Nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vô tuyến trong hệ thống thông tin di động 4g của mobifone việt nam
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.39 MB, 86 trang )
..
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------BÙI THỊ THU MINH CHI
NGHIÊN CỨU VÀ THỰC HIỆN TỐI ƯU HĨA MẠNG VƠ TUYẾN
TRONG HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG 4G CỦA MOBIFONE VIỆT
NAM
Chuyên ngành :
Kỹ thuật viễn thơng
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT VIỄN THƠNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
PGS.TS. NGUYỄN THÚY ANH
Hà Nội 05 – 2018
Đề tài – Nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến trong hệ thống thơng tin di
động 4G của Mobifone Việt Nam.
LỜI CÁM ƠN
Trong quá trình tìm hiểu và thực hiện đề tài "Nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa
mạng vơ tuyến trong hệ thống thơng tin di động 4G của Mobifone Việt Nam" bản thân
em nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình từ giảng viên hướng dẫn, các anh chị đồng nghiệp
trong và ngoài đơn vị, đặc biệt là các anh chị trong Trung tâm mạng lưới Miền Bắc đã
giúp em hoàn thành được bài luận văn này. Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành và
sâu sắc nhất tới cô hướng dẫn, các anh chị đã giúp đỡ em hoàn thành đề tài này.
Do thời gian tìm hiểu có hạn nên bài luận văn khó tránh khỏi những sai sót, em rất
mong nhận được ý kiến từ quý Thầy Cô để đề tài của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
1
Đề tài – Nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến trong hệ thống thơng tin di
động 4G của Mobifone Việt Nam.
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Đề tài: Nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vô tuyến trong hệ thống thông tin
di động 4G của Mobifone Việt Nam.
Tác giả: Bùi Thị Thu Minh Chi – CA160387
Khóa: 2016A-KTVT
Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thúy Anh.
Từ khóa: eNodeB, Cell ID, TA/TAL, CSFB, Thơng lượng cell.
Nội dung tóm tắt:
a, Lý do chọn đề tài
Trong hệ thống thông tin di động hiện nay của Việt Nam nói chung và của
Mobifone nói riêng đã và đang triển khai phủ sóng mạng 4G - LTE, việc phát triển từ
công nghệ 2G -3G rồi lên 4G đòi hỏi chất lượng dịch vụ cũng như khối lượng quản lý
dữ liệu cũng tăng lên. Do đó việc nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng 4G trong
quá trình triển khai là cần thiết, vì vậy em xin được chọn đề tài của mình là "Nghiên
cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến trong hệ thống thông tin di động 4G của
Mobifone Việt Nam".
b, Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Luận văn giới thiệu kiến trúc của mạng 4G, chức năng của các thành phần trong
mạng 4G, qua đó nêu ra được ưu điểm so với các cơng nghệ mạng đã triển khai trước
đó. Trên cơ sở đó đi sâu vào nghiên cứu mạng vơ tuyến E-UTRAN, định cỡ quy hoạch
eNB ID/ Cell ID để tính tốn nên dung lượng cell, đảm bảo băng thông trong quá trình
truyền dữ liệu. Định cỡ và quy hoạch TA/TAL để đảm bảo quá trình tìm gọi (paging)
2
Đề tài – Nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến trong hệ thống thơng tin di
động 4G của Mobifone Việt Nam.
không bị gián đoạn, chậm trễ, tính tốn được dung lượng tìm gọi. Dựa vào việc quy
hoạch TA/TAL giúp quản lý các trạm vô tuyến cũng như ước lượng truy cập trên mỗi
thuê bao. Dựa vào cơ sở lý thuyết đề tài thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến cụ thể là
tính tốn quy hoạch cho các trạm 10MHz, 15MHz, 20MHz, cụ thể là tính tốn các
thơng lượng cell. Ngồi ra cịn tính tốn băng thơng trong q trình thực hiện CSFB.
c, Tóm tắt cơ đọng các nội dung chính và đóng góp mới của tác giả:
Tóm tắt nội dung: Đề tài gồm 3 chương, cụ thể như sau:
Chương 1: Tổng quan chung, giới hạn và mục đích của đề tài.
Chương 1 đã giới thiệu kiến trúc mạng 4G, chức năng các thành phần
trong mạng 4G như mạng truy nhập E-UTRAN, mạng lõi EPC bao gồm chức
năng của MME, SGW, PGW, HSS, PCRF, qua đó nêu ra được ưu điểm so với
các cơng nghệ mạng đã triển khai trước đó. Ngồi ra chương cịn nêu ra các kỹ
thuật mới sử dụng trong cơng nghệ mạng LTE như OFDMA , MIMO cho
đường xuống, SC-FDMA cho đường lên. Dựa vào đó nêu nên giới hạn cũng
như mục đích của đề tài là đi sâu và phần nghiên cứu mạng truy nhập vô tuyến
E-UTRAN, cụ thể là dựa vào tính năng của eNB để đưa ra giải pháp quy hoạch
cũng như định cơ eNB/cell ID, tính toán lên dung lượng cell. Để giúp cho việc
quản lý các trạm cũng như tính tốn thơng lượng các trạm thì việc định cỡ
TA/TAL là cần thiết.
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết để thực hiện tối ưu hóa mạng vô tuyến.
Với việc đưa ra lý thuyết triển khai định cỡ eNB ID/ Cell ID, định cỡ và
quy hoạc TA/TAL, chương 2 đã đưa ra được cơ sở lý thuyết để thực hiện tối ưu
hóa mạng vơ tuyến E-UTRAN. Với việc định cỡ eNB/Cell ID sẽ đảm bảo thông
3
Đề tài – Nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến trong hệ thống thơng tin di
động 4G của Mobifone Việt Nam.
lượng cell sẽ được nêu ra ở chương 3, và việc thiết kế cell ID sẽ giúp cho việc
quản lý các trạm vô tuyến được dễ dàng hơn. Việc định cỡ và quy hoạch TA/
TAL sẽ giúp cho nhà mạng dễ dàng quản lý các trạm của mình cũng như giảm
thiểu thời gian paging tìm UE khi UE ở trạng thái Idle, giúp cho quá trình truyền
dữ liệu không bị gián đoạn. Ở chương 2 nêu nên định cỡ tài nguyên eNB/Cell,
đưa ra một số nguyên tắc thiết kế eNB/Cell ID. Giới thiệu về TA/TAL và thiết
thế vùng theo dõi (paging). Ngồi ra cịn đưa ra những cân nhắc trong việc thiết
kế TA với RBs, và ảnh hưởng của CSFB tới việc thiết kế TA.
Chương 3: Thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến 4G.
Chương 3 đã nêu lên giải pháp tối ưu hóa trong mạng vơ tuyến cụ thể là
tính tốn thơng lượng cell, tổng thơng lượng cell, q tình ước lượng dung
lượng cell và định cỡ băng gốc cho các trạm 10MHz/ 15MHz/20MHz trong
trung tâm mạng lưới miền Bắc, định cỡ băng thông truyền dẫn phục vụ eNB.
Bên cạnh đó cịn nêu ra lựa chọn chiến thuật CSFB dựa vào các khuyến nghị
của Huawei đưa ra tính tốn băng thơng trên các giao diện S1, X2 và kích thước
MTU.
Đóng góp của tác giả
Em đã nêu ra được những vấn đề cần tối ưu trong mạng vô tuyến khi
triển khai mạng 4G và khi tối ưu mạng 4G vào hoạt động cùng các cơng nghệ
mạng khác. Em đã tập trung trình bày vào phần định cỡ và tính tốn vơ tuyến để
đảm bảo chất lượng dịch vụ khi người dùng truy cập vào mạng 4G. Bên cạnh đó
tìm hiểu thêm những khuyến nghị của nhà mạng để có những giải pháp chuyển
giao giữa các công nghệ mạng khác nhau.
d, Phương pháp nghiên cứu
4
Đề tài – Nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến trong hệ thống thơng tin di
động 4G của Mobifone Việt Nam.
Định cỡ tài nguyên eNB/Cell ID.
Định cỡ và quy hoạch TA/TAL.
Tính tốn thơng lượng cell, định cỡ băng thông truyền dẫn eNB.
Lựa chọn chiến thuật CSFB.
e, Kết luận
Với việc nghiên cứu và triển khai phần vô tuyến về cơ bản đề tài đã nhìn
nhận được những giải pháp để thực hiện tối ưu hóa phần vơ tuyến E-UTRAN.
Đưa ra được quy trình thiết thế các eNB, các Cell ID, các tham số trong mạng.
Dựa vào cơ sở lý thuyết để phân tích quy hoạch trạm 10MHz/ 15MHz/20MHz
cũng như tính tốn dung lượng cho các trạm. Ngồi ra cịn đưa ra được chiến
thuật CSFB và các giải pháp nâng cao.
Với thời gian có hạn đề tài chưa mở rộng triển khai thêm như việc quy hoạch
PCI cho từng trạm, hoặc nghiên cứu và thực hiện chuyển giao giữa các eNB,
giữa các cell. Có rất nhiều giải pháp để nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa trong
mạng vơ tuyến, do đó cần thêm thời gian tìm hiểu và đo đạc trong thực tế, như
vậy đề tài sẽ đạt được hiệu quả tốt hơn.
Hà Nội ngày 21/05/2018
Học viên
Bùi Thị Thu Minh Chi
5
Đề tài – Nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến trong hệ thống thơng tin di
động 4G của Mobifone Việt Nam.
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong bài luận văn này là chung
thực, chưa sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận
văn tốt nghiệp thạc sỹ đã được cảm ơn và các thơng tin trích dẫn trong luận văn bảo vệ
được ghi rõ nguồn gốc và được phép công bố.
Hà Nội, ngày 21/5/2018
Học viên
Bùi Thị Thu Minh Chi
6
Đề tài – Nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến trong hệ thống thơng tin di
động 4G của Mobifone Việt Nam.
MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN ..................................................................................................................... 1
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ.................................................................................... 2
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................... 6
MỤC LỤC ........................................................................................................................... 7
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT ..................................................... 9
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ......................................................................................... 11
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .................................................................................... 12
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 13
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN CHUNG, GIỚI HẠN VÀ MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ
TÀI.
14
1.1
Tính năng và thơng số kỹ thuật mạng 4G .................................................... 14
1.1.1
Tính năng mạng 4G ................................................................................. 14
1.1.2
Kiến trúc mạng 4G .................................................................................. 15
1.1.3
Một số công nghệ quan trọng của 4G. ................................................... 19
1.2
Giới hạn và mục đích của đề tài. ................................................................... 20
1.3
Kết luận chương 1........................................................................................... 20
CHƯƠNG 2:
NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT ĐỂ THỰC HIỆN TỐI ƯU HÓA
MẠNG VÔ TUYẾN. ........................................................................................................ 22
2.1
Quy hoạch eNodeB ID/ Cell ID. .................................................................... 22
2.1.1
Định cỡ tài nguyên eNodeB ID ............................................................... 22
2.1.2
Định cỡ tài nguyên Cell ID ...................................................................... 23
7
Đề tài – Nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến trong hệ thống thơng tin di
động 4G của Mobifone Việt Nam.
2.1.3
2.2
Nguyên tắc thiết kế tại MLMB ............................................................... 27
ĐỊNH CỠ VÀ QUY HOẠCH TAC/TAL. .................................................... 31
2.2.1
Khu vực theo dõi (Tracking Area: TA) ................................................. 31
2.2.2
Danh sách các khu vực theo dõi (Tracking Area Lists) ....................... 31
2.2.3
Định cỡ của TA ........................................................................................ 48
2.3
Kết luận chương 2........................................................................................... 57
CHƯƠNG 3:
3.1
THỰC HIỆN TỐI ƯU HÓA MẠNG 4G. ........................................... 59
Quy hoạch trạm 10MHz/15MHz/20MHz/ tại MLMB. ............................... 59
3.1.1
Tính thơng lượng cell. .............................................................................. 59
3.1.2
Định cỡ băng gốc. ..................................................................................... 72
3.2
Lựa chọn chiến thuật CSFB và các giải pháp nâng cao.............................. 75
3.2.1
3.3
Định cỡ băng thông truyền dẫn phục vụ eNodeB........................................ 80
3.3.2
3.4
Chiến thuật thực hiện CSFB trong 3GPP ............................................. 77
Kích thước MTU ...................................................................................... 82
Kết luận chương 3........................................................................................... 82
KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 85
8
Đề tài – Nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến trong hệ thống thơng tin di
động 4G của Mobifone Việt Nam.
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
Từ viết tắt
4G
Four Generation Cellular
3G
Third Generation Cellular
2G
Second Generation Cellular
1G
First Generation Cellular
3GPP
Third
Generation
Ý nghĩa
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ
tư
Hệ thống thông tin di động hế hệ thứ
ba
Hệ thống thông tin di động hế hệ thứ
hai
Hệ thống thông tin di động hế hệ thứ
nhất
Patnership
Project
Dự án hợp tác thế hệ 3
eNodeB
Enhance NodeB
Trạm gốc thu phát
HO
Handover
Chuyển giao
KPI
Key Performance Indicators
Chìa khóa điều chỉnh hiệu năng
UE
User Equipment
Thiết bị người dùng
PAPR
Peak To Average Power Ratio
Tỷ số cơng suất đỉnh trên trung bình
HSPA
High Speed Packet Access
Truy nhập gói tốc độ cao
UTRAN
RAT
UTMS Terrestrial Radio Access
Networks
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
Công nghệ truy cập vô tuyến
Radio Access Technology
9
Đề tài – Nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến trong hệ thống thơng tin di
động 4G của Mobifone Việt Nam.
WCDMA
GSM
ETSI
Wideband Code Division Multiple Đa truy cập phân chia theo mã băng
rộng
Access
Global
System
for
Mobile
Communications
European
Telecommunication
Standards Institute
Mạng di động toàn cầu
Trụ sở chuẩn viễn thông Châu Âu
FDMA
Frequency division multiple access
Đa truy cập phân chia theo tần số
TDMA
Time division multiple access
Đa truy cập phân chia theo thời gian
CDMA
Code Division Multiple Access
Đa truy cập phân chia theo mã
GPRS
General Packet Radio Service
Dịch vụ vơ tuyến gói chung
UMTS
Universal
Mobile
Telephony Đa truy cập phân chia theo mã băng
System
rộng
FDD
Frequency division duplex
Ghép kênh phân chia tần số
TDD
Time division duplex
Ghép kênh phân chia thời gian
SGSN
Serving GPRS Support Node
Điểm hỗ trợ dịch vụ GPRS
BSC
Base Station Controller
Điều khiển trạm gốc
BTS
Base Transceiver Station
Trạm gốc thu phát
RNS
Radio Network Subsystems
Hệ thống mạng lưới vô tuyến thu nhỏ
10
Đề tài – Nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến trong hệ thống thơng tin di
động 4G của Mobifone Việt Nam.
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Lộ trình phát triển thơng tin di động [1] ......................................................... 14
Hình 1.2 So sánh cấu trúc UMTS và LTE [2] ............................................................... 16
Hình 1.3 Kiến trúc mạng 4G LTE/SAE[3] .................................................................... 17
Hình 2.1 Cấu trúc khung LTE[4] ................................................................................... 24
Hình 2.2 Sử dụng mã xáo trộn thơng tin [4] .................................................................. 25
Hình 2.3 Khái niệm về TAL[5] ...................................................................................... 32
Hình 2.4 Quá trình tìm gọi.[5] ....................................................................................... 35
Hình 2.5 Ảnh hưởng của các thiết lập nB đến số khung tìm gọi và Tìm gọi
Occasion[5] .................................................................................................................... 37
Hình 2.6 Dung lượng tìm gọi cho mỗi PO so với xác suất blocking[5] ........................ 42
Hình 2.7 Dung lượng tìm gọi với tải PDCCH có thể chịu được [5] .............................. 46
Hình 2.8 Tổng quan quy trình đinh cỡ TA[5] ................................................................ 49
Hình 2.9 Danh sách các TA được thiết kế qua các cửa sổ trượt[5] ............................... 53
Hình 3.1 Hiệu suất quang phổ đường xuống DL 10MHz 1x2SIMO, 40W, lập lịch cảm
nhận kênh, BLER 10%, 10 UE trên mỗi cell, toàn bộ bộ đệm, TU3.[4] ....................... 61
Hình 3.2 Hiệu suất quang phổ đương lên UL 10MHz 1x2SIMO, công suất tối đa UE
23dBm, lập lịch cảm nhận kênh, BLER 10%, 10 UE trên mỗi cell, toàn bộ bộ đệm,
TU3, suy hao 20dB khi từ ngồi vào trong nhà[4] ........................................................ 61
Hình 3.3 Khái niệm chính về phương pháp nhân rộng dung lượng[4] .......................... 64
Hình 3.4 Định nghĩa Active User[4] .............................................................................. 73
Hình 3.5 Mơ hình thiết lập cuộc gọi[6] .......................................................................... 75
Hình 3.6 Chiến thuật thực hiện CSFB trong 3G và 4G[6] ............................................. 78
Hình 3.7 Tiến trình CSFB MO[6] .................................................................................. 78
Hình 3.8 Tiến trình CSFB MT[6] .................................................................................. 79
11
Đề tài – Nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến trong hệ thống thơng tin di
động 4G của Mobifone Việt Nam.
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Nguyên tắc đặt tên cell[4] ............................................................................... 29
Bảng 2.2 Nguyên tắc thiết kế cell ID[4] ........................................................................ 29
Bảng 2.3 Khuyến nghị cài đặt giá trị cho maxNoOfTìm gọiRecords[5] ....................... 36
Bảng 2.4 Số ký hiệu có sẵn cho PDCCH[5] .................................................................. 40
Bảng 2.5 Số lượng các khối lập biểu thị cho mỗi khung vô tuyến [5] .......................... 41
Bảng 2.6 Số lượng CCEs trên mỗi khung vô tuyến[5] .................................................. 44
Bảng 2.7 Quy định khai báo TA 4G theo tỉnh[4]........... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.1 Thông lượng cell ~ kịch bản Telus 5MHz[4] ................................................. 59
Bảng 3.2 Tham chiếu hiệu suất phổ DL[4] .................................................................... 64
Bảng 3.3 Tham chiếu thông lượng cell đường xuống DL tại 10MHz[4] ...................... 65
Bảng 3.4 Tham chiếu hiệu suất phổ UL[4] .................................................................... 65
Bảng 3.5 Tham chiếu thông lượng cell đường xuống UL tại 10MHz[4] ...................... 66
Bảng 3.6 Hệ số nhân rộng BW đường xuống[4] ........................................................... 66
Bảng 3.7 Hệ số nhân rộng BW đường lên[4]................................................................. 66
Bảng 3.8 Độ lợi MIMO[4] ............................................................................................. 67
Bảng 3.9 Độ lợi lập lịch UL[4] ...................................................................................... 67
Bảng 3.10 Tham số ứng dụng Mix[4] ............................................................................ 69
Bảng 3.11 Tham số cụ thể của ứng dụng được dùng khi tính tốn lưu lượng BH cũng
được cung cấp.[4] ........................................................................................................... 70
Bảng 3.12 Ví dụ tính tốn .............................................................................................. 71
Bảng 3.13 Tính tốn BH volumes, 2 tham số được sử dụng ......................................... 72
Bảng 3.14 Chiều dài phần tiêu đề ở các mức khác nhau[6] ........................................... 81
Bảng 3.15 Đề xuất băng thông backhaul cho loại site[6] .............................................. 82
12
Đề tài – Nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến trong hệ thống thơng tin di
động 4G của Mobifone Việt Nam.
LỜI MỞ ĐẦU
Trong hệ thống thông tin di động hiện nay của Việt Nam nói chung và của
Mobifone nói riêng đã và đang triển khai phủ sóng mạng 4G - LTE, việc phát triển từ
cơng nghệ 2G -3G rồi lên 4G đòi hỏi chất lượng dịch vụ cũng như khối lượng quản lý
dữ liệu cũng tăng lên. Do đó việc nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng 4G trong
q trình triển khai là cần thiết, vì vậy em xin được chọn đề tài của mình là "Nghiên
cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vô tuyến trong hệ thống thông tin di động 4G của
Mobifone Việt Nam".
Đề tài gồm 3 chương cụ thể là:
Chương 1: Tổng quan chung, giới hạn và mục đích của đề tài.
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết để thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến.
Chương 3: Thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến 4G.
Trong q trình tìm hiểu và hồn thành đề tài khó tránh khỏi những sai sót, em rất
mong nhận được ý kiến góp ý của q Thầy Cơ để em có thể hồn thiện hơn bài luận
văn của mình. Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến giảng viên hướng dẫn
PGS.TS Nguyễn Thúy Anh, các anh chị trong Trung tâm mạng lưới Miền Bắc đã giúp
đỡ em hoàn thành đề tài này.
Em xin chân thành cảm ơn!
13
Đề tài – Nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến trong hệ thống thơng tin di
động 4G của Mobifone Việt Nam.
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN CHUNG, GIỚI HẠN VÀ MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ
TÀI.
1.1 Tính năng và thơng số kỹ thuật mạng 4G
Hình 1.1 Lộ trình phát triển thơng tin di động [1]
1.1.1
Tính năng mạng 4G
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 quả băng 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.
14
Đề tài – Nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến trong hệ thống thơng tin di
động 4G của Mobifone Việt Nam.
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 khơng cịn chuyển mạch kênh: tất cả sẽ dựa trên IP. Chúng cho phép
cung cấp các dịch vụ linh hoạt hơn và đơn giản với các mạng di động.
Độ phủ sóng từ 5-100km: trong vịng 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 sức quan trọng cho nhà cung cấp mạng triển khai LTE vì khơng
cần thay đổi tồn 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
khơng 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.
1.1.2
Kiến trúc mạng 4G
15
Đề tài – Nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến trong hệ thống thơng tin di
động 4G của Mobifone Việt Nam.
Hình 1.2 So sánh cấu trúc UMTS và LTE [2]
LTE được thiết kế để hỗ trợ cho các dịch vụ chuyển mạch gói, đối lập
với chuyển mạch kênh truyền thống. Nó hướng đến cung cấp các kết nối IP giữa
các UE và PDN mà khơng có bất kỳ sự ngắt quãng nào đối với những ứng dụng
của người dùng trong suốt quá trình di chuyển. Trong khi thuật ngữ LTE đề cập
quanh sự tiến triển việc truy cập vơ tuyến thơng qua E-UTRAN, nó cịn được
kết hợp cùng các phương tiện phát triển “không vô tuyến” dùng thuật ngữ SAE
bao gồm mạng lõi gói phát triển EPC. LTE cùng với SAE tạo thành hệ thống
gói phát triển EPS.
Hình 1.2 cho thấy sự khác nhau về cấu trúc của UMTS và LTE. Song
song với truy nhập vô tuyến LTE, mạng gói lõi cũng đang phát triển lên cấu trúc
tầng SAE. Cấu trúc mới này được thiết kế để tối ưu hiệu suất mạng, cải thiện
hiệu quả chi phí và thuận tiện thu hút phần lớn dịch vụ trên nền IP.
Mạng truy nhập vô tuyến RAN (Radio Access Network): mạng truy nhập
vô tuyến của LTE được gọi là E-UTRAN và một trong những đặc điểm chính
16
Đề tài – Nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến trong hệ thống thơng tin di
động 4G của Mobifone Việt Nam.
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 lên cao hơn. Một kết quả quan trọng của việc sử dụng
truy nhập gói cho tất cả dịch vụ là sự tích hợp cao hơn giữa những dịch vụ đa
phương tiện và giữa những dịch vụ cố định và khơng dây.
Có nhiều loại chức năng khác nhau trong mạng tế bào. Dựa vào chúng,
mạng có thể được chia thành hai phần: mạng truy nhập vô tuyến và mạng lõi.
Những chức năng như điều chế, nén, chuyển giao thuộc về mạng truy nhập. Còn
những chức năng khác như tính cước hoặc quản lý động là thành phần của mạng
lõi. Với LTE, mạng truy nhập là E-UTRAN và mạng lõi là EPC.
Cấu trúc cơ bản của LTE
Hình 1.3 Kiến trúc mạng 4G LTE/SAE[3]
17
Đề tài – Nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến trong hệ thống thơng tin di
động 4G của Mobifone Việt Nam.
Hình 1.3 cho thấy các thành phần chính của một mạng lõi và mạng truy
nhập vơ tuyến LTE. So sánh với UMTS, mạng vơ tuyến ít phức tạp hơn. Mục
đích chính của LTE là tối thiểu hóa số node. Vì vậy, nguời ta đã quyết định rằng
các RNC nên được gỡ bỏ, và chức năng của chúng đã được chuyển một phần
sang các trạm cơ sở và một phần sang nút Gateway của mạng lõi. Trạm gốc mới
phức tạp hơn NodeB trong mạng truy nhập vô tuyến WCDMA/HSPA, và được
gọi là eNodeB. Các 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.
Giao diện vô tuyến sử dụng trong E-UTRAN gồm giao diện S1 và giao diện X2.
Trong đó S1 là giao diện vơ tuyến kết nối giữa eNodeB và mạng lõi. Giao diện
S1 chia làm hai loại là S1-U là giao diện giữa eNodeB và SAE-GW và S1-MME
là giao diện giữa eNodeB và MME. Giao diện X2 là giao diện giữa các eNodeB
với nhau.
Mạng lõi EPC:
Chịu trách nhiệm điều khiển tổng thể UE và thiết lập các kênh mạng. 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 một vài thực thể chức năng:
MME: chịu trách nhiệm xử lý những chức năng mặt bằng điều khiển, liên quan
đến quản lý thuê bao và quản lý phiên.
S-GW: là vị trí kết nối của giao tiếp dữ liệu gói với E-UTRAN. Nó còn hoạt
động như một node định tuyến đến những kỹ thuật 3GPP khác.
18
Đề tài – Nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến trong hệ thống thơng tin di
động 4G của Mobifone Việt Nam.
P-GW: là điểm đầu cuối cho những phiên hướng về mạng dữ liệu gói bên ngồi.
Nó cũng là Router đến mạng Internet.
PCRF: điều khiển việc tạo ra bảng giá cấu hình hệ thống con đa phương tiện IP
IMS (the IP Multimedia Subsystem) cho mỗi người dùng.
HSS: là nơi lưu trữ dữ liệu của thuê bao cho tất cả dữ liệu người dùng. Nó là cơ
sở dữ liệu chủ tâm trong trung tâm của nhà khai thác.
Mạng truy nhập E-UTRAN
Mạng truy nhập của LTE, E-UTRAN, chỉ có các eNodeB. Khơng có bộ điều
khiển chung trong E-UTRAN cho lưu lượng thông thường (không phải quảng
bá) của người sử dụng, vì thế kiến trúc E-UTRAN được coi là “phẳng”.
E-UTRAN chịu trách nhiệm cho tất cả các chức năng liên quan đến vô tuyến
dưới đây:
Nén tiêu đề: các tiêu đề của gói IP chiếm băng thơng khá lớn nhất là đối với
VoIP, vì thế nén tiêu đề cho phép sử dụng hiệu suất giao diện vô tuyến.
An ninh: tất cả các số liệu được phát trên giao diện vô tuyến đều phải được mật
mã hóa.
Kết nối đến EPC: bao gồm báo hiệu đến MME và đường truyền kênh mang đến
S-GW
1.1.3
Một số công nghệ quan trọng của 4G.
LTE sử dụng hai kênh radio khác nhau cho chuyển tín hiệu theo đường
dẫn lên và xuống, giữa tháp thu phát sóng với thiết bị và ngược lại. Đối với
đường dẫn xuống, LTE sử dụng kỹ thuật OFDMA (Truy cập đa phân chia theo
tần số trực giao – Orthogonal Frequency Division Mutiple Access), trong đó địi
hỏi cơng nghệ MIMO. MIMO là viết tắt của Multiple Input, Multiple Output,
19
Đề tài – Nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến trong hệ thống thơng tin di
động 4G của Mobifone Việt Nam.
công nghệ truyền thông cho phép các thiết bị phát và nhận sử dụng hai hay
nhiều ăng ten để giảm đáng kể độ trễ và tăng tốc độ trong một kênh nhất định.
Chuẩn LTE có thể chứa một tổ hợp 4x4 MIMO (số đầu tiên là số ăng ten phát
tín hiệu, số thứ hai là số ăng ten nhận tín hiệu).
Đối với đường dẫn lên, LTE sử dụng tín hiệu theo kỹ thuật SC-FDMA
(Truy cập đa phân chia theo tần số mạng đơn – Single Carrier Frequency
Division Multiple Access). Nguyên nhân SC-FDMA tốt hơn cho đường dẫn lên
là do kỹ thuật này có tỷ lệ cơng suất đỉnh trên trung bình tốt hơn OFDMA.
1.2 Giới hạn và mục đích của đề tài.
Với kiến trúc của mạng 4G đã nêu trên, đề tài sẽ đi sâu vào phần truy
nhập vơ tuyến E –UTRAN. Dựa vào tính năng của eNB đưa ra lý thuyết quy
hoạch eNB ID/Cell ID, định cỡ và quy hoạch TAC/TAL đảm bảo hiệu quả cho
quá trình paging khi UE ở trạng thái Idle sang trạng thái active khơng vượt có
100ms.
1.3 Kết luận chương 1.
Chương 1 đã giới thiệu kiến trúc mạng 4G, chức năng các thành phần
trong mạng 4G như mạng truy nhập E-UTRAN, mạng lõi EPC bao gồm chức
năng của MME, SGW, PGW, HSS, PCRF, qua đó nêu ra được ưu điểm so với
các cơng nghệ mạng đã triển khai trước đó. Ngồi ra chương còn nêu ra các kỹ
thuật mới sử dụng trong công nghệ mạng LTE như OFDMA , MIMO cho
đường xuống, SC-FDMA cho đường lên. Dựa vào đó nêu nên giới hạn cũng
như mục đích của đề tài là đi sâu và phần nghiên cứu mạng truy nhập vô tuyến
E-UTRAN, cụ thể là dựa vào tính năng của eNB để đưa ra giải pháp quy hoạch
cũng như định cơ eNB/cell ID, tính tốn lên dung lượng cell. Để giúp cho việc
20
Đề tài – Nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến trong hệ thống thơng tin di
động 4G của Mobifone Việt Nam.
quản lý các trạm cũng như tính tốn thơng lượng các trạm thì việc định cỡ
TA/TAL là cần thiết.
21
Đề tài – Nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến trong hệ thống thơng tin di
động 4G của Mobifone Việt Nam.
CHƯƠNG 2:
NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT ĐỂ THỰC
HIỆN TỐI ƯU HĨA MẠNG VƠ TUYẾN.
2.1 Quy hoạch eNodeB ID/ Cell ID.
Các tham số cell cơ bản
ECGI=PLMN + Cell Identity
PLMN=MMC+MNC
Cell Identity = eNodeB ID + Cell ID
Với ECGI: định dạng toàn cầu cell U-TRAN, MCC: mã quốc gia thuê bao di
động gồm 3 bít có gia trị từ 0 đến 999 (Việt Nam là 452), MNC: mã của nhà
mạng di động gồm 2 hoặc 3 bít, có giá trị từ 0 đến 999 (Mobifone: 01).
Cell Identity: gồm 28 bít, 20 bít đầu cho biết eNodeB ID và 8 bít sau cho biết
cell ID.
ENodeB ID: có giá trị trong khoảng từ 0 đến 1048575. eNodeB ID là giá trị duy
nhất cho mỗi eNodeB trong cùng một PLMN.
Cell ID: là giá trị duy nhất cho mỗi cell trong cùng một eNodeB ID. Giá trị dao
động từ 0 đến 255.
2.1.1
Định cỡ tài nguyên eNodeB ID
Mạng kích thước chuẩn.
eNodeB ID giống như ABCDEF trong một mạng có kích thước chuẩn. Hai
số đầu tiên (AB) cho biết thành phố đặt trạm eNodeB. Số cuối cùng (F) cho biết
đó là trạm ngồi trời hay trong nhà. Nếu số cuối có giá trị bằng 0 là trạm trong
nhà, nếu khơng thì là trạm ngồi trời.
Mạng có kích thước lớn.
22
Đề tài – Nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến trong hệ thống thơng tin di
động 4G của Mobifone Việt Nam.
Trong hầu hết các trường hợp, eNodeB ID giống như ABCDEF. Hai số đầu
tiên (AB) cho biết thành phố nơi đặt trạm eNodeB. Các giá trị Ab khác nhau cho
biết các thành phố khác nhau. Sự kết hợp AB có thể chỉ ra ở 90 thành phố lớn
nhất, mỗi nhóm có thể chưa tối đa 9999 eNodeB. Đơi khi mạng lưới có thể bao
gồm hơn 90 thành phố. Trong trường hợp này, sử dụng mọi kết hợp AB để chỉ
ra hai hoặc nhiều hơn hai thành phố. Mỗi thành phố có thể có tối đa 5000
eNodeB. Con số cuối cùng (F) cho biết đó là eNodeB trong nhà hay ngồi trời.
Nếu F có giá trị bằng 0 là eNodeB trong nhà, nếu khơng là trạm ngồi trời.
Trong một số trường hợp đặc biệt, nếu F có giá trị bằng 9 nó là một eNodeB từ
ra.
Mạng chia sẻ.
Nếu là một mạng chia sẻ, ví dụ như TDD-FDD sẽ sử dụng eNodeB ID có
6 chữ số (ABCDEF).Giá trị đầu tiên (A) cho biết giản đồ mạng. Nếu A là 1 viết
tắt cho mạng TDD và A là 5 viết tắt cho mạng FDD. Giá trị thứ 2 (B) cho biết
thành phố nơi đặt trạm eNodeB. Giá trị thứ 3(C) cho biết khu vực quản lý nơi
đặt eNodeB. Giá trị cuối cùng (F) cho biết eNodeB đặt trong nhà hay ngồi trời
và nó tương tự với mạng có kích thước chuẩn.
2.1.2
Định cỡ tài nguyên Cell ID
Mục đích của việc thiết kế cell là thiết lập mạng vô tuyến phù hợp về phạm
vi phục vụ, QoS, chi phí, tần suất sử dụng, triển khai thiết bị và hiệu năng. Để
thiết kế cho một mạng vô tuyến di động, người thiết kế phải xác định các đặc
điểm kỹ thuật, nghiên cứu khu vực đang xem xét và tạo một cơ sở dữ liệu với
thơng tin địa lý, phân tích số dân trong khu vực dịch vụ, tạo các mơ hình chưa
tham số (loại cell, ID, địa điểm, …) và thực hiện mơ phỏng và phân tích bằng
cách sử dụng kịch bản truyền thơng và các cơng cụ. Sau đó mơ phỏng và kết
quả vùng phủ được phân tích, theo dõi bằng cách triển khai và thực hiện đo đạc.
23
Đề tài – Nghiên cứu và thực hiện tối ưu hóa mạng vơ tuyến trong hệ thống thơng tin di
động 4G của Mobifone Việt Nam.
Các kết quả của các phép đo tại hiện trường được so sánh với kết quả mơ phỏng
bằng mơ hình và được điều chỉnh để tối ưu hóa chất lượng. Trong các tham số
nói trên, ta sẽ xem xét phân tích và định cỡ tham số Cell ID.
Cấu trúc khung LTE.
Với khung 10ms
10 khung con (1ms) trên một khung, 2 vị trí (0.5ms) trên một khung con và 7 ký
hiệu OFDM trên một vị trí.
Hình 2.1 Cấu trúc khung LTE[4]
Sử dụng để xáo trộn thông tin từ cell
24
