di động thế hệ 4 (4G
LTE) để giải quyết các vấn đề tồn tại trong hệ thống di động thế hệ 3 (3G). Đó là việc
cung cấp các loại hình dịch vụ ngày càng đa dạng hơn, từ tín hiệu thoại chất lƣợng cao
sang tín hiệu video độ phân giải cao, các kênh vô tuyến có tốc độ dữ liệu cao. Khái niệm
4G LTE đƣợc sử dụng rộng rãi không chỉ có các hệ thống điện thoại tế bào mà còn bao
gồm các kiểu hệ thống viễn thông truy nhập vô tuyến băng thông rộng. Một trong số các
thuật ngữ dùng để mô tả 4G là MAGIC: Mobile multimedia (Đa phƣơng tiện di động),
Anytime anywhere (Bất cứ khi nào, bất cứ nơi đâu), Global mobility support (Hỗ trợ di
động toàn cầu), Integrated wireless solution (Giải pháp vô tuyến tích hợp) và Customized
personal service (Dịch vụ theo yêu cầu cá nhân). Nhƣ là một lời hứa cho tƣơng lai, hệ
thống 4G LTE là hệ thống truy nhập vô tuyến tế bào băng thông rộng, đã và đang là mối
quan tâm lớn của lĩnh vực thông tin di động. 4G LTE không chỉ hỗ trợ cho các dịch vụ
thông tin di động thế hệ tiếp theo mà còn hỗ trợ cho cả các mạng vô tuyến cố định.
Chúng ta xem xét trên cơ sở cái nhìn tổng quan về các đặc trƣng của 4G, cách tổ
chức và tích hợp hệ thống di động. Đặc trƣng của 4G có thể cô đọng lại bằng từ “tích
hợp”. Các hệ thống 4G là một sự tích hợp gắn kết không tách rời của các thành phần thiết
bị đầu cuối, mạng lƣới và các ứng dụng nhằm thoả mãn đòi hỏi không ngừng và ngày
càng cao của ngƣời sử dụng.
1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ XU HƢỚNG CÔNG NGHỆ
1.2.1 Lịch sử phát triển.
Lịch sử ra đời và sự phát triển của dịch vụ di động từ thế hệ đầu tiên 1G tới thế hệ
4G trải qua nhiều giai đoạn khác nhau. Bảng 1.1 cho thấy tóm lƣợc quá trình tiến triển
của công nghệ thông tin di động thoại.
Quá trình bắt đầu với các thiết kế đầu tiên đƣợc biết đến nhƣ là 1G trong những
năm 70 của thế kỷ trƣớc. Các hệ thống ra đời sớm nhất đƣợc thực hiện dựa trên công
nghệ tƣơng tự và cấu trúc tế bào cơ bản của thông tin di động. Nhiều vấn đề có tính

15


nguyên tắc cơ bản đã đƣợc giải quyết trong những hệ thống này. Và có nhiều các hệ
thống không tƣơng thích đã đƣợc đƣa ra cung cấp dịch vụ trong những năm 80.
Các hệ thống thế hệ thứ 2 (2G) đƣợc xây dựng trong những năm 80 vẫn đƣợc sử
dụng chủ yếu cho thoại nhƣng đã đƣợc thực hiện trên cơ sở công nghệ số, bao gồm các
kỹ thuật xử lý tín hiệu số. Các hệ thống 2G này cung cấp các dịch vụ thông tin dữ liệu
chuyển mạch kênh ở tốc độ thấp. Tính cạnh tranh lại một lần nữa dẫn tới việc thiết kế và
thực hiện các hệ thống bị phân hoá thành các chuẩn khác nhau không tƣơng thích nhƣ:
GSM (hệ thống di động toàn cầu) chủ yếu ở châu Âu, TDMA (đa truy nhập phân chia
theo thời gian) IS-54/IS-136 ở Mỹ, PDC (hệ thống di động tế bào số cá nhân) ở Nhật và
CDMA (đa truy nhập phân chia theo mã) IS95, một hệ thống khác tại Mỹ. Các hệ thống
này hoạt động rộng khắp trên lãnh thổ quốc gia hoặc quốc tế và hiện nay chúng vẫn
chiếm vai trò là các hệ thống chủ đạo, mặc dù tốc độ dữ liệu của các thuê bao trong hệ
thống bị giới hạn nhiều.
Bƣớc chuyển tiếp giữa 2G và 3G là 2.5G. Thế hệ 2,5G đƣợc phát triển từ 2G với
dịch vụ dữ liệu và các phƣơng thức chuyển mạch gói, và nó cũng chú trọng tới các dịch
vụ 3G cho các mạng 2G. Về cơ bản nó là sự phát triển của công nghệ 2G để tăng dung
lƣợng trên các kênh tần số vô tuyến của 2G và bƣớc đầu đƣa các dịch vụ dữ liệu dung
lƣợng cao hơn vào, có thể nâng tới 384 Kbps. Một khía cạnh rất quan trọng của 2.5G là
các kênh dữ liệu đƣợc tối ƣu hoá cho dữ liệu gói truy nhập vào Internet từ các thiết bị di
động nhƣ điện thoại, PDA hoặc máy tính xách tay. Trên cùng một mạng lƣới với 2G, thế
hệ 2.5G đã đƣa internet vào thế giới thông tin di động cá nhân. Đây thực sự đã là một
khái niệm mang tính cách mạng cho hệ thống viễn thông lai ghép hybrid.
Trong thập kỷ 90, các nhà nghiên cứu đã định nghĩa ra hệ thống di động thế hệ kế
tiếp, thế hệ thứ 3, đã loại trừ đƣợc những sự không tƣơng thích của các hệ thống trƣớc
đây và thực sự trở thành hệ thống toàn cầu. Hệ thống 3G có các kênh thoại chất lƣợng
cao cũng nhƣ các khả năng về dữ liệu băng rộng, có thể đạt tới 2Mbps.
Các hệ thống 3G hứa hẹn cung cấp những dịch vụ viễn thông tốc độ cao hơn, bao

gồm thoại, fax và internet ở bất cứ thời gian nào, bất cứ nơi đâu với sự chuyển vùng
roaming toàn cầu không gián đoạn. Chuẩn 3G toàn cầu của ITU đã mở đƣờng cho các
ứng dụng và dịch vụ sáng tạo (ví dụ loại hình giải trí đa phƣơng tiện, các dịch vụ dựa trên
vị trí,…). Mạng 3G đầu tiên đƣợc thiết lập tại Nhật bản năm 2001. Các mạng 2.5G, nhƣ
16


là GPRS (dịch vụ vô tuyến gói chung) đã sẵn sàng ở Châu Âu. Công nghệ 3G hỗ trợ băng
thông 144 Kbps với tốc độ di chuyển lớn (trên xe hơi), 384 Kbps (trong một khu vực), và
2 Mbps (đối với trƣờng hợp trong nhà).

Hình 1.1 – Các thế hệ di động
Công nghệ
Thời điểm
thiết kế
Thực hiện

1G

2G

2,5G

3G

4G

1970

1980

1985

1990

2000

1984

1991

1999

2002

2010?
Cung cấp hiệu

Cung cấp uộc gọi
Dịch vụ

thoại tín hiệu

Cung cấp cuộc

Cung cấp hiệu

tƣơng tự, đồng bộ

gọi thoại tín hiệu

suất cao, dữ liệu

dữ liệu đến 9,6

số, tin nhắn ngắn

đƣợc đóng gói

kbps

Cung cấp hiệu

suất cao, hoàn

suất cao, dữ liệu

thành hƣớng IP,

băng thông rộng

đa phƣơng tiện,

đến 2 Mbps

dữ liệu đến hàng
trăm Mbps

AMPS, TACS,

TDMA, CDMA,

GPRS, EDGE,

WCDMA,

Tiêu chuẩn duy

NMT, ect..

GSM, PDC

1xRTT

CDMA2000

nhất

1,9 kbps

14,4 kbps

384 kbps

2 Mbps

200 Mbps

Gói

FDMA

TDMA, CDMA

TDMA, CDMA

CDMA

CDMA?

Mạng lõi

PSTN

PSTN

Gói dữ liệu mạng

Internet

Tiêu chuẩn
Băng thông
dữ liệu

PSTN, gói dữ
liệu mạng

Bảng 1.1 – Bảng so sánh tham số công nghệ cơ bản
17

Tuy nhiên đòi hỏi của viễn thông đa phƣơng tiện truy nhập tốc độ cao đối với xã hội
ngày nay, phụ thuộc rất lớn vào công nghệ thông tin số. Theo các con số lịch sử của cuộc
cách mạng về công nghệ diễn ra trong 1 thập kỷ thì thời điểm hiện tại chính là thời điểm
thích hợp để nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G.
Hiện nay tốc độ download ở chế độ dữ liệu đang bị giới hạn ở 9.6 Kbps, thấp hơn
khoảng 6 lần so với 1 đƣờng kết nối cố định ISDN (Mạng số tích hợp dịch vụ). Gần đây,
với các thiết bị cầm tay 504i tốc độ download dữ liệu đã đƣợc tăng lên 3 lần đạt 28.8
Kbps. Tuy nhiên trong thực tế sử dụng tốc độ dữ liệu thƣờng thấp hơn, đặc biệt là ở
những khu vực đông đúc, hoặc là khi mạng bị “nghẽn”. Tốc độ dữ liệu di động thế hệ 3 là
tối đa 384 Kbps download, điển hình là xấp xỉ 200 kbps, và upload đạt 64 kbps từ năm
2001. Thông tin di động thế hệ 4 sẽ có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn, dự kiến có thể đạt
tới 200 Mbps.
3G đƣợc các nhà sản xuất đề xuất đầu tiên mà không phải là từ các nhà khai thác.
Năm 1996 nó đƣợc triển khai nhờ NTT (Hãng điện thoại và điện báo Nhật bản) cùng
Ericsson, năm 1997 Hiệp hội công nghiệp Viễn thông TIA ở Mỹ chọn CDMA nhƣ là 1
công nghệ cho 3G, năm 1998 CDMA băng rộng (W-CDMA) và CDMA2000 đƣợc thông
qua cho Hệ thống thông tin di động chung UMTS. Trong đó W-CDMA và CDMA2000
là 2 đề xuất chính của 3G. Tuy nhiên 3G vẫn tồn tại một số vấn đề khiếm khuyết ở những
điểm sau:
-

Rất khó cho việc tăng băng thông liên tục và tốc độ dữ liệu cao để đáp ứng
đƣợc yêu cầu của các dịch vụ đa phƣơng tiện, cùng với sự tồn tại song song
của các dịch vụ khác nhau cần có băng thông và QoS khác nhau.

-

Giới hạn phổ và phân bố phổ

-

Khó roaming qua các môi trƣờng dịch vụ khác nhau ở các băng tần khác nhau.

-

Thiếu cơ chế vận chuyển liên tục từ đầu cuối đến đầu cuối để liên kết mở rộng
một mạng di động nhỏ với một mạng cố định nhỏ khác.

Trong các lĩnh vực thông tin di động, dịch vụ di động 4G là sự phát triển của các
dịch vụ thông tin di động 3G. Các dịch vụ di động 4G đƣợc chào đón bởi khả năng cung
cấp băng thông rộng, dung lƣợng lớn, truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao, cung cấp cho ngƣời
sử dụng những hình ảnh video màu chất lƣợng cao, các trò chơi đồ hoạ 3D linh hoạt, các
dich vụ âm thanh số. Việc phát triển công nghệ giao thức đầu cuối dung lƣợng lớn, các
18


dich vụ gói dữ liệu tốc độ cao, công nghệ dựa trên nền tảng phần mềm công cộng mang
đến các chƣơng trình ứng dụng download, công nghệ truy nhập vô tuyến đa mode, và
công nghệ mã hoá media chất lƣợng cao trên nền các mạng di động. Với sự xuất hiện của
mạng 4G, nó sẽ giải quyết đƣợc:
-

Hỗ trợ các dịch vụ tƣơng tác đa phƣơng tiện: truyền hình hội nghị, Internet không
dây,…

-

Băng thông rộng hơn, tốc độ bit lớn hơn

-

Tinh di động toàn cầu và tính di chuyển dịch vụ

-

Giá thành hạ

-

Tăng độ khả dụng của hệ thống thông tin di động
Các nhà nghiên cứu và nhà cung cấp đã phát triển các mối quan tâm vào mạng vô

tuyến 4G để hỗ trợ đa roaming các mạng di động và vô tuyến toàn cầu, ví dụ từ một
mạng di động tế bào sang một mạng công nghệ vệ tinh cũng nhƣ sang tới mạng LAN
không dây băng rộng.
Với đặc trƣng này, ngƣời dùng sẽ có thể truy nhập vào các dịch vụ khác nhau, tăng
vùng phủ, thuận tiện cho các thiết bị đơn lẻ, một hoá đơn cho việc giảm tối đa tổng cộng
các chi phí và rất nhiều truy nhập không dây đáng tin cậy khác, thậm chí ngay cả khi có
sự hƣ hỏng hay lỗi của 1 hay nhiều mạng đồng thời. Các mạng 4G cũng có đặc trƣng liên
hệ IP cho truy nhập Internet di động không ngắt quãng và tốc độ bit có thể đạt 50 Mbps
hay cao hơn.
Do việc triển khai 4G trên thực tế chỉ có thể thực hiện đƣợc từ sau năm 2006 hoặc
thậm chí còn lâu hơn nữa nên các nhà phát triển hy vọng có thời gian để giải quyết nhiều
vấn đề liên quan tới các mạng hỗn hợp, cụ thể là:
-

Truy nhập

-

Chuyển giao

-

Định vị đồng thời

-

Định nguồn tài nguyên mạng đồng thời để cung cấp cho ngƣời sử dụng mới

-

Hỗ trợ multicasting

-

Hỗ trợ chất lƣợng dịch vụ QoS

-

Xác thực và bảo mật vô tuyến

-

Lỗi mạng và backup
19


-

Tính cƣớc
Cấu trúc mạng sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng đƣợc tất cả những đòi

hỏi trên. Hỗ trợ QoS trong mạng 4G là một thử thách chính vì tốc độ bit, đặc trƣng kênh,
gán băng thông, mức lỗi và hỗ trợ chuyển giao giữa các mạng vô tuyến hỗn hợp. Hỗ trợ
QoS có thể thực hiện đối với gói, chuyển dịch tác vụ, kênh, ngƣời dùng và các cấp mạng.
-

Mức QoS gói ứng dụng cho jitter, thông lƣợng, và tỉ lệ lỗi. Các nguồn tài nguyên
mạng nhƣ khoảng đệm và giao thức truy nhập là những ảnh hƣởng có khả năng.

-

Mức QoS chuyển giao tác vụ mô tả cả 2 yếu tố: thời gian cần thiết để hoàn thành
transaction và tỉ lệ mất gói. Các chuyển giao chắc chắn có thể rất nhạy về thời gian,
trong khi một số chuyển giao khác thì không đƣợc phép để mất gói.

-

Mức QoS kênh bao gồm block cuộc gọi mới cũng nhƣ các cuộc gọi đang thực hiện.
Nó phụ thuộc ngay vào khả năng của mạng thiết lập và duy trì kênh thông tin từ thiết
bị đầu cuối đến thiết bị đầu cuối. Định tuyến cuộc gọi và quản lý định vị là 2 thuộc
tính quan trọng của mức kênh.

-

Mức QoS ngƣời sử dụng phụ thuộc vào tính di động và loại ứng dụng của ngƣời
dùng. Vị trí mới có thể hỗ trợ nhu cầu QoS cực tiểu, thậm chí với các ứng dụng thích
nghi.

Trong một giải pháp vô tuyến hoàn thiện, thông tin từ điểm cuối đến điểm cuối giữa

hai ngƣời sử dụng cũng có khả năng liên quan tới nhiều mạng vô tuyến. Vì QoS sẽ thay
đổi qua các mạng khác nhau, nên QoS cho những thuê bao này có khả năng là mức tối
thiểu mà những mạng này hỗ trợ.
1.2.2 Xu hƣớng công nghệ.
Có ba xu hƣớng có thể tiếp cận. Thứ nhất là hƣớng tập trung quanh 3G, trong đó đa
truy cập phân chia theo mã (CDMA) sẽ đƣợc đẩy dần tới điểm tại đó các nhà sản xuất
thiết bị đầu cuối sẽ từ bỏ. Khi đạt tới thời điểm đó, cần có công nghệ khác để đáp ứng
đƣợc đòi hỏi tăng lên về dung lƣợng và tốc độ dữ liệu.
Xu hƣớng thứ hai là xu hƣớng về mạng LAN vô tuyến. Sự phát triển rộng khắp của
WiFi đƣợc bắt đầu từ năm 2005 cho các PC, máy tính xách tay, và PDA. Trong các
doanh nghiệp, tín hiệu thoại đƣợc truyền đi bởi công nghệ Voice qua mạng LAN vô
tuyến (VoWLAN). Tuy nhiên chƣa ai thấy rõ đƣợc công nghệ thành công tiếp theo là
công nghệ nào. Để đạt tới sự thống nhất về công nghệ 200 Mbps (và cao hơn nữa) vẫn
20


còn là một chặng đƣờng lâu dài và có quá nhiều giải pháp cần đề xuất.
Xu hƣớng thứ 3 là IEEE 802.16e và 802.20 thực hiện đơn giản hơn 3G. Sự phát
triển của mạng lõi hƣớng tới thế hệ NGN băng rộng sẽ hỗ trợ cho việc áp dụng các công
nghệ mạng truy nhập mới thông qua các gateway truy nhập tiêu chuẩn, dựa trên các
chuẩn ETSI-TISPAN, ITU-T,3GPP, hiệp hội tiêu chuẩn viễn thông Trung Quốc (CCSA)
và các chuẩn khác.
Một số công nghệ quan trọng của 4G đƣợc mô tả nhƣ sau:
1.2.2.1 OFDMA
Ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM không chỉ tạo nên lợi ích rõ ràng cho
thực thi lớp vật lý, mà còn hợp nhất việc cải thiện hiệu năng lớp 2 nhờ việc đƣa ra thêm
một mức độ tự do. Nhờ việc sử dụng OFDM có thể khai thác miền thời gian, miền không
gian, miền tần số và thậm chí cả miền mã để tối ƣu hoá việc sử dụng kênh vô tuyến. Chắc

chắn rằng nó có ƣu thế lớn với truyền dẫn trong môi trƣờng đa đƣờng với việc làm giảm
thiểu sự phức tạp của bộ thu.
Tín hiệu đƣợc chia thành các sóng mang nhỏ trực giao, trên mỗi sóng mang đó tín
hiệu là “băng hẹp” (vài KHz) và vì vậy tránh đƣợc hiệu ứng đa đƣờng, tạo nên một
khoảng bảo vệ chèn vào giữa mỗi tín hiệu OFDM. OFDM cũng tạo nên một độ lợi về
phân tập tần số, cải thiện hiệu năng của lớp vật lý. Nó cũng tƣơng thích với những công
nghệ mở rộng nâng cao khác, nhƣ là các anten thông minh và MIMO.
Điều chế OFDM cũng có thể tận dụng nhƣ là một công nghệ đa truy nhập (đa truy
nhập phân chia tần số trực giao, OFDMA). Trong trƣờng hợp này mỗi tín hiệu OFDM có
thể truyền thông tin từ/tới một vài thuê bao sử dụng một bộ các sóng mang nhỏ khác
nhau (subcarrier, subchannel). Điều này không chỉ cung cấp thêm độ linh hoạt cho việc
cấp nguồn tài nguyên (tăng dung lƣợng), mà còn có thể tối ƣu hoá các lớp chéo của việc
sử dụng link vô tuyến. Vô tuyến đƣợc định nghĩa bằng phần mềm – SDR.
Lợi ích của vô tuyến đƣợc định nghĩa bằng phần mềm SDR mang lại hiệu suất xử lý
cao để phát triển các trạm gốc và thiết bị đầu cuối đa băng, đa chuẩn. Mặc dù trong tƣơng
lai các đầu cuối sẽ thích ứng với giao diện vô tuyến để sẵn sàng cho công nghệ truy nhập
vô tuyến, ở thời điểm hiện nay điều này đã đƣợc thực hiện nhờ có cơ sở hạ tầng. SDR
mang lại nhiều lợi ích cho một số cơ sở hạ tầng. Ví dụ để tăng dung lƣợng mạng tại thời
điểm nhất định (ví dụ nhƣ 1 sự kiện thể thao), nhà khai thác sẽ cấu hình lại mạng của họ
21


nhờ việc lắp thêm vào trạm gốc vài thiết bị modem. SDR khiến cho việc cấu hình lại này
rất dễ dàng.
Trong bối cảnh các hệ thống 4G, SDR sẽ tạo điều kiện dễ dàng cho một tập hợp rất
nhiều các picocell và microcell đa chuẩn. Đối với nhà sản xuất, việc này có thể là một sự
hỗ trợ lớn trong việc cung cấp các thiết bị đa chuẩn, đa băng và giảm đi những nỗ lực
phát triển và hạ giá thành thông qua việc xử lý đa kênh một cách đồng thời.
1.2.2.2 MIMO – Multiple Input Multiple Output
MIMO sử dụng ghép kênh tín hiệu giữa rất nhiều các anten phát (đa thành phần

không gian) trên miền thời gian hoặc miền tần số. Điều này rất phù hợp với OFDM, bởi
vì có thể xử lý các tín hiệu thời gian độc lập ngay khi dạng sóng OFDM đƣợc thiết lập
chính xác cho kênh. Đặc điểm này của OFDM giúp cho công đoạn xử lý đƣợc đơn giản
hoá đi rất nhiều. Tín hiệu phát đi bởi m anten đƣợc n anten thu lại. Việc xử lý các tín hiệu
thu đƣợc có thể mang lại một vài cải thiện hiệu năng: phạm vi, chất lƣợng của tín hiệu
thu và hiệu suất phổ. Triển khai hiệu năng trong mạng tế bào vẫn đang còn là đối tƣợng
cho nhiều nghiên cứu và mô phỏng (hình 1.2). Tuy nhiên, nói chung có thể thừa nhận
rằng những gì nhận đƣợc từ việc sử dụng hiệu quả phổ liên quan trực tiếp tới số lƣợng
anten cực tiểu trong tuyến kết nối.

Hình 1.2: Lộ trình hiệu năng do Alcatel thử nghiệm
1.2.2.3 Tối ƣu giữa các lớp
Hiển nhiên có sự ảnh hƣởng qua lại giữa MIMO và lớp MAC. Các mối ảnh hƣởng
qua lại khác đƣợc thể hiện trên hình 1.3.
22


Hình1.3: Ảnh hưởng qua lại giữa các lớp và tối ưu liên quan
1.2.2.4 Chuyển giao và tính di động
Các công nghệ chuyển giao dựa trên công nghệ IP di động cần có sự xem xét cả về
dữ liệu và thoại. Các kỹ thuật IP di động thƣờng chậm nhƣng có thể đƣợc tăng tốc với
các phƣơng pháp cổ điển (IP di động nhanh, phân cấp). Các phƣơng pháp này có thể áp
dụng đƣợc cho dữ liệu và cũng có thể cho cả thoại. Trong những mạng đơn tần, có thể
xem xét các phƣơng pháp chuyển giao. Một số kỹ thuật có thể sử dụng khi tỉ số sóng
mang/nhiễu có giá trị âm (ví dụ VSFOFDM), nhƣng điều trở ngại của những kỹ thuật này
chính là dung lƣợng. Trong OFDM, cùng một lựa chọn có thể thay thế có trong CDMA,
có thể sử dụng phân tập macro. Trong trƣờng hợp OFDM, MIMO cho phép xử lý phân
tập macro với các độ lợi về hiệu năng. Tuy nhiên, thực hiện phân tập macro dẫn đến việc
xử lý MIMO đƣợc tập trung và truyền dẫn đƣợc đồng bộ. Điều này không phức tạp nhƣ
trong CDMA, nhƣng những kỹ thuật này chỉ sử dụng trong các tình huống mà phổ rất

khan hiếm.
1.3 CÁC ỨNG DỤNG VÀ DỊCH VỤ TRONG MẠNG 4G LTE
Phần này sẽ đánh giá và chỉ ra đƣợc các dịch vụ vô tuyến đang nổi lên, các công
nghệ tiềm năng cho tính an toàn chung đƣợc sử dụng trong tƣơng lai gần và xa hơn. Nó
sẽ đƣa ra một chuỗi các nghiên cứu tiếp theo cho các công nghệ vô tuyến không dây đang
xuất hiện. Sự nghiên cứu này tập chung chính vào các ứng dụng (các dịch vụ và các thách
23


thức) đang hoạch định cho sự phát triển của mạng vô tuyến không dây thế hệ thứ tƣ 4G.
Phần này sẽ trình bày nhiều hơn và cung cấp chi tiết hơn các dịch vụ thấy đƣợc
trong mạng 4G. Trên thực tế sự thúc đẩy mạnh mẽ chủ yếu cho các công nghệ 4G là cung
cấp thông tin dữ liệu gói hóa, độ rộng băng lớn, tốc độ cao. Thậm chí ngƣời ta mong
muốn rằng lƣu lƣợng thoại đƣợc truyền đi tới các thiết bị cầm tay ở trong các gói (trái
ngƣợc với việc phân phát thông qua kênh chuyển mạch dành riêng). Chuyển mạch kênh
liên quan tới kỹ thuật trong đó các kênh dành riêng đƣợc sử dụng để phát và nhận tín hiệu
thoại hay dữ liệu. Sự thông tin dữ liệu gói hóa liên quan tới kỹ thuật báo hiệu số trong đó
thông tin (thoại hay dữ liệu) đƣợc chuyển thành mã nhị phân và đƣợc chia cắt thành các
đoạn ngắn (segments). Các đoạn này sau đó sẽ đƣợc giải đóng gói theo thứ tự sắp xếp
chính xác và đƣợc chuyển đổi ngƣợc lại thành các thông tin ban đầu ở phía thu. Trong
chuyển mạch gói chỉ có tín hiệu thọai có nội dung thực sự đƣợc đóng gói và gửi tới hệ
thống. Điều này là có thể nhờ sự tiến bộ trong các kỹ thuật đa truy cập và công nghệ.
Thật đáng tiếc là các kỹ thuật truy nhập vô tuyến không dây ngày nay không hỗ trợ việc
truyền băng rộng và truyền tốc độ cao. Sự hạn chế này chính là sự thúc đẩy cho quá trình
phát triển thông tin vô tuyến không dây. Trong thị trƣờng vô tuyến không dây ngày nay,
những ngƣời sử dụng yêu cầu các dịch vụ giá trị gia tăng. Cùng với sự giới thiệu rầm rộ
các dịch vụ thế hệ 3, những ngƣời sử dụng mong muốn công nghệ vô tuyến ở thế hệ kế
tiếp sẽ không chỉ là phƣơng tiện thông tin thoại mà còn sẽ có chức năng hóa giống nhƣ
Internet. Các nhà cung cấp dịch vụ và các nhà phát triển ứng dụng đang trên con đƣờng
nhận ra các nhu cầu của ngƣời sử dụng nhƣng đó vẫn là con đƣờng dài ở phía trƣớc.

Thực tế, trong triển khai 3G, việc mong muốn việc chức năng hóa đặc điểm Internet theo
đƣờng thông tin vô tuyến không dây chúng ta có thể không nhận thức đầy đủ đƣợc. Các
kỹ thuật đa truy nhập hoạch định cho 3G sẽ không hỗ trợ các tốc độ truyền dữ liệu và
băng thông đƣợc yêu cầu cho các ứng dụng cải tiến mà ngƣời sử dụng mong muốn. Các
công nghệ 3G sẽ thực sự có các chức năng mạnh hơn các hệ thống vô tuyến không dây
ngày nay, tuy nhiên không mạnh bằng khi chúng ta triển khai 4G.
Những ngƣời sử dụng vô tuyến không không dây hôm nay mong đợi nhiều thứ lớn
từ các mạng vô tuyến không dây ngày mai. Họ chờ đợi rằng các mạng vô tuyến không
dây thế hệ tiếp theo nhất là 4G sẽ mang lại gì. Các nhà cung cấp dịch và các phát triển
ứng dụng đang chú ý hơn nữa tới sự mong đợi của ngƣời sử dụng để quyết định hƣớng
24


phát triển và đƣa ra các loại hình dịch vụ. Từ đó các nhà cung cấp phân chia những ngƣời
sử dụng vô tuyến ra thành các mảng chung. Các ngành kinh doanh vô tuyến phải hiểu
đƣợc các mảng này, sự mong chờ và các nhu cầu của mảng (segment) sẽ đi theo hƣớng
nào trong công nghệ vô tuyến không dây thế hệ tiếp theo lên 4G. Những ngƣời sử dụng
đƣợc phân mảng theo nhiều cách. Theo nhƣ cách trình bày ở hội thảo gần đây của Lucent
Technologies tại Supercomm, Lucent đang xem xét phân chia các ngƣời sử dụng thành 5
mảng nhƣ sau:
-

Mảng Gender: Tìm đến các ngƣời sử dụng là phụ nữ. Những ngƣời sử dụng này điển
hình là những cá nhân thu nhập trung bình. Các kiểu ứng dụng đang phát triển cho
mảng này là các ứng dụng giải trí và xã hội nhƣ dịch vụ chat và nhắn tin nhanh.

-

Mảng theo độ tuổi (Age): Đƣợc bao gồm thị trƣờng giới trẻ các đối tƣợng 18 tuổi
hoặc trẻ hơn. Họ không phải trả tiền cho dịch vụ do chính họ dùng mà việc trả tiền đó

là do bố mẹ hay ngƣời có liên quan thực hiện. Các kiểu ứng dụng đang đƣợc phát
triển cho đoàn này là các ứng dụng giải trí và xã hội nhƣ các dịch vụ âm nhạc.

-

Mảng theo cách sử dụng Internet (Internet Usage): Bao gồm điển hình là các cá
nhân sử dụng nhiều hơn so với mức trung bình (nhiều hơn 30 phút trên một phiên) để
trình duyệt Internet. Những ngƣời sử dụng trong mảng này đƣợc hội tụ công nghệ.
Các kiểu ứng dụng đang phát triển là các ứng dụng thông tin nhƣ các dịch vụ tin tức
cá nhân và các dòng tin tức chính (đƣợc truyền đi với âm thanh, hình ảnh, văn bản,
hoặc bất kỳ sự kết hợp nào ở thế hệ thứ 3). Các nhà cung cấp dịch đặc biệt khó khăn
trong việc đáp ứng nhu cầu của các khách hàng này bởi họ đã quen vơi việc tính tiền
kiểu Internet.

-

Mảng theo mức thu nhập (Income Brackets): Bao gồm những cá nhân ở độ tuổi
trung lƣu những cá nhân biết hiểu rõ giá trị dịch vụ. Các loại ứng dụng đang phát triển
trong mảng này là các dịch vụ thông tin nhƣ dịch vụ thời gian ngắn (up-to-theminute), personalized stock tickers. Những ngƣời sử dụng này cũng đƣợc định hƣớng
tính an toàn chung; vì thế các thông tin dữ liệu và thoại có độ tin cậy đƣợc nâng cao.

-

Mảng những người chuyên sử dụng Mobile (Mobile Profesional): Hƣớng tới những
ngƣời sử dụng tin tƣởng vào các thiết bị vô tuyến không dây để quản lý công việc
kinh doanh hàng ngày. Mảng này bao gồm những ngƣời sử dụng chuyên nghiệp.
Những ngƣời sử dụng này hầu hết rất quan trọng đối với các nhà cung cấp dịch vụ
25