quy hoạch mạng 3g wcdma và số liệu thực tiễn tại vinaphone

Nhiệm vụ trung tâm của quy hoạch mạng và tối ưu mạng là cân bằnggiữa vùng phủ, dung lượng và chất lượng dựa trên sự đầu tư hợp lý vớiđiều kiện tài nguyên tần số hạn chế, để đạt được tỉ l

MỤC LỤC

Danh mục các từ viết tắt

Danh mục các bảng biểu

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Lời nói đầu Error: Reference source not found

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 4

TÍNH CẤP THIẾT CỦA QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN VÀ CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN 16

1.1 Giới thiệu về quy hoạch mạng vô tuyến 16

1.1.1 Tính cấp thiết của việc quy hoạch mạng vô tuyến 16

1.1.2 Sự khác biệt giữa Quy hoạch và Tối ưu mạng vô tuyến 17

Nhiệm vụ trung tâm của quy hoạch mạng và tối ưu mạng là cân bằng giữa vùng phủ, dung lượng và chất lượng dựa trên sự đầu tư hợp lý với điều kiện tài nguyên tần số hạn chế, để đạt được tỉ lệ tiền lãi đầu tư cao nhất 18

1.1.3 Thuật ngữ sử dụng trong quy hoạch mạng 18

1.2 Quá trình quy hoạch mạng vô tuyến 19

1.2.1 Các mục tiêu và tiêu chí quy hoạch mạng 20

Hình 1.2 Cấu trúc phân cấp cell 22

1.2.3 Bước chuẩn bị 23

Hình 1.3 Vùng phủ cell khác nhau cho các tốc độ dữ liệu khác nhau 25

1.3.1 Quy hoạch vùng phủ 25

Bảng 1.1 Các tham số thiết bị và mạng 26

1.3.2 Quy hoạch dung lượng 28

Bảng 1.2 Mối quan hệ giữa dự trữ nhiễu cần thiết ứng với tải đường lên 28

Bảng 1.4 Các thông số sử dụng trong tính toán hệ số tải liên kết đơn 32

1.4 Quy hoạch mạng vô tuyến chi tiết 36

Hình 1.5 Quá trình tối ưu mạng 37

1.6 Tổng kết chương 38

Chương 2 39

MẠNG 3G UMTS VÀ GIẢI PHÁP THỰC TẾ QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN 39

2.1 Mạng 3G UMTS và các giải pháp kỹ thuật chính 39

2.1.1 Giới thiệu công nghệ W-CDMA 39

2.1.2 Cấu trúc mạng WCDMA 40

Hình 2.1 Cấu trúc tổng thể của hệ thống UMTS 40

2.1.3 Các kỹ thuật cơ bản trong hệ thống UMTS 42

Hình 2.2 Trải phổ DS-CDMA với 3 người dùng 43

Hình 2.3 Mô hình điều chế và giải điều chế 43

Hình 2.4 Cây mã OVSF 44

Hình 2.5 Thuật toán chuyển giao trong WCDMA 47

2.2.1 Định cỡ mạng vô tuyến 48

2.2.1.1 Tính toán vùng phủ sóng 48

Hình 2.6 Quá trình tính toán bán kính vùng phủ sóng 49

Bảng 2.1 Các loại hình phủ sóng phổ biến 50

Bảng 2.2 Các loại dịch vụ chính của WCDMA 50

Hình 2.7 Bán kính vùng phủ tối đa của cell ứng với các loại dịch vụ 51

Bảng 2.8 Kết quả tính bán kính tham khảo 57

2.2.1.2 Phân tích dung lượng 59

2.3 Kết luận chương 64

QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN 3G UMTS CHO MẠNG MOBIFONE KHU VỰC TP HÀ NỘI 65

3.1 Tổng quan mạng MobiFone 65

3.1.1 Giới thiệu về Công ty thông tin di động (VMS) 65

Hình 3.1 Tăng trưởng thuê bao giai đoạn 1993-2010 65

3.1.2 Tình hình phát triển của MobiFone đến năm 2010 67

Bảng 3.1 Số trạm phát sóng 2G/3G hiện nay của MobiFone 67

Bảng 3.2 Thống kê số thuê bao của MobiFone giai đoạn 2006-2009 68

3.1.2 Kế hoạch triển khai 3G của Mobifone thuộc Trung tâm khu vực I .69

Hình 3.2 Lưu lượng thuê bao của Mobifone năm 2010 70

Bảng 3.3 Số trạm Node-B lắp đặt đến năm 2012 thuộc Trung tâm I 70

Bảng 3.4 Số Node-B dự kiến lắp đặt 71

Bảng 3.5 Dự kiến triển khai vùng phủ sóng của MobiFone 72

3.1.3 Triển khai chung cơ sở hạ tầng mạng 2G/3G 73

Hình 3.6 Mô tả dùng chung thiết bị nguồn 76

3.2.1 Tình hình kinh tế xã hội Thành phố Hà Nội 78

3.2.2 Tình hình phát triển mạng viễn thông tại Tp Hà Nội 79

Bảng 3.6 Phát triển thuê bao 2G MobiFone tại Hà Nội 79

Bảng 3.7 Dự báo phát triển thuê bao MobiFone khu vực Hà Nội 80

3.3.3 Dung lượng RNC 84

3.3.4 Vị trí Node-B và RNC 84

3.3.5 Truyền dẫn cho Node-B 85

3.4 Kết luận chương 85 KẾT LUẬN 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

Bộ điều khiển tăng ích tự động

Bộ mã hoá và giải mã đa tốc độ thích nghi

Hệ thống điện thoại di động tiên tiến (Mỹ)

Số cuộc gọi trong giờ bận Tốc độ lỗi bit.

Tốc độ lỗi Block Khoá dịch pha nhị phân.

Mã nhận dạng trạm gốc Trạm gốc

CRC

Core Network Cylic Redundancy Check

Các tốc độ dữ liệu tăng cường cho sự tiến hoá

Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương

Viện chuẩn hoá viễn thông Châu Âu

F.

FDD

FDMA

FER

Frequency Division Duplex

Frequency Division Multiple Access Frame Error Rate

Phương thức song công phân chia theo tần số

Đa truy nhập phân chia theo tần số

Global Positioning System Global System for Mobile Telecommunication

Nút hỗ trợ cổng GPRS Dịch vụ vô tuyến gói chung.

Độ lợi xửlý

Hệ thống định vị toàn cầu.

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

Bộ đăng ký thường trú Truy nhập gói đường xuống tốc

độ cao Truy nhập gói lên xuống tốc độ cao

Internet Protocol International Telecommunication Union

Thông tin di động toàn cầu 2000 IMT đa sóng mang.

Giao thức Internet Liên hợp viễn thông quốc tế Giao diện giữa RNC và Node-B

Iur Giao diện giữa 2 RNC.

Multiprotocol Label Switching Multi input multi output

Mobile Service Switching Centre MSC server

Thiết bị di động Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện Nút cổng của Softswitch

Chuyển mạch nhãn đa giao thức

Đa phân tập Anten In/Out Trung tâm chuyển mạch dịch vụ

Operation Mainternance Center

Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao

Trung tâm điều hành quản lý khai thác

Đơn vị điều khiển gói Giả tạp âm

Hệ thống điều khiển thuê bao trả trước IN

Chế độ truy nhập vô tuyến Công nghệ truy nhập vô tuyến.

Bộ điều khiển mạng vô tuyến Phân hệ mạng vô tuyến

Giao thức điều khiển tài nguyên

vô tuyến Quản lý tài nguyên vô tuyến.

Số hiệu khung hệ thống.

Nút hỗ trợ điều khiển dịch vụ trong PPS-IN

Nút hỗ trợ điều khiển dữ liệu

trong PPS-IN Nút hỗ trợ GPRS phục vụ Chuyển giao mềm.

Giao thức khởi tạo phiên

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu Dịch vụ nhắn tin ngắn.

Tỷ số tín hiệu trên tạp âm Điểm chuyển tiếp báo hiệu

Universal Mobile Telecommunication System UMTS Subscriber Identify Module

UMTS Terrestrial Radio Access Network

Thiết bị người sử dụng Đường lên

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

Modul nhận dạng thuê bao UMTS

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 4

TÍNH CẤP THIẾT CỦA QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN VÀ CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN 16

1.1 Giới thiệu về quy hoạch mạng vô tuyến 16

1.1.1 Tính cấp thiết của việc quy hoạch mạng vô tuyến 16

1.1.2 Sự khác biệt giữa Quy hoạch và Tối ưu mạng vô tuyến 17

Nhiệm vụ trung tâm của quy hoạch mạng và tối ưu mạng là cân bằng giữa vùng phủ, dung lượng và chất lượng dựa trên sự đầu tư hợp lý với điều kiện tài nguyên tần số hạn chế, để đạt được tỉ lệ tiền lãi đầu tư cao nhất 18

1.1.3 Thuật ngữ sử dụng trong quy hoạch mạng 18

1.2 Quá trình quy hoạch mạng vô tuyến 19

1.2.1 Các mục tiêu và tiêu chí quy hoạch mạng 20

Hình 1.2 Cấu trúc phân cấp cell 22

1.2.3 Bước chuẩn bị 23

Hình 1.3 Vùng phủ cell khác nhau cho các tốc độ dữ liệu khác nhau 25

1.3.1 Quy hoạch vùng phủ 25

Bảng 1.1 Các tham số thiết bị và mạng 26

1.3.2 Quy hoạch dung lượng 28

Bảng 1.2 Mối quan hệ giữa dự trữ nhiễu cần thiết ứng với tải đường lên 28

Bảng 1.4 Các thông số sử dụng trong tính toán hệ số tải liên kết đơn 32 1.4 Quy hoạch mạng vô tuyến chi tiết 36

Hình 1.5 Quá trình tối ưu mạng 37

1.6 Tổng kết chương 38

Chương 2 39

MẠNG 3G UMTS VÀ GIẢI PHÁP THỰC TẾ QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN 39

2.1 Mạng 3G UMTS và các giải pháp kỹ thuật chính 39

2.1.1 Giới thiệu công nghệ W-CDMA 39

2.1.2 Cấu trúc mạng WCDMA 40

Hình 2.1 Cấu trúc tổng thể của hệ thống UMTS 40

2.1.3 Các kỹ thuật cơ bản trong hệ thống UMTS 42

Hình 2.2 Trải phổ DS-CDMA với 3 người dùng 43

Hình 2.3 Mô hình điều chế và giải điều chế 43

Hình 2.4 Cây mã OVSF 44

Hình 2.5 Thuật toán chuyển giao trong WCDMA 47

2.2.1 Định cỡ mạng vô tuyến 48

2.2.1.1 Tính toán vùng phủ sóng 48

Hình 2.6 Quá trình tính toán bán kính vùng phủ sóng 49

Bảng 2.1 Các loại hình phủ sóng phổ biến 50

Bảng 2.2 Các loại dịch vụ chính của WCDMA 50

Hình 2.7 Bán kính vùng phủ tối đa của cell ứng với các loại dịch vụ 51

Bảng 2.8 Kết quả tính bán kính tham khảo 57

2.2.1.2 Phân tích dung lượng 59

2.3 Kết luận chương 64

QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN 3G UMTS CHO MẠNG MOBIFONE KHU VỰC TP HÀ NỘI 65

3.1 Tổng quan mạng MobiFone 65

3.1.1 Giới thiệu về Công ty thông tin di động (VMS) 65

Hình 3.1 Tăng trưởng thuê bao giai đoạn 1993-2010 65

3.1.2 Tình hình phát triển của MobiFone đến năm 2010 67

Bảng 3.1 Số trạm phát sóng 2G/3G hiện nay của MobiFone 67

Bảng 3.2 Thống kê số thuê bao của MobiFone giai đoạn 2006-2009 68

3.1.2 Kế hoạch triển khai 3G của Mobifone thuộc Trung tâm khu vực I .69

Hình 3.2 Lưu lượng thuê bao của Mobifone năm 2010 70

Bảng 3.3 Số trạm Node-B lắp đặt đến năm 2012 thuộc Trung tâm I 70

Bảng 3.4 Số Node-B dự kiến lắp đặt 71

Bảng 3.5 Dự kiến triển khai vùng phủ sóng của MobiFone 72

3.1.3 Triển khai chung cơ sở hạ tầng mạng 2G/3G 73

Hình 3.6 Mô tả dùng chung thiết bị nguồn 76

3.2.1 Tình hình kinh tế xã hội Thành phố Hà Nội 78

3.2.2 Tình hình phát triển mạng viễn thông tại Tp Hà Nội 79

Bảng 3.6 Phát triển thuê bao 2G MobiFone tại Hà Nội 79

Bảng 3.7 Dự báo phát triển thuê bao MobiFone khu vực Hà Nội 80

3.3.3 Dung lượng RNC 84

3.3.4 Vị trí Node-B và RNC 84

3.3.5 Truyền dẫn cho Node-B 85

3.4 Kết luận chương 85

KẾT LUẬN 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 4

TÍNH CẤP THIẾT CỦA QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN VÀ CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN 16

1.1 Giới thiệu về quy hoạch mạng vô tuyến 16

1.1.1 Tính cấp thiết của việc quy hoạch mạng vô tuyến 16

1.1.2 Sự khác biệt giữa Quy hoạch và Tối ưu mạng vô tuyến 17

Nhiệm vụ trung tâm của quy hoạch mạng và tối ưu mạng là cân bằng giữa vùng phủ, dung lượng và chất lượng dựa trên sự đầu tư hợp lý với điều kiện tài nguyên tần số hạn chế, để đạt được tỉ lệ tiền lãi đầu tư cao nhất 18

1.1.3 Thuật ngữ sử dụng trong quy hoạch mạng 18

1.2 Quá trình quy hoạch mạng vô tuyến 18

1.2.1 Các mục tiêu và tiêu chí quy hoạch mạng 20

Hình 1.2 Cấu trúc phân cấp cell 22

1.2.3 Bước chuẩn bị 23

Hình 1.3 Vùng phủ cell khác nhau cho các tốc độ dữ liệu khác nhau 25

1.3.1 Quy hoạch vùng phủ 25

Bảng 1.1 Các tham số thiết bị và mạng 26

1.3.2 Quy hoạch dung lượng 28

Bảng 1.2 Mối quan hệ giữa dự trữ nhiễu cần thiết ứng với tải đường lên 28

Bảng 1.4 Các thông số sử dụng trong tính toán hệ số tải liên kết đơn 32 1.4 Quy hoạch mạng vô tuyến chi tiết 36

Hình 1.5 Quá trình tối ưu mạng 37

1.6 Tổng kết chương 38

Chương 2 39

MẠNG 3G UMTS VÀ GIẢI PHÁP THỰC TẾ QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN 39

2.1 Mạng 3G UMTS và các giải pháp kỹ thuật chính 39

2.1.1 Giới thiệu công nghệ W-CDMA 39

2.1.2 Cấu trúc mạng WCDMA 40

Hình 2.1 Cấu trúc tổng thể của hệ thống UMTS 40

2.1.3 Các kỹ thuật cơ bản trong hệ thống UMTS 42

Hình 2.2 Trải phổ DS-CDMA với 3 người dùng 43

Hình 2.3 Mô hình điều chế và giải điều chế 43

Hình 2.4 Cây mã OVSF 44

Hình 2.5 Thuật toán chuyển giao trong WCDMA 47

2.2.1 Định cỡ mạng vô tuyến 48

2.2.1.1 Tính toán vùng phủ sóng 48

Hình 2.6 Quá trình tính toán bán kính vùng phủ sóng 49

Bảng 2.1 Các loại hình phủ sóng phổ biến 50

Bảng 2.2 Các loại dịch vụ chính của WCDMA 50

Hình 2.7 Bán kính vùng phủ tối đa của cell ứng với các loại dịch vụ 51

Bảng 2.8 Kết quả tính bán kính tham khảo 57

2.2.1.2 Phân tích dung lượng 59

2.3 Kết luận chương 64

QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN 3G UMTS CHO MẠNG MOBIFONE KHU VỰC TP HÀ NỘI 65

3.1 Tổng quan mạng MobiFone 65

3.1.1 Giới thiệu về Công ty thông tin di động (VMS) 65

Hình 3.1 Tăng trưởng thuê bao giai đoạn 1993-2010 65

3.1.2 Tình hình phát triển của MobiFone đến năm 2010 67

Bảng 3.1 Số trạm phát sóng 2G/3G hiện nay của MobiFone 67

Bảng 3.2 Thống kê số thuê bao của MobiFone giai đoạn 2006-2009 68

3.1.2 Kế hoạch triển khai 3G của Mobifone thuộc Trung tâm khu vực I .69

Hình 3.2 Lưu lượng thuê bao của Mobifone năm 2010 70

Bảng 3.3 Số trạm Node-B lắp đặt đến năm 2012 thuộc Trung tâm I 70

Bảng 3.4 Số Node-B dự kiến lắp đặt 71

Bảng 3.5 Dự kiến triển khai vùng phủ sóng của MobiFone 72

3.1.3 Triển khai chung cơ sở hạ tầng mạng 2G/3G 73

Hình 3.6 Mô tả dùng chung thiết bị nguồn 76

3.2.1 Tình hình kinh tế xã hội Thành phố Hà Nội 78

3.2.2 Tình hình phát triển mạng viễn thông tại Tp Hà Nội 79

Bảng 3.6 Phát triển thuê bao 2G MobiFone tại Hà Nội 79

Bảng 3.7 Dự báo phát triển thuê bao MobiFone khu vực Hà Nội 80

3.3.3 Dung lượng RNC 84

3.3.4 Vị trí Node-B và RNC 84

3.3.5 Truyền dẫn cho Node-B 85

3.4 Kết luận chương 85

KẾT LUẬN 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

LỜI NÓI ĐẦU

Thông tin liên lạc nói chung và thông tin di động nói riêng hiện nay

là một trong những ngành công nghiệp có tốc độ phát triển nhanh nhất trên thế giới trong vài năm trở lại đây Cùng với nhu cầu ngày càng lớn về các dịch vụ của khách hàng như thoại, dữ liệu và dịch vụ giá trị gia tăng, thì công nghệ GSM, GPRS không thể đáp ứng đủ cho các nhu cầu đó Hướng tất yếu là phát triển các công nghệ di động mới có đủ khả năng để đáp ứng các nhu cầu của khách hàng Công nghệ di động 3G là một trong những công nghệ mới như thế Với các ưu thế vượt trội về tốc độ truyền tải dữ liệu, công nghệ di động 3G hứa hẹn cung cấp các dịch vụ nội dung phong phú đáp ứng nhu cầu đa dạng của khách hàng

Bộ Thông tin và Truyền thông đã cấp giấy phép triển khai 3G từ tháng 4/2009 cho 4 đơn vị là: Viettel, VinaPhone, MobiFone, và Liên danh EVN Telecom và HT Mobile Giấy phép 3G cấp cho 4 doanh nghiệp trên theo tiêu chuẩn IMT-2000 trong băng tần 1900-2200 MHz Đến hết tháng 3/2011, Việt Nam đã có 157,6 triệu thuê bao di động Với tốc độ tăng trưởng thuê bao như hiện nay, thì trong những năm tới, ngành công nghiệp

di động sẽ vẫn phát triển với tốc độ cao

Trong quá trình triển khai mạng di động 3G UMTS, công việc quy hoạch mạng vô tuyến đóng một vai trò cực kỳ quan trọng liên quan trực tiếp tới sự phát triển của mạng di động đối với một nhà khai thác dịch vụ di động Thực hiện tốt công việc quy hoạch mạng vô tuyến sẽ cung cấp cho mạng di động vùng phủ tối ưu cũng như dung lượng đáp ứng được cho các

nhu cầu về thoại và dữ liệu của khách hàng Công tác quy hoạch mạng vôtuyến được thực hiện liên tục từ khi mạng bắt đầu khai trương cho tới khimạng ngừng hoạt động, do đó các kỹ sư phải có kiến thức lý thuyết chắcchắn đồng thời phải có nhiều kinh nghiệm và nắm chắc quy trình quyhoạch mạng vô tuyến.

Nhận thức được tầm quan trọng và những đòi hỏi cấp bách của côngtác quy hoạch mạng vô tuyến, với sự hướng dẫn của thầy Phan Nhật Giang,cùng với thời gian thực tập tại phòng kỹ thuật khai thác Trung tâm thôngtin di động khu vực I-MobiFone, em đã có cơ hội tìm hiểu, nhiên cứu vàhoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Quy hoạch mạng 3G UMTS vàứng dụng” tập trung tìm hiểu về các giải pháp thực hiện quy hoạch mạng

vô tuyến và ứng dụng để quy hoạch mạng vô tuyến 3G mạng MobiFonekhu vực Thành phố Hà Nội Đồ án gồm 3 chương với kết cấu như sau:

Chương 1:Tính cấp thiết của quy hoạch mạng vô tuyến và các giảipháp thực thiện

Chương 2: Mạng 3G UMTS và giải pháp thực tế quy hoạch mạng vôtuyến

Chương 3: Quy hoạch mạng vô tuyến 3G UMTS cho mạngMobiFone khu vực Tp Hà Nội

Chương 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN VÀ CÁC

GIẢI PHÁP THỰC HIỆN 1.1 Giới thiệu về quy hoạch mạng vô tuyến

1.1.1 Tính cấp thiết của việc quy hoạch mạng vô tuyến

Quy hoạch mạng vô tuyến là một nhiệm vụ quan trọng đối với cácnhà khai thác dịch vụ thông tin di động Đây là một quá trình tốn nhiều thờigian, công sức là tiền bạc Hơn nữa, đây là một quá trình không bao giờ kếtthúc, nó có ảnh hưởng tới mỗi bước trong sự phát triển của mạng

Chất lượng của quá trình quy hoạch mạng vô tuyến có ảnh hưởngtrực tiếp đến lợi nhuận của nhà khai thác Quy hoạch kém dẫn đến việckhông tận dụng được hết dung lượng hoặc thiếu dung lượng, một số khuvực có thể bị chặn các cuộc gọi vì thiếu dung lượng thích hợp Lưu lượngquy hoạch nhỏ hơn thực tế dẫn một số khách hàng sẽ không hài lòng, và cóthể mất tiền mua các thiết bị đắt tiền mà không cần thiết

Một xu hướng rõ nét trong lĩnh vực thông tin di động hiện nay làviệc các nhà khai thác dịch vụ ngoài việc mở rộng dung lượng cung cấphiện có thì việc áp dụng nghiên cứu cũng như xác định lộ trình phát triểncông nghệ để tăng cường khả năng cung cấp đa dịch vụ tốt hơn đến kháchhàng ngày càng được quan tâm nhiều hơn

Với số lượng thuê bao di động không ngừng phát triển liên tục cùngvới việc cạnh tranh khốc liệt giữa các nhà khai thác dịch vụ thông tin di

động thì hạ tầng mạng thông tin di động 2G & 2,5G đã được khai thác tối

đa cho các dịch vụ truyền thông Do vậy để có hạ tầng mạng thích hợp cácdịch vụ trên nền IP/Internet, các dịch vụ truyền thông đa phương tiệnmultimedia, các dịch vụ gia tăng mới , nhất là dịch vụ VoIP và đủ điềukiện cho phép hạ giá thành cung cấp các dịch vụ này nhằm tăng tính cạnhtranh với các doanh nghiệp viễn thông khác trên thị trường, thì bắt buộccần phải có những bước chuyển đổi, phát triển, nâng cấp hạ tầng đối vớimạng di động hiện tại là điều tất yếu và hết sức cấp thiết

Việc nghiên cứu tìm hiểu và đưa ra giải pháp quy hoạch thiết kế chitiết hệ thống vô tuyến 3G UMTS là vô cùng cấp thiết đối với việc kinhdoanh và phát triển của nhà khai thác mạng trong tương lai Công tác quyhoạch thiết kế chi tiết sẽ giúp nhà khai thác mạng tối ưu về mặt tài nguyên

xử lý hệ thống, tối ưu về mặt khai thác vận hành bảo dưỡng, chi phí đầu từmạng 3G và phù hợp với quy hoạch tối ưu hóa mạng phân vùng thiết bị 2G

1.1.2 Sự khác biệt giữa Quy hoạch và Tối ưu mạng vô tuyến

Quá trình quy hoạch mạng vô tuyến là quá trình xây dựng một mạngtruy cập vô tuyến mới dựa trên việc kết hợp giữa các yêu cầu về dunglượng, vùng phủ và chất lượng (QoS) Quá trình này gồm ba bước: (1) định

cỡ mạng, (2) quy hoạch dung lượng và vùng phủ chi tiết và (3) tối ưumạng Trong quá trình quy hoạch mạng vô tuyến sẽ làm sáng tỏ các yêucầu về dung lượng, QoS và các yêu cầu vùng phủ sóng với mật độ site.Quy hoạch mạng vô tuyến diễn ra có thể do các sự kiện sau:

• Các chỉ tiêu kỹ thuật dưới mức mục tiêu

• Thay đổi trong chiến lược kinh doanh

• Phát triển các dịch vụ mới

• Thay đổi về quyền ưu tiên các dịch vụ

• Thay đổi trong quyền ưu tiên của khách hàng

Tối ưu mạng vô tuyến là hoạt động nhằm cải thiện chất lượng mạng

và tối đa lợi ích của các tài nguyên mạng hiện có qua việc thu thập tham số,phân tích dữ liệu, điều chỉnh tham số và các phương tiện kỹ thuật cần thiết.Đối với nhà khai thác mạng mong muốn tối ưu mạng mang lại cấu hình hệthống một cách hợp lý, sử dụng tối đa các tài nguyên mạng, nâng cao lợiích kinh tế mạng và giảm các chi phí vận hành qua việc tối ưu mạng

Nhiệm vụ trung tâm của quy hoạch mạng và tối ưu mạng là cân bằnggiữa vùng phủ, dung lượng và chất lượng dựa trên sự đầu tư hợp lý vớiđiều kiện tài nguyên tần số hạn chế, để đạt được tỉ lệ tiền lãi đầu tư caonhất.

1.1.3 Thuật ngữ sử dụng trong quy hoạch mạng

Mục này giải thích một số khái niệm và thuật ngữ được sử dụngtrong công việc quy hoạch mạng

• Cường độ lưu lượng được đo bằng Erlang Một Erlang tương đương

với một cuộc gọi kéo dài trong 1 giờ Như vậy, cường độ lưu lượng có thểtính từ:

o [Số cuộc gọi (mỗi giờ) × thời gian gọi trung bình (giây)] / 3600

o Nếu kết quả nhỏ hơn 1 Erlang, thì sử dụng đơn vị là mErlang (= 0,001 Erlang)

• Mật độ lưu lượng đo số các cuộc gọi/km2 (Erlang/km2) Điều này chỉ

có thể sử dụng cho các cuộc gọi thoại Đối với các dịch vụ dữ liệu, mật độlưu lượng tốt nhất là đo bằng Mbps/km2

• Hiệu suất sử dụng phổ được định nghĩa là lưu lượng được xử lý

trong một khu vực và băng thông nhất định Nó có thể được viết như sau:

o Cường độ lưu lượng (Erlang) / (Băng thông × khu vực) =

bps / (MHz × km2)

• Gián đoạn liên lạc là xác suất một mạng vô tuyến không đáp ứng

một QoS mục tiêu lý thuyết (quy định)

• Tải cell cho biết sự sử dụng tương đối của cell Được tính bằng phần

trăm của dung lượng lý thuyết cực đại

• Hệ số tải xác định lượng nhiễu gây ra tải lên cell bởi các cell xung

quanh Được tính bằng là tỉ số của công suất thu được bởi một trạm gốc từcác cell khác trên công suất nó thu được từ các máy di động trong cell của

nó Chú ý rằng tất cả công suất thu được từ bên ngoài cell đó là nhiễu

1.2 Quá trình quy hoạch mạng vô tuyến

Quá trình quy hoạch mạng vô tuyến được thực hiện dựa trên cơ sởyêu cầu của các thông số được thiết lập và là công việc phức tạp nhất trongviệc quy hoạch mạng Quá trình này bao gồm nhiều công việc như ướclượng lưu lượng, tính toán số lượng cell thích hợp, vị trí các trạm gốc Đầu

tiên, ước lượng lưu lượng dự kiến, và sau đó là thiết kế một mạng vô tuyến

có thể xử lý lưu lượng đó Công việc quy hoạch mạng vô tuyến bao gồm:

và vùng phủ liên quan chặt chẽ đến nhau trong các mạng 3G UMTS, và do

đó cả hai phải được xem xét đồng thời trong pha định cỡ của mạng đó

Với pha quy hoạch dung lượng và vùng phủ chi tiết cần phải có bản

đồ truyền lan sóng thực và ước tính lưu lượng của nhà khai thác trong mỗikhu vực Vị trí trạm gốc và các tham số mạng được lựa chọn bởi công cụquy hoạch và/hoặc người quy hoạch Dung lượng và vùng phủ có thể đượcphân tích cho mỗi cell sau quy hoạch chi tiết Khi mạng đi vào hoạt động,hiệu suất của mạng có thể được quan sát bởi các phép đo, và kết quả củacác phép đo đó có thể được sử dụng để hình dung và tối ưu hiệu suất củamạng Quá trình quy hoạch và tối ưu cũng có thể được tự động hóa với cáccông cụ thông minh và các phần tử mạng

Quá trình quy hoạch và triển khai mạng được chỉ ra trong hình 1.1

Hình 1.1 Quá trình quy hoạch và triển khai mạng WCDMA.

1.2.1 Các mục tiêu và tiêu chí quy hoạch mạng

Quy hoạch mạng là một quá trình phức tạp gồm nhiều giai đoạn.Mục tiêu cuối cùng cho quá trình quy hoạch mạng là xác định thiết kế củamạng, thiết kế này sau khi đó được xây dựng thành mạng di động Thiết kếmạng có thể là việc quy hoạch mạng GSM hiện có với mạng 3G UMTShoặc một mạng 3G UMTS mới hoàn toàn Khó khăn trong quy hoạch mạng

là kết hợp tất cả các yêu cầu một cách tối ưu nhất và để thiết kế mạng cóchi phí hiệu quả nhất

Trước khi quy hoạch thực tế bắt đầu với một mạng mới, tình hình thịtrường hiện tại được phân tích Phân tích thị trường bao gồm tất cả cácthông tin về đối thủ cạnh tranh Các câu hỏi phát sinh về nhu cầu của từngđối tượng người sử dụng, vùng phủ phải lớn như thế nào trong giai đoạnđầu và nó sẽ phát triển như thế nào trong tương lai Trong giai đoạn đầucũng sẽ quyết định loại dịch vụ nào được cung cấp và loại dịch vụ thíchhợp cho từng đối tượng Cần thiết phải ước lượng chi tiết hơn số lượngngười dùng của một kiểu dịch vụ nhất định Dung lượng cần thiết cho mỗidịch vụ và hướng tới dung lượng cho toàn mạng có thể được tính toán từlượng sử dụng trung bình ước lượng được

CÔNG VIỆC QUY HOẠCH

- Quy hoạch vùng phủ vô tuyến

- Quy hoạch dung lượng vô tuyến

- Định cỡ RNC và xác định các vị trí

đặt

- Quy hoạch mạng truyền dẫn truy nhập

- Quy hoạch mạng truyền dẫn đường

trục

CÔNG VIỆC TRIỂN KHAI

- Triển khai Node-B, RNC

- Kết nối Node-B và RNC

- Triển khai mạng lõi

- Kết nối mạng truy nhập - mạng lõi

- Kiểm tra đầu cuối - đầu cuối

- Tối ưu hóa

- Khai thác và đo đạc hiệu năng

Các yêu cầu cơ bản đối với mạng 3G UMTS là đáp ứng các mục tiêuvùng phủ và chất lượng Những yêu cầu đó cũng liên quan đến trải nghiệmchất lượng của mạng ở người dùng đầu cuối Mục tiêu vùng phủ trước hết

là khu vực địa lý mà mạng phủ sóng với một xác suất vị trí được chấpnhận, tức là xác suất để có được dịch vụ Ngoài ra còn phải xác định cácgiá trị cường độ tín hiệu cần được đáp ứng bên trong từng khu vực khácnhau Mục tiêu chất lượng có liên quan đến các yếu tố như tỉ lệ gọi thànhcông, tỉ lệ rớt cuộc gọi, và tỉ lệ thiết lập cuộc gọi thành công và chuyểngiao, các yếu tố nay không nên vượt quá giá trị đã được xác lập cho mạng

Yếu tố môi trường cũng ảnh hưởng lớn đến quy hoạch mạng Cácyếu tố như truyền lan sóng, suy giảm cường độ tín hiệu do địa hình gây ra.Địa hình của khu vực được quy hoạch, đường giao thông và các điểm nóngkhác là các yếu tố rõ ràng có ảnh hưởng đến việc quy hoạch

Tất cả các yếu tố vừa được đề cập – dữ liệu dựa trên phân tích thịtrường, các yêu cầu của nhà khai thác, các yếu tố môi trường và các điềukiện cần khác – giúp xác định các tham số quy hoạch và khung cho việcquy hoạch mạng Tổng kết lại, các yếu tố chính ảnh hưởng đến quy hoạchmạng được liệt kê dưới đây:

- Phân tích thị trường

• Phân tích các đối thủ cạnh tranh

• Các khách hàng tiềm năng

• Mô tả sơ lược người sử dụng: nhu cầu và các dịch vụ yêu cầu

- Các yêu cầu của khách hàng

• Các yêu cầu vùng phủ

• Các yêu cầu dung lượng

• Các mục tiêu chất lượng: tỉ lệ thiết lập cuộc gọi thành công, tỉ lệ rớtcuộc gọi, vv

• Các hạn chế về mặt tài chính

• Các kế hoạch triển khai trong tương lai

- Các yếu tố môi trường và các điều kiện cần khác

• Địa hình khu vực

• Các vị trí điểm nóng

• Băng tần sẵn có

• Các vị trí BTS được đề nghị

Mục tiêu quy hoạch mạng là xây dựng mạng có chất lượng càng caocàng tốt Mặt khác, mạng phải có chi phí hiệu quả, hoạt động phải có lãi.Điều này giải thích sự phức tạp của quy hoạch mạng, vùng phủ mạng tếbào hiệu quả và dung lượng cần thiết được tạo ra với các khoản đầu tư thấpnhất có thể.

1.2.2 Quy hoạch tần số trong mạng 3G UMTS

Trong mạng GSM, rất nhiều công việc được thực hiện với việc quyhoạch tần số Trong mạng 3G UMTS có rất ít quy hoạch tần số vì tất cả cácNode-B đều sử dụng chung tần số Thực tế mỗi nhà khai thác thường được

ấn định từ 2 tới 3 tần số trong pha đầu của UMTS, nên các tần số khácnhau thường được sử dụng cho các loại cell khác nhau Ví dụ, một tần sốcho macro-cell, một cho micro-cell, và tần số cuối cùng cho pico-cell Vìvậy, quy hoạch tần số ít quan trọng trong UMTS Mặt khác, cần phải kếthợp và cân bằng giữa quy hoạch vùng phủ và dung lượng để có chức năngmạng tốt nhất Ngoài ra, việc triển khai các Node-B phải được thực hiện tốt

để chống nhiễu lẫn nhau giữa các trạm

Hình 1.2 Cấu trúc phân cấp cell.

Nhà khai thác có thể sử dụng cấu trúc phân cấp cell ở những địađiểm cần tăng lưu lượng với vùng phủ chồng chéo Ví dụ, các macro-cell

xử lý các trạm di động chuyển động nhanh để giảm số lượng các chuyểngiao (HO), tạo ra các cell nhỏ hơn nằm dưới được tối ưu cho lưu lượngpedestrian (người đi bộ) Bán kính của macro cell thường được tính bằng

km Các micro cell được sử dụng trong các thành phố để tăng dung lượng

Những người sử dụng micro cell điển hình là những người đi bộ ở trungtâm thành phố hoặc đôi khi là các nhân viên văn phòng trong các tòa nhà.Đường kính của một micro cell khoảng vài trăm mét Các pico cell được sửdụng tại các điểm nóng về lưu lượng, như các trung tâm mua sắm hoặc vănphòng Bán kính của một cell như vậy có thể chỉ vài chục mét, thường thấycác cell này ở các địa điểm trong nhà Các pico cell không được sử dụng ởmôi trường có các trạm di động di chuyển nhanh như xe hơi, vì lưu lượngbáo hiệu điều khiển HO được tạo ra sẽ nhanh chóng chiếm hết dung lượng

xử lý tín hiệu của mạng Hình 1.2 mô tả cấu trúc phân cấp cell [1]

Trong mạng WCDMA việc quy hoạch tần số không đóng một vai tròquan trọng vì tất cả các cell dùng chung tần số, hoặc chỉ một vài tần số.Một nhà khai thác WCDMA có thể được cấp một giấy phép tần số 2x15-MHz, đủ cho các kênh tần số song công 3x5-MHz Diễn đàn UMTSkhuyến nghị các giấy phép của nhà khai thác có dải băng thông 2x15-MHz+ 5-MHz là phân bổ nhỏ nhất

Với mạng 3G UMTS, kích thước tế bào không cố định, nhưng phụthuộc vào dung lượng cần thiết (ví dụ, tế bào dãn nở) Vì vậy, các tham sốvùng phủ và dung lượng phụ thuộc vào nhau Điều này có nghĩa là cả haitham số phải được quy hoạch cùng nhau Nếu dung lượng mới là cần thiết,

nó không thể được tăng thêm chỉ bằng việc thêm các phần tử kênh mới chocác trạm gốc hiện có Một nhà khai thác 3G sẽ chỉ có 2-5 kênh tần số; do

đó việc thêm kênh giống như 2G không phải là một giải pháp tốt cho vấn

đề dung lượng Các site mới có thể giải quyết việc thiếu dung lượng và mộtkhi trạm gốc mới được thêm vào mạng, nó sẽ ảnh hưởng tới cả các trạm.Các tham số trong các trạm gốc gần nhất sẽ phải thay đổi, dẫn tới nhiềuthay đổi trong các trạm gốc lân cận Cấu trúc phân cấp cell có thể giúp tăngthêm dung lượng mới mà không bắt buộc phải quy hoạch lại một khu vựcbao quanh lớn

1.2.3 Bước chuẩn bị

Bước chuẩn bị thiết lập các nguyên lý cho quá trình quy hoạch Điềuđầu tiên được xác định là vùng phủ mà nhà khai thác hướng tới Trongmạng 3G UMTS, vùng phủ không được tạo ra đơn giản từ độ che phủ củacác cell Nhà khai thác phải quyết định kiểu vùng phủ hướng tới Trong

một cell WCDMA, tốc độ dữ liệu có sẵn phụ thuộc vào mức nhiễu – UEcàng gần trạm gốc, có thể được cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn, hình 1.3

mô tả vùng phủ cell khác nhau cho các loại tốc độ dịch vụ [1] Do đó, mộtnhà khai thác đang cố gắng cung cấp vùng phủ 384-kbps phải sử dụngnhiều trạm gốc hơn nhà khai thác đang hướng tới cung cấp vùng phủ 64-kbps

Các tham số quy hoạch khác được thiết lập trong bước này bao gồmxác suất chặn cho phép, các khía cạnh di chú (nếu nhà khai thác đã có mộtmạng tế bào), chất lượng dịch vụ (QoS), vv Nếu xác suất chặn cuộc gọicho phép không đáng kể, thì sẽ cần ít dung lượng hơn, và mạng sẽ rẻ hơnkhi triển khai Mặt khác, điều này sẽ ảnh hưởng tới sự hài lòng của kháchhàng Nếu nhà khai thác có một mạng tế bào 2G, để cung cấp vùng phủdiện rộng tốt nhất là sử dụng ngay mạng này Mạng mới được xây dựngtrước hết trong các thành phố, đô thị, đó là nơi có nhu cầu về dung lượng làlớn nhất và cũng là nơi đem lại lợi nhuận trong thời gian ngắn nhất vì mật

độ người dùng cao Nếu vị trí trạm gốc có giá thành cao, hoặc việc triểnkhai chúng bị hạn chế vì những lý do môi trường, thì nhà khai thác có thểquyết định sử dụng các vị trí cell ít hơn với các trạm gốc có dung lượng caohơn Nếu nhà khai thác có một mạng GSM-1800, các vị trí trạm gốc củamạng có lẽ là khá thích hợp cho việc triển khai ban đầu mạng UMTS Bướcchuẩn bị cũng xác định kiểu mạng cuối cùng được xây dựng

Hình 1.3 Vùng phủ cell khác nhau cho các tốc độ dữ liệu khác nhau.

Nhiệm vụ quan trọng khác trong bước chuẩn bị là việc thu thập dữliệu Dữ liệu càng chính xác càng tốt vì nó cần cho việc ước lượng lưulượng của mạng Nhà khai thác phải nắm rõ thông tin về dân số và mật độgiao thông của khu vực quy hoạch vùng phủ Khi có được thông tin cácthông tin đó nhà khai thác phải ước lượng được số lượng máy di động vàlưu lượng được tạo ra bởi mỗi người dùng Vấn đề với mạng WCDMA là

có nhiều ứng dụng mới trong mạng Các mô hình lưu lượng thoại sẽ ướclượng dễ dàng hơn vì chúng hầu như chắc chắn giống như các mô hình lưulượng thoại trong mạng 2G Nhưng các mô hình lưu lượng do ứng dụng dữliệu tạo ra sẽ ước lượng khó khăn hơn vì chúng có rất ít các tiền lệ Một lầnnữa, sự thành công của các dịch vụ dữ liệu sẽ phụ thuộc rất nhiều vào môhinh định giá được triển khai (dựa trên gói, dựa trên thời gian, lệ phí trunggian, hoặc kết hợp của các thứ đó)

Một khi các thông số nhân khẩu đã được biết rõ, nhà khai thác sẽ có

dự đoán tốt về lưu lượng dự kiến dùng cho mạng mới Chú ý rằng các tínhtoán/ước lượng phải căn cứ vào tốc độ lưu lượng đỉnh Và chúng nên cóchỗ cho sự tăng trưởng trong tương lai Tiếp theo nhà khai thác phải thiếtlập một ước lượng thô về số lượng các cell cần thiết Điều này phụ thuộcvào dung lượng của các cell và khu vực được che phủ Việc triển khai sơ

bộ các cell trên một bản đồ được thực hiện ở đây

1.3 Định cỡ mạng vô tuyến 3G UMTS

Định cỡ mạng vô tuyến là một quá trình mà mục đích là để ướclượng số lượng thiết bị cần thiết trong mạng Quá trình này bao gồm tínhtoán các quỹ đường truyền vô tuyến, dung lượng, vùng phủ, bán kính cell

và sau đó là ước lượng số lượng thiết bị cần thiết để đáp ứng các yêu cầutrên Kết quả của quá trình là số lượng thiết bị cần thiết và kế hoạch bố tríban đầu cho các trạm gốc

1.3.1 Quy hoạch vùng phủ

Vùng phủ của mạng vô tuyến 3G UMTS phụ thuộc vào các điều kiệnnhư khu vực dự kiến được phủ sóng, kiểu địa hình khu vực đó, cấu hìnhmạng (và khả năng hệ thống) và các điều kiện truyền lan sóng Xác địnhđịa điểm đặt trạm gốc là một phần quan trọng của quá trình này Số lượng

trạm gốc cần thiết để đạt được vùng phủ và chất lượng mong muốn cũngphụ thuộc vào dung lượng của trạm gốc Tính toán quỹ đường truyền và

mô hình truyền lan sóng cũng một phần quan trọng của các dự báo vùngphủ

Vùng phủ nên bao gồm tất cả các khu vực như đô thị dày đặc, đô thị,nông thôn, vv Với mạng GSM, tất cả các yếu tố trên đều có ảnh hưởng tớibán kính cell Nhưng trái ngược với GSM, trong mạng WCDMA dunglượng trong một cell có ảnh hưởng sâu hơn đối với vùng phủ, đặc biệt khimạng có mật độ dân cư đông đúc Một mạng có mật độ dân cư đông đúc sẽ

có nhiều nhiễu hơn, có tác động tiêu cực đến chất lượng của mạng

Tính toán bán kính của cell có thể được thực hiện bằng cách sử dụngcác tính toán quỹ đường truyền Tính toán quỹ đường truyền trong mộtmạng vô tuyến GSM tương đối đơn giản Tuy nhiên, trong một mạng vôtuyến WCDMA nó trở nên phức tạp hơn vì số lượng các tham số ảnhhưởng trực tiếp lên quỹ đường truyền nhiều hơn Một số tham số được liệt

kê trong bảng 1.1 dưới đây Hầu hết các tham số đã biết, nhưng một sốtrong đó là những tham số mới có tác động nhiều hơn lên mạng WCDMA

Bảng 1.1 Các tham số thiết bị và mạng.

Hệ số tạp âm máy thu BTS Độ lợi chuyển giao mềm

Công suất tạp âm BTS E b /N 0

Tổn hao cáp + tổn hao bộ đấu nối Tổn hao chính

Mật độ tạp âm nhiệt Khoảng hở điều khiển công suất

E b /N 0

E b /N 0 là tỉ số năng lượng bit thu được trên tạp âm nhiệt E b là năng

lượng thu được trên mỗi bit N 0 là mật độ công suất tạp âm Các tính toán

quỹ đường truyền về cơ bản thực hiện để tính toán tỉ số E b /N 0 và mật độ tínhiệu nhiễu.

Độ lợi chuyển giao mềm

Kỹ thuật chuyển giao mềm đem lại một độ lợi bổ sung chống lạifading nhanh xảy ra trong mạng Từ bản chất của kỹ thuật chuyển giaomềm, máy di động sẽ kết nối được với một trạm gốc có chất lượng tín hiệutốt hơn Như vậy do phân tập macro, độ lợi chuyển giao mềm được kết hợpnên có tác động tích cực lên trạm gốc

Khoảng hở điều khiển công suất

Tham số này thường được biết đến với tên gọi khác là độ dự trữfading nhanh Đây là độ dự trữ fading cần thiết để duy trì hoạt động củađiều khiển công suất vòng kín

Ảnh hưởng của tải

Nhiễu từ các cell lân cận có môt tác động đến hiệu suất của cell

Điều này còn được gọi là tải cell, và tham số để miêu tả điều này là hệ số tải Tải này sẽ gây ra suy giảm quỹ đường truyền, còn được gọi là suy giảm nhiễu (interference degradation) Nếu hệ số tải là η, thì độ dự trữ suy giảm

nhiễu có thể tính toán như sau:

Về mặt lý thuyết, tham số η có thể thay đổi từ 0% tới 100%, nhưng

thực tế nó nằm trong khoảng 40-50%

Mô hình truyền lan

Các mô hình truyền lan như Okamura-Hata, Walfish-Ikegami, vv,cũng có giá trị cho các mạng vô tuyến 3G UMTS Cũng giống như mạngGSM, các thủ tục hệ số chỉnh sửa cũng cần phải được xem xét

Quỹ đường truyền

Cũng giống như các hệ thống thông tin di động tế bào khác, quỹđường truyền trong mạng WCDMA dùng để tính toán suy hao đườngtruyền cho phép lớn nhất để tính toán vùng phủ (tính bán kính cell ) củamột trạm gốc và trạm di động

1.3.2 Quy hoạch dung lượng

Quy hoạch dung lượng trong pha đầu là một thách thức lớn Với rất

nhiều kiểu ứng dụng có các yêu cầu dung lượng và chất lượng khác nhau,dung lượng và chất lượng có thể chứng minh là giới hạn, đặc biệt đối vớicác ứng dụng dịch vụ dữ liệu thời gian thực Tần số sẵn có, thuê bao hiện

có, tăng trưởng thuê bao trong tương lai, và kiểu dịch vụ được yêu cầu sẽ lànhững đầu vào chính cho việc thực hiện định cỡ, kết quả chính sẽ bao gồm

số lượng các sector và các máy thu phát cần thiết cho các trạm gốc

Dựa vào quỹ đường truyền và sử dụng mô hình truyền sóng phù hợp

sẽ tính được vùng phủ vô tuyến ban đầu (công việc này thường được thựchiện bằng phần mềm quy hoạch) Tuy nhiên đây chỉ là một phần quy hoạchban đầu Bước tiếp theo là cần làm cho quy hoạch có hiệu quả để đảm bảo

hỗ trợ tải (hay dung lượng) dự kiến Dự trữ nhiễu được sử dụng để loại bỏnhiễu do các người sử dụng khác sẽ tạo ra Tải càng lớn thì nhiễu càng lớn

và độ dữ trữ nhiễu cũng phải càng lớn để loại bỏ nhiễu đó Bảng 1.2 chỉ ramối quan hệ giữa dự trữ nhiễu được yêu cầu bởi tải đường lên

Bảng 1.2 Mối quan hệ giữa dự trữ nhiễu cần thiết ứng với tải đường lên.

Tải cell đường lên

Không thể đạt được tải cell bằng 100% nhưng hoàn toàn có thể đạtđược tải cell bằng 60%-70% Phải chuyển đổi từ tải cell tính theo phầntrăm sang một tham số đo sự sử dụng của thuê bao như: tổng số thuê baođối với một vùng dịch vụ cho trước, tổng thông lượng Điều này cho phépbiết được vùng phủ của cell có thể hỗ trợ tải đến có hiệu quả hay không.Một cell cho trước có một vùng phủ cụ thể Sau đó khảo sát vùng phủ vàđánh giá xem tải dự kiến trong vùng phủ sẽ nhỏ hơn tải được đưa ra trongquy hoạch lần đầu hay không Nếu không hỗ trợ được tải trong một số khuvực thì cần phải sửa đổi bản quy hoạch (có thể bằng cách bổ sung trạm

gốc) và quá trình quy hoạch là một quá trình lặp nhiều lần để được giá trịcần tính.

1.3.2.1 Tính toán hệ số tải

Pha 2 của định cỡ là tính toán tổng số lưu lượng trên một site trạmgốc Khi hệ số sử dụng lại tần số của hệ thống WCDMA là 1, hệ thốngthường có đặc tính giới hạn nhiễu và phải tính toán tổng lượng nhiễu vàdung lượng các cell được cấp phát

1.3.2.1.1 Tính toán hệ số tải dựa vào công suất

a Tính toán hệ số tải cho đường lên

Các mức công suất thu băng rộng được đo ở Node-B, hệ số tải đượctính toán như sau:

- Gọi tổng công suất nhiễu băng rộng thu được ở Node-B là I total, bao

gồm: công suất nhiễu của người sử dụng trong cùng cell (I own); công suất

nhiễu của người sử dụng từ các cell khác (I oth); tạp âm máy thu và tạp âm

nền (P N)

I total = I own + I oth + P N (1.2)

- Mức tăng tạp âm (NR) đường lên được định nghĩa là tỷ số giữa công suất thu được chia cho công suất tạp âm P N

NR(UL) =

UL N

Ptotal

N UL

1

=

b Tính toán hệ số tải cho đường xuống

Tải của cell có thể được xác định bởi tổng công suất phát đường

xuống, P total Hệ số tải đường xuống ηDL được xác định bằng tỷ số của tổng

công suất phát hiện tại chia cho công suất phát lớn nhất của Node-B P max:

1.3.2.1.2 Tính toán hệ số tải dựa vào thông lượng

a Tính toán hệ số tải cho đường lên

Hiệu suất phổ theo lý thuyết của cell WCDMA có thể được tính toán

từ phương trình tải Hệ số tải cho đường lên được tính như sau:

⋅

⋅+

⋅+

=

⋅+

j UL

v R

i L

i

j 0

b/N )(E

W1

1)

1()

1(

η

(1.6)

Trong đó:

W là tốc độ chip

v j là hệ số hoạt động của người sử dụng j

R j là tốc độ bit của người sử dụng j

E b /N 0 là tỉ số năng lượng bit thu được trên mật độ phổ tạp âm

i là tỷ số nhiễu từ các cell khác và của chính cell đó

i = nhiễu từ các cell khác / nhiễu của chính cell đó

L j là hệ số tải của kết nối thứ j

Phương trình tải mô tả tổng mức tăng tạp âm vượt quá tạp âm nhiệt

do nhiễu Mức tăng tạp âm bằng -10log10(1- ηUL) Độ dữ trữ nhiễu trên

hàng i trong quỹ đường truyền phải bằng với mức tăng tạp âm lớn nhất đã hoạch định Tỷ số E b /N 0 phụ thuộc vào điều khiển công suất vòng kín vàchuyển giao mềm Ảnh hưởng của chuyển giao mềm được tính bởi độ lợi

kết hợp phân tập vĩ mô theo kết quả E b /N 0 của liên kết đơn Các thông sốcho việc tính toán hệ số tải đường lên được chỉ ra trong bảng 1.3

Bảng 1.3 Các thông số sử dụng trong tính toán hệ số tải đường lên.

N Số người sử dụng trên một cell

v j Hệ số hoạt động của người sử

dụng j tại lớp vật lý

0,67 cho thoại, giả sử 50%hoạt động thoại và tổng phíDPCCH trong suốt DTX.1,0 đối với dữ liệu

E b /N 0 Năng lượng tín hiệu của một bit

chia cho mật độ phổ tạp âm được

yêu cầu để đáp ứng QoS (ví dụ

như tỷ số lỗi bit) Tạp âm bao

gồm cả tạp âm nhiệt và nhiễu

Phụ thuộc vào dịch vụ, tốc độbit, kênh fading đa đường, độphân tập anten thu, tốc độ diđộng…

b Tính toán hệ số tải cho đường xuống

Hệ số tải đường xuống, ηDL được xác định như sau:

N j

b j

=

) 1

( W/R

) / (

v j là hệ số hoạt động của người sử dụng j

R j là tốc độ bit của người sử dụng j

E b /N 0 là tỉ số năng lượng bit thu được trên mật độ phổ tạp âm

i j là tỷ số công suất các cell khác với công suất cell phục vụ, được

thu bởi người sử dụng j

α j là tính trực giao của kênh người sử dụng j

Trong đó: -10log10(1- ηDL) bằng mức tăng tạp âm vượt qua tạp âmnhiệt do nhiễu đa truy nhập Các thông số sử dụng cho việc tính toán hệ sốtải đường xuống được chỉ ra trong bảng 1.4.

Trên đường xuống, tỷ số nhiễu các cell khác và cell phục vụ, i, phụ

thuộc vào vị trí người sử dụng vì thế mà khác nhau đối với mỗi người sử

dụng j Hệ số tải có thể xấp xỉ bằng giá trị trung bình của cell như sau:

[ i ]

N E v

N j

j b

j

=

) 1 ( W/R

) / (

0

α

Bảng 1.4 Các thông số sử dụng trong tính toán hệ số tải liên kết đơn.

N Số người sử dụng trên một cell

v j Hệ số hoạt động của người sử

dụng j tại lớp vật lý

0.58 cho thoại, giả sử 50% hoạtđộng thoại và tổng phí DPCCHtrong suốt DTX

1.0 đối với dữ liệu

E b /N 0 Năng lượng tín hiệu của một

bit chia cho mật độ phổ tạp âm

được yêu cầu để đáp ứng QoS

cho trước (ví dụ như tỷ số lỗi

bit) Tạp âm bao gồm cả tạp

âm nhiệt và nhiễu

Phụ thuộc vào dịch vụ, tốc độbit, kênh phadinh đa đường, độphân tập anten thu, tốc độ diđộng…

i j Tỷ số công suất các cell khác

với công suất cell phục vụ,

được thu bởi người sử dụng j

Mỗi người sử dụng có một i j

khác phụ thuộc vào vị trí của nótrong cell và vật che khuất log-normal

α Hệ số trực giao trung bình

trong cell

Kênh ITU Vehicular A: ~50%Kênh ITU Pedestrian A: ~90%

i Tỷ số công suất từ các cell

khác và cell phục vụ được thu

bởi người sử dụng Nhiễu cell

phục vụ ở đây là băng rộng

Cell macro với các anten đahướng: 55%, cell macro với 3sector: 65%

Chú ý: cell phục vụ là cell phụ vụ tốt nhất Nếu một người sử dụng đang

thực hiện chuyển giao mềm, tất cả các trạm gốc khác trong tập hợp tích cực được tính là cell khác.

Hai phương pháp tính hệ số tải (dung lượng) của hệ thống WCDMAdựa vào công suất và thông lượng cho kết quả với độ chính xác thấp dochưa xét tới các yếu tố ảnh hưởng tới dung lượng như: giới hạn tỷ số (nhiễungười sử dụng + tạp âm)/tạp âm nền của máy thu, nhiễu nhiệt, vấn đềchuyển vùng mềm, hệ số hoạt động thoại…

1.3.2.2 Dung lượng mềm

Trong phần định cỡ, số kênh trên một cell đã được tính toán Dựavào đó, ta có thể tính mật độ lưu lượng lớn nhất có thể được hỗ trợ bởi mộtxác suất nghẽn cho trước Mật độ lưu lượng có thể được tính trong bảngErlang, và được xác định như sau:

(1.9)Nếu dung lượng bị nghẽn cứng, tức là bị giới hạn bởi tổng số phầncứng, dung lượng Erlang có thể thu được từ mô hình Erlang B Nếu dunglượng lớn nhất bị giới hạn bởi tổng số nhiễu trên giao diện vô tuyến, thì nóđược định nghĩa là dung lượng mềm, bởi vì khi không có giá trị cố địnhriêng nào cho dung lượng lớn nhất Đối với một hệ thống bị giới hạn dunglượng mềm, dung lượng Erlang không thể được tính toán từ bảng Erlang B,

bởi vì nó sẽ đem lại kết quả không đúng Tổng số kênh có sẽ chỉ lớn hơn

số kênh trung bình trên một cell, bởi vì các cell lân cận chịu một phầnnhiễu,và vì thế mà một lưu lượng lớn hơn có thể sử dụng với cùng xác suấtnghẽn

Dung lượng mềm có thể được giải thích như sau Nhiễu gây ra từ cáccell lân cận càng ít, thì số kênh trong cell trung tâm càng nhiều, được chỉ ratrong hình 1.4 [2] Với một số ít các kênh trên một cell, tức là đối với người

sử dụng dữ liệu tốc độ bit cao, tải trung bình phải khá thấp để đảm bảo xácsuất nghẽn thấp Khi tải trung bình thấp, thường tồn tại một dung lượngphụ trong các cell lân cận Dung lượng này có thể được cho mượn từ cáccell liền kề, vì thế mà việc chia sẻ nhiễu sẽ đem lại dung lượng mềm Dunglượng mềm quan trọng đối với người sử dụng dữ liệu thời gian thực tốc độbit cao, ví dụ như đối với các kết nối hình ảnh

Hình 1.4 Chia sẻ nhiễu giữa các cell trong WCDMA.

Phương pháp này có thể sử dụng trong trong định cỡ khi tính toándung lượng Erlang Sẽ có dung lượng mềm bổ sung thêm nếu trongWCDMA số người sử dụng trong các cell lân cận nhỏ hơn

Dung lượng mềm WCDMA được định nghĩa trong phần này như làphần tăng của dung lượng Erlang khi nghẽn mềm so với mức tăng dunglượng Erlang khi nghẽn cứng trong trường hợp cùng số kênh lớn nhất tínhtrung bình trên một cell

(1.10)

Dung lượng mềm đường lên có thể dựa vào tổng nhiễu tại trạm gốc.Lượng nhiễu tổng cộng này bao gồm nhiễu của cell phục vụ và nhiễu từ cáccell khác Vì thế, số kênh tổng cộng có thể thu được bằng cách nhân số

kênh trên một cell trong trường hợp tải bằng nhau với 1+i, hệ số này đem

lại một dung lượng cell độc lập, khi:

Công thức Erlang B cơ bản được áp dụng với số kênh lớn hơn (vốnnhiễu) Dung lượng Erlang có được sau đó được chia đều giữa các cell Thủtục tính toán dung lượng mềm được tổng kết như sau:

1 Tính toán số kênh trên một cell, N, trong trường hợp tải bằng nhau,

dựa vào hệ số tải đường lên

2 Nhân số kênh với 1+i để thu được vốn kênh tổng cộng trong trường

hợp nghẽn mềm

3 Tính toán lưu lượng đề nghị lớn nhất từ công thức Erlang

4 Chia dung lượng Erlang cho 1+i.

Do hệ thống WCDMA là hệ thống bị giới hạn bởi nhiễu nên takhông thể có được dung lượng của hệ thống nhờ vào số lượng các thiết bịphần cứng trong mạng Vì vậy phương pháp dung lượng Erlang rất có íchkhi tính toán dung lượng cho đường lên, và nên coi đó như là thông số giớihạn dung lượng hệ thống Điều này là do:

− Đường lên không sử dụng tín hiệu hoa tiêu như ở đường xuống

− Ở đường xuống ít nguồn nhiễu (các Node-B) gây ra cho các máy thu(các UE), trong khi đó ở đường lên nhiều nguồn nhiễu (các UE) gây ra cho

ít máy thu (các Node-B)

− Kênh đường xuống là trực giao trong khi kênh đường lên là xấp xỉtrực giao

1.4 Quy hoạch mạng vô tuyến chi tiết

Pha quy hoạch chi tiết vùng phủ và dung lượng cho mạng vô tuyến

sẽ thiết kế chính xác mạng vô tuyến Trong pha định cỡ ban đầu đã xácđịnh được số lượng site và cấu hình sơ bộ của mạng Đến pha quy hoạchchi tiết, cần dữ liệu truyền thực tế từ các vùng đã quy hoạch, 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 chocác site đã có Đầu ra của quy hoạch chi tiết vùng phủ và dung lượng là vịtrí trạm gốc, cấu hình và các thông số Cụ thể việc quy hoạch vùng phủ vàdung lượng chi tiết được thực hiện theo các bước sau:

a Dự báo và xác định phân bố thuê bao tại từng khu vực cụ thể

b Sau khi có được bình quân dung lượng của một site ở pha định

cỡ, tiến hành tính toán lại tải cell theo số lượng thuê bao phân bố cụ thể tạisite Nếu tải của site đáp ứng yêu cầu theo dung lượng đã định trước thìxem như đạt yêu cầu Nếu khác thì cần phải tính lại như tăng số site hoặcnâng cấp mở rộng dung lượng site

c Sau khi có được dung lượng của site theo dung lượng phục vụthuê bao ở trên Tiến hành lựa chọn vị trí site và các thông số của site Một

số thông tin về các site cần đưa ra trong quá trình này như sau:

- Vị trí của site gồm: tọa độ, địa chỉ, loại vùng phủ yêu cầu

- Xác định được nhu cầu dịch vụ

- Khảo sát hiện trạng vùng phủ và vùng phủ yêu cầu trên bản đồ

- Thiết kế mạng: cấu hình mạng và dung lượng mạng truy cập, dunglượng các giao diện kết nối

- Lựa chọn thiết bị: cấu hình trạm, anten, phụ trợ

1.5 Tối ưu mạng vô tuyến

Tối ưu mạng là một quá trình để cải thiện toàn bộ chất lượng mạngkhi đã thử nghiệm bởi các thuê bao di động và đảm bảo rằng các nguồn tài

nguyên mạng được sử dụng một cách hiệu quả Hình 1.5 mô tả các quátrình tối ưu [2] Quá trình tối ưu bao gồm các bước sau:

- Đo đạc chất lượng (các chỉ tiêu kỹ thuật)

- Phân tích kết quả đo

Hình 1.5 Quá trình tối ưu mạng.

Với sự giúp đỡ của hệ thống quản lý và vận hành bảo dưỡng mạng(OSS) có thể phân tích thống kê hiệu suất mạng trong một khoảng thời gian

đã sử dụng, hiện tại và dự báo cho tương lai Ngoài ra, có thể phân tíchhiệu suất thông qua các thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến RRM và cácthông số của chúng KPI điển hình như: tổng công suất phát trạm gốc, tổngphí tổn chuyển giao mềm; tốc độ ngắt cuộc gọi; trễ dữ liệu gói Sau đótiến hành so sánh KPI với các giá trị mục tiêu sẽ chỉ ra các vấn đề tồn tạicủa mạng để có thể tiến hành điều chỉnh mạng.

Việc điều chỉnh mạng bao gồm: cập nhật các tham số RRM (ví dụcác tham số chuyển giao; các công suất kênh chung; dữ liệu gói); thay đổihướng anten trạm gốc, có thể điều chỉnh hướng anten trạm gốc bằng bộđiều khiển từ xa trong một số trường hợp (như khi vùng chồng lấn với celllân cận quá lớn, nhiễu cell cao và dung lượng hệ thống thấp) Phần này sẽđược thực hiện và hiệu chỉnh khi triển khai thực tế quy hoạch bằng hệthống đo kiểm đánh giá chất lượng của nhà khai thác

1.6 Tổng kết chương

Trong chương này đã trình bày tính cấp thiết của việc quy hoạchmạng vô tuyến 3G UMTS, làm rõ sự khác biệt giữa quy hoạch và tối ưumạng vô tuyến Đồng thời những khía cạnh cần thiết để phục vụ việc quyhoạch mạng vô tuyến 3G UMTS cũng được đề cập tới như các mục tiêu vàtiêu chí quy hoạch mạng, những bước chuẩn bị cho việc quy hoạch mạng.Việc phân tích dung lượng bao gồm tính toán hệ số tải đường lên và đườngxuống bằng hai cách là dựa vào công suất và thông lượng sẽ đảm bảo hỗtrợ tải dự kiến, hoặc với tải dự kiến cho trước có thể tính được số kênh lưulượng (số người sử dụng trên một cell) ứng với các dịch vụ khác nhau.Dung lượng mềm, một đặc trưng của hệ thống mà đánh giá tải trên giaodiện vô tuyến dựa vào cũng được phân tích làm rõ Từ những vấn đề đã đặt

ra như vậy, Chương 2 sẽ phân tích sâu hơn nữa quá trình quy hoạch mạng

vô tuyến 3G UMTS thực tế

Chương 2 MẠNG 3G UMTS VÀ GIẢI PHÁP THỰC TẾ QUY HOẠCH MẠNG

VÔ TUYẾN 2.1 Mạng 3G UMTS và các giải pháp kỹ thuật chính

2.1.1 Giới thiệu công nghệ W-CDMA

Mục này sẽ giới thiệu về công nghệ WCDMA, cấu trúc mạngWCDMA, mạng truy nhập vô tuyến UTRAN, các giao diện vô tuyến vàcác công nghệ đặc trưng riêng áp dụng cho mạng WCDMA, ta sẽ có cáinhìn tổng quan về mạng 3G UMTS sử dụng công nghệ WCDMA

WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access - truy cập đaphân mã băng rộng) là công nghệ 3G hoạt động dựa trên CDMA và có khảnăng hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao như video, Internet, hộithảo hình WCDMA nằm trong dải tần 1920 MHz -1980 MHz, 2110 MHz

- 2170 MHz

Trong các công nghệ thông tin di động thế hệ ba thì WCDMA nhậnđược sự ủng hộ lớn nhất nhờ vào tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗtrợ các kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt là dịch vụ tốc độ bit thấp và trungbình W-CDMA có các tính năng cơ bản sau :

- Hoạt động ở CDMA băng rộng với băng tần 5MHz

- Lớp vật lý mềm dẻo để tích hợp được tất cả thông tin trên một sóngmang

- Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1

- Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiên tiến

Hệ thống thông tin di động thế hệ ba WCDMA có thể cung cấp cácdịch vụ với tốc độ bit lên đến 2Mbit/s Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn nhưtruyền dẫn đối xứng và không đối xứng, thông tin điểm-điểm và đa điểm

Với khả năng đó, các hệ thống thông tin di động thế hệ ba có thể cung cấp

dể dàng các dịch vụ mới như: thoại hình, tải dữ liệu nhanh, ngoài ra nó còn

cung cấp các dịch vụ đa phương tiện khác

2.1.2 Cấu trúc mạng WCDMA

Hệ thống WCDMA được xây dựng trên cơ sở mạng GPRS Về mặtchức năng có thể chia cấu trúc mạng WCDMA ra làm hai phần: mạng lõi(CN) và mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN) Mạng lõi sử dụng toàn bộ cấutrúc phần cứng của mạng GPRS còn mạng truy nhập vô tuyến là phần nângcấp của WCDMA Ngoài ra để hoàn thiện hệ thống, trong WCDMA còn cóthiết bị người sử dụng (UE) thực hiện giao diện người sử dụng với hệthống Từ quan điểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN đều bao gồm nhữnggiao thức mới được thiết kế dựa trên công nghệ vô tuyến WCDMA, trái lạimạng lõi được định nghĩa hoàn toàn dựa trên GSM Điều này cho phép hệthống WCDMA phát triển mang tính toàn cầu trên cơ sở công nghệ GSM.Hình 2.1 mô tả cấu trúc tổng thể của hệ thống UMTS [3]

Hình 2.1 Cấu trúc tổng thể của hệ thống UMTS.

• UE: thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sửdụng với hệ thống UE gồm hai phần :

- Thiết bị di động (ME): Là đầu cuối vô tuyến được sử dụng cho thôngtin vô tuyến trên giao diện Uu