Quy hoạch mạng thông tin di động WCDMA cho thành phố viêng chăn

Các kỹ thuật được sử dụng trong hệ thống thông tin di động W-CDMA cũng được giới thiệu trong chương này.. 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG WCDMA Chương này sẽ trình bày tổ

1

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

-

SENG A THITH PHOMMAVANH

QUY HOẠCH MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG WCDMA

CHO THÀNH PHỐ VIÊNG CHĂN

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

Mã số: 60 52 70

Người hướng dẫn khoa học: TS ĐINH VĂN DŨNG

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2011

2

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh nhất và phục vụ con người hữu hiệu nhất Để đáp ứng nhu cầu về chất lượng và dịch vụ ngày càng nâng cao, thông tin di động càng không ngừng được cải tiến

Lào là 1 quốc gia khá phát triển về viễn thông Hiện nay các nhà mạng của Lào như ETL, LTC, LAT cũng đang đi vào quy hoạch và khai thác mạng 3G WCDMA Vấn đề cấp bách hiện nay là quy hoạch và phát triển mạng như thế nào Đây là một bài toán khá hóc búa với các nhà mạng Trong khuôn khổ luận văn, tác giả đi vào nghiên cứu quá trình quy hoạch và phát triển mạng di động thế hệ thứ 3 WCDMA cho thành phố Viêng Chăn Đồng thời đưa ra phương pháp luận cho các nhà khai thác mạng nghiên cứu về tính hiệu quả của công nghệ này

Luận văn gồm có 3 chương :

Chương 1 : Tổng quan về mạng thông tin di động W-CDMA Chương

này giới thiệu quá trình phát triển lên mạng 3G W-CDMA, cấu trúc và chức năng của các thành phần cấu thành lên mạng 3G W-CDMA Các kỹ thuật được sử dụng trong hệ thống thông tin di động W-CDMA cũng được giới thiệu trong chương này

Chương 2 : Phương pháp quy hoạch mạng vô tuyến W-CDMA Trong

chương này giới thiệu nguyên lý chung về quy hoạch mạng vô tuyến, dự báo dung lượng vô tuyến Cuối cùng là các phương pháp quy hoạch mạng vô tuyến và tối ưu hóa mạng 3G W-CDMA

Chương 3 : Quy hoạch thử nghiệm mạng WCDMA cho khu vực thành phố Viêng Chăn Chương cuối này giới thiệu về công tác quy hoạch thử nghiệm

mạng WCDMA cho khu vực thành phố Viêng Chăn nơi tôi đang công tác và sinh sống

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Đinh Văn Dũng cùng các thầy cô trong

Khoa Quốc tế và Đào tạo sau Đại học Các thầy cô đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ tôi

từ khi xây dựng đề cương nguyên cứu, viết chuyên đề đến khi hoành thành luận văn này cũng như cung cấp cho tôi một lượng kiến thức bổ ích để hoàn thành luận văn này

3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG WCDMA

Chương này sẽ trình bày tổng quan về hệ thống thông tin di động thế hệ 3 WCDMA UMTS, lộ trình phát triển của các hệ thống thông tin di động và hệ thống WCDMA, các đặc tính cơ bản của hệ thống WCDMA, cấu trúc hệ thống và chức năng của các phần tử trong mạng WCDMA Đồng thời giới thiệu các kỹ thuật chính

sử dụng trong WCDMA cần lưu ý trong quá trình quy hoạch

1.1 WCDMA và lộ trình phát triển thông tin di động

Từ khi ra đời vào năm 1980 hệ thống thông tin di động thế hệ 1 ( 1G ) sử dụng kỹ thuật tương tự, đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA, AMPS, TACS, NMT dịch vụ chủ yếu là thoại

Năm 1991 hệ thống thông tin di động thế hệ 2 ra đời sử dụng kỹ thuật số băng hẹp đã mở ra một thị trường di động số có tiềm năng to lớn là các hệ thống GSM, IS-136-95 chủ yếu là tiếng thoại và dịch vụ bản tin ngắn, thị trường thông tin

di động bùng nổ yêu cầu cung cấp dịch vụ đa dạng, nhiều tiện ích, đa phương tiện, phù hợp với nhu cầu khách hàng đòi hỏi các nhà kinh doanh dịch vụ viễn thông cần phải đưa ra một thế hệ mạng mới có thể đáp ứng được yêu cầu mới, vì vậy mạng thông tin di động thế hệ 3 ra đời, đây là mạng băng thông rộng có khả năng cung cấp tốc độ bít cho người sử dụng tới 2 Mbps có khả năng sử dụng chồng lấn lên nền thế hệ 2

AMPS: Advanced Mobile Phone System

TACS: Total Access Communication System

GSM: Global System for Mobile Telecommucations

WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access

EVDO: Evolution Data Only

IMT: International Mobile Telecommnications

IEEE: Institute of Electrical and Electtronics Engineers

WiFi: Wireless Fidelitity

WiMAX: Worldwide Interoperability for Microwave Access

4

LTE: Long Term Evolution

UMB: Ultra Mobile Broadband

Hình 1.1 Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động

WCDMA là tiến hoá của GSM để cung cấp các khả năng cho thế hệ ba WCDMA có hai giải pháp được đề xuất cho giao diện vô tuyến: ghép song công phân chia theo tần số (FDD: Frequency Division Duplex) và ghép song công phân chia theo thời gian (TDD: Time Division Duplex) Cả hai giao diện này đều sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng trải phổ chuỗi trực tiếp

Giải pháp FDD sử dụng hai băng tần 5 MHz với hai sóng mang phân cách nhau 190 MHz: đường lên sử dụng dải tần trong dải phổ từ 1920 MHz đến 1980 MHz, đường xuống sử dụng dải tần trong dải phổ từ 2110 MHz đến 2170 MHz Giải pháp TDD sử dụng các tần số trong dải từ 1900 đến 1920 MHz và từ 2010 đến

2025 MHz; ở đây đường lên và đường xuống sử dụng chung một băng tần

WCDMA sử dụng rất nhiều kiến trúc của mang GSM/GPRS hiện có cho mạng của mình, các phần tử như MSC, HLR, SGSN, GGSN có thể được nâng cấp

từ mạng GSM/GPRS hiện có để có thể hỗ trợ đồng thời WCDMA và GSM/GPRS trong giai đoạn đầu triển khai mạng WCDMA

1.2.2 Chức năng của các phần tử trong hệ thống

UE là thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với hệ thống gồm hai phần : thiết bị di động và module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM)

Chức năng của mạng truy nhập vô tuyến UTRAN : khả năng hỗ trợ chuyển

giao mềm và thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến Sử dụng một ngăn xếp giao thức duy nhất ở giao diện vô tuyến để xử lý cả hai số liệu chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói

UTRAN có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy nhập vô tuyến UTRAN gồm hai phần tử :

- Nút B : Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu

PLMN, PSTN ISDN

Internet

Các mạng ngoài

MSC/V

GGSN SGSN

HLR

CN

RNC Node B

Node B

RNC Node B

6

Nó cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến

- Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC có chức năng sở hữu và điều khiển các tài nguyên vô tuyến ở trong vùng RNC còn là điểm truy cập tất cả các dịch

vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN

Trung tâm chuyển mạch di động/bộ ghi định vị tạm trú (MSC/VLR): chức năng của MSC là sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh, còn chức năng của VLR là lưu giữ bản sao về lý lịch của người sử dụng khách cũng như vị trí chính xác hơn của UE trong hệ thống đang phục vụ

SGSN (Serving GPRS Support Node): điểm hỗ trợ GPRS đang phục vụ Có chức năng giống như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói PS

GGSN (Gateway GPRS Support Node): có chức năng giống GMSC nhưng liên quan đến các dịch vụ PS GGSN là điểm neo cho UE và có thể được coi như một Router mặc định

GMSC (Gateway MSC): là chuyển mạch tại điểm kết nối UMTS PLMH và mạng CS ở bên ngoài Trên thực tế GMSC thường được tích hợp vào cùng MSC/VLR Ngoài ra còn có các phần tử như : HLR, AUC, EIR…

1.2.3 Giao diện mạng

Các giao diện mở của WCDMA UMTS liên quan đến việc quy hoạch mạng là IuCS, IuPS, Iub và Iur Giao diện Iub nối các node B với RNC Giao diện Iur được định nghĩa để thông tin giữa các RNC

Giao diện Iu: giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau Iu được chia thành: Iu-CS đây là giao diện để nối mạng vô tuyến đến mạng lõi chuyển mạch kênh và Iu-PS là giao diện để nối mạng vô tuyến đến mạng lõi chuyển mạch gói

1.3 Các kỹ thuật sử dụng trong hệ thống W-CDMA

1.3.1 Mã hóa tiếng đa tốc độ thích ứng AMR

Mã hoá tiếng ở WCDMA sử dụng kỹ thuật đa tốc độ thích ứng AMR (Adaptive Multi Rate) Bộ mã hoá tiếng đa tốc độ này là một codec tích hợp với tám

7

nguồn tốc độ: 12,2 (tương đương với chế độ toàn tốc của GSM); 10,2; 7,95; 7,40 ( IS-641); 6,7 ( PDC-EFR ); 5,9; 5,15 và 4,75 kbps Tốc độ bit AMR được điều khiển bởi mạng truy nhập vô tuyến Để hỗ trợ cho tương hợp với các mạng tổ ong hiện có, một số chế độ của codec giống như ở các mạng tổ ong hiện có Để chuyển mạch chế

độ AMR có hai khả năng: báo hiệu trong băng hay kênh riêng

1.3.2 Điều khiển công suất

Ở thông tin di động CDMA tồn tại các phương pháp điều chỉnh công suất sau:

 Điều khiển công suất vòng hở Trong hệ thống W-CDMA phương pháp này được

sử dụng để thiết lập công suất gần đúng khi truy nhập mạng lần đầu

 Điều khiển công suất nhanh vòng kín gồm điều khiển công suất vòng trong và điều khiển công suất vòng ngoài

1.3.3 Chuyển giao

WCDMA hỗ trợ hai loại chuyển giao: chuyển giao mềm và chuyển giao cứng Chuyển giao mềm là kiểu chuyển giao nối trước khi cắt, ở đây UE có kết nối đến nhiều BTS Chuyển giao cứng là dạng chuyển giao cắt trước khi nối, ở chuyển giao này UE trước hết kết thúc kết nối với ô thứ nhất sau đó mới kết nối đến ô thứ hai Chuyển giao mềm có hai loại, đó là: chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn

8

CHƯƠNG 2

PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA

Trong chương trước ta đã tổng quát chung về đặc điểm của hệ thống thông tin di động thế hệ ba WCDMA - UMTS Việc xem xét đó làm cơ sở để phân tích quy hoạch hệ thống Trong chương này ta sẽ nghiên cứu phương pháp quy hoạch và thiết kế mạng vô tuyến WCDMA Công việc này bao gồm định cỡ, quy hoạch chi tiết vùng phủ, dung lượng, tối ưu hoá mạng

Hình 2.1 Quá trình triển khai và quy hoạch mạng WCDMA

● Các công việc UTRAN

- Quy hoạch mạng truyền dẫn truy nhập

- Quy hoạch mạng truyền quy hoạch

- Quy hoạch phủ vô tuyến

- Quy định dung lượng mạng

- Định kích cỡ RNC, Phần tử của mạng lõi và xác định chỗ đặt

- Quy hoạch mạng dẫn dẫn đường trục

● Đầu vào

- Dự báo số thuê bao đố với từng loại dịch vụ

- Dự báo số lần sử dụng trên một kiểu lưu lượng

- Triển khai mạng lõi

- Triển khai đầu cuối – đầu cuối

- Tối ưu hóa

- Khai thác và đo hiệu năng

9

2.1 Nguyên lý chung

Quy hoạch mạng được tiến hành dựa trên các yêu cầu đầu vào Công việc quy hoạch mạng có thể chia thành hai công việc chính: quy hoạch mạng vô tuyến và quy hoạch mạng lõi Công việc quy hoạch mạng vô tuyến là công việc phức tạp nhất Công việc này bao gồm: định kích cỡ, quy hoạch lưu lượng và vùng phủ, tối

ưu hoá mạng

Cuối cùng cần phản hồi kết quả thống kê và đo đạc trong quá trình khai thác mạng liên quan đến điều chỉnh quy hoạch, mở rộng vùng phủ, dung lượng và nhu

cầu dịch vụ trên cơ sở thực tế

2.2 Dự báo lưu lượng

Dự báo lưu lượng là bước đầu tiên cần thực hiện trong quá trình quy hoạch mạng, có thể thực hiện trên cơ sở xu thế phát triển lưu lượng của các mạng đã được khai thác

2.2.1 Dự báo số thuê bao

Dự báo thuê bao đối với thị trường cần phục vụ phải xác định được mỗi loại hình dịch vụ mà khách hang có nhu cầu như: tiếng hoặc số liệu từng loại hình dịch

vụ đó, lưu lượng trong giờ cao điểm, giờ bình thường hoặc vùng địa lý

2.2.2 Dự báo dung lượng thoại

Dữ báo liệu thoại là đánh giá khối lượng, lưu lượng tiếng do người sử dụng dịch vụ tiếng trung bình tạo ra Để việc dự báo được chính xác ta cần có dữ liệu

đánh giá lưu lượng cho từng tháng

2.2.3 Dự báo lưu lượng số liệu

Dự báo lưu lượng số liệu ta cần phân loại dịch vụ số liệu và dự báo cho từng kiểu người sử dụng cũng như khối lượng lưu lượng số liệu, dự báo khi nào thông lượng bắt đâu và khi nào kết thúc

2.2.4 Dự phòng cho tương lai

Dự phòng cho tương lai phải có cái nhìn sang suốt bao quát toàn bộ thị trường viễn thông của những nhà thiết kế, hoạch định mạng cho hiện tại và cả tương

2.3.2 Các mô hình truyền sóng

 Mô hình Okumura-Hata

Mô hình này là một mô hình thực nghiệm cho phép sử dựng các kết quả vào tính toán, được áp dụng khi tần số nằm trong khoảng từ 150-1000 MHz, độ cao BS

là 30-200m, độ cao ăng ten MS 1-10m và khoảng cách giữa BS và MS là 1-20km

Độ cao ăng ten BS phải cao hơn nóc của các toà nhà gần BS Vì thế, mô hình này là mục tiêu được sử dụng trong nghiên cứu truyền của macro

 Mô hình COST231-Hata

Do mô hình Hata bị giới hạn về tần số nằm trong khoảng từ 100 đến 1500 MHz, nên nó không thể sử dụng để tính toán các mạng vô tuyến 3G Để giải quyết vấn đề về giới hạn băng tần, công thức ban Hata ban đầu đã được hoàn thiện bởi COST231, kết quả là mô hình COST231-Hata có khả năng sử dụng trong khoảng tần số từ 1500MHz đến 2000 MHz, nó thích hợp cho việc tính toán các mạng vô tuyến 3G

 Mô hình Walfisch-Ikegami

Mô hình này là mô hình thực nghiệm được sử dụng để đánh giá tổn hao đường truyền ở môi trường thành phố cho thông tin di động Mô hình này là mô hình thực nghiệm để đánh giá tổn hao đường truyền ở vùng thành phố trong dải tần

800 – 2000 MHz Mô hình này có ba phần tử: tổn hao không gian tự do, nhiễu xạ mái nhà - đường phố và tổn hao tán xạ

11

 Mô hình IMT-2000 sẽ trở thành tiêu chuẩn toàn cầu nên các mô hình đuợc

đề xuất để đánh giá công nghệ truyền dẫn sẽ phải xem xét đến các đặc tính của các môi trường như: thành phố lớn, nhỏ, vùng ngoại ô, vùng nông thôn,

vùng sa mạc…

2.3.3 Quỹ đường truyền

Quỹ đường truyền là cân đối toàn bộ công suất phát cũng như khuếch đại của các phần tử trên đường truyền với tổn hao gây ra do các phần tử đường truyền cùng với dự trữ phađinh đường truyền để nhận được công suất thu tại máy thu Tổn hao cực đại đáp ứng được yêu cầu này gọi là tổn hao cực đại cho phép

Phân tích quỹ đường truyền cho phép ta thiết kế các đường truyền dẫn vô tuyến đảm bảo chất lượng truyền dẫn đúng quy định Thiết lập quỹ đường truyền là nhiệm vụ quan trọng đối với mỗi nhà thiết kế mạng vô tuyến Việc thiết kế quỹ đường truyền chỉ được thực hiện sau khi đã quyết định lựa chọn công nghệ được sử dụng

Quỹ đường truyền chính là quỹ công suất, là một trong các phần quan trọng của thiết kế hệ thống vô tuyến, trong đó bao gồm các vấn đề liên quan đến truyền sóng Trong quỹ đường truyền cần tính toán đến tất cả các độ lợi và suy hao khi

sóng vô tuyến truyền từ máy phát đến máy thu

2.4 Quy hoạch dung lượng vô tuyến

Dựa trên quỹ đường truyền đường lên và sử dụng mô hình truyền sóng ta có thể đưa ra quy hoạch phủ sóng bước đầu Thông thường việc này được thực hiện bằng phần mềm công cụ quy hoạch Bước tiếp theo ta cần kiểm tra lại việc quy hoạch này để đảm bảo tải dự kiến Quỹ đường truyền bao gồm cả dự trữ nhiễu giao thoa và nhiễu này phụ thuộc vào tải dự kiến trong ô Tải dự kiến càng lớn thì càng cần có dự trữ nhiễu giao thoa lớn

Dự trữ nhiễu được sử dụng để xét đến nhiễu do những người sử dụng khác gây ra Đây là nhiễu bổ sung thêm vào tạp âm nhiệt Tải càng lớn thì tạp âm càng lớn và ta cần phải đưa ra dự trữ nhiễu lớn hơn để xét đến tạp âm này Sự tăng này

tuyến

2.6 Tối ưu hóa mạng

Sau khi triển khai và đưa mạng vào khai thác, tối ưu hóa mạng phải được thực hiện thường xuyên nhầm cải thiện chất lượng của toàn mạng để đảm bảo cho các tài nguyên mạng được khai thác sử dụng đạt hiệu quả cao Tối ưu mạng bao

gồm phân tích mạng, cải thiện cấu hình mạng và hiệu năng mạng