CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 4G VINAPHONE 1. Tổng quan về mạng di động 4G 4G, hay 4-G, viết tắt của fourth-generation, 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 1,5 Gb/giây. Tên gọi 4G do IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) đặt ra để diễn đạt ý nghĩa "3G and more". Từ việc đạt tối đa tốc độ đường truyền, mạng 4G là điều lý tưởng để người dùng có thể thực hiện các cuộc hội thảo video, truyền hình với độ nét cao, duyệt web tốc độ hay thậm chí điện thoại IP (VoIP).1 Tổng quan dịch vụ các giai đoạn từ 2G đến 4G Mạng 4G hiện hoạt động trên băng tần LTE (Long Term Evolution), công nghệ này được coi như công nghệ di động thế hệ thứ 4 (4G, nhưng thực chất LTE cung cấp tốc độ thấp hơn nhiều so với một mạng 4G thực sự).
4G LTE là một chuẩn cho truyền thông không dây tốc độ dữ liệu cao dành cho điện thoại di động và các thiết bị đầu cuối dữ liệu. Nó dựa trên các công nghệ mạng GSM/EDGE và UMTS/HSPA, LTE nhờ sử dụng các kỹ thuật điều chế mới và một loạt các giải pháp công nghệ, kỹ thuật đa anten để tăng dung lượng và tốc độ dữ liệu.[3] Các tiêu chuẩn của LTE được tổ chức 3GPP (Dự án hợp tác thế hệ thứ 3) ban hành và được quy định trong một loạt các chỉ tiêu kỹ 4 thuật của Phiên bản 8 (Release 8), với những cải tiến nhỏ được mô tả trong Phiên bản 9. LTE-Advanced (Long Term Evolution-Advanced) là sự nâng cấp của công nghệ LTE, công nghệ dựa trên OFDMA này được chuẩn hóa bởi 3GPP trong phiên bản (Release) 8 và 9. LTE-Advanced, dự án được nghiên cứu và chuẩn hóa bởi 3GPP vào năm 2009 với các đặc tả được mong đợi hoàn thành vào quý 2 năm 2010 như là một phần của Release 10 nhằm đáp ứng hoặc vượt hơn so với những yêu cầu của thế hệ công nghệ vô tuyến di động thế hệ thứ 4 (4G) IMT-Advanced được thiết lập bởi ITU.
LTE- Advanced có thể tương thích ngược và thuận với LTE, nghĩa là các thiết bị LTE sẽ hoạt động ở cả mạng LTE Advanced mới và các thiết bị LTE-Advanced sẽ hoạt động ở cả các mạng LTE cũ. LTE-A đòi hỏi những công nghệ mới như là LTE-Advanced và IEEE 802. Một số lý luận cho rằng các phiên bản hiện tại của WiMAX và LTE là 4G nhưng lý luận này chỉ chính xác đối với phiên bản nâng cấp của các công nghệ trên, chẳng hạn LTE- Advanced, còn LTE chỉ có thể gọi với cái tên không chính thức là 3,9G. LTE sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA ở đường xuống.
Trong khi đó, ở đường lên, LTE sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số - đơn sóng mang SC-FDMA. - Tốc độ tối đa đường xuống lên đến 326Mb/s với độ rộng băng tần 20 MHz. - Tốc độ tối đa đường lên lên đến 86,4 Mb/s với độ rộng băng tần 20 MHz. - Hoạt động ở cả hai chế chế độ TDD và FDD.
- Độ rộng băng tần có thể lên đến 20 MHz bao gồm cả các độ rộng băng 1,4; 3; 5; 10; 15 và 20 MHz. - Hiệu quả sử dụng phổ tăng so với HSPA ở Release 6 khoảng 2 đến 4 lần. - Độ trễ giảm với thời gian trễ giữa thiết bị UE và trạm gốc là 10 ms và thời gian chuyển từ trạng thái không tích cực sang tích cực nhỏ hơn 100 ms. Tốc độ truyền dữ liệu của 4G thực tế là cao hơn nhiều so với 3G.
Tốc độ của 3G ở đường xuống khi sử dụng là 14 Mbps và tải lên là 5. Còn với 4G khi sử dụng có thể sẽ đạt được 100 Mbps và 1 Gbps khi ở trạng thái cố định. Hiện nay, hầu hết các 5 thiết bị di động bán ra trên thị trường đều hỗ trợ công nghệ LTE để kết nối các dịch vụ 4G, một số máy thậm chí còn không trang bị chuẩn kết nối cũ 2G hoặc cả 3G.2 Downlink data rate LTE sử dụng chuyển mạch gói với mạng thuần IP. Tại các công nghệ GSM, UMTS và CDMA2000 thì các cuộc gọi sẽ là chuyển mạch kênh, do đó khi sử dụng qua mạng LTE, các nhà mạng sẽ phải thiết kế lại mạng chuyển mạch kênh của họ.
Thông thường, có 3 cách tiếp tái bố trí thiết kế lại mạng chuyển mạch kênh cho các nhà mạng như sau: - VoLTE (Voice Over LTE – Thoại trên nền LTE): Dựa trên mạng Phân hệ đa phương tiện IP (IMS). Khi sử dụng giải pháp này, các nhà mạng chỉ cần nâng cấp các MSC (trung tâm chuyển mạch di động) mà không phải triển khai IMS, do vậy có thể cung cấp các dịch vụ một cách nhanh chóng. Tuy nhiên, nhược điểm của giải pháp này sẽ bị trễ khi thiết lập cuộc gọi. - SVLTE (Simultaneous Voice and LTE – Thoại và LTE đồng thời): Trong phương thức này, điện thoại làm việc đồng thời trong cả hai chế độ LTE và CS, 6 với chế độ LTE cung cấp các dịch vụ dữ liệu và chế độ CS cung cấp dịch vụ thoại.
Đây là một giải pháp hoàn toàn dựa vào thiết bị đầu cuối, nó không có yêu cầu đặc biệt về mạng và không yêu cầu phải triển khai IMS. Nhược điểm của giải pháp này là thiết bị đầu cuối đắt hơn do yêu cầu công suất lớn. Có một phương thức khác, đó là sử dụng các ứng dụng dịch vụ nội dung (Over- the-top content - OTT), với phương thức này thì nghĩa là sử dụng các ứng dụng như Skype và Google Talk để cung cấp dịch vụ thoại LTE. Tuy nhiên, trong hiện tại và tương lai gần, các dịch vụ gọi thoại truyền thống vẫn sẽ là nguồn lợi nhuận chính cho các nhà khai thác di động.
Do đó, chuyển dịch vụ thoại LTE hoàn toàn sang cho OTT sẽ không được nhiều nhà mạng ở thời điểm hiện tại hưởng ứng và ủng hộ. Hầu hết các nhà cung cấp, nhà mạng cung cấp LTE lại quan tâm và thúc đẩy dịch vụ VoLTE hơn. Tuy nhiên, việc thiếu hỗ trợ phần mềm trong các thiết bị LTE cũng như các thiết bị mạng lõi dẫn đến một số hãng ủng hộ VoLGA (Voice over LTE Generic Access – Thoại trên nền LTE thông qua mạng truy nhập chung) như một giải pháp tạm thời. Ý tưởng là sử dụng một số nguyên lý như GAN (Generic Access Network – Mạng truy nhập chung, còn gọi là UMA hay Unlicensed Mobile Access – Truy nhập di động không được cấp phép), trong đó xác định các giao thức thông qua một chiếc điện thoại di động có thể thực hiện các cuộc gọi thoại qua kết nối Internet của khách hàng, thường là qua mạng LAN không dây.
Tuy nhiên VoLGA gần như không nhận được nhiểu sự hỗ trợ vì VoLTE (IMS) cung cấp các dịch vụ linh hoạt hơn nhiều, mặc dù chi phí để nâng cấp toàn bộ cơ sở hạ tầng cho thoại có thể lớn hơn. VoLTE cũng sẽ yêu cầu Cuộc gọi thoại vô tuyến đơn liên tục (SRVCC) để có thể thực hiện trơn tru một sự chuyển giao tới một mạng 3G trong trường hợp chất lượng tín hiệu LTE yếu. Trong lúc đang thực hiện tiêu chuẩn hóa VoLTE cho tương lai, nhưng do nhu cầu các cuộc gọi thoại truyền thống ngày vẫn còn rất lớn nay dẫn tới các nhà khai thác mạng LTE phải đưa vào CSFB làm biện pháp tạm thời. Khi diễn ra một cuộc gọi thoại, điện thoại đang sử dụng mạng LTE sẽ dùng các mạng 2G và 3G cũ hơn để có thể thực hiện được cuộc gọi và duy trì ở các mạng này cho tới khi kết thúc.
Cấu trúc mạng di động 4G Vinaphone tại Hải Dương.1 Kiến trúc logic mạng di động 4G-LTE Mạng 4G VNPT nói chung và VNPT Hải Dương nói riêng đều được triển khai theo kiến trúc theo mô hình của Tập Đoàn thiết kế và đề ra [6]. Kiến trúc mạng 4G-LTE xây dựng trên các tiêu chí : • Tối ưu hóa các dịch vụ chuyển mạch gói khi không cần hỗ trợ chế độ hoạt động chuyển mạch kênh. • Tối ưu cho thông lượng cao hơn để đáp ứng yêu cầu tốc độ bit của người sử dụng đầu cuối cao hơn. • Cải thiện thời gian đáp ứng cho quá trình lập kênh mang và tích cực.
• Cải thiện trễ truyền gói. • Đơn giản hóa tổng thể hệ thống so với các hệ thống 3GPP và hệ thống mạng tổ ong khác hiện có. • Tối ưu hóa tương tác với các mạng truy nhập 3GPP khác. • Tối ưu hóa tương tác với các mạng truy nhập không dây khác.
Mô hình cơ bản được triển khai như hình 1.3 bên dưới dưới. Gồm 2 thành phần chính: Thành phần vô tuyến E-UTRAN (Evolved – Universal Terrestrial Access Network) và thành phần Packet Core EPC (Evolved Packet Core).3 Kiến trúc mạng LTE 8 LTE có cấu trúc tương tự như mạng 3G nhưng phần chức năng của RNC được tích hợp với chức năng của NodeB vào node mạng eNodeB đảm nhiệm. Tách riêng luồng báo hiệu (control plane) và dữ liệu (user plane). Các phần tử logic bên trong kiến trúc 4G-LTE : • Thiết bị người sử dụng (UE) • eNodeB.
• MME, S-GW, P-GW, PCRF, HSS. eNB có thể hoạt động với FDD mode, TDD mode, hoặc dual mode. X2 interface : Dùng cho inter-eNB handover, cân bằng tải và khử nhiễu. Ngoài ra hiện tại mạng LTE chưa thực hiện được cuộc gọi như cách truyền thống mà phải CSFB xuống các mạng công nghệ thấp hơn.
Mô hình kết nối với các mạng khác về cơ bản như hình dưới : Hình 1.4 Kiến trúc mạng LTE kết nối đến mạng 2G và 3G 9 1.2 Chức năng của các khối trong sơ đồ logic Hình 1.5 Sơ đồ chức năng của các khối UE : UE chứa USIM dùng để nhận dạng và nhận thực người sử dụng, UE là một nền tảng cho các ứng dụng thông tin như báo hiệu với mạng về thiết lập, duy trì và giải phóng các liên kết thông tin mà người sử dụng đầu cuối cần. Báo hiệu bao gồm cả các chức năng quản lý di động như chuyển giao và báo cáo vị trí máy đầu cuối. Các giao thức hoạt động giữa UE và mạng lõi được gọi là các giao thức tầng không truy nhập.6 UE Interface 10 eNodeB : Trạm gốc vô tuyến chịu trách nhiệm điều khiển tất cả các chức năng liên quan đến vô tuyến trong phần cố định của hệ thống. Là cầu nối giữ UE và EPC, là điểm kết cuối tất cả các giao thức vô tuyến hướng đến UE và chuyển tiếp số liệu giữa kết nối vô tuyến dựa trên IP tương ứng đến EPC.