Quy hoạch mạng 4g lte cho tỉnh Attapeu (LV thạc sĩ)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.88 MB, 75 trang )
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng
tôi. Các số liệu sử dụng phân tích trong luận văn có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố
theo đúng quy định. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn do tôi tự tìm hiểu một
cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn của tỉnh Attapeu. Các kết quả
này chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác.
Học viên thực hiện
Ammaline KHAOSAOTH
ii
LỜI CẢM ƠN
Trước hết với tình cảm chân thành và lòng biết ơn sâu sắc. Tôi xin được gửi
lời cảm ơn chân thành tới lãnh đạo Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, các
thầy cô giáo Khoa Viễn thông 1; các thầy giáo , cô giáo khoa Quốc tế và Đào tạo
Sau Đại học , các bạn bè và đồng nghiệp đã động viên và hỗ trợ để tôi có thể hoàn
thành luận văn này.
Đặc biết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Đặng Thế Ngọc, bộ
môn thông tin vô tuyến, Khoa Viễn Thông 1 , Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn
thông, đã dành nhiều thời gian tâm huyết, trực tiếp hướng dẫn tận tình, chỉ bảo và
tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu đề tài và
hoàn chình bản Luận văn Thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật Viễn thông.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, người thân đã luôn bên cạnh trong những
lúc khó khăn nhất. Đã động viên, khích lệ, sẻ chia, giúp đỡ và đồng hành cùng tôi
trong cuộc sống cũng như trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Hà Nội, ngày 18 tháng 08 năm 2017
Học viên thực hiện
Ammaline KHAOSAOTH
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................ ii
MỤC LỤC..............................................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CÁC TỪ VIẾT TẮT.................................................... vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................... ix
DANH SÁCH HÌNH VẼ ....................................................................................................... x
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG ................ 3
1.1 Sự phát triển của hệ thống thông tin di động .......................................................... 3
1.1.1
Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 (1G) ............................................................ 3
1.1.2
Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 (2G) ............................................................ 5
1.1.2.1
Hệ thống sử dụng đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA .................... 6
1.1.2.2
Hệ thống sử dụng đa truy nhập phân chia theo mã CDMA ............................. 6
1.1.2.3
Mạng thông tin di động 2.5G ........................................................................... 8
1.1.3
Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) ............................................................ 8
1.1.4
Hệ thống thông tin di động thế hệ 4 (4G) .......................................................... 10
1.2
Tổng quan về mạng thông tin di động 4G LTE .................................................... 11
1.3
Kết luận chương .................................................................................................... 13
CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC MẠNG 4G LTE VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ................ 14
2.1 Kiến trúc mạng 4G LTE ........................................................................................ 14
2.1.1
Cấu hình kiến trúc hệ thống cơ sở ..................................................................... 14
2.1.1.1
Thiết bị người sử dụng, UE........................................................................... 16
2.1.1.2
eNodeB........................................................................................................... 16
2.1.1.3
Thực thể quản lý di động (MME) .................................................................. 17
2.1.1.4
Cổng phục vụ, S-GW ..................................................................................... 18
2.1.1.5
Cổng mạng số liệu gói, P-GW ....................................................................... 18
2.1.1.6
Chức năng các quy tắc chính sách và tính cước , PCRF ............................... 19
2.1.1.7
Server thuê bao nhà, HSS .............................................................................. 19
2.1.2
Các kiến trúc chuyển mạng và tương tác giữa các mạng .................................. 20
2.1.2.1
Chuyển mạng giữa các mạng 4G LTE/SAE .................................................. 20
2.1.2.2
Tương tác và di động với các mạng khác ...................................................... 22
iv
2.2
Các kỹ thuật truy nhập sử dụng trong LTE ........................................................... 26
Kỹ thuật đa truy nhập đường xuống OFDMA................................................... 26
2.2.1
2.2.1.1
OFDMA ......................................................................................................... 26
2.2.1.2
Cấu trúc tài nguyên truyền dẫn đường xuống ................................................ 28
2.2.1.3
Truyền dẫn dữ liệu hướng xuống ................................................................... 31
Kỹ thuật đa truy nhập đường lên LTE SC-FDMA ............................................ 33
2.2.2
2.2.2.1 SC-FDMA.......................................................................................................... 33
2.2.2.2
Cấu trúc tài nguyên truyền dẫn đường lên ..................................................... 35
2.2.2.3
Truyền dẫn dữ liệu hướng lên ........................................................................ 36
2.2.3
2.3
So sánh OFDMA và SC-FDMA ........................................................................ 38
Kết luận chương .................................................................................................... 40
CHƯƠNG 3: QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE CHO TỈNH ATTAPEU............................. 41
3.1 Tổng quan về mạng Viễn thông Lào ..................................................................... 41
3.1.1
Các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông chính của Lào ........................................ 41
3.1.2
Tình hình phát triển và dịch vụ viễn thông Lào ................................................. 42
3.1.3
Các dịch vụ viễn thông đang hoạt động triển khai tại Lào ................................ 42
3.2
Giới thiệu về sự phát triển băng rộng 3G tại Lào .................................................. 43
3.2.1
Về mạng lưới ..................................................................................................... 43
3.2.2
Triển khai mạng 4G LTE tại Lào ...................................................................... 43
3.2.3
Nội dung thử nghiệm kỹ thuật 4G LTE ............................................................. 44
3.2.3.1
Kết quả đo kiểm định tính.............................................................................. 45
3.2.3.2
Kết quả đo kiểm định lượng........................................................................... 45
3.3
Giới thiệu về tỉnh ATTAPEU ............................................................................... 46
Khái quát về tỉnh ATTAPEU ............................................................................ 46
3.3.1
3.3.1.1
Về vì trí địa lý ................................................................................................ 46
3.3.1.2
Về xã hội ........................................................................................................ 46
3.3.1.3
Về hệ thống giao thông của tỉnh .................................................................... 46
3.3.1.4
Về kinh tế ....................................................................................................... 46
3.3.2
3.4
Khái quát về mạng viễn thông tại tỉnh Attapeu ................................................. 47
Khái quát về quá trình quy hoạch mạng LTE ...................................................... 48
3.4.1
Dự báo lưu lượng ............................................................................................... 48
3.4.2
Phân tích vùng phủ ............................................................................................ 50
v
3.5
Quy hoạch mạng 4G LTE cho tỉnh ATTAPEU .................................................... 50
3.5.1
Thu thập dữ liệu ( diện tích, dân số, số thuê bao…).......................................... 50
3.5.2
Quy hoạch và lựa chọn băng tần triển khai mạng 4G LTE ............................... 51
3.5.3
Quy hoạch vùng phủ .......................................................................................... 52
3.5.3.1
Tính quỹ đường lên cho LTE ......................................................................... 53
3.5.3.2
Tính quỹ đường truyền xuống LTE ............................................................... 55
3.5.3.3
So sánh quỹ đường truyền của các hệ thống GSM, HSPA, LTE................... 56
3.5.4
3.6
Quy hoạch dung lượng....................................................................................... 58
Kết luận chương .................................................................................................... 63
KẾT LUẬN .......................................................................................................................... 64
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 65
vi
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CÁC TỪ VIẾT TẮT
Viết tắt
AAA
Tiếng Anh
Tiếng Việt
Authentication, Authorization and
Account
Nhận thực, trao quyền và thanh
toán
3GPP
1G
3rd Generation Partnership Project
One Generation Cellular
2G
Second Generation Cellular
3G
Third Generation Cellular
4G
Four Generation Cellular
ACK
BCCH
BCH
BW
CDMA
Acknowledgement
Broadcast Control Channel
Broadcast Channel
Band Width
Code Division Multiple Access
DLSCH
DL
EDGE
Downlink Share Channel
Dự án đối tác thế hệ thứ ba
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
Tín hiệu xác nhận
Kênh điều khiển quảng bá
Kênh quảng bá
Băng thông
Đa truy nhập phân chia theo
mã
Kênh chia sẻ đường xuống
Downlink
Enhance Data rates for GSM
Evolution
Evolved UMTS Terrestrial Radio
Access
Evolved Packet Core
Hướng xuống
Tốc độ dữ liệu tăng cường cho
mạng GSM cải tiến
Mạng truy nhập vô tuyến cải
tiến
Mạng lõi gói
EUTRA
N
EPC
EPDG
eNodeB
FDMA
Evolved Packet Data Gateway
Cổng số liệu gói phát triển
Enhance NodeB
Frequency Division Multiple Access
FDD
FrequencyDivision Duplexing
FEC
GSM
GERA
N
GPRS
Forward Error Correction
Global System for Mobile
GSM/EDGE Radio Access Network
GI
HSDPA
Guard Interval
High Speed Downlink Packet Access
NodeB cải tiến
Đa truy cập phân chia theo tần
số
Ghép kênh phân chia theo tần
số
Sửa lỗi hồi tiếp
Hệ thống di động toàn cầu
Mạng truy nhập vô tuyến
GSM/EDGE
Dịch vụ gói vô tuyến thông
dụng
Khoảng bảo vệ
Truy nhập gói đường xuống
tốc độ cao
General Packet Radio Service
vii
HDTV
HSOPA
High Definition Television
High Speed OFDM Packet Access
HO
HSPA
HSS
ITU
IP
IMS
Handover
High Speed Packet Access
Home Subscriber Server
International Telecommunication
Union
Internet Protocol
IP Multimedia Sub-system
ISI
IFFT
LTE
LTC
Inter-Symbol Interference
Inverse Fast Fourier Transform
Long Term Evolution
Lao Telecommunications company
MS
BTS
MIMO
MME
MAC
Mobile Station
Base Station
Multi Input Multi Output
Mobility Management Entity
Medium Access Control
MUMIMO
MoU
MCS
OPEX
OFDM
Multi User – MIMO
OFDM
A
PAPR
Minutes of Using
Modulation Coding Scheme
Operating Expense
Orthogonal Frequency Division
Multiple
Orthogonal Frequency Division
Multiple Access
Peak-to-Average Power Ratio
P2P
PDSCH
Point to Point
Physical Downlink Shared Channel
PUCCH
Physical Uplink Control Channel
PDCCH
Physical Downlink Control Channel
PBCH
Physical Broadcast Channel
Tivi có độ phân giải cao
Truy cập gói OFDM tốc độ
cao
Chuyển giao
Truy nhập gói tốc độ cao
Quản lý thuê bao
Đơn vị viễn thông quốc tế
Giao thức internet
Hệ thống đa phương tiện sử
dụng IP
Nhiễu liên ký tự
Biến đổi Fourier ngược
Phát triển dài hạn
Nhà mạng viễn thông LTC
vốn công ty 49%, nhà nước
51%
Trạm di động
Trạm gốc
Đa ngõ vào đa ngõ ra
Quản lý tính di động
Điều khiển trung nhập trung
bình
Đa người dung – Đa ngõ vào
đa ngõ ra
Thời gian sử dụng
Kỹ thuật mã hóa và điều chế
Ghép kênh phân chia theo tần
số trực giao
Đa truy nhập phân chia theo
tần số trực giao
Tỷ số công suất đỉnh trên công
suất trung bình
Điểm đến điểm
Kênh vật lý chia sẻ đường
xuống
Kênh vật lý điều khiển đường
lên
Kênh vật lý điều khiển đường
xuống
Kênh vật lý quảng bá
viii
PCCH
PCH
QoS
RLC
RRC
Paging Control Channel
Paging Channel
Quality of Services
Radio Link Control
Radio Resource Control
RB
RE
RSRP
Resource Block
Resource Element
Reference Signal Receive Power
RSRQ
Reference Signal Receive Quality
RS
SDR
SNR
SCFDM
A
SMS
SAE
SGSN
SUMIM
O
TDMA
Reference Signal
Software - Defined Radio
Signal to Noise Ratio
Single Carrier Frequency Division
multiple Access
Short Message Service
System Architecture Enhance
Serving GPRS Support Node
Single User Multi Input Multi Output
TTI
TDD
Time Transmit Interval
Time Division Duplexing
TPC
UMB
UL
UTRAN
Transmit Power Command
Ultra Mobile Broadband
Uplink
UTMS Terrestrial Radio Access
Networks
Universal Telecommunication Mobile
System User Equipment
Star Telecom(Viettel Global)
UTMS
UE
UNITE
L
VHE
VoIP
WCDM
A
WAP
Time Division Multiple Access
Virtual Home Environment
Voice IP
Wideband Code Division Multiple
Access
Wireless Applicaion protocol
Kênh điều khiển tin nhắn
Kênh tin nhắn
Chất lượng dịch vụ
Điều khiển kết nối vô tuyến
Điều khiển tài nguyên vô
tuyến
Khối tài nguyên
Thành phần tài nguyên
Công suất thu tín hiệu tham
khảo
Chất lượng thu tín hiệu tham
khảo
Tín hiệu tham khảo
Phần mềm nhận dạng vô tuyến
Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
Đa truy cập phân chia theo tần
số trực giao đơn sóng mang
Tin nhắn ngắn
Cấu trúc hệ thống tăng cường
Nút cung cấp dịch vụ GPRS
Đơn user-Đa ngõ vào đa ngõ
ra
Đa truy nhập phân chia theo
thời gian
Khoảng thời gian phát
Ghép kênh phân chia theo thời
gia
Lệnh công suất phát
Di động băng rộng mở rộng
Đường lên
Mạng truy nhập vô tuyến mặt
đất
Hệ thống thông tin di động
Thiết bị người dùng (Di động)
Nhà mạng Unitel(Viettel)nhà
nước 51%, công ty Viettel
49%
Môi trường nhà ảo
Thoại sử dụng IP
Đa truy cập phân chia theo mã
băng rộng
Giao thức ứng dụng không dây
ix
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Số lượng các khối tài nguyên cho băng thông LTE khác nhau (FDD&TD ..30
Bảng 2.2 : Tham số cấu trúc khung đường xuống ( FDD & TDD ................................31
Bảng 2.3 : Các tham số cấu trúc khung đường lên (FDD&TDD) .................................36
Bảng 3.1: Các nhà cúng cấp dịch vụ mạng thông tin di động chính của Lào ..........42
Bảng 3.2: Tổng số Node B doanh nghiệp vùng phủ sóng và tổng số thuê bao 3G đã
triển khai trong thời điểm 3 năm (từ năm năm 2014 – 2016) ....................................43
Bảng 3.3: Thông kê dịch vụ mạng viễn thông tại tỉnh Attapeu năm 2015 – 2016 .47
Bảng 3.4 : Diện tích và dân số từng quận/huyện của tỉnh Attapeu ............................51
Bảng 3.5: Quỹ đường truyền lên LTE ..........................................................................54
Bảng 3.6: Quỹ đường xuống ..........................................................................................55
Bảng 3.7: Só sánh quỹ đường lên cửa các hệ thống ...................................................56
Bảng 3.8: Só sánh quỹ đường truyền xuống của các hệ thống ..................................57
Bảng 3.9: Tốc độ bit đỉnh tương ứng với từng tốc độ mã hóa và băng thông .........59
Bảng 3.10: Giá trị của băng thông cấu hình tương ứng với băng thông kênh truyền
..............................................................................................................................................61
Bảng 3.11: Tính được dung lượng và số site ...............................................................63
x
DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1: Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động tế bào .........................11
Hình 2.1: Kiến trúc mạng 4G LTE ................................................................................15
Hình 2.2: Kiến trúc chuyển mạng với P-GW trong mạng nhà ..................................21
Hình 2.3: Kiến trúc chuyển mạng với P-GW trong mạng khách ..............................22
Hình 2.4: Kiến trúc hệ thống 4G LTE/SAE tương tác với các mạng 3GPP khác ...23
Hình 2.5: Kiến trúc hệ thống 4G LTE/SAE tương tác với các mạng không phải
3GPP khác ........................................................................................................................25
Hình 2.6: Biểu diễn tần số - thời gian của một tín hiệu OFDM ....................................26
Hình 2.7: Sự tạo ra ký hiệu OFDM có ích sử dụng IFFT ...............................................27
HÌnh 2.8: Sự tạo ra chuỗi tín hiệu OFDM ........................................................................27
Hình 2.9: Cấp phát sóng mang con cho OFDM & OFDMA ........................................28
Hình 2.10: Cấu trúc khung loại 1 ....................................................................................29
Hình 2.11: Cấu trúc khung loại 2 ...................................................................................29
Hình 2.12: Lưới tài nguyên đường xuống ......................................................................30
Hình 2.13: Ghép kênh thời gian - tần số OFDMA ........................................................32
Hình 2.14: Phát và thu OFDMA .....................................................................................32
Hình 2.15: Sơ đồ khối DFT-S-OFDM ............................................................................34
Hình 2.16: Lưới tài nguyên đường lên .............................................................................35
Hình 2.17: Phát & thu hướng lên LTE ............................................................................37
Hình 2.18: So sánh OFDMA & SC-FDMA truyền một chuỗi các ký hiệu dữ liệu QPSK
..............................................................................................................................................39
Hình 3.1: Sự kết nối mạng thông tin di động Lào giữa nước ngoài ...........................41
Hình 3.2: Mô hình mạng hỗn tạp 4G ............................................................................46
Hình 3.3: Khái quát về quá trình quy hoạch mạng LTE ............................................48
Hình 3.4: 4 kiểu site, a) Site vô hướng ngang, b) Site 2 đoạn ô, c) Site 3 đoạn ô và
b) Site 2 đoạn ô ................................................................................................................53
Hình 3.5: Quan hệ giữa băng thông kênh truyền và băng thông cấu hình ...............60
1
LỜI MỞ ĐẦU
Ngành công nghệ viễn thông thế giới cũng như ở Lào đã chứng kiến những
phát triển ngoạn mục trong những năm gần đây. Khi mà công nghệ mạng thông tin
di động thế hệ thứ ba 3G chưa đủ để đáp ứng, người ta đã bắt đầu chuyển về công
nghệ 4G (Fourth Generation) từ nhiều năm gần đây.
Ở hệ thống di động 4G, đường lên và đường xuống là bất đối xứng. Do vậy,
một trong hai đường sẽ thiết lập giới hạn về dung lượng hoặc vùng phủ sóng. Việc
tính toán quỹ đường truyền và phân tích nhiễu không phụ thuộc vào loại công nghệ
sử dụng. Mục đích của quy hoạch mạng lưới là để ước lượng số lượng các trạm cần
sử dụng, cấu hình trạm và số lượng các phần tử mạng để dự báo giá thành đầu tư
cho mạng. Mạng 4G LTE có ưu điểm vượt trội so với 3G về tốc độ, thời gian trễ
nhỏ, hiệu suất sử dụng phổ cao cùng với việc sử dụng băng thông linh hoạt, cấu trúc
đơn giản nên giá thành giảm. Đối với Lào, năm 2008, thành phố Viêng Chăn đã
triển khai mạng thông tin di động 3G, đánh dấu ngành thông tin-Viễn thông Lào đi
vào thời đại mới, cùng với sự phổ cập của điện thoại di động thông minh. Trong
thời điểm hiện nay các nhà cung cấp mạng viễn thông tại Lào đang cung cấp mạng
4G chủ yếu tập trung tại các thành phố lớn như: Thủ đô Viêng Chăn, Tp.
Savanhnaket, Tp. Champasak và thành phổ cổ LuangPhaBang. Tuy nhiên, một số
tỉnh còn lại và tỉnh Attapeu thì chưa có đủ điều kiện triển khai do người sử dụng có
hạn chế.
Từ những động lực nói trên học viên lựa chọn đề tài: “Quy hoạch mạng 4G
LTE cho tỉnh ATTAPEU” làm nội dung nghiên cứu của luận văn cao học. Mục
đích nghiên cứu của luận văn là tìm hiểu về sự phát triển của các hệ thống thông tin
di động thế hệ 1, 2 , 3 và 4 đồng thời đã sơ lượt tổng quan của hệ thống thông tin di
động thế hệ 4. Luận văn cũng sẽ nghiên cứu cơ sở lý thuyết để tìm hiểu các vấn đề
cơ bản liên quan đến mạng 4G LTE và lý thuyết quy hoạch mạng 4G LTE. Mục
đích cuối cùng của luận văn là tiến hành quy hoạch mạng 4G LTE cho tỉnh
ATTAPEU.
2
Nội dung luận văn bao gồm:
Chương 1: Tổng quan về mạng hệ thống thông tin di động
Chương này trình bày sự phát triển, những nét đặc trưng và ưu nhược điểm
của các mạng thông tin di động thế hệ 1, 2, 3 và 4G, Đồng thời sẽ giới thiệu tổng
quan về hệ thống thông tin di động thế hệ 4G LTE, nêu được tính năng nổi bật và
các mục tiêu hướng đến trong tương lai
Chương 2: Kiến trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan
Chương này trình bày về kiến trúc mạng 4G LTE và cấu hình kiến trúc hệ
thống cơ sở bao gồm các phần tử mạng và các giao diện chuẩn trong kiến trúc tổng
quan mạng LTE. Ngoài ra còn tìm hiểu về các kỹ thuật truy nhập sử dụng trong
LTE. Cho biết LTE đã phối hợp nhiều kỹ thuật, trong đó, nó sử dụng kỹ thuật
OFDMA ở đường xuống và sử dụng kỹ thuật SC-FDMA cho đường lên.
Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE cho tỉnh ATTAPUE
Trong chương này em sẽ trình bày về mạng viễn thông Lào, tình hình phát
triển và các dịch vụ của các nhà cung cấp mạng viễn thông, nội dung triển khai thử
nghiệm kỹ thuật 4G LTE mấy năm vừa qua. Khái quát về tỉnh ATTAPEU bao gồm
về vì trí địa lý, về xã hội, về hệ thống giao thông, về kinh tế, thu thập dữ liệu ( diện
tích, dân số, số thuê bao…) của tỉnh. Nội dung của chương cũng sẽ trình bày khái
quát về quá trình quy hoạch mạng 4G LTE và tính toán quy hoạch mạng truy nhập
vô tuyến(cụ thể là tính được số eNodeB) cho tỉnh ATTAPEU.
3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG HỆ THỐNG THÔNG
TIN DI ĐỘNG
Thông tin di động là một lĩnh vực rất quan trọng trong đời sống xã hội. Xã
hội càng phát triển, nhu cầu về thông tin di động của con người càng tăng lên và
thông tin di động càng khẳng định được sự cần thiết và tính tiện dụng của nó. Cho
đến nay, hệ thống thông tin di động đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ thế hệ
di động thế hệ 1 đến thế hệ 3 và thế hệ đang phát triển trên thế giới - thế hệ 4. Trong
chương này sẽ trình bày khái quát về các đặc tính chung của các hệ thống thông tin
di động và tổng quan về mạng 4G.
1.1
Sự phát triển của hệ thống thông tin di động
Khi các ngành thông tin quảng bá bằng vô tuyến phát triển thì ý tưởng về
thiết bị điện thoại vô tuyến ra đời và cũng là tiền thân của mạng thông tin di động
sau này. Năm 1946, mạng điện thoại vô tuyến đầu tiên được thử nghiệm tại ST
Louis, bang Missouri của Mỹ. Sau những năm 50, việc phát minh ra chất bán dẫn
cũng ảnh hưởng lớn đến lĩnh vực thông tin di động. Ứng dụng các linh kiện bán dẫn
vào thông tin di động đã cải thiện một số nhược điểm mà trước đây chưa làm được.
Thuật ngữ thông tin di động tế bào ra đời vào những năm 70, khi kết hợp được các
vùng phủ sóng riêng lẻ thành công, đã giải được bài toán khó về dung lượng.
1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 (1G)
Là mạng thông tin di động không dây cơ bản đầu tiên trên thế giới. Mạng 1G
là hệ thống giao tiếp thông tin qua kết nối tín hiệu analog được giới thiệu lần đầu
tiên vào những năm đầu thập niên 80s. Mạng 1G sử dụng các ăng-ten thu phát sóng
gắn ngoài, kết nối theo tín hiệu analog tới các trạm thu phát sóng và nhận tín hiệu
xử lý thoại thông qua các module gắn trong máy di động. Chính vì thế mà các thế
hệ máy di động đầu tiên trên thế giới có kích thước khá to và cồng kềnh do tích hợp
cùng lúc 2 module thu tín hiệu và phát tín hiệu như trên.
Mặc dù là thế hệ mạng di động đầu tiên với tần số chỉ từ 150MHz nhưng
mạng 1G cũng phân ra khá nhiều chuẩn kết nối theo từng phân vùng riêng trên thế
giới: NMT (Nordic Mobile Telephone) là chuẩn dành cho các nước Bắc Âu và Nga;
4
AMPS (Advanced Mobile Phone System) tại Hoa Kỳ; TACS (Total Access
Communications System) tại Anh; JTAGS tại Nhật; C-Netz tại Tây Đức; Radiocom
2000 tại Pháp; RTMI tại Ý.
Đặc điểm:
-
Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến.
-
Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể.
-
Trạm thu phát gốc BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS
trong cell.
-
Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di động tiên tiến
AMPS.
Những hạn chế của hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1 (1G)
Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản. Tuy
nhiên hệ thống không thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung
lượng và tốc độ. Bao gồm các hạn chế sau :
-
Phân bổ tần số rất hạn chế, dung lượng nhỏ.
-
Tiếng ồn khó chịu và nhiễu xảy ra khi máy di động chuyển dịch trong
môi trường fading đa tia.
-
Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ sở hạ
tầng.
-
Không đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi.
-
Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau, đặc biệt ở châu Âu, làm
cho thuê bao không thể sử dụng được máy di động của mình ở các nước
khác.
-
Chất lượng thấp và vùng phủ sóng hẹp.
Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sử dụng
kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động cùng với kỹ thuật đa truy cập mới ưu
điểm hơn về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp. Vì vậy đã xuất hiện hệ
thống thông tin di động thế hệ 2.
5
1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 (2G)
Là thế hệ kết nối thông tin di động mang tính cải cách cũng như khác hoàn
toàn so với thế hệ đầu tiên. Mạng 2G sử dụng các tín hiệu kỹ thuật số thay cho tín
hiệu analog của thế hệ 1G và được áp dụng lần đầu tiên tại Phần Lan bởi Radiolinja
(hiện là nhà cung cấp mạng con của tập đoàn Elisa Oyj) trong năm 1991. Mạng 2G
mang tới cho người sử dụng di động 3 lợi ích tiến bộ trong suốt một thời gian dài:
mã hoá dữ liệu theo dạng kỹ thuật số, phạm vi kết nối rộng hơn 1G và đặc biệt là sự
xuất hiện của tin nhắn dạng văn bản đơn giản – SMS. Theo đó, các tín hiệu thoại
khi được thu nhận sẽ đuợc mã hoá thành tín hiệu kỹ thuật số dưới nhiều dạng mã
hiệu (codecs), cho phép nhiều gói mã thoại được lưu chuyển trên cùng một băng
thông, tiết kiệm thời gian và chi phí.
Mạng 2G chia làm 2 nhánh chính: sử dụng TDMA (Time Division Multiple
Access) và sử dụng CDMA cùng nhiều dạng kết nối mạng tuỳ theo yêu cầu sử dụng
từ thiết bị cũng như hạ tầng từng phân vùng quốc gia:
GSM (TDMA-based), khơi nguồn áp dụng tại Phần Lan và sau đó trở thành
chuẩn phổ biến 6 Châu lục. Và hiện nay vẫn đang được sử dụng bởi hơn 80%
nhà cung cấp mạng di động toàn cầu.
CDMA2000 – tần số 450 MHz cũng là mạng di động tương tự GSM nói trên
nhưng nó lại sử dụng CDMA và hiện cũng đang được cung cấp bởi 60 nhà
mạng GSM trên toàn thế giới.
IS-95 hay còn gọi là cdmaOne, được sử dụng rộng rãi tại Hoa Kỳ và một số
nước Châu Á và chiếm gần 17% các mạng toàn cầu. Tuy nhiên, tính đến thời
điểm hiện nay thì có khoảng 12 nhà mạng đang chuyển dịch dần từ chuẩn
mạng này sang GSM tại: Mexico, Ấn Độ, Úc và Hàn Quốc.
PDC (sử dụng TDMA) triển khai tại Japan
iDEN (sử dụng TDMA) triển khai bởi Nextel tại Hoa Kỳ và Telus Mobility
tại Canada.
6
IS-136 hay còn gọi là D-AMPS, (sử dụng TDMA) là chuẩn kết nối phổ biến
nhất tính đến thời điểm này và đưọc cung cấp hầu hết tại các nước trên thế
giới cũng như Hoa Kỳ.
1.1.2.1
Hệ thống sử dụng đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA
Trong hệ thống TDMA phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia
thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này được dùng chung cho N kênh liên
lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian (Time slot) trong chu kỳ một khung. Tin
tức được tổ chức dưới dạng gói, mỗi gói có bit chỉ thị đầu gói, chỉ thị cuối gói, các
bit đồng bộ và các bit dữ liệu. Không như hệ thống FDMA, hệ thống TDMA truyền
dẫn dữ liệu không liên tục và chỉ sử dụng cho dữ liệu số và điều chế số.
Các đặc điểm của TDMA:
-
TDMA có thể phân phát thông tin theo hai phương pháp là phân định trước
và phân phát theo yêu cầu. Trong phương pháp phân định trước, việc phân
phát các cụm được định trước hoặc phân phát theo thời gian. Ngược lại trong
phương pháp phân định theo yêu cầu các mạch được tới đáp ứng khi có cuộc
gọi yêu cầu, nhờ đó tăng được hiệu suất sử dụng mạch.
-
Trong TDMA các kênh được phân chia theo thời gian nên nhiễu giao thoa
giữa các kênh lân cận giảm đáng kể.
-
TDMA sử dụng một kênh vô tuyến để ghép nhiều luồng thông tin thông qua
việc phân chia theo thời gian nên cần phải có việc đồng bộ hóa việc truyền
dẫn để tránh trùng lặp tín hiệu. Ngoài ra, vì số lượng kênh ghép tăng nên thời
gian trễ do truyền dẫn đa đường không thể bỏ qua được, do đó sự đồng bộ
phải tối ưu.
1.1.2.2
Hệ thống sử dụng đa truy nhập phân chia theo mã CDMA
Đối với hệ thống CDMA, tất cả người dùng sẽ sử dụng cùng lúc một băng
tần. Tín hiệu truyền đi sẽ chiếm toàn bộ băng tần của hệ thống. Tuy nhiên, các tín
hiệu của mỗi người dùng được phân biệt với nhau bởi các chuỗi mã. Thông tin di
động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng có thể chiếm
cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi, mà không sợ gây nhiễu lẫn
7
nhau. Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại mỗi cell trong toàn mạng, và những
kênh này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên PN. Trong hệ
thống CDMA, tín hiệu bản tin băng hẹp được nhân với tín hiệu băng thông rất rộng,
gọi là tín trải phổ. Tín hiệu trải phổ là một chuỗi mã giả ngẫu. nhiên mà tốc độ chip
của nó rất lớn so với tốc độ dữ liệu. Tất cả các người dụng trong một hệ thống
CDMA dùng chung tần số sóng mang và có thể được phát đồng thời. Mỗi người sử
dụng có một từ mã giả ngẫu nhiên riêng của người sử dụng mã và được xem là trực
giao với các từ mã khác. Tại máy thu, sẽ có một từ mã đặc trưng được tạo ra để tách
sóng tín hiệu có từ mã giả ngẫu nhiên tương quan với người sử dụng mã. Tất cả các
mã khác được xem như là nhiễu. Để khôi phục lại tín hiệu thông tin, máy thu cần
phải biết từ mã dùng ở máy phát. Mỗi thuê bao vận hành một cách độc lập mà
không cần biết các thông tin của máy khác.
Đặc điểm của CDMA:
-
Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz.
-
Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp.
-
Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ trường rất
nhỏ và chống fading hiệu quả hơn FDMA, TDMA.
-
Việc các thuê bao MS trong cell dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền
dẫn vô tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số không còn là vấn đề,
chuyển giao trở thành mềm, điều khiển dung lượng cell rất linh hoạt.
-
Chất lượng thoại cao hơn, dung lượng hệ thống tăng đáng kể (có thể gấp từ 4
đến 6 lần hệ thống GSM), độ an toàn (tính bảo mật thông tin) cao hơn do sử
dụng dãy mã ngẫu nhiên để trải phổ, kháng nhiễu tốt hơn, khả năng thu đa
đường tốt hơn, chuyển vùng linh hoạt. Do hệ số tái sử dụng tần số là 1 nên
không cần phải quan tâm đến vấn đề nhiễu đồng kênh.
-
CDMA không có giới hạn rõ ràng về số người sử dụng như TDMA và
FDMA. Còn ở TDMA và FDMA thì số người sử dụng là cố định, không thể
tăng thêm khi tất cả các kênh bị chiếm.
8
-
Hệ thống CDMA ra đời đã đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn dịch vụ thông tin
di động tế bào.
1.1.2.3
Mạng thông tin di động 2.5G
Là thế hệ kết nối thông tin di động bản lề giữa 2G và 3G. Chữ số 2.5G chính
là biểu tượng cho việc mạng 2G được trang bị hệ thống chuyển mạch gói bên cạnh
hệ thống chuyển mạch theo kênh truyền thống. Nó không được định nghĩa chính
thức bởi bất kỳ nhà mạng hay tổ chức nào và chỉ mang mục đích duy nhất là tiếp thị
công nghệ mới theo mạng 2G.
Mạng 2.5G cung cấp một số lợi ích tương tự mạng 3G và có thể dùng cơ sở
hạ tầng có sẵn của các nhà mạng 2G trong các mạng GSM và CDMA. Và tiến bộ
duy nhất chính là GPRS - công nghệ kết nối trực tuyến, lưu chuyển dữ liệu được
dùng bởi các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông GSM. Bên cạnh đó, một vài giao
thức, chẳng hạn như EDGE cho GSM và CDMA2000 1x-RTT cho CDMA, có thể
đạt được chất lượng gần như các dịch vụ cơ bản 3G (bởi vì chúng dùng một tốc độ
truyền dữ liệu chung là 144 kbit/s), nhưng vẫn được xem như là dịch vụ 2.5G (hoặc
là nghe có vẻ phức tạp hơn là 2.75G) bởi vì nó chậm hơn vài lần so với dịch vụ 3G
thực sự.
* EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), hay còn gọi là EGPRS, là một
công nghệ di động được nâng cấp từ GPRS - cho phép truyền dự liệu với tốc độ có
thể lên đến 384 kbit/s dành cho người dùng cố định hoặc di chuyển chậm, 144kbit/s
cho người dùng di chuyển với tốc độ cao. Trên đường tiến đến 3G, EDGE được biết
đến như là công nghệ 2.75G. Thực tế bên cạnh điều chế GMSK, EDGE dùng
phương thức điều chế 8-PSK để tăng tốc độ dữ liệu truyền. Chính vì thế, để triển
khai EDGE, các nhà cung cấp mạng phải thay đổi trạm phát sóng BTS cũng như là
thiết bị di động so với mạng GPRS.
1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G)
Hệ thống thông tin di động chuyển từ thế hệ 2 sang thế hệ 3 qua một giai
đoạn trung gian là thế hệ 2.5G sử dụng công nghệ TDMA trong đó kết hợp nhiều
khe hoặc nhiều tần số, hoặc sử dụng công nghệ CDMA trong đó có thể chồng lên
9
phổ tần của thế hệ hai nếu không sử dụng phổ tần mới, bao gồm các mạng đã được
đưa vào sử dụng như: GPRS, EDGE và CDMA2000-1x. Ở thế hệ thứ 3 này các hệ
thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả
năng phục vụ ở tốc độ bit lên đến 2 Mbit/s. Để phân biệt với các hệ thống thông tin
di động băng hẹp hiện nay, các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 gọi là các hệ
thống thông tin di động băng rộng.
Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000 đã được
đề xuất, trong đó 2 hệ thống W-CDMA và CDMA2000 đã được ITU chấp thuận và
đưa vào hoạt động trong những năm đầu của những thập kỷ 2000. Các hệ thống này
đều sử dụng công nghệ CDMA, điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế
giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ 3.
W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là sự nâng cấp của
các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ TDMA như:
GSM, IS-136.
CDMA2000 là sự nâng cấp của hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng
công nghệ CDMA: IS-95.
Tốc độ của thế hệ thứ ba được xác định như sau:
-
384 Kb/s đối với vùng phủ sóng rộng.
-
2 Mb/s đối với vùng phủ sóng địa phương.
Các tiêu chí chung để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ ba (3G):
-
Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau:
Đường lên
: 1885-2025 MHz.
Đường xuống : 2110-2200 MHz.
-
Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến:
Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến.
Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông.
-
Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau: trong công sở, ngoài đường,
trên xe, vệ tinh.
-
Có thể hỗ trợ các dịch vụ như:
10
Môi trường thông tin nhà ảo (VHE: Virtual Home Environment) trên
cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu.
Đảm bảo chuyển mạng quốc tế.
Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu
chuyển mạch kênh và số liệu chuyển mạch theo gói.
-
Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện.
1.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ 4 (4G)
Hệ thống thông tin di động chuyển tử thế hệ 3 sang thế hệ 4 qua giai đoạn
trung gian là thế hệ 3,5 có tên là mạng truy nhập gói tốc độ cao HSPA. Thế hệ 4 là
công nghệ truyền thông không dây thứ tư, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối
đa trong điều kiện lý tưởng lên tới 1Gb/s cho đến 1.5 Gb/s. Công nghệ 4G được
hiểu là chuẩn tương lai của các thiết bị không dây. Các nghiên cứu đầu tiên của
NTT DoCoMo cho biết, điện thoại 4G có thể nhận dữ liệu với tốc độ 100 Mb/s khi
di chuyển và tới 1 Gb/s khi đứng yên, cho phép người sử dụng có thể tải và truyền
lên hình ảnh động chất lượng cao. Chuẩn 4G cho phép truyền các ứng dụng phương
tiện truyền thông phổ biến nhất, góp phần tạo nên các những ứng dụng mạnh mẽ
cho các mạng không dây nội bộ (WLAN) và các ứng dụng khác.
Thế hệ 4 dùng kỹ thuật OFDM, là kỹ thuật nhiều tín hiệu được gởi đi cùng
một lúc nhưng trên những tần số khác nhau. Trong kỹ thuật OFDM, chỉ có một thiết
bị truyền tín hiệu trên nhiều tần số độc lập (từ vài chục cho đến vài ngàn tần số).
Thiết bị 4G sử dụng máy thu vô tuyến xác nhận bởi phần mềm SDR (Software Defined Radio) cho phép sử dụng băng thông hiệu quả hơn bằng cách dùng đa kênh
đồng thời. Tổng đài chuyển mạch mạng 4G chỉ dùng chuyển mạch gói, do đó, giảm
trễ thời gian truyền và nhận dữ liệu.
Dưới đây là hình lộ trình phát triển cảu hệ thống thông tin di động tế bao bắt
đầu từ hệ thống thông tin thế hệ một đến hệ thống thông tin thế bố.
11
Hình 1.1: Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động tế bào[2]
1.2 Tổng quan về mạng thông tin di động 4G LTE
Công nghệ 4G là 1 công nghệ di động tiên tiến cho phép người dùng xem
được video hoặc nghe được âm thanh chất lượng cao thông qua giao tức internet
(internet protocol) end-to-end (từ đầu này sang đầu kia, từ nguồn tới đích). Tốc độ
chuyển tài dữ liệu nhanh hơn mạng 3G hiện tại từ 4 đến 10 lần.
Một vài tính năng nổi bật mạng 4G:
-
Hệ thống quan phổ hiệu quả.
-
Dung lượng mạng cao.
-
Tỷ lệ chuyển giao dữ liệu lớn.
-
Dịch vụ chất lượng cao.
-
Bảo mật và tính cá nhân cao.
Trong tương lai, mạng di động LTE Advance, WiMax (nhánh khác của
4G)… sẽ là những thế hệ tiến bộ hơn nữa, cho phép người dùng truyền tải các dữ
liệu HD, xem tivi tốc độ cao, trải nghệm web tiên tiến hơn cũng như mang lại cho
người dùng nhiều tiện lợi hơn nữa từ chính chiếc di động của mình.
LTE Advanced là ứng viên cho chuẩn IMT-Advanced, mục tiêu của nó là
hướng đến đáp ứng được yêu cầu của ITU. LTE Advanced có khả năng tương thích
với thiết bị và chia sẻ băng tần với LTE phiên bản đầu tiên.
12
Di động WiMAX (IEEE 802. 16e-2005) là chuẩn truy cập di động không
dây băng rộng (MWBA) cũng được xem là 4G, tốc độ bít đỉnh đường xuống là 128
Mb/s và 56 Mbps cho đường xuống với độ rộng băng thông hơn 20 MHz.
UMB (Ultra Mobile Broadband) : UMB được các tổ chức viễn thông của
Nhật Bản, Trung Quốc, Bắc Mỹ và Hàn Quốc cùng với các hãng như
AlcatelLucent, Apple, Motorola, NEC và Verizon Wireless phát triển từ nền tảng
CDMA. UMB có thể hoạt động ở băng tần có độ rộng từ 1,25 MHz đến 20 MHz và
làm việc ở nhiều dải tần số, với tốc độ truyền dữ liệu lên tới 288 Mb/s cho luồng
xuống và 75 Mb/s cho luồng lên với độ rộng băng tần sử dụng là 20 MHz.
Qualcomm là hãng đi đầu trong nỗ lực phát triển UMB, mặc dù hãng này cũng đồng
thời phát triển cả công nghệ LTE.
Các mục tiêu mà 4G hướng đến :
-
Băng thông linh hoạt giữa 5 MHz đến 20 MHz, có thể lên đến 40 MHz.
-
Tốc độ được quy định bởi ITU là 100 Mb/s khi di chuyển tốc độ cao và 1
Gb/s đối với thuê bao đứng yên so với trạm.
-
Tốc độ dữ liệu ít nhất là 100 Mbps giữa bất kỳ hai điểm nào trên thế giới.
-
Hiệu suất phổ đường truyền là 15bit/s/Hz ở đường xuống và 6.75 bit/s/Hz ở
đường lên (có nghĩa là 1000 Mb/s ở đường xuống và có thể nhỏ hơn băng
thông 67 MHz).
-
Hiệu suất sử dụng phổ hệ thống lên đến 3 bit/s/Hz/cell ở đường xuống và
2.25 bit/s/Hz/cell cho việc sử dụng trong nhà.
-
Chuyển giao liền (Smooth handoff) qua các mạng hỗn hợp.
-
Kết nối liền và chuyển giao toàn cầu qua đa mạng.
-
Chất lượng cao cho các dịch vụ đa phương tiện như âm thanh thời gian thực,
tốc độ dữ liệu cao, video HDTV, TV di động…
-
Tương thích với các chuẩn không dây đang tồn tại.
-
Tất cả là IP, mạng chuyển mạch gói, không còn chuyển mạch kênh nữa.
13
1.3
Kết luận chương
Chương này đã trình bày sự phát triển, những nét đặc trưng và ưu nhược
điểm của các mạng thông tin di động thế hệ 1, 2, 3 và 4G, Đồng thời đã giới thiệu
tổng quan về hệ thống thông tin di động thế hệ 4G LTE, nêu được tính năng nổi bật
và các mục tiêu hướng đến trong tương lai.
14
CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC MẠNG 4G LTE VÀ CÁC VẤN ĐỀ
LIÊN QUAN
LTE là viết tắt của Long Term Evolution hay “Sự phát triển dài hạn”. LTE là
bước tiếp theo dẫn đến hệ thống thông tin di động 4G. Xây dựng trên các nền tảng
kỹ thuật của họ các hệ thống mạng tế bào 3GPP (bao gồm GSM, GPRS và EDGE,
WCDMA và HSPA). LTE còn được gọi là E-UTRA hay EUTRAN là thế hệ thứ tư
tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. Đây là công nghệ có khả năng đáp
ứng: Hiệu quả sử dụng phổ (Spectrum Efficiency); Độ trễ trong giao thức điều
khiển nhỏ hơn 20ms và đối với dịch vụ viễn thông nhỏ hơn 5ms; Hỗ trợ nhiều băng
thông (5, 10, 15, 20, dưới 5 MHz); tốc độ dữ liệu: 100Mb/s cho hướng DL, và 50
Mb/s cho hướng UL với băng thông sử dụng là 20MHz, tốc độ dữ liệu của Realase
10 - LTE Advanced đường xuống có thể đạt được trên 1 Gb/s.
2.1 Kiến trúc mạng 4G LTE
2.1.1 Cấu hình kiến trúc hệ thống cơ sở
Kiến trúc tổng quan mạng bao gồm các phần tử mạng và các giao diện
chuẩn. Tại mức cao, mạng gồm mạng lõi CN (EPC: Evolved Packet Core: lõi gói)
và mạng truy nhập (E-UTRAN: Evolved UTRAN). Trong khi CN gồm nhiều nút
logic thì mạng truy nhập chỉ có một kiểu nút: eNodeB. Mỗi phần từ mạng được nối
với nhau qua các giao diện chuẩn để đảm bảo tương tác giữa các nhà bán máy. Vì
thế các nhà khai thác mạng có thể lựa chọn các phần tử mạng khác nhau từ các nhà
bán máy khác nhau.
Hình 2.1 cho thấy kiến trúc bao gồm bốn miền chính: (1) thiết bị người sử
dụng (UE: User Equipment), (2) mạng truy nhập vô tuyến UMTS phát triển (EUTRAN), (3) mạng lõi gói phát triển (EPC) và (4) miền các dịch vụ.
15
Các dịch vụ
Các mạng ngoài:
Các dịch vụ của nhà khai
thác (IMS) và Internet
Rx
SGi
Gx
PCRF
P-GW
EPC
SAE
GW
HSS
S6a
S5/S8
Gxc
S11
MME
S1-U
S10
S1-MME
X2
E-UTRAN
eNodeB
Lớp kết nối các dịch vụ
S-GW
Lớp kết nối IP, EPS
(chỉ khi S5/S8
là PMIP)
LTE-Uu
Thiết bị người sử dung
UE
Hình 2.1: Kiến trúc mạng 4G LTE[1]
Các miền kiến trúc mức cao có chức năng giống như các chức năng hiện có
trong các hệ thống 3GPP. Phát triển kiến trúc mới chủ yếu tập trung lên mạng truy
nhập vô tuyến và mạng lõi: E-UTRAN và EPC. Các miền UE và dịch vụ không đổi
về mặt kiến trúc.
UE, E-UTRAN và EPC cùng nhau thể hiện lớp kết nối giao thức internet
(IP). Phần này cũng còn được gọi là Hệ thống gói phát triển (EPS: Evolved Packet
System). Chức năng chính của lớp này là cung cấp kết nối dựa trên IP. Tất cả các
dịch vụ đều được cung cấp trên đỉnh IP. Các công nghệ IP cũng là các công nghệ
ngự trị trong truyền tải, tại đây tất cả đều được thiết kế để hoạt động tr ên đỉnh của
truyền tài IP.
Phân hệ đa phương tiện IP (IMS: IP Multimedia Sub-System) là thí dụ rõ
ràng nhất về bộ máy dịch vụ được sử dụng trong lớp kết nối dịch vụ để cung cấp
các dịch vụ trên đỉnh kết nối IP do các lớp thấp hơn cung cấp. Thí dụ, để hỗ trợ dịch
vụ thoại, IMS có thể cung cấp thoại trên IP (VoIP) và kết nối với các mạng chuyển
mạch dịch vụ kênh PSTN và ISDN thông qua các cổng phương tiện (MGW) mà nó
điều khiển.
