MỤC LỤC
MỤC LỤC ........................................................................................................... 1
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.............................................................................. 5
MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 7
CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MẠNG LTE ........ 9
1.1.

Sơ lƣợc về công nghệ và quá trình phát triển..................................... 9

1.2.

Cấu trúc tổng quan mạng LTE .......................................................... 11

1.3.

Chức năng các phần tử mạng LTE ................................................... 12

1.3. Băng tần thiết kế cho công nghệ LTE ............................................... 15
1.4. Công nghệ truy nhập trong mạng LTE ............................................ 15
1.4.1. Kỹ thuật đa truy nhập OFDMA ...................................................... 16
1.4.2.

Kỹ thuật đa truy nhập SC-FDMA ................................................... 18

CHƢƠNG II: CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP VÀ CHUYỂN GIAO TRONG
MẠNG LTE....................................................................................................... 21
2.1. Các thủ tục và giao diện mạng LTE .................................................. 21
2.1.1. Các giao diện của mạng LTE .......................................................... 21
2.1.2.

Cấu trúc kênh trên giao diện vô tuyến LTE .................................... 23

2.2.2.

Chuyển giao trên giao diện S1 ........................................................ 40

2.2.3.

Chuyển giao với mạng 2G/3G ........................................................ 42

CHƢƠNG III: QUẢN LÝ CHẤT LƢỢNG QOS & HIỆU NĂNG TRONG
MẠNG LTE....................................................................................................... 43
3.1.

Quản lý QoS và hiệu năng trong mạng LTE .................................... 43

3.2.

Các tham số QoS trong mạng LTE ................................................... 44
1


3.2.1.

Các lớp định danh chất lƣợng dịch vụ ............................................ 44

3.2.2.

Cấp phát và giữ quyền ƣu tiên ARP ............................................... 45

3.2.3.


Nhóm chỉ tiêu về khả năng toàn vẹn của dịch vụ ........................... 56

CHƢƠNG IV: MẠNG LTE THỬ NGHIỆM THỰC TẾ TẠI NHÀ MẠNG
MOBIFONE ...................................................................................................... 57
4.1.

Thống kê năng lực mạng 2G/3G Mobifone hiện tại......................... 57

4.2.

Chủng loại thiết bị LTE cho thử nghiệm .......................................... 59

4.3.

Mô hình kết nối hệ thống LTE thử nghiệm ...................................... 59

4.4. Quy hoạch lại băng tần sử dụng cho LTE ........................................ 60
4.4.1. Quy hoạch lại tần số cho mạng 2G/1800 ........................................ 60
4.4.2.

Quy hoạch tần số 1800 cho mạng LTE thử nghiệm ....................... 61

4.4.3.

Thiết kế tần số 2600 cho mạng LTE thử nghiệm ........................... 61

4.5. Số lƣợng trạm eNodeB thử nghiệm ................................................... 61
4.5.1. Số trạm giai đoạn 1 ......................................................................... 61
4.5.2.



Số liệu tham khảo cho thiết kế và quy hoạch mạng LTE ............... 68

Số liệu thiết kế và quy hoạch mạng LTE Mobifone đến 2020 ........ 71

5.3. Quy trình tối ƣu hóa mạng vô tuyến LTE ........................................ 72
5.3.1. Đối với tối ƣu hóa mạng lõi ............................................................ 72
5.3.2.

Đối với tối ƣu hóa mạng vô tuyến .................................................. 73

5.3.3.

Các công cụ hỗ trợ thiết kế và tối ƣu hóa mạng ............................. 74

5.3.4.

Quy trình tối ƣu hóa theo khuyến nghị của hãng Samsung ............ 74

5.3.4.1. Quy trình thực hiện tối ƣu hóa từng trạm eNodeB .................... 74
5.3.4.2. Quy trình thực hiện tối ƣu hóa nhiều trạm (cluster) .................. 75
5.4.

Một số khuyến nghị để nâng cao chất lƣợng mạng LTE ...................... 76

5.4.1.

Chiến lƣợc tham số cho chế độ rỗi (Idle Mode) ............................. 76

5.4.2.


Đầu cuối UE hỗ trợ sử dụng mạng LTE ...................................... 81

5.5. Kết quả đo kiểm mạng LTE trƣớc và sau tối ƣu hóa ...................... 81
PHỤ LỤC 1: KẾT QUẢ ĐO DRIVETEST TRƢỚC VÀ SAU KHI THỰC HIỆN
TỐI ƢU HÓA MẠNG LTE MOBIFONE THỬ NGHIỆM GIAI ĐOẠN 1........ 84
PHỤ LỤC 2: MÔ PHỎNG VÙNG PHỦ SÓNG MẠNG LTE MOBIFONE THỬ
NGHIỆM GIAI ĐOẠN 2 ................................................................................... 85
PHỤ LỤC 3: MÔ PHỎNG VÙNG PHỦ SÓNG KHU VỰC MẠNG LTE MIỀN
BẮC MOBIFONE ĐƢỢC QUY HOẠCH ĐẦU TƢ NĂM 2016 ...................... 86
KẾT LUẬN ....................................................................................................... 88
3


TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................. 89
CÁC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................................... 90

4


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Lịch sử phát triển công nghệ mạng di động [17]
Hình 1.2. Cấu trúc cơ bản của mạng LTE [17]
Hình 1.3. So sánh cấu trúc mạng UMTS và mạng LTE [6]
Hình 1.4. Nguyên lý sử dụng các sóng mang con trực giao [17]
Hình 1.5. So sánh phổ tần số các kỹ thuật FDMA và OFDMA [17]
Hình 1.6. So sánh kỹ thuật OFDMA và kỹ thuật SC-FDMA [17]
Hình 1.7. Sơ đồ khối hệ thống thu phát SC-FDMA trong miền tần số [17]
Hình 2.1. Các giao diện và giao thức sử dụng giữa E-UTRAN và EPC [2]
Hình 2.2. Các chức năng lớp giao thức của giao diện vô tuyến Uu [2]

phát triển rất mạnh mẽ và thực sự bùng nổ. Đặc biệt là lĩnh vực thông tin di động,
số lƣợng khách hàng sử dụng dịch vụ ngày một tăng, dịch vụ mạng 2G và 3G đã
đạt đến trạng thái gần nhƣ bão hòa, công nghệ mạng cũng liên tục đƣợc cập nhật
và nâng cấp từ mạng thông tin di động 1G lên 2G, đến 2.5G, lên 3G và hiện nay
nhiều nƣớc đã đầu tƣ, nâng cấp công nghệ, chính thức khai thác thƣơng mại các
dịch vụ mạng thông tin di động thế hệ thứ 4 (LTE).
Tại Việt Nam, xu hƣớng công nghệ di động cũng rất phát triển và chuẩn bị
nâng lên thế hệ mạng 4G để đáp ứng nhu cầu về dịch vụ ngày càng cao của ngƣời
dân. Trong đó, công nghệ 4G-LTE và LTE Advanced, với mạng truy nhập vô
tuyến tiên tiến E-UTRAN, đƣợc dự đoán sẽ là nền tảng công nghệ chiếm hơn
80% thị phần lƣu lƣợng 4G toàn cầu có thể đƣợc ƣu tiên triển khai tại Việt Nam
do những ƣu điểm nổi trội cũng nhƣ khả năng tận dụng các hạ tầng mạng 2G/3G
hiện tại, khách hàng sẵn có, ...
Đề tài “Nghiên cứu các giải pháp thiết kế và tối ƣu hóa chất lƣợng mạng
LTE” đƣợc trình bày thành các chƣơng sau:
1)

2)
3)
4)

5)

Chƣơng I: Trình bày một cách khái quát về lịch sử phát triển các thế hệ
mạng thông tin di động. Giới thiệu tổng quan về công nghệ LTE, trong đó
có đề cập đến cấu trúc tổng quan và các phần tử chức năng mạng LTE.
Chƣơng II: Nghiên cứu, trình bày về các giao diện trong mạng LTE, thủ
tục truy nhập mạng và vấn đề chuyển giao trong LTE .
Chƣơng III: Nghiên cứu, giới thiệu các nội dung về quản lý chất lƣợng và
hiệu năng của mạng LTE.

NGHỆ MẠNG LTE
1.1.

Sơ lƣợc về công nghệ và quá trình phát triển
Trƣớc khi LTE ra đời, công nghệ thông tin di động đã trải qua 3 thế
hệ (1G, 2G và 3G) và đang hƣớng tới triển khai các công nghệ tiền 4G, trong
đó LTE thu hút sự quan tâm rộng rãi bởi LTE đƣợc xem nhƣ hệ thống tiến
hóa tiếp theo cho các công nghệ di động dựa trên nền tảng GSM/UMTS
(GSM, GPRS/ EDGE, HSPA/HSPA+). Mục đích của LTE là cung cấp công
nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng với độ trễ truyền tải thấp, đồng thời hỗ trợ
khả năng chuyển giao trong suốt cho lƣu lƣợng dữ liệu với GPRS/HSPA.
LTE bắt đầu đƣợc tiêu chuẩn hóa kể từ phiên bản 3GPP R8, cho đến hiện tại
3GPP đã ban hành đến phiên bản 3GPP R11. Kể từ phiên bản R10 trở đi,
LTE đƣợc gọi là LTE Advanced.
Phase 2+
(Release 97)

Release 99

Release 6

Release 8

GPRS
171.2kbit/s

UMTS
2Mbit/s

HSUPA

Trên toàn thế giới, hơn 80% nhà cung cấp dịch vụ di động hiện tại
đang sử dụng công nghệ GSM. Lợi thế về cơ sở hạ tầng sẵn có và số lƣợng
khách hàng sử dụng đông đảo là lý do chính để phát triển thị trƣờng di động
băng rộng với công nghệ 3G/HSPA và tiếp theo sẽ là LTE. Công nghệ LTE
có khả năng tƣơng thích gần nhƣ hoàn hảo với công nghệ nền tảng
GSM/UMTS. Thực tế cho thấy, hầu hết các hãng sản xuất thiết bị viễn thông
hàng đầu trên thế giới nhƣ: Nokia Siemens Networks, Ericsson, AlcatelLucent, Huawei, Motorola, ZTE, LG Electronics, Samsung, NEC, Fujitsu,...
9


đã nhận ra tiềm năng to lớn này và đã cùng bắt tay với các mạng di động lớn
trên thế giới (Vodafone, Verizon Wireless, AT&T, France Telecom-Orange,
NTT DoCoMo, T-Mobile, China Mobile, China Telecom, ...) thực hiện các
cuộc thử nghiệm quan trọng trên công nghệ LTE và đã đạt những thành công
đáng kể.
Mạng LTE đầu tiên đƣa vào khai thác thƣơng mại năm 2009 (02
mạng), sang 2010 có 16 mạng, năm 2011 có 46 mạng, các năm tiếp sau đó số
lƣợng mạng LTE tăng nhanh chóng, năm 2014 đã có 288 mạng LTE và đến
cuối năm 2015 đã có 442 nhà mạng trên thế giới chính thức cung cấp dịch vụ
mạng LTE cho khách hàng tại 147 quốc gia. Số lƣợng khách hàng sử dụng
dịch vụ mạng LTE cũng tăng lên đáng kể, đến đầu năm 2014 trên thế giới đã
có 200 triệu ngƣời sử dụng dịch vụ mạng LTE, dự kiến giai đoạn 2015-2017
số lƣợng khách hàng sẽ phát triển mạnh mẽ, đến 2017 con số đó ƣớc sẽ đạt
khoảng 1 tỷ khách hàng.
Ở Việt Nam, mạng di động 3G dựa trên công nghệ UMTS bắt đầu
triển khai và cung cấp dịch vụ tới khách hàng từ cuối năm 2009 và hiện đã
đạt đƣợc vùng phủ sóng khá tốt, các nhà mạng đang trong quá trình nâng cao
chất lƣợng sóng, cải thiện tốc độ dữ liệu cũng nhƣ phát triển các dịch vụ nội
dung. Số lƣợng ngƣời sử dụng dịch vụ 3G chiếm khoảng 56% tổng số lƣợng
thuê bao toàn mạng do còn nhiều hạn chế về thiết bị đầu cuối, vùng phủ sóng,

Cấu trúc cơ bản của mạng LTE với hai thành phần chính là mạng lõi
và mạng truy nhập vô tuyến, đƣợc thể hiện nhƣ ở hình vẽ dƣới đây:

Hình 1.2. Cấu trúc cơ bản của mạng LTE [17]

Một trong những mục tiêu hƣớng tới của công nghệ mạng LTE là tối
thiểu hóa số lƣợng các phần tử mạng. Do đó phần tử RNC trong mạng 3G đã
11


đƣợc loại bỏ. Các chức năng của RNC đƣợc mạng LTE thiết kế lại, chuyển
một phần chức năng sang các trạm eNodeB cơ sở, và một phần chuyển sang
các nút cổng giao tiếp của mạng lõi. Để phân biệt với các trạm cơ sở 3GUMTS, các trạm cơ sở của LTE đƣợc gọi là eNodeB. Các trạm này sẽ thực
hiện chức năng quản lý dữ liệu truyền tải một cách độc lập, đồng thời bảo
đảm chất lƣợng dịch vụ.
Hình vẽ sau đây mô tả sự chuyển đổi trong cấu trúc mạng thông tin
di động từ công nghệ WCDMA (UMTS) sang công nghệ mạng 4G LTE.

MME/ S-GW

MME/ S-GW

S1

S1
X2

E-UTRAN
eNodeB


Idle State Mobility
Handling

Dynamic Resource
Allocation (Scheduler)

EPS Bearer Control
RRC
PDCP
S-GW

P-GW

RLC
Mobility
Anchoring

MAC

UE IP address
allocation

S1
PHY

Packet Filtering
internet

E-UTRAN



Tìm kiếm UE trong trạng thái idle và connected, bao gồm cả
truyền tải lại.

+

Kích hoạt/giải hoạt các phiên dữ liệu, lựa chọn SGW cho một
UE khi bắt đầu kết nối và chuyển giao trong mạng LTE liên
quan tới thay đổi node trong mạng lõi.

+

Xác định ngƣời dùng (trao đổi với hệ thống HSS), hay tạo ra
và phân bổ các nhận diện tạm thời đến UE.

+

Là điểm kết cuối trong mạng cho việc mã hóa/bảo vệ tích hợp
báo hiệu NAS và xử lý việc quản lý mã an ninh.

+

Hỗ trợ báo hiệu dành cho nghe lén hợp pháp

+

Cung cấp các chức năng lớp điều khiển cho chuyển giao di
động giữa LTE và mạng truy nhập 2G/3G với kết cuối giao
diện S3 từ SGSN tại MME.


1.3.

Băng tần thiết kế cho công nghệ LTE

Trên thế giới, công nghệ mạng LTE đã đƣợc thiết kế hoạt động tại
các băng tần số sau: 2.1GHz, 1.9GHz, 1.8GHz, 2.6GHz, 900 MHz, 800 MHz,
450 MHz, … trong đó 43% nhà mạng sử dụng băng tần 1800.
Băng thông tƣơng ứng có thể đạt đƣợc:
Băng thông kênh
[MHz]
Tốc độ tối đa tải
xuống (Mbps)

1.4.

10

20

30

40

60

75

150

225

của phƣơng pháp điều chế đa sóng mang. Nguyên lý cơ bản của OFDM là
chia nhỏ một luồng dữ liệu tốc độ cao thành nhiều luồng dữ liệu tốc độ thấp
hơn và phát mỗi luồng dữ liệu đó trên một sóng mang con khác nhau. Các
sóng mang này đƣợc điều chế để trực giao với nhau, và nhờ đó phổ tín hiệu
của các sóng mang này đƣợc phép chồng lấn lên nhau mà phía đầu thu vẫn có
thể khôi phục lại đƣợc tín hiệu ban đầu. Sự chồng lấn phổ tín hiệu này làm
cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều so với các kĩ
thuật điều chế thông thƣờng. Đồng thời, bởi vì chu kỳ của các kí hiệu tăng lên
nên lƣợng nhiễu gây ra do độ trải trễ đa đƣờng đƣợc giảm xuống một cách
đáng kể. Nguyên lý sử dụng các sóng mang con trực giao này đƣợc minh họa
cụ thể trong hình vẽ dƣới đây:

Hình 1.4. Nguyên lý sử dụng các sóng mang con trực giao [17]

Bằng cách sử dụng kỹ thuật đa sóng mang con chồng xung, ta có thể
tiết kiệm đƣợc đáng kể băng thông sử dụng. Thông quan kỹ thuật này hiệu
quả sử dụng phổ tần số cũng đƣợc nâng lên đáng kể. Hình vẽ dƣới đây minh
họa cho sự khác nhau về phổ tần số giữa các kỹ thuật truy nhập FDMA và
OFDMA.
16


Hình 1.5. So sánh phổ tần số các kỹ thuật FDMA và OFDMA [17]

Ƣu điểm của kỹ thuật OFDMA trong truy nhập đƣờng xuống:
- Loại bỏ hiện tƣợng nhiễu xuyên tín hiệu nếu độ dài chuỗi bảo vệ lớn
hơn độ trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh truyền.
- Thực hiện việc chuyển đổi chuỗi dữ liệu từ nối tiếp sang song song,
tăng chu kỳ của các kí hiệu, dẫn tới việc giảm sự phân tán theo thời
gian gây bởi trải trễ do truyền dẫn đa đƣờng.

thuật SC-FDMA có một số điểm tƣơng đồng với kỹ thuật OFDMA, và do đó
các tham số hƣớng xuống và hƣớng lên vẫn có thể cân đối với nhau.
Giống nhƣ trong kỹ thuật OFDMA, các máy phát trong kỹ thuật SCFDMA cũng sử dụng các tần số trực giao khác nhau để phát đi các tín hiệu
thông tin. Tuy nhiên các ký hiệu này đƣợc phát đi lần lƣợt chứ không phải
song song nhƣ trong kỹ thuật OFDMA, và do đó làm giảm đáng kể sự dao
động về biên độ của đƣờng bao tín hiệu sóng phát, dẫn tới việc các tín hiệu
SC-FDMA có tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình thấp hơn so với
các tín hiệu OFDMA. Đây cũng là lý do chính để công nghệ mạng LTE lựa
chọn kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang SC-FDMA
cho đƣờng lên với mục đích đảm bảo dung lƣợng pin cho các thiết bị ngƣời
sử dụng có thể kéo dài nhất có thể và kích thƣớc máy đầu cuối đƣợc dễ dàng
thiết kế, đảm bảo nhỏ gọn, ...
Đổi lại, các tín hiệu SC-FDMA thu đƣợc tại các trạm gốc bị nhiễu
giữa các ký tự khá lớn. Các trạm thu phát gốc sẽ phải sử dụng bộ cân bằng
thích ứng miền tần số để loại bỏ nhiễu này.

18


Hình 1.6. So sánh kỹ thuật OFDMA và kỹ thuật SC-FDMA [17]

Hình vẽ trên cho thấy sự khác nhau giữa kỹ thuật OFDMA và kỹ
thuật SC-FDMA trong quá trình truyền các ký hiệu số liệu theo thời gian. Ở
mô hình này, mỗi ngƣời sử dụng sẽ đƣợc cấp bốn sóng mang con (P = 4) với
băng thông sóng con bằng 15KHz. Mỗi ký hiệu OFDMA hoặc SC-FDMA
truyền bốn bít số liệu đƣợc điều chế QPSK cho ngƣời sử dụng. Đối với
OFDMA, bốn bít số liệu này đƣợc truyền đồng thời với băng tần con cho mỗi
ký hiệu là 15KHz trong mỗi khoảng thời gian hiệu dụng (TFFT) của một ký
hiệu OFDMA, trong khi đó đối với kỹ thuật SC-FDMA, bốn ký hiệu số liệu
này đƣợc truyền lần lƣợt trong khoảng thời gian bằng 1/P (P = 4) thời gian

phép truy nhập NAS tại UE. Lớp NAS kết thúc tại MME và eNodeB sẽ làm
nhiệm vụ chuyển tiếp các bản tin lớp NAS tới MME.
 Giao diện S1-MME:

21


Các eNodeB và MME giao tiếp với nhau sử dụng giao diện này. Giao thức
S1-AP là giao diện lớp ứng dụng. Các giao thức truyền tải đƣợc sử dụng tại đây
là giao thức SCTP.
 Giao diện X2:
Giao diện này đƣợc sử dụng bởi eNodeB để kết nối với các eNodeB khác.
Giao diện này cũng sử dụng truyền tải IP qua giao thức SCTP. Giao thức X2-AP
là giao thức ứng dụng đƣợc sử dụng bởi các eNodeB để thực hiện giao tiếp kết
nối với nhau.
 Giao diện S11:
Là một giao diện IP giữa MME và SGW. Giao thức GTPv2 là các giao
thức đƣợc sử dụng ở lớp ứng dụng, giao thức GTPv2 chạy trên truyền tải UDP để
kết nối MME với SGW.
 Giao diện S5:
Đây là giao diện giữa SGW và PGW. Giao diện IP có hai lựa chọn. Giao
diện S5 có thể là giao diện GTP hoặc giao diện PMIP. Giao diện PMIP đƣợc sử
dụng để hỗ trợ truy nhập mạng không theo chuẩn 3GPP (non-trusted 3GPP), còn
giao diện GTP đƣợc sử dụng cho các truy nhập mạng theo chuẩn 3GPP.
 Giao diện S1-U:
Giao diện lớp ngƣời dùng giữa eNodeB và SGW. Giao thức GTP-U là giao
thức ứng dụng thực hiện đóng gói UE payload. Giao thức GTP-U chạy trên UDP.
Toàn bộ các giao diện IP có thể hỗ trợ các công nghệ IPv4 hoặc IPv6.

22

UE để nhận dữ liệu phát quảng bá MBMS.
 Kênh điều khiển dành riêng (DCCH): Một kênh hai chiều điểm điểm thực hiện truyền thông tin điều khiển dành riêng giữa một UE
và mạng. Kênh này đƣợc sử dụng bởi các UE đã đƣợc cấp phát kết
nối RRC.
Các kênh lưu lượng:
 Kênh lƣu lƣợng dành riêng (DTCH): kênh điểm - điểm đƣợc dành
riêng cho một UE để truyền thông tin dữ liệu thuê bao. Một kênh
DTCH có thể tồn tại ở cả đƣờng lên và đƣờng xuống.
 Kênh lƣu lƣợng Multicast (MTCH): Một kênh đƣờng xuống điểm –
đa điểm để truyền dữ liệu lƣu lƣợng từ mạng tới nhiều UE sử dụng
MBMS.
2.1.2.2. Các kênh truyền tải
Cơ chế đƣợc sử dụng để giảm thiểu số lƣợng các kênh truyền tải nhằm hạn
chế các chuyển mạch không cần thiết giữa các loại kênh khác nhau. Thực tế là
chỉ chó một kênh truyền tải ở đƣờng xuống và một kênh truyền tải ở đƣờng lên
vận chuyển dữ liệu thuê bao, chuyển mạch kênh không cần thiết thực hiện.
Trong LTE, các kênh truyền tải sau đây đƣợc cung cấp tại lớp vật lý:
Đường xuống:
24


 Kênh quảng bá (BCH): Một kênh quảng bá tốc độ bít thấp cố định
sử dụng cho toàn bộ một khu vực phủ sóng của cell. Kỹ thuật tạo
chùm sóng mang không đƣợc sử dụng cho kênh loại này.
 Kênh chia sẻ đƣờng xuống (DL-SCH): kênh có khả năng sử dụng
thông tin HARQ và liên kết thích ứng bằng cách thay đổi điều chế,
mã hóa và công suất phát. Kênh có khả năng quảng bá thông tin
trong toàn bộ cell và có thể sử dụng kỹ thuật tạo chùm sóng mang
(beamforming). Chế độ phát tiết kiệm công suất UE đƣợc hỗ trợ để
giảm tiêu thụ công suất cho thiết bị ngƣời sử dụng. Truyền tải phát