MỤC LỤC
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT............................................................................... 2
DANH MỤC HÌNH .............................................................................................. 4
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................. 5
LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................... 6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 4G LTE .......................... 7
1.1 Qúa trình phát triển của hệ thống thông tin di động ............................. 7
1.1.1
1.1.2
1.1.3
1.1.4
1.1.5

Hệ thống thông tin di động thứ nhất (1G) .......................................... 7
Hệ thống thông tin di động thứ hai ( 2G) ........................................... 8
Hệ thống thông tin di động thứ ba (3G).............................................. 9
Hệ thống thông tin di động thứ tư (4G) ............................................ 11
Hệ thống thông tin di động thứ năm (5G) ........................................ 13

1.2 Tổng quan về mạng 4G LTE................................................................... 13
1.2.1
1.2.2
1.2.3
1.2.4

Kiến trúc tổng quan ............................................................................ 13
Các kênh sử dụng trong E-UTRAN .................................................. 20
Các chế độ truy cập vô tuyến ............................................................. 23
Các kĩ thuật sử dụng trong 4G LTE ................................................. 26

CHƯƠNG 2: TỐI ƯU MẠNG 4G LTE ........................................................... 32

2.1 Sự cần thiết của tối ưu ............................................................................. 32
2.2 Quy trình vận hành, quản lý chất lượng mạng. .................................... 33
2.3 Quy trình thực hiện tối ưu mạng. ........................................................... 35
2.3.1
2.3.2
2.3.3
2.3.4
2.3.5

Chuẩn bị ............................................................................................... 36
Thu thập dữ liệu .................................................................................. 37
Phân tích dữ liệu ................................................................................. 38
Tiến hành tối ưu .................................................................................. 38
Kiểm tra ............................................................................................... 39

2.4 Các vấn đề chính trong tối ưu mạng 4G LTE ....................................... 40
2.4.1
2.4.2
2.4.3

Các tham số quan trọng ..................................................................... 40
Các tham số điều chỉnh của anten ..................................................... 51
Chuyển giao ......................................................................................... 53

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TỐI ƯU MẠNG 4G VINAPHONE ................... 60
3.1 Chuẩn bị .................................................................................................... 60
3.2 Thu thập dữ liệu , phân tích và tiến hành điều chỉnh........................... 61
3.3 Kiểm tra, đánh giá ................................................................................... 67
KẾT LUẬN ......................................................................................................... 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 69

1


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Chữ viết
tắt
3GPP

Tiếng Anh

Tiếng Việt
Tổ chức chuẩn hóa mạng di động

4G

Third Generation
Partnership Project
Four Generation Cellular

ACK

Acknowledgement

Hệ thống thông tin di động thế hệ
thứ 4
Báo nhận

BCCH


Broadcast Control Channel

Kênh điều khiển quảng bá

BER

Bit-Error Rate

Tỷ lệ lỗi bit

BLER

Block-Error Rate

Tỷ lệ lỗi khối

BW
CDMA

Band Width
Code Division Multiple Access

Băng thông
Đa truy cập phân chia theo mã

CPICH

Common Pilot Channel

Kênh hoa tiêu chung


CQI

Channel Quality Indicator

Chỉ số chất lượng kênh

CQT

Call Quality Test

Chỉ số chất lượng cuộc gọi

CS

Circuit Switched

Chuyển mạch kênh

DCCH

Dedicated Control Channel

Kênh điều khiển dành riêng

DL

Downlink

Đường xuống


DPCCH

Kênh điều khiển vật lý dành riêng

DTCH

Dedicated Physical
Control Channel
Dedicated Physical Data
Channel
Dedicated Traffic Channel

eNodeB

Enhance NodeB

NodeB cải tiến

EPC

Evolved Packet Core

Mạng lõi chuyển mạch gói cải tiến

EUTRAN
FDD

Evolved UMTS Terrestrial
Radio Access

Frequency Division Duplex

Mạng truy nhập vô tuyến cải tiến

FDMA

Frequency Division Multiple
Access
Global Sytem For Mobile
Communications
Home Location Register

DPDCH

GSM
HLR

Kênh dữ liệu vật lý dành riêng
Kênh lưu lượng dành riêng

Song công phân chia theo tần số
Đa truy nhập phân chia theo tần số
Hệ thống truyền thông di động toàn
cầu
Thanh ghi định vị thường trú
2


HO


Handover

Chuyển giao

HSPA

High Speed Packet Access

Truy nhập gói tốc độ cao

HSS

Home Subscriber Server

Quản lý thuê bao

IEEE

Viện kỹ thuật Điện và Điện tử

KPI

Institute of Electrical and
Electronics Engineers
International
Telecommunications Union
Key Performance Indicator

LTE


Long Term Evolution

Phát triển dài hạn

MBMS
MIMO

Multimedia Broadcast/Multicast Broadcast đa truyền thông/dịch vụ
Service
multicast
Multiple Input Multiple Ouput
Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

MME

Mobility Management Entity

Thực thể quản lý di động

MSC

Mobile Switching Center

Trung tâm chuyển mạch di động

OFDM

PCCH

Orthogonal Frequency Division

Multiplexing
Orthogonal Frequency Division
Multiple Access
Paging Control Channel

Ghép kênh phân chia theo tần số
trực giao
Đa truy nhập phân chia theo tần số
trực giao
Kênh điều khiển tìm gọi

TDD

Time Division Duplex

Song công phân chia theo thời gian

ITU

OFDMA

Hiệp hội viễn thông quốc tế
Chỉ số đánh giá chất lượng

3


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Qúa trình phát triển hệ thống thông tin di động ...................................... 7
Hình 1.2 Kiến trúc tổng quan mạng 4G LTE ....................................................... 13

Hình 1.3 Mạng truy cập mặt đất E-UTRAN ........................................................ 16
Hình 1.4 Mạng lõi EPC ....................................................................................... 17
Hình 1.5 Các kênh truyền tải trong mạng 4G LTE .............................................. 20
Hình 1.6 Chế độ truy cập mạng 4G LTE ............................................................ 24
Hình 1.7 Kỹ thuật OFDMA ................................................................................. 27
Hình 1.8 So sánh kỹ thuật OFDMA và SC-FDMA ............................................. 28
Hình 1.9 Kỹ thuật MIMO..................................................................................... 30
Hình 2.1 Quy trình vận hành mạng ...................................................................... 34
Hình 2.2 Quy trình thực hiện quản lý chất lượng mạng ...................................... 34
Hình 2.3 Quy trình thực hiện tối ưu ..................................................................... 36
Hình 2.4 Qúa trình kết nối RRC........................................................................... 41
Hình 2.5 Phân bố RSRP ....................................................................................... 47
Hình 2.6 Ví dụ nhiễu pilot theo cường độ RSRP ................................................. 48
Hình 2.7 Phân bố RSRQ ...................................................................................... 49
Hình 2.8 Electronic tilt ......................................................................................... 52
Hình 2.9 Mechanical tilt ...................................................................................... 52
Hình 2.10 Qúa trình chuyển giao ......................................................................... 56
Hình 2.11 Cường độ RSRP ảnh hưởng đến chuyển giao (logfile drive test) ....... 59
Hình 3.1 Cường độ RSRP trước khi tối ưu .......................................................... 61
Hình 3.2 PCI của khu vực trước tối ưu ................................................................ 61
4


Hình 3.3 Dung lượng uplink lớp ứng dụng trước tối ưu ...................................... 62
Hình 3.4 Tính toán vùng phủ của anten bằng công cụ Tilt calculator ................. 62
Hình 3.5 Phân bố RSRP sau khi tối ưu ................................................................ 63
Hình 3.6 Phân bố RSRQ sau khi tối ưu ............................................................... 63
Hình 3.7 Hiện tượng chéo cell ............................................................................ 64
Hình 3.8 Tham số RSRQ sau khi tối ưu............................................................... 64
Hình 3.9 Hiện tượng overshoot ............................................................................ 65

Hình 3.10 Tính toán vùng phủ cho trạm HTP047................................................ 65
Hình 3.11 Hiện tượng overshoot do vùng phủ chồng lấn lên nhau ..................... 66
Hình 3.12 Điều chỉnh Azimuth tilt để loại bỏ overshoot ..................................... 66

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Băng tần hoạt động của FDD và TDD ................................................ 25
Bảng 2.1 Thu thập dữ liệu trước khi tối ưu ......................................................... 37
Bảng 2.2 Đánh giá các tham số KPI theo giá trị đo được ................................... 51
Bảng 3.1 Thông tin thu thập trước khi tối ưu...................................................... 60

5


LỜI NÓI ĐẦU

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, Mobile
TV, 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 tôi
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 tại Quận Tân Bình.
Nội dung đề tài gồm 3 chương:
Chương I : Tổng quan về mạng di động 4G LTE
Chương II : Tối ưu hóa trong mạng di động 4G LTE
Chương III : Ứng dụng tối ưu mạng 4G LTE VINAPHONE

6


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 4G LTE

1.1 Qúa trình phát triển của hệ thống thông tin di động

Hình 1.1 Qúa trình phát triển hệ thống thông tin di động
1.1.1 Hệ thống thông tin di động thứ nhất (1G)
Là mạng thông tin di động không dây đầu tiên trên thế giới. Nó là hệ thống
giao tiếp thông tin qua kết nối tín hiệu analog được giới thiệu đầu tiên vào những
năm đầu thập niên 80. Mạng 1G sử dụng các ăng-ten thu phát sóng gắn ngoài, kết
nối theo tín hiệu analog tới các trạm thu phát sóng và nhận tín hiệu xử lý thoại
thông qua các module gắn trong máy di động. Chính vì thế mà các thế hệ máy di
động đầu tiên trên thế giới có kích thước khá to và cồng kềnh do tích hợp cùng lúc
hai module thu tín hiện và phát tín hiệu. Công nghệ được sử dụng là FDMA (
Frequency Division Multiple Access).
Mặc dù là thế hệ mạng di động đầu tiên với tần số chỉ từ 150MHz nhưng
mạng 1G cũng phân ra khá nhiều chuẩn kết nối theo từng phân vùng riêng trên thế
giới: NMT (Nordic Mobile Telephone) là chuẩn dành cho các nước Bắc Âu và
Nga; AMPS (Advanced Mobile Phone System) tại Hoa Kỳ; TACS (Total Access

7



Communications System) tại Anh; JTACS tại Nhật; C-Netz tại Tây Đức;
Radiocom 2000 tại Pháp; RTMI (Radio Telefono Mobile Integrato ) tại Ý.
Hầu hết các hệ thống đều là hệ thống tương tự và dịch vụ truyền chủ yếu
là thoại. Với hệ thống này, cuộc gọi có thể bị nghe trộm bởi bên thứ ba. Những
điểm yếu của thế hệ 1G là dung lượng thấp, xác suất rớt cuộc gọi cao, khả năng
chuyển cuộc gọi không tin cậy, chất lượng âm thanh kém, không có chế độ bảo
mật…do vậy hệ thống 1G không thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng.
1.1.2 Hệ thống thông tin di động thứ hai ( 2G)
Là thế hệ kết nối thông tin di động mang tính cải cách cũng như khác hoàn
toàn so với thế hệ đầu tiên. Nó sử dụng các tín hiệu kỹ thuật số thay cho tín hiệu
analog của thế hệ 1G và được áp dụng lần đầu tiên tại Phần Lan bởi Radiolinja
(hiện là nhà cung cấp mạng con của tập đoàn Elisa Oyj) trong năm 1991. Mạng
2G mang tới cho người sử dụng di động 3 lợi ích tiến bộ trong suốt một thời gian
dài: mã hoá dữ liệu theo dạng kỹ thuật số, phạm vi kết nối rộng hơn 1G và đặc biệt
là sự xuất hiện của tin nhắn dạng văn bản đơn giản – SMS. Theo đó, các tin hiệu
thoại khi được thu nhận sẽ đuợc mã hoá thành tín hiệu kỹ thuật số dưới nhiều dạng
mã hiệu (codecs), cho phép nhiều gói mã thoại được lưu chuyển trên cùng một
băng thông, tiết kiệm thời gian và chi phí. Song song đó, tín hiệu kỹ thuật số truyền
nhận trong thế hệ 2G tạo ra nguồn năng lượng sóng nhẹ hơn và sử dụng các chip
thu phát nhỏ hơn, tiết kiệm diện tích bên trong thiết bị hơn.
Mạng 2G chia làm 2 nhánh chính: nền TDMA (Time Division Multiple
Access) và nền CDMA (Code Division Multiple Access) cùng nhiều dạng kết nối
mạng tuỳ theo yêu cầu sử dụng từ thiết bị cũng như hạ tầng từng phân vùng quốc
gia:
 GSM (TDMA-based), khơi nguồn áp dụng tại Phần Lan và sau đó trở thành
chuẩn phổ biến trên toàn 6 Châu lục. Và hiện nay vẫn đang được sử dụng
bởi hơn 80% nhà cung cấp mạng di động toàn cầu.

8



 CDMA2000 – tần số 450 MHZ cũng là nền tảng di động tương tự GSM nói
trên nhưng nó lại dựa trên nền CDMA và hiện cũng đang được cung cấp
bởi 60 nhà mạng GSM trên toàn thế giới.

 IS-95 hay còn gọi là cdmaOne, (nền tảng CDMA) được sử dụng rộng rãi tại
Hoa Kỳ và một số nước Châu Á và chiếm gần 17% các mạng toàn cầu. Tuy
nhiên, tính đến thời điểm này thì có khoảng 12 nhà mạng đang chuyển dịch
dần từ chuẩn mạng này sang GSM (tương tự như HT Mobile tại Việt Nam
vừa qua) tại: Mexico, Ấn Độ, Úc và Hàn Quốc.
 PDC (nền tảng TDMA) tại Japan
 iDEN (nền tảng TDMA) sử dụng bởi Nextel tại Hoa Kỳ và Telus Mobility
tại Canada.
 IS-136 hay còn gọi là D-AMPS, (nền tảng TDMA) là chuẩn kết nối phổ
biến nhất tính đến thời điểm này và được cung cấp hầu hết tại các nước trên
thế giới cũng như Hoa Kỳ.
1.1.3 Hệ thống thông tin di động thứ ba (3G)
Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn IMT-2000 (International Mobile
Telecommunication -2000) cho hệ thống 3G với các ưu điểm chính được mong
đợi đem lại bởi hệ thống 3G là:
 Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao.
 Các dịch vụ tin nhắn (e-mail, fax, SMS, chat, ...).
 Các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, xem truyền hình, nghe nhạc,...).
 Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu, ...).
9


 Sử dụng chung một công nghệ thống nhất, đảm bảo sự tương thích toàn
cầu giữa các hệ thống.

Để thoả mãn các dịch vụ đa phương tiện cũng như đảm bảo khả năng truy
cập Internet băng thông rộng, IMT-2000 hứa hẹn cung cấp băng thông 2Mbps,
nhưng thực tế triển khai chỉ ra rằng với băng thông này việc chuyển giao rất khó,
vì vậy chỉ có những người sử dụng không di động mới được đáp ứng băng thông
kết nối này, còn khi đi bộ băng thông sẽ là 384 Kbps, khi di chuyển bằng ô tô sẽ
là 144Kbps. Các hệ thống 3G điển hình là:
 UMTS (W-CDMA)
UMTS (Universal Mobile Telephone System), dựa trên công nghệ WCDMA, là giải pháp được ưa chuộng cho các nước đang triển khai các hệ thống
GSM muốn chuyển lên 3G. UMTS được hỗ trợ bởi Liên Minh Châu Âu và được
quản lý bởi 3GPP tổ chức chịu trách nhiệm cho các công nghệ GSM, GPRS.
UMTS hoạt động ở băng thông 5MHz, cho phép các cuộc gọi có thể chuyển giao
một cách hoàn hảo giữa các hệ thống UMTS và GSM đã có. Những đặc điểm của
WCDMA như sau:
 WCDMA sử dụng kênh truyền dẫn 5 MHz để chuyển dữ liệu. Nó cũng
cho phép việc truyền dữ liệu ở tốc độ 384 Kbps trong mạng di động và 2
Mbps trong hệ thống tĩnh.
 Kết cấu phân tầng: Hệ thống UMTS dựa trên các dịch vụ được
phân tầng, không giống như mạng GSM. Ở trên cùng là tầng dịch
vụ, đem lại những ưu điểm như triển khai nhanh các dịch vụ, hay các địa
điểm được tập trung hóa. Tầng giữa là tầng điều khiển, giúp cho việc
nâng cấp các quy trình và cho phép mạng lưới có thể được phân
chia linh hoạt. Cuối cùng là tầng kết nối, bất kỳ công nghệ truyền dữ liệu
nào cũng có thể được sử dụng và dữ liệu âm thanh sẽ được chuyển qua
ATM/AAL2 hoặc IP/RTP.

10


 Tần số: hiện tại có 6 băng sử dụng cho UMTS/WCDMA, tập trung vào
UMTS tần số cấp phát trong 2 băng đường lên (1885 MHz– 2025 MHz) và

đường xuống (2110 MHz – 2200 MHz).
Sự phát triển của WCDMA lên 3.5G là HSPA.
 CDMA2000
Một chuẩn 3G quan trọng khác là CDMA2000, chuẩn này là sự tiếp nối đối
với các hệ thống đang sử dụng công nghệ CDMA trong thế hệ 2. CDMA2000 được
quản lý bởi 3GPP2, một tổ chức độc lập và tách rời khỏi 3GPP của UMTS.
CDMA2000 có tốc độ truyền dữ liệu từ 144Kbps đến Mbps.
 TD-SCDMA
Chuẩn được ít biết đến hơn là TD-SCDMA đang được phát triển tại Trung
Quốc bởi các công ty Datang và Siemens.
Hiện tại có nhiều chuẩn công nghệ cho 2G nên sẽ có nhiều chuẩn công nghệ
3G đi theo, tuy nhiên trên thực tế chỉ có hai tiêu chuẩn quan trọng nhất đã có sản
phẩm thương mại và có khả năng được triển khai rộng rãi trên toàn thế giới là
WCDMA (FDD) và CDMA 2000. WCDMA được phát triển trên cơ sở tương thích
với giao thức của mạng lõi GSM (GSM MAP), một hệ thống chiếm tới 65% thị
trường thế giới. Còn CDMA 2000 nhằm tuơng thích với mạng lõi IS-41, hiện
chiếm 15% thị trường.
1.1.4 Hệ thống thông tin di động thứ tư (4G)
4G-LTE là thế hệ thứ tư của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. UMTS thế hệ thứ ba
dựa trên WCDMA đã được triển khai trên toàn thế giới. Để đảm bảo tính cạnh tranh cho
hệ thống này 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
11


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
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.

12


1.1.5 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.
1.2 Tổng quan về mạng 4G LTE
1.2.1 Kiến trúc tổng quan
Kiến trúc của hệ thống 4G LTE gồm 4 vùng chính: thiết bị người dùng (UE),
E-UTRAN, mạng lõi EPC và các vùng dịch vụ.

Hình 1.2 Kiến trúc tổng quan mạng 4G LTE

13



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 mạch-mạch 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.

14



1.2.1.1Thiết 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.
1.2.1.2 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.

15


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.

Hình 1.3 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-UTRAN 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.

16


1.2.1.3 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).

Hình 1.4 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
17



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.
 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 E-UTRAN, 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.


18


 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.
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.
1.2.1.4 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,
19



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.
1.2.2 Các kênh sử dụng trong E-UTRAN

Hình 1.5 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
20


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.
 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.
21


 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 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.
22


 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.

1.2.3 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 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.

23


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, TDD- LTE 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 1.6 Chế độ truy cập mạng 4G LTE


24


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

Bảng 1.1 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
25