Quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA và ứng dụng cho mạng 3g của EVNTELECOM tại hà nội giai đoạn 2011 2015

coi đây là yếu tố tiên quyết đến chi phí xây dựng mạng, chất lượng dịch vụ …Là một nhân viên EVNTelecom, nắm bắt được tầm quan trọng của việc quy hoạch mạng tới sự phát triển của Công ty

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH

VIỄN THÔNG -

NGÔ QUANG THẮNG

QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA VÀ ỨNG DỤNG CHO MẠNG 3G CỦA IVNTELECOM TẠI HÀ NỘI GIAI ĐOẠN 2011 -

2015

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

coi đây là yếu tố tiên quyết đến chi phí xây dựng mạng, chất lượng dịch vụ …Là một nhân viên EVNTelecom, nắm bắt được tầm quan trọng của việc quy hoạch mạng tới sự phát triển của Công ty tôi đã quyết định chọn đề tài luận văn cao học của mình

là “Quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA và ứng dụng cho mạng 3G của EVNTelecom tại Hà Nội giai đoạn 2011 - 2015”

2 Mục đích nghiên cứu

- Nắm được công nghệ, cấu trúc mạng 3G WCDMA, lý thuyết chung về quy hoạch mạng vô tuyến như: nguyên lý chung, các yếu tố ảnh hưởng đến quy hoạch mạng, vv…

và ứng dụng quy hoạch mạng 3G của EVNTelecom tại

Hà Nội;

- Các kết quả đạt được trong luận văn sẽ là cơ sở cho nhà quy hoạch mạng EVNTelecom đưa ra các quyết định quy hoạch mạng hợp lý đảm bảo: tối ưu hóa vùng phủ sóng, đảm bảo dung lượng và chất lượng dịch vụ cho khách hàng, tối ưu hóa chi phí lắp đặt xây dựng mạng, tạo lợi thế cạnh tranh cho doanh nghiệp

3 Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp giữa lý thuyết và thực tế:

- Lý thuyết:

+ Nghiên cứu lý thuyết về mạng 3G WCDMA UMTS + Nghiên cứu lý thuyết chung về quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA, các yếu tố ảnh hưởng đến quy hoạch mạng từ đó đưa ra các kế hoạch tối ưu, quy hoạch mạng cho hợp lý

- Thực tế: khảo sát tình hình phát triển kinh tế, tình hình

phát triển mạng viễn thông trên địa bàn thành phố Hà Nội kết hợp với định hướng phát triển và hiện trạng mạng EVNTelecom từ đó đưa ra các tính toán quy hoạch mạng

vô tuyến 3G của EVNTelecom tại Hà Nội giai đoạn 2011

- 2015

Luận văn được bố cục làm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về mạng thông tin di động 3G WCDMA UMTS và bài toán quy hoạch mạng của EVNTelecom

Chương 2: Mạng 3G WCDMA UMTS và phương pháp quy hoạch mạng

Chương 3: Quy hoạch mạng vô tuyến 3G của EVNTelecom tại

Hà Nội giai đoạn 2011 – 2015

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G WCDMA UMTS VÀ BÀI TOÁN QUY HOẠCH MẠNG

CỦA EVNTELECOM

Chương này sẽ tìm hiểu về xu hướng phát triển của mạng và dịch vụ thông tin di động Tiếp theo giới thiệu về công nghệ và hệ thống 3G WCDMA UMTS, cuối cùng là giới thiệu

và đặt ra bài toán quy hoạch mạng 3G cho EVNTelecom

1.1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG VÀ DỊCH VỤ THÔNG TIN DI ĐỘNG

1.1.1 Sự phát triển của dịch vụ thông tin di động

Hiện nay chúng ta đang sống trong thời đại công nghệ thông tin nên nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng trở nên đa dạng, phong phú Các công nghệ mạng trước kia chưa có khả

năng cung cấp các loại hình dịch vụ trên do đó đòi hỏi cần phải nâng cấp lên một công nghệ mới hiện đại hơn

1.1.2 Sự phát triển của công nghệ mạng

 Dịch vụ thoại, số liệu, đa dịch vụ

 Truy nhập gói tốc độ cao

 Truyền dẫn số

Hình 1.1: Xu thế phát triển của công nghệ mạng

Quá trình phát triển của công nghệ mạng có thể được mô

tả trực quan trong hình 1.1

1.2 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ VÀ HỆ THỐNG 3G WCDMA UMTS

1.2.1 Các quá trình chuẩn hoá

3G WCDMA UMTS được xây dựng và được chuẩn hoá qua nhiều phiên bản R99, R4, R5, R6, R7, R8, R9

1.2.2 Công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA trong hệ thống UMTS

WCDMA là công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng sử dụng cho phần giao diện vô tuyến cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 UMTS WCDMA có các đặc điểm:

 Là hệ thống đa truy cập phân chia theo mã trải phổ dãy trực tiếp băng rộng DS-CDMA

 Có tốc độ chip là 3,84 Mcps với độ rộng sóng mang 5 MHz, nên được gọi là hệ thống băng rộng

 Hỗ trợ mô hình hoạt động cơ bản: chế độ song công phân chia theo tần số FDD và song công phân chia theo thời gian TDD

 WCDMA hỗ trợ hoạt động của các trạm gốc dị bộ

 WCDMA áp dụng kỹ thuật tách sóng kết hợp trên cả đường lên và đường xuống dựa vào việc sử dụng kênh hoa tiêu

1.3 VẤN ĐỀ QUY HOẠCH MẠNG 3G CỦA EVNTELECOM

Công ty thông tin Viễn thông Điện lực (EVNTelecom) là một đơn vị thành viên trực thuộc Tập đoàn Điện lực Việt Nam được giao nhiệm vụ vận hành đảm bảo an toàn, thông suốt các kênh thông tin ngành điện kết hợp với kinh doanh Viễn thông công cộng

Hệ thống thông tin di động của EVNTelecom sử dụng công nghệ CDMA2000 1x hoạt động ở băng tần 450Mhz cung cấp 3 loại hình dịch vụ chính: điện thoại cố định không dây (E-com), di động nội tỉnh (E-phone) và di động toàn quốc (E-Mobile)

Năm 2009, EVNTelecom đã chính thức giành được giấy phép thiết lập mạng và cung cấp dịch vụ 3G của Bộ Thông tin

và Truyền thông ở dải tần thuộc lô C: 1950 – 1955 MHz đường lên và 2140 – 2150 MHz đường xuống Sau thời gian triển khai đầu tư xây dựng, thiết lập cơ sở hạ tầng thông tin mạng, sáng ngày 09/06/2010 EVNTelecom đã chính thức khai trương mạng 3G 3G (Third Generation Technology) là công nghệ truyền

thông thế hệ thứ 3, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải lên/tải xuống dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh, video…) Điểm nổi bật nhất của mạng 3G so với mạng 2G nằm ở khả năng cung ứng truyền thông gói tốc độ cao nhằm triển khai các dịch vụ truyền thông đa phương tiện trên mạng di động

Mạng 3G mới của EVNTelecom được phát triển trên nền tảng WCDMA (tiêu chuẩn IMT-2000) thuộc dải tần 1900-2200 MHz hỗ trợ tốc độ lên đến 2Mbps tại các vùng nông thôn và 7 Mbps tại ba thành phố lớn Bên cạnh đó trong tương lai còn nâng cấp lên để hỗ trợ HSPDA với tốc độ lên đến 14 Mbps giúp cho tốc độ truy nhập Internet tăng gấp 6 lần so với EDGE (mạng GSM) và 8 lần so với GPRS (mạng GSM)

Tất cả các thiết bị điện thoại di động, thiết bị hỗ trợ truy cập kết nối internet theo chuẩn của UMTS hay còn gọi là WCDMA băng tần 2200Mhz đều sử dụng được dịch vụ 3G của EVNTelecom

Mục tiêu của EVNTelecom là mang đến mạng 3G chất lượng tốt, ổn định, giá cước thấp, cạnh tranh và có nhiều tiện ích giá trị gia tăng đặc sắc cho khách hàng

Trong quá trình phát triển, xây dựng mạng cũng như các doanh nghiệp khác EVNTelecom luôn quan tâm vấn đề quy hoạch mạng nhằm đạt được các mục tiêu sau:

 Đảm bảo, tối ưu hoá vùng phủ sóng

 Đảm bảo dung lượng cung cấp các dịch vụ đa phương tiện băng thông rộng, chất lượng cao cho khách hàng với giá cả cạnh tranh

 Đảm bảo chất lượng dịch vụ tốt nhất cho khách hàng

 Tối ưu hoá chi phí lắp đặt, xây dựng mạng

 Thuận tiện cho việc vận hành, bảo dưỡng mạng

 Thuận tiện cho việc nâng cấp, mở rộng mạng

 Tạo lợi thế cạnh tranh cho doanh nghiệp

 Nâng cao vị thế doanh nghiệp trên trường viễn thông

 Hiệu quả trong việc sử dụng phổ tần

Chương 2 MẠNG 3G WCDMA UMTS VÀ PHƯƠNG PHÁP QUY

2.1 CẤU TRÚC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G UMTS

Theo kiến trúc chức năng, hệ thống UMTS bao gồm một

số các phần tử mạng logic, chúng được nhóm thành các nhóm chức năng:

 Mạng truy nhập vô tuyến RAN (mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS là UTRAN): mạng này thiết lập tất cả các chức năng liên quan đến vô tuyến

 Mạng lõi (CN): thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi và kết nối dữ liệu đến các mạng ngoài

 Thiết bị người sử dụng (UE): giao tiếp với người sử dụng và giao diện vô tuyến

2.1.2 Các giao diện cơ bản

 Giao diện Cu: là giao diện giữa USIM và ME

 Giao diện Uu: đây là giao diện vô tuyến WCDMA Uu

là giao diện nhờ đó máy di động truy cập được với phần

cố định của hệ thống

 Giao diện Iu: kết nối UTRAN tới mạng lõi

 Giao diện Iur: giao diện mở Iur hỗ trợ chuyển giao

mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau

 Giao diện Iub: Iub kết nối một Node B và một RNC

2.1.3 Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN

Gồm 2 phần chính là Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) và Node B

Hình 2.3: Cấu trúc UTRAN 2.2 CÁC KỸ THUẬT TIÊN TIẾN DÙNG TRONG WCDMA

2.2.1 Kỹ thuật trải phổ trong thông tin di động

Có 3 kỹ thuật trải phổ cơ bản:

 Trải phổ chuỗi trực tiếp DS/SS

 Trải phổ nhảy tần FH/SS

 Trải phổ dịch thời gian TH/SS

2.2.2 Điều khiển công suất

Điều khiển công suất nhằm điều chỉnh công suất trên đường lên và đường xuống để giảm thiểu nhiễu đồng kênh đảm bảo QoS yêu cầu

Hệ thống WCDMA sử dụng 2 kiểu điều khiển công suất:

 Điều khiển công suất vòng hở OLPC

 Điều khiển công suất (nhanh) vòng kín (CLPC)

2.2.3 Chuyển giao mềm

Quy hoạch chuyền giao mềm ban đầu là một trong các phần cơ bản của việc quy hoạch và tối ưu hoá mạng vô tuyến

Có 4 kiểu chuyển giao trong hệ thống WCDMA đó là:

 Chuyển giao bên trong hệ thống (Intra - System HO);

 Chuyển giao giữa các hệ thống (Inter – System HO);

 Chuyển giao cứng (Hard Handover: HHO);

 Chuyển giao mềm (SHO) và chuyển giao mềm hơn (Softer HO)

2.2.4 Truy nhập gói tốc độ cao HSDPS, HSUPA

2.2.4.1 Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSDPA

Mục tiêu của HSDPA là mở rộng giao diện vô tuyến của WCDMA, tăng cường hiệu năng và dung lượng của WCDMA

2.2.4.2 Truy nhập gói đường lên tốc độ cao HSUPA

HSUPA được đưa vào WCDMA R6 HSUPA đảm bảo cải thiện dung lượng và hiệu năng đường lên

2.3 QUY HOẠCH ĐỊNH CỠ MẠNG

Trong phần này luận văn sẽ trình bày những nguyên tắc

cơ bản, chung nhất của quy hoạch mạng vô tuyến

Định cỡ mạng vô tuyến WCDMA là một quá trình quy hoạch ban đầu trong đó cấu hình của mạng và quy mô các thiết

bị mạng được tính toán dựa vào các yêu cầu của nhà khai thác

Các yêu cầu của nhà khai thác liên quan đến các đặc

điểm: vùng phủ, dung lượng, chất lượng dịch vụ (QoS)

Mục tiêu của pha định cỡ mạng là tính toán mật độ site và cấu hình site yêu cầu cho các vùng phủ quan tâm Trong đó bao gồm 2 bước cụ thể sau: tính toán vùng phủ sóng, phân tích dung lượng

2.3.1 Nguyên lý và đặc điểm quy hoạch mạng vô tuyến

2.3.1.1 Nguyên lý chung

Công việc quy hoạch mạng vô tuyến bao gồm: định cỡ mạng, quy hoạch lưu lượng và vùng phủ chi tiết và tối ưu mạng Trong giới hạn của luận văn này sẽ không trình bày về tối ưu mạng

Trong pha quy hoạch chi tiết, mật độ site đã định cỡ được

xử lý trên bản đồ số để giới hạn về mặt vật lý các thông số của mạng

2.3.1.2 Đặc điểm của quy hoạch mạng vô tuyến

a) Dự báo

Tùy theo quy hoạch mạng là mới hay phát triển từ nền tảng mạng hiện có mà dự báo nhu cầu dịch vụ có thể khác nhau

b) Quy hoạch vùng phủ vô tuyến

Nhiệm vụ chính của phân tích vùng phủ là làm thế nào để xác định được: nơi nào cần phủ sóng, kiểu phủ sóng mỗi vùng

c) Nhiễu từ nhiều nhà khai thác khác

Trong môi trường có nhiều mạng hoạt động với các tần số gần nhau, tín hiệu có thể gây nhiễu lẫn nhau làm ảnh hưởng đến chất lượng, vùng phủ và dung lượng mạng

2.3.2 Tính toán vùng phủ sóng

2.3.2.1 Phân tích vùng phủ

Mục đích của quá trình khảo sát này bao gồm:

 Đảm bảo cung cấp dung lượng phù hợp cho các vùng

 Biết được đặc điểm truyền sóng của vùng

2.3.2.2 Tính toán quỹ đường truyền vô tuyến

Quỹ đường truyền trong hệ thống WCDMA dùng để tính toán suy hao đường truyền cho phép lớn nhất để tính toán vùng phủ (tính bán kính cell) của một trạm gốc và trạm di động Các thành phần để tính suy hao cho phép lớn nhất của tín hiệu từ trạm phát đến trạm thu gọi là quỹ đường truyền Quỹ đường truyền tổng quát cho cả đường lên và đường xuống bao gồm một số các thành phần được trình bày chi tiết trong luận văn

2.3.2.3 Tính bán kính cell

Sau khi tính được suy hao đường truyền lớn nhất cho phép dựa vào các tham số quỹ đường truyền vô tuyến (RLB),

bán kính cell r có thể được tính theo một trong các mô hình

truyền sóng đã biết Khi đã tính được bán kính phú sóng của cell thì có thể tính được diện tích phủ sóng của cell (phụ thuộc vào cấu hình Sector của Node B) theo công thức:

2.

Trong đó: K là hệ số ứng với số sector trong cell

2.3.3 Phân tích dung lượng

Khi bắt đầu xây dựng mạng 3G, các nhà khai thác cần phải có thông tin và đánh giá khá chính xác về sự phát triển và phân bố thuê bao, vì chúng có ảnh hưởng trực tiếp đến vùng phủ Việc nắm rõ thông tin về dung lượng còn có tác dụng đảm bảo tiết kiệm chi phí đầu tư phần cứng trong quá trình quy hoạch triển khai mạng lưới WCDMA

Phần này luận văn sẽ giới thiệu mô hình tính toán dung lượng Erlang-B, các phương pháp chuyển đổi lưu lượng

hệ thống theo mô hình Erlang và cuối cùng là định cỡ dung lượng mạng

Chương 3 QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN 3G CỦA

EVNTELECOM TẠI HÀ NỘI GIAI ĐOẠN 2011 - 2015

Chương này trình bày về bài toán quy hoạch mạng Ứng dụng quy hoạch mạng vô tuyến 3G của EVNTelecom tại Hà Nội giai đoạn 2011 - 2015

3.1 CƠ SỞ TOÁN HỌC PHỤC VỤ CHO VIỆC QUY HOẠCH MẠNG

Phần này luận văn sẽ trình bày 2 mô hình truyền dẫn cơ bản là mô hình Hata-Okumura và Walfisch-Ikegami làm cơ sở toán học cho việc tính toán suy hao truyền dẫn

3.2 QUY HOẠCH VÙNG PHỦ VÀ DUNG LƯỢNG CHI TIẾT

Trong pha quy hoạch định cỡ ban đầu đã xác định được

số lượng site và cấu hình sơ bộ của mạng Đến pha hoạch định chi tiết, cần dữ liệu truyền thực tế từ các vùng đã hoạch định, cùng với mật độ người sử dụng được dự báo và lưu lượng người

sử dụng Các thông tin về các site trạm gốc đang tồn tại cũng cần để tận dụng các sự đầu tư cho các site đã có Đầu ra của hoạch định chi tiết vùng phủ và dung lượng là vị trí trạm gốc, cấu hình và các thông số Cụ thể việc quy hoạch vùng phủ và dung lượng chi tiết theo các bước sau:

3.3 ỨNG DỤNG QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN 3G CỦA EVNTELECOM TẠI HÀ NỘI GIAI ĐOẠN 2011 –

2015

3.3.1 Các tham số đầu vào phục vụ cho việc quy hoạch

Các tham số đầu vào phục vụ cho việc quy hoạch mạng bao gồm các loại chính sau:

 Các tham số thực tế: diện tích, dân số chi tiết từng vùng cần quy hoạch

 Các tham số giả thiết: số lượng thuê bao dự kiến,…vv

 Các tham số theo thiết bị (tuỳ thuộc vào nhà sản xuất)

Chi tiết trong các mục cụ thể của luận văn

3.3.2 Dự báo thuê bao

Dựa trên diện tích, tình hình phát triển dân số, kinh tế xã hội, nhu cầu sử dụng dịch vụ 3G tại Hà Nội Căn cứ theo thị phần dịch vụ di động cũng như định hướng phát triển 3G của EVNTelecom Dự kiến thuê bao 3G của EVNTelecom tại Hà Nội như sau:

Thuê bao từng khu vực trong năm 2015 = (20% đối với

khu vực Dense Urban, Urban, 8% đối với khu vực Suburban và 4% đối với khu vực Rural) * dân số khu vực

3.3.3 Quy hoạch vùng phủ sóng

3.3.3.1 Thiết kế vùng phủ liên tục

Trong các hệ thống UMTS có sự phụ thuộc của vùng phủ sóng vào lưu lượng hệ thống Dự trữ đường truyền (Link budget) cho WCDMA được tính trong môi trường đa dịch vụ Trong môi trường này, mỗi loại thuê bao có thể sử dụng một loại dịch vụ có thuộc tính khác nhau nên phải tính toán cho từng loại dịch vụ Quá trình tính toán bao gồm tính toán cho cả đường lên và đường xuống Vùng phủ sóng của một cell sẽ là giá trị nhỏ nhất Để đơn giản ta chỉ cần xác định một loại dịch

vụ được phủ sóng liên tục đặc trưng cho từng vùng để quy hoạch