quy hoạch mạng vô tuyến wcdma

Với số lượng thuê bao phát triển lớn mạnh như vậy trong thời gianqua cùng với việc cạnh tranh khốc liệt giữa các nhà khai thác dịch vụ thông tin diđộng thì hạ tầng mạng thông tin di động

PHẦN A: MỞ ĐẦU

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, nhóm xin bày tỏ lòng biết ơn với cha mẹ và gia đình đã ủng hộmọi mặt, tạo điều kiện thuận lợi nhất để chúng con được học tập đến hôm nay.Nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo trong bộ môn Điện tửViễn thông – khoa Điện_Điện tử – Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM,đặc biệt là thầy Nguyễn Ngô Lâm – trưởng bộ môn – đã giảng dạy chúng emtrong suốt thời gian đã qua

Nhóm xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Lê Minh Thành đã bỏ công sức

và thời gian nhiệt tình trực tiếp hướng dẫn để nhóm hoàn thành đề tài này.Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm đã nhận được sự giúp đỡ và độngviên của gia đình, thầy cô và bạn bè Đây chính sự động viên to lớn thúc đẩynhóm cố gắng hoàn thành tốt đề tài này

Nhóm cũng xin cảm ơn sự ủng hộ và động viên tinh thần của tất cả các bạntrong suốt thời gian thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn!

Nhóm thực hiện

Phạm Nhật Quang - Phan Ngọc Thành

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

LỜI NÓI ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Tại Việt Nam, cả nước đã có 7 nhà khai thác dịch vụ thông tin di động sửdụng công nghệ GSM và CDMA Điều đó minh chứng cho cho sự phát triểnkhông ngừng của hạ tầng mạng thông tin di động trong nước trong xu thể hội nhập

và thể hiện sự cạnh tranh khốc liệt trong lĩnh vực này Thực tế phát triển thịtrường tại Việt Nam cho thấy, đến nay các mạng di động sử dụng công nghệ GSMđang chiếm ưu thế tuyệt đối về số lượng khách hàng với 56,5 triệu thuê bao trêntổng số 63,5 triệu thuê bao di động (số liệu của Tạp chí Khoa học kỹ thuật và kinh

tế Bưu điện) Với số lượng thuê bao phát triển lớn mạnh như vậy trong thời gianqua cùng với việc cạnh tranh khốc liệt giữa các nhà khai thác dịch vụ thông tin diđộng thì hạ tầng mạng thông tin di động 2G & 2,5G đã được khai thác tối đa chocác dịch vụ truyền thống Do vậy để có hạ tầng mạng thích hợp cung cấp các dịch

vụ trên nền IP/Internet, các dịch vụ truyền thông đa phương tiện multimedia, cácdịch vụ gia tăng mới, các dịch vụ hội tụ Di động-Cố định…, nhất là dịch vụ truyềntiếng nói dưới dạng gói VoIP và đủ điều kiện cho phép hạ giá thành cung cấp cácdịch vụ này nhằm tăng tính cạnh tranh với các doanh nghiệp viễn thông khác thìbắt buộc cần 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

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 nămqua với nhiều bước phát triển vượt bậc đã đưa mạng VinaPhone, Mobile-Phone,Viettel trở thành các nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động lớn tại Việt Nam vềquy mô phát triển thuê bao cũng như hạ tầng mạng Với xu thế chung phát triểnthuê bao di động tại Việt Nam và nhu cầu tăng cao về các dịch vụ di độngMultimedia của khách hàng trong thời gian đến, mạng vô tuyến trên toàn quốcnói chung và khu vực cụ thể nói riêng cần phải gấp rút thực hiện nâng cấp và xâydựng hạ tầng mạng 3G theo định hướng NGN - Mobile Việc nghiên cứu tìm hiểu

và đưa ra giải pháp quy hoạch thiết kế chi tiết hệ thống vô tuyến WCDMA trongthời gian ngắn là vô cùng cấp thiết đối với việc kinh doanh và phát triển của mạng

vô tuyến trong thời gian tới Và công tác quy hoạch thiết kế chi tiết sẽ giúp tối ưu

về mặt tài nguyên xử lý hệ thống, tối ưu về mặt khai thác vận hành bảo dưỡng, chiphí đầu tư mạng 3G và phù hợp với quy hoạch tối ưu hóa mạng phân vùng thiết bị2G

Đề tài “Quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA” sẽ đáp ứng được nhu cầu thiết

thực trong phát triển mạng WCDMA nói chung và khu vực Quận 12 nói riêng,đưa ra dịch vụ 3G sớm nhất có thể là điều rất quan trọng và tác động trực tiếp đếnthương hiệu, uy tín, năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp

2 Mục đích nghiên cứu

− Nghiên cứu, tìm hiểu và đánh giá hiện trạng mạng vô tuyến nói chung vàkhu vực Quận 12 nói riêng Dự báo nhu cầu tăng trưởng thuê bao 3G củamạng

− Nghiên cứu giải pháp quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến WCDMA

− Triển khai quy hoạch cụ thể mạng truy nhập vô tuyến WCDMA cho mạng

ở khu vực Quận 12

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

a) Đối tượng nghiên cứu

− Mạng truy nhập vô tuyến giả định tại khu vực Quận 12

− Lý thuyết tổng quan về cấu trúc mạng vô tuyến WCDMA

− Lý thuyết quy hoạch hệ thống truy nhập WCDMA và kỹ thuật thiết kếvùng phủ sóng, thiết kế lưu lượng sao cho tối ưu nhât Đồng thời đưa ranhững khuyến cáo về quy hoach công suất và quy hoạch mã

4 Phương pháp nghiên cứu

− Nghiên cứu lý thuyết, tìm hiểu các thông số liên quan đến quy hoạch vàthiết kế mạng vô tuyến WCDMA như: quỹ công suất đường truyền cho cácloại dịch vụ, hệ số tải, thông lượng cell…Đưa ra lưu đồ thuật toán tính cácthông số liên quan đến việc thiết kế vùng phủ sóng, đồng thời xây dựngchương trình mô phỏng tính toán

− Khảo sát vùng phủ sóng theo yêu cầu thực tế cũng như tình hình kinh tế, xãhội, tình hình phát triển mạng viễn thông trên địa bàn Quận 12, kết hợp vớigiả định cho việc định hướng phát triển và hiện trạng của mạng Trên cơ sở

đó, dự báo và tính toán nhu cầu dung lượng để định cỡ mạng nhằm phục vụcho việc xây dựng cấu hình mạng Sau khi định cỡ mạng, quy hoạch vùng

phủ sẽ đi đến quy hoạch chi tiết, tính toán số lượng các node, chọn vị trí đặttrạm và dự kiến phương án truyền dẫn cho các Node

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Lý thuyết về quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA cũng như các mô hình mạngthông tin di động 3G đã được nghiên cứu và chuẩn hóa rộng rãi trên toàn thế giới.Tuy nhiên việc áp dụng vào thực tế tại mỗi quốc gia, ứng với mỗi nhà khai thác lạikhông thể áp dụng theo một lộ trình cứng nhắc nào, điều đó tùy thuộc vào hoàncảnh cụ thể, vào điều kiện phát triển của thị trường và thị phần của nhà khai thác

đó Đối với mạng khảo sát, do lượng khách hàng ngày càng tăng cả về số lượng vànhu cầu dịch vụ, việc triển khai quy hoạch chi tiết mạng vô tuyến WCDMA ápdụng các giải pháp kỹ thuật cũng cần có các nghiên cứu và đánh giá dựa trên đặcđiểm cụ thể của từng vùng, đề tài này chính là một trong những nghiên cứu côngtác quy hoạch đánh giá, nhằm triển khai xây dựng hệ thống truy nhập vô tuyếnmới vào thực tế một cách bài bản, hiệu quả, không chỉ đáp ứng nhu cầu trước mắt

mà còn là nhu cầu phát triển lâu dài theo lộ trình và định hướng nhất định Kết quảcủa đề tài chính là một đề án chi tiết nhằm triển khai mạng vô tuyến WCDMA sátvới thực tế cho mạng trong thời gian gần nhất, do đó mang tính thực tiễn cao

6 Nội dung của đề tài

Đề tài bao gồm 5 chương, với nội dung tóm tắt như sau:

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

Chương này sẽ giới thiệu khái quát mạng truy nhập vô tuyến WCDMA, trong

đó sẽ tập trung trình bày những vấn đề lý thuyết liên quan đến cấu trúc mạngWCDMA, giao diện vô tuyến và các loại kênh trong WCDMA

Chương 2: Tổng quan về quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA

Chương này khái quát tổng quan và nêu lên các vấn đề về việc quy hoạchmạng vô tuyến, phân tích được quỹ đường truyền, mô hình truyền sóng và dunglượng mạng để từ đó áp dụng tính toán quy hoạch cho chương tiếp theo

Chương 3: Quy hoạch chi tiết mạng vô tuyến mạng WCDMA.

Chương này trình bày về bài toán thiết kế quy hoạch và xây dựng hệ thống

vô tuyến WCDMA theo các thông số và đặc trưng riêng của hệ thống Từ đó xâydựng chương trình mô phỏng việc tính toán chi tiết cho vùng phủ sóng và dunglượng hệ thống

Chương 4 : Tính toán quy hoạch cho một vùng cụ thể.

Chương này khảo sát cụ thể yêu cầu thực tế qua tình hình kinh tế, xã hội,tình hình phát triển mạng viễn thông trên địa bàn Quận 12, kết hợp với địnhhướng phát triển và hiện trạng của mạng Trên cơ sở đó, dự báo và tính toán nhucầu dung lượng, vùng phủ để xây dựng thiết kế chi tiết mạng truy nhập vô tuyếnWCDMA mạng khu vực Quận 12

Chương 5: Mô phỏng quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA

Chương này trình bày về phần mềm mô phỏng, tính toán , triển khai mạngWCDMA cho Quận 12

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển đề tài

Chương này trình những công việc dã làm được và nêu hướng phát triển của

đề tài

Nhóm sinh viên thực hiện

Phạm Nhật Quang - Phan Ngọc Thành

MỤC LỤC

LIỆT KÊ HÌNH

LIỆT KÊ BẢNG

BHCA Busy Hour Call Attempts Số cuộc gọi trong giờ bận

Tốc độ lỗi BlockKhoá dịch pha nhị phân

Mã nhận dạng trạm gốcTrạm gốc

D

DSSS Direct Sequence Spread

Các tốc độ dữ liệu tăng cường cho sự tiến hoá

EIRP Electronic War Fire European Telecommunication

Đa truy cập phân chia theo tần số

Dịch vụ vô tuyến gói chung

GPS Global Position System Hệ thống định vị toàn cầu

GSM Global System for Mobile

High Speed Uplink Packet Access

Handover

Bộ đăng ký thường trúTruy nhập gói đường xuống tốc độ

CaoTruy nhập gói lên xuống tốc độ Cao

Chuyển giaoIEEE Institute of Electrical and

Electronics Engineers

Học viện kỹ nghệ điện và điện tử

IF Intermidiate Frequency Tần số trung tần

IMT International Mobile

IMT đa sóng mang

Liên hợp viễn thông quốc tế

Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện

MSC Mobile Service Switching

Centre

Trung tâm chuyển mạch dịch vụ

di động

frequency-MultiplexingOperation Mainternance Center

Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao

Trung tâm điều hành quản lý khai

thácPCU Packet Control Unit Đơn vị điều khiển gói

PPS-IN Prepaid System -

Chế độ truy nhập vô tuyến

Công nghệ truy nhập vô tuyến

Radio Resouse Management Radio Frequency

Bộ điều khiển mạng vô tuyến Phân hệ mạng vô tuyến

Giao thức điều khiển tài nguyên

vô tuyến Thuật toán quản lý tài nguyên vôtuyến

Tần số vô tuyến

S

SFN System Frame Number Số hiệu khung hệ thống

SCP Service Control Point Nút hỗ trợ điều khiển dịch vụ

trong PPS-INNút hỗ trợ điều khiển dữ liệu trong

PPS-INSGSN Serving GPRS Support

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

TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo

thời gianTDMA Time Division Multiple

Điều khiển công suất phát Trung tâm chuyển tiếp cuộc gọi

Trantsit/Gateway Center

U

UMTS Subscriber Identify Module

UMTS Terrestrial Radio Access

Network

Hệ thống viễn thông di động toàn

PHẦN B: NỘI DUNG

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MẠNG

VÔ TUYẾN WCDMA

1.1 Giới thiệu về cấu trúc mạng WCDMA

1.1.1 Mô hình khái niệm

Theo quan điểm này, cấu trúc mạng được phân thành các hệ thống còn dựatrên cấu trúc thủ tục, lưu lượng cũng như các phần tử vật lý Mạng 3G bao gồmhai khối chức năng chính: khối chức năng chuyển mạch gói (PS) và khối chứcnăng chuyển mạch kênh (CS) Các giao diện là phương tiện để các khối chức nănggiao tiếp với nhau Dựa trên cấu trúc thủ tục và nhiệm vụ của chúng, mô hìnhmạng 3G được chia thành hai tầng: tầng truy cập và tầng không truy cập

- Tầng truy cập bao gồm các thủ tục xử lý giao tiếp giữa thiết bị người sử dụng

(UE) với mạng truy cập

- Tầng không truy cập chứa các thủ tục xử lý giao tiếp giữa UE với mạng lõi

(khối chức năng CS/PS) tương ứng

Mạng thường trú chứa các thông tin đăng ký và thông tin bảo mật Mạng phục

vụ là một phần của mạng lõi Mạng truyền tải là phần mạng lõi thực hiện kết nốithông tin giữa mạng phục vụ với các mạng bên ngoài

Hình 1.1:Mô hình khái niệm mạng WCDMA

1.1.2 Mô hình cấu trúc mạng WCDMA

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 truycập vô tuyến (UTRAN), trong đó mạng lõi sử dụng toàn bộ cấu trúc phần cứngcủa mạng GPRS, còn mạng truy cập 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 thứcmới được thiết kế dựa trên công nghệ vô tuyến WCDMA, trái lại mạng lõi đượcđịnh nghĩa hoàn toàn dựa trên GSM Điều này cho phép hệ thống WCDMA pháttriển mang tính toàn cầu trên cơ sở công nghệ GSM

động, nó sẽ là công nghệ xây dựng cơ sở hạ tầng và kiến trúc mạng tế bào của hầuhết mạng 3G trên thế giới, hình thành kết nối giữa thiết bị di động của người sửdụng cùng với mạng lõi

Từ hình 1.3 dưới đây ta thấy mạng thông tin di động thế hệ 3 WCDMA gồmhai phần mạng: mạng lõi và mạng truy cập vô tuyến

Mạng đường trục

VLR MSC

NB

NB

NB RNC

TE MT

NB

NB

NB RNC

TE MT

Iups

Iur

Mạng truy cập vô tuyến

Hình 1.3:Sơ đồ khối tổng quát của mạng thông tin di động thế hệ 3 WCDMA

 UE (User Equipment)

Thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với hệthống UE gồm hai phần:

- Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment): Là đầu cuối vô tuyến được

sử dụng cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu

- Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM): Là một thẻ thông minhchứa thông tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhậnthực, lưu giữ các khóa nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiếtcho đầu cuối

 UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network)

Mạng truy cập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đếntruy cập vô tuyến UTRAN gồm hai phần tử

- Nút 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 điềukhiển các tài nguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B được kết nối vớinó) RNC còn là điểm truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp

cho mạng lõi CN.

 CN (Core Network).

Các phần tử chính của mạng lõi như sau

- 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 tinnày bao gồm : Thông tin về các dịch vụ được phép, các vùng không đượcchuyển mạng và các thông tin về dịch vụ bổ sung như: trạng thái chuyểnhướng 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 sửdụng các giao dịch chuyển mạch kênh VLR có chức năng lưu giữ bảnsao về lý lịch người sử dụng cũng như vị trí chính xác của UE trong hệthống đang phục vụ

- GMSC (Gateway MSC): Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động

cổng kết nối với mạng ngoài

- SGSN (Servicing GPRS Support Node): Node hỗ trợ GPRS (dịch vụ

vô tuyến gói chung) đang phục vụ, có chức năng như MSC/VLR nhưngđược sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói (PS)

- GGSN (Gateway GPRS Support Node): Node hỗ trợ GPRS cổng, có

chức năng như GMSC nhưng chỉ phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạchgói

Để kết nối MSC với mạng ngoài cần có thêm phần tử làm chức năng tương tácmạng (IWF) Ngoài mạng lõi còn chứa các cơ sở dữ liệu cần thiết cho các mạng diđộng như: HLR, AuC và EIR

CM CM

Điều khiển thông tin

Điều khiển di động Điều khiển di động Điều khiển tài nguyên vô tuyến

NMS

CN

Giao diện mở Uu Giao diện mở Iu

- Giao diện Cu: Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME Giaodiện 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 cốđịnh của hệ thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất củaUMTS

- Giao diện Iu: Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho cácnhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khácnhau

- Giao diện Iur: Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhàsản xuất khác nhau

- Giao diện Iub: Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC Iubđược tiêu chuẩn hóa như là một giao diện mở hoàn toàn

1.1.2.1 Cấu trúc quản lý tài nguyên

Cấu trúc quản lý tài nguyên dựa trên cơ sở phân chia các chức năng quản lýchủ yếu sau:

- Quản lý kết nối (CM): bao gồm tất cả các thủ tục, các chức năng liênquan đến việc quản lý kết nối của người sử dụng

- Quản lý di động (MM): gồm tất cả các chức năng , các thủ tục quản lý

di động và bảo mật như các thủ tục bảo mật kết nối, các thủ tục cập nhật

vị trí

- Quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM): bao gồm các thủ tục thực hiệnviệc quản lý tài nguyên vô tuyến (điều khiển công suất, chuyển giao vàđiều khiển tải hệ thống)

LỚP DỊCH VỤ

LỚP PHẦN TỬ MẠNG LỚP TẠO DỊCH VỤ

Hình 1.5:Cấu trúc dịch vụLớp thấp nhất là nền tảng cho các lớp còn lại là lớp truyền tải vật lý Các nút

sử dụng phương tiện truyền tải vật lý hình thành một lớp gọi là lớp phần tử mạng.Lớp thứ ba chứa các phần tử và chức năng tạo ra mỗi khối chức năng trong đóhình thành các dịch vụ phục vụ người sử dụng đầu cuối Lớp dịch vụ ở trên cùngtrong mô hình dịch vụ tạo ra ngữ cảnh cho các dịch vụ phức tạp

1.2 Cấu trúc mạng truy cập vô tuyến UTRAN

Nhiệm vụ chính của UTRAN là tạo và duy trì các kênh mạng truy cập vôtuyến (RAB) để thực hiện thông tin giữa thiết bị di động (UE) với mạng lõi (CN).UTRAN nằm giữa hai giao diện mở Uu và Iu Nhiệm vụ của UTRAN là phối hợpvới mạng lõi thực hiện các dịch vụ mạng qua các giao diện này

UTRAN bao gồm nhiều hệ thống con mạng vô tuyến RNS (Radio Network

Subsystem) Mỗi RNS bao gồm một số trạm gốc (node B), giao diện Uu và một bộ

điều khiển mạng vô tuyến RNC RNC kết nối với node B bằng giao diện Iub CácRNS giao tiếp với nhau sử dụng giao diện mở Iu mang cả thông tin báo hiệu và

và giao thức UTRAN có các đặc tính chính sau:

- Hỗ trợ các chức năng truy cập vô tuyến, đặc biệt là chuyển giao mềm vàcác thuật toán quản lý tài nguyên đặc thù của WCDMA

- Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lý số liệu chuyển mạch kênh vàchuyển mạch gói để kết nối từ UTRAN đến cả hai vùng PS và CS củamạng lõi

- Đảm bảo tính chung nhất với GSM

- Sử dụng cơ chế truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN

1.2.1 Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC)

RNC là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển tài nguyên vô tuyến củaUTRAN RNC kết nối với CN (thông thường với một MSC và một SGSN) quagiao diện vô tuyến Iu RNC điều khiển node B chịu trách nhiệm điều khiển tải vàtránh tắc nghẽn cho các cell của mình

Khi một kết nối MS-UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên từ nhiều RNC thì các

RNC này sẽ có hai vai trò logic riêng biệt:

- RNC phục vụ (Serving RNC): thực hiện xử lý số liệu truyền từ lớp kếtnối số liệu tới các tài nguyên vô tuyến SRNC cũng là CRNC của mộtnode B nào đó được MS sử dụng để kết nối với UTRAN

- RNC trôi (Drift RNC): là một RNC bất kỳ khác với SRNC để điềukhiển các cell được MS sử dụng Khi cần DRNC có thể thực hiện kết hợp

và phân chia ở phân tập vĩ mô DRNC không thực hiện xử lý số liệu tronglớp kết nối số liệu mà chỉ định tuyến số liệu giữa các giao diện Iub và Iur.Một UE có thể không có hoặc có một hay nhiều DRNC

1.2.2 Node B (Trạm gốc)

Chức năng chính của node B là thực hiện xử lý trên lớp vật lý của giao diện vôtuyến như mã hóa kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ…Nó cũng thực hiệnphần khai thác quản lý tài nguyên vô tuyến như điều khiển công suất vòng trong

Về phần chức năng nó giống như trạm gốc của GSM

1.2.3 Các chức năng điều khiển của UTRAN

Để có thể điều khiển và quản lý các kênh mang vô tuyến (RB), UTRAN thựchiện các chức năng khác ngoài chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến RRM Cácchức năng đó bao gồm:

• Phát quảng bá thông tin hệ thống

• Thiết lập các kênh mang báo hiệu và truy cập ngẫu nhiên

• Quản lý kênh mang vô tuyến (RB)

• Các chức năng an toàn trong mạng UTRAN

• Quản lý di động lớp UTRAN

• Xử lý cơ sở dữ liệu

• Định vị thuê bao

1.3 Cấu trúc mạng lõi theo tiêu chuẩn 3GPP R99

3GPP R99 là hệ tiêu chuẩn UMTS đầu tiên, trong đó thể hiện một hệ thốngtruy cập vô tuyến băng rộng với mạng lõi (CN) được nâng cấp từ GSM Mạng lõi

sử dụng hạ tầng GSM và phần mở rộng GPRS để sử dụng cho các dịch vụ gói.Mạng lõi được chia thành hai khối chức năng: khối chức năng chuyển mạch kênh

CS và khối chức năng chuyển mạch gói PS

Mạng ngoài Mạng truy cập

Khối chức năng chuyển mạch kênh (CN CS) gồm hai phần tử mạng cơ bản:

- Trung tâm chuyển mạch di động (MSC/VLR)

- Trung tâm chuyển mạch di động cổng (GMSC)

MSC/VLR chịu trách nhiêm cho các hoạt động quản lý kết nối chuyển mạchkênh, quản lý di động như: cập nhật vị trí, tìm gọi và các chức năng bảo mật.Ngoài ra còn chứa các bộ chuyển mã, đây là điểm khác biệt so với hệ thống GSMtruyền thống

GMSC phụ trách kết nối với các mạng bên ngoài, thiết lập đường kết nối đếncác MSC/VLR đang phục vụ mà tại đó có thể tìm thấy thuê bao cần tìm

Hình 1.7:Cấu trúc mạng lõi theo tiêu chuẩn 3GPP R99

Khối chức năng chuyển mạch gói (CN PS) gồm hai phần tử mạng cơ bản

- Nút hỗ trợ GPRS phục vụ (SGSN)

- Nút hỗ trợ GPRS cổng (GGSN)

SGSN hỗ trợ thông tin chuyển mạch gói tới mạng truy cập vô tuyến Chứcnăng chủ yếu của SGSN liên quan đến việc quản lý di động: cập nhật khu vựcđịnh tuyến, đăng ký vị trí, tìm gọi và điều khiển cơ chế bảo mật trong chuyểnmạch gói

GGSN duy trì kết nối tới các mạng chuyển mạch gói khác như mạng Internet,thực hiện quản lý phiên

Khối thanh ghi chứa thông tin địa chỉ và nhận thực cho cả CS và PS bao gồm:

- Thanh ghi thường trú (HLR): chứa các dữ liệu cố định về thuê bao

UTRAN Mạng lõi UE

Tầng truy cập

Iu Radio

1.4 Cấu trúc phân lớp của WCDMA

Hình 1.8:Cấu trúc phân lớp của mạng WCDMACấu trúc phân lớp của WCDMA được xây dựng trên cơ sở các tiêu chuẩn củaUMTS

Các giao thức giữa các phần tử trong mạng WCDMA được chia thành hai phầnchính: tầng không truy nhập và tầng truy nhập Giao diện vô tuyến được phânthành 3 lớp giao thức:

- Lớp kết nối số liệu (L2)

Network

Kênh mang truy cập vô tuyến

Kênh mang vô tuyến báo hiệu

Kênh lôgic

Kênh truyền tải

Kênh vật lý handset

Hình 1.9:Cấu trúc giao thức ở giao diện vô tuyến

Lớp 2 được chia thành các lớp con: MAC (Medium Access Control: điều khiển truy cập môi trường) và RLC (Radio Link Control: điều khiển kết nối vô tuyến), PDCP (Packet Data Convergence Protocol: giao thức hội tụ số liệu gói) và BMC (Broadcast/Multicast Control: điều khiển quảng bá/đa phương).

Lớp 3 và RLC được chia thành hai phần: phần điều khiển (C) và phần người

sử dụng (U) PDCP và BMC chỉ có ở phần U

Các thủ tục giao diện vô tuyến thực hiện chức năng thiết lập, duy trì và giảiphóng kết nối vô tuyến trong mạng UTRA Chúng thực hiện các chức năng củacác lớp 1-3 trong mô hình OSI tương ứng

Lớp cao nhất là lớp điều khiển tài nguyên vô tuyến RRC tương ứng với lớpmạng Giao diện giữa các lớp và các phân lớp được thực hiện thông qua các điểmtruy cập dịch vụ (SAP) Các kênh truyền dẫn được truyền qua các điểm truy cậpdịch vụ giữa lớp vật lý và phân lớp điều khiển truy cập trung gian (MAC) để thựchiện việc giao tiếp giữa lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu (L2) Các kênh lôgic thựchiện giao tiếp trong L2 giữa các phân lớp MAC và RLC Còn các kênh vật lý đượctruyền bên trong lớp vật lý

1.5 Giao diện vô tuyến

Cấu trúc UMTS không định nghĩa chi tiết chức năng bên trong của phần tửmạng mà chỉ định nghĩa giao diện giữa các phần tử lôgic Cấu trúc giao diện đượcxây dựng trên nguyên tắc là các lớp và các phần cao độc lập lôgic với nhau, điềunày cho phép thay đổi một phần của cấu trúc giao thức trong khi vẫn giữ nguyêncác phần còn lại

Hình 1.10: Mô hình giao thức tổng quát cho các giao diện UTRAN

1.5.1 Giao diện UTRAN – CN (Iu)

Giao diện Iu kết nối UTRAN với CN Iu là một giao diện mở để chia hệ thốngthành UTRAN đặc thù và CN, Cn chịu trách nhiệm chuyển mạch, đinh tuyến vàđiều khiển dịch vụ Iu có thể có hai trường hợp khác nhau:

- Iu CS (Iu chuyển mạch kênh): để kết nối UTRAN với CN chuyển mạchkênh

- Iu PS (Iu chuyển mạch gói): để kết nối UTRAN với CN chuyển mạchgói

1.5.2 Giao diện RNC – RNC (Iur)

Iur là giao diện vô tuyến giữa các bộ điều khiển mạng vô tuyến Lúc đầu giaodiện này được thiết kế để hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC, trong quá trìnhphát triển tiêu chuẩn nhiều tính năng đã được bổ sung và đến nay giao diện Iurphải đảm bảo 4 chức năng sau :

- Hỗ trợ tính di động cơ sở giữa các RNC

- Hỗ trợ kênh lưu lượng riêng

- Hỗ trợ kênh lưu lượng chung

- Hỗ trợ quản lý tài nguyên vô tuyến toàn cầu

1.5.3 Giao diện RNC – Node B (Iub)

Giao thức Iub định nghĩa cấu trúc khung và các thủ tục điều khiển trong băng

cho các từng kiểu kênh truyền tải Các chức năng chính của Iub :

- Chức năng thiết lập, bổ sung, giải phóng và tái thiết lập một kết nối vôtuyến đầu tiên của một UE và chọn điểm kết cuối lưu lượng

- Khởi tạo và báo cáo các đặc thù cell, node B, kết nối vô tuyến

- Xử lý các kênh riêng và kênh chung

- Xử lý kết hợp chuyển giao

- Quản lý sự cố kết nối vô tuyến

1.6 Các loại kênh trong UTRAN

Hình 1.11: Các loại kênh trong UTRAN

1.6.1 Các kênh logic

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

Nhóm kênh điều khiển bao gồm:

- Kênh điều khiển quảng bá – BCCH

- 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

1.6.2 Các kênh vật lý

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

Các kênh vật lý đường lên được cho ở hình 1.12.

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 khiểncông suất phát-TPC, thông tin phản hồi-FBI, và một bộ chỉ thị kết hợp định dạngtruyền dẫn TFCI

PRACH: mang thông tin của kênh giao vận RACH.

PCPCH: mang thông tin của kênh giao vận CPCH.

Hình 1.12: Các kênh vật lý đường lênĐường xuống chỉ có một kênh vật lý riêng duy nhất: kênh vật lý riêng đườngxuống (downlink DPCH) Các kênh vật lý đường xuống được cho ở hình 1.13

Hình 1.13: Các kênh vật lý đường xuống

1.6.3 Các kênh truyền tải

Trong UTRAN số liệu được tạo ra ở các lớp cao được truyền tải trên đường vôtuyến bởi các kênh truyền tải bằng cách sắp xếp các kênh này lên các kênh vật lýkhác nhau Lớp vật lý được yêu cầu để hỗ trợ các kênh truyền tải với các tốc độbit thay đổi nhằm cung cấp các dịch vụ với độ rộng băng tần theo yêu cầu và đểghép nhiều dịch vụ trên cùng một kết nối.

Có hai kiểu kênh truyền tải: Các kênh riêng và các kênh chung Điểm khácnhau giữa chúng là: Kênh chung là tài nguyên được chia sẻ cho tất cả hoặc mộtnhóm người sử dụng trong cell, còn tài nguyên kênh riêng được ấn định bởi một

mã và một tần số nhất định để dành riêng cho một người sử dụng duy nhất

1.6.3.1 Kênh truyền tải riêng

Kênh truyền tải riêng duy nhất là kênh riêng (viết tắt DCH : DedicatedChannel) Kênh truyền tải riêng mang thông tin từ các lớp trên lớp vật lý riêng chomột người sử dụng, bao gồm số liệu cho dịch vụ hiện thời cũng như thông tin điềukhiển lớp cao

Kênh truyền tải riêng được đặc trưng bởi các tính năng như: Điều khiển côngsuất nhanh, thay đổi tốc độ số liệu nhanh theo từng khung và khả năng phát đếnmột phần cell hay đoạn cell bằng cách thay đổi hướng Anten của hệ thống antenthích ứng Các kênh riêng hỗ trợ chuyển giao mềm

1.6.3.2 Các kênh truyền tải chung

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

- Kênh truy cập đường xuống (hướng đi)

Kênh truy cập đường xuống (FACH: Forward Access Channel) là một kênhtruyền tải đường xuống mang thông tin điều khiển đến các UE nằm trong một cellcho trước, chẳng hạn sau khi BS thu được một bản tin truy cập ngẫu nhiên Kênh

UE UE phải có khả năng thu được thông tin tìm gọi trong toàn bộ vùng phủ củacell.

- Kênh truy cập ngẫu nhiên

Kênh truy cập ngẫu nhiên (RACH: Random Access Channel) là kênh truyềntải đường lên, thường thu được từ toàn bộ cell, thực hiện truyền thông tin điềukhiển từ trạm di động Nó được sử dụng để mang thông tin điều khiển từ UE như:yêu cầu thiết lập một kết nối

- Kênh gói chung đường lên

Kênh gói chung đường lên (CPCH: Common Packet Channel) là một mở rộngcủa kênh RACH để mang số liệu của người sử dụng được phát theo gói trênđường lên FACH ở đường xuống cùng với kênh này tạo nên cặp kênh để truyền

số liệu

Hình 1.14: Kênh truyền tải đường lên và đường xuống

- Kênh đường xuống dùng chung

Kênh đường xuống dùng chung (DSCH: Dedicated Shared Channel) là kênhtruyền tải để mang thông tin của người sử dụng và/hoặc thông tin điều khiển.Nhiều người sử dụng có thể dùng chung kênh này Xét về nhiều mặt nó giống nhưkênh truy cập đường xuống, nhưng kênh dùng chung hỗ trợ sử dụng điều khiểncông suất nhanh cũng như tốc độ bit thay đổi theo khung Ở FDD, nó được kết

hợp với một hoặc vài kênh DCH đường xuống Nó có thể được truyền trên toàn bộcell hoặc chỉ trên một phần cell đang sử dụng, ví dụ các anten dạng búp.

- Các kênh truyền tải cần thiết

Các kênh truyền tải chung cần thiết cho việc hoạt động căn bản của mạng là:RACH, FACH và PCH, còn việc sử dụng DSCH và CPCH là lựa chọn và có thểđược quyết định bởi mạng

Chương 2

TỔNG QUAN VỀ QUY HOẠCH MẠNG

VÔ TUYẾN WCDMA

2.1 Nguyên lý chung

Quá trình quy hoạch mạng vô tuyến được tiến hành trên cơ sở yêu cầu của cácthông số được thiết lập và là công việc phức tạp nhất trong việc quy hoạch mạng.Công việc quy hoạcha mạng vô tuyến bao gồm: định cỡ mạng, quy hoạch lưulượng & vùng phủ chi tiết và tối ưu mạng Quá trình quy hoạch và triển khai mạngđược chỉ ra trong hình vẽ 2.1

Trong pha quy hoạch ban đầu (định cỡ mạng) cung cấp một sự đánh giá banđầu nhanh nhất về kích cỡ của mạng và dung lượng của các thành phần Định cỡmạng phải thực hiện được các yêu cầu của nhà khai thác về vùng phủ, dung lượng

và chất lượng dịch vụ Trong pha quy hoạch chi tiết, mật độ site đã định cỡ được

xử lý trên bản đồ số để giới hạn về mặt vật lý các thông số của mạng Ngoài raviệc tối ưu có thể được thực hiện bằng cách điều khiển nhiễu dưới dạng anten phùhợp, cấu hình site, sự chọn lựa vị trí, hay đặt nghiêng anten Hơn nữa, các chỉ tiêucủa mạng có thể tiến đến gần hơn các mục tiêu yêu cầu bằng cách sử dụng bộkhuếch đại MHA (mast head amplifier) hay các các loại phân tập

Khi mạng đi vào hoạt động, có thể quan sát hiệu suất của hệ thống qua việc đođạc các thông số và kết quả các thông số đo được sẽ sử để hiển thị và tối ưu hóamạng Quá trình quy hoạch và tối ưu hóa mạng có thể thực hiện một cách tự độngbằng cách sử dụng các công cụ thông minh và các phần tử mạng Thông thườngtrong giai đoạn triển khai mạng ta thấy không thể tối ưu hệ thống như lúc quyhoạch mạng Có rất nhiều nguyên nhân buộc phải thay đổi quy hoạch: không thểđặt Node-B đúng vị trí, nảy sinh các vấn đề về vùng phủ và chất lượng kết nối vàtối ưu… Cuối cùng cần phản hồi kết quả thống kê và đo đạc được trong quá trìnhkhai thác mạng liên quan đến điều chỉnh quy hoạch, mở rộng vùng phủ, dunglượng và nhu cầu dịch vụ trên cơ sở thực tế cho nhóm kỹ thuật chịu trách nhiệmthiết kế

Để hiểu được quá trình quy hoạch chúng ta phải tìm hiểu về ba yếu tố tác độngtới quá trình quy hoạch đó là:

Dự báo nhu cầu dịch vụ/thuê bao

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

- Xác định mục tiêu dự báo: gồm các mục tiêu như nhu cầu dân cư, nhucầu 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 triểntỉnh/thành phố

- Phân tích xu hướng của nhu cầu: xu hướng phát triển của nhu cầu đối vớicác dịch vụ phân tích theo các quan điểm: mật độ điện thoại, các đặcđiểm riêng của vùng và so sánh với các quốc giá khác

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

Dự báo lưu lượng

Dự báo lưu lượng là bước đầu tiên cần thực hiện trong quá trình quy hoạchmạng 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 thoại và

dữ liệu

Dự phòng cho tương lai

Trong thực tế cho thấy sự phát triển nhanh của thuê bao và các dịch vụ mớikhiến 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 mởrộng thường xuyên, bởi vì dự phòng cho phép cung cấp lưu lượng bổ sung trongtrường hợp thuê bao tăng trưởng nóng hay sự đột biến về lưu lượng tại một thờiđiểm

2.3 Phân tích vùng phủ sóng vô tuyến

Nhiệm vụ chính của phân tích vùng phủ là làm thế nào để xác định được: nơinào cần phủ sóng, kiểu phủ sóng mỗi vùng Thông thường ta cần phủ sóng trướchết các khu vực quan trọng: Các khu thương mại, khu công nghiệp, vùng có mật

độ dân cư cao Vè thế cần hiểu rõ mật độ dân cư, phân biệt ranh giới các vùng:thành phố, ngoại ô, nông thôn, khu thương mại, khu công nghiệp, nhà ở…

Đối với hệ thống thông tin di động 3G ngoài các tiêu chí trên, ta cần phải xétđến: các loại dịch vụ cần cung cấp ở vùng đang xét và vùng phủ sóng hiệu dụngcủa cell sẽ chịu ảnh hưởng của tốc độ số liệu

Sau khi đã nắm được yêu cầu vùng phủ, tiếp theo ta tiến hành quy hoạch vùngphủ thông qua xem xét các yếu tố sau: Lựa chọn mô hình truyền sóng, tính quỹđường truyền, quy hoạch vị trí cell Trong đó quy hoạch vị trí cell là bước quantrọng trong việc quy hoạch hệ thống WCDMA bởi vì nó sẽ đảm bảo mỗi trạm thuphát 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 Mục đích phủ sóng

Quá trình phân tích vùng phủ vô tuyến là thực hiện khảo sát các địa điểm cầnphủ sóng và kiểu vùng phủ cần cung cấp cho các địa điểm này Các loại vùng phủthông thường được xét như: các vùng thương mại-du lịch, 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 cácvùng cần phủ sóng Các thông tin có thể dựa trên bản đồ, các số liệu thống kê, dựbáo như: mật độ dân cư (thành phố, ngoại ô, nông thôn), khu thương mại-du lịch,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 truyềnsóng vì mỗi môi trường sẽ có tác động trực tiếp đến mô hình truyền sóng.Các thông tin về vùng phủ sẽ được dùng để chuẩn bị bước quy hoạch vùng phủban đầu Thông thường quy hoạch vùng phủ sóng WCDMA thường quan tâm đếncác loại hình phủ sóng

Urban (Đô thị)

Thông thường đây là các khu vực đường phố vàcây xanh xen kẽ một vài tòa nhà cao tầng, các tòanhà cao tầng cách xa nhau

Sub Urban (Ngoại ô) Khu ngoại ô với các nhà vườn và công viên, khu

nghỉ dưỡng…

Rural (nông thôn) Khu vực nông thôn

Một yếu tố nữa cũng ảnh hưởng đến vùng phủ sóng là xác định vùng phủ theodịch vụ.Như đã biết hệ thống WCDMA là hệ thống đa truy nhập dịch vụ với cấutrúc đa kênh có thể sử dụng được nhiều dịch vụ Một số dịch vụ chính thườngdùng trong hệ thống truy nhập WCDMA

Bảng 2.2 Các loại loại dịch vụ chính của WCDMA

Ứng với mỗi loại hình dịch vụ sẽ có bán kính phục vụ tương ứng phụ thuộcvào mã trải phổ, công suất phát cực đại và chất lượng dịch vụ yêu cầu Tùy theomỗi khu vực và dự báo nhu cầu sử dụng dịch vụ thì sẽ có các bán kính phục vụkhác nhau, chẳng hạn như hình dưới đây sẽ mô tả bán kính tối đã của các loại dịch

PS 384K Email, Web ,Video Streaming, MobilTV