Thiết kế, quy hoạch mạng thông tin di động 4G Vinaphone tại Hưng Yên (Luận văn thạc sĩ)

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

Nguyễn Hải Nam

THIẾT KẾ, QUY HOẠCH MẠNG THÔNG TIN
DI ĐỘNG 4G VINAPHONE TẠI HƯNG YÊN

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

HÀ NỘI – 2019


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

Nguyễn Hải Nam

THIẾT KẾ, QUY HOẠCH MẠNG THÔNG TIN
DI ĐỘNG 4G VINAPHONE TẠI HƯNG YÊN

CHUYÊN NGÀNH
MÃ SỐ

:
:

KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
8.52.02.08

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

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. NGUYỄN TIẾN BAN

HÀ NỘI - 2019


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.

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Hải Nam


ii

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em xin được gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhấn đến
thầy, PGS.TS Nguyễn Tiến Ban, dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy trong suốt quá
trình làm luận văn đã cho em rất nhiều kinh nghiệm và kiến thức để giúp em hoàn
thành tốt luận văn này.
Qua đây, em cũng xin gửi lời cảm ơn trân trọng đến các thầy cô, và toàn thể
cán bộ, giáo viên Khoa Đào tạo Sau đại học đã chỉ dạy em trong suốt thời gian học
cao học và nghiên cứu, tạo điều kiện và giúp đỡ em hoàn thành luận văn trong thời

gian quy định.
Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ và động
viên tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khóa học.
Do hạn chế về thời gian thực hiện, kiến thức chuyên môn của bản thân nên sẽ
khó tránh khỏi sai sót trong quá trình thực hiện luận văn, rất mong được sự đóng
góp của các thầy cô, học viên quan tâm đến đề tài này.
Chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 10 tháng 11 năm 2018
Tác giả luận văn

Nguyễn Hải Nam


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ii
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ........................................................................................ v
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................ x
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.................................................................................. xi
LỜI NÓI ĐẦU .......................................................................................................... xi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG 4G .......................................................... 2
1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE, LTE Advanced ............................................... 2
1.2 Mục tiêu thiết kế mạng di động 4G ................................................................ 3
1.2.1 Tiềm năng mạng lưới .............................................................................. 3
1.2.2 Hiệu suất mạng lưới ................................................................................ 5
1.2.3 Kiến trúc mạng lưới và khả năng mở rộng, nâng cấp ............................. 8
1.2.4 Quản lý tài nguyên vô tuyến.................................................................... 9

1.3 Các thông số lớp vật lý của LTE Advanced .................................................. 9
1.4 Dịch vụ trên nền LTE Advanced ................................................................. 10
1.5 Tình hình triển khai 4G tại Việt Nam .......................................................... 11
1.6 Kết luận ........................................................................................................ 13
CHƯƠNG 2: CÁC KỸ THUẬT TRONG MẠNG 4G ......................................... 14
2.1 Cấu trúc mạng 4G ......................................................................................... 14
2.1.1 Cấu trúc cơ bản SAE của LTE .............................................................. 15
2.1.2 Cấu trúc của LTE liên kết với các mạng khác....................................... 17
2.2 Các kênh trên giao diện vô tuyến 4G ........................................................... 19
2.2.1 Kênh logic ............................................................................................. 19
2.2.2 Kênh truyền tải ...................................................................................... 20
2.2.3 Kênh vật lý ............................................................................................ 21
2.3 Kiến trúc giao thức 4G ................................................................................. 22
2.4 Chuyển giao ................................................................................................. 25
2.4.1 Mục đích chuyển giao ........................................................................... 25


iv

2.4.2 Trình tự chuyển giao ............................................................................. 26
2.4.3 LTE Advanced đa sóng mang và MIMO siêu cao ................................ 28
2.4.4 Mô hình đường xuống của LTE trong kịch bản đa ô ............................ 31
2.5 Kết luận ....................................................................................................... 34
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, QUY HOẠCH MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G
VINAPHONE TẠI HƯNG YÊN ........................................................................... 35
3.1 Tình hình kinh tế xã hội tỉnh Hưng Yên ...................................................... 35
3.2 Hiện trạng mạng thông tin di động tại Hưng Yên ....................................... 35
3.3 Mô hình kết nối mạng thông tin di động Vinaphone tại Hưng Yên ............ 37
3.4 Thiết kế, quy hoạch mạng thông tin di động 4G Vinaphone tại Hưng Yên.38
3.4.1 Quy hoạch, định cỡ mạng truyền tải, vô tuyến cho 4G ......................... 40

3.4.2 Quy hoạch, định cỡ mạng truyền tải, vô tuyến cho 4G ......................... 41
3.4.3 Quy hoạch dung lượng .......................................................................... 55
3.4.4 Lắp đặt trạm e-NodeB tận dụng hạ tầng 2G/ 3G có sẵn ....................... 56
3.4.5 Phát sóng trạm e-NodeB........................................................................ 57
3.4.6 Đo kiểm vùng phủ sóng, đánh giá chất lượng mạng lưới sau khi phát
sóng trạm e-NodeB ........................................................................................... 58
3.4.7 Trình tự các bước triển khai thực tế tại VNPT Hưng Yên .................... 60
3.5 Kết luận ........................................................................................................ 69
TỔNG KẾT.............................................................................................................. 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 71


v

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Từ viết tắt

Nghĩa

1G

One Generation

Thế hệ thứ nhất

2G

Second Generation

Thế hệ thứ hai

3G

Third Generation

Thế hệ thứ ba

3GPP

3rdGenerationPartnership Project

Dự án hợp tác thế hệ thứ ba

3GPP2
4G

3rdGenerationPartnership Project 2 Dự án hợp tác thế hệ thứ ba -2
Thế hệ thứ tư

Four Generation
A

ACK

Acknowledgement

Xác nhận

ARQ

Automatic Repeat-reQuest

Yêu cầu phát lại tự động
B

BCCH

Broadcast Control Channel

Kênh điều khiển quảng bá

BCH

Broadcast Channel

Kênh quảng bá

BS

Base Station

Trạm gốc
C

CCCH

Common Control Channel

Kênh điều khiển chung

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo mã

CS

Cell Selection

Chọn ô
D

DCCH

Dedicated Control Channel

Kênh điều khiển riêng

DL

Downlink

Đường xuống

DL-SCH

Downlink Shared Channel

Kênh chia sẻ đường xuống

DTCH

Dedicated Traffic Channel

Kênh lưu lượng riêng
E

eNodeB

Evolved NodeB

NodeB phát triển

EPC

Evolved Packet Core

Mạng lõi gói phát triển

EPS

Evolved Packet System

Hệ thống gói phát triển


vi

E-UTRAN

Evolved-UTRAN

Mạng truy nhập vô tuyến mặt
đất UMTS phát triển
F

FDD

FrequencyDivision Duplex

Song công phân chia theo tần
số

FDMA

FFT

Frequency Division Multiple

Đa truy cập phân chia theo tần

Access

số

Inverse Fast Fourier Transform

Biến đổi Fourier nhanh

G
GERAN

GSM EDGE Radio Access

Mạng truy nhập vô tuyến

Network

GSM EDGE

GGSN

Gateway GPRS Support Node

Nút hỗ trợ GPRS cổng

GPRS

General Packet Radio Service

Dịch vụ gói vô tuyến gói
chung

GSM

Hệ thống di động toàn cầu

Global System for Mobile
H

HARQ

Hybrid Automatic Repeat reQuest

Yêu cầu phát lại tự động linh
hoạt

HSDPA

HSPA

High Speed Downlink Packet

Truy nhập gói đường xuống

Access

tốc độ cao

High Speed Packet Access

Truy nhập gói tốc độ cao
I

IP

Internet Protocol

Giao thức internet
L

LHHAARC

LTE Hard Handover Algorithm

Thuật toán chuyển giao cứng

with Average RSRP Constraint

LTE với ược lượng RSRP
trung bình

LTE

Long Term Evolution

Tiến hóa dài hạn


vii

M
MAC

Điều khiển truy nhập trung

Medium Access Control

bình
Multimedia broadcast and

Dịch vụ quảng bá và đa

multicast service

hướng phương tiện

MCCH

Multicast Control Channel

Kênh điều khiển đa hướng

MCH

Multicast Channel

Kênh đa hướng

MIMO

Multi-Input Multi-Output

Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

MME

Mobility Management Entity

Thực thể quản lý di động

MMS

Multimedia Messaging Service

Dịch vụ tin nhắn đa phương

MBMS

tiện
MTCH

Kênh lưu lượng đa phương

Multicast Traffic Channel
O

OFDM

OFDMA

Orthogonal Frequency Division

Ghép kênh phân chia theo tần

Multiple

số trực giao

Orthogonal Frequency Division

Đa truy nhập phân chia theo

Multiple Access

tần số trực giao
P

P2P

Point to Point

Điểm đến điểm

PBCH

Physical Broadcast Channel

Kênh vật lý quảng bá

PCCH

Paging Control Channel

Kênh điều khiển tìm gọi

PCFICH

Physical Control Format Indicator

Kênh vật lý chỉ thị khuôn

Channel

dạng điều khiển

PCH

Paging Channel

Kênh tìm gọi

Physical Downlink Control

Kênh vật lý điều khiển đường

Channel

xuống

PDN

Packet Data Network

Mạng dữ liệu gói

PDSCH

Physical Downlink Shared

Kênh vật lý chia sẻ đường

PDCCH


viii

Channel

xuống

PHICH

Physical HARQ Indicator Channel

Kênh vật lý chỉ thị HARQ

PHY

Physical Layer

Lớp vật lý

PMCH

Physical Multicast Channel

Kênh vật lý đa phương

PRACH

Physical Random Access Channel

Kênh vật lý truy nhập ngẫu
nhiên

PUCCH

Physical Uplink Control Channel

Kênh vật lý điều khiển đường
lên

PUSCH

Physical Uplink Shared Channel

Kênh vật lý chia sẻ đường lên

Q
QAM

Quadrature Amplitude Modulation

Điều chế biên độ vuông góc

QoS

Quality of Services

Chất lượng dịch vụ

QPSK

Quadrature Phase Shift Keying

Khóa chuyển pha vuông góc
R

RACH

Random Access Channel

Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RAN

Radio Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến

RAT

Radio Access Technology

Công nghệ truy nhập vô tuyến

RLC

Radio Link Control

Điều khiển kết nối vô tuyến
S

SAE
SC-FDMA

System Architecture Evolution

Phát triển kiến trúc mạng

Single Carrier Frequency Division Đa truy cập phân chia theo tần
multiple Access

số trực giao đơn sóng mang

SGSN

Serving GPRS Support Node

Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

SMS

Short Message Services

Dịch vụ tin nhắn ngắn

T

TDD

Time Division Duplexing

Ghép kênh phân chia theo thời
gian

TDMA

Time Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo


ix

thời gian
U
UE

User Equipment

Thiết bị người dùng

UL

Uplink

Đường lên

UMTS

Universal Mobile

Hệ thống thông tin di động

Telecommunication System

toàn cầu

UTMS Terrestrial Radio Access

Mạng truy nhập vô tuyến mặt

Networks

đất UMTS

UTRAN

V
VoIP

Voice IP

Thoại sử dụng IP
W

WCDMA

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

băng rộng


x

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Các yêu cầu về hiệu suất phổ và người dùng ............................................. 5
Bảng 1.2 Yêu cầu về thời gian gián đoạn, LTE-GSM và LTE-WCDMA ................. 8
Bảng 1.3 Các thông số lớp vật lý LTE ..................................................................... 10
Bảng 1.4 Tốc độ đỉnh của LTE theo lớp .................................................................. 10
Bảng 1.5 So sánh dịch vụ của 3G và LTE ............................................................... 10
Bảng 3.1 : Bảng thiết bị đo kiểm chất lượng 4G tại Hưng Yên ............................... 59
Bảng 3.2 : Bảng kết quả đo kiểm chất lượng 4G tại Hưng Yên .............................. 59
Bảng 3.3: Thiết kế vùng phủ 4G Vinaphone tại Hưng Yên ...................................... 68


xi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 : Ưu điểm hệ thống 4G .................................................................................... 6
Hình 1.2 : Năng lực phục vụ hệ thống 4G ..................................................................... 7
Hình 2.1 So sánh cấu trúc UMTS và LTE ................................................................... 14
Hình 2.2 Kiến trúc mạng 4G LTE/SAE ....................................................................... 15
Hình 2.3 Cấu trúc hệ thống 4G LTE/SAE tương tác với các mạng 3GPP khác .......... 18
Hình 2.4 Cấu trúc hệ thống LTE/SAE tương tác với các mạng khác ........................... 18

Hình 2.5 Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP và liên mạng với CDMA2000 19
Hình 2.6 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng người sử dụng ............................................. 22
Hình 2.7 Quá trình đóng bao GTP (sử dụng IPv4 để truyền tải GTP) ........................ 23
Hình 2.8 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển .................................................... 24
Hình 2.9 Nguyên tắc chung của các thuật toán chuyển giao ....................................... 26
Hình 2.10: Các chế độ truy nhập kênh vô tuyến ........................................................... 28
Hình 2.11: MIMO 2x2 không có tiền mã hóa ............................................................... 30
Hình 3.1: Thị phần các doanh nghiệp viễn thông di động trên địa bàn Hưng Yên ...... 36
Hình 3.2 : Đính hướng băng rộng cho phát triển 4 G đến năm 2024. ......................... 36
Hình 3.3 : Sơ đồ kết nối truyền dẫn các trạm 4G eNodeB tại Hưng Yên ..................... 37
Hình 3.4 : Sơ đồ tổng quát kết nối trạm eNodeB với NG-PON2 Hưng Yên................ 38
Hình 3.5 : Quy trình vận hành mạng ........................................................................... 38
Hình 3.6 : Quy hoạch băng tần di động tại Việt Nam................................................... 39
Hình 3.7 : Thiết kế tần số cho UMTS 900 refarming ................................................... 40
Hình 3.8 : Tần số sử dụng refarming cho LTE ............................................................. 41
Hình 3.9 : Mô hình sử dụng chung tần số ..................................................................... 41
Hình 3.10 : Môi trường ảo hóa - NetAct ...................................................................... 42
Hình 3.11 : Trình quản lý phần tử WCDMA OMS ..................................................... 44
Hình 3.12 : Kiến trúc EdenNet ..................................................................................... 45
Hình 3.13: Kiến trúc của Megamon cho WCDMA ...................................................... 46
Hình 3.14 : Sơ đồ kết nối cho mcRNC ......................................................................... 46


xii

Hình 3.15 : Chức năng của Megaplexer ....................................................................... 47
Hình 3.16: Giao diện của TP5000 ................................................................................. 48
Hình 3.17 : Phần cứng cấu trúc của trạm cơ sở Flexi Multiradio 10 ............................ 48
Hình 3.18 : Nền tảng đa năng của trạm cơ sở Flexi Multiradio 10............................... 49
Hình 3.19: Khối hệ thống của trạm cơ sở Flexi Multiradio 10 ..................................... 49

Hình 3.20 : Vị trí của FBBC trong FSMS..................................................................... 50
Hình 3.21: Đầu Radio từ xa Flexi - FHDB ................................................................... 51
Hình 3.22 : Mô hình kết nối RNC với mạng core VNP.............................................. 52
Hình 3.23: Dải IP của SRAN BTS ................................................................................ 53
Hình 3.24: Dải địa chỉ tùy chọn của S-Plane and M-Plan ............................................ 53
Hình 3.25 : Cấu hình của U2100 S2/2/2 + LTE 1800 S1/1/1 ....................................... 54
Hình 3.26: Cấu hình của U2100 S2/2/2 + U900 S1/1/1/ + LTE 1800 S1/1/1 .............. 54
Hình 3.27 : Giải pháp của Megamon ............................................................................ 55
Hình 3.28: Sơ đồ khối các bước triển khai trạm SRAN ............................................... 56
Hình 3.29: Quy trình triển khai lắp đặt trạm eNodeB................................................... 57
Hình 3.30 : Sơ đồ kết nối các thiết bị phục vụ công tác đo kiểm ............................... 58
Hình 3.31: Thiết kế vị trí lắp đặt thiết bị trên cột BTS ................................................. 61
Hình 3.32: Thiết kế vị trí lắp đặt thiết bị 4G trong phòng máy .................................... 62
Hình 3.33: Thiết kế hướng đi cáp thiết bị eNodeB trong phòng máy........................... 62
Hình 3.34: Thiết kế cáp nguồn cho thiết bị eNodeB trong phòng máy ........................ 63
Hình 3.35: Thiết kế các vị trí đặt thiết bị trong phòng máy .......................................... 63
Hình 3.36 : Trình tự các bước hòa mạng trạm e-NodeB .............................................. 65
Hình 3.37 : Cấu hình dữ liệu cơ bản trạm e-NodeB ..................................................... 66
Hình 3.38 : Cấu hình truyền dữ liệu trạm e-NodeB ...................................................... 66
Hình 3.39 : Cấu hình truyền dữ liệu âm thanh trạm e-NodeB ...................................... 67
Hình 3.40: Mô phỏng thiết kế các trạm 4G................................................................... 67


1

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay nhu cầu sử dụng các dịch vụ dữ liệu qua thiết bị điện thoại di động
của khách hàng ngày càng cao, đặc biệt là các dịch vụ truyền dữ liệu tốc độ cao.
Mặt khác điện thoại thông minh đã thực sự thống trị ngành công nghiệp viễn thông
và ảnh hưởng đáng kể đến những ngành công nghiệp khác, bao gồm cả thương mại

điện tử, giải trí, thông tin và công nghệ. Theo đó tốc độ mạng di động 3G như hiện
nay không thể đáp ứng được. Trong bối cảnh đó, mạng 4G-LTE ra đời như là một
nhu cầu tất yếu.
Trong thời gian vừa qua mạng thông tin di động 4G-LTE đã được các Tập
đoàn Viễn thông lớn trên thế giới triển khai tại nhiều khu vực tại Bắc Mỹ, Châu Âu,
Nhật Bản, Hàn Quốc... Việt Nam cũng không nằm ngoài xu thế đó. Trong nước các
nhà mạng VNPT, Viettel, MobiFone đã và đang nghiên cứu triển khai.
Trong nước có nhiều tác giả đã thực hiện nghiên cứu về thiết kế và định cỡ
mạng 4G-LTE. Tuy nhiên công nghệ 4G-LTE là công nghệ mới, hiện đại, xu hướng
triển khai rộng rãi nên còn nhiều việc phải nghiên cứu thêm để đảm bảo mạng hoạt
động ngày một ổn định và hiệu quả. Ngoài ra việc áp dụng vào một môi trường cụ
thể như là VNPT Hưng Yên cũng còn nhiều vấn đề thách thức cần phải xem xét.Nội
dung luận văn gồm 3 phần sau:
Chương I: Tổng quan về mạng 4G
Chương II: Các kỹ thuật trong 4G
Chương III: Thiết kế, quy hoạch mạng thông tin di động 4G Vinaphone tại
Hưng Yên
Trong quá trình thực hiện luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những
thiếu sót. Em mong nhận được sự góp ý của thầy, cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp để
luận văn của em được hoàn thiện hơn.


2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG 4G
1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE, LTE Advanced
LTE là thế hệ thứ tư của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. UMTS thế hệ thứ
ba dựa trên WCDMA đã được triển khai trên toàn thế giới. Để đảm bảo tính cạnh
tranh cho hệ thống này, tháng 11 năm 2014 3GPP đã bắt đầu dự án nhằm xác định
bước phát triển về lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi Long Term

Evolution (LTE). 3GPP đặt ra yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí cho mỗi
bit thông tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băng tần mới, đơn
giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở và giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ở
thiết bị đầu cuối. Đặc tả kỹ thuật cho LTE đang được hoàn tất và các sản phẩm LTE
đã được các hãng tung ra thị trường.
Các mục tiêu của công nghệ này là:
Tăng tốc độ truyền dữ liệu: trong điều kiện lý tưởng hệ thống hỗ trợ tốc độ
dữ liệu đường xuống đỉnh lên tới 326Mbit/s.
Dải tần co giãn được: có khả năng mở rộng từ 1,4MHz; 3MHz; 5 MHz; 10
MHz; 15MHz và 20 MHz cả chiều lên và xuống. Điều này dẫn đến sự linh hoạt sử
dụng được hiệu quảbăng thông. Mức công suất cao hơn.
Đảm bảo hiệu suất khi di chuyển: chức năng hỗ trợ từ 120 đến 350km/h hoặc
thậm chí là 500km/h tùy thuộc vào băng tần.
Giảm độ trễ trên mặt phẳng người sử dụng: giảm thời gian để một thiết bị
chuyển từ trạng thái nghỉ sang nối kết với mạng và bắt đầu truyền thông tin trên một
kênh truyền. Thời gian này phải nhỏ hơn 100ms.
Sẽ không còn chuyển mạch kênh: tất cả sẽ dựa trên IP. Chúng cho phép cung
cấp cácdịch vụ linh hoạt hơn và đơn giản với các mạng di động.
Độ phủ sóng từ 5-100km: trong vòng bán kính 5-100km LTE cung cấp tối ưu
về lưu lượng người dùng.
Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời. Tuy nhiên mạng
LTE vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàng với mạng 3G và 2G hiện tại.Điều này hết


3

sức quan trọng cho nhà cung cấp mạng triển khai LTE vì không cần thay đổi toàn
bộ cơ sở hạ tầng mạng đã có.
Giảm chi phí: là độ phức tạp thấp, các thiết bị đầu cuối tiêu thụ ít năng
lượng.

Cùng tồn tại với các chuẩn và hệ thống trước: LTE phải cùng tồn tại và có
thể phối hợp hoạt động với các hệ thống 3GPP khác. Người sử dụng LTE sẽ có thể
thực hiện các cuộc gọi từ thiết bị đầu cuối của mình và thậm chí khi họ không nằm
trong vùng phủ sóng của LTE.
Để đạt được mục tiêu này, sẽ có rất nhiều kỹ thuật mới được áp dụng, trong
đó nổi bật là kỹ thuật vô tuyến OFDMA (đa truy nhập phân chia theo tần số trực
giao), kỹ thuật anten MIMO.

1.2 Mục tiêu thiết kế mạng di động 4G
Những hoạt động của 3GPP trong việc phát triển mạng 4G đã xác định đối
tượng, những yêu cầu và mục tiêu cho LTE. Những mục tiêu và yêu cầu này được
dẫn chứng bằng tài liệu trong văn bản 3GPP. Những yêu cầu cho LTE được chia
thành 5 phần khác nhau như sau:
- Tiềm năng hệ thống
- Hiệu suất hệ thống
- Các vấn đề liên quan đến việc triển khai
- Kiến trúc và sự di chuyển
- Quản lý tài nguyên vô tuyến

1.2.1 Tiềpm năng mạng lưới
Yêu cầu được đặt ra là việc đạt tốc độ dữ liệu đỉnh cho đường xuống
100Mbit/s và đường lên 50Mbit/s, khi hoạt động trong phân bố phổ 20MHz. Khi
phân bố phổ hẹp hơn thì tốc độ dữ liệu đỉnh cũng sẽ tỉ lệ theo. Do đó, điều kiện đặt
ra là có thể đạt được 5 bit/s/Hz cho đường xuống và 2,5 bit/s/Hz cho đường lên.
LTE hỗ trợ cả chế độ FDD và TDD. Rõ ràng, đối với trường hợp TDD, truyền dẫn
đường lên và đường xuống theo định nghĩa không thể xuất hiện đồng thời. Do đó
mà yêu cầu tốc độ dữ liệu đỉnh cũng không thể trùng nhau đồng thời.


4

Yêu cầu về độ trễ được chia thành: yêu cầu độ trễ mặt phẳng điều khiển và
yêu cầu độ trễ mặt phẳng người dùng. Yêu cầu độ trễ mặt phẳng điều khiển xác
định độ trễ của việc chuyển từ trạng thái thiết bị đầu cuối không tích cực khác nhau
sang trạng thái tích cực, khi đó thiết bị đầu cuối di động có thể gửi và nhận dữ liệu.
Có hai cách xác định: cách xác định thứ nhất được thể hiện qua thời gian chuyển
tiếp từ trạng thái tạm trú (camped state) chẳng hạn như trạng thái Release 6 Idle
mode, khi đó thì thủ tục chiếm 100ms; các xác định thứ hai được thể hiện qua thời
gian chuyển tiếp từ trạng thái ngủ, chẳng hạn như trạng thái Release 6 Cell-PCH.
Khi đó thì thủ tục chiếm 50ms. Trong cả hai thủ tục này thì độ trễ chế độ ngủ và
việc báo hiệu non-RAN đều được loại trừ. (Chế độ Release 6 Idle là trạng thái mà
khi kết thiết bị đầu cuối không được nhận biết đối với mạng truy nhập vô tuyến,
nghĩa là mạng truy nhập vô tuyến không có bất cứ thuộc tính nào của thiết bị đầu
cuối và thiết bị đầu cuối cũng không được chỉ định một tài nguyên vô tuyến nào.
Thiết bị đầu cuối có thể ở trong chế độ ngủ và chỉ lắng nghe hệ thống mạng tại
những khoảng thời gian cụ thể. Trạng thái Release 6 Cell-PCH là trạng thái mà khi
thiết bị đầu cuối không được nhận biết đối với mạng truy nhập vô tuyến. Tuy mạng
truy nhập vô tuyến biết thiết bị đầu cuối đang ở trong tế bào nào nhưng thiết bị đầu
cuối lại không được cấp phát bất cứ tài nguyên vô tuyến nào. Thiết bị đầu cuối lúc
này có thể đang trong chế độ ngủ).
Yêu cầu độ trễ mặt phẳng người dùng được thể hiện qua thời gian để truyền
một gói IP từ thiết bị đầu cuối tới biên RAN hoặc ngược lại được đo từ lớp IP. Thời
gian truyền theo một hướng sẽ không vượt quá 5ms trong mạng không tải (unloaded
network), nghĩa là không có một thiết bị đầu cuối nào khác xuất hiện trong ô.
Xét về mặt yêu cầu đối với độ trễ mặt phẳng điều khiển, LTE có thể hỗ trợ ít
nhất 200 thiết bị đầu cuối di động ở trong trạng thái tích cực khi hoạt động ở
khoảng tần số 5MHz. Trong mỗi phân bố rộng hơn 5MHz, ít nhất có 400 thiết bị
đầu cuối được hỗ trợ. Số lượng thiết bị đầu cuối không tích cực trong ô không rõ là
bao nhiêu nhưng có thể cao hơn một cách đáng kể.

5

1.2.2

Hiệu suất mạng lưới
Các mục tiêu thiết kế công năng hệ thống LTE sẽ xác định lưu lượng người

dùng, hiệu suất phổ, độ linh động, vùng phủ sóng và MBMS nâng cao.
Nhìn chung, các yêu cầu đặc tính LTE có liên quan đến hệ thống chuẩn sử
dụng phiên bản 6 HSPA. Đối với trạm gốc, giả định có một anten phát và hai anten
thu, trong khi đó thì thiết bị đầu cuối có tối đa là một anten phát và hai anten
thu.Tuy nhiên, một điều quan trọng cần lưu ý là những đặc tính nâng cao như là một
phần của việc cải tiến HSPA thì không được bao gồm trong tham chiếu chuẩn. Vì
thế, mặc dù thiết bị đầu cuối trong hệ thống chuẩn được giả định là có hai anten thu
thì một bộ thu RAKE đơn giản vẫn được áp dụng. Tương tự, ghép kênh không gian
cũng không được áp dụng trong hệ thống chuẩn.
Yêu cầu lưu lượng người dùng được định rõ theo hai điểm: tại sự phân bố
người dùng trung bình và tại sự phân bố người dùng phân vị thứ năm (khi mà 95%
người dùng có được chất lượng tốt hơn). Mục tiêu hiệu suất phổ cũng được chỉ rõ,
và trong thuộc tính này thì hiệu suất phổ được định nghĩa là lưu lượng hệ thống theo
tế bào tính theo bit/s/MHz/ô. Những mục tiêu thiết kế này được tổng hợp trong
bảng 1.1.
Bảng 1.1 Các yêu cầu về hiệu suất phổ và người dùng

Phương pháp đo hiệu suất
Lưu lượng người dùng trung bình
(trên 1 MHz)
Lưu lượng người dùng tại biên tế
bào (trên 1MHz phân vị thứ 5)

Hiệu suất phổ bit/s/Hz/ô

Mục tiêu đường xuống
so với cơ bản
3 lần – 4 lần

Mục tiêu đường
lên so với cơ bản
2 lần – 3 lần

2 lần – 3 lần

2 lần – 3 lần

3 lần – 4 lần

2 lần – 3 lần

Yêu cầu về độ linh động chủ yếu tập trung vào tốc độ di chuyển của các thiết
bị đầu cuối di động. Tại tốc độ thấp, 0-15km/h thì hiệu suất đạt được tối đa, và cho
phép giảm đi một ít đối với tốc độ cao hơn. Tại vận tốc lên đến 120km/h, LTE vẫn
cung cấp hiệu suất cao và đối với vận tốc trên 120km/h thì hệ thống phải duy trì
được kết nối trên toàn mạng tế bào. Tốc độ tối đa có thể quản lý đối với một hệ
thống LTE có thể được thiết lập lên đến 350km/h (hoặc thậm chí đến 500km/h tùy


6

thuộc băng tần). Một yếu tố quan trọng đặc biệt là dịch vụ thoại cung cấp bởi LTE
sẽ ngang bằng với chất lượng mà WCDMA/HSPA hỗ trợ.

Hình 1.1 cho thấy hệ thống 4G có thể : Hỗ trợ dịch vụ hoàn toàn trong miền
PS (All IP), Hỗ trợ throughput cao (tốc độ cao, dung lượng lớn), Giảm độ trễ
(Control Plan và User Plan), Hỗ trợ Inter-working với mạng truy nhập 3GPP và các
mạng truy nhập vô tuyến khác, Giảm giá thành sử dụng trên Mbyte

Hình 1.1 : Ưu điểm hệ thống 4G

Yêu cầu về vùng phủ sóng chủ yếu tập trung vào phạm vi ô (bán kính), nghĩa
là khoảng cách tối đa từ tâm ô đến thiết bị đầu cuối di động trong ô. Đối với phạm
vi ô lên đến 5km thì những yêu cầu về lưu lượng người dùng, hiệu suất phổ và độ
linh động vẫn được đảm bảo trong giới hạn không bị ảnh hưởng bởi nhiễu. Đối với
những ô có phạm vi lên đến 30km thì có sự giảm nhẹ cho phép về lưu lượng người
dùng và hiệu suất phổ thì lại giảm một cách đáng kể hơn nhưng vẫn có thể chấp
nhận được. Tuy nhiên, yêu cầu về độ di động vẫn được đáp ứng. Khi mà phạm vi tế
bào lên đến 100km thì không thấy có đặc tính kỹ thuật về yêu cầu hiệu suất nào
được nói trong quá rõ trong trường hợp này.


7

Năng lực phục vụ của hệ thống 4G được thể hiện chi tiết trong hình 1.2, với
những tính năng như : Năng lực phục vụ user : Ít nhất 200 users/cell (5MHz), Lên
tới 400 users/cell; Tính di động cao : Tối ưu 0-15 km/hr, Vẫn đảm bảo hiệu suất 15120 km/hr, Đáp ứng lên tới 120-350 km/hr.

Hình 1.2 : Năng lực phục vụ hệ thống 4G

Những yêu cầu MBMS nâng cao xác định cả hai chế độ: quảng bá và đơn
hướng. Yêu cầu đối với trường hợp quảng bá là hiệu suất phổ 1bit/s/Hz, tương ứng
với khoảng 16 kênh TV di động bằng cách sử dụng khoảng 300 kbit/s trong mỗi
phân bó phổ tần 5MHz. Hơn nữa, nó có thể cung cấp dịch vụ MBMS với chỉ một

dịch vụ trên một sóng mang, cũng như kết hợp với các dịch vụ non-MBMS khác.
Và như vậy thì đương nhiên đặc tính kỹ thuật của LTE có khả năng cung cấp đồng
thời cả dịch vụ thoại và dịch vụ MBMS.
Các yêu cầu liên quan đến việc triển khai bao gồm các kịch bản triểnkhai, độ
linh hoạt phổ, trải phổ, sự cùng tồn tại và làm việc với nhau giữa LTE vớicác công
nghệ truy cập vô tuyến khác của 3GPP như GSM và WCDMA/HSPA. Những yêu
cầu về kịch bản triển khai bao gồm: trường hợp mà hệ thốngLTE được triển khai
như là một hệ thống độc lập và trường hợp mà LTE đượctriển khai đồng thời với


8

WCDMA/HSPA hoặc GSM. Do đó mà yêu cầu này sẽkhông làm giới hạn các tiêu
chuẩn thiết kế.
Vấn đề cùng tồn tại và có thể hoạt động phối hợp với các hệ thống 3GPP
khác và những yêu cầu tương ứng đã thiết lập ra những điều kiện về tính linh động
giữa LTE và GSM, và giữa LTE và WCDMA/HSPA cho thiết bị đầu cuối di
độnghỗ trợ những công nghệ này. Bảng 1.2 liệt kê những yêu cầu về sự gián đoạn,
đó là, thời gian gián đoạn dài nhất trong liên kết vô tuyến khi phải di chuyển giữa
cáccông nghệ truy cập vô tuyến khác nhau, bao gồm cả dịch vụ thời gian thực và
phi thời gian thực. Có một điều đáng chú ý là những yêu cầu này không được chặt
chẽ cho lắm đối với vấn đề gián đoạn trong chuyển giao và hy vọng khi mà triển
khai thực tế thì sẽ đạt được những giá trị tốt hơn đáng kể.
Bảng 1.2 Yêu cầu về thời gian gián đoạn, LTE-GSM và LTE-WCDMA

Phi thời gian thực (ms)

Thời gian thực

LTE tới WCDMA

500

300

LTE tới GSM

500

300

Yêu cầu về việc cùng tồn tại và có thể làm việc với nhau cũng xác định việc
chuyển đổi lưu lượng đa phương từ phương pháp quảng bá trong LTE thành
phương pháp đơn hướng trong cả GSM hoặc WCDMA, mặc dù không có số lượng
cho trước.

1.2.3 Kiến trúc mạng lưới và khả năng mở rộng, nâng cấp
Một vài nguyên tắc cho việc thiết kế kiến trúc LTE RAN được đưa ra bởi 3GPP:
-

Một kiến trúc đơn LTE RAN được chấp nhận

-

Kiến trúc LTE RAN phải dựa trên gói, tuy vậy lưu lượng lớp thoại và thời
gian thực vẫn được hỗ trợ.

-

Kiến trúc LTE RAN có thể tối thiểu hóa sự hiện diện của “những hư hỏng

cục bộ” mà không cần tăng chi phí cho đường truyền.

-

Kiến trúc LTE RAN có thể đơn giản hóa và tối thiểu hóa số lượng giao tiếp
đã được giới thiệu.

-

Tương tác lớp mạng vô tuyến và lớp mạng truyền tải có thể được loại trừ nếu


9

chỉ cần quan tâm đến vấn đề cải thiện hiệu suất hệ thống.
-

Kiến trúc LTE RAN có thể hỗ trợ QoS từ đầu cuối đến đầu cuối. TNL có thể
cung cấp QoS thích hợp khi được yêu cầu bởi RNL.

-

Các cơ cấu QoS có thể tính toán đến các dạng lưu lượng đang tồn tại
khácnhau để mang lại hiệu suất sử dụng băng thông cao: lưu lượng mặt
phẳng điều khiển, lưu lượng mặt phẳng người dùng , lưu lượng O&M, v.v…

-

LTE RAN có thể được thiết kế để làm giảm thiểu các thay đổi trễ cho thông
tin gói TCP/IP.

1.2.4 Quản lý tài nguyên vô tuyến
Những yêu cầu về quản lý tài nguyên vô tuyến được chia ra như sau: hỗ trợ
nâng cao cho QoS đầu cuối đến đầu cuối, hỗ trợ hiệu quả cho truyền dẫn ở lớp cao
hơn và hỗ trợ cho việc chia sẻ tải cũng như là quản lý chính sách thông qua các
công nghệ truy cập vô tuyến khác nhau.
Việc hỗ trợ nâng cao cho QoS đầu cuối đến đầu cuối yêu cầu cải thiện sự
thích ứng giữa dịch vụ, ứng dụng và các điều kiện về giao thức (bao gồm báo hiệu
lớp cao hơn) với tài nguyên RAN và các đặc tính vô tuyến.
Việc hỗ trợ hiệu quả cho truyền dẫn ở lớp cao hơn đòi hỏi LTE RAN phải có
khả năng cung cấp cơ cấu để hỗ trợ truyền dẫn hiệu suất cao và hoạt động của các
giao thức ở lớp cao hơn qua giao tiếp vô tuyến, chẳng hạn như quá trình nén tiêu đề
IP.
Việc hỗ trợ chia sẻ tài nguyên và quản lý chính sách thông qua các công
nghệ truy cập vô tuyến khác nhau đòi hỏi phải xem xét đến việc lựa chọn lại các cơ
cấu để định hướng các thiết bị đầu cuối di động theo các dạng công nghệ truy cập
vô tuyến thích hợp đã được nói rõ, như là hỗ trợ QoS đầu cuối đến đầu cuối trong
quá trình chuyển giao giữa các công nghệ truy cập vô tuyến.

1.3 Các thông số lớp vật lý của LTE Advanced
Các thông số lớp vật lý của LTE Advanced và tốc độ đỉnh của LTE theo
lớp được thể hiện chi tiết tại bảng 1. 3 và 1.4 dưới đây.


10

Bảng 1.3 Các thông số lớp vật lý LTE
Khoảng cách sóng mang con
Chiều dài CP
Ngắn

dài
Điều chế
Ghép kênh không gian
Kỹ thuật truy cập

15 KHz
4,7 µs
16,7 µs
QPSK, 16QAM, 64QAM
1 lớp cho UL/UE Lên đến 4 lớp cho DL/UE Sử dụng
MU-MIMO cho UL và DL
DTFS-OFDM (SC-FDMA)
OFDMA
1,4MHz; 3MHz; 5MHz; 10MHz; 15MHz; 20MHz.
1 ms

UL
DL

Băng thông
TTI tối thiểu

Bảng 1.4 Tốc độ đỉnh của LTE theo lớp

Lớp

1

2

3

4

5

Tốc độ đỉnh

DL

10

50

100

150

500

Mbps

UL

5

25

50

50

75

Dung lượng cho các chức năng lớp vật lý
Băng thông RF
Điều chế

20MHz
DL

QPSK, 16QAM,

QPSK,16QAM, 64QAM

64QAM
UL

QPSK, 16QAM

1.4 Dịch vụ trên nền LTE Advanced
Qua việc kết nối đường truyền tốc độ rất cao, băng thông linh hoạt, hiệu suất
phổ cao và giảm thời gian trễ gói, LTE hứa hẹn sẽ cung cấp nhiều dịch vụ đa dạng
hơn. Những tính năng ưu việt của LTE so với 3G được tóm tắt tại bảng 1.5.
Bảng 1.5 So sánh dịch vụ của 3G và LTE

Dịch vụ
Thoại
Tin nhắn
P2F

Lướt web

Thông tin
cước phí

Môi trường 3G
Âm thanh thời gian thực
SMS, MMS, các email ưu tiên
thấp
Truy cập đến các dịch vụ
online, trực tuyến, trình duyệt
WAP thông qua GPRS và
mạng 3G
Người dùng trả qua mạng cước
tính chuẩn. Chủ yếu là dựa trên

Môi trường 4G (LTE)
VoIP, video hội nghị chất lượng cao
Các tin nhắn photo, IM, email di
động, tin nhắn video
Duyệt siêu nhanh, tải các nội dung
lên các mạng xã hội

Tạp trí trực tuyến, dòng âm thanh
chất lượng cao


11

Riêng tư

thông tin văn bản
Chủ yếu là âm thanh chuông,
cũng bao gồm màn hình chờ và
nhạc chờ
Tải về và chơi trực tuyến

Âm thanh thực (thu âm gốc từ
người nghệ sĩ), các trang web cá
nhân
Games
Kinh nghiệm game trực tuyến vững
chắc qua cả mạng cố định và mạng
di động
Video/TV Chạy và có thể tải video
Các dịch vụ quảng bá TV, Tivi theo
theo yêu
đúng yêu cầu dòng video chất lượng
cầu
cao
Nhạc
Tải đầy đủ các track và các Lưu trữ và tải nhạc chất lượng cao
dịch vụ âm thanh
Nội dung Tin nhắn đồng cấp sử dụng ba Phân phối tỷ lệ rộng của các video,
tin nhắn thành phần cũng như tương tác clip, dịch vụ karaoke, video cơ bản
với các media khác
quảng cáo di động
Mcomerce Thực hiện các giao dịch và Điện thoại cầm tay như thiết bị
(thương thanh toán qua mạng di động
thanh toán, với các chi tiết thanh

mại qua
toán qua mạng tốc độ cao để cho
điện
phép các giao dịch thực hiện nhanh
thoại)
chóng
Mạng dữ Truy cập đến các mạng nội bộ Chuyển đổi file P2P, các ứng dụng
liệu di
và cơ sở dữ liệu cũng như cách kinh doanh, ứng dụng chia sẻ, thông
động
sử dụng các ứng dụng như tin M2M, di động intranet/extranet
CRM

1.5 Tình hình triển khai 4G tại Việt Nam
Ngay từ năm 2010, Bộ Thông tin và truyền thông đã cấp giấy phép thử
nghiệm LTE cho 5 nhà mạng bao gồm: VNPT, Viettel, FPT Telecom, CMC và
VTC. Trong đó, VNPT là đơn vị đầu tiên thử nghiệm LTE, hoàn thành lắp đặt trạm
LTE đầu tiên vào ngày 10/10/2010 cho phép truy cập Internet tốc độ là 60 Mbps,
sau đó mở rộng lắp đặt 15 trạm trên địa bàn Hà Nội. Tiếp đó, Viettel cũng đã thử
nghiệm LTE ở Hà Nội và Hồ Chí Minh với số lượng lắp đặt mỗi địa bàn là 40 trạm
phát sóng.
Vào tháng 9 năm 2015, Bộ TT&TT cho phép những doanh nghiệp có nhu
cầu thử nghiệm mạng và dịch vụ 4G LTE/LTE-A được xây dựng đề án xin cấp
phép thử nghiệm. Theo công văn do Bộ TT&TT gửi 4 doanh nghiệp (Tập đoàn
VNPT, Tập đoàn Viettel, Tổng công ty MobiFone và GTel Mobile). Các Doanh