Luận văn thạc sĩ tối ưu hóa mạng thông tin di động 4g lte a của mobifone tại thành phố hạ long tỉnh quảng ninh

Luận văn thạc sĩ phân tích tối ưu hóa mạng 4G LTE A của Mobifone tại Hạ Long, Quảng Ninh, nhằm nâng cao hiệu suất và chất lượng dịch vụ.

• Tác giả: Phan Thùy Linh
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Nhật Thăng
• Trường học: Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông
• Đề tài: Tối ưu hóa mạng 4G LTE A của Mobifone tại Hạ Long, Quảng Ninh
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 4G/LTE-A
• 1.1. Quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động
• 1.2. Tổng quan về mạng thông tin di động 4G/LTE-A
• 1.2.1. Giới thiệu về mạng 4G/LTE-A
• 1.2.2. Kiến trúc mạng 4G/LTE-A
• 1.3. Các kỹ thuật chính sử dụng trong mạng 4G/LTE-A
• 1.3.1. Kỹ thuật đa truy nhập đường xuống OFDMA
• 1.3.2. Kỹ thuật đa truy nhập đường lên
• 1.4. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: TỐI ƯU HÓA MẠNG 4G/LTE-A
• 2.1. Sự cần thiết của tối ưu
• 2.2. Quy trình vận hành bảo dưỡng chất lượng mạng
• 2.3. Các vấn đề chính trong tối ưu hóa mạng 4G/LTE-A
• 2.3.1. Các tham số quan trọng
• 2.3.2. Công suất tín hiệu thu RSRP – Reference Signal Received Power
• 2.3.3. Chất lượng tín hiệu thu RSRQ – Reference Signal Received Quality
• 2.3.4. Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu SNR – Signal to Noise Ratio
• 2.3.5. Tham số Eb/No
• 2.3.6. Các tham số điều chỉnh ăng ten
• 2.4. Quy trình thực hiện tối ưu hóa vùng phủ mạng 4G/LTE-A
• 2.4.1. Thu thập số liệu và phân chia vùng phủ
• 2.4.2. Phân tích dữ liệu
• 2.4.3. Tiến hành tối ưu
• 2.4.4. Kiểm tra, đánh giá và kết luận quá trình tối ưu
• 2.5. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: TỐI ƯU HÓA VÙNG PHỦ CHO MẠNG 4G/LTE-A TẠI THÀNH PHỐ HẠ LONG, TỈNH QUẢNG NINH
• 3.1. Tổng quan về hệ thống thông tin di động của MobiFone tại thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh
• 3.2. Số liệu thiết kế và quy hoạch mạng LTE của MobiFone
• 3.3. Giải pháp tối ưu hóa vùng phủ cho mạng 4G/LTE-A của MobiFone tại thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh
• 3.3.1. Yêu cầu tối ưu hóa vùng phủ cho mạng 4G/LTE-A của MobiFone tại thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh
• 3.3.2. Thu thập dữ liệu, phân tích và tiến hành điều chỉnh
• 3.3.3. Tiến hành tối ưu
• 3.3.4. Kiểm tra, đánh giá và kết luận quá trình tối ưu
• 3.4. Kết luận chương 3
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về mạng 4G LTE A

Mạng 4G LTE A là một bước tiến quan trọng trong công nghệ thông tin di động, mang lại tốc độ truyền tải dữ liệu nhanh hơn và độ trễ thấp hơn so với các thế hệ trước. Mobifone đã triển khai mạng này tại Hạ Long, Quảng Ninh, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng. Việc tối ưu hóa mạng là cần thiết để đảm bảo chất lượng dịch vụ và tăng cường trải nghiệm cho khách hàng. Theo nghiên cứu, mạng 4G không chỉ cải thiện tốc độ internet mà còn hỗ trợ các dịch vụ như video streaming và mobile banking, điều này rất quan trọng trong bối cảnh hiện nay. Việc tối ưu hóa mạng 4G không chỉ giúp nâng cao chất lượng dịch vụ mà còn tăng cường khả năng kết nối cho người dùng.

1.1. Giới thiệu về công nghệ LTE

Công nghệ LTE (Long Term Evolution) được thiết kế để cung cấp tốc độ truyền tải dữ liệu cao và khả năng kết nối ổn định. Mobifone đã áp dụng công nghệ này để cải thiện dịch vụ tại Hạ Long, Quảng Ninh. Việc triển khai LTE không chỉ giúp tăng cường tốc độ internet mà còn giảm thiểu độ trễ trong quá trình truyền tải dữ liệu. Theo các chuyên gia, LTE là nền tảng cho các dịch vụ di động trong tương lai, đặc biệt là khi nhu cầu sử dụng dịch vụ di động ngày càng tăng. Việc tối ưu hóa mạng LTE là một phần quan trọng trong chiến lược phát triển của Mobifone.

II. Tối ưu hóa mạng 4G LTE A

Tối ưu hóa mạng 4G là một quy trình quan trọng nhằm cải thiện hiệu suất và chất lượng dịch vụ. Mobifone đã thực hiện nhiều biện pháp để tối ưu hóa mạng tại Hạ Long, Quảng Ninh. Quy trình này bao gồm việc thu thập dữ liệu, phân tích và điều chỉnh các tham số kỹ thuật như RSRP (Reference Signal Received Power) và RSRQ (Reference Signal Received Quality). Việc tối ưu hóa không chỉ giúp cải thiện tín hiệu mà còn nâng cao trải nghiệm của khách hàng. Theo các nghiên cứu, việc tối ưu hóa mạng có thể tăng cường khả năng kết nối và giảm thiểu tình trạng nghẽn mạng, đặc biệt trong các khu vực đông dân cư.

2.1. Quy trình tối ưu hóa

Quy trình tối ưu hóa mạng 4G bao gồm nhiều bước, từ việc thu thập số liệu đến phân tích và điều chỉnh. Mobifone đã áp dụng quy trình này để cải thiện vùng phủ sóng tại Hạ Long, Quảng Ninh. Việc thu thập dữ liệu từ các trạm phát sóng và phân tích các tham số như SNR (Signal to Noise Ratio) là rất quan trọng. Sau khi phân tích, các kỹ thuật điều chỉnh ăng ten và công suất tín hiệu được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất mạng. Kết quả cho thấy, việc tối ưu hóa đã giúp nâng cao chất lượng dịch vụ và tăng cường sự hài lòng của khách hàng.

III. Đánh giá hiệu quả tối ưu hóa

Đánh giá hiệu quả của việc tối ưu hóa mạng 4G là một phần quan trọng trong quá trình phát triển dịch vụ của Mobifone. Các chỉ số như RSRP và RSRQ được sử dụng để đo lường chất lượng tín hiệu sau khi tối ưu hóa. Kết quả cho thấy, việc tối ưu hóa đã giúp cải thiện đáng kể chất lượng dịch vụ tại Hạ Long, Quảng Ninh. Khách hàng đã có trải nghiệm tốt hơn với tốc độ internet cao hơn và độ trễ thấp hơn. Việc này không chỉ giúp Mobifone giữ chân khách hàng mà còn thu hút thêm người dùng mới.

3.1. Kết quả thực hiện

Kết quả thực hiện tối ưu hóa mạng 4G tại Hạ Long cho thấy sự cải thiện rõ rệt về chất lượng dịch vụ. Các chỉ số RSRP và RSRQ đã được cải thiện, cho thấy tín hiệu mạnh hơn và ổn định hơn. Khách hàng đã phản hồi tích cực về tốc độ internet và khả năng kết nối. Việc tối ưu hóa không chỉ mang lại lợi ích cho Mobifone mà còn góp phần nâng cao trải nghiệm của người dùng, từ đó thúc đẩy sự phát triển của dịch vụ di động tại khu vực này.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghệ thông tin di động phát triển nhanh chóng, mạng 4G/LTE-Advanced (LTE-A) đã trở thành nền tảng quan trọng để đáp ứng nhu cầu truy cập dữ liệu tốc độ cao và các dịch vụ đa phương tiện hiện đại. Trên thế giới, đến năm 2015 đã có 442 nhà mạng cung cấp dịch vụ LTE tại 147 quốc gia với hơn 200 triệu người dùng vào đầu năm 2014, dự kiến tăng lên khoảng 1 tỷ người dùng vào năm 2017. Tại Việt Nam, mạng 4G/LTE-A được triển khai nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ và dung lượng mạng, tuy nhiên vẫn còn nhiều thách thức về vùng phủ sóng và chất lượng tín hiệu, đặc biệt tại các khu vực địa hình phức tạp như thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh.

Luận văn tập trung nghiên cứu tối ưu hóa mạng thông tin di động 4G/LTE-A của MobiFone tại thành phố Hạ Long nhằm nâng cao chất lượng vùng phủ và trải nghiệm người dùng. Mục tiêu cụ thể là thu thập và phân tích dữ liệu thực tế về vùng phủ sóng, các tham số kỹ thuật như RSRP, RSRQ, SNR, Eb/No, từ đó đề xuất các giải pháp tối ưu hóa vùng phủ mạng 4G/LTE-A phù hợp với đặc điểm địa phương. Phạm vi nghiên cứu bao gồm mạng 4G/LTE-A của MobiFone tại thành phố Hạ Long trong giai đoạn 2016-2019, với dữ liệu thu thập từ các trạm eNodeB và công cụ đo kiểm Drive Test.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cải thiện chất lượng dịch vụ viễn thông, tăng số lượng thuê bao sử dụng mạng, đồng thời hỗ trợ MobiFone nâng cao hiệu quả khai thác hạ tầng mạng 4G/LTE-A tại khu vực có địa hình phức tạp. Kết quả nghiên cứu cũng góp phần bổ sung kiến thức về tối ưu hóa mạng di động thế hệ mới, làm cơ sở cho các nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực viễn thông.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về mạng di động 4G/LTE-A, tập trung vào các khái niệm và kỹ thuật sau:

• Kiến trúc mạng 4G/LTE-A: Bao gồm thiết bị người dùng (UE), mạng truy nhập vô tuyến E-UTRAN với các trạm phát eNodeB, và mạng lõi EPC với các thực thể MME, S-GW, P-GW. Kiến trúc phẳng, hoàn toàn dựa trên IP, tối ưu cho truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao và độ trễ thấp.

• Các tham số kỹ thuật chính: RSRP (Reference Signal Received Power) đo công suất tín hiệu thu, RSRQ (Reference Signal Received Quality) đo chất lượng tín hiệu, SNR (Signal to Noise Ratio) đánh giá tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu, và Eb/No (Energy per bit to noise spectral density ratio) đánh giá chất lượng tín hiệu bit.

• Kỹ thuật truy nhập đa sóng mang: OFDMA cho đường xuống và SC-FDMA cho đường lên, giúp tối ưu hiệu suất sử dụng phổ tần và giảm công suất tiêu thụ thiết bị đầu cuối.

• Mô hình tối ưu hóa vùng phủ: Quá trình thu thập dữ liệu, phân tích vùng phủ yếu, vùng phủ chồng lấn, cân bằng đường lên và đường xuống, điều chỉnh các tham số ăng ten như góc nghiêng điện tử (E-tilt), góc nghiêng cơ học (M-tilt), và góc phương vị (Azimuth).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn với các bước cụ thể:

• Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu từ hệ thống mạng 4G/LTE-A của MobiFone tại thành phố Hạ Long, bao gồm thông tin cấu hình trạm eNodeB, dữ liệu đo kiểm Drive Test, các chỉ số KPI mạng như RSRP, RSRQ, SNR, Eb/No.

• Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn các trạm eNodeB đại diện cho các khu vực địa hình khác nhau trong thành phố Hạ Long để đảm bảo tính đại diện và toàn diện của dữ liệu.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng phân tích thống kê các chỉ số KPI, phân tích vùng phủ yếu, vùng phủ chồng lấn, và các hiện tượng mất cân bằng đường lên/đường xuống. Áp dụng các kỹ thuật điều chỉnh tham số ăng ten và cấu hình phần cứng dựa trên kết quả phân tích.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2018-2019, bao gồm thu thập dữ liệu thực tế, phân tích, điều chỉnh và đánh giá kết quả tối ưu hóa mạng.

Phương pháp nghiên cứu đảm bảo tính khoa học, thực tiễn và khả năng áp dụng cao trong việc nâng cao chất lượng mạng 4G/LTE-A của MobiFone tại địa phương.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Vùng phủ yếu chiếm khoảng 15% diện tích khảo sát tại thành phố Hạ Long, chủ yếu tập trung ở các khu vực thung lũng, sau sườn đồi và các khu vực có nhiều công trình cao tầng. Giá trị RSRP tại các vùng này thường dưới -95 dBm, không đảm bảo yêu cầu truy cập dịch vụ.

2. Hiện tượng chồng lấn vùng phủ giữa các cell chiếm khoảng 10% diện tích, gây ra tình trạng rớt cuộc gọi và giảm hiệu suất mạng. Các trạm eNodeB có độ cao vượt mức trung bình và góc phương vị không phù hợp là nguyên nhân chính.

3. Tỷ lệ mất cân bằng đường lên và đường xuống khoảng 8% các cell được khảo sát, dẫn đến chất lượng cuộc gọi giảm và tăng tỷ lệ rớt cuộc gọi. Nguyên nhân chủ yếu do công suất phát của thiết bị người dùng không đủ để đáp ứng vùng phủ đường lên.

4. Sau khi điều chỉnh các tham số ăng ten (E-tilt, M-tilt, Azimuth) và công suất phát, chất lượng vùng phủ được cải thiện rõ rệt với mức tăng trung bình 12% về giá trị RSRP và 15% về RSRQ. Tỷ lệ vùng phủ yếu giảm xuống còn dưới 5%, tỷ lệ chồng lấn vùng phủ giảm 7%, và tỷ lệ mất cân bằng đường lên/đường xuống giảm còn 3%.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc tối ưu hóa vùng phủ mạng 4G/LTE-A tại thành phố Hạ Long là cần thiết và mang lại hiệu quả rõ rệt. Việc tập trung xử lý vùng phủ yếu và vùng phủ chồng lấn giúp tăng cường khả năng truy cập và duy trì kết nối ổn định cho người dùng. So với các nghiên cứu trước đây tập trung chủ yếu vào tham số KPI tổng quát, nghiên cứu này đã đi sâu vào phân tích vùng phủ thực tế tại địa phương, từ đó đề xuất các giải pháp điều chỉnh phù hợp với đặc điểm địa hình và hạ tầng mạng.

Việc điều chỉnh góc nghiêng điện tử và cơ học của ăng ten cùng với công suất phát phù hợp đã giúp giảm thiểu nhiễu và tăng cường vùng phủ, đồng thời cải thiện chất lượng tín hiệu thu nhận (RSRP, RSRQ) và tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR). Các biểu đồ so sánh trước và sau tối ưu thể hiện sự cải thiện rõ ràng về phân bố vùng phủ và chất lượng tín hiệu, minh chứng cho hiệu quả của phương pháp tối ưu.

Kết quả cũng phù hợp với các báo cáo ngành và các nghiên cứu quốc tế về tối ưu hóa mạng LTE, đồng thời cung cấp cơ sở thực tiễn cho việc triển khai và vận hành mạng 4G/LTE-A tại các khu vực có địa hình phức tạp như Hạ Long.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Thực hiện điều chỉnh định kỳ các tham số ăng ten (E-tilt, M-tilt, Azimuth) nhằm duy trì và nâng cao chất lượng vùng phủ, đặc biệt tại các khu vực có địa hình phức tạp. Thời gian thực hiện: hàng quý. Chủ thể thực hiện: đội ngũ kỹ thuật vận hành mạng MobiFone.

2. Mở rộng và nâng cấp hạ tầng trạm phát eNodeB tại các vùng phủ yếu, sử dụng các loại ăng ten có tăng ích cao và công nghệ RRU để cải thiện vùng phủ trong nhà và khu vực ngầm. Thời gian thực hiện: 2019-2020. Chủ thể thực hiện: phòng quy hoạch và phát triển mạng.

3. Tăng cường công tác đo kiểm và giám sát chất lượng mạng bằng công cụ Drive Test và hệ thống KPI tự động, nhằm phát hiện sớm các vùng phủ yếu, vùng chồng lấn và mất cân bằng đường lên/đường xuống. Thời gian thực hiện: liên tục hàng tháng. Chủ thể thực hiện: bộ phận quản lý chất lượng mạng.

4. Đào tạo nâng cao năng lực kỹ thuật cho đội ngũ vận hành và tối ưu mạng, tập trung vào các kỹ thuật tối ưu hóa mạng 4G/LTE-A và xử lý các vấn đề thực tế tại địa phương. Thời gian thực hiện: hàng năm. Chủ thể thực hiện: phòng đào tạo và phát triển nguồn nhân lực.

Các giải pháp trên nhằm mục tiêu nâng cao các chỉ số KPI vùng phủ và chất lượng dịch vụ, giảm tỷ lệ rớt cuộc gọi và tăng sự hài lòng của khách hàng trong vòng 1-2 năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư và chuyên gia vận hành mạng viễn thông: Nghiên cứu cung cấp các phương pháp và quy trình tối ưu hóa vùng phủ mạng 4G/LTE-A thực tiễn, giúp cải thiện hiệu quả vận hành và chất lượng dịch vụ.

2. Các nhà quản lý và hoạch định chiến lược mạng di động: Thông tin về phân tích vùng phủ và các tham số kỹ thuật hỗ trợ ra quyết định đầu tư, nâng cấp hạ tầng phù hợp với đặc điểm địa phương.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành viễn thông: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về kiến thức lý thuyết và ứng dụng thực tế trong tối ưu hóa mạng 4G/LTE-A, đặc biệt trong môi trường địa hình phức tạp.

4. Các nhà cung cấp thiết bị và giải pháp viễn thông: Hiểu rõ các yêu cầu và thách thức trong tối ưu hóa vùng phủ giúp phát triển sản phẩm và dịch vụ phù hợp với nhu cầu thực tế của nhà mạng.

Những đối tượng này có thể áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả vận hành, phát triển mạng lưới và cải thiện trải nghiệm người dùng trong lĩnh vực viễn thông.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần tối ưu hóa vùng phủ mạng 4G/LTE-A?
   Tối ưu hóa vùng phủ giúp cải thiện chất lượng tín hiệu, giảm vùng phủ yếu và chồng lấn, từ đó nâng cao trải nghiệm người dùng và tăng dung lượng mạng. Ví dụ, tại Hạ Long, vùng phủ yếu chiếm khoảng 15% diện tích, ảnh hưởng đến khả năng truy cập dịch vụ.

2. Các tham số kỹ thuật nào quan trọng trong đánh giá vùng phủ?
   Các tham số chính gồm RSRP (cường độ tín hiệu), RSRQ (chất lượng tín hiệu), SNR (tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu) và Eb/No (chất lượng tín hiệu bit). Chúng phản ánh trực tiếp chất lượng vùng phủ và khả năng truy cập mạng.

3. Phương pháp thu thập dữ liệu để tối ưu vùng phủ là gì?
   Phương pháp chính là Drive Test, sử dụng thiết bị đo kiểm di động để thu thập dữ liệu thực tế về tín hiệu và chất lượng mạng tại các vị trí khác nhau, kết hợp với dữ liệu KPI từ hệ thống mạng.

4. Điều chỉnh các tham số ăng ten như thế nào để cải thiện vùng phủ?
   Điều chỉnh góc nghiêng điện tử (E-tilt), góc nghiêng cơ học (M-tilt) và góc phương vị (Azimuth) giúp tập trung hoặc mở rộng vùng phủ, giảm nhiễu và tăng cường chất lượng tín hiệu. Ví dụ, sau điều chỉnh, RSRP tăng trung bình 12%.

5. Làm thế nào để duy trì chất lượng mạng sau khi tối ưu?
   Cần thực hiện giám sát liên tục bằng hệ thống KPI và Drive Test định kỳ, đồng thời đào tạo nhân sự vận hành để kịp thời phát hiện và xử lý các vấn đề phát sinh, đảm bảo mạng luôn hoạt động ổn định.

Kết luận

• Nghiên cứu đã phân tích và đánh giá thực trạng vùng phủ mạng 4G/LTE-A của MobiFone tại thành phố Hạ Long, xác định các vùng phủ yếu, vùng chồng lấn và mất cân bằng đường lên/đường xuống.

• Áp dụng các kỹ thuật điều chỉnh tham số ăng ten và công suất phát đã cải thiện đáng kể chất lượng vùng phủ, nâng cao các chỉ số KPI như RSRP, RSRQ và SNR.

• Quy trình tối ưu hóa mạng được xây dựng bài bản, bao gồm thu thập dữ liệu, phân tích, điều chỉnh và đánh giá, phù hợp với đặc điểm địa phương và yêu cầu vận hành thực tế.

• Đề xuất các giải pháp cụ thể nhằm duy trì và nâng cao chất lượng mạng trong giai đoạn 2019-2020, góp phần tăng số lượng thuê bao và cải thiện trải nghiệm người dùng.

• Khuyến nghị các nhà mạng và chuyên gia viễn thông áp dụng phương pháp nghiên cứu này để tối ưu hóa mạng 4G/LTE-A tại các khu vực có địa hình phức tạp, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng cho mạng 5G trong tương lai.

Hành động tiếp theo là triển khai các giải pháp tối ưu đã đề xuất, đồng thời thiết lập hệ thống giám sát chất lượng mạng liên tục để đảm bảo hiệu quả lâu dài. Các chuyên gia và nhà quản lý mạng được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả vận hành và phát triển mạng di động tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 4G/LTE-A 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, thế hệ thứ 4, đang tiến tới thế hệ thứ 5.

Mạng thông tin di động 4G đang ở thời kỳ phát triển đỉnh cao. 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/LTE-A, các chế độ truy nhập và các kỹ thuật sử dụng trong mạng 4G/LTE-A.1 Quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động được miêu tả theo như hình vẽ 1.1 dưới đây trước khi LTE ra đời, công nghệ thông tin di động đã trải qua 3 thế hệ (1G, 2G và 3G) và đang hướng tới triển khai các công nghệ tiền 4G, trong đó LTE thu hút sự quan tâm rộng rãi bởi LTE được xem như hệ thống tiến hóa tiếp theo cho các công nghệ di động dựa trên nền tảng GSM/UMTS(GSM,GPRS/EDGE, HSPA/HSPA+) [2, 6]. 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 lưu lượng dữ liệu với GPRS/HSPA. LTE bắt đầu được 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 được gọi là LTE Advanced.1: Lịch sử phát triển công nghệ mạng di động Luan van 5 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 lượng khách hàng sử dụng đông đảo là lý do chính để phát triển thị trường di động băng rộng với công nghệ 3G/HSPA và tiếp theo sẽ là LTE. Công nghệ LTE có khả năng tương thích gần như 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 như: Nokia Siemens Networks, Ericsson, Alcatel-Lucent, Huawei, Motorola, ZTE, LG Electronics, Samsung, NEC, Fujitsu,.

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 đưa vào khai thác thương mại năm 2009 (02 mạng), sang 2010 có 16 mạng, năm 2011 có 46 mạng, các năm tiếp sau đó số lượng 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 lượng khách hàng sử dụng dịch vụ mạng LTE cũng tăng lên đáng kể, đến đầu năm 2014 trên thế giới đã có 200 triệu người sử dụng dịch vụ mạng LTE, dự kiến giai đoạn 2015-2017 số lượng khách hàng sẽ phát triển mạnh mẽ, đến 2017 con số đó ước 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 được vùng phủ sóng khá tốt, các nhà mạng đang trong quá trình nâng cao chất lượng sóng, cải thiện tốc độ dữ liệu cũng như phát triển các dịch vụ nội dung [3].

Số lượng người sử dụng dịch vụ 3G chiếm khoảng 56% 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 Luan van 6 nghiệp sẽ thử nghiệm công 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 Bưu chính viễn thông Việt Nam - VNPT và đơn vị triển khai thử nghiệm đầu tiên là Công ty Điện toán và Truyền số liệu - VDC. Tháng 10/2010, những trạm phát sóng công nghệ LTE đầu tiên tại Việt Nam đã được lắp đặt. Các mạng thông tin di động tại Việt Nam hầu hết đang hoạt động với 2 công nghệ truy nhập vô tuyến là GSM/GPRS/EDGE cho mạng 2G và UMTS/HSPA/HSPA+ cho mạng 3G. Có thể nói nhu cầu sử dụng và ứng dụng các dịch vụ di động băng rộng tại Việt Nam ngày càng gia tăng.

Tuy nhiên tốc độ truy nhập mạng 3G vẫn còn một số hạn chế (tốc độ tải xuống/tải lên trung bình đạt 8.5 Mbps tại khu vực thành phố lớn, các khu vực còn lại đạt khoảng 3. Do vậy các ứng dụng như Video Call, Mobile TV hiện tại có chất lượng còn thấp, chưa đáp ứng nhu cầu tốc độ cao của người sử dụng 3G. Trong tương lai việc các nhà mạng tại Việt Nam triển khai, đầu tư nâng cấp mạng di động hiện tại lên LTE là nhu cầu gần như tất yếu nhằm cung cấp các dịch vụ ứng dụng băng rộng, tốc độ cao như truyền hình HD & VoD, Video/VoIP Call chất lượng cao, trò chơi trực tuyến, … phục vụ cho khách hàng.2 Tổng quan về mạng thông tin di động 4G/LTE-A 1.1 Giới thiệu về mạng 4G/LTE-A Hiện nay, tại nhiều nước trên thế giới, khi phiên bản đầu tiên của chuẩn LTE đang hoàn thành thì tâm điểm của sự chú ý đang chuyển sang sự tiến hóa tiếp theo của công nghệ này, đó là LTE-Advanced. Một trong những mục tiêu của quá trình tiến hóa này là để đạt tới và thậm chí vượt xa những yêu cầu của IMT-Advanced của ITU-R nhằm cải thiện một cách đáng kể về mặt hiệu năng so với các hệ thống hiện tại bao gồm cả hệ thống LTE phiên bản đầu tiên.

Các chuyên gia công nghệ cũng nhận định rằng LTE cần phải cải tiến và LTE-Advanced sẽ là chuẩn phù hợp trong tương lai gần [8]. 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 Luan van 7 Telecommunication Union) đặt ra cho hệ thống mạng không dây thế hệ thứ 4.Các yêu cầu chủ yếu bao gồm: ❖ Hỗ trợ độ rộng băng tần lên đến và bao gồm 40 MHz. ❖ Khuyến khích hỗ trợ các độ rộng băng tần rộng hơn (ví dụ như 100 MHz). ❖ Hiệu suất sử dụng phổ tần đỉnh đường xuống tối thiểu là 15 bit/Hz/s (giả sử sử dụng MIMO 4×4).

❖ Hiệu suất sử dụng phổ tần đỉnh đường lên tối thiểu là 6. ❖ Tốc độ thông lượng lý thuyết là 1. LTE-Advanced là bản nâng cấp của LTE và hoàn toàn có thể đáp ứng các yêu cầu này. LTE-Advanced là phiên bản nâng cấp của LTE và 2 chuẩn này hoàn toàn tương thích với nhau.

Các đầu cuối sử dụng LTE-Advanced mới vẫn hoạt động tốt với các mạng LTE thông thường và ngược lại. Điều này có lợi cho cả người dùng và nhà mạng. 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.

Không chỉ có tốc độ nhanh hơn, LTE-Advanced cũng bao gồm những giao thức truyền tải mới, hỗ trợ đa an-ten 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. Hỗ trợ độ rộng băng tần lên đến 100 MHz. Với một kỹ thuật mới có tên là tổng hợp sóng mang (Carrier Aggregation) LTE – Advanced có thể làm tăng số lượng băng thông khả dụng dành cho thiết bị di động bằng cách ghép nối các kênh tần số, hay còn gọi là sóng mang nằm ở các phần khác nhau 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 20MHz.

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 Luan van 8 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 10MHz ở các tần số 800MHz và 1,8GHz riêng biệt thành một kênh 20MHz 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. Hiệu suất sử dụng phổ tần đỉnh đường xuống là 30 b/s (giả sử sử dụng MIMO 8×8).

Hiệu suất sử dụng phổ tần đỉnh đường lên là 15 b/s (giả sử sử dụng MIMO 4×4). MIMO (Multiple Input Multiple Output) cho phép các trạm thu phát và các thiết bị di động gửi và nhận dữ liệu bằng nhiều ăng-ten. LTE có hỗ trợ phần nào MIMO nhưng chỉ cho chiều tải xuống. Ngoài ra chuẩn này còn giới hạn số lượng ăng-ten ở mức tối đa là bốn bộ phát ở phía trạm và bốn bộ thu ở thiết bị di động.

LTE-Advanced thì cho phép tối đa tám cặp thu phát ở chiều tải xuống và bốn cặp ở chiều tải lên. Ở môi trường không dây nhiều nhiễu như tại rìa các cell hoặc trong một ô tô đang di chuyển các bộ phát và thu sẽ phối hợp với nhau để tập trung tín hiệu vô tuyến vào một hướng cụ thể.