ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN MẠNH TIẾN

NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI MẠNG LTE TẠI TỈNH THỪA
THIÊN HUẾ

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Hà Nội - 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN MẠNH TIẾN

NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI MẠNG LTE TẠI TỈNH THỪA
THIÊN HUẾ
Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
Mã số: 60.52.02.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. NGUYỄN QUỐC TUẤN

Hà Nội - 2015



3
MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN........................................................................................................1
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................2
MỤC LỤC..............................................................................................................3
NHỮNG TỪ VIẾT TẮT .......................................................................................5
DANH MỤC BẢNG ..............................................................................................9
DANH MỤC HÌNH VẼ.......................................................................................10
LỜI MỞ ĐẦU......................................................................................................12
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ
MẠNG DI ĐỘNG THẾ HỆ 1G/2G/3G VÀ 4G..................................................14
1.1. Lịch sử phát triển của các hệ thống thông tin di động .................................14
1.1.1. Thế hệ 1G (First Generation)............................................................... 14
1.1.2. Thế hệ 2G (Second Generation)...........................................................15
1.1.3. Thế hệ 3G (Third Generation) ............................................................. 15
1.1.4. Thế hệ 4G (Fourth Generation)............................................................ 17
1.2. Tổng quan về mạng 4G...............................................................................18
1.3. Kết luận chương 1 ......................................................................................20
CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ MẠNG LTE CHO MẠNG 4G ............................ 21
2.1. Giới thiệu về công nghệ LTE......................................................................21
2.1.1. Mục tiêu của LTE................................................................................21
2.1.2. Các đặc tính cơ bản của LTE ............................................................... 22
2.1.3. Các thông số lớp vật lý của LTE..........................................................23
2.2. Cấu trúc của LTE .......................................................................................24
2.3. Các kênh sử dụng trong E-UTRAN ............................................................ 29
2.4. Một số đặc tính của kênh truyền .................................................................30
2.4.1. Trải trễ đa đường.................................................................................31
2.4.2. Các loại fading ....................................................................................31
2.4.3. Dịch tần Doppler .................................................................................31

3.4. Kết luận chương .........................................................................................61
CHƯƠNG 4: QUY HOẠCH DUNG LƯỢNG MẠNG 4G LTE VÀ ÁP DỤNG
TRIỂN KHAI TẠI TỈNH TT-HUẾ....................................................................62
4.1. Quy hoạch LTE tại Tỉnh Thừa Thiên Huế...................................................63
4.2. Tính toán truyền sóng Thừa Thiên Huế.......................................................67
4.2.1. Phân bố Nakagami-m ..........................................................................67
4.2.2. Dung lượng LTE .................................................................................69
4.3. Giải thuật lập lịch LTE MatLab ..................................................................72
4.3.1. Thuật toán Round Robin......................................................................75
4.3.2.Giải thuật lập lịch Best CQI (Max Rate)...............................................78
4.3.3. Giải thuật lập lịch Proportional Fair (PF).............................................81
4.4. Kết luận chương 4 ......................................................................................86
KẾT LUẬN..........................................................................................................88
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................91


5
NHỮNG TỪ VIẾT TẮT

Hệ thống thông tin di động thế hệ

1G

One Generation Cellular

2G

Second Generation Cellular

3G

BCH

Broadcast Channel

Kênh quảng bá

BTS

Base Station

Trạm gốc

BW

Band Width

Băng thông

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo mã

CP

Cycle Prefix

Tiền tố lặp



mạng GSM cải tiến

E-

Evolved UMTS Terrestrial Radio

UTRAN

Access

EPC

Evolved Packet Core

Mạng lõi gói

eNodeB

Enhance NodeB

NodeB cải tiến

Mạng truy nhập vô tuyến cải tiến


6
F
FDMA


GSM/EDGE

GPRS

General Packet Radio Service

Dịch vụ gói vô tuyến thông dụng

GI

Guard Interval

Khoảng bảo vệ

H
Truy nhập gói đường xuống tốc độ

HSDPA

High Speed Downlink Packet Access

HDTV

High Definition Television

Tivi có độ phân giải cao

HSOPA

High Speed OFDM Packet Access

Union

Đơn vị viễn thông quốc tế
Giao thức internet

IP

Internet Protocol

IMS

IP Multimedia Sub-system

ISI

Inter-Symbol Interference

Nhiễu liên ký tự

IFFT

Inverse Fast Fourier Transform

Biến đổi Fourier ngược

Long Term Evolution

Tiến hóa lâu dài

MS


Điều khiển trung nhập trung bình

MUMIMO

Đa người dung – Đa ngõ vào đa ngõ

Multi User – MIMO

ra

MoU

Minutes of Using

Thời gian sử dụng

MCS

Modulation Coding Scheme

Kỹ thuật mã hóa và điều chế

O
OFDM

OFDMA

Orthogonal



Physical Downlink Shared Channel

Kênh vật lý chia sẻ đường xuống

PUCCH Physical Uplink Control Channel
PDCCH Physical Downlink Control Channel

suất trung bình

Kênh vật lý điều khiển đường lên
Kênh vật lý điều khiển đường
xuống

PBCH

Physical Broadcast Channel

Kênh vật lý quảng bá

PCCH

Paging Control Channel

Kênh điều khiển tin nhắn

PCH

Paging Channel


RSRP

Reference Signal Receive Power

Công suất thu tín hiệu tham khảo

RSRQ

Reference Signal Receive Quality

Chất lượng thu tín hiệu tham khảo

Q
QoS
R


8
Reference Signal

Tín hiệu tham khảo

SDR

Software - Defined Radio

Phần mềm nhận dạng vô tuyến

SNR


Nút cung cấp dịch vụ GPRS

RS
S

SUMIMO

Single User Multi Input Multi Output Đơn user-Đa ngõ vào đa ngõ ra

T
TDMA

Time Division Multiple Access

TTI

TTI Time Transmit Interval

TDD

Time Division Duplexing

Đa truy cập phân chia theo thời
gian
Khoảng thời gian phát
Ghép kênh phân chia theo thời
gian

U
UL


VHE

Virtual Home Environment

Môi trường nhà ảo

VoIP

Voice IP

Thoại sử dụng IP

UE
V

W
WCDMA
WAP

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

băng

Wireless Applicaion protocol

Giao thức ứng dụng không dây



Hình 2.14. Mô hình SU-MIMO và MU-MIMO .....................................................43
Hình 2.15. Ghép kênh không gian .........................................................................44
Hình 2.16. Điều chế thích nghi ..............................................................................45
Hình 2.17. Nguyên tắc chung của các thuật toán chuyển giao................................ 48
Hình 2.18. Chuyển giao mềm ................................................................................51
Hình 2.19. Chuyển giao mềm - mềm hơn .............................................................. 51
Hình 2.20. Chuyển giao cứng ................................................................................51
Hình 2.21. Các loại chuyển giao ............................................................................52
Hình 2.22. Điều khiển công suất vòng hở .............................................................. 55
Hình 2.23. Điều khiển công suất vòng kín ............................................................. 55
Hình 3.1 Tăng trưởng thuê bao băng rộng ............................................................ 59
Hình 3.2. Kết nối mạng lõi cho tổng đài MSS/TSS mạng VinaPhone ....................61
Hình 4.1: Định cỡ vùng phủ sóng LTE tinh Thừa Thiên Huế.................................67
Hình 4.2: Phân bố Nakagami-m.............................................................................68


11
Hình 4.3: Các tham số lập lịch mạng LTE ............................................................. 73
Hình 4.4 Thuật toán lập lịch Round Robin............................................................. 76
Hình 4.5: Nguyên tắc hoạt động của thuật toán Round Robin ................................ 77
Hình 4.6 Biểu biễn thông lượng hệ thống phụ thuộc vào tổng thông lượng lối vào
của các người dùng................................................................................................ 77
Hình 4.7 Nguyên tắc hoạt động của thuật toán Max CQI .......................................79
Hình 4.8 Thuật toán lập lịch Max CQI...................................................................80
Hình 4.9: Thông lượng hệ thống của giải thuật lập lịch RR và CQI .......................81
Hình 4.10 Độ công bằng và thông lượng giữa các thuật toán .................................82
Hình 4.11 Thuật toán lập lịch PF ...........................................................................84
Hình 4.12 Đồ thị đánh giá thông lượng..................................................................85



Chương 4- Quy hoạch mạng 4G LTE và áp dụng triển khai tại TP Huế.


13
Trong quá trình làm đề tài, em đã cố gắng rất nhiều song không thể tránh
khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự thông cảm, phê bình, hướng dẫn
và sự giúp đỡ tận tình của Thầy Cô, bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của Thầy Nguyễn Quốc Tuấn
và các Thầy Cô trong Khoa đã giúp đỡ em hoàn thành tốt đề tài này.
Huế , Ngày 10 Tháng 5 Năm 2015.
Sinh viên thực hiện :

Nguyễn Mạnh Tiến


14

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG
NGHỆ MẠNG DI ĐỘNG THẾ HỆ 1G/2G/3G VÀ 4G
Thông tin di động là một lĩnh vực rất quan trọng trong đời sống xã hội. Xã
hội càng phát triển, nhu cầu về thông tin di động của con người càng tăng lên và
thông tin di động càng khẳng định được sự cần thiết và tính tiện dụng của nó. Cho
đến nay, hệ thống thông tin di động đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ thế hệ
di động thế hệ 1 đến thế hệ 3 và thế hệ đang phát triển trên thế giới - thế hệ 4.
Trong chương này sẽ trình bày khái quát về các đặc tính chung của các hệ thống
thông tin di động và tổng quan về mạng 4G.
1.1. Lịch sử phát triển của các hệ thống thông tin di động
Khi các ngành thông tin quảng bá bằng vô tuyến phát triển thì ý tưởng
về thiết bị điện thoại vô tuyến ra đời và cũng là tiền thân của mạng thông tin di
động sau này. Năm 1946, mạng điện thoại vô tuyến đầu tiên được thử nghiệm

TACS

2015
LTE

HSPA
1xEV-DO

GSM
cdmaOne

2G

2005

802.16/WiMAX
Tốc độ số liệu

802.11/WiFi

 Chất lượng thoại tốt hơn.
 Hỗ trợ các dịch vụ số liệu (data).
 Phương thức truy nhập : TDMA, CDMA băng hẹp.
Một số hệ thống điển hình:


GSM (Global System for Mobile Phone) sử dụng phương thức truy cập

TDMA được triển khai tại châu Âu.
 D-AMPS (IS-136-Digital Advance Mobile Phone System) sử dụng
phương thức truy cập TDMA được triển khai tại Mỹ.
 IS-95 (CDMA One) sử dụng phương thức truy cập CDMA được triển
khai tại Mỹ và Hàn Quốc.
 PDC (Personal Digital Cellular) sử dụng phương thức truy cập TDMA
được triển khai tại Nhật Bản.
1.1.3. Thế hệ 3G (Third Generation)
Đây là thế hệ thứ ba của chuẩn công nghệ điện thoại di động, cho phép
truyền cả dữ liệu thoại và ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình
ảnh…). 3G cung cấp cả hai hệ thống là chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh. Hệ


16
thống 3G yêu cầu một mạng truy cập radio hoàn toàn khác so với hệ thống 2G hiện
nay. Điểm mạnh của công nghệ này so với 2G là cho phép truyền, nhận các dữ liệu,
âm thanh, hình ảnh chất lượng cao cho cả thuê bao cố định và thuê bao đang di
chuyển ở các tốc độ khác nhau.
Mạng 3G đặc trưng bởi tốc độ dữ liệu cao, capacity của hệ thống lớn, tăng
hiệu quả sử dụng phổ tần và nhiều cải tiến khác. Có một loạt các chuẩn công nghệ
di động 3G, tất cả đều dựa trên CDMA, bao gồm: UMTS (dùng cả FDD lẫn TDD),
CDMA2000 và TD-SCDMA:

3,1Mbps và đặc biệt có thể đẩy tốc độ đường lên đến 1,2Mbps. Bên cạnh đó, 1xEVDO Rev B cho phép nhà cung cấp mạng gộp đến 15 kênh 1,25MHz lại để truyền dữ
liệu với tốc độ 73,5Mbps.
• CDMA2000 EV-DV: tích hợp thoại và dữ liệu trên cùng một kênh
1,25MHz. CDMA2000 EV-DV cung cấp tốc độ peak đến 4,8Mbps cho đường
xuống và đến 307Kbps cho đường lên. Tuy nhiên từ năm 2005, Qualcomm đã dừng
vô thời hạn việc phát triển của 1xEV-DV vì đa phần các nhà cung cấp mạng CDMA
như Verizon Wireless và Sprint đã chọn EV-DO.
- TD-SCDMA là chuẩn di động được đề nghị bởi "China Communications
Standards Association" và được ITU duyệt vào năm 1999. Đây là chuẩn 3G của
Trung Quốc. TD-SCDMA dùng song công TDD. TD-SCDMA có thể hoạt động
trên một dãi tần hẹp 1,6MHz (cho tốc độ 2Mbps) hay 5MHz (cho tốc độ 6Mbps).
Ngày xuất hành của TD-SCDMA đã bị đẩy lùi nhiều lần. Nhiều thử nghiệm về công
nghệ này đã diễn ra từ đầu năm 2004 cũng nhờ trong thế vận hội Olympic gần đây.
1.1.4. Thế hệ 4G (Fourth Generation)
Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 sang thế hệ 4 qua giai đoạn trung gian là
thế hệ 3,5 có tên là mạng truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSDPA. Thế hệ 4
là công nghệ truyền thông không dây thứ tư, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ
tối đa trong điều kiện lý tưởng lên tới 1 cho đến 1.5 Gbps. Công nghệ 4G được hiểu
là chuẩn tương lai của các thiết bị không dây. Các nghiên cứu đầu tiên của NTT
DoCoMo cho biết, điện thoại 4G có thể nhận dữ liệu với tốc độ 100 Mbps khi di
chuyển và tới 1 Gbps khi đứng yên, cho phép người sử dụng có thể tải và truyền lên
hình ảnh động chất lượng cao. Chuẩn 4G cho phép truyền các ứng dụng phương
tiện truyền thông phổ biến nhất, góp phần tạo nên các những ứng dụng mạnh mẽ
cho các mạng không dây nội bộ (WLAN) và các ứng dụng khác.


18
Thế hệ 4 dùng kỹ thuật truyền tải truy cập phân chia theo tần số trực giao
OFDM, là kỹ thuật nhiều tín hiệu được gởi đi cùng một lúc nhưng trên những tần số
khác nhau. Trong kỹ thuật OFDM, chỉ có một thiết bị truyền tín hiệu trên nhiều tần số

19
- Hiệu suất phổ đường truyền là 15bit/s/Hz ở đường xuống và 6.75
bit/s/Hz ở đường lên (có nghĩa là 1000 Mbps ở đường xuống và có thể nhỏ hơn
băng thông 67 MHz).
- Hiệu suất sử dụng phổ hệ thống lên đến 3 bit/s/Hz/cell ở đường xuống và
2.25 bit/s/Hz/cell cho việc sử dụng trong nhà.
- Chuyển giao liền (Smooth handoff) qua các mạng hỗn hợp.
- Kết nối liền và chuyển giao toàn cầu qua đa mạng.
- Chất lượng cao cho các dịch vụ đa phương tiện như âm thanh thời gian
thực, tốc độ dữ liệu cao, video HDTV, TV di động…
- Tương thích với các chuẩn không dây đang tồn tại
- Tất cả là IP, mạng chuyển mạch gói không còn chuyển mạch kênh nữa.
 Các kỹ thuật được sử dụng
- Kỹ thuật sử dụng lớp vật lý
+ Không sử dụng CDMA
+ MIMO: để đạt được hiệu suất phổ tần cao bằng cách sử dụng phân tập
theo không gian, đa anten đa người dùng.
+ Sử dụng lượng tử hóa trong miền tần số, chẳng hạn như OFDM hoặc SCFDE (single carrier frequency domain equalization) ở đường xuống: để tận dụng
thuộc tính chọn lọc tần số của kênh mà không phải lượng tử phức tạp.
+ Ghép kênh trong miền tần số chẳng hạn như OFDMA hoặc SC-FDMA ở
đường xuống: tốc độ bit thay đổi bằng việc gán cho người dùng các kênh con khác
nhau dựa trên điều kiện kênh.
+ Mã hóa sửa lỗi Turbo: để tối thiểu yêu cầu về tỷ số SNR ở bên thu.
- Lập biểu kênh độc lập: để sử dụng các kênh thay đổi theo thời gian.
- Thích nghi đường truyền: điều chế thích nghi và các mã sửa lỗi.
 Ưu điểm nổi bật của 4G LTE
- Tốc độ dữ liệu cao hơn rất nhiều lần so với 3G.
- Tăng hiệu quả sử dụng phổ và giảm thời gian trễ.
- Cấu trúc mạng sẽ đơn giản hơn, và sẽ không còn chuyển mạch kênh nữa.
- Hiệu quả trải phổ tăng 4 lần và tăng 10 lần user/cell so với WCDMA.

dụng cho đường lên, đường xuống trong LTE, đồng thời khái quát về các thủ tục liên
quan đến giao diện vô tuyến bao gồm chuyển giao và điều khiển công suất.
2.1. Giới thiệu về công nghệ LTE
Hệ thống 3GPP LTE, là bước tiếp theo cần hướng tới của hệ thống mạng không
dây 3G dựa trên công nghệ di động GSM/UMTS, và là một trong những công nghệ tiềm
năng nhất cho truyền thông 4G. Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) đã định nghĩa
truyền thông di động thế hệ thứ 4 là IMT Advanced và chia thành hai hệ thống dùng cho
di động tốc độ cao và di động tốc độ thấp. 3GPP LTE là hệ thống dùng cho di động tốc
độ cao. Ngoài ra, đây còn là công nghệ hệ thống tích hợp đầu tiên trên thế giới ứng dụng
cả chuẩn 3GPP LTE và các chuẩn dịch vụ ứng dụng khác, do đó người sử dụng có thể dễ
dàng thực hiện cuộc gọi hoặc truyền dữ liệu giữa các mạng LTE và các mạng
GSM/GPRS hoặc UMTS dựa trên WCDMA. Kiến trúc mạng mới được thiết kế với mục
tiêu cung cấp lưu lượng chuyển mạch gói với dịch vụ chất lượng, độ trễ tối thiểu. Hệ
thống sử dụng băng thông linh hoạt nhờ vào mô hình đa truy cập OFDMA và SCFDMA. Truy cập tuyến lên dựa vào đa truy cập phân chia theo tần số đơn sóng mang
(Single Carrier Frequency Division multiple Access SC-FDMA) cho phép tăng vùng
phủ tuyến lên làm tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình thấp (Peak-to-Average
Power Ratio PAPR) so với OFDMA. Thêm vào đó, để cải thiện tốc độ dữ liệu đỉnh, hệ
thống LTE sử dụng hai đến bốn lần hệ số phổ cell so với hệ thống HSPA Release 6.
2.1.1. Mục tiêu của LTE
Những hoạt động của 3GPP trong việc cải tiến mạng 3G vào mùa xuân năm
2005 đã xác định đối tượng, những yêu cầu và mục tiêu cho LTE. Những mục tiêu


22
và yêu cầu này được dẫn chứng bằng tài liệu trong văn bản 3GPP TR 25.913.
Những yêu cầu cho LTE được chia thành 07 phần khác nhau như sau:
 Tiềm năng, dung lượng.
 Hiệu suất hệ thống
 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai
 Kiến trúc và sự dịch chuyển (migration)

sẽ nhỏ hơn 300ms cho các dịch vụ thời gian thực và 500ms cho các dịch vụ còn lại.
- Chi phí: chi phí triển khai và vận hành giảm.
Băng thông linh hoạt trong vùng từ 1.4MHz đến 20MHz, điều này có
nghĩa là nó có thể hoạt động trong các dải băng tần của 3GPP. Mạng LTE có thể
hoạt động trong bất cứ dải tần được sử dụng nào của 3GPP. Nó bao gồm băng
tần lõi của IMT-2000 (1.9-2GHz) và dải mở rộng (2.5GHz), cũng như tại 850900MHz, 1800MHz, phổ AWS (1.7- 2.1GHz)…Băng tần chỉ định dưới 5MHz
được định nghĩa bởi ITU thì phù hợp với dịch vụ IMT trong khi các băng tần lớn
hơn 5MHz thì sử dụng cho các dịch vụ có tốc độ cực cao. Tính linh hoạt về băng
tần của LTE có thể cho phép các nhà sản xuất phát triển LTE trong những băng
tần đã tồn tại của họ.
2.1.3. Các thông số lớp vật lý của LTE
Bảng 2.1. Các thông số lớp vật lý LTE
Kỹ thuật truy

UL

DTFS-OFDM(SC-FDMA)

nhập

DL

OFDMA

Băng thông

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

TTI tối thiểu