Nghiên cứu định cỡ và quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA phát triển trên nền GSM của Việt Nam

■ CMTS: Cellưiar Mobile Telephone System = Hệ thống diện thoại di dộng tổ ong■ UMTvS: Universal Mobile Teleeonưiuinicaiions Sysiem = I lệ thống viễn thông di dộng toàn cầu.. ■ 1‘PLMTS: l

LUÂN VĂN THA C SỸ KHOA H OC• • •

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS CHU NGỌC ANH

O A ! HOC • ùUOC CiiiA HA NOI Ị

2

t a n g h i ê n c ứ u c ô n g n g h ệ đ a t h â m n h ậ p p h â n c h i a t h e o m ã ( C D M A ) C ô n g n g h ệ n à y

s ử d ụ n g k ỹ t h u ậ t t r ả i p h ổ m à t r ư ớ c đ ó đ ư ợ c ứ n g d ụ n g c h ỉ ) y ế u t r o n g q u â n s ự

Q u a l c o m đ ư a r a p h i ê n b á n C D M A đ ầ u t i ê n c h o t h ô n g t i n d i đ ộ n g g ọ i l à C D M A O n e ( I S - 9 5 A ) N ó d ự a t r ê n c ô n g n g h ệ đ a t r u y n h ậ p p h â n c h i a t h e o m ã - C D M A b ă n g

■ CMTS: Cellưiar Mobile Telephone System = Hệ thống diện thoại di dộng tổ ong

■ UMTvS: Universal Mobile Teleeonưiuinicaiions Sysiem = I lệ thống viễn thông di dộng toàn cầu.

■ 1‘PLMTS: l-uture Public Lãnd Mobilc 'iclccom inunicalions System = Hệ Ihốiìg viển thông di (lộng mại ílàì công cộng urưiig lai.

B IMT-2000: Inlernalioiial Mobilc Telecoinniunications-2000= Viễn thông di dộng quốc lế 2000

H ìn h 1.1. Q u á t r ì n h p h á t t r i ể n c ủ a c á c h ệ t h ố n g t h ô n g t i n d i đ ộ n g t r ê n t h ế g i ớ i

8

1.4 CẤU TR ÚC M A N G THÔ NG T IN D I ĐỘNG

A Cấu trúc m ạng 2G - GSM.

T h e o q u a n đ i ể m m ạ n g G S M , đ ể đ ơ n g i ả n c ó t h ể c h i a m ộ t m ạ n g t ổ n g t h ể t h à n h

b ố n p h â n h ệ c h í n h : P h â n h ệ m ạ n g ( N S S - N e t w o r k S u b s y s t e m ) , P h â n h ệ t r ạ m g ố c ( B S S - B a s e s t a t i o n S u b s y s t e m ) , p h â n h ệ q u ả n l ý m ạ n g ( N M S - N e t w o r k

B S S l à t h à n h p h ầ n q u a n t r ọ n g c ủ a h ạ t ầ n g v ô t u y ế n N ó h o ạ t đ ộ n g v ớ i v a i t r ò l à

g i a o d i ệ n g i ữ a m á y t h u ê b a o v à m ạ n g l õ i c ủ a n h à k h a i t h á c M á y t h u p h á t t r ạ m g ố c ( B T S ) đ ư ợ c n ố i v ớ i c á c a n t e n đ ể p h ủ s ó n g x u n g q u a n h c e l l B T S c ò n h a y đ ư ợ c g ọ i l à

Data after integration

O th e r s p re a d s ig n a l !J ~

Other signal after despreading

Other signal after integration

: I I: : ! ; ' ' ' I —

J-U-L-iJj L'

I

-I8-8

H ỉn h 2.2. N g u y ê n l ý b ộ t h u t ư ơ n g q u a n W C D M A

N ử a d ư ớ i c ủ a h ì n h 2 2 m ô t ả v i ệ c n é n t i l l h i ệ u C D M A c ủ a n g ư ờ i s ử d ụ n g k h á c ( t í n h i ệ u c ủ a h ọ g i ả s ử l à đ ư ợ c t r ả i v ớ i m ã k h á c ) K ế t q u ả c ủ a v i ệ c n h â n t í n h i ệ u

24

đ ư ờ n g t r u y ề n k h á c n h a u í t n h ấ t 7 8 m ( = t ố c đ ộ á n h s á n g / t ố c đ ộ c h i p = 3 1 0 <s m s ' / 3 8 4 M c p s ) N ế u t ố c đ ộ c h i p l à l M c p s t h ì đ ộ d à i c á c đ ư ờ n g t r u y ề n p h ả i k h á c n h a u

và t ậ p đa đường N ế u m ộ t k ế t nối được đ ặ t ơ t ậ p đ i ể m SIR y ê u c ầ u cho trường hợp

x ấ u n h ấ t , nghĩa l à trường h ợ p m á y di đ ộ n g d i c h u y ể n với tốc đ ộ cao, t h ì s ẽ lãng p h í

32

If q u ality < targ et, in crease 3 3

S IR ta rg e t F a s t p o w er c o n tr o l

If SIR<SIRtarg#t, se n d 'p o w e r u p ' co m m an d

ấ c E | - / N H y ê u c ầ u [ d B ] 5 0 m

42

’ô n g s u ấ t t ạ p â m m á y t h u [ d B m ] - 1 0 3 2 h = g + 1 0 * l o g ( 3 8 4 0 0 0 0 )

>ự t r ữ n h i ễ u [ d B ] 3 0 i

’ô n g s u ấ t n h i ễ u m á y t h u [ d B m ] - 1 0 3 2 j = 10 * l o g ( 1 0 A( h + i ) / 1 0 - 10 * ( h / l 0 ) )

i n h h ư ở n g c ủ a t ạ p â m v à n h i ễ u [ d B m ] - 1 0 0 2 k = 10 * l o g ( 1 0 A( h / 1 0 ) + 1 0 A( j / l 0 ) )) ộ l ợ i x ử l ý t í n h i ệ u [ d B ] 1 0 3 l = 1 0 * l o g ( 3 8 4 0 / 3 8 4 )

(Eb /Aỉ0)j = Đ ộ lợi xử lý tín hiệu của người dìỉnií j Tín hiêu của người dùng i ( 3 3 )

Công suất n h ậ n dược toàn phần (trừ chính tín hiệu đó)

c ủ a tất cả các người sử dụng đồng thời Trong ví dụ này với thông lượng là 860kbps được h ỗ trợ 3dB đ ộ tăng tạp âm và 1 3 0 0 k b p s được h ỗ trợ 6dB đ ộ tăng tạp âm.

giao mềm thì tất cả trạm gốc khác bị kích hoạt, tạo thành "các cell khác”.

G i ả t h i ế t t ỉ số nhiễu cell khác t ớ i cell đang p h ụ c v ụ i = 0 6 5 ở đường xuống g i ả s ử h ệ

s ố t r ự c g i a o bằng 0 6 và E b / N o b ằ n g 5 5 d B cung cấp dung lượng c ự c đ ạ i là

M ật đ ộ lưu lượng [Erlang] = Ty lẽ cu ô c goi đến đích Ịcuổc g o i/s l ( 3 1 9 )

Tý lộ c u ộ c g ọ i xuất phát [cu ộc g ọ i/s]

d ụ n g t r o n g v i ệ c đ ị n h c ỡ k h i t í n h t o á n d u n g l ư ợ n g E r l a n g C ó t h ê m m ộ t p h ầ n d u n g

l ư ợ n g m ề m ở W C D M A n ế u s ố n g ư ờ i đ ù n g t r o n g c á c c e l l l â n c ậ n c ũ n g g i ả m x u ố n g

=> dung lượng cao hơn ở cell giữa

c ell

D u n g lượng

n gh ẽn cứ ng

H iệu suất trung k ế

D u n g lượng nghẽn m ềm

Cần chú ý rằng lư ợng d u n g lư ợng m ềm dựa trên m ô i trường truyền s ó n g cũ n g như

v iệ c quy hoạch m ạng, nó ảnh hường tới hệ s ố i D u n g lư ợng m ềm c ó thể c ó được nếu

cá c thuật toán quản lý tài n g u y ên v ô tuyến ch o phép sử d ụ n g d u n g lư ợ ng ca o hơn trong m ột cell nếu các c e ll lân cận nó c ó tai thấp hơn Đ iề u n à y c ó thể đạt được nếu các thuật toán quản lý tài n g u y ên vô tuyến dựa trên nhiễu b ă n g rộn g, m à k h ô n g dựa trên s ố kết nối hay thông lượng.

D un g lượng m ềm tương tự cũ n g khả dụim ở cá c đường x u ố n g W C D M A cũ n g như trong G SM nếu áp dụng c á c thuật toán quản lý tài n g u y ên vô tu yến dựa trên nhiễu.

Dung lượng mềm

1 2 2 k b p s 16 k b p s 32 k h p s 64 k h p s 1 4 4 k b p s

ỉ ì n h 4 6 D u n g lư ợ n g m ề m ỉà m ộ t h à m c ủ a tố c đ ộ b it đ ố i v ớ i c á c k ế t n ố i th ờ i g ia n th ự c

3 3 Q U Y H O Ạ C H C H I T IẾ T VÙNG PHỦ SONG VÀ DUNG LƯỢNG

3.3.1 D ự đoán vùng phủ sóng và dung lĩiưng

Phần n à y g iớ i thiệu qui hoạch ch i tiết vùng phú só n g và dung lượng T rong pha lập qui h oạch ch i tiết, cần phải c ó các s ố liệu truyền só n g thực tế ở khu vực lập qui hoạch,

và s ố liệu ước tính lưu lượng sử dụng và mật độ sử dụng Đ ồ n g thời thông tin về các nơi đặt trạm g ố c h iên thời cũ n g cần có để s ư dụng hạ tầng vị trí này Đ ầu ra của qui

h oạch vù n g phủ só n g và dung lượng chi tiếi là các vị trí trạm g ố c , cấu hình và các tham số.

Vì ở h ệ th ốn g W C D M A m ọi người dùng cùng ch ia s ẻ nhiễu g ia o d iện k h ôn g gian,

nên ch ú n g k h ô n g thể được phân tích m ột c á c h độc lập M ỗi người dù ng sẽ tác đ ộn g tói những ngư ời c ò n lại và làm ch o cô n g suất phát của chú n g thay đ ổi Bản thân các

s ự thay đ ổi này lại tạo ra sự thay đ ổi khác và cứ th ế tiếp tục D o đó quá trình dự đoán

tổng thể phải được lặp lại ch o đến khi các mức cô n g suất phát ốn định T ốc độ di

ch u y ển củ a m áy di đ ộ n g , dạng kênh đa đường, tốc độ bit và loại d ịch vụ được sử dụng

đ ón g vai trò quan trọng hơn là ở trong các hệ thống T D M A /F D M A th ế hệ thứ hai Hơn th ế nữa trong W C D M A điều khiển c ô n g suất nhanh ở cả đường lên và đường

xu ố n g , c h u y ển g ia o m ềm /ch u y ển g ia o m ềm hơn và các kênh đường x u ố n g trực g ia o được tính đ ến , ch ú n g cũ n g ảnh hưởng tới hoạt đ ôn g của hộ thống Đ iểm khác biệt chính trong v iệ c dự đoán vùng phủ só n g của W C D M A và của T D M A /F D M A là phần ước lương n hiễu Đ â y là điều cốt yếu trong pha dự đoán vùng phủ só n g ở W C D M A Trong quá trình q u y h o ạ ch vùng phú só n g GSM , độ nhạy của trạm g ố c thường được giả thiết là k h ô n g đ ổ i và ngưỡng phú só n g là như nhau đối với m ỗi trạm g ố c Trong

m ạng W C D M A đ ộ nhạy trạm g ố c phụ thuộc số người dùng và cá c tốc độ bit được sử dụng trong tất cả các c e ll, đó là đặc trưng dịch vụ và cell Chú ý rằng trong cá c m ạng

ở th ế hệ thứ ba đư ờng x u ố n g có thể có tải nặng hơn đường lên và ngược lại.

3.3.2 C ông cụ quy hoạch

T rong cá c hộ th ốn g th ế hê thứ hai, quy h o ạ c h chi tiết tập trung chủ yếu ở v iệc quy hoạch vùng phủ só n g T ron g các hệ thống t h ế hệ thứ ba, quy h oạch nhiễu và phân tích vùng p hủ được x e m x ét chi tiết hơn là việc chỉ tối ưu hoá vù n g phủ só n g đơn giản.

C ô n g cụ phải hỗ trợ người thiết k ế để tối ưu hoá cấu hình trạm g ố c , lựa ch ọn anten,

hư ớn g anten và thậm c h í cả nơi đặt trạm, nhằm đáp ứng chất lượng d ịch vụ, các yêu cầu v ể dung lượng và dịch vụ ở m ức ch i phí tối thiểu Đ ể đạt được các kết quả tối ưu,

c ô n g c ụ này phải c ó các hiểu b iết về các thuật toán quản lý tài n g u y ên vô tuyến để có

th ể tiến hành v iệ c khai thác và tạo ra các quyết định như hệ thống thực X ác suất vùng phủ s ó n g ở đư ờng lên và đường x u ố n g được x á c định ch o m ột d ịch vụ cụ thể bằng

cá ch k iể m tra khả năng phục vụ ở m ỗi vị trí qui hoạch.

Pha quy h oạch ch i tiết thực so với phần quy hoạch ở th ế hệ thứ hai k h ô n g khác

nh iều Các đ ịa đ iểm và cá c sector được đật trong cô n g cụ Đ iếm khác biệt chính là tầm quan trọng củ a lớp lưu lượng Các phương pháp phân tích ch i tiết dưới đây sử

dụ ng c á c trạm di đ ộ n g riêng lẻ trong các phân tích W C D M A M ật độ m áy di đ ộn g trong các c ell khác nhau phải dựa trên thôiiô; tin v ề lưu lượng thực C ác đ iểm mật độ lớn được co i như là đầu vào ch o phân tích chính xác M ột n guồn thông tin liên quan tới m ật độ n g ư ờ i d ù n g là dữ liệ u từ nhà khai thác m ạ n g th ế hệ thứ hai h oặc th ế hệ thứ ba.

C ô n g cụ quy hoạch được nói tới ở đây là m ột bộ m ô p h ỏng tĩnh dựa trên các điều kiện trung bình và các bức tranh về m ạng, khác với b ộ m ô p h ỏn g đ ộ n g bao g ồ m lưu lượng và các trạng thái của ch u yển đ ộn g N ó làm ch o bộ m ô p h ỏn g đ ộ n g có thể phát triển v à k iểm tra các thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến (R R M ) thời gian thực

C ác m ô phỏng đ ộ n g được sử đụng để nghiên cứu hoat đ ô n g củ a thuât toán R R M trong c á c m ôi trường thực, và kết quả củ a c á c m ô ph ỏng này có thể được sử dụng làm đầu và o ch o c ô n g cụ quy hoạch m ạng này V í dụ, hoạt đ ộn g thực hiện cá c thuật toán

» *

ch u y ển g ia o với cá c phép đo lỗ i và đ ộ trễ được k iểm tra trong c ô n g cụ đ ộ n g và các kết quả đ ó được đưa vào c ô n g cụ quy hoạch m ạng V iệ c k iểm tra các thuật toán R R M đòi hỏi cá c m ô hình hoá chính xác hoạt đ ộn g củ a các kết nối W C D M A , và vì th ế m ột độ phân g iả i thời g ia n tương ứng tần s ố điều khiển c ô n g suất 1.5kH z được sử đụng trong

bộ m ô phỏng đ ộn g V ớ i độ chính xác cao sẽ đòi hỏi cô n g cụ m ô p h ỏn g đ ộ n g phức tạp

và các m ô p h ỏng sẽ quá ch ậm để sử dụng các trạm tốc độ ca o nhất h iện nay ch o các

m ục đ ích quy hoạch m ạng thực tế C ông cụ m ô ph ỏng đ ộ n g chính xác c ó thể đươc sử dụng để thay đ ổi và phát triển các m ô phoim hoá trong cô n g cụ quy hoạch m ạng ch o

6 2

đơn giản hơn Khi có đủ cá c kết quả củ a các m ạn g W C D M A qui m ô 1ỚI1, cá c k ết quả này sẽ được sử dụng đ ể định c ỡ trong c ô n g cụ quy h oạch m ạn g.

Ph ép lạp lại ờ đường lên và đường xuổng

M ục tiêu trong phép lặp lại đư ờng lên là ch ỉ định cá c m ứ c c ô n g suất phát củ a m á y

di đ ộn g m ô p h ỏng để hội tụ cá c g iá trị v ề độ nhạy trạm g ố c và m ứ c nh iễu Đ ộ nhạy

củ a trạm g ố c được hiệu ch ỉn h bởi m ức nhiều đư ờng lên ước tính (đ ộ tàng tạp âm ) và

vì th ế là đặc trưng c e ll Ả n h hưởng củ a tải đường lên đ ố i với đ ộ nhạy đư ợc tính bởi 101og10 (1 -^ " '), với ^ ul c h o b ởi c ô n g thức (3 1 2 ) T rong phép lặp lại đư ờn g lên , cá c

-m ức cô n g suất phát củ a cá c -m á y di đ ộ n g đươc tính dựa trên độ n h ạy củ a -m á y phục vụ tốt nhất, dịch vụ, tốc độ và su y hao kết nối Các m ứ c c ô n g suất phát được so sánh với

c ô n g suất phát ch o phép lớn nhất củ a cá c m áy di đ ộ n g , và c á c m á y di đ ộ n g vượt quá giới hạn này sẽ ngừng hoạt đ ộ n g N h iễu sau đó c ó thể được tính lại v à cá c g iá trị tải

và độ nhạy m ới ch o m ỗ i trạm g ố c được th iết lập N ếu h ệ s ố tải đư ờn g lên c a o hơn

m ức ch o phép, các m áy di đ ộ n g được dời m ột cá ch ngẫu n h iên từ c e ll c ó tải nặng san g m ột só n g m an g khác (n ếu p h ổ tần ch o phép) h o ặ c n gừ n g hoạt đ ộ n g

M ục tiêu củ a phép lặp lại đường x u ố n g la ch ỉ định ra c á c m ứ c c ô n g suất phát trạm

g ố c chính x ác tới m ỗi m áy di đ ộ n g ch o tứi khi tín h iệu nhận được ử m áy di đ ộ n g đạt

m ức E b /N o yêu cầu.

M ô h ìn h hoá m ức k ế t nôi

Trong định c ỡ và quy hoạch m ạ n g vô tuyến cần phải đơn g iả n h o á c á c g iả thiết liên quan tới kênh truyền s ó n g đa đường, m áy phát và m á y thu M ộ t m ô hình truyền thống là sử dụng m ức E b /N o nhận được trung bình đảm b ảo đư ợc ch ất ỉư ợng d ịch vụ qui định là s ố liệu cơ bản, nó b a o g ồ m ảnh hưởng trễ củ a c ô n g suất T rong c á c hệ thống sử dụng đ iều k h iển c ô n g suất nhanh, tỷ s ố E b /N o nhận đư ợc trung bình k h ô n g

đủ để b iểu thị đặc đ iểm ảnh hưởng củ a kênh vô tu yến lên hoạt đ ộ n g củ a m ạn g Phân

b ố cô n g suất phát cũ n g cầ n được tính tới khi m ô hình h oá ch o hoạt đ ộ n g m ức kết nối trong các tính toán m ức h ệ thống N ó ch o thay m ộ t đ iều rãng do đ iề u k h iển c ô n g suất nhanh trong m ô i trường fa d in g đa đường, c ộ n g với yêu cầ u v ề m ứ c E b /N o nhận được