Nghiên cứu về công nghệ 4g và đề xuất ứng dụng 4g tại VNPT (LV thạc sĩ)

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------

NGUYỄN THỊ THANH HÒA

NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ 4G
VÀ ĐỀ XUẤT ỨNG DỤNG 4G TẠI VNPT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
(Theo định hướng ứng dụng)

HÀ NỘI - 2017


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------

NGUYỄN THỊ THANH HÒA

NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ 4G
VÀ ĐỀ XUẤT ỨNG DỤNG 4G TẠI VNPT
Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông
Mã số: 60.52.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
(Theo đinh hướng nghiên cứu/ứng du ̣ng)

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS. NGUYỄN VIỆT HƯNG

HÀ NỘI - 2017

i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Hà Nội, ngày 30 tháng 5 năm 2017
Học viên

Nguyễn Thị Thanh Hòa


ii

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận này, em xin được gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo,
những người đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy giúp đỡ em trong suốt quá trình học
tập, nghiên cứu và rèn luyện ở trường Học viên Công nghệ Bưu chính Viễn thông.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn TS. Nguyễn Việt Hưng đã
tận tình, chu đáo hướng dẫn em thực hiện luận văn này.
Mặc dù đã cố gắng để thực hiện đề tài này một cách hoàn chỉnh nhất, song
do quá trình thực hiện luận văn còn tồn tại những khó khăn nhất định nên không thể
tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự góp ý của quý Thầy, Cô giáo và các
bạn để bài luận văn được hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 30 tháng 5 năm 2017
Học viên

Nguyễn Thị Thanh Hòa


iii

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ MẠNG
4G LTE........................................................................................................................ 3
1.1 Lịch sử các thế hệ mạng di động, xu hướng phát triển lên 4G ......................... 3
1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất 1G ......................................... 3
1.1.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai 2G ........................................... 3
1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba 3G ............................................. 4
1.2 Tổng quan về 4G ...............................................................................................5
1.3. Chuẩn wimax và LTE .......................................................................................9
1.4 Tình hình triển khai thử nghiệm ......................................................................12
1.4.1 Trên thế giới: ............................................................................................12
1.4.2 Tại Việt Nam……………………………………….…………………...14
1.5 Kết luận chương ..............................................................................................15
Chương 2: CÔNG NGHỆ 4G LTE ...........................................................................16
2.1 Mô hình Kiến trúc mạng 4G LTE ...................................................................16
2.1.1 EPC ...........................................................................................................18
2.1.2 Mạng truy nhập vô tuyến LTE: e-UTRAN ..............................................19
2.1.3 Thiết bị đầu cuối di động ..........................................................................20
2.2 Quản lý di động trong 4G LTE .......................................................................20
2.3 Truy nhập vô tuyến trong LTE: băng tần truyền dẫn, quy hoạch tần số .........21
2.4 Kỹ thuật đa truy nhập cho đường xuống OFDMA, kỹ thuật đa truy nhập
đường lên LTE SC-FDMA ....................................................................................22
2.4.1 Kỹ thuật OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) ...22

2.4.2 Kỹ thuật đa truy nhập đường lên LTE SC-FDMA ...................................27
2.5 Kỹ thuật đa ăng ten MIMO .............................................................................28
2.5.1 SU-MIMO đường xuống trong LTE ........................................................29
2.5.2 MIMO đa người dùng MU-MIMO……………………………………..32
2.6 Các thủ tục truy nhập.......................................................................................33
2.6.1 Tìm ô .........................................................................................................33
2.6.2 Truy nhập ngẫu nhiên…………………………………………...…….…35
2.6.3 Tìm gọi ......................................................................................................37


iv

2.7 Kết luận chương ..............................................................................................38
Chương 3: QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE CHO VNPT ........................................39
3.1 Đặc điểm mạng thông tin di động tỉnh Lạng Sơn ...........................................39
3.1.1 Đặc điểm tỉnh Lạng Sơn ...........................................................................39
3.1.2 Hiện trạng mạng thông tin di động Lạng Sơn ..........................................40
3.1.3 Nhu cầu phát triển lên 4G của tỉnh Lạng Sơn ..........................................41
3.2 Các chỉ tiêu thiết kế .........................................................................................41
3.2.1 Dự báo lưu lượng......................................................................................43
3.2.2 Phân tích vùng phủ ...................................................................................43
3.3 Quy hoạch chi tiết ...........................................................................................44
3.3.1 Quy hoạch vùng phủ .................................................................................44
3.3.2 Các mô hình truyền sóng ..........................................................................48
3.3.3 Tính bán kính ô phủ…………………………..………………...………52
3.3.4 Quy hoạch dung lượng..............................................................................52
3.3.5 Tối ưu mạng…………………………………………………………….56
3.4 Áp dụng quy hoạch cho VNPT Lạng Sơn .......................................................56
3.4.1. Quy hoạch vùng phủ ................................................................................58
3.4.2. Quy hoạch theo dung lượng.....................................................................63

3.4.3 Kết quả khảo sát tại một số địa điểm của tỉnh Lạng Sơn .........................64
3.5 Kết luận chương .............................................................................................68
KẾT LUẬN ...............................................................................................................68
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO…………...……………………………...70


v

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

1G

One Generation Cellular

Hệ thống thông tin di độngthế hệ thứ
nhất

2G

Second Generation
Cellular

Hệ thống thông tin di độngthế hệ thứ hai

3G

Third Generation Cellular

Hệ thống thông tin di độngthế hệ thứ ba

4G

Four Generation Cellular

Hệ thống thông tin di độngthế hệ thứ tư

3GPP

Third Generation
Patnership Project

Dự án hợp tác thế hệ 3

BW

Band Width

Băng thông

CDMA

Code Division Multiple

Đa truy cập phân chia theo mã

CP

Cycle Prefix

Tiền tố lặp

DL

Downlink

Hướng xuống

DL-SCH

Downlink Share Channel

Kênh chia sẻ đường xuống

EDGE

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

E-UTRAN

Evolved UMTS
Terrestrial Radio Access

Mạng truy nhập vô tuyến cải tiến

EPC

Evolved Packet Core

Mạng lõi gói

eNodeB

Enhance NodeB

NodeB cải tiến

FDMA

Frequency
Multiple

Division Đa truy cập phân chia theo tần số


vi

Viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

FDD

FrequencyDivision

Ghép kênh phân chia theo tần số

FEC

Forward Error Correction

Sửa lỗi hồi tiếp

GSM

Global System for Mobile Hệ thống di động toàn cầu

GERAN

GSM/EDGE Radio
Access

Mạng truy nhập vô tuyến GSM/EDGE

GPRS

General Packet Radio
Service

Dịch vụ gói vô tuyến thông dụng

HSDPA

High Speed Downlink
Packet

Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao

HSPA

High Speed Packet
Access

Truy nhập gói tốc độ cao

HSS

Home Subscriber Server

Quản lý thuê bao

ITU

International
Telecommunication
Union

Đơn vị viễn thông quốc tế

IMS

IP Multimedia Subsystem

Hệ thống đa phương tiện sử dụng IP

ISI

Inter-Symbol Interference

Nhiễu liên ký tự

IFFT

Inverse Fast Fourier
Transform

Biến đổi Fourier ngược

MS

Mobile Station

Trạm di động

MCS

Modulation Coding
Scheme

Kỹ thuật mã hóa và điều chế

BTS

Base Station

Trạm gốc


vii

Viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

MIMO

Multi Input Multi Output

Đa ngõ vào đa ngõ ra

MME

Mobility Management
Entity

Quản lý tính di động

MU_MIMO

Multi User - MIMO

Đa người dung - Đa ngõ vào đa ngõ ra

OFDM

Orthogonal Frequency
Division Multiple

Ghép kênh phân chia theo tần số trực
giao

OFDMA

Orthogonal Frequency
Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số trực
giao

PAPR

Peak-to-Average Power
Ratio

Tỷ số công suất đỉnh trên công suất
trung bình

RLC

Radio Link Control

Điều khiển kết nối vô tuyến

RB

Resource Block

Khối tài nguyên

SDR

Software - Defined Radio

Phần mềm nhận dạng vô tuyến

SNR

Signal to Noise Ratio

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

SC- FDMA

Single Carrier Frequency Đa truy cập phân chia theo tần số trực
Division multiple Access giao đơn sóng mang

SAE

System Architecture

Enhance

Cấu trúc hệ thống tăng cường

SU_MIMO

Single User Multi Input
Multi output

MIMO đa người dùng

TDMA

Time Division Multiple
Access

Đa truy cập phân chia theo thời gian

TDD

Time Division Duplexing

Ghép kênh phân chia theo thời gian

UL

Uplink

Đường lên

viii

Viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt
Hệ thống thông tin di động

UTMS

Universal
Telecommunication
Mobile

UTRAN

UTMS Terrestrial Radio Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
Access Networks

UE

System User Equipment

WCDMA

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

Thiết bị người dùng (Di động)


ix

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1.1: Các phiên bản….……………………………………………….………...8
Bảng 1.2:So sánh LTE và WIMAX….…………………………….………………13
Bảng 2.1: Băng tần LTE…... ………………………………………………………26
Bảng 3.1: Hiện trạng thông tin di động trên địa bàn tỉnh …….……………………50
Bảng 3.2: Quá trình quy hoạch và triển khai mạng………………………………. 44
Bảng 3.3:Tốc độ bit đỉnh tương ứng với từng tốc độ mã hóa và băng thông .…….61
Bảng 3.4: Giá trị của băng thông cấu hình tương ứng với băng thông kênh truyền 62
Bảng 3.5: Diện tích, dân số tỉnh Lạng Sơn 2016………………………………… 65
Bảng 3.6: Quỹ đường truyền đường lên cho LTE …………………………………60
Bảng 3.7: Quỹ đường truyền đường xuống cho LTE…………………………….. 61
Bảng 3.8: Các giá trị để tính toán diện tích ô ……………………………………..62
Bảng 3.9: Tính toán cự ly và diện tích phủ sóng của một ô gồm ba đoạn ô……… 63
Bảng 3.10: Số site quy hoạch theo vùng phủ…………………………………….. 64
Bảng 3.11: Dự đoán đầu ra lưu lượng qua các năm TP Lạng Sơn…………………65
Bảng 3.12: Dự đoán đầu ra lưu lượng qua các năm các huyện ngoại ô tỉnh Lạng Sơn
……………………………………………………………………………………...65
Bảng 3.13: Quy hoạch TP Lạng Sơn theo dung lượng đến năm 2020 …………….65
Bảng 3.14: Quy hoạch vùng ngoại ô Lạng Sơn theo dung lượng đến 2020 ………65
Bảng 3.15: Vị trí các eNode B được thiết kế tại thành phố Lạng Sơn...…………...66
Bảng 3.16: Địa điểm thiết kế các eNodeB cho khu vực huyện Cao Lộc………….67
Bảng 3.17: Địa điểm thiết kế các eNodeB cho khu vực huyện Văn Lãng…………68

x

DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1: Lộ trình phát triển lên 4G………………………………………………. 8
Hình 1.2: Tỷ lệ kết nối LTE ở các châu lục…………………………..………….. 14
Hình 2.1: Kiến trúc LTE…..……………………………………………………….17
Hình 2.2: UTRAN và e-UTRAN ………………………………………………….18
Hình 2.3: Kiến trúc chung của LTE ……………………………………………….19
Hình 2.4 Truyền đơn sóng mang ………………………….……………………….24
Hình 2.5: Nguyên lý của FDMA…………………….…………………………… 24
Hình 2.6: Biến đổi FFT………………………….…………………………………25
Hình 2.7: Thu và phát OFDMA……………………………………………………25
Hình 2.8: Phân phối tài nguyên của OFDMA trong LTE………………………….25
Hình 2.9: Đặc tính đường bao của OFDMA……………………………………….26
Hình 2.10: PAPR cho các tín hiệu khác nhau...…………………………………... 26
Hình 2.11: Thu phát FC-FDMA trong miền tần số…………………………….…. 28
Hình 2.12: Mô hình truyền dẫn SU-MIMO…………………………………….… 31
Hình 2.13: Xử lý tín hiệu SU-MIMO vòng kín phía phát…….………………….. 31
Hình 2.14: Máy thu MMSE-SIC....………………………………………………...32
Hình 2.15: MU-MIMO với tạo búp dựa trên bảng mã cho nhiều UE sử dụng tài
nguyên thời gian tần số…………………………………………………………… 33
Hình 2.16: MU-MIMO đường kên...……………………………………………... 34
Hình 2.17: Các tín hiệu đồng bộ sơ cấp và thứ cấp………………………………. 35
Hình 2.18: Tổng thể thủ tục truy nhập ngẫu nhiên ………………………………..38
Hình 2.19: Thu không liên tục (DRX) đối với tìm gọi…………………………… 39


xi

Hình 3.1: Ba loại site khác nhau ( ommi, 2-sector, 3-sector)…………………….. 53

Hình 3.2: Bản đồ phân bố các eNode B cho ba khu vực của tỉnh lạng Sơn…….…67


1

MỞ ĐẦU
Hiện nay 4G/LTE đang được nghiên cứu và phát triển rộng rãi trên toàn thế
giới. 4G/LTE là công nghệ hứa hẹn tạo ra những bước đột phá mới về dịch vụ viễn
thông và công nghệ thông tin. Bên cạnh những trải nghiệm khác biệt đối với người
sử dụng, 4G còn là điều kiện phát triển các ứng dụng, giải pháp cho doanh nghiệp,
chính quyền trong một kỷ nguyên “Internet kết nối mọi thứ” . Việc triển khai 4G sẽ
mang lại rất nhiều lợi ích cho cả người dùng lẫn nhà mạng. Công nghệ 4G/LTE
cung cấp băng thông rộng hơn, truyền tải dữ liệu nhanh hơn, dung lượng lớn hơn,
được đánh giá là điều kiện lý tưởng để hiện thực hóa mục tiêu mọi lúc- mọi nơimọi người khi cung cấp các dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao, hàm lượng nội
dung lớn như truyền hình trực tiếp, xem phim HD theo yêu cầu HD VOD, hội nghị
truyền hình HD Video Conferencing, văn phòng di động mobile office, khám chữa
bệnh từ xa, thương mại điện tử, chính phủ điện tử. Cuối năm 2015, Bộ Thông tin và
Truyền thông đã cấp giấy phép thử nghiệm 4G cho một số doanh nghiệp viễn thông,
trong đó có Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam.
Lựa chọn đúng về công nghệ để tránh đầu tư sai hướng, vận hành khai thác
được hệ thống mới một cách có hiệu quả, xây dựng một hệ thống mới đảm bảo chất
lượng dịch vụ một cách hiệu quả nhất đồng thời đem đến cho người dùng các loại
hình dịch vụ mới, đa dạng và khai thác được ưu thế của mạng 4G. Vậy khi triển
khai 4G cần lựa chọn công nghệ, quy hoạch mạng, đầu tư thiết bị như thế nào cho
đúng hướng là một vấn đề hết sức quan trọng.
Do đó luận văn đi sâu nghiên cứu về 4G để có được những căn cứ khoa học
để xây dựng phương án thiết kế, triển khai mạng thông tin di động 4G/LTE trên nền
mạng 3G. Tìm phương pháp quy hoạch, thiết kế và tối ưu mạng thông tin di động
4G/LTE làm căn cứ để xây dựng phương án triển khai mạng 4G/LTE trên nền
mạng GSM/3G, cụ thể là cho VNPT tỉnh Lạng Sơn.

Luận văn gồm 3 chương:


2

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ
MẠNG 4G LTE
Chương 2: CÔNG NGHỆ 4G LTE
Chương 3: QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE CHO VNPT


3

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI
ĐỘNG VÀ MẠNG 4G LTE
1.1 Lịch sử các thế hệ mạng di động, xu hướng phát triển lên 4G
1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất 1G
Vào đầu thập niên 70 thế kỷ trước, mạng không dây thế hệ thứ nhất (1G)
xuất hiện, dựa vào hệ thống truyền dẫn analog với các thiết bị nhỏ gọn và giá rẻ hơn
trước. Hệ thống thông tin di động thứ nhất 1G sử dụng công nghệ analog gọi là đa
truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) để truyền kênh thoại trên sóng đến thuê
bao di động. Hệ thống này phát triển ở cả Châu Âu, Bắc mỹ.
Năm 1991, Mỹ phát triển hệ thống AMPS thành hệ thống N-AMPS
(Narowband AMPS) với một số thay đổi về băng tần. Hệ thống này có thể phục vụ
lượng thuê bao lớn hơn mà không cần thêm cell mới

1.1.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai 2G
Cuối thập niêm 1980, các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai 2G sử
dụng công nghệ số đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA. Các hệ thống này
có ưu điểm là sử dụng hiệu quả băng tần được cấp phát, đảm bảo chất lượng truyền

dẫn yêu cầu, đảm bảo an toàn thông tin , cho phép chuyển mạng quốc tế .. Đến đầu
thập niên 1990, công nghệ TDMA được dùng cho hệ thống thông tin di động toàn
cầu GSM ở châu Âu.
Đến giữa thập kỷ 1990, đa truy nhập phân chia theo mã CDMA trở thành
loại hệ thống 2G thứ 2 khi người Mỹ đưa ra tiêu chuẩn nội địa IS-95. 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 nhau


4

Mỹ tiếp tục phát triển hệ thống số IS54 thành phiên bản mới là IS-136 còn
gọi là AMPS số (D-AMPS) đạt được nhiều thành công. Năm 1985 công nghệ
CDMA ra đời. Đó là công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã sử dụng kỹ thuât
trải phổ được nghiên cứu và triển khai bởi hãng Qualcomm Communication. Công
nghệ này trước đó sử dụng chủ yếu trong quân sự và đến nay được sử dụng rộng rãi
nhiều nơi trến thế giới.
Ở giai đoạn chuyển tiếp, mạng 2G đã được nâng cấp lên mạng 2,5G vào cuối
những năm 1990 , bao gồm các mạng đã được đưa vào sử dụng như: GPRS, EDGE
và CDMA2000-1x.

1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba 3G
Mạng 3G (Third-generation technology) là thế hệ thứ ba của chuẩn công
nghệ điện thoại di động, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải
dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh...). 3G cung cấp cả hai hệ thống là
chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh. Hệ thống 3G yêu cầu một mạng truy cập
radio hoàn toàn khác so với hệ thống 2G hiện nay. Điểm mạnh của công nghệ này

so với công nghệ 2G và 2.5G là cho phép truyền, nhận các dữ liệu, âm thanh, hình
ảnh chất lượng cao cho cả thuê bao cố định và thuê bao đang di chuyển ở các tốc độ
khác nhau. Với công nghệ 3G, các nhà cung cấp có thể mang đến cho khách hàng
các dịch vụ đa phương tiện, như âm nhạc chất lượng cao; hình ảnh video chất lượng
và truyền hình số; Các dịch vụ định vị toàn cầu (GPS); E-mail;video streaming;
High-ends games;...
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. hiện
vẫn được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu với tốc độ trung bình 1,5 Mbps. 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


5

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 thứ 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 quy định:
- 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.
Một loạt các chuẩn công nghệ di động 3G, tất cả đều dựa trên CDMA như :
UMTS, CDMA2000 và TD-SCDMA
1.2 Tổng quan về 4G
Bảng 1.1: Các phiên bản [9]

Phiên bản

Thời

điểm Tính năng chính

hoàn tất
Release 98

Quý I/1999

GSM với AMR, EDGE và GPRS cho PCS 1900

Release 99

Quý I/2000

kỹ thuật mạng đầu tiên UMTS 3G với giao diện
WCDMA

Release 4

Quý I/2001

UMTS với tính năng bổ sung, bao gồm mạng lõi


6

all-IP
Release 5

Quý I/2002

Release 6

Quý I năm Kết hợp hoạt động kết hợp với các mạng LAN
2004

UMTS với IMS và HSDPA

không dây; HSUPA; MBMS; cải tiến IMS; push
to talk over Cellular (PoC); GAN

Release 7

Quý I/2007

Tập tung giảm độ trễ, cải thiện chất lượng dịch
vụ và các ứng dụng thời gian thực như VoIP.
Phiên bản này cũng tập trung vào HSPA+ và
EDGE Evolution

Release 8

Quý 4/2008

phát hành LTE đầu tiên; mạng All-IP; OFDMA
mới dựa trên giao diện vô tuyến; FDE; MIMO;
sự không tương thích ngược với giao diện
CDMA trước; dual cell HSPA

Release 9

Quý 4 năm cải tiến SAES; WIMAX và LTE / UMTS khả
2009

năng tương thích; HSPDA di động kép với
MIMO; dual cell HSUPA

Release 10

Quý I năm LTE Advanced đáp ứng yêu cầu IMT 4G tương
2011

thích ngược với các phiên bản 8 LTE tiên tiến;
HSDPA tế bào đa với 4 sóng mang

Release 11

Quý 3 năm Nâng cao IP kết nối các dịch vụ; lớp dịch vụ kết
2012

nối giữa các nhà khai thác / hãng quốc gia cũng

như các nhà cung cấp ứng dụng của bên thứ ba;
mạng không đồng nhất (HetNet) cải tiến; phối
hợp đa hoạt động (COMP; in-device coexistence

Release 12

Quý III
/2014

các cuộc gọi nhóm (GCSE); dịch vụ gần (proSe)


7

Release 13

Quý I/2016

Push to talk (MCPTToLTE; IOPS)

Release 14

TBD

TBD

ITU phân loại các mạng viễn thông di động quốc tế như sau:
-Các hệ thống IMT-2000: là các hệ thống 3G hiện nay như UMTS
,CDMA2000
-Các hệ thống Enhanced IMT-2000: sự phát triển của các hệ thống IMT2000 như HSPA, CDMA1xEvDo và các hệ thống phát triển hơn nữa của chúng

trong tương lai.
-Các hệ thống IMT-Advance: được xem là hệ thống 4G.

Hình 1.1: Lộ trình phát triển lên 4G

4G là hệ thống thông tin băng rộng được xem như IMT tiên tiến (IMT
Advanced) được định nghĩa bởi ITU-R.


8

Các công nghệ tiềm năng tiến tới 4G
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
Mbps và 56 Mbps cho đường xuống với độ rộng băng thông hơn 20 MHz.
UMB (Ultra Mobile Broadband) : UMB được 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 Mbps cho luồng xuống và
75 Mbps cho luồng lên với độ rộng băng tần sử dụng là 20 MHz. Các kĩ thuật
Multiple radio và antena tiên tiến MIMO, đa truy nhập phân chia theo không gian
SDMA, kỹ thuật beamforming atena
LTE là một trong những công nghệ tiềm năng nhất cho 4G. LTE sẽ tồn tại
trong giai đoạn đầu của 4G, cho phép chuyển đổi dần từ 3G UMTS dang giai đoạn
đầu của 4G, sau đó là IMT adv. 3GPP đã hướng đến IMT-advance với LTEadvance.. 3GPP LTE có khả năng cấp phát phổ tần linh động và hỗ trợ các dịch vụ
đa phương tiện với tốc độ lên tới 100Mb/s . Tốc độ đường lên đạt tới 10Mb/s. Tốc
độ này cao gấp 7 lần so với HSDPA. Công nghệ này hỗ trợ các dịch vụ có dung
lượng lớn, độ phân giải cao.
LTE có nhiều ưu điểm nổi bật như:
+Tốc độ cao:LTE đảm bảo tốc độ số liệu đỉnh tức thời đường xuống lên đến
100Mbit/s khi băng thông cấp phát cực đại là 20Mhz (5bit/sHz) và tốc độ đỉnh

đường lên 50Mbit/s khi băng thông được cấp phát cực đại là 20Mhz (2,5 bit/s hz).
Băng thông LTE được cấp phát linh hoạt từ 1,25 Mhz đến 20Mhz ( gấp 4 lần băng
thông 3G-UMTS)
+Thông lượng đường xuống trong LTE gấp ba đến bốn lần thông lượng
đường xuống của R6 HSDPA tính trung bình trên 1MHz . Thông lượng đường lên
trong LTE cũng gấp hai đến ba lần thông lượng đường lên trong R6 HSUPA tính
trung bình trên 1MHZ [8].


9

+Hiệu suất phổ tần: LTE đảm bảo tăng đáng kể hiệu suất phổ tần và tăng tốc
độ bit tại biên ô trong khi vẫn đảm bảo duy trì các vị trí đặt trạm hiện có của
UTRAN và EDGE. Trong mạng có tải, hiệu suất phổ tần kênh đường xuống của
LTE gấp ba đến bốn lần R6 HSDPA tính theo bit/s/Hz/trạm.
+ Hỗ trợ di động cho người sử dụng di động tại các tốc độ cao
+Kiến trúc mạng đơn giản hơn 3G mà vẫn tích hợp dễ dàng với mạng 3G và
2G, các nhà cung cấp mạng có thể phát triển LTE mà không cần thay đổi toàn bộ
cơ sở hạ tầng sẵn có. OFDMA và MIMO sẽ được sử dụng cho LTE thay vì CDMA
như trước đây.
So sánh 3G và 4G:
Về mặt lý thuyết, mạng không dây sử dụng công nghệ 4G sẽ có tốc độ nhanh
hơn mạng 3G từ 4 đến 10 lần. Tốc độ tối đa của 3G là tốc độ tải xuống 14Mbps và
5.8Mbps tải lên. Với công nghệ 4G, tốc độ có thể đạt tới 100Mbps đối với người
dùng di động và 1Gbps đối với người dùng cố định. 3G sử dụng ở các dải tần quy
định quốc tế cho UL : 1885-2025 MHz; DL : 2110-2200 MHz; với tốc độ từ
144kbps-2Mbps, độ rộng BW: 5 MHz. Đối với 4G LTE thì Hoạt động ở băng tần :
700 MHz-2,6 GHz với mục tiêu tốc độ dữ liệu cao, độ trễ thấp, công nghệ truy cập
sóng vô tuyến gói dữ liệu tối ưu. Tốc độ DL :100Mbps( ở BW 20MHz), UL : 50
Mbps với 2 aten thu một anten phát. Độ trễ nhỏ hơn 5ms với độ rộng BW linh hoạt

là ưu điểm của LTE so với WCDMA, BW từ 1.25 MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz,
15 MHz, 20 MHz. Hiệu quả trải phổ tăng 4 lần và tăng 10 lần số người dùng/cell so
với WCDMA.

1.3. Chuẩn wimax và LTE


10

Bảng 1.2 : Bảng so sánh LTE và WIMAX [6]

Các tiêu chí

WIMAX

LTE

Phiên bản

802.16e (2005)

3GPP release 8 (3/2009)

Cơ sở hạ tầng và

Bắt đầu năm 2007

Bắt đầu năm 2010

các thiết bị có giá

trị
Dải tần hoạt động

2.5 GHz, 2.6GHz, GHz, 3.65 700MHz, 850 MHz,1.5 GHz,
GHz, 5.8 GHz,

1.8

GHz,

1.7/2.1

GHz,

2.1GHz, 2.3GHz, 2.6GHz

Các

thông

hướng đến

số Tốc độ dữ liệu lên 75Mbps/25 Tốc

độ

dữ

liệu

lên

Mbps đối với kênh 10MHz 100Mbps/50 Mbps đối với
với 2x2 MIMO, bán kính cell kênh 10MHz với 2x2 MIMO,
lên

đến

2-7Km,

người dùng

100-200 bán kính cell lên đến 5Km,
lớn hơn 400 người dùng

Khả năng tương Không tương thích lùi với Kế thừa chuẩn 3GPP, nhưng
thích lùi

3GPP hoặc 3GPP2

khác kỹ thuật nên đòi hỏi thiết
bị mới ở RAN nếu dải tần
khác nhau được sử dụng

Về công nghệ, LTE và WiMax có một số khác biệt nhưng cũng có nhiều
điểm tương đồng. Cả hai công nghệ đều dựa trên nền tảng IP. Cả hai đều dùng kỹ
thuật MIMO để cải thiện chất lượng truyền/nhận tín hiệu, đường xuống từ trạm thu
phát đến thiết bị đầu cuối đều được tăng tốc bằng kỹ thuật OFDM hỗ trợ truyền tải
dữ liệu đa phương tiện và video. Theo lý thuyết, chuẩn WiMax hiện tại (802.16e)
cho tốc độ tải xuống tối đa là 70Mbps, còn LTE dự kiến có thể cho tốc độ đến

300Mbps. Tuy nhiên, khi LTE được triển khai ra thị trường có thể WiMax cũng sẽ


11

được nâng cấp lên chuẩn 802.16m (còn được gọi là WiMax 2.0) có tốc độ tương
đương hoặc cao hơn.
LTE còn có ưu thế hơn WiMax vì được thiết kế tương thích với cả phương
thức TDD (Time Division Duplex) và FDD (Frequency Division Duplex). Ngược
lại, WiMax hiện chỉ tương thích với TDD (theo một báo cáo được công bố đầu năm
nay, WiMax Forum đang làm việc với một phiên bản Mobile WiMax tích hợp
FDD). TDD truyền dữ liệu lên và xuống thông qua 1 kênh tần số (dùng phương
thức phân chia thời gian), còn FDD cho phép truyền dữ liệu lên và xuống thông qua
2 kênh tần số riêng biệt. Điều này có nghĩa LTE có nhiều phổ tần sử dụng hơn
WiMax. Tuy nhiên, sự khác biệt công nghệ không có ý nghĩa quyết định trong cuộc
chiến giữa WiMax và TLE.
Tuy nhiên LTE vẫn có lợi thế quan trọng so với WiMax. LTE được hiệp hội
các nhà khai thác GSM (GSM Association) chấp nhận là công nghệ băng rộng di
động tương lai của hệ di động hiện đang thống trị thị trường di động toàn cầu với
khoảng 2,5 tỉ thuê bao (theo Informa Telecoms & Media). Hơn nữa, LTE cho phép
tận dụng dụng hạ tầng GSM có sẵn (tuy vẫn cần đầu tư thêm thiết bị) trong khi
WiMax phải xây dựng từ đầu.
So với WiMAX, 4G LTE đã có một công nghệ đi trước là 2G, 3G với số
lượng thuê bao đã có sẵn. Đây là một lợi thế lớn để triển khai 4G LTE. Đặc biệt các
thiết bị di động 4G LTE sẽ tương thích với các mạng thông tin di động thế hệ trước,
do vậy người dùng sẽ có thể chuyển giao dễ dàng với các mạng đã tồn tại. Điều này
cho phép những nhà cung cấp mạng 4G LTE có thể triển khai mạng dần dần.
Trong khi đó WiMAX phải triển khai mạng từ con số không. Do WiMAX
không tương thích với các chuẩn di động không dây trước đó nên việc thiết bị đầu
cuối WiMAX có được tích hợp với chip 2G/3G hay không vẫn còn là một câu hỏi

mở. Nó hoàn toàn không phải là một câu hỏi về kỹ thuật mà là một vấn đề mang
tính chiến lược. Nó tùy thuộc vào tác nhân nào sẽ triển khai mạng WiMAX trong
tương lai : nhà cung cấp mạng thông tin di động 2G/3G hiện tại hay một nhà cung


12

cấp mạng WiMAX hoàn toàn mới. Nếu là một nhà cung cấp mạng 2G/3G thì chắc
chắn họ sẽ triển khai 4G LTE nếu như WiMAX không mang lại lợi ích nào đặt biệt
vượt trội so với 4G LTE.

1.4 Tình hình triển khai thử nghiệm
1.4.1 Trên thế giới:
Nhận thấy tiềm năng to lớn của công nghệ này, ngành công nghiệp di động
với các công ty viễn thông hàng đầu thế giới đang triển khai hệ thống LTE như :
Samsung, NTT DoCoMo, Huawei, China mobile, Nokia, nokia Siemens Network,
Ericson, ZTE, AT&T…
Vào năm 2007, Nokia Siemens network công bố thử nghiệm thành công LTE
với tốc độ lên tới 173Mb/s trong môi trường đô thị trên băng tần 2,6 Ghz với
20Mhz băng thông.
Theo VnMedia Mới đây, cơ quan Viễn thông 5G Americas đã công bố
những số liệu thống kê về hoạt động triển khai mạng công nghệ LTE và LTE
Advance ở nhiều khu vực trên thế giới. Cụ thể, đã có 480 nhà mạng tại 157 quốc
gia triển khai LTE và 117 nhà mạng tại 57 nước triển khai LTE Advanced.
Số lượng kết nối LTE đã đạt hơn 1 tỷ vào năm 2015 so với 516 triệu kết nối
của năm 2014. Và theo dự đoán, tỷ lệ kết nối của công nghệ này sẽ chạm đến con số
4 tỷ vào năm 2020. Hãng nghiên cưu thị trường Ovum cho rằng, thị phần toàn cầu
của công nghệ LTE sẽ đạt 45% vào năm 2020. Hiện tại, tổng lượng kết nối di động
toàn cầu đang là 7,3 tỷ.