Tối ưu hóa mạng di động 4g LTE

MỤC LỤC
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.........................................................................................3
LỜI CẢM ƠN..............................................................................................................5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.......................................................................................6
1.1 Lý do chọn đề tài.................................................................................................6
1.2 Mục tiêu của đề tài..............................................................................................6
1.3 Giới hạn và phạm vi của đề tài............................................................................6
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG CỤ SỬ DỤNG..............................7
2 .1 Qúa trình phát triển của hệ thống thông tin di động............................................7
2.1.1 Hệ thống thông tin di động thứ tư (4G)........................................................7
2.1.2 Hệ thống thông tin di động thứ năm (5G)....................................................8
2.2 Tổng quan về mạng 4G LTE................................................................................8
2.2.1 Kiến trúc tổng quan......................................................................................8
2.2.2 Các kênh sử dụng trong E-UTRAN............................................................15
2.2.3 Các chế độ truy cập vô tuyến.....................................................................17
2.2.4 Các kĩ thuật sử dụng trong 4G LTE............................................................20
2.3 Công cụ sử dụng Tems Discovery......................................................................25
2.3.1 tổng quan Tems Discovery........................................................................25
2.3.2 Sự khác biệt của Tems Discovery...............................................................27
2.3.3 Hướng dẫn cài đặt phần mềm Tems Discovery..........................................29
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG.......................................32
3.1 Các tham số chính được lựa chọn trong quá trình tối ưu...................................32
3.2 Quy trình vận hành quản lý chất lượng mạng....................................................36
3.3 Quy trình thực hiện tối ưu.................................................................................37
3.3.1 Quá trình chuẩn bị......................................................................................38
3.3.2 Thu thập số liệu và phân chia vùng tối ưu..................................................40
3.3.3 Phân tích lỗi...............................................................................................43
3.3.4 Điều chỉnh tham số.....................................................................................43
3.4 Xây dựng bản thiết kế tối ưu cho khu vực thử nghiệm mạng 4G/LTE..............45
CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH.......................................................46
4.1 Nhập file bản đồ................................................................................................46

1


4.2 Ví dụ MS2 RSRP biểu đồ..................................................................................47
4.3 Ví dụ máy quét MS1 máy chủ PCI tốt nhất......................................................47
4.4 Xóa một biểu đồ................................................................................................48
4.5 Tems Discovery báo cáo....................................................................................48
4.6 Hệ thống Cell-Planning 4G/LTE tích hợp module tối ưu...................................51
4.7 Thiết kế thử nghiệm...........................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................52

2


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

3GPP

Third Generation Partnership

Tổ chức chuẩn hóa mạng di động

4G

Project
Four Generation Cellular

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ

ACK
BCCH
BER
BLER
BW
CDMA

Acknowledgement
Broadcast Control Channel
Bit-Error Rate
Block-Error Rate
Band Width
Code Division Multiple Access

4
Báo nhận
Kênh điều khiển quảng bá
Tỷ lệ lỗi bit
Tỷ lệ lỗi khối
Băng thông
Đa truy cập phân chia theo mã

CPICH
CQI
CQT

CS
DCCH
DL
DPCCH

Common Pilot Channel
Channel Quality Indicator
Call Quality Test
Circuit Switched
Dedicated Control Channel
Downlink
Dedicated Physical Control

Kênh hoa tiêu chung
Chỉ số chất lượng kênh
Chỉ số chất lượng cuộc gọi
Chuyển mạch kênh
Kênh điều khiển dành riêng
Đường xuống
Kênh điều khiển vật lý dành riêng

DPDCH

Channel
Dedicated Physical Data Channel

Kênh dữ liệu vật lý dành riêng

DTCH
eNodeB

Dedicated Traffic Channel
Enhance NodeB

Kênh lưu lượng dành riêng
NodeB cải tiến

EPC
Evolved Packet Core
E- UTRAN Evolved UMTS Terrestrial Radio

Mạng lõi chuyển mạch gói cải tiến
Mạng truy nhập vô tuyến cải tiến

FDD
FDMA

Access
Frequency Division Duplex
Frequency Division Multiple

Song công phân chia theo tần số
Đa truy nhập phân chia theo tần số

GSM

Access
Global Sytem For Mobile

Hệ thống truyền thông di động toàn

HLR

Communications
Home Location Register

cầu
Thanh ghi định vị thường trú

HO

Handover

Chuyển giao
3


HSPA
HSS
IEEE

High Speed Packet Access
Home Subscriber Server
Institute of Electrical and

Truy nhập gói tốc độ cao
Quản lý thuê bao
Viện kỹ thuật Điện và Điện tử

ITU

Electronics Engineers
International

Hiệp hội viễn thông quốc tế

KPI
LTE
MBMS

Telecommunications Union
Key Performance Indicator
Long Term Evolution
Multimedia Broadcast/Multicast

Chỉ số đánh giá chất lượng
Phát triển dài hạn
Broadcast đa truyền thông/dịch vụ

MIMO
MME
MSC
OFDM

Service
Multiple Input Multiple Ouput
Mobility Management Entity
Mobile Switching Center
Orthogonal Frequency Division

multicast
Nhiều đầu vào nhiều đầu ra
Thực thể quản lý di động
Trung tâm chuyển mạch di động
Ghép kênh phân chia theo tần số

OFDMA

Multiplexing
Orthogonal Frequency Division

trực giao
Đa truy nhập phân chia theo tần số

PCCH
TDD

Multiple Access
Paging Control Channel
Time Division Duplex

trực giao
Kênh điều khiển tìm gọi
Song công phân chia theo thời gian

4


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình hoàn thành đồ án tốt nghiệp, Em đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiệt

tình của trường đại học CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI thầy cô của nhà
trường, thầy Lê Thanh Tấn.
Để có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban
Giám hiệu trường Công nghệ giao thông vận tải, thầy Lê Thanh Tấn đã tận tình giảng
dạy và cung cấp những kiến thức cần thiết, bổ ích để em có thể hoàn thành tốt quá
trình học tập và đồ án của mình của mình.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Lê Thanh Tấn đã trực tiếp hướng dẫn,
truyền đạt nhiều kiến thức, kinh nghiệm trong quá trình học tập cũng như trong thời
gian hoàn thành đồ án.
Em xin chân thành cảm ơn!

5


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Lý do chọn đề tài.
Hiện nay công nghệ thông tin di động trên thế giới đã phát triển lên thế hệ 4G,
5G. Trong nước, các nhà khai thác cũng đã hoàn thành hạ tầng và đưa vào khai thác
thương mại hệ thống mạng 4G LTE. Các nhà khai thác mạng di động vừa phải đảm
bảo đáp ứng dung lượng hệ thống, vừa nâng cao chất lượng dịch vụ cũng như các tiện
ích khác cho khách hàng. Số lượng thuê bao ngày càng tăng, cấu trúc mạng ngày càng
phức tạp, bên cạnh đó là sự phát triển của các dịch vụ như: Video Streaming, Mobile
Banking, MobileTV, Multiplayer Games…sẽ là một vấn đề đáng quan tâm của các nhà
khai thác. Chính vì vậy, tối ưu mạng là vấn đề rất cần thiết và mang ý nghĩa đặc biệt
quan trọng trong vấn đề đảm bảo chất lượng mạng. Công tác đo kiểm và tối ưu hệ
thống cung cấp dịch vụ là bước không thể thiếu trong việc phát triển hệ thống thông
tin di động. Các nhà mạng trên thế giới đầu tư rất nhiều cho việc tối ưu mạng và nâng
cao chất lượng dịch vụ. Vì vậy em đã chọn đề tài theo hướng thực tế là “ Tối ưu hóa
mạng di động 4G LTE ”. Đề tài sẽ tập trung làm rõ cấu trúc mạng di động 4G, các vấn
đề trong tối ưu mạng di động 4G LTE và ứng dụng tối ưu hóa mạng 4G LTE.

1.2 Mục tiêu của đề tài.
- Làm rõ cấu trúc mạng 4G LTE.
- Ứng dụng tối ưu hóa mạng 4G LTE.
1.3 Giới hạn và phạm vi của đề tài.
Trong phạm vi đề tài này em sẽ nghiên cứu các vấn đề:
- Nghiên cứu về mạng lưới 4G LTE, đi sâu vào nghiên cứu và phân tích một hệ thống
thông tin để xây dựng một hệ thống thông tin tối ưu hóa mạng 4G LTE
- Công cụ sử dụng phần mềm Tems Discovery

6


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG CỤ SỬ DỤNG
2 .1 Qúa trình phát triển của hệ thống thông tin di động

Hình 2.1 Qúa trình phát triển hệ thống thông tin di động

2.1.1 Hệ thống thông tin di động thứ tư (4G)
4G-LTE là thế hệ thứ tư của chuẩn UMTS do 3GPP (Tổ chức chuẩn hóa mạng di
động) 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 trong tương lai, tháng 11/2004 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 hiện có
và 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 tính cơ bản của hệ thống LTE :
 Hoạt động ở băng tần : 700 MHz- 2600 MHz.
 Tốc độ:
-

Downlink : 100Mbps ( ở BW 20MHz)

-

Uplink : 50 Mbps với hai anten thu một anten phát

 Độ trễ : nhỏ hơn 5ms
 Độ rộng BW linh hoạt : 1,4MHz; 3MHz; 5MHz; 10MHz; 15MHz; 20MHz. Hỗ
7


trợ cả 2 trường hợp độ dài băng lên và băng xuống bằng nhau hoặc không.
 Tính di động : Tốc độ di chuyển tối ưu là 0-15 km/h nhưng vẫn hoạt động tốt
với tốc độ di chuyển từ 15-120 km/h, có thể lên đến 500 km/h tùy băng tần.
 Phổ tần số:
-

Hoạt động ở chế độ FDD hoặc TDD

-

Độ phủ sóng từ 5-100 km

-

Dung lượng 200 user/cell ở băng tần 5Mhz.

 Chất lượng dịch vụ :
-

Hỗ trợ tính năng đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS.

-

VoIP đảm bảo chất lượng âm thanh tốt, trễ tối thiểu thông qua mạng
UTMS.

2.1.2 Hệ thống thông tin di động thứ năm (5G)
Công nghệ thông tin di động 5G được Liên minh viễn thông quốc tế (ITUR) phê chuẩn tên gọi chính thức là IMT-2020 (vào năm 2015). Về bản chất, mạng 5G
vẫn phát triển dựa trên nền tảng của 4G nhưng ở mức độ cao hơn. Mạng 5G sẽ hỗ trợ
LAS-CDMA (Large Area Synchronized Code Division Multiple Access), UWB (Ultra
Wideband), Network-LMDS (Local Multipoint Distribution Service), Ipv6 và BDMA
(Beam Division Multiple Access).
Với sự hỗ trợ đa dạng các nền tảng, người dùng có thể kết nối cùng lúc với
nhiều thiết bị qua mạng không dây và dễ dàng chuyển đổi qua lại một cách nhanh
chóng mà không gặp phải bất kỳ trở ngại nào. Không những vậy, mạng 5G còn giúp
cho tốc độ đăng tải và tải về dữ liệu trên điện thoại nhanh hơn gấp 20 lần so với mạng
4G. Dự kiến năm 2020 sẽ có mạng 5G thương mại đầu tiên trên thế giới.
2.2 Tổng quan về mạng 4G LTE
2.2.1 Kiến trúc tổng quan
Kiến trúc của hệ thống 4G LTE gồm 4 vùng chính: thiết bị người dùng (UE), EUTRAN, mạng lõi EPC và các vùng dịch vụ.

8


Hình 2.2 Kiến trúc tổng quan mạng 4G LTE
UE, E-UTRAN và EPC đại diện cho các giao thức internet (IP) ở lớp kết nối.
Đây là một phần của hệ thống được gọi là hệ thống gói phát triển (EPS). Chức năng
chính của lớp này là cung cấp kết nối dựa trên IP và nó được tối ưu hóa cao cho mục

tiêu duy nhất. Tất cả các dịch vụ được cung cấp dựa trên IP, tất cả các nút chuyển
mạch và các giao diện được nhìn thấy trong kiến trúc 3GPP trước đó không có mặt ở
E-UTRAN và EPC. Công nghệ IP chiếm ưu thế trong truyền tải, nơi mà mọi thứ được
thiết kế để hoạt động và truyền tải trên IP.
Các hệ thống con đa phương tiện IP ( IMS) là một ví dụ tốt về máy móc thiết bị
phục vụ có thể được sử dụng trong lớp kết nối dịch vụ để cung cấp các dịch vụ dựa
trên kết nối IP được cung cấp bởi các lớp thấp hơn. Ví dụ, để hỗ trợ dịch vụ thoại thì
IMS có thể cung cấp thoại qua IP ( VoIP) và sự kết nối tới các mạng chuyển mạchmạch cũ PSTN và ISDN thông qua các cổng đa phương tiện của nó điều khiển.
Sự phát triển của E-UTRAN tập chung vào một nút, nút B phát triển ( eNode
B). Tất cả các chức năng vô tuyến kết thúc ở đó, tức là eNB là điểm kết thúc cho tất cả
các giao thức vô tuyến có liên quan. E-UTRAN chỉ đơn giản là một mạng lưới của các
eNodeB được kết nối tới các eNodeB lân cận với giao diện X2.
Một trong những thay đổi kiến trúc lớn là trong khu vực mạng lõi là EPC không
có chứa một vùng chuyển mạch-mạch, và không có kết nối trực tiếp tới các mạng
chuyển mạch mạch truyền thống như ISDN và PSTN là cần thiết trong lớp này. Các
chức năng của EPC là tương đương với vùng chuyển mạch gói của mạng 3GPP hiện
tại. Tuy nhiên những thay đổi đáng kể trong việc bố trí các nút chức năng và kiến trúc
phần này nên được coi như là hoàn tòan mới.

9


2.2.1.1 Thiết bị người dùng (UE)
UE là thiết bị mà người dùng đầu cuối sử dụng để liên lạc. Thông thường nó là
những thiết bị cầm tay như điện thoại thông minh hoặc một thẻ dữ liệu như mọi người
vẫn đang sử dụng hiện tại trong mạng 2G và 3G. Hoặc nó có thể được nhúng vào, ví
dụ một máy tính xách tay. UE cũng có chứa các mođun nhận dạng thuê bao toàn
cầu( USIM). Nó là một mođun riêng biệt với phần còn lại của UE, thường được gọi là
thiết bị đầu cuối (TE). USIM là một ứng dụng được đặt vào một thẻ thông minh có thể
tháo rời được gọi là thẻ mạch tích hợp toàn cầu ( UICC). USIM được sử dụng để nhận

dạng và xác thực người sử dụng để lấy khóa bảo mật nhằm bảo vệ việc truyền tải trên
giao diện vô tuyến.
Các chức năng của UE là nền tảng cho các ứng dụng truyền thông, mà có tín
hiệu với mạng để thiết lập, duy trì và loại bỏ các liên kết thông tin người dùng cần.
Điều này bao gồm các chức năng quản lý tính di động như chuyển giao, báo cáo vị trí
của thiết bị, và các UE phải thực hiện theo hướng dẫn của mạng.
2.2.1.2 Truy cập vô tuyến mặt đất E-UTRAN
Mạng truy nhập vô tuyến của LTE được gọi là E-UTRAN và một trong những
đặc điểm chính của nó là tất cả các dịch vụ, bao gồm dịch vụ thời gian thực, sẽ được
hỗ trợ qua những kênh gói được chia sẻ. Phương pháp này sẽ tăng hiệu suất phổ, làm
cho dung lượng hệ thống trở nên cao hơn. Một kết quả quan trọng của việc sử dụng
truy nhập gói cho tất cả các dịch vụ là sự tích hợp cao hơn giữa những dịch vụ đa
phương tiện và giữa những dịch vụ cố định và không dây.
Mục đích chính của LTE là tối thiểu hóa số node. Vì vậy, người phát triển đã
chọn một cấu trúc đơn node. Trạm gốc mới phức tạp hơn NodeB trong mạng truy cập
vô tuyến WCDMA/HSPA, và vì vậy được gọi là eNodeB (Enhance Node B). Những
eNodeB có tất cả những chức năng cần thiết cho mạng truy nhập vô tuyến LTE, kể cả
những chức năng liên quan đến quản lý tài nguyên vô tuyến.

10


Hình 2.3 Mạng truy cập mặt đất E-UTRAN
Giao diện vô tuyến sử dụng trong E-UTRAN là S1 và X2. Trong đó S1

là giao

diện vô tuyến kết nối giữa eNodeB và mạng lõi, X2 là giao diện giữa các eNodeB với
nhau.
E.U TRAN chịu trách nhiệm về các chức năng liên quan đến vô tuyến, gồm có:

 Quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến.
 Nén header.
 Bảo mật.
 Kết nối đến mạng lõi EPC.
2.2.1.3 Mạng lõi EPC
Mạng lõi mới là sự mở rộng hoàn toàn của mạng lõi trong hệ thống 3G và nó chỉ
bao phủ miền chuyển mạch gói. Vì vậy, nó có một cái tên mới : Evolved Packet Core
(EPC).

11


Hình 2.4 Mạng lõi EPC
Cùng một mục đích như E-UTRAN, số node trong EPC đã được giảm. EPC
chia luồng dữ liệu người dùng thành mặt phẳng người dùng và mặt phẳng điều khiển.
Một node cụ thể được định nghĩa cho mỗi mặt phẳng, cộng với Gateway chung kết
nối mạng LTE với internet và những hệ thống khác. EPC gồm có một vài thực thể
chức năng.
 MME(Mobility Management Entity): là thực thể quản lý di động, điều khiển
các Node xử lý tín hiệu giữa UE và mạng lõi. Giao thức giữa UE và mạng lõi
là Non-Access Stratum (NAS). MME là phần tử điều khiển chính trong EPC.
Thông thường MME là một server đặt tại một vị trí an toàn ngay tại nhà khai
thác. Nó chỉ hoạt động trong mặt phẳng điều khiển (CP) và không tham gia vào
đường truyền số liệu (UP). Các chức năng chính của MME:
 Các chức năng liên quan đến quản lý thông báo: chức năng này bao
gồm thiết lập, duy trì và gửi đi các thông báo, được điều khiển bởi lớp
quản lý phiên trong giao thức NAS.
12

 Các chức năng liên quan đến quản lý kết nối: bao gồm việc kết nối và
bảo mật giữa mạng và UE, được điều khiển bởi lớp quản lý tính di
động hoặc kết nối trong giao thức NAS.
 S-Gateway (Serving Gateway): là vị trí kết nối của giao tiếp dữ liệu gói với EUTRAN, tất cả các gói IP người dùng được chuyển đi thông qua S-GW. Nó còn
hoạt động như một node định tuyến đến những kỹ thuật 3 GPP khác. Trong
cấu hình kiến trúc cơ sở, chức năng mức cao của S-GW là quản lý tunnel UP
(user plan) và chuyển mạch. S-GW là bộ phận của hạ tầng mạng dược quản lý
tập trung tại nơi khai thác.
 P-Gateway (Packet Data Network Gateway): là điểm đầu cuối cho những phiên
hướng về mạng dữ liệu gói bên ngoài. Nó cũng là Router đến mạng Internet.
Thông thường P-GW ấn định địa chỉ IP cho UE và UE sử dụng nó để thông tin
với các máy IP trong các mang ngoài (internet). Cũng có thể mạng ngoài nơi
mà UE nối đến sẽ ấn định địa chỉ IP cho UE sử dụng và P-GW truyền tunnel tất
cả lưu lượng đến mạng này. P-GW cũng thực hiện các chức năng lọc và mở
cổng theo yêu cầu được thiết lập cho UE và dịch vụ tương ứng. Ngoài ra nó thu
thập và báo cáo thông tin tính cước liên quan. Tương tự như S-GW, các P-GW
có thể được khai thác ngay tại vị trí trung tâm của nhà khai thác.
 PCRF (Policyand Charging Rules Function): điều khiển việc tạo ra bảng giá và
cấu hình hệ thống con đa phương tiện IP IMS (the IP Multimedia Subsystem)
cho mỗi người dùng.
 HSS (Home Subscriber Server): là nơi lưu trữ dữ liệu của thuê bao cho tất cả
dữ liệu của người dùng. Nó là cơ sở dữ liệu chủ trung tâm trong trung tâm của
nhà khai thác.
Đường giao tiếp S1 được dùng cho cả dữ liệu người dùng (nối với S-GW) và dữ
liệu báo hiệu (nối với MME) nên kiến trúc giao thức S1 được chia thành 2 bộ giao
thức:
 S1-C (điều khiển): dùng để trao đổi các thông điệp điều khiển giữa một UE
và MME.
 S1-U (người dùng): dùng để truyền dữ liệu của UE đến S-GW.

13


Nút Gateway giữa mạng truy nhập vô tuyến và mạng lõi phân ra thành hai thực
thể luận lí: S-GW và MME. Kết hợp với nhau chúng thực hiện công việc tương tự
SGSN trong mạng mạng UMTS. Đường giao tiếp S11 sẽ được dùng để liên lạc giữa
hai thực thể đó.
Một đường giao tiếp quan trong nữa trong mạng lõi LTE là đường giao tiếp S6
nối giữa các MME và cơ sở dữ liệu thông tin thuê bao. Trong UMTS/GSM, cơ sở dữ
liệu này gọi là HLR (Home Location Register). Trong LTE, HLR được cải tiến và đổi
tên thành HSS.
2.2.1.4 Miền dịch vụ
Các miền dịch vụ bao gồm IMS (IP Multimedia Sub-system) dựa trên các nhà
khai thác, IMS không dựa trên các nhà khai thác và các dịch vụ khác. IMS là một kiến
trúc mạng nhằm tạo sự thuận tiện cho việc phát triển và phân phối các dịch vụ đa
phương tiện đến người dùng, bất kể là họ đang kết nối thông qua mạng truy nhập nào.
IMS hỗ trợ nhiều phương thức truy nhập như GSM, UMTS, CDMA2000, truy nhập
hữu tuyến băng rộng như cáp xDSL, cáp quang, cáp truyền hình, cũng như truy nhập
vô tuyến băng rộng WLAN, WiMAX. IMS tạo điều kiện cho các hệ thống mạng khác
nhau có thể tương thích với nhau. IMS hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích cho cả người
dùng lẫn nhà cung cấp dịch vụ. Nó đã và đang được tập trung nghiên cứu cũng như thu
hút được sự quan tâm lớn của giới công nghiệp. Tuy nhiên IMS cũng gặp phải những
khó khăn nhất định và cũng chưa thật sự đủ độ chín để thuyết phục các nhà cung cấp
mạng đầu tư triển khai nó. Kiến trúc IMS được cho là khá phức tạp với nhiều thực thể
và vô số các chức năng khác nhau.

14


2.2.2 Các kênh sử dụng trong E-UTRAN

Hình 2.5 Các kênh truyền tải trong mạng 4G LTE
 Kênh vật lý : các kênh vật lý sử dụng cho dữ liệu người dùng bao gồm:
 Physical Downlink Shared Channel (PDSCH) : Kênh chia sẻ vật lý
đường xuống.
 Physical Uplink Shared Channel (PUSCH) : PUSCH được dùng để
mang dữ liệu người dùng. Các tài nguyên

cho PUSCH được

chỉ định trên một subframe cơ bản bởi việc lập biểu đường lên. Các
sóng mang được chỉ định là 12 khối tài nguyên (RB) và có thể nhảy
từ subframe này đến subframe khác. PUSCH có thể dùng các kiểu
điều chế QPSK, 16 QAM, 64QAM
 Physical Uplink Control Channel (PUCCH): Có chức năng lập biểu,
ACK/NAK, dùng cho đường lên.
 Physical Downlink Control Channel (PDCCH): Lập biểu, ACK/NAK,
dùng cho đường xuống.
 Physical Broadcast Channel (PBCH): Mang các thông tin đặc trưng
của cell.
 Physical Random Access Channel (PRACH): Kênh truy cập ngẫu
nhiên.
15


 Kênh logic : được định nghĩa bởi thông tin nó mang bao gồm:
 Broadcast Control Channel (BCCH) : Kênh điều khiển quảng bá.
Được sử dụng để truyền thông tin điều khiển hệ thống từ mạng đến
tất cả máy di động trong cell. Trước khi truy nhập hệ thống, đầu cuối
di động phải đọc thông tin phát trên BCCH để biết được hệ thống

được lập cấu hình như thế nào, chẳng hạn băng thông hệ thống.
 Paging Control Channel (PCCH) : Kênh điều khiển tìm gọi, được sử
dụng để tìm gọi các đầu cuối di động vì mạng không thể biết được vị
trí của chúng ở cấp độ ô và vì thế cần phát các bản tin tìm gọi trong
nhiều ô (vùng định vị).
 Dedicated Control Channel (DCCH) : Kênh điều khiển riêng, được sử
dụng để truyền thông tin điều khiển tới/từ một đầu cuối di động.
Kênh này được sử dụng cho cấu hình riêng của các đầu cuối di
động chẳng hạn các bản tin chuyển giao khác nhau. Multicast Control
Channel (MCCH) : Kênh điều khiển đa phương, được sử dụng để
truyền thông tin cần thiết để thu kênh MTCH.
 Dedicated Traffic Channel (DTCH) : Kênh lưu lượng riêng, được sử
dụng để truyền số liệu của người sử dụng đến từ một đầu cuối di
động. Đây là kiểu logic được sử dụng để truyền tất cả số liệu đường
lên của người dùng và số liệu đường xuống của người dùng không
phải MBMS.
 Multicast Traffic Channel (MTCH) : Kênh lưu lượng đa phương,
được sử dụng để phát các dịch vụ đa phương tiện.
 Kênh truyền tải : bao gồm các kênh sau:
 Broadcast Channel (BCH) : Kênh quảng bá, có khuôn dạng truyền tải
cố định do chuẩn cung cấp. Nó được sử dụng để phát thông tin trên
kênh logic.
 Paging Channel (PCH) : Kênh tìm gọi, được sử dụng để phát thông
tin tìm gọi trên kênh PCCH, PCH hỗ trợ thu không liên tục (DRX) để
16


cho phép đầu cuối tiết kiệm công suất ắc quy bằng cách ngủ và chỉ
thức để thu PCH tại các thời điểm quy định trước
 Downlink Shared Channel (DL-SCH) : Kênh chia sẻ đường xuống, là

kênh truyền tải để phát số liệu đường xuống trong LTE. Nó hỗ trợ các
chức năng của LTE như thích ứng tốc độ động và lập biểu phụ thuộc
kênh trong miền thời gian và miền tần số. Nó cũng hổ trợ DRX để
giảm tiêu thụ công suất của đầu cuối di động mà vẫn đảm bảo cảm
giác luôn kết nối giống như cơ chế CPC trong HSPA. DL-DCH TTI
là 1ms.
 Multicast Channel (MCH) : Kênh đa phương, được sử dụng để hỗ trợ
MBMS. Nó được đặc trưng bởi khuôn dạng truyền tải bán tĩnh và lập
biểu bán tĩnh.
 Uplink Shared Channel (UL-SCH) : Kênh truyền tải này là kênh
chính để truyền tair dữ liệu đường lên. Nó được sử dụng bởi nhiều
kênh logic.
 Random Access Channel (RACH) : Kênh này được sử dụng cho các
yêu cầu truy cập ngẫu nhiên.
2.2.3 Các chế độ truy cập vô tuyến
Giao diện không gian LTE hỗ trợ cả hai chế độ là song công phân chia theo tần
số (FDD) và song công phân chia theo thời gian (TDD), mỗi chế độ có một cấu trúc
khung riêng. Chế độ bán song công FDD cho phép chia sẻ phần cứng giữa đường lên
và đường xuống vì đường lên và đường xuống không bao giờ sử dụng đồng thời. Kỹ
thuật này được sử dụng trong một số dải tần và cũng cho phép tiết kiệm chi phí trong
khi giảm một nửa khả năng truyền dữ liệu.
Trong FDD-LTE, việc thu và phát tín hiệu sẽ được thực hiện đồng thời nhưng
riêng rẽ trên hai kênh tần số khác nhau. Trong khi đó, với TDD-LTE, đường uplink và
downlink lại cùng sử dụng chung một kênh tần số nhưng ở các thời điểm khác nhau.
Việc chuyển từ chế độ downlink sang uplink và ngược lại sẽ được thực hiện khi một
phân khung đặc biệt được truyền đi (thường là phân khung 1 và thỉnh thoảng là phân
17


khung 6).

Với FDD, mỗi đường uplink kết hợp với một đường downlink nhất định tạo
thành một cặp (fdl, ful), và giữa hai tần số này phải có một khoảng cách nhất định để
không gây nhiễu lên nhau. Vì vậy, băng tần yêu cầu để triển khai kỹ thuật này phải đủ
lớn để có thể phân chia thành hai khoảng uplink và downlink tương ứng mà khoảng
cách giữa hai tần số Fdl, Ful đảm bảo.
Trong khi đó, băng tần dành cho TDD không yêu cầu những đặc điểm trên. Nhà
mạng hoàn toàn có thể triển khai TDD-LTE với một phần băng tần hạn chế bởi toàn bộ
băng thông sẽ được dùng cả cho đường uplink và downlink. Với đặc tính này, TDDLTE hỗ trợ đáng kể cho việc phổ cập LTE bởi không phải quốc gia nào, nhà mạng nào
cũng có lượng phổ tần đủ lớn để triển khai FDD-LTE.

Hình 2.6 Chế độ truy cập mạng 4G LTE

18


Bảng dưới là một số băng tần dành cho FDD và TDD theo 3GPP:

Bảng 2.1 Băng tần hoạt động của FDD và TDD
Với việc sử dụng hai đường downlink và uplink trên hai kênh tần số riêng rẽ, các
kênh truyền này trong FDD-LTE lúc nào cũng khả dụng. Trong khi đó, tại cùng một
thời điểm thì trong TDD-LTE chỉ có một đường truyền khả dụng là uplink hoặc
downlink.
Trong FDD-LTE, băng tần của đường lên và đường xuống hoàn toàn độc lập,
không thể chia sẻ với nhau. Trong trường hợp một kênh có ít nhu cầu sử dụng (thông
thường là đường uplink), thì tài nguyên của đường này hoàn toàn bị lãng phí. Trong
khi đó, TDD-LTE hoàn toàn có thể ấn định tài nguyên cho đường lên và đường xuống
một cách linh hoạt theo nhu cầu sử dụng. Tuy nhiên, dù có điều chỉnh ưu tiên tối đa
cho một chiều nào đó thì tốc độ truyền dữ liệu của cả hai chiều
19

đều không thể so với FDD-LTE bởi ngoài lý do dùng chung một kênh tần số để truyền
các phân khung mang thông tin thì trong TDD-LTE còn có các phân khung dành để
báo hiệu chuyển đổi giữa đường uplink và downlink.
Trong TDD-LTE, việc sử dụng chung một kênh tần số của cả bộ thu và bộ phát
khiến hệ thống có thể sử dụng lại các thiết bị như: các bộ lọc, bộ trộn… nhờ đó giảm
bớt được tính phức tạp cũng như chi phí cần thiết để cách ly tín hiệu thu và tín hiệu
phát.
Về cơ bản, hai phiên bản công nghệ LTE này chỉ khác biệt về lớp vật lý. Điều đó
có nghĩa là bộ xử lý trong thiết bị người dùng có thể hỗ trở cả hai phiên bản công nghệ
này chỉ với một sự điều chỉnh nhỏ.
Giá trị nhỏ nhất của tài nguyên (cả FDD và TDD) có thể được phân bố ở đường
lên và đường xuống được gọi là một khối tài nguyên (RB). Một RB có độ rộng là
180kHz và kéo dài trong một khe thời gian là 0,5ms. Với LTE tiêu chuẩn thì một RB
bao gồm 12 sóng mang con với khoảng cách giữa các sóng mang con là 15kHz, và cho
eMBMS với tùy chọn khoảng cách giữa các sóng mang con là 7,5 kHz và một RB
gồm 24 sóng mang con cho 0,5ms.
2.2.4 Các kĩ thuật sử dụng trong 4G LTE
LTE sử dụng kỹ thuật OFDMA cho truy cập đường xuống và SC-FDMA cho
truy cập đường lên. Kết hợp đồng thời với MIMO, các kỹ thuật về lập biểu, thích ứng
đường truyền và yêu cầu tự động phát lại lai ghép.
2.2.4.1 Kỹ thuật đa truy nhập đường xuống OFDMA
Kỹ thuật điều chế OFDM, về cơ bản, là một trường hợp đặc biệt của phương
pháp điều chế FDM, chia luồng dữ liệu thành nhiều đường truyền băng hẹp trong
vùng tần số sử dụng, trong đó các sóng mang con (hay sóng mang phụ, sub- carrier)
trực giao với nhau. Do vậy, phổ tín hiệu của các sóng mang phụ này được phép chồng
lấn lên nhau mà phía đầu thu vẫn khôi phục lại được tín hiệu ban đầu. Sự chồng lấn
phổ tín hiệu này làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều so
với các kĩ thuật điều chế thông thường.

20


Hình2.7 Kỹ thuật OFDMA
LTE sử dụng OFDM trong kỹ thuật truy cập đường xuống vì nó có các ưu điểm sau:
 OFDM có thể loại bỏ hiện tượng nhiễu xuyên kí hiệu ISI (Inter-Symbol
Interference) nếu độ dài chuỗi bảo vệ (guard interval) lớn hơn độ trễ truyền
dẫn lớn nhất của kênh truyền.
 Thực hiện việc chuyển đổi chuỗi dữ liệu từ nối tiếp sang song song nên thời
gian symbol tăng lên do đó sự phân tán theo thời gian gây bởi trải trễ do
truyền dẫn đa đường giảm xuống.
 Tối ưu hiệu quả phổ tần do cho phép chồng phổ giữa các sóng mang con.
 OFDM phù hợp cho việc thiết kế hệ thống truyền dẫn băng rộng (hệ
thống có tốc độ truyền dẫn cao), ảnh hưởng của sự phân tập về tần số
(frequency selectivity) đối với chất lượng hệ thống được giảm thiểu nhiều so
với hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang.
 Cấu trúc máy thu đơn giản.
 Thích ứng đường truyền và lập biểu trong miền tần số.
 Tương thích với các bộ thu và các anten tiên tiến.
2.2.4.2 Kỹ thuật đa truy cập đường lên SC-FDMA
Việc truyền OFDMA phải chịu một tỷ lệ công suất đỉnh-đến-trung bình (PAPR)
cao, điều này có thể dẫn đến những hệ quả tiêu cực đối với việc thiết kế một bộ phát
sóng nhúng trong UE. Đó là, khi truyền dữ liệu từ UE đến mạng, cần có một bộ
khuếch đại công suất để nâng tín hiệu đến lên một mức đủ cao để mạng thu được. Bộ
khuếch đại công suất là một trong những thành phần tiêu thụ năng lượng lớn nhất
21


trong một thiết bị, vì thế nên hiệu quả công suất càng cao càng tốt để làm tăng tuổi thọ
pin của máy. 3GPP đã tìm một phương án truyền dẫn khác cho hướng lên LTE. SCFDMA được chọn bởi vì nó kết hợp các kỹ thuật với PAPR thấp của các hệ thống

truyền dẫn đơn sóng mang, như GSM và CDMA, với khả năng chống được đa đường
và

cấp

phát

tần

số

linh

hoạt

của

OFDMA.

Hình 2.8 So sánh kỹ thuật OFDMA và SC-FDMA
Hình trên cho thấy sự khác nhau trong quá trình truyền các ký hiệu số liệu theo
thời gian. Trên hình này ta coi mỗi người sử dụng được phân thành
4 sóng mang con (P = 4) với băng thông con bằng 15KHz, trong đó mỗi ký hiệu
OFDMA hoặc SC-FDMA truyền 4 ký hiệu số liệu được điều chế QPSK cho mỗi
người sử dụng. Đối với OFDMA 4 ký hiệu số liệu này được truyền đồng thời với băng
tần con cho mỗi ký hiệu là 15KHz trong mỗi khoảng thời gian hiệu dụng TFFT của
một ký hiệu OFDMA, trong khi đó đối với SC-FDMA, 4 ký hiệu số liệu này
được truyền lần lượt trong khoảng thời gian bằng 1/P (P
22

= 4) thời gian hiệu dụng ký hiệu SC-FDMA với băng tần con bằng P x 15KHz (4 x 15
KHz) cho mỗi ký hiệu.
Trong OFDM, biến đổi Fourier nhanh FFT dùng ở bên thu cho mỗi khối ký tự,
và đảo FFT ở bên phát. Còn ở SC-FDMA sử dụng cả hai thuật toán này ở cả bên phát
và bên thu.
2.2.4.3 Kỹ thuật MIMO
Trung tâm của LTE là ý tưởng của kỹ thuật đa ăng ten, được sử dụng để tăng
vùng phủ sóng và khả năng của lớp vật lý. Thêm vào nhiều ăng ten hơn với một hệ
thống vô tuyến cho phép khả năng cải thiện hiệu suất bởi vì các tín hiệu phát ra sẽ có
các đường dẫn vật lý khác nhau. Có ba loại chính của kỹ thuật đa ăng ten. Đầu tiên nó
giúp sử dụng trực tiếp sự phân tập đường dẫn trong đó một sự bức xạ đường dẫn có thể
bị mất mát do fading và một cái khác có thể không. Thứ hai là việc sử dụng kỹ thuật
hướng búp sóng (beamforming) bằng cách điều khiển mối tương quan pha của các tín
hiệu điện phát ra vào các anten với năng lượng truyền lái theo tự nhiên. Loại thứ ba sử
dụng sự phân tách không gian ( sự khác biệt đường dẫn bằng cách tách biệt các anten )
thông qua việc sử dụng ghép kênh theo không gian và sự tạo chùm tia, còn được gọi là
kỹ thuật đa đầu vào, đa đầu ra (MIMO).

Hình 2.9 Kỹ thuật MIMO
 Đơn đầu vào đơn đầu ra (SISO)
Chế độ truy nhập kênh vô tuyến đơn giản nhất là đơn đầu vào đơn đầu ra (SISO),
23


trong đó chỉ có một anten phát và một anten thu được sử dụng. Đây là hình thức truyền
thông mặc định kể từ khi truyền vô tuyến bắt đầu và nó là cơ sở để dựa vào đó tất cả
các ký thuật đa anten được so sánh.
 Đơn đầu vào đa đầu ra (SIMO)
Chế độ thứ hai là đơn đầu vào đa đầu ra (SIMO), trong đó sử dụng một máy phát

và hai hoặc nhiều hơn máy thu. SIMO thường được gọi là phân tập thu. Chế độ truy
nhập kênh vô tuyến này đặc biệt thích hợp cho các điều kiện tín hiệu-nhiễu (SNR)
thấp. Trong đó có một độ lợi lý thuyết có thể đạt được là 3dB khi hai máy thu được sử
dụng, không có thay đổi về tốc độ dữ liệu khi chỉ có một dòng dữ liệu được truyền,
nhưng vùng phủ sóng ở biên ô được cải thiện do sự giảm của SNR sử dụng được.
 Đa đầu vào đơn đầu ra (MISO)
Chế độ đa đầu vào đơn đầu ra (MISO) sử dụng số máy phát là hai hoặc nhiều
hơn và một máy thu. MISO thường được gọi là phân tập phát. Cùng một dữ liệu được
gửi trên cả hai anten phát nhưng với chế độ mã hóa như vậy mà máy thu chỉ có thể nhận
biết từng máy phát. Phân tập phát làm tăng mạnh của tín hiệu bị phading và có thể làm
tăng hiệu suất trong những điều kiện SNR phấp. MISO không làm tăng tốc độ dữ liệu,
nhưng nó hỗ trợ các tốc độ dữ liệu tương tự nhau bằng cách sử dụng ít năng lượng hơn.
Phân tập phát có thể được tăng cường với phản hồi vòng đóng từ máy thu để chỉ ra sự
truyền cân bằng tối ưu của pha và công suất được sử dụng cho mỗi anten phát.
 Đa đầu vào đa đầu ra (MIMO)
Phương thức truyền cuối cùng là sử dụng hai hoặc nhiều máy phát và hai hoặc
nhiều máy thu. MIMO là một phần tất yếu của LTE để đạt được các yêu cầu đầy tham
vọng về thông lượng và hiệu quả sử dụng phổ. MIMO cho phép sử dụng nhiều anten ở
máy phát và máy thu. Với hướng tải xuống, MIMO 2x2 (2 anten ở thiết bị phát, 2
anten ở thiết bị thu) được xem là cấu hình cơ bản, và MIMO 4x4 cũng được đề cập và
đưa vào bảng đặc tả kỹ thuật chi tiết. Hiệu năng đạt được tùy thuộc vào việc sử dụng
MIMO. Trong đó, kỹ thuật ghép kênh không gian (spatial multiplexing) và phát phân
tập (transmit diversity) là các đặc tính nổi bật của MIMO trong công nghệ LTE.
Giới hạn chính của kênh truyền thông tin là can nhiễu đa đường giới hạn về
dung lượng theo quy luật Shannon. MIMO lợi dụng tín hiệu đa đường giữa máy phát
và máy thu để cải thiện dung lượng có sẵn cho bởi kênh truyền. Bằng cách sử dụng
nhiều anten ở bên phát và thu với việc xử lý tín hiệu số, kỹ thuật MIMO có thể tạo ra
24

các dòng dữ liệu trên cùng mộ t kênh truyền, từ đó làm tăng dung lượng kênh truyền.
2.3 Công cụ sử dụng Tems Discovery.
2.3.1 tổng quan Tems Discovery.
-

Tems Discovery là Công cụ đọc, phân tích và báo cáo log file của Ascom TEMS.

-

Các công nghệ được hỗ trợ
 IS-95/cdma2000 1x
 EV-DO (Rev. 0/ Rev. A)
 GSM/GPRS/EDGE
 WCDMA/HSDPA/HSUPA/HSPA
 TD-SCDMA
 WiMAX
 LTE
-

Tổ chức va quản lý dữ liệu
 2 loại projects: private và public.
 Project bao gồm datasets, composite datasets và archives
 Mỗi dataset chứa logfile data dễ dàng tổ chức theo operator, device, IMSI,
processing date,…

25