Chương 1 LTE-A VÀ GIẢI PHÁP TỐI ƯU HÓA 1.1 Tổng quan về LTE-A LTE-A (viết tắt của cụm từ Long Term Evolution-Advance, là sự tiến hóa trong tương lai của công nghệ LTE – đây được coi như là công nghệ di động thứ 4. Tương tự như 4G, LTE là một tiêu chuẩn truyền thông không dây tốc độ cao của điện thoại di động và các thiết bị đầu cuối dữ liệu. LTE không phải là mạng 4G, đây là công nghệ tiệm cận với công nghệ 4G và có tốc độ thấp hơn rất nhiều so với mạng 4G. LTE-A đem đến một tốc độ tải dữ liệu cực nhanh, đối với tốc độ tải xuống tối đa là 3Gb/s và tốc độ tải lên tối đa là 1,5Gb/s.
Trong khi đó đối với LTE lần lượt là 299. Không những vậy, với các giao thức truyền dẫn mới và nguyên tắc phối hợp đa ăng ten giúp việc chuyển giao giữa các cell dễ dàng và suôn sẻ hơn, góp phần làm năng lực hệ thống mạng cao hơn, kết nối ổn định và dữ liệu rẻ hơn. Sử dụng hoàn toàn trên nền IP, cung cấp các dịch vụ như điện thoại IP, truy cập internet băng rộng, các dịch vụ game và dòng HDTV đa phương tiện… 1.1 Các đặc tính cơ bản của LTE-A Hình 1.1 Ưu điểm hệ thống 4G/LTE-A Luan van 5 Ưu điểm của hệ thống 4G/LTE-A : All IP – hỗ trợ dịch vụ hoàn toàn trong miền PS, hỗ trợ throughput cao (tốc độ cao, dung lượng lớn), giảm độ trễ (Control Plan và User Plan), hỗ trợ Inter-working với mạng truy nhập 3GPP và các mạng truy nhập vô tuyến khác, giảm giá thành sử dụng trên Mbyte.2 Throughput và độ trễ Độ rộng băng thông linh hoạt :1,4 MHz; 3 MHz; 5 MHz; 10 MHz; 15 MHz; 20MHz. Hỗ trợ cả 2 trường hợp độ dài băng lên và băng xuống bằng nhau hoặc không.3 Băng thông linh hoạt 1.4 MHz – 20 MHz Luan van 6 Năng lực phục vụ và tính di động cao : Năng lực phục vụ user :Ít nhất 200 users/cell (5MHz), tối đa lên tới 400 users/cell.
Tính di động cao: Hoạt động tối ưu trong phạm vị 0-15 km/hr, vẫn đảm bảo hiệu suất 15-120 km/hr. Đáp ứng lên tới 120-350 km/hr Hình 1.4 Năng lực phục vụ và tính di động cao 1.2 Kiến trúc mạng 4G/LTE-A Song song với việc truy cập vô tuyến LTE-A, mạng lõi gói cũng đang phát triển thành kiến trúc Hệ thống kiến trúc phát triển (SAE) phẳng. Để yêu cầu tăng dung lượng dữ liệu và độ trễ giảm có thể được đáp ứng, cùng với việc chuyển sang một mạng toàn IP, cần phải áp dụng một phương pháp tiếp cận mới cho cấu trúc mạng. Kiến trúc mới này được thiết kế để tối ưu hóa hiệu suất mạng, cải thiện hiệu quả chi phí và tạo điều kiện cho sự hấp thu của các dịch vụ dựa trên IP trên thị trường đại chúng.
Do đó, kiến trúc SAE cũng được gọi là Mạng lõi phát triển (EPC). Chỉ có hai nút trong mặt phẳng người dùng kiến trúc SAE: trạm gốc LTE (eNodeB) và Cổng SAE (S-GW). Các trạm gốc LTE được kết nối với Mạng lõi (CN) bằng cách sử dụng mạng lõi - giao diện RAN, S1. Kiến trúc phẳng này làm giảm số lượng các nút liên quan trong các kết nối.
Luan van 7 Hình 1.5 Kiến trúc mạng LTE-A 1.3 Các phần tử trong mạng 4G/LTE-A Mạng 4G/LTE-A gồm các thành phần chính : UE, ENodeB, MME, S-GW, P-GW như mô tả trong hình 1.6 Các phần tử trong mạng 4G/LTE-A Luan van 8 UE : Smartphone hỗ trợ công nghệ 4G/LTE-A, có băng tần linh hoạt. Hỗ trợ truy nhập song công FDD & TDD, hỗ trợ công nghệ đa antenna (MIMO). Điều khiển công suất đường lên (UL) và hỗ trợ xử lý truyền lại gói tin (HARQ/ARQ). ENodeB : evolved NodeB (NodeB phát triển) : Thay thế NodeB/RNC cũ từ 3G, giúp quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM), truyền dẫn dữ liệu User Plan tới S-GW, truyền dẫn dữ liệu Control Plan tới MME (NAS&AS).
Đảm bảo QoS qua giao diện vô tuyến. S-GW: Serving Gateway(Gateway phục vụ) : Định tuyến và chuyển tiếp dữ liệu User Plan. Điều khiển chuyển giao Inter-eNodeB, điều khiển nghẽn, Core IP QoS, Call trace. MME: Mobility Management Entity (Thực thể quản lý di động) : Xử lý bản tin báo hiệu (NAS), điều khiển các kênh mang, nhận thực với HSS.
Giúp lựa chọn S-GW cho UE, thực hiện tracking và Paging UE (Idle mode). P-GW: Packet Data Network Gateway (Gateway mạng dữ liệu gói) : Kết nối và đảm bảo kết nối liên tục với mạng gói bên ngoài (3GPP hoặc Non 3GPP), thực hiện lọc gói tin, DHCP server & client. Chuyển tiếp các thủ tục police & charging từ PCRF đến PCEF và kết hợp kênh mang UL & DL Các phần tử khác trong EPC : HSS (Home Subscriber Server): hỗ trợ nhận thực, PCRF (Policy and Charging Rules Function): tính cước và các chính sách, P-LIG: Packet Lawful Intercept Gateway Hình 1.7 Các phần tử trong EPC 1.4 Các giao diện trong mạng 4G/LTE-A Các giao diện của 4G/LTE-A được biểu diễn trong hình 1.5 bao gồm : Luan van 9 Hình 1.8 Các giao diện trong mạng 4G/LTE-A 1) LTE-Uu Interface và X2 Interface LTE-Uu Interface: Giao diện vô tuyến của LTE-A giữa UE và eNodeB. Điều chế OFDMA cho đường xuống(DL) và SC-FDMA cho đường lên(UL), phương thức truy nhập FDD hoặc TDD, băng thông: 1.
X2 Interface: Giao diện giữa các eNodeB, giúp chuyển giao Inter-eNodeB. Chia sẻ tài nguyên vô tuyến giữa các eNodeB lân cận, giao diện logic - có thể kết nối thông qua mạng CN.9 Giao diện LTE-Uu và X2 Luan van 10 2) S1-MME Interface và S1-U Interface Hình 1.10 Giao diện S1-MME và S1-U S1-MME Interface: Giao diện Control Plan giữa eNodeB và MME, eNodeB và MME sẽ trao đổi các bản tin báo hiệu NAS (tầng không truy nhập) như nhận thực, cập nhật TA (vùng đeo bám). Mỗi eNodeB có thể kết nối tối đa đến 16 MME. S1-U Interface: Giao diện User Plan giữa eNodeB và S-GW, giao diện dữ liệu người dùng trong suốt.
3) S10 Interface và S6a Interface S10 Interface: Giao diện giữa các MMEs. Phục vụ chuyển giao và cập nhật TA giữa các MMEs. S6a Interface: Giao diện giữa MME và HSS. Trao đổi các bản tin nhận thực và thông tin thuê bao.
Luan van 11 Hình 1.11 Giao diện S10 và S6a Ngoài ra còn các giao diện khác : S5/S8, S11,.2 Giải pháp tối ưu hóa cho mạng 4G/LTE-A 1.1 Triển khai LTE-A và giải pháp tối ưu Thách thức lớn nhất mà các nhà khai thác mạng phải đối mặt ngày hôm nay là bắt kịp với nhu cầu ngày càng tăng của người tiêu dùng về tốc độ dữ liệu băng rộng không dây tăng lên. Những thách thức này đã trở nên tồi tệ hơn do sự tăng trưởng chính của điện thoại thông minh và nhu cầu kết nối đám mây lớn hơn của máy tính xách tay, máy tính bảng và các thiết bị di động khác. Như đã nêu trong Dự báo lưu lượng dữ liệu di động, các nhà khai thác di động đang phản ứng với sự phát triển không ngừng trong các thiết bị và dữ liệu bằng cách đầu tư mạnh vào xây dựng mạng LTE-A. Lưu lượng dữ liệu di động thế giới có sự chuyển dịch mạnh sang LTE, dự kiến đến năm 2021 có thể lên đến 4,3 tỉ thuê bao LTE.12 Dự báo lưu lượng di động Luan van 12 Để giải quyết các thách thức về hiệu suất mạng hiện tại và chi phí hoạt động, các nhà khai thác di động đang áp dụng các giải pháp mạng tự tổ chức (SON).
Trong khi các nhà khai thác di động tìm cách đáp ứng nhu cầu dữ liệu di động ngày càng tăng, họ đang tăng trưởng, phát triển và tăng tính phức tạp của mạng, do đó, các nhà khai thác này cần phải dựa vào SON để giảm chi phí hoạt động và cải thiện trải nghiệm của khách hàng.13 OPEX và trải nghiệm khách hàng 1.2 Giải pháp tối ưu hóa mạng SON Khái niệm về mạng tự tổ chức (SON) đã được chọn chỉ sau khi chuyển đổi từ 3G sang 4G bắt đầu. Điều này là do sự gia tăng theo cấp số nhân trong lưu lượng dữ liệu đòi hỏi một sự thay đổi trong cách bảo hiểm và dung lượng mạng được lên kế hoạch. Số lượng lớn lưu lượng dữ liệu bị tắc nghẽn mạng trong khi không dẫn đến tăng tỷ lệ thuận lợi trong doanh thu. Điều này đòi hỏi phải suy nghĩ lại về cách mạng được quản lý để giảm OPEX có thể đạt được.
Ngoài ra, mẫu lưu lượng dữ liệu rất khác so với mẫu lưu lượng thoại và yêu cầu phương pháp tiếp cận khác đối với lập kế hoạch mạng. SON là một lớp phần mềm thông minh mới giúp làm tăng dung lượng mạng, nâng cao chất lượng dịch vụ (QoS), và giảm chi phí hoạt động (OPEX). Các giải pháp SON cho phép các nhà khai thác tự động hóa họ cấu hình, tối ưu hóa và bảo trì Luan van 13 các mạng hiện đại có quy mô lớn. SON hoạt động trên nhiều công nghệ (2G, 3G và 4G) và hỗ trợ nhiều nhà cung cấp.
SON tự động đóng vòng lặp trên nhiều hoạt động trước đó yêu cầu sự tương tác đáng kể của con người. Các lĩnh vực này bao gồm lập kế hoạch, quản lý hiệu suất, quản lý cảnh báo, quản lý hàng tồn kho, định vị địa lý hoặc tối ưu hóa, kiểm tra & đo lường và thiết bị RAN. Liên minh NGMN và 3GPP đã xác định các trường hợp sử dụng SON cơ bản và phân loại các trường hợp sử dụng thành: Self-configuration(Tự cấu hình) Self-optimization(Tự tối ưu) Self-healing(Tự phục hồi) Do số lượng lớn các tham số liên quan, quá trình tự động hóa quy hoạch mạng đang được hỗ trợ. Mạng tự tổ chức (SON) là một khái niệm trong đó các quy trình tự động cho phép giám sát liên tục dịch vụ và hiệu suất mạng và phân tích dữ liệu thu thập được từ các phần khác nhau của mạng cung cấp phản hồi hữu ích có thể được sử dụng để đưa ra quyết định.
Khả năng của SON nhằm mục đích hỗ trợ các ưu tiên kinh doanh băng rộng di động và quản lý sự phức tạp của mạng một cách thông minh.14 Khái niệm mạng tự tổ chức (SON) Luan van 14 Hình 1.15 SON thay thế các công việc thủ công 1.3 Lợi ích của nhà mạng khi dùng SON Thách thức mà các nhà khai thác di động phải đối mặt là đảm bảo rằng các dịch vụ di động có chất lượng cao trong khi giảm chi phí vốn (CAPEX) và chi phí hoạt động (OPEX) của mạng truy nhập vô tuyến(RAN). Bằng cách sử dụng SON chúng ta có thể loại bỏ một số can thiệp của con người từ hoạt động mạng và bảo trì.