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 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS TS Nguyễn Quốc Tuấn, người thầy ln tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện tốt cho em suốt thời gian làm luận văn Hỗ trợ dẫn giúp em hoàn thành phần thực nghiệm Xin cảm ơn thầy, cô khoa Điện tử viễn thông, trường Đại học Công nghệ - ĐHQG Hà nội tạo điều kiện giúp đỡ, bảo cho lời khuyên vô quý báu Em xin trân trọng cảm ơn ! Học viên Nguyễn Mạnh Tiến LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn kết riêng tôi, hướng dẫn PGS TS Nguyễn Quốc Tuấn, không chép Nội dung luận văn có tham khảo sử dụng tài liệu thông tin đăng tải tác phẩm, tạp chí trang Website theo danh mục tài liệu tham khảo luận văn Tác giả luận văn Nguyễn Mạnh Tiến MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT .5 DANH MỤC BẢNG 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 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 mạng 4G .18 1.3 Kết luận chương 20 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ MẠNG LTE CHO MẠNG 4G 21 2.1 Giới thiệu công nghệ LTE 21 2.1.1 Mục tiêu LTE 21 2.1.2 Các đặc tính LTE 22 2.1.3 Các thông số lớp vật lý LTE 23 2.2 Cấu trúc LTE .24 2.3 Các kênh sử dụng E-UTRAN 29 2.4 Một số đặc tính 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 2.4.4 Nhiễu MAI LTE 32 2.5 Các kỹ thuật cho truy nhập vô tuyến LTE 32 2.5.1 Công nghệ đa truy nhập cho đường xuống OFDM OFDMA 32 2.5.2 Kỹ thuật đa truy nhập cho đường lên SC-FDMA 40 2.5.4 Kỹ thuật đa anten MIMO 42 2.5.5 Mã hóa Turbo 45 2.5.6 Thích ứng đường truyền 45 2.5.7 Lập biểu phụ thuộc kênh .46 2.5.8 HARQ với kết hợp mềm 46 2.6 Chuyển giao 47 2.6.1 Mục đích chuyển giao 47 2.6.2 Trình tự chuyển giao 47 2.6.3 Các loại chuyển giao 50 2.6.4 Chuyển giao LTE 52 2.7 Điều khiển công suất 53 2.7.1 Điều khiển cơng suất vịng hở 54 2.8 Kết luận chương 56 CHƯƠNG 3: TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI CUNG CẤP DỊCH VỤ VÔ TUYẾN BĂNG RỘNG VÀ XU THẾ THỊ TRƯỜNG TẠI VIỆT NAM 58 3.1 Tình hình triển khai cung cấp dịch vụ vô tuyến băng rộng 58 3.2 Đánh giá tình hình triển khai LTE giới, kinh nghiệm quốc tế cấp phép triển khai LTE 59 3.2.1 Tình hình triển khai LTE giới 59 3.2.2 Tiến trình thương mại hóa cơng nghệ LTE 60 3.2.3 Các dịch vụ triển khai mạng 4G LTE/SAE 60 3.2.4 Định hướng cấp phép mạng 4G LTE/SAE 60 3.3 Khả triển khai LTE-Advanced Việt Nam 60 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 Tỉnh Thừa Thiên Huế 63 4.2 Tính tốn 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 86 KẾT LUẬN 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 NHỮNG TỪ VIẾT TẮT Hệ thống thông tin di động hệ 1G One Generation Cellular 2G Second Generation Cellular 3G Third Generation Cellular 4G Four Generation Cellular 3GPP Third Generation Patnership Project Dự án hợp tác hệ thứ Hệ thống thông tin di động hệ thứ hai Hệ thống thông tin di động hệ thứ ba Hệ thống thông tin di động hệ thứ tư A ACK Tín hiệu xác nhận BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá 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 ACK B C D DL-SCH Downlink Share Channel Kênh chia sẻ đường xuống DL Hướng xuống Downlink E EDGE Enhance Data rates for GSM Tốc độ liệu tăng cường cho Evolution 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 F FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số FDD FrequencyDivision FEC Duplexing Forward Error Correction Sửa lỗi hồi tiếp Ghép kênh phân chia theo tần số G GSM Global System for Mobile GERAN GSM/EDGE Radio Access Network Hệ thống di động toàn cầu Mạng truy nhập vô tuyến GSM/EDGE GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ gói vơ tuyến thơng 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 Truy cập gói OFDM tốc độ cao HO Handover Chuyển giao HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao HSS Home Subscriber Server Quản lý thuê bao cao I ITU International Telecommunication 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 Mobile Station Trạm di động MIMO Multi Input Multi Output Đa ngõ vào đa ngõ Hệ thống đa phương tiện sử dụng IP L LTE M MME Mobility Management Entity Quản lý tính di động MAC Medium Access Control Điều khiển trung nhập trung bình MUMIMO Đa người dung – Đa ngõ vào đa ngõ Multi User – MIMO MoU Minutes of Using Thời gian sử dụng MCS Modulation Coding Scheme Kỹ thuật mã hóa điều chế O OFDM OFDMA Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần số Multiple Orthogonal trực giao Frequency Division Đa truy nhập phân chia theo tần số Multiple Access trực giao P Tỷ số công suất đỉnh công PAPR Peak-to-Average Power Ratio P2P Point to Point Điểm đến điểm PDSCH 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 Kênh tin nhắn Quality of Services Chất lượng dịch vụ RLC Radio Link Control Điều khiển kết nối vô tuyến RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến RB Resource Block Khối tài nguyên RE Resource Element Thành phần tài nguyên 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 Reference Signal Tín hiệu tham khảo SDR Software - Defined Radio Phần mềm nhận dạng vô tuyến SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu SC- Single Carrier Frequency Division Đa truy cập phân chia theo tần số FDMA multiple Access trực giao đơn sóng mang SMS Short Message Service Tin nhắn ngắn SAE System Architecture Enhance Cấu trúc hệ thống tăng cường SGSN Serving GPRS Support Node Nút cung cấp dịch vụ GPRS RS S SUMIMO Single User Multi Input Multi Output Đơn user-Đa ngõ vào đa ngõ 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 UTRAN UTMS Đường lên Uplink UTMS Terrestrial Radio Access Networks Universal Telecommunication Mobile System Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất Hệ thống thông tin di động User Equipment Thiết bị người dùng (Di động) 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 78 Đường màu đỏ hình 4.6 cho ta thấy thơng lượng hệ thống đạt hiệu suất ổn định so với tổng thông lượng k người dùng lối vào Số lượng người dùng k thay đổi tùy thuộc vào lưu lượng gọi người, kích thước hàng đợi tối đa cho phép hệ thống mức độ gói tin Số lượng người dùng k truyền tin thay đổi từ 200 hình 4.6 tùy thuộc vào lưu lượng người dùng (nằm khoảng từ 12kb/s 1.25 Mb/s) Giải thuật lập lịch Round Robin nhằm nâng cao thông lượng truyền dẫn quan tâm đến độ dài hàng đợi người dùng [qi] mà không quan tâm đến tham số khác SINR, độ trễ gói [di] yêu cầu người dùng Do giải thuật RR không đáp ứng yêu cầu dịch vụ mạng LTE Một giải thuật khác dựa RR gọi hội thiếu hụt Round Robin (Opportunistic Deficit Round Robin-ODRR) áp dụng ODRR nhằm nâng cao thông lượng truyền dẫn, sử dụng hai tham số lập lịch: độ dài hàng đợi người dùng [qi] độ trễ gói tin người dùng Luận văn khơng sâu vào giải thuật ODRR giải thuật lập lịch ODRR không khác nhiều so với giải thuật lập lịch RR Hiệu giải thuật lập lịch RR khơng cao bị ràng buộc tính cơng nười dùng 4.3.2 Giải thuật lập lịch Best CQI (Max Rate) Trong mạng LTE, ACM sử dụng nhằm đáp ứng chất lượng dịch vụ điều kiện mơi trường có biến đổi (Sương mù, mưa, che khuất ) Tuy nhiên UEi có CQIi khác vùng phủ sóng, eNodeB truyền tin phải thỏa mãn điều kiện chung UEi, khơng thể cho đáp ứng địi hỏi cá thể UEi riêng biệt Cơ chế lập lịch CQI đưa để phù hợp với chế truyền thông dựa điều chế mã hóa thích nghi (ACM) LTE Thông tin UEi gửi cho eNodeB trạng thái kênh truyền dạng giá trị gọi CQIi CQI UE tính tốn từ SINR RB cấp phát Dựa vào CQI, lập lịch định điều chế kiểu gì, mã hóa kiểu Giá trị CQI đại diện cho hay nhóm RB mà UE cấp phát, UE cấp phát nhiều RB cần CQI, điều giảm tải báo hiệu dành cho báo cáo từ UE eNodeB Trong LTE, CQI có giá trị từ đến 15 79 Bên cạnh CQI tiêu chí lập lịch, thơng tin lịch sử UE thông lượng, đệm UE, độ ưu tiên yếu tố quan trọng Không dựa vào CQI để ưu tiên cho UE có CQI cao, mà phải dựa vào độ ưu tiên UE, độ ưu tiên dịch vụ UE Bên cạnh đó, cịn phải đảm bảo cơng cho UE thơng lượng chẳng hạn Tóm lại, nhiệm vụ lập lịch định UE sử dụng RB, CQI UE dùng gói tin UE gửi Kỹ thuật lập lịch Best CQI cấp phát tài nguyên cho người dùng có điều kiện kênh vơ tuyến tốt Trên đường xuống, UE nhận tín hiệu tham chiếu (tín hiệu tham chiếu đường xuống) symbol cố định, từ UE tính tốn CQI tương ứng báo cáo gửi cho eNodeB Giá trị CQI cao nghĩa điều kiện kênh truyền tốt, UE chọn để cấp phát tài nguyên Kỹ thuật lập lịch tăng dung lượng eNodeB khơng đảm bảo tính cơng cho UE, UE xa node B không cấp phát tài nguyên Điểm khác biệt lớn thuật toán thuật toán Round Robin mơ tả để có chất lượng kênh người sử dụng vào tài khoản Sau giá trị CQI tất người dùng khe thời gian cập nhật, trình lập lịch thực so sánh lựa chọn cho người sử dụng CQI cao để lên lịch băng thông hệ thống không đủ để phục vụ người sử dụng Sau thời gian định, CQI người dùng cập nhật Bộ lập lịch nhận thơng tin lặp lại q trình lập kế hoạch Hình 4.7 Nguyên tắc hoạt động thuật tốn Max CQI 80 Theo hình 4.7, lập lịch lựa chọn người dùng m để lập lịch người dùng thỏa mãn điều kiện sau: Trong thị chất lượng kênh người dùng i, hàng đợi liệu người dùng thứ m’ đệm, mà người dung m yêu cầu độ dài băng thông băng thông kênh truyền (hệ thống) Hình 4.8 Thuật tốn lập lịch Max CQI Lấy chất lượng kênh xem xét làm cho việc cài đặt thực thuật toán hệ thống phức tạp Điều đòi hỏi nâng cấp đáng kể sở hạ tầng Nhưng vai trị thuật tốn thể rõ ràng nhà cung cấp mạng muốn cung cấp vùng phủ sóng đến khu vực dân cư Sau đó, MAX CQI thuật tốn giúp tối ưu hóa nguồn lực, tối đa hóa hiệu suất hệ thống Thuật toán CQI sử dụng tham chiếu đạt kết tốt dung lượng hệ thống 81 Hình 4.9: Thơng lượng hệ thống giải thuật lập lịch RR CQI Trong điều kiện số người dùng CQI truyền lập lịch ln người sử dụng có SNR lớn nhất, người sử dụng có SNR cao (nhiễu fading thấp) xếp truyền tất thời gian, người khác có SNR thấp (hay bị ảnh hưởng fading sâu) khơng dự kiến truyền Như thấy hình 4.9, thông lượng dựa lập lịch CQI cao chế lập lịch RR, hồn tồn bỏ qua công người dùng Nhất mơi trường khơng dây, kênh người sử dụng khác nhiều khoảng cách từ người dùng khác tới EnodeB khác biến động fading đa đường người dùng khác Thời gian mô chọn phút, tương đương với thời gian 30,000 frame, 450,000 time slot Trong thời gian này, CQI cập nhật 150,000 lần Việc đảm bảo hoạt động hai giải thuật hiệu suất hệ thống đánh giá xác Yếu tố đưa để làm thước đo cho hiệu suất hoạt động giải thuật lập lịch thơng lượng tổng tồn hệ thống Ngồi ra, so sánh thông lượng người dùng có CQI trung bình thấp cao để đưa nhận xét tính cơng giải thuật lập lịch 4.3.3 Giải thuật lập lịch Proportional Fair (PF) Như thấy đây, giải thuật lập lịch CQI thỏa mãn yêu cầu truyền thông dựa ACM – MIMO mạng 4G/5G (LTE-LTE-A) cho thông lượng tốt 82 dựa tham số SINR độ dài hàng đợi Tuy nhiên giải thuật công người dùng Giải thuật lập lịch RR (hay ODRR) dựa độ dài hàng đợi độ trễ có độ cơng cao người dùng Tuy nhiên lại có thơng lượng thấp so với giải thuật CQI (Max CQI) Tuy nhiên điều quan tâm đạt dung lượng tối đa bao nhiêu, có người sử dụng truyền tải thời điểm sóng mang cấp Người dùng phải có tín hiệu mạnh thời điểm cụ thể, so với mức dung lượng trung bình nhận tất người dùng Hình 4.10 Độ cơng thơng lượng thuật tốn Proportional Fair thuật toán kết hợp giải thuật lập lịch CQI giải thuật Round Robin với mục tiêu tối đa hóa thơng lượng, đảm bảo QoS độ cơng người dùng Các UE xếp theo độ ưu tiên hàm ưu tiên theo u cầu người dùng Thơng lượng trung bình UE cập nhật sau khối tài nguyên RB cấp phát Ban đầu, lập lịch cấp phát tài nguyên RB cho UE ngẫu nhiên Sau lập lịch cấp phát RB cho UE có độ ưu tiên cao Nó lặp lại bước đến tài nguyên dùng hết hay tất tài nguyên cần cho UE thỏa mãn Cuối có K loại cấp phát RB, K loại cấp phát RB i  a rg m a x k R k , n ( t) T k ,n ( t ) (4.7) Trong đó: R k , n (t) tốc độ liệu UE k khối tài nguyên n thời điểm t Ðại diện cho tốc độ liệu UE k có cấp tài nguyên RB n thời 83 điển t Có thể thấy giá trị phụ thuộc nhiều vào CQI, CQI lớn R k , n (t) lớn, lúc UE k có khả chọn Tk ,n (t) thơng lượng trung bình UE k q khứ Ðại lượng cho thấy thơng lượng trung bình mà UE k sử dụng Nếu đại lượng lớn, UE k khả chọn Nếu đại lượng nhỏ, UE k có khả chọn Trong thuật toán ta tính tốn R k , n (t) Tk ,n (t) sau cấp RB cho UE Khi lần cấp xong RB cho UE, việc tính tốn thực lại Tốc độ liệu R k , n (t) tốc độ UE k RB n thời điểm t, tốc độ tốc độ RB tính tốn từ phương pháp điều chế, phương pháp mã hóa Ta tính R k , n (t) Tk ,n (t) theo công thức + Một tài nguyên cấp tới người dùng, tốc độ liệu thời người dùng xác định BS phục vụ người dùng tốc độ Theo lý thuyết thông tin, tốc độ dịch vụ thời sóng mang thứ n khe thời gian thứ t đưa là: (4.8) + Thơng lượng trung bình Tk,n(t) cập nhật sử dụng lọc thơng thấp có trọng số hàm mũ (4.9) Trong luận văn này, thuật toán PFS hệ thống OFDM (được sử dụng mạng 4G/5G) sử dụng coi sóng mang độc lập với Vì thế, ta phải tính tốn người dùng có giá trị lớn tính theo (4.7) sóng mang khe thời gian để cấp sóng mang tới người dùng Ta phải cập nhật thơng lượng trung bình phương trình (4.9) sóng mang khe thời gian Vì thế, thuật tốn PFS xét đến sóng mang độc lập với ta phải cập nhật hệ thống khe thời gian Thuật tốn khơng ý đến yêu 84 cầu tốc độ người dùng cấp công suất thường không xem xét, có vài điểm yếu làm giảm tính hệ thống triển khai môi trường kênh người dùng khơng đồng Thuật tốn cấp lượng tức phân bố công suất truyền tương đương sóng mang Hình 4.11 Thuật tốn lập lịch PF Để so sánh thông lượng tham số mạng khác giải thuật RR, CQI PF tiêu chí đánh giá độ cơng thông qua tham số mô F - Với F=1: tất người dùng hệ thống chia sẻ công tài nguyên hệ thống - Với F=0: Khi người dùng chiếm toàn tài nguyên hệ thống Các thuật toán RR Max rate độc lập với thơng số tc, cơng theo thuật tốn trì khơng đổi thể đường biên công 85 Hình 4.12 Đồ thị đánh giá thơng lượng Đánh giá kỹ thuật lập lịch thông qua tiêu chí thơng lượng độ cơng bằng: - Kỹ thuật lập lịch RR: + Nhìn vào hình 4.10 ta thấy suốt thời gian mơ thuật tốn cấp phát tài nguyên hệ thông công cho tất người sử dụng (F=1) + Nhìn vào hình 4.12 ta thấy suốt thời gian mơ thuật tốn RR cấp phát thông lượng cho MS gần lần lại cho thấy tính cơng thuật tốn lập lịch Tuy nhiên thơng lượng tổng cộng cấp phát cho MS thấp nhiều so với thuật tốn cịn lại + Kỹ thuật Round Robin đơn giản Việc cấp phát tài nguyên quan tâm đến việc tăng thông lượng truyền thơng khơng đảm bảo cơng thông lượng cho tất MS để đảm bảo chất lượng đường truyền Nếu kích thước gói thay đổi nhiều (hay tham số độ dài hàng đợi tăng) kỹ thuật RR khơng cịn cơng nhiên thuê bao cấp phát tài nguyên nằm phạm vi phủ sóng mạng lưới - Kỹ thuật lập lịch CQI: + Nhìn vào hình 4.10 ta thấy F=0.6 tức suốt thời gian mơ thuật tốn cấp phát tài ngun khơng đồng cho người sử dụng 86 + Nhìn vào hình 4.12 ta thấy thơng lượng cấp phát cho MS biến thiên nhiều, độ chênh lệch cao khơng đồng Nó phản ánh tính chất thuật tốn độ cơng Ngồi dựa vào đồ thị ta thấy thuật toán cấp phát thông lượng tốt cho MS + Điều chứng minh lập lịch CQI phát tới người dùng có SINR lớn nhất, người dùng đỉnh fading có khả lập lịch lúc, người dùng khác có fading sâu khơng lập lịch Vậy thuật tốn lập lịch Max Rate khơng đảm bảo cơng việc cấp phát tài nguyên cho người sử dụng - Kỹ thuật lập lịch công tỷ lệ: + Nhìn vào hình 4.12 ta thấy suốt thời gian mơ thuật tốn cấp phát tài ngun hệ thông công cho tất người sử dụng không khác so với thuật tốn Round Robin Thậm chí tính khoản thời gian dài trường hợp kích thước gói tin khác thuật tốn cịn đảm bảo độ cơng so với thuật tốn RR + Nhìn vào hình 4.12 ta thấy thơng lượng cấp phát cho MS có độ chệnh lệch đồng so với thuật toán Max Rate Mức độ cấp phát thông lượng hệ thống thấp Max Rate cao đáng kể so với Round Robin + Đây thuật tốn vừa đảm bảo việc cấp phát tài nguyên hệ thống công vừa đảm bảo thông lượng cao Tuy nhiên vấn đề quan trọng khả xử lý nhớ đáp ứng cho thuật toán lớn thực tế Thuật toán yêu cầu đầu tư chi phí thiết bị để đáp ứng cao 4.4 Kết luận chương - Dựa quy hoạch định cỡ vùng phủ, đánh giá đặc điểm kỹ thuật lập lịch định đến việc cấp phát tài nguyên hệ thống, đáp ứng nhu cầu truy cập nêu đặc thù thuê bao, vùng phủ sóng Tỉnh Thừa Thiên Huế nguồn kinh phí đầu tư mạng lưới nhà cung cấp dịch vụ Ta đưa việc chọn lựa thuật tốn lập lịch thích hợp cho enodeB vùng khác - Ta nhận thấy thành phố Huế với mật dộ dân cư cao với nhu cầu sử dụng dịch vụ lớn đa dạng, đòi hỏi chất lượng dịch vụ thật tốt, trạng thái liên kết phải liên tục cần trạm gốc eNodeB đáp ứng yêu cầu đề 87 Vậy enodeB nên chọn kỹ thuật lập lịch Proportional Fair với đặc điểm vừa đảm bảo độ cơng vừa có thơng lượng hệ thống cao từ tối ưu hóa tối đa hiệu mạng lưới đáp ứng tối đa nhu cầu người sử dụng dịch vụ Tuy nhiên đánh đổi lại hệ thống thiết bị phức tạp tốn để ứng dụng kỹ thuật lập lịch Proportional Fair vào eNodeB - Còn huyện mật độ dân cư thấp, thưa thớt, nhu cầu dịch vụ không đa dạng, lưu lượng kết nối địi hỏi khơng cao Vậy để tối ưu hóa nguồn lực, tối đa hóa hiệu suất hệ thống trình bày enodeB nên chọn kỹ thuật lập lịch Best CQI nhằm tận dụng tối đa vùng phủ sóng, tối đa hiệu mạng Nhưng thuật tốn địi hỏi nâng cấp đáng kể sở hạ tầng không so với thuật toán lập lịch Proportional Fair - Nếu xét đến tiêu chí tiết kiệm kinh phí đầu tư mạng lưới nhà mạng, khả cung cấp thiết bị nhà sản xuất đơn giản dể dàng vận hành hệ thống nâng cao thông lượng truyền dẫn, đảm bảo cơng Các enodeB tồn Tỉnh Thừa Thiên Huế tích hợp thuật tốn lập lịch RR hay ODRR Tuy nhiên thơng lượng toàn mạng đạt thấp, nguồn tài nguyên bị lãng phí 88 KẾT LUẬN Cơng nghệ LTE, hiểu công nghệ di động hệ thứ 4, triển khai vài nước giới có lẽ lựa chọn mạng Việt Nam, vốn trung thành với dịng cơng nghệ di động GSM (thế hệ thứ 2), UMTS/WCDMA (thế hệ thứ 3) Khi trải nghiệm mạng hệ thứ sau nâng cấp lên từ GSM, gọi hài lịng với chất lượng dịch vụ mà hệ thứ đem lại Mặc dù chưa thương mại hóa nhiều LTE hứa hẹn làm người dùng hài lòng vượt trội công nghệ so với hệ thứ Để trì lợi cạnh tranh mình, nhà mạng di động bắt đầu nghiên cứu triển khai công nghệ LTE vào thực tế LTE cơng nghệ gói tối ưu dành cho truy nhập vô tuyến với độ trễ thấp, băng thông lớn thông lượng cao Với đặc điểm mạng toàn IP, hỗ trợ hoàn toàn cho dịch vụ chạy IP, LTE phát triển để trở thành mạng internet không dây mạnh mẽ hỗ trợ lúc, nơi với băng thông hàng trăm Mb/s Khi eNodeB thay vai trò RNC NodeB hệ thứ 3, việc quản lý điều khiển hoạt động giao diện vô tuyến eNodeB đảm trách Khi đó, vai trị cấp phát tài nguyên phụ thuộc nhiều vào lập lịch lớp MAC eNodeB Bộ lập lịch thực thể thông minh đóng vai trị chủ đạo LTE Bởi lập lịch phải nhận nhiều thông tin, xử lý đưa định xác hiệu cho việc cấp phát tài nguyên cho người dùng Hoạt động lập lịch liên quan đến tất lớp từ lớp RLC, đến MAC, lớp vật lý, bao gồm tiếp nhận, yêu cầu thông tin điều khiển thành phần thuộc lớp Vì thế, lập lịch phải hoạt động theo thuật toán tối ưu Đó kỹ thuật lập lịch Do nghiên cứu kỹ thuật lập lịch quan trọng việc quy hoạch mạng nói chung quy hoạch dung lượng nói riêng, luận văn phần việc “nghiên cứu triển khai mạng 4G LTE Tỉnh Thừa Thiên Huế” Việc phát triển kỹ thuật lập lịch quen thuộc nhiều lĩnh vực từ dịch vụ, hàng không, bán hàng, thông tin, máy tính…với thuật tốn đơn giản ban đầu FIFO, Round Robin đến thuật toán phức tạp Maxmin, PF, Exp Rule…Kỹ thuật lập lịch phát triển nhiều môi trường mạng IP đời Việc 89 phát triển thuật toán lập lịch di động thực đến LTE đời, thuật toán lập lịch eNodeB thực trở thành quan trọng LTE hệ thống di động toàn IP Thuật tốn lập lịch hay cịn gọi kỹ thuật lập lịch hiểu thủ tục để hệ thống cấp phát tài nguyên cho người dùng theo cách hành xử khác nhau, theo tiêu chí khác độ ưu tiên người dùng, độ ưu tiên dịch vụ, đảm bảo chất lượng dịch vụ, băng thông cao hay hiệu sử dụng cao nhất, đảm bảo tính an tồn mạng, tránh tắc nghẽn…Mặc dù có nhiều thuật tốn lập lịch, việc phát triển thuật tốn lập lịch cho lĩnh vực thơng tin di động phức tạp, khó tìm thuật tốn lập lịch sử dụng LTE ngồi Round Robin, ODRR, Best CQI, PF Nội dung luận văn “Nghiên cứu triển khai mạng LTE Tỉnh Thừa Thiên Huế”, tập trung vào nghiên cứu kỹ thuật lập lịch LTE ảnh hưởng đến vấn đề quy hoạch dung lượng, luận văn tập trung vào kỹ thuật, không sâu vào thuật tốn Sau luận văn ứng dụng mơ hoạt động kỹ thuật eNodeB điều kiện mơi trường vơ tuyến nhằm có số liệu cần thiết, phục vụ cho việc so sánh, đánh giá kỹ thuật với Các kỹ thuật chọn mô Round Robin, Best CQI, PF Kết mô thực đem lại cho nhiều kết Trước hết, kết bước kiểm chứng cho nghiên cứu lý thuyết kỹ thuật lập lịch, tính chất, ưu nhược điểm kỹ thuật Sau bước so sánh kỹ thuật nhằm đề xuất kỹ thuật lập lịch hiệu ứng dụng vào eNodeB khu vực thuộc Tỉnh Thừa Thiên Huế để phù hợp với nhu cầu người sử dụng, lợi ích nhà mạng tối ưu hệ thống Sau mô phỏng, luận văn có bước so sánh đánh giá thuật toán lập lịch Kết nhận là: Nếu hệ thống cần thơng lượng lớn nên chọn Best CQI, PF Nếu hệ thống cần độ cơng nên chọn PF, Round Robin Nếu chọn thuật tốn đảm bảo vừa thơng lượng hiệu vừa độ cơng ta nên chọn PF Đây bước đánh giá dựa vào kết mô Kết cho thấy để chọn thuật toán lập lịch hiệu với hệ thống chuyện dễ eNodeB khơng phải siêu máy tính, khơng thể xử lý hàng loạt phép tính phức tạp tích tắc hàng ms để đưa định tức thời Mặc dù PF thuật toán kiểm 90 nghiệm tốt nhất, để ứng dụng eNodeB cịn phải qua thực nghiệm nhiều vấn đề quan trọng khả xử lý nhớ đáp ứng cho thuật toán tối ưu lớn.Vì thế, việc chọn kỹ thuật lập lịch phù hợp với hệ thống vấn đề quan trọng Việc áp dụng kỹ thuật lập lịch hệ thống di động LTE cần nhiều thông tin để ứng dụng kỹ thuật lập lịch cho LTE lưu lượng tại, lưu lượng tương lai, bố trí mạng lưới, vị trí địa lý, đặc điểm thói quen truy cập khách hàng, khả đường truyền, khả xử lý eNodeB…Rất nhiều yếu tố liệt kê cho thấy việc áp dụng kỹ thuật lập lịch quan trọng, ảnh hưởng nhiều đến hệ thống di động LTE người dùng Rất khó hồn thiện hết khía cạnh luận văn Và với tất nghiên cứu cần có cải tiến, hồn thiện thời gian để kiểm chứng Đối với luận văn quy hoạch cho mạng truy nhập 4G LTE Để việc nghiên cứu mơ thuật tốn lập lịch mơi trường LTE xác ngồi việc đánh giá thông số thông lượng, độ công nên nghiên cứu thêm thơng số lỗi gói, vấn đề chất lượng dịch vụ tác dụng thuật toán lập lịch QoS đến dịch vụ cụ thể Hơn sử dụng cơng cụ mơ xác mang lại kết tốt cho toán quy hoạch mạng 4G LTE Hiện kết mô cho với kịch có sẵn Nếu hồn thiện với kịch khác cơng cụ trở nên hồn thiện 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO Phần tiếng việt: Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Giáo trình thơng tin di động”, Hà Nội 2002 Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Giáo trình lý thuyết trải phổ đa truy nhập vơ tuyến”, Hà Nội 2004 Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Giáo trình thơng tin di động hệ thứ 3”, Hà Nội 2004 Trịnh Anh Vũ, Nguyễn Viết Kính, “Giáo trình thơng tin số”, Hà Nội Phần tiếng anh: Leonhard Korowajczuk, “LTE WiMAX Network Planning and Optimizin” Year 2011 John Wiley & Sons, Ltd Ajay R Mishra - Nokia network, “Advanced Cellular Network Planning andOptimisation”, John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester,West Sussex PO19 8SQ, England Tshiteya Dikambal “Downlink Scheduling in 3GPP Long Term Evolution (LTE)” Master thesis Wireless and Mobile Communication (WMC) Group Faculty of Electrical Engineering, Mathematics an, d Computer Science Delft University of Technology, 2011, Holland K Norlund, T Ottosson, A Brunstrom, “Fairness Measures for Best Effort Traffic in WirelessNetworks” Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 2004, IEEE, Vol 4, pp.2953-2957, September 2004 R Elliott, “A Measure of Fairness of Service for Scheduling Algorithms in Multiuser Systems”Electrical and Computer Engineering, 2002, IEEE vol 3, pp 1583-1588, August 2002 10 David Tse and Pramod Viswanath (2005), “Fundamentals of wireless communication”, Cambridge University 11 3GPP (2011), Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) Medium Access Control (MAC) protocol specification (3GPP TS 36.321 version 10.0.0 Release 10) 12 Nokia Siemens Network (2008), LTE SAE overview v1.0 13 Nokia Siemens Network (2008), LTE Air interface v1.0 14 Bong Youl (Brian) Cho (2011), LTE MAC/RLC/PDCP/RRC 92 15 Kambiz Homayounfar, Bijan Rohani (2008), CQI Measurement and Reporting in LTE: A New Framework 16 Erik Eriksson (2008), Channel Quality Information Reporting and Channel Quality Dependent Scheduling in LTE 17 Kristoffer Roberg (2010), Simulation of scheduling algorithms for femtocells in an LTE environment 18 Albert Serra Pagès (2009), A Long Term Evolution Link Level Simulator, Universitat Politècnica de Catalunya 19 Roke (2009), LTE eNodeB MAC Scheduler Interface 20 Bilal Sadiq, Ritesh Madan, Ashwin Sampath (2009), Downlink Scheduling for Multi-class Traffic in LTE 21 Tshiteya Dikamba (2011), Downlink Scheduling in 3GPP Long Term Evolution (LTE) 22 Raymond Kwan, Cyril Leung, and Jie Zhang (2010), Downlink Resource scheduling in an LTE System 23 Bilal Sadiq, Ritesh Madan, Ashwin Sampath (2009), Downlink Scheduling for Multi-class Traffic in LTE 24 Zhiqiang Tang (2010), Traffic Scheduling for LTE Advanced 25 Madhusudan Hosaagrahara, Harish Sethu (2006), Max-Min Fair Scheduling in Input-Queued Switches, IEEE 26 Stefan Schwarz, Christian Mehlfuhrer, Markus Rupp (2009), Low Complexity Approximate Maximum Throughput Scheduling for LTE 27 Zeljko Ilic, Alen Bazant, Borivoj Modlic (2008), An efficient data rate maximization algorithm for OFDM based wireless networks 28 Harold J.Kushner, Philip A.Whiting (2004), Asymptotic Properties of Proportional-Fair Sharing Algorithms: Extensions of the Algorithm UserLevel Performance of Channel-Aware 29 Josep Colom Ikuno, Martin Wrulich, Markus Rupp (2011), Vienna LTE Simulators System Level Simulator Documentation v1.3r427, Institute of Communications and Radio-Frequency Engineering, Vienna University of Technology, Austria ... 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... ? ?Nghiên cứu triển khai mạng LTE Tỉnh Thừa Thiên Huế ” Nội dung luận văn bao gồm chương: Chương 1- Tổng quan phát triển công nghệ mạng di động hệ 1G/2G/3G 4G Chương 2- Công nghệ mạng LTE cho mạng. .. triển khai LTE- Advanced Việt Nam 60 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 Tỉnh Thừa