quy hoạch mạng vô tuyến wcdma

Với xu thế chung phát triển thuê bao di động tại Việt Nam và nhu cầu tăng cao về các dịch vụ số liệu tốc độ cao như: video call, hội nghị truyền hình, tin nhắn đa phương tiện...của khách

Trang 1

CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VIỄN THÔNG II

_

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NIÊN KHÓA: 2008-2013

Trang 2

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VIỄN THÔNG II

_

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NIÊN KHÓA: 2008-2013

Đề tài :

QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA

Mã số đề tài: 12 408160140

NỘI DUNG:

- CHƯƠNG 1: Tổng quan về cấu trúc mạng vô tuyến WCDMA

- CHƯƠNG 2: Quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA

- CHƯƠNG 3: Chương trình mô phỏng tính toán

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN QUYẾT TIẾN

Giáo viên hướng dẫn: LÊ CHU KHẨN

Trang 3

MỤC LỤC

MỤC LỤC HÌNH

MỤC LỤC BẢNG

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA 3

1.1 Tổng quan về mạng thông tin di động 3G WCDMA: 3

1.2 Cấu trúc mạng WCDMA: 6

1.3 Nguyên lý trải phổ trong hệ thống WCDMA: 8

1.4 Các loại mã được dùng trong hệ thống WCDMA: 10

1.5 Các loại kênh trong UTRAN: 11

1.5.1 Các kênh logic: 11

1.5.2 Các kênh vật lý: 12

1.5.3 Các kênh truyền tải: 13

1.5.3.1 Kênh truyền tải riêng: 13

1.5.3.2 Các kênh truyền tải chung: 13

1.6 Điều khiển công suất: 13

1.7 Chuyển giao trong hệ thống WCDMA: 14

CHƯƠNG 2: QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA 16

2.1 Giới thiệu chung về quy hoạch mạng: 16

2.2 Một số đặc điểm cần lưu ý trong quy hoạch mạng: 17

2.2.1 Dự báo: 17

2.2.1.1 Dự báo nhu cầu dịch vụ/thuê bao: 17

2.2.1.2 Dự báo lưu lượng: 17

2.2.1.3 Dự phòng cho tương lai: 18

2.3 Các hoạt động cụ thể của định cỡ mạng WCDMA bao gồm: 18

2.3.1 Phân tích vùng phủ: 18

2.3.1.1 Tính toán quỹ đường truyền vô tuyến: 18

2.3.1.2 Xác định kích thước ô: 24

2.3.1.3 Tính bán kính, diện tích phủ sóng và quy hoạch vị trí các cell: 29

2.4 Phân tích dung lượng: 31

2.4.1 Tính toán hệ số tải : 32

Trang 4

2.4.1.1 Hệ số tải đường lên: 32

2.4.1.2 Hệ số tải đường xuống: 34

2.4.2 Mô hình tính toán dung lượng Erlang B: 35

2.5 Định cỡ RNC: 38

2.6 Truyền dẫn cho Node B: 39

2.7 Tối ưu mạng: 39

CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG TÍNH TOÁN QUY HOẠCH MẠNG 3G CHO KHU VỰC TPHCM 41

3.1 Đặc điểm chung về Thành Phố Hồ Chí Minh: 41

3.2 Thiết kế vào tối ưu mạng: 43

3.2.1 Các thông số khi tính toán thiết kế hệ thống WCDMA: 43

3.3 Tính toán quy hoạch mạng cho khu vực nội thành TP Hồ Chí Minh: 44

3.3.1 Tính số Node B để có thể phủ sóng được toàn bộ khu vực: 44

3.3.2 Tính suy hao đường truyền cho phép: 45

3.3.3 Tính số Node B dựa theo bán kính phục vụ và diện tích vùng cần phủ sóng46 3.3.3.1 Tính số lượng cell theo yêu cầu vùng phủ sóng: 47

3.3.3.2 Tính số lượng cell theo yêu cầu về dung lượng: 47

3.4 Chương trình mô phỏng tính toán: 49

KẾT LUẬN 55

PHỤ LỤC

CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trang 5

Hình 1.1: Các phương thức đa truy nhập 3

Hình 1.2: Các phổ tần dùng cho hệ thống UMTS 4

Hình 1.3: Vùng phủ sóng của UMTS 6

Hình 1.4: Cấu trúc tổng quan hệ thống UMTS 6

Hình 1.5: Kiến trúc mạng 3G trong 3GPP 7

Hình 1.6: Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) 9

Hình 1.7: Quá trình trải phổ trong WCDMA 10

Hình 1.8: Sơ đồ cây mã OVSF 10

Hình 1.9: Các loại kênh trong UTRAN 11

Hình 1.10: Các kênh vật lý đường lên 12

Hình 1.11: Các kênh vật lý đường xuống 13

Hình 2.1: Mô hình CCQ 16

Hình 2.2: Suy hao đường truyền theo bán kính với mô hình Hata 26

Hình 2.3: Các tham số trong mô hình Walfisch-Ikegami 27

Hình 3.1: Bản đồ Thành Phố Hồ Chí Minh 42

Hình 3.2: Mô hình truyền sóng Walfisch-Ikegami 46

Hình 3.3: Giao diện chính của chương trình mô phỏng 50

Hình 3.4: Các button trong chương trình mô phỏng 50

Hình 3.5: Suy hao đường truyền tại tốc độ 12.2 kbps 51

Hình 3.6: Mô hình truyền Hata- Okumura cho thành phố lớn 52

Hình 3.7: Mô hình truyền Walfishch-Ilegami cho thành phố lớn 53

Hình 3.8: Tính toán số node B tại khu vực 13 quận nội thành TPHCM 54

Hình 3.9: Tính toán số node B cần thiết theo yêu cầu dung lượng 54

Trang 6

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 1.1: Mục đích của channelization code và scrambling code 11

Bảng 2.1: Công suất phát của các loại UE 19

Bảng 2.2: Giả định quỹ đường truyền của máy di động 21

Bảng 2.3: Giả định về quỹ đường truyền của trạm gốc 21

Bảng 2.4: Quỹ đường truyền tham khảo cho dịch vụ thoại 12.2 kbps đa tốc độ 22

Bảng 2.5: Quỹ đường truyền của các dịch vụ thời gian thực tốc độ 144 kbps 23

Bảng 2.6: Quỹ đường truyền của dịch vụ dữ liệu phi thời gian thực 384 kbps 24

Bảng 2.7: Giá trị K theo cấu hình site 30

Bảng 2.8: Mối quan hệ giữa dự trữ nhiễu được yêu cầu ứng với tải đường lên 32

Bảng 2.9: Các thông số sử dụng trong tính toán hệ số tải đường lên 34

Bảng 2.10: Các thông số sử dụng trong việc tính toán hệ số tải đường xuống 35

Bảng 2.11: Dung lượng của 1 RNC 38

Bảng 3.1: Thống kê về diện tích, dân số và mật độ dân số có của 13 quận nội thành TPHCM 43

Bảng 3.2: Suy hao đường truyền cho phép của dịch vụ thoại 12,2 kbps 45

Hình 3.2: Mô hình truyền sóng Walfisch-Ikegami 46

Bảng 3.3: Ước tính số thuê bao trong khu vực 13 quận nội thành TPHCM 48

Bảng 3.4: Số lượng cell tính theo yêu cầu về dung lượng 49

Trang 7

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

Cùng hòa chung với sự tăng trưởng mạnh không ngừng của phát triển kinh tế xã hội Việt Nam nói chung và thị trường viễn thông nói riêng, trong những năm qua nước

ta đã có nhiều bước phát triển vượt bậc trong lĩnh vực viễn thông trở thành một trong những ngành kinh tế kỹ thuật mũi nhọn, đóng góp mạnh mẽ vào sự phát triển kinh tế

xã hội nói chung của đất nước

Bằng việc hàng loạt các nhà mạng đã tham gia vào cuộc chạy đua nhằm cung cấp cho khách hàng các tiện ích di động hiện đại nhất với chất lượng dịch vụ cao nhất Thị trường di động 3G hiện đang bước vào giai đoạn cạnh tranh căng thẳng nhất, tính đến thời điểm hiện tại đã có 3 nhà mạng chính thức cung cấp các tiện ích 3G cho khách hàng là Vinaphone, Mobifone, Viettel, ngoài ra một số nhà mạng khác Với xu thế chung phát triển thuê bao di động tại Việt Nam và nhu cầu tăng cao về các dịch vụ số liệu tốc độ cao như: video call, hội nghị truyền hình, tin nhắn đa phương tiện của khách hàng trong thời gian tới, mạng vô tuyến trên toàn quốc nói chung và khu vực cụ thể nói riêng cần phải gấp rút thực hiện nâng cấp và xây dựng hạ tầng mạng Trong quá trình phát triển mạng các nhà mạng luôn quan tâm hàng đầu đến vấn đề quy hoạch mạng 3G và coi đây là yếu tố tiên quyết đến chi phí xây dựng mạng, chất lượng dịch

vụ …

Trong bài báo cáo đồ án tốt nghiệp này, em đã chọn đề tài “Quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA” Đề tài chủ yếu phân tích các vấn đề về vùng phủ, dung lượng, các yếu tố liên quan đồng thời đưa ra các vấn đề để tối ưu một cách hiệu quả nhất trong việc quy hoạch một mạng WCDMA hiện nay Đồng thời đồ án cũng minh họa, mô phỏng một bài toán quy hoạch đơn giản mạng vô tuyến WCDMA cho khu vực nội thành 13 quận nội thành của TP Hồ Chí Minh Tuy nhiên phần mô phỏng này chỉ mang tính chất minh họa, demo, tham khảo dựa trên các phép phân tích về vùng phủ

và dung lượng được thể hiện bằng các biểu thức toán học Do thực tế, các nhà mạng hiện nay của Việt Nam đều sử dụng các tools, các phần mềm của các nhà sản xuất thiết

bị hàng đầu thế giới để làm công cụ quy hoạch mạng thực tế

Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này, em xin gửi lời cảm ơn đến:

- Thầy Lê Chu Khẩn, cùng với các thầy trong khoa Viễn Thông 2, Học viện công nghệ Bưu chính Viễn Thông cơ sở TPHCM đã trực tiếp, hướng dẫn, truyền đạt kiến thức để em hoàn thành Đồ án tốt nghiệp này.

- Em đã nhận được sự giúp đỡ và động viên của gia đình, thầy cô và bạn bè Đây chính là nguồn động viên to lớn thúc đẩy em có gắng hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này

Nội dung Đồ án Tốt nghiệp này gồm 3 chương:

- Chương 1: Tổng quan về cấu trúc mạng vô tuyến WCDMA

Chương này ta sẽ tìm hiểu sơ lược cấu trúc mạng WCDMA, các giải pháp kỹ thuật trong mạng WCDMA, phương pháp trải phổ DSSS, các mã sử dụng trong

Trang 8

UMTS, giao diện vô tuyến và các loại kênh trong WCDMA, điều khiển công suất và chuyển giao trong hệ thống WCDMA

- Chương 2: Quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA

Chương này khái quát tổng quan và nêu lên các vấn đề về việc quy hoạch mạng

vô tuyến, phân tích được quỹ đường truyền, mô hình truyền sóng, tính toán bán kính cell và diện tích cell, xác định dung lượng cell để từ đó áp dụng tính toán quy hoạch

- Chương 3: Chương trình mô phỏng tính toán quy hoạch mạng 3G cho khu vực TPHCM

Chương này khảo sát cụ thể yêu cầu thực tế qua tình hình kinh tế, xã hội, tình hình phát triển mạng viễn thông tại khu vực 13 quận nội thành TP Hồ Chí Minh Trên

cơ sở đó, dự báo và tính toán nhu cầu dung lượng, vùng phủ để xây dựng thiết kế chi tiết mạng truy nhập vô tuyến WCDMA tại khu vực 13 quận nội thành Từ đó sử dụng phần mềm mô phỏng, tính toán số lượng node B cho khu vực 13 quận này

Trong quá trình làm đồ án này, em đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức và thời gian hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, sai lầm Em rất mong nhận được sự phê bình, hướng dẫn và sự giúp đỡ của Thầy cô, bạn bè

TP Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng 12 năm 2012

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Quyết Tiến

Trang 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN

WCDMA

1.1 Tổng quan về mạng thông tin di động 3G WCDMA:

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về các dịch vụ của hệ thống thông tin di động, nhất là các dịch vụ truyền số liệu đòi hỏi các nhà khai thác phải đưa ra hệ thống thông tin di động mới Trước bối cảnh đó hiệp hội viễn thông quốc tế ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ ba với tên gọi là IMT- 2000 Đồng thời các

cơ quan về tiêu chuẩn hoá xúc tiến việc xây dựng một tiêu chuẩn hoá áp dụng cho

IMT- 2000 thông qua dự án 3GPP (Third Generation Partnership Project) Hệ thống

thông tin di động thế hệ ba được ra đời từ dự án 3GPP được gọi là hệ thống thông tin

di động WCDMA/UMTS

Nền tảng công nghệ chính của WCDMA là công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) Trong lịch sử thông tin di đông đã tồn tại các phương thức đa truy nhập khác nhau là: FDMA đa truy nhập phân chia theo tần số; TDMA đa truy nhập phân chia theo thời gian; CDMA đa truy nhập phân chia theo mã

Sự khác nhau của 3 phương thức truy nhập được chỉ ra trong hình 1.1

Hình 1.1: Các phương thức đa truy nhập

WCDMA là một công nghệ truy nhập vô tuyến được phát triển mạnh ở Châu Âu

Hệ thống này hoạt động ở chế độ FDD & TDD và dựa trên kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS- Direct Sequence Spectrum) sử dụng tốc độ chip 3,84 Mcps bên trong băng tần 5 MHz WCDMA hỗ trợ trọn vẹn cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói tốc độ cao và đảm bảo sự hoạt động đồng thời các dịch vụ hỗn hợp với chế

độ gói hoạt động ở mức hiệu quả cao nhất Kỹ thuật WCDMA cho phép cùng một lúc nhiều thuê bao sử dụng chung phổ tần, khi đó tín hiệu mỗi thuê bao truyền đi được phân tách với nhau bằng các mã trực giao với nhau

Một số yêu cầu của hệ thống 3G như sau:

- Tốc độ dữ liệu (Bit rate) lên đến 2 Mbps

- Bit rate cho từng loại dịch vụ, các thuê bao (user) có thể thay đổi tuỳ theo yêu cầu về băng thông (bandwidth on demand)

Trang 10

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA

- Có thể cung cấp nhiều dịch vụ với các yêu cầu chất lượng khác nhau (như thoại, video và packet data) trên một kết nối

- Các yêu cầu về FER là 10% và BER là 10-6

- Đáp ứng các yêu cầu về thời gian trễ phù hợp với từng loại lưu lượng (conversational, streaming, interactive and background)

- Cùng tồn với các hệ thống 2G và có thể chuyển giao giữa 2G và 3G

- Hỗ trợ lưu lượng không đối xứng giữa uplink và downlink do nhu cầu thực tế của người sử dụng

- Nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần số (High spectrum efficiency) UMTS có khả năng làm việc ở cả hai chế độ FDD và TDD cho phép sử dụng hiệu quả phổ tần được cấp phát ở các vùng khác nhau

- FDD (Frequency Division Duplex): là phương pháp ghép song công trong đó truyền dẫn đường lên và đường xuống sử dụng hai tần số riêng biệt Do đó hệ thống được phân bố một cặp băng tần riêng biệt

- TDD (Time Division Duplex): là phương pháp ghép song công trong đó đường lên và đường xuống được thực hiện trên cùng một tần số bằng cách sử dụng những khe thời gian luân phiên và được chia thành hai phần: phần phát và phần thu TDD sử dụng chủ yếu cho các micro cell và picro cell

Hội nghị vô tuyến thế giới năm 1992 đã đưa ra các phổ tần số dùng cho hệ thống UMTS:

 1920 ÷ 1980 MHz và 2110 ÷ 2170 MHz dành cho các ứng dụng FDD (Frequency Division Duplex: Ghép kênh theo tần số) đường lên và đường xuống, khoảng cách kênh là 5MHz

 1900 ÷ 1920 MHz và 2010 ÷ 2025 MHz dành cho các ứng dụng TDD (Time Division Duplex: Ghép kênh theo tần số), khoảng cách kênh là 5MHZ

 1980 ÷ 2010 MHz và 2170 ÷ 2200 MHz: Đường xuống và đường lên vệ tinh

Trang 11

FDD: Frequency Division Duplex

TDD: Time Division Duplex

MSS: Mobile Satellite System

Một ưu điểm của UMTS là cung cấp nhiều các loại dịch vụ khác nhau tùy theo nhu cầu của người sử dụng UMTS sử dụng 2 loại chuyển mạch là chuyển mạch kênh

CS (Circuit Switched) dành cho dịch vụ thoại, data tốc độ thấp và chuyển mạch gói PS (Packet Switched) dành cho các dịch vụ data tốc độ cao như 128 kbps, 384 kbps Tùy từng loại dịch vụ mà yêu cầu các tham số QoS (Quality of Service: chất lượng dịch vụ) khác nhau cho độ trễ truyền dẫn tối đa, độ trễ truyền biến thiên và tỉ lệ lỗi bit (BER)

Các loại lưu lượng và dịch vụ được mạng 3G WCDMA hỗ trợ:

WCDMA UMTS cung cấp các loại dịch vụ xa (teleservices) như dịch vụ điện thoại hoặc bản tin ngắn (SMS) và các loại dịch vụ mạng (bearer service: Một dịch vụ viễn thông cung cấp khả năng truyền tín hiệu giữa hai giao diện người sử dụng - mạng) Vì thế, nói chung mạng 3G hỗ trợ các dịch vụ truyền thông đa phương tiện Do

đó với mỗi kiểu lưu lượng cần đảm bảo một mức QoS nhất định tùy theo ứng dụng của dịch vụ QoS ở hệ thống WCDMA UMTS được phân loại như sau:

- Loại hội thoại (Conversational): dịch vụ thoại AMR 12,2 kbps, video phone Dịch vụ thoại yêu cầu thời gian thực, độ trễ đầu cuối – đầu cuối phải nhỏ hơn 300 -

400 ms Lưu lượng là đối xứng, bộ codec thoại AMR cho phép tốc độ bit biến thiên từ 4.75 - 12,2 kbps, tuỳ theo lưu lượng mạng là nhiều hay ít mà ta cho tốc độ phù hợp

- Loại luồng (Streaming): đa phương tiện, video theo yêu cầu… Loại này có thể đảm bảo tốc độ bit ổn định cho dịch vụ Có thể nói dịch vụ loại này yêu cầu QoS tương đối cao vì cần một luồng dữ liệu ổn định và liên tục Dịch vụ loại này lưu lượng bất đối xứng và có thể chịu được trễ cao hơn loại trên

- Loại tương tác (Interactive): duyệt web, games online Thời gian trễ của dịch

vụ loại này cũng không quá khắt khe, tỉ số bit lỗi BER yêu cầu nhỏ

- Loại cơ bản (Background): thư điện tử, SMS, fax Với loại dịch vụ này thì độ trễ có thể lên đến vài phút, dữ liệu phải được nhận sao cho không có lỗi

Vùng phủ sóng của mạng WCDMA UMTS được chia thành bốn vùng với các tốc

Trang 12

Uu

Iu

Hình 1.4: Cấu trúc tổng quan hệ thống UMTS

Hệ thống WCDMA được xây dựng trên cơ sở mạng GPRS Về mặt chức năng có thể chia cấu trúc mạng WCDMA ra làm hai phần: mạng lõi (CN) và mạng truy nhập

vô tuyến (UTRAN), trong đó mạng lõi sử dụng toàn bộ cấu trúc phần cứng của mạng GPRS còn mạng truy nhập vô tuyến là phần nâng cấp của WCDMA

Ngoài ra để hoàn thiện hệ thống, trong WCDMA còn có thiết bị người sử dụng (UE) thực hiện giao diện người sử dụng với hệ thống Từ quan điểm chuẩn hóa, cả UE

và UTRAN đều bao gồm những giao thức mới được thiết kế dựa trên công nghệ vô tuyến WCDMA, trái lại mạng lõi được định nghĩa hoàn toàn dựa trên GSM Điều này cho phép hệ thống WCDMA phát triển mang tính toàn cầu trên cơ sở công nghệ GSM

Trang 13

UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network)

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

- Node B: Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu 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 (các node B được kết nối với nó) RNC còn là điểm truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN

CN (Core Network)

- HLR (Home Location Register): Là thanh ghi định vị thường trú lưu giữ thông tin chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng Các thông tin này bao gồm: Thông tin

về các dịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng và các thông tin về dịch

vụ bổ sung như: trạng thái chuyển hướng cuộc gọi; số lần chuyển hướng cuộc gọi

- MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register): Là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí của nó MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh VLR có chức năng lưu giữ bản sao về lý lịch người sử dụng cũng như vị trí chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ

Node B

RNC Node B

Inter net

Iu

Uu

Trang 14

- GMSC (Gateway MSC): Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài

- SGSN (Serving GPRS): Có chức năng nhƣ MSC/VLR nhƣng đƣợc sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói (PS)

- GGSN (Gateway GPRS Support Node): Có chức năng nhƣ GMSC nhƣng chỉ phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói

Các mạng ngoài

- Mạng CS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh

Ví dụ: Mạng ISDN, PSTN

- Mạng PS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói

Các giao diện vô tuyến

- Giao diện CU : Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME Giao diện này tuân theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh

- Giao diện UU : Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệ thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS

- 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

- Giao diện IUr : Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau

- Giao diện IUb : Giao diện cho phép kết nối một node B với một RNC IUb đƣợc tiêu chuẩn hóa nhƣ là một giao diện mở hoàn toàn

1.3 Nguyên lý trải phổ trong hệ thống WCDMA:

Có ba kiểu hệ thống SS cơ bản: chuỗi trực tiếp (DSSS: Direct Sequence Spreading Spectrum), nhẩy tần (FHSS: Frequency Hopping Spreading Spectrum) và nhẩy thời gian (THSS: Time Hopping Spreading Spectrum) Cũng có thể nhận đƣợc các hệ thống lai ghép từ các hệ thống nói trên Trong hệ thống WCDMA là hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS

Hệ thống DSSS đạt đƣợc trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ chip (Rc = 1/Tc, Tc là thời gian một chip) cao hơn nhiều tốc

độ bit (Rb = 1/Tb, Tb là thời gian một bit) của luồng số liệu cần phát

Quá trình trải phổ trong đó Tb = 15Tc Sơ đồ đơn giản của bộ trải phổ DSSS (hình 1.6 a), luồng số liệu cần truyền là x có tốc độ là Rb đƣợc nhân với một mã trải phổ c có tốc độ là Rc để đƣợc luồng đầu ra là y có tốc độ là Rc lớn hơn rất nhiều so với tốc độ Rb của luồng vào

Tại phía thu luồng y thức hiện nhiệm vụ giải trải phổ để khôi phục lại luồng x bằng cách nhân luồng này với mã trải phổ c giống nhƣ phía phát:

x = y×c

Trang 15

Hình 1.6: Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS)

x, y và c ký hiệu tổng quát cho tín hiệu vào, ra và mã trải phổ; x(t), y(t) và c(t) ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền thời gian; X(f), Y(f) và C(f) ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền tần số; Tb là thời gian một bit của luồng số cần phát, Rb=1/Tb là tốc độ bit của luồng số cần truyền; Tc là thời gian một chip của mã trải phổ, Rc=1/Tc là tốc độ chip của mã trải phổ Rc=15Rb và Tb=15Tc

Ta có độ lợi xử lý PG (Processing Gain) = Rc/Rb = 3840 kbps / Rb Thông thường

PG cũng được coi như là hệ số trải phổ SF (Spread Factor) SF cũng chính là chiều dài,

số lượng chip của chuỗi Ta thấy rằng sau khi trải phổ thì tỷ số SNR của tín hiệu rất

bé, do đó làm tăng khả năng bảo mật của thông tin Do đặc tính trực giao và sự tự tương quan của các bộ mã mà kỹ thuật trải phổ còn có ưu điểm rất lớn khác là chống được phading đa đường, khi đó các tia phản xạ sẽ bị loại bỏ, chỉ còn lại các tia đi thẳng LOS và chống được hiện tượng nhiễu giao thoa của các tín hiệu user trong hệ thống Khi chỉ có một người sử dụng trong băng tần thì không hiệu quả, nhưng trong môi trường nhiều người sử dụng, các người sử dụng này có thể dùng chung một băng tần

b Quá trình xử lý tín

hiệu trong miền thời

gian

f X(f)

B= Rb

Bss = Rc

C(f )

Y(f)

f

c Quá trình xử lý tín hiệu trong miền tần số

Trang 16

và hệ thống sử dụng băng tần có hiệu quả mà vẫn duy trì được các ưu điểm của trải phổ Như vậy, trong hệ thống WCDMA, các tín hiệu cho người sử dụng khác nhau được truyền đi trong cùng một băng tần tại cùng một thời điểm Mỗi tín hiệu người sử dụng đóng vai trò như là nhiễu đối với tín hiệu của người sử dụng khác, dung lượng của hệ thống WCDMA phụ thuộc vào độ lớn của bộ mã trải phổ, và không có con số lớn nhất cố định, nên dung lượng của hệ thống WCDMA được gọi là dung lượng mềm

1.4 Các loại mã được dùng trong hệ thống WCDMA:

Trong hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS, các bit dữ liệu được mã hoá với một chuỗi bit giả ngẫu nhiên (PN) Mạng vô tuyến UMTS mạng sử dụng một tốc độ chip cố định là 3.84Mcps đem lại một băng thông sóng mang xấp xỉ 5MHz Dữ liệu được gửi qua giao diện vô tuyến WCDMA được mã hoá 2 lần trước khi được điều chế

và truyền đi

Quá trình này được mô tả trong hình vẽ sau:

Hình 1.7: Quá trình trải phổ trong WCDMA

Như vậy trong quá trình trên có hai loại mã được sử dụng là mã định kênh và mã ngẫu nhiên

Mã định kênh (Channelization code):

Là mã Walsh tạo ra từ ma trận Hadamard Các mã sử dụng được chọn dựa theo cấu trúc cây mã OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor), nhằm đảm bảo tính trực giao giữa các mã được sử dụng Các mã lựa chọn được xác định bởi hệ số trải phổ

Hình 1.8: Sơ đồ cây mã OVSF

Trang 17

Cần phải chú ý rằng: Một mã có thể được sử dụng trong cell khi và chỉ khi không

có mã nào khác trên đường dẫn từ một mã cụ thể đến gốc của cây mã hoặc là trên một cây con phía dưới mã đó được sử dụng trong cùng một cell Có thể nói tất cả các mã được chọn lựa sử dụng hoàn toàn theo quy luật trực giao

Mã ngẫu nhiên (Scrambling code):

Uplink : Các mã hướng lên được tạo ra sử dụng một thanh ghi dịch dài 24 bit, do

đó số mã có được là : 224 - 1 = 16.777.232, xấp xỉ 17 triệu mã

Downlink : Các mã hướng xuống được tạo ra sử dụng một thanh ghi dịch dài 18 bit, nên có 218 - 1 = 262143 mã Tuy nhiên chỉ có 8192 mã ngẫu nhiên được sử dụng Mục đích của hai mã này như sau:

Bảng 1.1: Mục đích của channelization code và scrambling code

Tóm lại:

- Channelization code dùng để phân biệt các kênh vật lý

- Scrambling code dùng để phân biệt nguồn gửi thông tin

1.5 Các loại kênh trong UTRAN:

Hình 1.9: Các loại kênh trong UTRAN

1.5.1 Các kênh logic:

Các kênh lôgic có thể được chia thành hai nhóm chủ yếu: nhóm kênh điều khiển và nhóm kênh lưu lượng

Nhóm kênh điều khiển bao gồm:

- Kênh điều khiển quảng bá – BCCH

Trang 18

- Kênh điều khiển tìm gọi – PCCH

- Kênh điều khiển dành riêng – DCCH

- Kênh điều khiển chung – CCCH

- Kênh điều khiển phân chia kênh – SHCCH

- Kênh điều khiển riêng cho ODMA – ODCCH

- Kênh điều khiển chung cho ODMA – OCCCH

Nhóm kênh lưu lượng bao gồm:

- Kênh lưu lượng dành riêng – DTCH

- Kênh lưu lượng dành riêng cho ODMA – DTCH

- Kênh lưu lượng chung – CTCH

1.5.2 Các kênh vật lý:

Kênh vật lý tương ứng với một tần số mang, mã và đối với đường lên nó còn tương ứng với góc pha tương đối (0 hay π/2)

Các kênh vật lý đường lên như sau:

DPDCH: truyền kênh truyền dẫn DCH

DPCCH: truyền thông tin điều khiển L1 như: các bit hoa tiêu để hỗ trợ đánh giá

việc xác định kênh trong quá trình phát hiện tương quan, các lệnh điều khiển công suất phát - TPC, thông tin phản hồi - FBI, và một bộ chỉ thị kết hợp định dạng truyền dẫn TFCI

PRACH: mang thông tin của kênh giao vận RACH

PCPCH: mang thông tin của kênh giao vận CPCH

Kênh số liệu vật lý dành riêng (DPDCH) Kênh UPCH riêng

(Uplink DPCH) Kênh điều khiển vật lý dành riêng

đường lên

(UPCH) Kênh truy cập ngẫu nhiên vật lý (PRACH)

Kênh UPCH chung

(Uplink CPCH) Kênh gói chung vật lý (PCPCH)

Hình 1.10: Các kênh vật lý đường lên

Đường xuống chỉ có một kênh vật lý riêng duy nhất: kênh vật lý riêng đường xuống (downlink DPCH)

Các kênh vật lý đường xuống như hình sau:

Trang 19

Kênh DPCH riêng Kênh hoa tiêu chung (CPICH) Kênh vật lý (Downlink DPCH) Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp

(DPCH) Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp

Kênh DPCH chung (S- CCPCH) (Downlink CPCH) Kênh đồng bộ (SCH)

Kênh vật lý đường xuống dùng chung

Kênh chỉ định bắt (AICH)

Kênh chỉ thị tìm gọi (PICH)

Hình 1.11: Các kênh vật lý đường xuống

1.5.3 Các kênh truyền tải:

Trong UTRAN số liệu được tạo ra ở các lớp cao được truyền tải trên đường vô tuyến bởi các kênh truyền tải bằng cách sắp xếp các kênh này lên các kênh vật lý khác nhau Lớp vật lý được yêu cầu để hỗ trợ các kênh truyền tải với các tốc độ bit thay đổi nhằm cung cấp các dịch vụ với độ rộng băng tần theo yêu cầu và để ghép nhiều dịch

1.5.3.1 Kênh truyền tải riêng:

Kênh truyền tải riêng duy nhất là kênh riêng (viết tắt DCH : Dedicated Channel) Kênh truyền tải riêng mang thông tin từ các lớp trên lớp vật lý riêng cho một người sử dụng, bao gồm số liệu cho dịch vụ hiện thời cũng như thông tin điều khiển lớp cao Kênh truyền tải riêng được đặc trưng bởi các tính năng như: Điều khiển công suất nhanh, thay đổi tốc độ số liệu nhanh theo từng khung và khả năng phát đến một phần cell hay đoạn cell bằng cách thay đổi hướng Anten của hệ thống anten thích ứng Các kênh riêng hỗ trợ chuyển giao mềm

1.5.3.2 Các kênh truyền tải chung:

UTRA định nghĩa 6 kiểu kênh truyền tải chung Các kênh này có một số điểm khác với các kênh trong thế hệ thứ hai, chẳng hạn truyền dẫn gói ở các kênh chung và một kênh dùng chung đường xuống để phát số liệu gói Các kênh chung không có chuyển giao mềm, nhưng một số kênh có điều khiển công suất nhanh

1.6 Điều khiển công suất:

Trong WCDMA, điều khiển công suất được thực hiện cho cả đường lên lẫn đường xuống Về cơ bản, điều khiển công suất đường xuống có mục đích nhằm tối thiểu nhiễu đến các cell khác và bù nhiễu do các cell khác gây ra cũng như nhằm đạt được mức SNR yêu cầu Tuy nhiên, điều khiển công suất cho đường xuống không thực sự cần thiết như điều khiển công suất cho đường lên Hệ thống WCDMA sử dụng

Trang 20

công suất đường xuống nhằm cải thiện tính năng hệ thống bằng cách kiểm soát nhiễu

từ các cell khác

Điều khiển công suất đường lên tác động lên các kênh truy nhập và lưu lượng

Nó được sử dụng để thiết lập đường truyền khi khởi tạo cuộc gọi và phản ứng lên các thăng giáng suy hao đường truyền lớn Mục đích chính của điều khiển công suất đường lên nhằm khắc phục hiệu ứng gần - xa bằng cách duy trì mức công suất truyền dẫn của các máy di động trong cell như nhau tại máy thu trạm gốc với cùng một QoS

Do vậy việc điều khiển công suất đường lên là thực hiện tinh chỉnh công suất truyền dẫn của máy di động Hệ thống WCDMA sử dụng hai phương pháp điều khiển công suất khác nhau:

 Điều khiển công suất vòng hở (OLPC)

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

- Điều khiển công suất vòng trong

- Điều khiển công suất vòng ngoài

1.7 Chuyển giao trong hệ thống WCDMA:

Chuyển giao trong mạng WCDMA có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau Có thể phân thành: chuyển giao cùng tần số; chuyển giao khác tần số và chuyển giao giữa các mạng khác nhau (WCDMA với GSM) Trong phần này, ta chia chuyển giao trong WCDMA thành bốn loại gồm: chuyển giao trong cùng hệ thống; chuyển giao ngoài hệ thống; chuyển giao cứng; chuyển giao mềm và mềm hơn

- Chuyển giao bên trong hệ thống (Intra - system HO): Chuyển giao bên trong hệ thống xuất hiện trong phạm vi một hệ thống Nó có thể chia nhỏ thành chuyển giao bên trong tần số (Intra -frequency HO) và chuyển giao giữa các tần số (Inter - frequency HO) Chuyển giao trong tấn số xuất hiện giữa các cell thuộc cùng một sóng mang WCDMA, còn chuyển giao giữa các tần số xuất hiện giữa các cell hoạt động trên các sóng mang WCDMA khác nhau

- Chuyển giao giữa các hệ thống (Inter - system HO): Kiểu chuyển giao này xuất hiện giữa các cell thuộc về 2 công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau hay các chế độ truy nhập vô tuyến khác nhau Trường hợp phổ biến nhất cho kiểu đầu tiên dùng để chuyển giao giữa các hệ thống WCDMA và GSM/EDGE Chuyển giao giữa 2 hệ thống CDMA cũng thuộc kiểu này Một ví dụ của chuyển giao giữa các chế độ truy nhập vô tuyến khác nhau là giữa các chế độ UTRA FDD và UTRA TDD

- Chuyển giao cứng (HHO - Hard Handover): HHO là một loại thủ tục chuyển giao trong đó tất cả các liên kết vô tuyến cũ của một máy di động được giải phóng trước khi các liên kết vô tuyến mới được thiết lập Đối với các dịch vụ thời gian thực, thì điều đó có nghĩa là có một sự gián đoạn ngắn xảy ra, còn đối với các dịch vụ phi thời gian thực thì HHO không ảnh hưởng gì Chuyển giao cứng diễn ra như là chuyển giao trong cùng tần số và chuyển giao ngoài tần số

- Chuyển giao mềm (SHO) và chuyển giao mềm hơn (Softer HO): Trong suốt quá trình chuyển giao mềm, một máy di động đồng thời giao tiếp với cả 2 hoặc nhiều cell (đối với cả 2 loại chuyển giao mềm) thuộc về các trạm gốc khác nhau của cùng một bộ điều khiển mạng vô tuyến (intra - RNC) hoặc các bộ điều khiển mạng vô tuyến khác nhau (inter - RNC) Trên đường xuống (DL), máy di động nhận các tín hiệu để

Trang 21

kết hợp và nhận tín hiệu có chất lượng cao nhất Trên đường lên (UL), thuê bao được tách sóng bởi cả 2 Node B (đối với cả 2 kiểu SHO), và được định tuyến đến bộ điều khiển vô tuyến để lựa chọn tín hiệu tốt hơn Trong trường hợp chuyển giao mềm hơn, một máy di động được điều khiển bởi ít nhất 2 sector trong cùng một BS, RNC không quan tâm và chỉ có một vòng điều khiển công suất hoạt động Chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn chỉ có thể xảy ra trong một tần số sóng mang, do đó chúng là các quá trình chuyển giao trong cùng tần số

Trang 22

CHƯƠNG 2: QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA

CHƯƠNG 2: QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA

2.1 Giới thiệu chung về quy hoạch mạng:

Ở chương trước ta đã tổng quát chung về cấu trúc và đặc điểm của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 Trong chương này sẽ nghiên cứu việc quy hoạch mạng

vô tuyến WCDMA bao gồm: định cỡ mạng; quy hoạch chi tiết vùng phủ và dung lượng; tối ưu hoá mạng

Quy hoạch mạng được tiến hành trên cơ sở yêu cầu của thông số được thiết lập Công việc quy hoạch mạng có thể chia thành hai công việc chính là: quy hoạch mạng

vô tuyến và quy hoạch mạng lõi 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 Ở giai đoạn định kích cỡ sẽ đưa ra kích cỡ số đài trạm gốc, cấu hình các trạm gốc và các phần tử khác trên cơ sở các yêu cầu của nhà khai thác và truyền sóng trong vùng Định cỡ phải thực hiện được các yêu cầu của nhà khai thác về vùng phủ, dung lượng và chất lượng phục vụ Dung lượng và vùng phủ liên quan chặt chẽ với nhau ở trong mạng di động Vì vậy phải xem xét đồng thời khi định kích cỡ mạng Quy hoạch mạng vô tuyến được thực hiện kết hợp với công cụ phần mềm quy hoạch UMTS

Khi mạng đi vào hoạt động, có thể quan sát hiệu năng của hệ thống qua việc đo các thông số và kết quả của các thông số đó sẽ được sử dụng để hiển thị và tối ưu hoá hiệu năng mạng Quá trình quy hoạch và tối ưu hoá mạng có thể thực hiện một cách tự động bằng cách sử dụng các công cụ thông minh và các phần tử mạng Thông thường trong giai đoạn triển khai ta thấy không thể tối ưu khi triển khai hệ thống giống như quy hoạch mạng Có rất nhiều nguyên nhân buộc ta phải thay đổi quy hoạch như không thể đặt Node B đúng vị trí quy hoạch, nảy sinh các vấn đề về vùng phủ và chất lượng khi kết nối và tối ưu… 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 so với nhóm kỹ thuật chịu trách nhiệm thiết kế

Việc quy hoạch mạng thường được dựa vào mô hình CCQ Mô hình CCQ mô

tả sự cân bằng giữa 3 yếu tố: Vùng phủ (coverage); Dung lượng (capacity); Chất lượng dịch vụ (QoS)

Hình 2.1: Mô hình CCQ

Trang 23

Việc thiết kế một mạng UMTS là một quá trình bị chi phối bởi nhiều yếu tố về yêu cầu thiết kế và yêu cầu về hệ thống Đặc biệt là khi số người dùng tăng lên sẽ làm gia tăng nhiễu giao thoa trong vùng phủ, kích thước cell sẽ bị thu hẹp Các yếu tố về kinh tế, địa lý trong cấu trúc cell đều phải được tính đến

Trong quá trình khởi tạo, yếu tố dung lượng và vùng phủ là hai yếu tố được xem xét đầu tiên Khi được đưa vào hoạt động, các thông số kĩ thuật như: thống kê lưu lượng; các loại dịch vụ; thống kê QoS; nghẽn cell; lưu lượng vào giờ cao điểm; thống

kê về lưu lượng di chuyển… sẽ được gửi về trung tâm vận hành bảo dưỡng (NOMC, hay OMC, NOC)

Với mạng 3G quá trình quy hoạch và tối ưu / tái quy hoạch là một quá trình liên tục Khi hoàn thành quy hoạch dung lượng và vùng phủ sóng và một mạng được xây dựng, những thiết bị đầu cuối được đưa vào mạng và cho phép kiểm soát hiệu suất mạng Quá trình này là quá trình liên tục đảm bảo hiệu suất và tối ưu hóa Mục đích của quy hoạch mạng lưới là kiểm soát và tối đa hóa ảnh hưởng của ba tham số đó

2.2 Một số đặc điểm cần lưu ý trong quy hoạch mạng:

2.2.1 Dự báo:

Dự báo là bước đầu tiên và quan trọng trong quá trình quy hoạch và triển khai thành công một hệ thống thông tin di động Tùy theo việc quy hoạch mạng là mới hay phát triển từ nền tảng mạng hiện có mà dự báo nhu cầu dịch vụ có thể thực hiện khác nhau Dự báo bao gồm:

2.2.1.1 Dự báo nhu cầu dịch vụ/thuê bao:

Mục tiêu chính của dự báo thuê bao là đánh giá tổng số thuê bao trong thị trường cần phục vụ Đối với mạng WCDMA có khả năng cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau cho từng đối tượng khác nhau nên cần tiến hành theo từng kiểu thuê bao Dự báo có thể chia thành các bước sau:

- Xác định mục tiêu dự báo: gồm các mục tiêu như nhu cầu dân cư, nhu cầu cơ quan, vùng mục tiêu (tỉnh/thành phố hay toàn quốc), khuông khổ dự báo (5năm, 10 năm , 15 năm…)

- Xác định số liệu cần thu thập: Mật độ điện thoại, điều tra dân số, điều tra về doanh nghiệp, mức thu nhập, tốc độ tăng trưởng, quy hoạch phát triển tỉnh/thành phố

- Phân tích xu hướng của nhu cầu: xu hướng phát triển của nhu cầu đối với các dịch vụ phân tích theo các quan điểm: mật độ điện thoại, các đặc điểm riêng của vùng

và so sánh với các quốc giá khác

- Phương pháp dự báo: có thể thực hiện theo một phương pháp hoặc kết hợp các phương pháp Thông thường có 02 phương pháp là: dự báo theo chuỗi thời gian và theo mô hình hóa

2.2.1.2 Dự báo lưu lượng:

Dự báo lưu lượng là bước đầu tiên cần thực hiện trong quá trình quy hoạch mạng Dự báo lưu lượng có thể dựa trên cơ sở xu thế của các mạng di động khác đã được khai thác Dự báo lưu lượng bao gồm dự báo sử dụng lưu lượng voice và data

Trang 24

2.2.1.3 Dự phòng cho tương lai:

Trong thực tế cho thấy sự phát triển nhanh của thuê bao và các dịch vụ mới khiến các nhà khai thác mạng luôn phải đối mặt với các khó khăn không nhỏ Do đó việc quy hoạch cho tương lai là rất cần thiết và rất quan trọng để tránh việc mở rộng thường xuyên, bởi vì dự phòng cho phép cung cấp lưu lượng bổ sung trong trường hợp thuê bao tăng trưởng nóng hay sự đột biến về lưu lượng tại một thời điểm

2.3 Các hoạt động cụ thể của định cỡ mạng WCDMA bao gồm:

2.3.1 Phân tích vùng phủ:

Quá trình phân tích vùng phủ vô tuyến thực hiện khảo sát các địa điểm cần phủ sóng và kiểu vùng phủ cần cung cấp cho các địa điểm này Các loại vùng phủ thông thường như: các vùng thương mại, các vùng dân số có mật độ dân số cao, và các đường cao tốc chính Do vậy cần phải có các thông tin về các vùng cần phủ sóng Các thông tin có thể dựa trên bản đồ như: mật độ dân cư, vùng đó là thành phố, ngoại ô, nông thôn, vùng nào là khu thương mại, khu công nghiệp…

Mục đích của quá trình khảo sát này bao gồm:

- Để đảm bảo cung cấp một dung lượng phù hợp cho các vùng này

- Biết được đặc điểm truyền sóng của vùng để xác định môi trường truyền sóng

vì mỗi môi trường sẽ có tác động trực tiếp đến mô hình truyền sóng

Phụ thuộc vào kiểu môi trường mà có thể có các mức phủ sóng khác nhau Ví dụ: đối với các vùng ngoại ô và thành thị thì cung cấp các vùng phủ trong nhà Tuy nhiên, đối với các vùng có đường cao tốc thì chỉ cần đến vùng phủ trong xe Còn các vùng phủ khác thì chỉ cần cung cấp các vùng phủ ngoài trời Đối với các hệ thống GSM khảo sát các nhân tố này đã có thể bắt tay vào thiết kế Nhưng đối với các hệ thống WCDMA thì cần phải xem xét thêm kiểu dịch vụ sẽ cung cấp hoặc có sẵn trong vùng Sau khi đã nắm được yêu cầu vùng phủ, tiếp theo ta tiến hành quy hoạch vùng phủ thông qua xem xét các yếu tố sau: Tính quỹ đường truyền; lựa chọn mô hình truyền sóng; quy hoạch vị trí cell Trong đó quy hoạch vị trí cell là bước quan trọng trong việc quy hoạch hệ thống WCDMA bởi vì nó sẽ đảm bảo mỗi trạm thu phát xây dựng sẽ đáp ứng được các tiêu chí chất lượng đề ra, tránh việc xây dựng ở các vị trí không đảm bảo

2.3.1.1 Tính toán quỹ đường truyền vô tuyến:

Cũng giống như các hệ thống thông tin di động tế bào khác, 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 (chú ý: đối với đường lên máy phát là MS, máy thu là BS; đối với đường xuống: máy phát là BS, máy thu là MS) Quỹ đường truyền tổng quát cho cả đường lên và đường xuống bao gồm các thành phần sau:

Ta tính toán quỹ đường truyền theo chiều uplink từ UE lên Node B Tổng quát, quỹ đường truyền bao gồm các thành phần sau:

Trang 25

Bảng 2.1: Công suất phát của các loại UE

 Suy hao connector và cáp của máy phát : UE thường không giá trị này là 0 dB

 Độ lợi anten phát Gt [dB]: cũng là 0 dB vì không sử dụng anten ngoài

 Suy hao do cơ thể Lb [dB]: phụ thuộc vào UE và cách người dùng sử dụng nó Chẳng hạn như khi dùng chế độ “hand-free”, không nhất thiết UE phải ở gần đầu người sử dụng, mà có thể ở bất cứ đâu trên cơ thể người, do đó suy hao này lớn Nhưng khi sử dụng dịch vụ videocall chẳng hạn, thì UE sẽ được cầm

ra xa cơ thể người dùng và suy hao này lại nhỏ Đối với một số ứng dụng văn phòng, có thể được kết nối đến PC, và lúc này ta có thêm suy hao do thiết bị nữa Giá trị này thông thường từ 3 đến 5 dB, giá trị điển hình là 3 dB

Như vậy, công suất bức xạ đẳng hướng tương đương của UE là:

 Suy hao do ở trong xe hoặc ở trong nhà Lx [dB]: trước đây suy hao do ở trong

xe được tính vào khoảng 3dB, tuy nhiên đối với các loại xe sau này giá trị này khoảng 10dB Cuối cùng, giá trị này được xem xét là dao động trong khoảng 6 -

Trang 26

Độ dữ trữ nhiễu:

Độ dữ trữ nhiễu là một hàm số của tổng cộng tải trong cell Tải của cell và hệ số tải tác động nên vùng phủ, nên cần phải có độ dự trữ nhiễu Nếu cho phép tải trong hệ thống càng lớn, độ dữ trữ nhiễu cần thiết cho đường lên càng lớn và vùng phủ càng nhỏ Giá trị tải tổng cộng có ảnh hưởng trực tiếp đến vùng phủ cell và vì thế mà ảnh hưởng gián tiếp đến chất lượng của các dịch vụ Đối với các trường hợp giới hạn vùng phủ cần một độ dự trữ nhiễu nhỏ hơn, còn đối với trường hợp giới hạn dung lượng thì

sử dụng độ dữ trữ nhiễu lớn hơn Trong trường hợp giới hạn vùng phủ, kích cỡ cell bị giới hạn bởi giá trị suy hao lớn đường truyền lớn nhất cho phép trong quỹ đường truyền và không sử dụng hết dung lượng giao diện vô tuyến lớn nhất của site trạm gốc Thông thường giá trị độ dữ trữ nhiễu trong trường hợp giới hạn vùng phủ là 1.0 -3.0dB, tương ứng với tải 20-50%

Độ dự trữ fadinh nhanh (khoảng hở điều khiển công suất):

Một số khoảng hở cần cho công suất phát của trạm di động để duy trì việc điều khiển công suất hợp lý Thông số này được áp dụng một cách đặc biệt cho MS đi bộ di chuyển chậm mà tại đó điều khiển công suất nhanh có thể bù fadinh nhanh một cách hiệu quả

Một ảnh hưởng khác của điều khiển công suất nhanh là tăng công suất phát cần

thiết trung bình (mức tăng công suất phát) Trong trường hợp MS di chuyển chậm,

điều khiển công suất có thể theo kịp kênh fadinh và mức tăng công suất trung bình Điều này rất cần thiết trong các cell của MS đó để cung cấp chất lượng tốt nhất cho các kết nối và không gây ra bất cứ một tác hại nào khi công suất phát tăng được bù bởi kênh fadinh Tuy nhiên đối với cell lân cận thì lại tăng thêm nhiễu bởi vì fadinh nhanh trong các kênh là không tương quan Các giá trị thông thường của độ dự trữ fadinh nhanh là 2.0 - 5.0dB đối với các MS di chuyển chậm

Độ lợi chuyển giao mềm:

Chuyển giao mềm hay cứng cung cấp một độ lợi chống lại fadinh chậm bằng cách giảm độ dự trữ fadinh chuẩn log yêu cầu Do trên thực tế fadinh chậm một phần không tương quan giữa các cell, và bằng cách thực hiện chuyển giao, máy di động có thể chọn lựa một liên kết thông tin tốt hơn Hơn nữa, chuyển giao mềm đem lại một độ lợi phân tập bổ sung chống lại fadinh nhanh bằng cách giảm Eb/N0 tuỳ theo liên kết vô tuyến đơn do tác dụng của việc kết hợp phân tập macro Tổng độ lợi là một hàm số của tốc độ máy di động và phụ thuộc vào thuật toán kết hợp phân tập được sử dụng trong

bộ thu và hiện trạng trễ kênh

Sau đây sẽ đưa ra các ví dụ về quỹ liên kết cho các dịch vụ UMTS điển hình: dịch vụ thoại 12.2kbps sử dụng bộ mã hoá, giải mã thoại đa tốc độ thích nghi AMR, dịch vụ dữ liệu thời gian thực 144 kbps và dịch vụ dữ liệu phi thời gian thực 384 kbps trong môi trường tế bào macro đô thị với mức tăng nhiễu đường lên là 3dB Độ dữ trữ nhiễu 3dB được sử dụng cho mức tăng công suất đường lên

Các giả định trong quỹ đường truyền của các bộ thu và phát được chỉ ra trong bảng 2.2 và 2.3

Trang 27

Đầu cuối thoại Đầu cuối dữ liệu

Công suất phát lớn nhất 21dBm 24 dBm

Bảng 2.2: Giả định quỹ đường truyền của máy di động

Tăng ích của Anten 18 dBi (trạm gốc 3 sector)

Eb/N0 yêu cầu Thoại : 5.0dB

Dữ liệu thời gian thực 144 kbps: 1.5 dB

Dữ liệu phi thời gian thực 384 kbps: 1.0 dB Suy hao cáp 2.0 dB

Bảng 2.3: Giả định về quỹ đường truyền của trạm gốc

Quỹ đường truyền trong bảng 2.4 được tính toán cho tốc độ thoại 12.2 kbps đối với người sử dụng trong xe bao gồm suy hao trong xe là 8.0dB Trường hợp này không

sử dụng độ dữ trữ fadinh bởi vì tại tốc độ 120km/h điều khiển công suất nhanh không thể bù fadinh Giả sử Eb/N0 yêu cầu là 5.0dB Eb/N0 yêu cầu tuỳ thuộc vào tốc độ bit, dịch vụ và hiện trạng đa đường, tốc độ di động, các thuật toán bộ thu và cấu trúc anten trạm gốc Đối với máy di động tốc độ thấp, Eb/N0 yêu cầu thấp nhưng lại đòi hòi độ dữ trữ fadinh nhanh

Dịch vụ thoại 12.2 kbps (120 km/h, trong xe hơi)

Trạm phát (máy di động)

Công suất phát lớn nhất của MS [W] 0.125

Công suất phát lớn nhất của MS [dBm] 21.0 a

Độ tăng ích của anten MS [dBi] 0.0 b

Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương

(EIRP) [dBm]

18.0 d =a+b-c

Trạm thu (Trạm gốc)

Mật độ tạp âm nhiệt [dBm/Hz] -174.0 e

Trang 28

Dạng nhiễu bộ thu trạm gốc [dB] 5.0 f

Mật độ tạp âm bộ thu [dBm/Hz] -169.0 g=e+f

Công suất tạp âm bộ thu [dBm] -103.2 h=g+10*log(3840000)

Độ tăng ích anten trạm gốc [dBi] 18.0 n

Suy hao cáp bên trong trạm gốc [dB] 2.0 o

Độ dự trữ fadinh nhanh [dB] 0.0 p

Suy hao đường truyền lớn nhất [dB] 154.2 q = d - m + n - o - p

Các thành phần khác

Độ dữ trữ fadinh normal log [dB] 7.3 r

Độ lợi chuyển giao mềm [dB], nhiều cell 3.0 s

Suy hao do ở trong xe [dB] 8.0 t

Suy hao truyền sóng được phép đối với phạm

vi của cell [dB]

141.9 u = q - r + s-t

Bảng 2.4: Quỹ đường truyền tham khảo cho dịch vụ thoại 12.2 kbps đa tốc độ

(120km/h, người sử dụng ở trong xe ô tô)

Bảng 2.5 chỉ ra quỹ đường truyền cho các dịch vụ thời gian thực 144 kbps khi xác suất vị trí ở bên trong nhà là 80% được cung cấp bởi các trạm gốc ngoài trời Bảng 2.5 chỉ ra rằng quỹ đường truyền của dịch vụ dữ liệu thời gian thực 144 kbps chỉ khác với dịch vụ thoại 12.2 kbps về độ lợi xử lý, công suất phát máy di động cao hơn, và Eb/N0 yêu cầu thấp hơn Hơn nữa, khoảng hở là 4.0dB được dự trữ cho điều khiển công suất nhanh có thể bù cho fadinh tại tốc độ 3km/h Giả sử suy hao thâm nhập toà nhà bình quân là 15dB

Dịch vụ dữ liệu 144 kbps Trạm phát (máy di động)

(EIRP) [dBm]

26.0 d =a+b-c

Trang 29

Suy hao đường truyền lớn nhất [dB] 151.0 q = d - m + n - o – p

Suy hao do ở trong xe , trong nhà [dB] 15.0 t

vi của cell [dB]

133.8 u= q - r + s-t

Bảng 2.5: Quỹ đường truyền của các dịch vụ thời gian thực tốc độ 144 kbps (vận tốc di động 2km/h, người sử dụng trong nhà được phục vụ bởi BS ngoài trời)

Giá trị q đưa ra suy hao đường truyền lớn nhất giữa anten máy di động và trạm

gốc Độ dự trữ bổ sung r và t cần để đảm bảo cho vùng phủ indoor với sự có mặt của

vật che khuất Sự che khuất gây ra bởi các toà nhà, quả đồi …và được mô hình hoá bởi

fadinh chuẩn log Giá trị u dùng để tính toàn kích cỡ cell

Dịch vụ dữ liệu phi thời gian thực 384 kbps

Trạm phát (máy di động)

(EIRP) [dBm]

26.0 d =a+b-c

Trang 30

Suy hao đường truyền lớn nhất [dB] 147.2 q = d - m + n - o - p

Suy hao do ở trong xe [dB] 0.0 t

Có rất nhiều mô hình truyền sóng cho 3G Nhưng trong phạm vi đồ án này chúng

ta chỉ tìm hiểu về 2 mô hình truyền đó là mô hình Hata-Okumura và mô hình Walfisch-Ikegami Đây là 2 mô hình rất phù hợp với quy hoạch 3G ở Việt Nam

Mô hình Hata–Okumura:

Mô hình này là quan hệ thực nghiệm được rút ra từ báo cáo kỹ thuật của Okumura cho phép sử dụng các kết quả vào các công cụ tính toán Báo cáo của Okumura bao gồm một chuỗi các lưu đồ được sử dụng để lập mô hình thông tin vô tuyến Dựa trên các đo lường được thực hiện bởi Y.Okumura ở Tokyo tại tần số 1920 MHz, các đo lường này vừa khớp với mô hình toán học của M.Hata

Trong mô hình này, ban đầu suy hao đường truyền được tính bằng cách tính hệ

số điều chỉnh anten cho các vùng đô thị là hàm của khoảng cách giữa trạm gốc, trạm di động và tần số Hệ số này được đưa vào suy hao không gian tự do Kết quả được điều chỉnh bằng các hệ số cho độ cao anten trạm gốc và trạm di động Ngoài ra, các hệ số

Trang 31

điều chỉnh được cấp cho hướng phố, các vùng ngoại ô, các vùng mở và các địa hình không đều

Mô hình Hata được áp dụng cho các thông số trong phạm vi sau:

c p

h

h a h f

L R

lg.55,69,44

lg.28,13lg

.26,2655,69lg

Trang 32

Hình 2.2: Suy hao đường truyền theo bán kính với mô hình Hata

Hình 2.2 biểu diễn 4 đường suy hao của bốn vùng: vùng thành phố lớn; vùng thành phố nhỏ và trung bình; vùng ngoại ô; vùng mở rộng Từ hình vẽ ta cũng có thể thấy suy hao lớn nhất ở khu vực thành phố lớn và suy hao nhỏ nhất ở vùng khu vực

mở rộng do đặc tính địa hình Suy hao của mỗi vùng phụ thuộc địa hình môi trường truyền sóng của vùng đó

 Mô hình Walfisch-Ikegami (hay COST 231):

Mô hình này được sử dụng để đánh giá suy hao đường truyền ở môi trường thành phố cho hệ thống thông tin di động tổ ong Mô hình này chứa các phần tử: suy hao không gian tự do; suy hao tán xạ và nhiễu xạ nhiều vật chắn; suy hao nhiễu xạ mái nhà

Mô hình Walfisch – Ikegami thích hợp cho các khu vực đô thị, các thành phố lớn

và trung bình, nhỏ

Trang 33

Mô hình này áp dụng cho các thông số thỏa điều kiện:

- Tần số sóng mang f c : 800 - 2000 (MHz)

- Bán kinh cell : 0,02 - 5 (km)

- Độ cao anten trạm gốc h b : 4 - 50 (m)

- Độcao anten trạm di động h m : 1 - 3 (m)

Hình 2.3: Các tham số trong mô hình Walfisch-Ikegami

Suy hao cho phép trong mô hình này đƣợc tính nhƣ sau :

0

55 0

, 646 , 9

90 55

, 55 075

, 0 5 , 2

Trang 34

b là khoảng cách giữa các toà nhà dọc theo đường truyền

L bsh là suy hao do che khuất khi anten đặt cao hơn tòa nhà và được xác định bởi:

r b b bsh

h h

h h h L

,0

),1

lg(

.18

r b m b d

h h

h h h

h k

,18

,

1518

k

f k b

k h W

L L L

.30lg.9lg

.20lg

.10

Có thể sử dụng các giá trị mặc định sau cho mô hình:

b = 20 ÷ 50m; W = b/2; Ф = b/2; h r = 3 x (số tầng) + h m

với: h m= 3 m cho nóc nhà có độ cao, 0 m cho nóc nhà phẳng

Suy hao đường truyền dự đoán theo mô hình Hata thấp hơn so với mô hình Walfisch-Ikegami Tuy nhiên, mô hình Hata bỏ qua ảnh hưởng của độ rộng đường

Tiêu đề	Quy Hoạch Mạng Vô Tuyến WCDMA
Tác giả	Nguyễn Quyết Tiến
Người hướng dẫn	Lê Chu Khẩn
Trường học	Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông Cơ Sở Tại Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Điện Tử - Viễn Thông
Thể loại	đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2012
Thành phố	Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	69
Dung lượng	2,29 MB