Nghiên cứu tối ưu năng lượng cho hệ thống thông tin di động 4g của mạng mobifone tại các tỉnh phía bắc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
----------------------------------------

NGÔ QUÝ ƯỚC

NGHIÊN CỨU TỐI ƯU NĂNG LƯỢNG
CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G CỦA
MẠNG MOBIFONE TẠI CÁC TỈNH PHÍA BẮC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

Hà Nội - 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
----------------------------------------

NGÔ QUÝ ƯỚC

NGHIÊN CỨU TỐI ƯU NĂNG LƯỢNG
CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G CỦA
MẠNG MOBIFONE TẠI CÁC TỈNH PHÍA BẮC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. LÂM HỒNG THẠCH

Hà Nội - 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nêu
trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ cơng trình
nào khác.
Tơi xin cam đoan rằng các thơng tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ
rõ nguồn gốc.
Ngày 10 tháng 11 năm 2018

Ngô Quý Ước


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và làm luận văn, tôi đã nhận được sự hướng
dẫn, sự giúp đỡ tận tình của các Thầy Cơ giáo và bạn bè. Với lịng kính trọng và
biết ơn sâu sắc, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới: Thầy giáo TS. Lâm Hồng
Thạch, người đã tận tình chỉ dạy, giúp đỡ, động viên tơi trong suốt q trình học tập
và làm luận văn. Những dạy bảo, ý kiến nhận xét, đánh giá, góp ý mang tính gợi mở
của Thầy vơ cùng quý giá giúp tôi hiểu được sâu sắc hơn các vấn đề học tập và
nghiên cứu và công việc của tôi sau này.
Tôi cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn các Thầy Cô và cán bộ thuộc trường
Đại học Bách Khoa Hà Nội đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho tơi hồn thành
tốt khóa học và làm luận văn đúng tiến độ quy định.
Tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn tới Gia đình, đồng nghiệp cùng các bạn
học viên lớp 16AKTVT đã luôn động viên, giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập
vừa qua.

TĨM TẮT
Với sự phát triển của hệ thống thơng tin di động và sự xuất hiện của công
nghệ mới, công suất tiêu thụ và hiệu quả năng lượng của hệ thống thông tin di động
trở nên càng quan trọng. Luận văn quan tâm đến phương pháp năng lượng hiệu quả
bằng cách tối ưu hóa tiết kiệm năng lượng của hệ thống thông tin di động đặc biệt là
thay đổi công suất truyền của trạm cơ sở. Luận văn khảo sát một số giải pháp tiết
kiệm năng lượng như chế độ ngủ tế bào và kỹ thuật điều chỉnh kích thước tế bào.
Ngồi ra, luận văn cũng trình bày giải pháp công nghệ vô tuyến truyền phối đa điểm
(CoMP) để cải thiện chất lượng của mạng. Luận văn cũng đưa ra các giải pháp kỹ
thuật, kinh tế của nhà cung cấp thiết bị Huawei tư vấn cho Trung tâm mạng lưới
MobiFone miền Bắc để tiết kiệm chi phí vận hành khai thác mạng (OPEX), giảm
mức tiêu thụ điện năng cũng như giảm ô nhiễm môi trường.


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
TĨM TẮT
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH SÁCH BẢNG
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G-LTE VÀ THỰC TIỄN
TRIỂN KHAI TẠI TRUNG TÂM MẠNG MOBIFONE MIỀN BẮC ................3
1.1. Sự phát triển từ hệ thống thông tin di động 3G lên hệ thống 4G-LTE ...3
1.1.1. Mơ hình phát triển.....................................................................................3
1.1.2. Điểm phát triển của hệ thống 4G-LTE .....................................................4
1.1.3. Cải tiến phần mạng lõi ..............................................................................5
1.2. Hệ thống thông tin di động 4G ....................................................................5

1.2.1. Giới thiệu ..................................................................................................5
1.2.2. Các tiêu chuẩn 3GPP cho LTE .................................................................6
1.2.3. Sự khác biệt giữa mạng 4G và LTE .........................................................6
1.2.4. LTE-Advanced - Thế hệ mạng viễn thông thứ 4 ......................................7
1.3. Thực tiễn triển khai 4G LTE trên mạng lưới Mobifone Miền Bắc .......11
1.3.1. Tình hình triển khai 4G LTE trên thế giới và Việt Nam ........................11
1.3.2 Định hướng triển khai ..............................................................................13
1.3.3. Thực tiễn triển khai 4G LTE trên mạng MobiFone Miền Bắc ...............13
1.4. Kết luận .......................................................................................................23
CHƯƠNG 2 - MỘT SỐ GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG
MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G .....................................................................24
2.1 Thu thập số liệu cho hệ thống thông tin di động ......................................25
2.2 Thay đổi kiến trúc trạm cơ sở ....................................................................26
2.2.1 Điều chỉnh kích thước tế bào ...................................................................26


2.2.2 Chế độ ngủ ...............................................................................................28
2.2.3 Phối hợp đa điểm (CoMP) .......................................................................29
2.3. Môi trường hệ thống thông tin di động mô phỏng ..................................33
2.3.1 Lưới tế bào ...............................................................................................33
2.3.2 Các điểm nóng .........................................................................................33
2.3.3 Trạm cơ sở ...............................................................................................34
2.3.4 Lưu lượng truy cập ..................................................................................35
2.3.5 Tính di động của UE ................................................................................36
2.3.6 Mơ hình kênh ...........................................................................................37
2.3.7 Mơ hình liên kết .......................................................................................39
2.4. Kết luận .......................................................................................................42
CHƯƠNG 3 MỘT SỐ GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CỦA NHÀ
CUNG CẤP THIẾT BỊ HUAWEI TẠI TRUNG TÂM MẠNG LƯỚI
MOBIFONE MIỀN BẮC .......................................................................................43

3.1. Nhiệm vụ và một số giải pháp kỹ thuật, thiết bị. .....................................43
3.1.1. Nhiệm vụ .................................................................................................43
3.1.2. Một số giải pháp kỹ thuật của Huawei ...................................................45
3.2. Kết quả thử nghiệm tính năng tiết kiệm năng lượng trên mạng 3G tại
Trung tâm Mạng lưới MobiFone miền Bắc ....................................................53
3.2.1. Kết quả thử nghiệm.................................................................................53
3.2.2. Kết quả tiết kiệm năng lượng..................................................................54
3.2.3. Nhận xét ..................................................................................................55
3.3. Phân tích, chiến lược và hành động ..........................................................56
3.3.1. Phân tích .................................................................................................56
3.3.2. Chiến lược ...............................................................................................57
3.3.3. Hành động ...............................................................................................58
3.4. Chi phí - PAYS ............................................................................................59
3.5. Mơ hình truyền thống.................................................................................63
3.6. Kết luận .......................................................................................................64
KẾT LUẬN ..............................................................................................................66
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................67


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sự phát triển cấu trúc hệ thống từ mạng GSM/UMTS lên LTE .................3
Hình 1.2. LTE chỉ là một tiệm cận và là cách gọi tên chuẩn cơng nghệ 4G...............7
Hình 1.3. LTE-Advanced - Thế hệ mạng viễn thơng thứ 4 ........................................8
Hình 1.4. Triển khai LTE trên tồn thế giới .............................................................11
Hình 1.5. So sánh hiệu quả về mặt băng tần của HSPA+ và LTE ............................15
Hình 1.6. Quy hoạch sử dụng tần số mạng Mobifone giai đoạn 2014-2020 ............16
Hình 1.6. Mạng PS hiện tại của Mobifone ................................................................18
Hình 1.7. Giải pháp SAE của Huawei ......................................................................18
Hình 1.8. Thiết bị BTS 3900 của Huawei .................................................................19
Hình 1.9. Giải pháp tổng thể của NSN từ R6 HSPA đến Rel 8 hỗ trợ LTE .............20

Hình 1.10. Giải pháp thiết bị vơ tuyến NSN cho LTE ..............................................21
Hình 1.11. Giải pháp hệ thống MME/SAE GW của NSN........................................22
Hình 2.1. Khái niệm thu phóng di động ....................................................................27
Hình 2.2. Khái niệm chế độ ngủ ...............................................................................29
Hình 2.3. Khái niệm lập kế hoạch phối hợp/Tạo chùm ............................................30
Hình 2.4. Khái niệm phối hợp lựa chọn di động động ..............................................31
Hình 2.5. Khái niệm phối hợp truyền chung .............................................................32
Hình 2.6. Minh họa CoMP liên site và CoMP trong-site ..........................................32
Hình 2.7. Mạng tế bào lục giác .................................................................................33
Hình 2.8. Phân phối tiêu thụ điện năng trong một BS ..............................................35
Hình 2.9. Mơ hình lưu lượng ....................................................................................36
Hình 2.10. Ví dụ về lưới cơng suất đối với dự tốn của SF ......................................39
Hình 2.11. Tài nguyên đường xuống LTE ................................................................41
Hình 3.1. Nguyên tắc làm việc của điều chỉnh điện áp tự động ...............................47
Hình 3.2. Nguyên lý làm việc của chế độ thời gian ngủ của module RF .................47
Hình 3.3. Mơ tả nguyên lý làm việc của tiết kiệm năng lượng symbol. ...................49
Hình 3.4. Mơ tả ngun lý làm việc của các chế độ tiết kiệm năng lượng cơ bản


và nâng cao ................................................................................................................50
Hình 3.5. Một subframe truyền trong một kinh bản cổng anten đơn ........................51
Hình 3.6. PA chỉ được bật trong symbol 0 và symnbol 1 .........................................52
Hình 3.7: Biểu đồ chỉ tiêu AMR CSSR và PS CSSR trước và sau khi bật tính
năng ...........................................................................................................................54
Hình 3.8: Biểu đồ chỉ tiêu AMR CDR và PS CDR trước và sau khi bật tính năng..54
Hình 3.9: Biểu đồ mơ tả thời gian tắt cell vào giờ thấp điểm. ..................................55
Hình 3.10: Biểu đồ mơ tả thời gian tắt cell hàng ngày sau khi bật tính năng. ..........55
Hình 3.11. Lợi thế tiết kiệm năng lượng của mơ hình PAYS ...................................59
Hình 3.12. Đánh giá năng lượng tiêu thụ ..................................................................62
Hình 3.13. Mơ hình thực hiện trên chi phí ................................................................63

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1.1. Các điểm khác nhau giữa WCDMA và LTE trên giao diện vô tuyến ........5
Bảng 1.2. Các điểm khác nhau giữa UMTS và LTE trên phần mạng lõi ...................5
Bảng 1.3. Các tiêu chuẩn 3GPP từ UMTS lên LTE ...................................................6
Bảng 1.4. Nâng cấp mạng lõi PS để triển khai LTE .................................................17
Bảng 1.5. Quy hoạch số lượng eNode B LTE trên mạng Mobifone ........................23
Bảng 2.1. Các kỹ thuật được sử dụng cho các hệ thống thông tin di động xanh. .....25
Bảng 2.2. Các số liệu cho hệ thống thông tin di động. .............................................26
Bảng 2.3. Kịch bản thu phóng của tế bào cổ điển. ....................................................28
Bảng 2.4. Kịch bản chế độ ngủ .................................................................................29
Bảng 2.5. Đặc điểm kỹ thuật điểm nóng ...................................................................34
Bảng 2.6. Thơng số kỹ thuật tính di động của UEs ..................................................37
Bảng 2.7. Giá trị yếu tố bóng ....................................................................................39
Bảng 2.8. Thơng số của đường xuống LTE ..............................................................41


DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
Viết tắt
3G

Tiếng Anh

Ý nghĩa tiếng Việt

3rd Generation of cellular

Thế hệ thứ 3 của hệ thống thông tin di

networks

động

3GPP

3rd Generation Partnership Project Dự án đối tác thế hệ 3rd

4G

4th Generation of cellular

Thế hệ 4 của hệ thống thông tin di động

networks
1xEVDO

1x Evolution Data Optimized

Công nghệ dữ liệu tiên tiến tối ưu hóa 1x

AMPS

Advanced Mobile Phone System

Hệ thống điện thoại di động tiên tiến

AU

Antenna Unit

Ăng-ten đơn vị

AUC

Authentication Center

Trung tâm xác thực

AWGN

Additive White Gaussian Noise

Nhiễu Gaussian trắng

BPSK

Binary Phase Shift Keying

Khóa dịch pha nhị phân

BS

Base Station

Trạm cơ sở

CB

Coordinated Beamforming

Phối hợp Tạo chùm

CDMA

Code-Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

CN

Core Network

Mạng lõi

CoMP

Coordinated Multi-Point

Phối hợp đa điểm

CP

Cyclic Prefix

Tiền tố vòng

CS

Coordinated Scheduling

Lập kế hoạch phối hợp

DCS

Dynamic Cell Selection

Lựa chọn di động năng động

DL

Downlink

Tải đơờng xuống

EDGE

Enhanced Data rates for GSM

Mạng tốc độ dữ liệu nâng cao cho GSM

Evolution
ETSI

European Telecommunications
Standards Institute

Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu

FDMA

Frequency-Division Multiple

Đa truy nhập phân chia theo tần số

Access
GPRS

General Packet Radio Service

Dịch vụ vơ tuyến gói tổng hợp

GSM

Global System for Mobile

Các hệ thống tồn cầu cho truyền thơng

Communications

di động

HLR

Home Location Register

Nhà đăng ký thường trú

HSPA

High Speed Packet Access

gói tốc độ cao truy cập di động

ICI

Inter-cell Interference

Can nhiễu liên tế bào

IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

IS-95

Interim Standard 95

Tiêu chuẩn 95

JP

Joint Processing

Xử lý chung

JT

Joint Transmission

Truyền tải chung

LOS

Line-of-Sight

Tầm nhìn thẳng

LTE

Long Term Evolution

Tiến hóa dài hạn

LTE-A

LTE-Advanced

LTE dài hạn tiên tiến

MMS

Multimedia Message Service

Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện

MU

Mobile User

Người sử dụng điện thoại di động

MSC

Mobile Switching Centers

Trung tâm chuyển mạch di động

NLOS

Non Line-of-Sight

Khơng tầm nhìn thẳng

NMT

Nordic Mobile Telephone

Điện thoại di động Bắc Âu

OFDM

Orthogonal Frequency-Division

Tần số trực giao-bộ phận ghép kênh

Multiplexing

OMC

Operation and Support Systems

Hệ thống điều hành và bảo dưỡng

PDN

Packet Data Network

Gói dữ liệu mạng

PL

Path Loss

Suy hao đường truyền

PSTN

Public Switched Telephone

Mạng điện thoại công cộng

Network
QAM

Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương

QoE

Quality of Experience

Chất lượng của trải nghiệm

QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

QPSK

Quadrature Phase Shift Keying

Khóa dịch pha cầu phương

RAN

Radio Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến

RB

Resource Block

Tài nguyên khối

RBS

Radio Base Station

Hệ thống tài nguyên khối

SF

Shadowing Factor

Yếu tố dõi theo

SIM

Subscriber Identity Module

Mô đun nhậndạng thuê bao

SNIR

Signal-Interference-to-Noise-Ratio Tỷ lệ tín hiệu/nhiễu

SMS

Short Message Service

Dịch vụ tin nhắn ngắn

SMSC

Short Message Service Centers

Trung tâm dịch vụ tin nhắn ngắn

TACS

Total Access Communication

Hệ thống thông tin truy cập

System
TDMA

Time-Division Multiple Access

Thời gian-Division Multiple Access

EU

User Equipment

Người sử dụng thiết bị

UL

Uplink

Đường tải lên

UMTS

Universal Mobile

Hệ thống dịch vụ viễn thông di động toàn

Telecommunication Service

cầu

VLR

Visitor Location Register

Điểm đăng ký tạm trú

VoIP

Voice over Internet Protocol

Công nghệ truyền thoại qua IP

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


1

MỞ ĐẦU
Trong khai thác mạng, có ba nhấn tố được quan tâm đó là chi phí vận hành
khai thác, năng lượng và sự ơ nhiễm mơi trường.

Chí phí vận hành khai thác cao (OPEX)
Mức độ tiêu thụ năng lượng và chi phí năng lượng là 02 yếu tố quant trọng
ảnh hưởng đến chi phí vận hành khai thác và giảm lợi nhuận của nhà mạng. Bên
cạnh đó, sự cạnh tranh giữ các nhà mạng cũng làm giảm doanh thu bình quân trên
một khách hàng (ARPU). Do vậy, việc giảm tổng chi phí vận hành khai thác sẽ giúp
các mạng giảm OPEX và tăng ARPU.
Sự thiếu năng lượng
Vì vấn đề thiều năng lượng tồn cầu, các tổ chức chuẩn hóa trong công
nghiệp viễn thông, nhà khai thác viễn thông và những nhà cung cấp thiết bị đang
đưa ra những giải pháp để bảo tồn năng lượng và giải sự tiêu hao. Các tổ chức tiêu
chuẩn tiếp tục đưa ra các tiêu chuẩn liên quan đến bảo tồn năng lượng và các nhà
khai thác mạng tăng hiệu quả khai mạng cũng đòi hỏi những thiết bị đạt được các
tiêu chuẩn đó. Trong trường hợp này, nhà cung cấp thiết bị có thể dùng các giải
pháp để bảo tồn và giảm sự tiêu thụ năng lượng.
Khí thải mơi trường.
Sự tiêu thụ khí CO2 quá mức trong khí quyển dẫn đến thay đổi khí hậu toàn
cầu gây ra các ảnh hưởng nguy hiểu về thời tiết và môi trường tự nhiên. Các tổ chức
Liên hợp quốc đã u cầu tồn thế giối cố gắng giảm khí thải CO2 dẫn đến hiệu
ứng nhà kính. Các chính phủ đưa các đánh giá bằng những chính sách và quy tắc
trong việc bảo tồn và giảm tiêu thụ năng lượng trong những ngành cơng nghiệp
khác nhau.
Những tính năng bảo tồn năng lượng và giảm khí thải là một trong những
giải pháp chính trong giải pháp xanh. Khái niệm truyền thông xanh được tạo ra để
giải quyết vấn đề thiếu năng lượng và giảm sự ô nhiễm môi trường, giảm OPEX.
Bằng việc phân tích năng lượng tiêu thụ của nhiều nhà khai thác mạng, HW đã tìm


2

ra những nhân tố chính ảnh hưởng đến việc tiêu thụ năng lượng. Năng lượng điện

được tiêu thụ bởi mạng truy cập, bao gồm các trạm phát sóng và trạm truy cập.
Những phân tích chỉ ra rằng các trạm khơng dây của các nhà khai thác mạng chiếm
70% tổng mức tiêu thụ năng lượng. Những tính năng bảo tồn năng lượng và giảm
khí thảm được nhắm đến những trạm phát sóng di động và các thiết bị tương tự.
Những tính năng bảo tồn năng lượng và giảm khí thải bằng cách điều chỉnh
trạng thái hoạt động của các eNodeBs để tăng hiệu quả sử dụng năng lượng mà
không ảnh hưởng đến khách hàng.
Nhà cung cấp thiết bị Huawei của MobiFone đã đưa ra nhiều giải pháp để
tiết kiệm năng lượng cho mạng 2G/3G/4G như giải pháp tiết kiệm năng lượng thích
nghi, tắt thơng minh kênh RF, tiết kiệm năng lượng symbol ..
Là một cán bộ của MobiFone, em xin chọn đề tài luận văn thạc sĩ về Các giải
pháp tiết kiệm năng lượng trong hệ thông thông tin di động 4G-LTE. Bản luận văn
bao gồm ba chương:
Chương 1 trình bày các nền tảng cần thiết của kỹ thuật mạng 4G. Chương
này giới thiệu tổng quan về cấu hình mạng 4G nói chung và triển khai mạng thực tế
tại Trung tâm mạng lưới MobiFone miền Bắc.
Chương 2 Đưa ra các phương pháp tiết kiệm năng lượng của hệ thống thông
tin di động 4G.
Chương 3 Giới thiệu một số giải pháp kỹ thuật của nhà cung cấp thiết bị
Huawei triển khai tại Trung tâm mạng lưới MobiFone miền Bắc. Chương 3 cũng
trình bày chi tiết một số giải pháp kỹ thuật tiết kiệm năng lượng, một số giải pháp
tiết kiệm chi phí trong công tác vận hành khai thác của nhà mạng MobiFone.
Cuối cùng là kết luận luận văn, trình bày các nội dung trong đề tài và đề xuất
trong tương lai.


3

CHƯƠNG 1. HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G-LTE VÀ
THỰC TIỄN TRIỂN KHAI TẠI TRUNG TÂM MẠNG

MOBIFONE MIỀN BẮC
Hệ thống thông tin di động cho phép các thuê bao kết nối cuộc gọi, truy cập
vào dịch vụ dữ liệu như SMS (dịch vụ tin nhắn ngắn), MMS (dịch vụ tin nhắn đa
phương tiện), truy cập Internet, VoIP (Voice over Internet Protocol). Ở Việt nam,
bắt đầu từ hệ thống thông tin di động GSM (thế hệ thứ 2 – 2G), đầu những năm 90
của thế kỷ 20, phát triển lên thế hệ thứ ba (3G), những năm đầu của thế kỷ 21 và
hiện nay đang ở giai đoạn chuyển sang thế hệ thứ tư (4G).
Chương 1 trình bày sự phát triển của hệ thống thông tin di động từ 3G lên 4GLTE, đặc điểm của hệ thống thông tin di động 4G-LTE và thực tiễn triển khai trên
mang Mobifone Miền Bắc.
1.1. Sự phát triển từ hệ thống thông tin di động 3G lên hệ thống 4G-LTE
1.1.1. Mơ hình phát triển
Hình 1.1 mô tả sự phát triển từ hệ thống 3G lên hệ thống LTE

Hình 1.1. Sự phát triển cấu trúc hệ thống từ mạng GSM/UMTS lên LTE


4
Trong cấu trúc bên trên phần EPC (evolved packet core) sẽ thay thế trực tiếp
cho miền PS trong mạng GSM/UMTS. EPC sẽ truyền tải tất cả các loại thông tin
thời người dùng: thoại cũng như data sử dụng công nghệ chuyển mạch gói mà trước
đây vốn chỉ sử dụng cho data. Miền CS trong mạng 2G/3G khơng cịn tồn tại mà
tồn bộ thơng tin thoại sẽ được truyền qua mạng gói IP sử dụng kỹ thuật Voice over
IP.
Phần E-UTRAN thay thế cho phần GERAN/UTRAN trong phần 2G/3G và
là trung gian truyền thông tin giữa người dùng và mạng lõi.
Cấu trúc mới được thiết kế bởi 2 nhóm trong tổ chức 3GPP, SAE (system
architecture evolution) liên quan đến phát triển phần Core và LTE (Long Term
Evolution) liên quan đến phát triển phần mạng truy nhập vơ tuyến. Xét trên tổng thể
tồn hệ thống được gọi là EPS (evolved packet system).
1.1.2. Điểm phát triển của hệ thống 4G-LTE

Một số yêu cầu cơ bản của LTE cần đạt được đó là: tốc độ dữ liệu đỉnh
đường xuống là 100 Mbps, đường lên là 50Mbps. Tuy nhiên thực tế có thể đạt được
là 300Mbps đường xuống và 75Mbps đường lên. Nếu so sánh với UMTS (release 6)
thì tốc độ chỉ đạt được: 14Mbps đường xuống và 5.7Mbps đường lên.
Yêu cầu về trễ (latency) trong LTE cũng khá ngặt nghèo, trong LTE độ trễ
truyền tải dữ liệu giữa máy đầu cuối và các phần tử mạng cố định phải ít hơn 5 mili
giây. Đồng thời thời gian chuyển từ trạng thái standby sang trạng thái active của
thuê bao trong LTE phải nhỏ hơn 100 mili giây.
Một số yêu cầu về vùng phủ: LTE được thiết kế tối ưu cho các cell lên tới
5km, suy giảm chất lượng ở 30km và hỗ trợ lên tới 100 km. Về sự di động của thuê
bao, trong LTE thiết kế tối ưu cho thuê bao di động với tốc độ 15 km/h, hỗ trợ lên
tới 300 km/h.
Cuối cùng LTE được thiết kế với khả năng sử dụng nhiều băng tần khác
nhau tại dải từ 1.4 MHz tới 20 MHz.
Một số so sánh giữa UMTS và LTE trên giao diện vô tuyến:


5
Bảng 1.1. Các điểm khác nhau giữa WCDMA và LTE trên giao diện vô tuyến
Đặc điểm

WCDMA

LTE

Phương pháp đa truy nhập

WCDMA

OFDMA and SC-FDMA

Tái sử dụng tần số

100%

Linh hoạt

Sử dụng anten MIMO

From Release 7

Có sử dụng

Băng tần

5MHz

1.4, 3, 5, 10, 15 or 20MHz

Độ rộng khung

10 ms

10 ms

Khoảng thời gian truyền dẫn

2 or 10ms

1ms

Kênh truyền tải

Dành riêng và chia sẻ

Chia sẻ

1.1.3. Cải tiến phần mạng lõi
Mạng core sử dụng giao thức IP (Internet Protocol) có thể sử dụng IPv4 hoặc
IPv6 hoặc song song cả IPv4 và IPv6. Trong mạng LTE các thuê bao ln được duy
trì các kết nối với các mạng dữ liệu ngồi khác với trong 2G/3G đó là kết nối chỉ
được kích hoạt khi th bao có nhu cầu và được hủy bỏ khi hết phiên truyền dữ liệu.
Bảng 1.2. Các điểm khác nhau giữa UMTS và LTE trên phần mạng lõi
Đặc điểm
Hỗ trợ các version IP
Hỗ trợ các version USIM
Kỹ thuật truyền tải

UMTS
IPv4 và IPv6
Release 99 USIM trở
đi
Chuyển mạch kênh
và chuyển mạch gói

LTE
IPv4 và IPv6
Release 99 USIM trở đi
Chuyển mạch gói

Các thành phần miền CS

MSC server, MGW

n/a

Các thành phần miền PS

SGSN, GGSN

MME, S-GW, P-GW

Kết nối IP

Sau khi đăng ký

Trong quá trình đăng ký

Thoại và SMS

Bao gồm

Mở rộng

1.2. Hệ thống thông tin di động 4G
1.2.1. Giới thiệu
Theo như mô tả ban đầu của ITU về mạng di động 4G phải được thiết kế để


6

đáp ứng được các yêu cầu của IMT-Advanced. LTE-advanced và Wimax 2.0
(802.16m) đáp ứng được các yêu cầu này trong đó hỗ trợ 1000 Mbps trên đường
xuống, và 500 Mbps trên đường lên. Măc dù LTE và WiMAX 1.0 không đáp ứng
được yêu cầu của ITU về mạng 4G tuy nhiên trên thế giới đã có sự phát triển của
các nhà mạng từ mạng 3G lên LTE mà không trực tiếp phát triển lên LTEadvanced. Tháng 12 năm 2010 ITU thừa nhận rằng tất cả các hệ thống thông tin di
động bao gồm LTE, WiMAX 1.0 mà cung cấp hiệu năng tốt hơn mạng thông tin di
động 3G được gọi là mạng 4G.
1.2.2. Các tiêu chuẩn 3GPP cho LTE
Bảng 1.3. Các tiêu chuẩn 3GPP từ UMTS lên LTE
Releases

Thời điểm ban hành

Các đặc điểm mới

R99

3/2000

WCDMA air interface

R4

3/2001

TD-SCDMA air interface

R5

6/2012

HSDPA, IP multimedia subsystem

R6

3/2005

HSUPA

R7

12/2007

Enhancements to HSPA

R8

12/2008

LTE, SAE

R9

12/2009

Enhancements to LTE and SAE

R10

3/2011

LTE-Advanced

R11

9/2012

Enhancements to LTE-Advanced

1.2.3. Sự khác biệt giữa mạng 4G và LTE
Chuẩn kết nối 4G được Liên minh viễn thơng quốc tế (ITU) chính thức thông
qua vào 3-2008. Chữ “G” trong 4G tức “generation” (thế hệ), như vậy, đây là chuẩn
kết nối thế hệ thứ 4 mới nhất, theo lý thuyết, có thể giúp các thiết bị di động như
điện thoại thông minh, máy tính bảng... đạt tốc độ kết nối 100 Mbps và lên tới 1
Gbps khi khơng di chuyển.
Hiện có hai hệ thống 4G đã triển khai là chuẩn Mobile WiMAX (lần đầu tiên
ở Hàn Quốc năm 2007) và chuẩn LTE, triển khai ở Na Uy năm 2009.
LTE viết tắt của Long Term Evolution (Tiến hóa dài hạn), chưa phải là một


7
cơng nghệ chuẩn 4G, thay vào đó chỉ là một chuẩn tiệm cận công nghệ mạng thứ tư.
Trên thực thế, tuy điện thoại của bạn có thể hiển thị biểu tượng “4G” ở góc phải
phía trên màn hình, nhưng thực chất lại khơng phải kết nối 4G theo chuẩn.

Hình 1.2. LTE chỉ là một tiệm cận và là cách gọi tên chuẩn công nghệ 4G
Khi Liên minh Viễn thông Quốc tế định chuẩn mức tốc độ 4G tối thiểu, các
thử nghiệm thực tế vẫn chưa đạt được. Kết quả là, các nhà làm luật đã quyết định
dùng LTE để gọi tên chuẩn công nghệ 4G, miễn là tốc độ mạng LTE khi triển khai
phải vượt trội đáng kể so với 3G.

1.2.4. LTE-Advanced - Thế hệ mạng viễn thông thứ 4
Tháng 6 năm 2013, công ty viễn thông Hàn Quốc SK Telecom đã giới thiệu
công nghệ mà họ mệnh danh “mạng LTE tiên tiến nhất trên thế giới” – LTEAdvanced. Theo những gì SK cơng bố, mạng này mang lại tốc độ truyền tải dữ liệu
nhanh gấp đôi so với mạng LTE thông thường và điều này là một tin vui cho những
người dùng thiết bị thông minh thế hệ mới. Chỉ tới tháng 10 năm 2013, đã có tới cả
triệu người đăng ký sử dụng dịch vụ này ở Hàn Quốc. Ở đất nước này, người dùng
LTE-Advanced có thể tải một bộ phim 800MB chỉ trong 43 giây. Không sớm thì
muộn, làn sóng sử dụng cơng nghệ này sẽ lan ra khắp thế giới do nhu cầu sử dụng
băng thông di động ngày càng tăng cao. Các nhà mạng sẽ phải nâng cấp liên tục để
đáp ứng yêu cầu về tốc độ và khối lượng dữ liệu ngày càng cao của người dùng
không chỉ là đàm thoại video, xem thể thao trực tuyến nữa mà có thể là khám bệnh


8
trực tiếp từ xa hay mua sắm ảo… Theo dự báo của Cisco System, lưu lượng băng
thơng di động tồn cầu tăng gấp đôi theo từng năm và sự tăng trưởng theo cấp số
nhân này vẫn chưa hề có dấu hiệu ngừng lại.
Các doanh nghiệp viễn thơng lớn tồn cầu như AT&T (Mỹ), Telstra (Úc),
NTT Docomo (Nhật) và Telenor Sweden (Thuỵ Điển) đều đã đưa công nghệ LTEAvanced ra sử dụng rộng rãi vào năm 2014. Theo dự báo của ABI Research, số
lượng người dùng sử dụng LTE-Advanced vào năm 2018 sẽ đạt tới 500 triệu, gấp 5
lần số người dùng LTE hiện nay. Các chuyên gia công nghệ cũng nhận định rằng
LTE cần phải cải tiến và LTE-Advanced sẽ là chuẩn thống trị trong tương lai gần.
Họ cũng coi công nghệ này mới thật sự là 4G do đáp ứng đầy đủ các tiêu chí kỹ
thuật mà Liên minh Viễn thông Quốc tế (International Telecommunication Union)
đặt ra cho hệ thống mạng không dây thế hệ thứ 4
Các ưu điểm của LTE-Advanced thể hiện trên hình

Hình 1.3. LTE-Advanced - Thế hệ mạng viễn thông thứ 4
+ Tốc độ:
Về mặt lý thuyết, LTE-Advanced có tốc độ tải xuống đạt tới 3Gbps, tốc độ

tải lên 1,5Gbps. Đây là một sự vượt trội tuyệt đối khi so sánh với thông số tải
xuống/tải lên của LTE thường là 300Mb/s và 75Mb/s. Khơng chỉ có tốc độ nhanh
hơn, LTE-Advanced cũng bao gồm những giao thức truyền tải mới, hỗ trợ đa an-ten


9
cho phép số lượng bit/s truyền tải qua tần phổ mượt mà hơn và kết quả là kết nối ổn
định hơn và chi phí dữ liệu sẽ rẻ hơn.
+ LTE-Advanced là phiên bản nâng cấp của LTE :
Hai chuẩn này hồn tồn tương thích với nhau. Các điện thoại sử dụng LTEAdvanced mới vẫn hoạt động tốt với các mạng LTE thông thường và ngược lại.
+ Phương thức này tăng số lượng băng thông khả dụng dành cho thiết bị di
động bằng cách ghép nối các kênh tần số, hoặc nhà mạng nằm rải rác trong phổ vô
tuyến. LTE thông thường có thể cung cấp dữ liệu bằng cách sử dụng các block dữ
liệu liền kề của tần số lên đến 20 MHz. Nhưng khi ngày càng nhiều các công ty
cung cấp dịch vụ và cùng với nó là số lượng các thiết bị tranh giành tần số viễn
thông ngày càng nhiều, những dải rộng lên tới 20Mhz như vậy đang ngày càng khan
hiếm. Hầu hết các nhà khai thác đành phải mua các bit và mảnh tần phổ rời rạc,
hình thành một sưu tập phân mảnh để phục vụ cho hoạt động của mình. Phương
thức cung cấp dịch vụ kết hợp đã giải quyết vấn đề này. Nó cho phép các nhà khai
thác kết hợp các kênh rời rạc, nhỏ bé, phân tán thành "một đường ống rất lớn". Ví
dụ, có thể kết hợp hai kênh có độ rộng 10 MHz ở các tần số 800 MHz và 1,8 GHz
riêng biệt thành một kênh 20 MHz toàn duy nhất, cơ bản tăng gấp đôi tốc độ dữ liệu
khả dụng cho mỗi người dùng. Đó chính là một trong các ưu điểm của công nghệ
mới LTE-Advanced.
Hiện tại công nghệ này cho phép các nhà mạng có thể kết hợp tới 5 kênh có
độ rộng 20Mhz thành 1 kênh có độ rộng 100Mhz, nhanh hơn 5 lần so với LTE
thông thường.
+ Bên cạnh phương thức cung cấp dịch vụ kết hợp kể trên, LTE –Advanced
cịn có thêm 4 tính năng quan trọng khác so với chuẩn tiền nhiệm. Đó là:
- Đầu tiên là tính năng cho phép các thiết bị di động và trạm phát sóng kết

nối gửi nhận dữ liệu với nhau thông qua nhiều an-ten gọi là MIMO. LTE-Advanced
cho phép 8 anten kết nối cùng lúc thay vì 4 như ở LTE thường.Trong mơi trường tín
hiệu sóng khơng ổn định như ở rìa vùng phủ sóng hay trong phương tiện di chuyển
tốc độ cao, các anten thu phát sẽ kết hợp cùng với nhau để tập trung hướng tín hiệu
theo một hướng nhất định. Kiểu điều hướng chùm tia này tăng cường độ tín hiệu


10
nhận được lên nhiều lần mà không cần tăng công suất của nguồn phát. Mặt khác,
nếu tín hiệu mạnh và độ nhiễu ít như khi người dùng ở gần trạm phát sóng, MIMO
sẽ được dùng trong việc tăng tốc độ truyền tải dữ liệu, tăng số lượng kết nối. Kỹ
thuật này thực chất là một kiểu ghép kênh không gian, cho phép nhiều luồng dữ liệu
cùng tần số đi qua cùng một lúc. Ví dụ một trạm phát sóng với 8 anten có thể gửi
liên tục 8 luồng dữ liệu tới 1 điện thoại có 8 anten. Và các luồng dữ liệu này được
tiếp nhận từ các góc độ khác nhau với cường độ và thời gian khác nhau, sau đó điện
thoại mới tổng hợp và tiến hành xử lý phân tích để chọn ra các luồng dữ liệu cần
thiết. Do vậy, việc ghép kênh khơng gian có thể tăng số liệu tương ứng với số anten
có thể kết nối. Như vậy ở trường hợp lý tưởng, 8 anten sẽ làm tăng tốc dữ liệu lên
tới 8 lần.
- LTE-Advanced có khả năng chuyển tiếp làm tăng khả năng phủ sóng ở
những địa hình phức tạp. Hiện rơ-le chuyển tiếp đã được ứng dụng trong công nghệ
không dây từ rất lâu để tăng khả năng khuếch đại tín hiệu ở những nơi như đường
hầm hay khu vực hẻo lánh. Song các rơ-le kiểu cũ hay các bộ khuếch đại như đang
dùng vẫn tương đối “thô sơ”, chúng chỉ đơn thuần nhận tín hiệu, khuếch đại chúng
và truyền tải chúng đi tiếp. Kỹ thuật khuếch đại chuyển tiếp của LTE-Advanced tiên
tiến hơn, đầu tiên nó giải mã tín hiệu truyền đi và sau đó chỉ chuyển tiếp các dữ liệu
đến các thiết bị di động trong phạm vi của rơ-le khuếch đại mà thôi. Như vậy sẽ làm
giảm nhiễu và kết nối được với nhiều người dùng trong phạm vi chuyển tiếp hơn.
LTE-Advanced cũng cho phép rơ-le kết nối với trạm phát sóng và thiết bị sử dụng
chung một tần phổ và giao thức giống như bản thân trạm phát sóng. Như vậy thì các

thiết bị dùng LTE thường cũng kết nối được với bộ chuyển tiếp này.
- Giảm bớt nghẽn mạng (eICIC): Tính năng này sẽ được sử dụng đối với cái
gọi là mạng không đồng nhất bao gồm các trạm phát sóng nhỏ đang được các nhà
mạng chú ý phát triển thay cho các trạm phát truyền thống. Các trạm phát dạng này
có ưu điểm dễ tăng khả năng truyền tại dữ liệu một cách đa dạng tại các khu đơ thị
chật chội. Chúng có giá thành rẻ hơn, ít gây khó chịu hơn, dễ lắp đặt vận hành hơn
và rất có tiềm năng phát triển, tuy nhiên các nhà mạng cần có giải pháp để chống
nghẽn khi cố nhồi nhét ngày càng nhiều dữ liệu vào tần phổ. Giao thức eICICđược


11
xây dựng trên giao thức ICIC của LTE thường, cho phép giảm nhiễu giữa các trạm
phát trong khi vẫn tăng cường tín hiệu được tới các người dùng nằm ở rìa vùng phủ
sóng. Nhìn chung, LTE-Advanced giải quyết các rắc rối này bằng cách duy trì được
một tín hiệu cường độ mạnh và chịu được độ nhiễu cao - Cải thiện tín hiệu và tăng
tốc độ truyền tải dữ liệu tới tận vùng ven của khu vực phủ sóng. Ở đây, nó sử dụng
cơng nghệ đa phối hợp CoMP. Ví dụ như nó cho phép một thiết bị di động có thể
trao đổi dữ liệu với nhiều trạm phát cùng một lúc. Cụ thể hơn là hai trạm gần nhất
có thể gửi liên tục cùng một dữ liệu tới thiết bị để đảm bảo thiết bị có được kết nối
tốt hơn. Cũng như vậy, thiết bị di động có thể tải dữ liệu lên hai trạm phát cùng một
lúc và giảm thiểu sai sót phát sinh. Hoặc thiết bị cũng có thể chọn tải dữ liệu lên
một trạm phát nhỏ gần nhất để tiết kiệm năng lượng truyền dẫn trong khi vẫn nhận
về dữ liệu tải xuống từ các trạm phát khác.
1.3. Thực tiễn triển khai 4G LTE trên mạng lưới Mobifone Miền Bắc
1.3.1. Tình hình triển khai 4G LTE trên thế giới và Việt Nam
Trên thế giới mạng LTE đã được triển khai tại nhiều quốc gia. Hình sau chỉ
ra các quốc gia đã và đang triển khai LTE:

Hình 1.4. Triển khai LTE trên toàn thế giới
(nguồn: ltemap.org)

12
Ở Việt Nam, mạng 3G UMTS bắt đầu triển khai và cung cấp dịch vụ tới
khách hàng từ cuối năm 2009 và hiện đang trong quá trình mở rộng vùng phủ sóng,
nâng cao chất lượng cũng như phát triển các dịch vụ nội dung. Số lượng người sử
dụng dịch vụ 3G chiếm 10% tổng số lượng thuê bao toàn mạng do còn nhiều hạn
chế về thiết bị đầu cuối, vùng phủ sóng, giá cước dịch vụ và các nội dung ứng dụng
chưa phát triển. Tuy nhiên quá trình triển khai thử nghiệm LTE đã bắt đầu được tiến
hành gần đây. Bộ Thông tin Truyền thông đã cấp giấy phép thử nghiệm công nghệ
4G cho các doanh nghiệp VNPT, CMC, FPT, VTC và Viettel. Theo đó các doanh
nghiệp sẽ thử nghiệm cơng nghệ 4G trong thời hạn 1 năm và có thể kéo dài trong
thời gian 2 năm để đánh giá công nghệ và nhu cầu của người sử dụng tại Việt Nam.
Đi đầu trong việc triển khai cung cấp thử nghiệm dịch vụ công nghệ 4G tại Việt
Nam là Tập đoàn VNPT và đơn vị triển khai thử nghiệm đầu tiên là VDC. Tháng
10/2010, những trạm phát sóng cơng nghệ LTE đầu tiên tại Việt Nam đã được lắp
đặt. VMS mobifone và Vinaphone cũng chuẩn bị có kế hoạch thử nghiệm LTE của
riêng mình. Mới đây, Viettel đã chính thức cơng bố chương trình triển khai xây
dựng thử nghiệm mạng 4G theo công nghệ LTE trên địa bàn Hà Nội.
Mạng thông tin di động MobiFone hoạt động với 2 công nghệ truy nhập vô
tuyến GSM/GPRS cho 2G và UMTS/HSPA cho 3G. Mạng 2G MobiFone hiện có
209 BSC và 22.944 BTS phủ sóng 95% lãnh thổ Việt Nam với hơn 20 triệu thuê
bao, trong khi mạng 3G MobiFone có 133 RNC, 28.034 NodeB phủ sóng với
8.275.017 triệu thuê bao đăng ký sử dụng (chiếm 42% tổng số thuê bao toàn mạng).
Lưu lượng dữ liệu 3G tải xuống đạt gần 1.600.000GB/ngày chiếm 75% tổng lưu
lượng dữ liệu 2G/3G. Có thể thấy rằng nhu cầu sử dụng và ứng dụng các dịch vụ
băng rộng 3G ngày càng gia tăng. Tuy nhiên tốc độ truy nhập 3G vẫn còn hạn chế
(tốc độ tải xuống/tải lên trung bình đạt 3Mbps/640Kbps). Do vậy các ứng dụng như
Video Call, Mobile TV trên mạng MobiFone có chất lượng thấp chưa thu hút người
sử dụng 3G. Trong tương lai việc triển khai lên LTE trên mạng MobiFone là tất yếu

để có thể triển khai các ứng dụng băng rộng tốc độ cao như HD TV& VoD,
Video/VoIP Call chất lượng cao,… cung cấp cho khách hàng. Hiện nay, Mobifone
đã tiến hành nâng cấp lên LTE từ Q4/2014 và đã bắt đầu khai thác các dịch vụ LTE