Nghiên cứu giải pháp tái phân bổ tần số UMTS 900 Vinaphone (LV thạc sĩ)

Nghiên cứu giải pháp tái phân bổ tần số UMTS 900 Vinaphone (LV thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp tái phân bổ tần số UMTS 900 Vinaphone (LV thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp tái phân bổ tần số UMTS 900 Vinaphone (LV thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp tái phân bổ tần số UMTS 900 Vinaphone (LV thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp tái phân bổ tần số UMTS 900 Vinaphone (LV thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp tái phân bổ tần số UMTS 900 Vinaphone (LV thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp tái phân bổ tần số UMTS 900 Vinaphone (LV thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp tái phân bổ tần số UMTS 900 Vinaphone (LV thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp tái phân bổ tần số UMTS 900 Vinaphone (LV thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp tái phân bổ tần số UMTS 900 Vinaphone (LV thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp tái phân bổ tần số UMTS 900 Vinaphone (LV thạc sĩ)

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

-

MAI HUY KHÔI

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TÁI PHÂN BỔ TẦN SỐ

UMTS 900 VINAPHONE

CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

MÃ SỐ: 60.52.02.08

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRƯƠNG TRUNG KIÊN

HÀ NỘI - 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của Tiến sỹ Trương Trung Kiên

Để hoàn thành đồ án, tôi đã sử dụng những tài liệu được ghi trong mục tài liệu tham khảo, ngoài ra không sử dụng bất kỳ tài liệu tham khảo nào khác mà không được ghi Tôi xin cam đoan nội dung của đồ án không giống hoàn toàn với công trình hay thiết kế tốt nghiệp đã có trước đây

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Tác giả luận văn

Mai Huy Khôi

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện để hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được sự giúp

đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo, các anh chị em đồng nghiệp nơi tôi công tác Tôi xin biết ơn sâu sắc đến các thầy cô và các anh chị

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Khoa Quốc tế và Đào tạo Sau Đại học Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông và các thầy giáo, cô giáo đã truyền đạt kiến thức bổ ích giúp tôi nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này

Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến người hướng dẫn khoa học, Tiến sỹ Trương Trung Kiên đã dành nhiều thời gian và tâm huyết giúp tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, các thầy cô trong khoa Quốc tế và Đào tạo Sau Đại học đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập

Do hạn chế của bản thân cũng như hạn hẹp về thời gian Luận văn không tránh khỏi những sai sót, tôi mong nhận được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của các thầy cô và của các bạn trong lớp

Xin chân thành cảm ơn !

MỤC LỤC

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT ix

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3G 2

1.1 Tổng quan về công nghệ WCDMA 2

1.2 Phổ tần 3G 3

1.3 Các phiên bản phát triển hệ thống thông tin di động thứ 3 UMTS 4

1.4 Cấu trúc hệ thống vô tuyến UMTS 6

1.5 Tổng kết chương 8

CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP TÁI PHÂN BỔ TẦN SỐ UMTS 900 9

2.1 Mục tiêu 9

2.2 Tổng quan tái phân bổ tần số 9

2.2.1 Khái niệm tái phân bổ tần số 9

2.2.2 Ưu điểm tái phân bổ tần số trên băng tần 900MHZ 9

2.2.3 Lợi ích vùng phủ của UMTS 900 10

2.2.4 Lợi ích dung lượng UMTS 900 11

2.3 Các trường hợp tái phân bổ tần số mạng 13

2.3.1 Trường hợp trạm GU900 cùng vị trí 13

2.3.2 Trường hợp trạm GU 900 phân tách 14

2.4 Áp dụng kịch bản và chiến lược triển khai 15

2.4.1 Mở rộng vùng phủ sóng UMTS vùng rual 15

2.4.2 Phủ sóng hostpot trong vùng đô thi urban 16

2.4.3 Triển khai diện rộng trên mạng 17

2.5 Tổng kết chương 18

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TÁI PHÂN BỔ TẦN SỐ UMTS 900

VÀ TRIỂN KHAI THỰC TẾ TRÊN MẠNG VINAPHONE 19

3.1 Tổng quan mạng Vinaphone hiện tại 19

3.1.1 Hiện trạng sử dụng tài nguyên tần số băng 900MHZ và những hạn chế UMTS 2100 trên mạng Vinaphone 21

3.1.2 Hạn chế của UMTS 2100, nguyên nhân tái phân bổ tần số UMTS 900 mạng Vinaphone 22

3.2 Giải pháp tái phân bổ tần số UMTS 900 MHz 23

3.2.1 Quan hệ tần số và (U) ARFCN 23

3.2.2 Ứng dụng băng thông UMTS không tiêu chuẩn 25

3.2.3 Tái Phân bổ tần số cho GU 27

3.2.3.1 Tái phân bổ tần số kiểu sandwich 28

3.2.3.2 Tái phân bổ tần số kiểu Edge cho GU 29

3.2.3.3 Khả năng tái phân bổ tần số GU linh động trong thiết bị SRAN 30

3.2.3.4 Tái phân bổ tần số GU 900 MHz băng không tiêu chuẩn 31

3.3 Phân tích nhiễu GU giữa hai loại hệ thống GSM-UMTS 32

3.3.1 Độ nhạy kênh lân cận – ACS 33

3.3.2 Tỉ lệ công suất rò kênh lân cận – ACLR 33

3.3.3 Tỉ số nhiễu kênh kế cận (ACIR) 34

3.3.4 Các dạng nhiễu GU trong phân bổ tần số U900 MHz 34

3.3.5 Xử lý can nhiễu khi tái phân bổ tần số GU 900MHz 35

3.4 Giải pháp vùng đệm Buffer Zone cho GU 36

3.4.1 Khái niệm vùng đệm buffer zone 36

3.4.2 Kích thước vùng đệm buffer zone 36

3.4.3 Xác đình vùng Buffer zone 37

3.5 Giải pháp Antenna cho tái phân bổ tần số UMTS 900MHz 38

3.6 Triển khai UMTS 900 tại khu vực ngoại thành Hà Nội 41

3.6.1 Các bước thực hiện tái phân bổ tần số UMTS 900 41

3.6.2 Tối ưu 2G/3G sau khi thực hiện phân bổ tần số UMTS 900 55

3.6.2.1 Các chỉ số KPIs đánh giá chất lượng dịch vụ 55

3.6.2.2 Thực hiện tối ưu sau khi triển khai UMTS 900 56

3.6.2.3 Đánh giá vùng phủ sóng trước và sau tối ưu 64

3.6.2.4 Đánh giá kết quả sau khi tối ưu vùng phủ 70

3.6.2.5 Xử lý can nhiễu đường lên 72

3.7 Kết luận chương 74

KẾT LUẬN 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Tốc độ (Kbps) so sánh giữa UMTS 900 và UMTS 2100 vùng nông thôn 13

Bảng 3.1 Phân bổ tần số 900 MHz được cấp phép của mạng Vinaphone 21

Bảng 3.2 Phân bố BTS/Cell sử dụng băng tần số 900/1800 trên mạng Vinaphone 21

Bảng 3.3 Ánh xạ giữa tần số ARFCN và các tần số của GSM 23

Bảng 3.4 Ánh xạ giữa tần số ARFCN và các tần số của UMTS 24

Bảng 3.5 Bảng đánh giá ưu/nhược điểm của các giải pháp antenna 40

Bảng 3.6 Phân chia tần số GSM 900 và UMTS 900 Vinaphone 49

Bảng 3.7 Thống kê tải các cell cần nâng cấp thêm 1800 53

Bảng 3.8 Danh sách tính năng SRAN Huawei thực hiện phân bổ tần số 54

Bảng 3.9 Bảng tiêu chí đánh giá chỉ số KPIs 56

Bảng 3.10 Bài đo Drving Test GSM 58

Bảng 3.11 Bài đo Driving Test UMTS 60

Bảng 3.12 Phân tích chỉ số mức thu - RxlevSub 65

Bảng 3.13 Thống kê mẫu chỉ số C/I 68

Bảng 3.14 Các chỉ số KPI trước và sau tối ưu 72

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Trải phổ trong W-CDMA 3

Hình 1.2 Phổ tần số WCDMA cho các hệ thống thông tin di động 4

Hình 1.3 Các phiên bản của hệ thống thông tin di động thứ 3 5

Hình 1.4 Cấu trúc hệ thống UMTS 7

Hình 2.1 So sánh vùng phủ của các loại mạng di động 10

Hình 2.2 So sánh suy hao thâm nhập giữa UMTS 900 và UMTS 2100 11

Hình 2.3 So sánh thông lượng đỉnh giữa UMTS 900 và UMTS 2100 trong khu vực đông dân cư 12

Hình 2.4 So sánh thông lượng throughput cell giữa UMTS 900 và UMTS 2100 vùng nông thôn 13

Hình 2.5 Can nhiễu trong trường hợp trạm GU cùng vị trí 14

Hình 2.6 Hiệu ứng Near-far khi các trạm phân tách 15

Hình 2.7 Phủ sóng điểm nóng hotspot bằng UMTS900 16

Hình 2.8 Mở rộng vùng dịch vụ 3G với UMTS900 17

Hình 2.9 Phân bổ tần số UMTS900 diện rộng trên mạng 18

Hình 3.1 Cấu trúc tổng thể hệ thống 3G Vinaphone 20

Hình 3.2 Ứng dụng phân tách nhỏ trong phổ công suất GU 26

Hình 3.3 Dạng phổ UMTS với các độ rộng băng thông khác nhau 27

Hình 3.4 Phân bổ tần số kiểu Sandwich 28

Hình 3.5 Phân bổ tần số kiểu Edge 29

Hình 3.6 Các chế độ phân bổ tần số GU 31

Hình 3.7 Quy hoạch tần số ARFCN khi phân tách tần số không tiêu chuẩn 32

Hình 3.8 Độ nhạy kênh lân cận ACS 33

Hình 3.9 Tỉ lệ công suất rò kênh lân cận ACLR 34

Hình 3.11 Nguyên lý xác định buffer zone dựa trên dự đoán vùng phủ 38

Hình 3.12 Mô phỏng vùng phủ U900 bằng Atoll 38

Hình 3.13 Antenna GU riêng lẻ 39

Hình 3.14 Antenna 4 cổng GU chung 39

Hình 3.15 Antenna 2 cổng GU chung 39

Hình 3.16 Sơ đồ các bước triển khai phân bổ tần số UMTS 900 42

Hình 3.17 Phân bố site 2G/3G và U900 50

Hình 3.18 Khu vực phân bổ tần số & Buffer zone 51

Hình 3.19 Chiến lược Multi-RAT 55

Hình 3.20 Route Test 60

Hình 3.21 VHX-Me-Linh-MLH_HNI chéo hướng 2 và 3 62

Hình 3.22 VHX-Me-Linh-MLH_HNI sau hiệu chỉnh……… 62

Hình 3.23 Điều vùng phủ bằng việc chỉnh góc phương vị 63

Hình 3.24 Điều chỉnh góc tilt để cải thiện chỉ số Ec/I0 63

Hình 3.25 Mức thu 2G trước hiệu chỉnh 64

Hình 3.26 Mức thu 2G Sau hiệu chỉnh 65

Hình 3.27 Biểu đồ đánh giá mức thu trước và sau khi tối ưu 66

Hình 3.28 Tỷ số C/I trước hiệu chỉnh 67

Hình 3.29 Tỷ số C/I sau hiệu chỉnh 67

Hình 3.30 Biểu đồ đánh giá chỉ số C/I trước và sau khi tối ưu 68

Hình 3.31 Vùng phủ UMTS 2100 trước tối ưu 69

Hình 3.32 Vùng phủ UMTS 2100 sau tối ưu 69

Hình 3.33 Vùng phủ của UMTS 900 70

Hình 3.34 Phân bố các cell có tổng công suất băng rộng nhận được RTWP cao 73

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT

2G Second Generation Thế hệ thứ 2

3GPP 3rd Genaration Partnership Project Đề án các đối tác thế hệ thứ ba 3GPP2 3rd Generation Patnership Project 2 Đề án đối tác thế hệ thứ ba 2 ACIR Adjacent Channel Interference Ratio Tỉ lệ nhiễu kênh kề

ACLR Adjacent Channel Leakage power

Ratio

Tỉ số công suất rò kênh kề

ACS Adjacent Channel Selectivity Độ nhạy kênh kề

AMR Adaptive Multi Rate Đa tốc độ thích ứng

AMR Adaptive Multirate Code Mã hóa đa tốc độ thích ứng ARFCN Absolute Radio Frequency Channel

Number

Số kênh tần số vô tuyến tuyệt đối

ARQ Automatic Repeat-reQuest Yêu cầu phát lại tự động

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dị bộ

BBU Baseband Unit Đơn vị xử lý tín hiệu băng gốc BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

BLER Block Error Rate Tỷ số lỗi khối

BMC Broadcast/Multicast Control Điều khiển quảng bá/đa phương

BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc

C/I Carrier to Interference Sóng mang trên nhiễu

Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CDR Call drop rate Tỉ lệ rớt cuộc gọi

CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung

CPRI Common Protocol Radio Interface Giao diện vô tuyến giao thức chung CQI Channel Quality Indicator Chỉ thị chất lượng kênh

CSSR Call Successful Rate Tỉ lệ cuộc gọi thành công

DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng

DCH Dedicated Channel Kênh dành riêng

DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý dành riêng

DRD Directed Retry Decision Quyết định chuyển hướng

DSSS Direct-Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp

DTX Discontinuous Transmission Truyền đứt quãng

EDGE Enhanced Data rates for GPRS

Evolution

Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GPRS

FDD Frequence Division Duplex Ghép song công theo tần số

F-DPCH Fractional DPCH DPCH một phần (phân đoạn)

FHSS Frequency Hopping Spreading Chuỗi trải phổ nhảy tần

Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

Spectrum

GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

GSM Global System For Mobile

Communications

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú

HOSR Hand over out success rate Hand over out success rate

HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập hói đường xuống tốc độ

cao HSUPA High-Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ cao

IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP

IMT-2000 International Mobile

Telecommunications 2000

Thông tin di động quốc tế 2000

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ITU International Telecommunication

Union

Tổ chức viễn thông quốc tế

KPI Key Performance Indicators Chỉ số đánh giá hiệu năng

LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MBMS Multimedia Broadcast Multicast

Service

Dịch vụ quảng bá và phát đa hướng đa phương tiện

Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

MIMO Multi-Input Multi-Output Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

MR Measurement Report Bản tin đo lường

MRFU Multi-Mode Transceiver Unit Khối thu phát vô tuyến đa chế độ

MSC Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ

PIM Passive Intermodulation Xuyên điều chế thụ động

PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công

cộng QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

QPSK Quatrature Phase Shift Keying Khóa chuyển pha cầu phương

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến

RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến

Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

RNS Radio Network Subsystem Hệ thống mạng vô tuyến

RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến

RRU Remote Radio Unit Đơn vị điều khiển vô tuyến

RSCP Received signal code power Công suất thu đƣợc trên kênh hoa tiêu RTWP Received Total Wideband Power Tổng công suất băng rộng nhận đƣợc

SRAN Single Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến đơn

SASU Same Antenna Sharing Unit Đơn vị chia sẻ cùng anten

SDR Software Defined Radio Vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

SIM Subscriber Identity Module Mô đun nhận dạng thuê bao

SINR Signal to Interference plus Noise

Ratio

Tỉ số tin hiệu trên nhiều và tạm âm

SMS Short Message Service Dịch vụ nhắn tin

SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời

gian TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA Time Division Mulptiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian THSS Time Hopping Spreading Spectrum Trải phổ nhảy tần thời gian

TrCH Transport Channel Kênh truyền tải

Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

TTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian phát

UE User Equipment Thiết bị người sử dụng

UMTS Universal Mobile

Telecommunications System

Hệ thống thông tin di động toàn cấu

UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access

Network

Mạng truy nhập vô tuyến UMTS

WBBP WCDMA Baseband Process unit Đơn vị xử lý tín hiệu băng gốc

WCDMA WCDMA Wideband Code Division Multiple

Access

Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng

LỜI MỞ ĐẦU

Thông tin di động ngày nay đã trở thành một nền công nghiệp phát triển vô cùng nhanh chóng Sự xuất hiện ngày càng nhiều loại thiết bị thông minh như smartphone, máy tính bảng, USB 3G… với mức giá hợp lý đã tạo cơ sở cho nhu cầu

sử dụng dữ liệu ngày càng cao ở Việt Nam và 3G là môi trường thích hợp đáp ứng nhu cầu thực tế đó của người sử dụng Để đáp ứng các nhu cầu ngày càng tăng về số lượng lẫn chất lượng dịch vụ đặc biệt là dịch vụ truyền số liệu đa phương tiện công nghệ băng rộng đã ra đời Với khả năng tích hợp nhiều dịch vụ, công nghệ băng rộng đã dần chiếm lĩnh thị trường viễn thông Hiện nay, công nghệ UMTS trong băng tần 1920-1980/2110-2170MHz đã phát triển rộng khắp, được nhiều nhà mạng xây dựng và đưa vào sử dụng Tuy nhiên, do suy hao về mặt truyền sóng do sử dụng băng tần cao gây không ít khó khăn về mặt đầu tư cũng như phát triển tại những vùng xa

Xuất phát từ những suy nghĩ như vậy nên tôi đã quyết định chọn đề tài:

“Nghiên cứu giải pháp tái phân bổ tần số UMTS 900 Vinaphone” Nâng cao

dung lượng hệ thống có nhiều giải pháp như: Sử dụng băng tần 900 Mhz cho 3G (phân bổ tần số UMTS 900), nâng cấp cấu hình phần cứng, sử dụng sector kéo dài, điều khiển công suất, phân tập không gian thời gian, tăng tốc độ truyền tải dữ liệu bằng áp dụng công nghệ HSDPA, DC-HSDPA Do điều kiện giới hạn thời gian nên trong luận văn này chỉ đi nghiên cứu và triển khai thực tế giải pháp phân bổ tần

số UMTS 900MHz Luận văn thực hiện nghiên cứu, phân tích, đánh giá kết quả thực tế khi triển khai UMTS 900 trên mạng di động Vinaphone

Bố cục luận văn gồm 3 chương như sau:

Chương 1: Giới thiệu chung về tổng quan công nghệ 3G

Chương 2: Giải pháp tái phân bổ tần số UMTS 900

Chương 3: Nghiên cứu giải pháp tái phân bổ tần số UMTS 900 và triển khai thực tế trên mạng Vinaphone

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG TỔNG QUAN CÔNG

NGHỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3G

1.1 Tổng quan về công nghệ WCDMA

Hệ thống thông tin di động thế hệ ba xây dựng trên cơ sở tiêu chuẩn chung IMT – 2000 (Internaltional Mobile Telecommunications 2000 – Viễn thông di động quốc tế 2000) Với các tiêu chí chung sau:

- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2 GHz như sau:

+ Đường lên: 1885 – 2025 MHz

+ Đường xuống: 2110 – 2200 MHz

- Hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại thông tin vô tuyến:

+ Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến

+ Tương tác cho mọi loại dịch vụ viễn thông

- Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau như: công sở, ngoài đường, trên xe, vệ tinh

- Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho tiếng, số liệu chuyển mạch kênh và số liệu chuyển mạch gói

- Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện

- Cung cấp hai mô hình truyền dữ liệu đồng bộ và không đồng bộ

- Có khả năng chuyển vùng toàn cầu

- Có khả năng sử dụng giao thức Internet

- Hiệu quả sử dụng phổ tần cao hơn các hệ thống đã có

- Hiện nay hai tiêu chuẩn đã được chấp thuận cho IMT – 2000 là:

+ WCDMA được xây dựng trên cơ sở cộng tác giữa Châu Âu và Nhật Bản

+ CDMA 2000 do Mỹ xây dựng

WCDMA là công nghệ thông tin di động thế hệ 3 giúp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cách dùng kỹ thuật CDMA hoạt động ở băng tần rộng thay thế cho TDMA WCDMA có các đặc điểm cơ bản:

- Là hệ thống đa truy cập phân chia theo mã trải phổ trực tiếp, có tốc độ bit lên cao (lên đến 2 Mbps)

- Tốc độ chip 3,84 Mcps với độ rộng sóng mang 5 MHz, do đó hỗ trợ tốc độ

dữ liệu cao đem lại nhiều lợi ích như độ lợi đa phân tập

- Hỗ trợ tốc độ người sử dụng thay đổi liên tục Mỗi người sử dụng cung cấp một khung, trong khung đó tốc độ dữ liệu giữ cố định nhưng tốc độ có thể thay đổi

từ khung này đến khung khác

- WCDMA hỗ trợ hoạt động không đồng bộ của các trạm gốc, do đó dễ dàng phát triển các trạm gốc vừa và nhỏ

- WCDMA sử dụng tách sóng có tham chiếu đến sóng mang dựa trên kênh hoa tiêu, do đó có thể nâng cao dung lượng và vùng phủ

- WCDMA được thiết kế tương thích với GSM để mở rộng vùng phủ sóng

ITU (International Telecommunication Union) đã phân bổ 230 MHz tần số

cho các hệ thống thông tin di động 3G IMT-2000: 1885 ~ 2025MHz ở đường lên và

2110 ~ 2200MHz ở đường xuống Trong đó, các dải tần số 1980MHz ~ 2010 MHz (uplink) và 2170 ~ 2200MHz (downlink) được sử dụng cho các dịch vụ vệ tinh di động Hệ thống WCDMA sử dụng phổ tần số sau đây (các băng tần khác ngoài quy định của 3GPP cũng có thể được sử dụng): Uplink 1920 ~ 1980MHz và downlink

2110 ~ 2170MHz Mỗi tần số sóng mang có độ rộng 5MHz và khoảng cách song công là 190 MHz Tại Mỹ, các phổ tần số được sử dụng là 1850 ~ 1910MHz trong đường lên đến 1930 ~ 1990 MHz ở đường xuống và khoảng cách song công là 80 MHz

Hình 1.1 Phổ tần số WCDMA cho các hệ thống thông tin di động

- Băng tần chính 2GHz: 1920 ~ 1980MHz / 2110 ~ 2170MHz Vinaphone đang sử dụng băng C trong băng tần 3G

1.3 Các phiên bản phát triển hệ thống thông tin di động thứ 3 UMTS

WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là một công nghệ truy nhập vô tuyến của UMTS trên một cặp băng tần WCDMA hỗ trợ cho cả dịch vụ

chuyển mạch kênh, dịch vụ chuyển mạch gói tốc độ cao và đảm bảo sự hoạt động đồng thời của các dịch vụ hỗn hợp với phương thức gói hiệu quả

Hình 1.2 Các phiên bản của hệ thống thông tin di động thứ 3 [2]

Các cấu trúc tổng thể của mạng WCDMA được định nghĩa trong 3GPP TS 23,002 Hiện tại, có các phiên bản sau: R99, R4, R5,R6…

3GPP đã bắt đầu xây dựng chi tiết kỹ thuật 3G vào cuối năm 1998 và đầu năm 1999 Theo kế hoạch, phiên bản R99 sẽ được hoàn thành vào cuối năm 1999, nhưng trong thực tế nó đã không hoàn thành cho đến tháng 3 năm 2000 Để bảo đảm quyền lợi đầu tư của các nhà khai thác, miền chuyển mạch thoại của phiên bản R99 về cơ bản không thay đổi, do đó hỗ trợ việc chuyển đổi suôn sẻ của GSM/GPRS/3G Sau khi phiên bản R99, phiên bản không còn đặt tên theo năm Đồng thời, các chức năng của R2000 được thực hiện bởi hai phiên bản sau: R4 và R5 Trong mạng R4, MSC được chia thành MSC Server và các MGW, đồng thời, một SGW được thêm vào và HLR có thể được thay thế bằng HSS (không rõ ràng trong đặc tả kỹ thuật) Với nhà khai thác GPRS hoặc EDGE khi triển khai WCDMA cần thực hiện (theo R99):

Thực hiện

Mới Giao diện vô tuyến WCDMA (UE Node B)

Giao diện mạng truy nhập vô tuyến RAN (Iub (Node B-RNC) và Iur RNC))

(RNC-Giao diện mạng lõi: Iu (MSC-RNC và SGSN-RNC)

Điều

chỉnh

MSC và SGSN cho giao diện Iu

Nâng cấp mạng lõi

Dùng lại Mạng lõi chuyển mạch kênh (HLR-AuC)

Mạng lõi chuyển mạch gói (GGSN)

Bảng 1.1 Nâng cấp từ GSM lên WCDMA (R99) [1]

- Trong mạng R5, VOIP end-to-end được hỗ trợ và mạng lõi sử dụng một cách phong phú các phần tử chức năng mới → thay đổi thủ tục cuộc gọi gốc Với IMS (IP Multimedia Subsystem), mạng có thể sử dụng HSS thay vì HLR Trong mạng R5, HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) cũng được hỗ trợ, nó có thể hỗ trợ dịch vụ dữ liệu tốc độ cao

- Trong mạng R6, các HSUPA được hỗ trợ cung cấp dịch vụ tốc độ UL lên đến 5.76Mbps Và MBMS (Multimedia Broadcast Multicast Service) cũng được hỗ trợ

- Phiên bản R7, HSPA+ được giới thiệu với phương pháp điều chế cao hơn

và sử dụng anten Mimo Max DL: 28Mbps/42Mbps, Max UL: 11Mbps

- Phiên bản R8, WCDMA LTE được giới thiệu OFDMA thay thế cho CDMA Max DL >300Mbps, Max UL: 100Mbps

1.4 Cấu trúc hệ thống vô tuyến UMTS

Trong WCDMA, mạng truy nhập vô tuyến được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) Các phần tử của UTRAN rất khác với các phần

tử ở mạng truy nhập vô tuyến của GSM Vì thế khả năng sử dụng lại các BTS và BSC của GSM là rất hạn chế

Hình 1.3 Cấu trúc hệ thống UMTS [3]

- Về logic, CN đƣợc chia làm miền chuyển mạch thoại (Circuit Switched) và miền chuyển mạch gói (Packet Switched) UTRAN, CN và UE (User Equipment) với nhau tạo thành toàn bộ hệ thống UMTS

- Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN bao gồm hai hay nhiều hệ thống con mạng vô tuyến RNS, có nghĩa RNS là một mạng con trong mạng truy nhập vô tuyến UTRAN Một RNS gồm có một RNC và một hoặc nhiều Node B Giao diện

Iu đƣợc sử dụng giữa RNC và CN trong khi các giao diện Iub đƣợc sử dụng giữa RNC và Node B Trong UTRAN, các RNC kết nối với nhau thông qua giao diện Iur Giao diện Iur kết nối RNCs thông qua các kết nối trực tiếp giữa chúng hoặc kết nối chúng thông qua một mạng truyền dẫn

- Chức năng các phần tử trong hệ thống con mạng vô tuyến:

+ NodeB: để chuyển đổi dòng dữ liệu giữa các giao diện Iub và Uu Do

đó, chức năng chủ yếu của node B là thực hiện xử lý lớp vật lý của giao diện vô tuyến (mã hoá kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ, điều khiển công suất )

+ Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển các tài nguyên vô tuyến của UTRAN RNC giao diện với mạng lõi và kết cuối giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến (giao

thức này định nghĩa các bản tin và các thủ tục giữa UE và UTRAN) RNC là điểm truy nhập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi, chẳng hạn như quản lý tất cả các kết nối đến UE RNC điều khiển một node B cho trước được xem như RNC điều khiển (CRNC) CRNC chịu trách nhiệm điều khiển tải cho các ô của mình

+ Giao diện Cu Giao diện Cu là giao diện chuẩn cho các card thông

minh Trong UE đây là nơi kết nối giữa USIM và UE

+ Giao diện Uu Giao diện Uu là giao diện vô tuyến của WCDMA trong

UMTS Đây là giao diện mà qua đó UE truy nhập vào phần cố định của mạng Giao diện này nằm giữa nút B và đầu cuối

+ Giao diện Iu Giao diện Iu kết nối UTRAN và CN Nó gồm hai phần,

IuPS cho miền chuyển mạch gói, IuCS cho miền chuyển mạch kênh CN kết nối đến nhiều UTRAN cho cả giao diện IuCS và IuPS Nhưng một UTRAN chỉ có thể kết nối đến một điểm truy nhập CN

+ Giao diện Iur Đây là giao diện RNC-RNC Ban đầu được thiết kế để

đảm bảo chuyển giao mềm giữa các RNC, nhưng trong quá trình phát triển nhiều tính năng mới được bổ sung Giao diện này đảm bảo bốn tính năng nổi bật sau:

 Di động giữa các RNC

 Lưu thông kênh riêng

 Lưu thông kênh chung

 Quản lý tài nguyên toàn cục

+ Giao diện Iub Giao diện Iub nối Node B và RNC Khác với GSM đây

là giao diện mở

1.5 Tổng kết chương

Trong chương này, chúng ta đã đề cập đến vấn đề: tổng quan mạng thông tin

di dộng WCDMA, phổ tần sử dụng, các phiên bản phát triển của hệ thống thông tin

di động thứ 3, các đặc điểm cơ bản của mạng thông tin di dộng WCDMA cũng như cấu trúc mạng, các thành phần trong mạng WCDMA

CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP TÁI PHÂN BỔ TẦN SỐ UMTS 900

2.1 Mục tiêu

Mục tiêu giải pháp tái phân bổ tần số UMTS 900 nhằm nâng cáo chất lượng dịch vụ 3G:

- Cải thiện chất lượng cuộc gọi thoại và call video

- Cải thiện tốc độ download và upload khi truy cập internet

- Nâng cao chất lượng các dịch vụ giá tri gia tăng trên nền 3G như video streaming

- Cải thiện, quy hoạch, nâng cao vùng phủ sóng 3G

2.2 Tổng quan tái phân bổ tần số

2.2.1 Khái niệm tái phân bổ tần số

Tái phân bổ tần số là một chiến lược mà các nhà khai thác viễn thông tái sử dụng lại tài nguyên tần số để triển khai công nghệ mạng vô tuyến mới nhằm cải thiện hiệu quả sử dụng phổ tần số và tốc độ dữ liệu Do đó phân bổ tần số 900MHz

là dành riêng 5MHz của băng tần GSM 900MHz để triển khai UMTS 900MHz

Ngày 27/7/2009, tất cả 27 bộ trưởng viễn thông liên minh Châu Âu đã đồng thuận thống nhất triển khai phân bổ tần số UMTS 900MHz theo đó tất cả các nước thành viên được yêu cầu triển khai trong thời hạn 6 tháng Các nhà khai thác viễn thông với tài nguyên phổ 900MHz được cấp phép có thể tiến hành các dự án phân

bổ tần số ở băng tần 900MHz

2.2.2 Ưu điểm tái phân bổ tần số trên băng tần 900MHZ

Hiện nay các thiết bị hoạt động trên băng 900MHz được sử dụng rộng rãi Các thống kê chỉ ra rằng tính đến cuối năm 2008 có khoảng 80% các thiết bị vô tuyến hoạt động trên băng 900MHz Cuối năm 2009, nhiều nhà cung cấp thiết bị đã

bị hết hạn cấp phép GSM 900 do vậy họ cần tiến hành gia hạn cấp phép Tháng 7/2009, liên minh Châu Âu – EU đã thống nhất là băng GSM 900 được sử dụng cho UMTS Do đó, một số nhà khai thác mạng có thể triển khai mạng UMTS mà không cần mua giấy phép sử dụng UMTS

2.2.3 Lợi ích vùng phủ của UMTS 900

Bên cạnh những thuận lợi nêu trên, so với băng tần 2100MHz, băng tần 900MHz thích hợp với môi trường vô tuyến hơn khi truyền trong không gian tự do, suy hao băng tần 900MHz bé hơn 7dB so với băng tần 2100MHz, so với GSM thì UMTS hiệu quả tần số cao hơn, độ nhậy cao hơn và có vùng phủ rộng hơn nhờ công nghệ trải phổ

Hình 2.1 dưới đây so sánh vùng phủ của UMTS 900, UMTS 2100, GSM

900 và DCS 1800 Trong hình chỉ ra với vùng phủ tương đương UMTS 2100 chỉ cần 30% số trạm UMTS 900 Do đó giảm được chi phí xây dựng trạm, cải thiện hiệu năng mạng

So với U2100, bán kính vùng phủ HSPA của U900 tăng 70% do đó vùng dịch vụ HSPA được mở rộng làm căn cứ quan trọng để triển khai UMTS 900 cho vùng nông thôn Cùng vùng phủ tương đương GSM 900, UMTS đảm bảo tốc độ dữ liệu cao trên 1Mbit/s

Hình 2.1 So sánh vùng phủ của các loại mạng di động [5]

Một ưu điểm quan trọng khác của UMTS 900 là: khả năng phủ tốt hơn nhiều

so với UMTS 2100 Ưu điểm này xuất phát từ mô hình truyền sóng Indoor và suy

hao thâm nhập: băng tần 2100MHz có tần số cao hơn và suy hao thâm nhập ít hơn nhưng khả năng tán xạ của băng tần 2100MHz lại rất kém do suy hao thâm nhập tổng cộng sẽ cao hơn băng 900MHz

Số liệu thống kê đo kiểm chỉ ra rằng, mức suy hao thâm nhập của băng tần 900MHz thấp hơn 3dB so với băng tần 2100MHz Đặc biệt môi trường truyền sóng đường phố, suy hao thâm nhập của băng tần 900MHz thấp hơn 12dB so với băng tần 2100MHz Trong môi trường đô thị, suy hao thâm nhập của băng tần 900MHz thấp hơn 20dB so với băng tần 2100MHz Do vậy, trong kịch bản phủ vùng đô thị UMTS 900 cho vùng phủ indoor cho chất lượng tốt hơn nhiều so với UMTS 2100 Hình 2.2 dưới đây so sánh suy hao thâm nhập giữa UMTS 900 và UMTS 2100

Hình 2.2 So sánh suy hao thâm nhập giữa UMTS 900 và UMTS 2100

2.2.4 Lợi ích dung lượng UMTS 900

Với cùng băng thông, UMTS có hiệu quả sử dụng tần số tốt hơn, cho dung lượng cao hơn so với GSM Ngoài ra ở góc độ dung lượng, UMTS 900 cũng vượt trội so với UMTS 2100 Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng trong các môi trường ít can nhiễu (noise & inteference limited) chẳng hạn như indoor hoặc vùng nông thôn,

UMTS 900 cũng cho tốc độ throughput và dung lượng cao hơn UMTS 2100 Hình 2.3 dưới đây so sánh tốc độ throughput đỉnh giữa UMTS 900 và UMTS 2100 trong kịch bản phủ sóng indoor hay khu vực mật độ dân cư đông đúc

Hình 2.3.So sánh thông lượng đỉnh giữa UMTS 900 và UMTS 2100 trong khu vực

đông dân cư

Tỉ lệ người dùng Indoor càng lớn, lợi ích về dung lượng của UMTS 900 càng

rõ rệt Trong kịch bản vùng đồng bằng, UMTS 900 làm gia tăng mức thu ở vùng biên cell (edge cell) cải thiện SINR

Hình 2.4 dưới đây minh họa so sánh dung lượng giữa UMTS900 và UMTS2100 trong kịch bản vùng nông thôn

Hình 2.4 So sánh thông lượng throughput cell giữa UMTS 900 và UMTS 2100 vùng

nông thôn

Bảng 2.1 Tốc độ (Kbps) so sánh giữa UMTS 900 và UMTS 2100 vùng nông thôn

Đối chiếu bảng và hình trên ta thấy thông lượng tỉ lệ thuận với SINR: SINR càng cao thì thông lượng (throughput) càng cao Trong môi trường ít tiếng ồn (noise limited), SINR của băng 900MHz lớn hơn băng 2100MHz, do đó dung lượng cell của UMTS 900 lớn hơn của UMTS 2100 Tuy nhiên trong môi trường ít nhiễu, độ lợi đem lại từ yếu tố vùng phủ giảm tỉ lệ thuận với sự gia tăng của nhiễu Nghĩa là nhiễu của cell do cell lân cận phụ thuộc vào công suất phát của cell lân cận, khoảng cách với cell lân cận, tải của cell lân cận Tất cả các yếu tố đó sẽ ảnh hưởng đến dung lượng của cell UMTS 900 và UMTS 2100 theo cùng nguyên tắc Do đó ở góc

độ đơn lẻ, dung lượng của UMTS 900 và UMTS 2100 là tương đương nhau

2.3 Các trường hợp tái phân bổ tần số mạng

2.3.1 Trường hợp trạm GU900 cùng vị trí (co-site)

Trường hợp trạm GU 900 cùng vị trí (co-located) có những ưu điểm: chi phí xây dựng trạm mới giảm do tận dụng được hạ tầng trạm cũ, vùng phủ của UMTS chồng lấp với vùng phủ GSM bằng cách điều chỉnh mức công suất Trường hợp sử dụng antenna riêng, có thể tối ưu vùng phủ sóng cả 2 hệ thống bằng cách điều chỉnh

góc Tilt hoặc góc hướng Azimuth Tuy vậy, trạm GU900 cùng vị trí cũng có những nhược điểm: So với trường hợp trạm UMTS phân tách, trạm GU 900 co-located cần nhiều thiết bị UMTS Do đó ở giai đoạn đầu, một phần thiết đầu tư thiết bị sẽ lãng phí khi nhu cầu dịch vụ UMTS chưa rộng rãi Hình 2.5 dưới đây minh họa can nhiễu cho trường hợp trạm GU cùng vị trí

Hình 2.5 Can nhiễu trong trường hợp trạm GU cùng vị trí [7]

Đối với thiết bị SRAN, module RF hỗ trợ đồng thời GSM và UMTS bằng cách kích hoạt license phần mềm do vậy sẽ giảm đáng kể chi phí phần cứng Hầu hết các nhà mạng dùng thiết bị SRAN do đó kịch bản thường chọn là 1:1 GU cùng

vị trí (co-site)

2.3.2 Trường hợp trạm GU 900 phân tách

Trường hợp trạm UMTS 900 độc lập có các ưu điểm sau: so với GSM 900, UMTS 900 có vùng phủ rộng hơn Nếu sử dụng các trạm UMTS 900 phân tách (khác vị trí), số lượng trạm UMTS 900 triển khai sẽ ít và do đó giảm được chi phí đầu tư Tuy nhiên trạm UMTS phân tách cũng có những hạn chế: kiến trúc cell của mạng cũ bị phá vỡ, không tận dụng được hạ tầng sẵn có của các trạm cũ, chi phí xây các trạm UMTS 900 mới Ngoài ra can nhiễu hai chiều giữa GSM và UMTS cũng tăng và rất khó kiểm soát Hình 2.6 minh họa ảnh hưởng can nhiễu giữa hai hệ thống GSM và UMTS do hiệu ứng Near-far

Hình 2.6 Hiệu ứng gần - xa khi các trạm phân tách [7]

2.4 Áp dụng kịch bản và chiến lược triển khai

2.4.1 Mở rộng vùng phủ sóng UMTS vùng rual

Ở kịch bản này, nhà mạng đã triển khai mạng 2G được một thời gian bao gồm băng GSM 900 hoặc GSM 900 kết hợp DCS 1800, trong khi đó thuê bao 2G tương đối ổn định hoặc ngắn hạn tăng rất chậm Nhà mạng cũng đã triển khai 3G UMTS 2100 ở khu vực đông dân cư và các thành phố trung tâm Khi nhu cầu mở rộng mạng lưới cao, nhà mạng mong muốn mở rộng vùng phủ UMTS ở những nơi

mà truy cập mạng băng rộng hạn chế Đó là những vùng nông thôn (rural) hoặc vùng ngoại thành (suburban) vùng phủ UMTS còn hạn chế và có lưu lượng GSM thấp Hệ quả là tái phân bổ tần số 900Mhz cần được triển khai, phân bổ một phần tần băng tần số cho UMTS để mở rộng dịch vụ 3G bằng cách triển khai mạng UMTS 900 mới UMTS 900 đem lại vùng phủ rộng hơn UMTS 2100 và sẽ giúp nhà mạng giảm các chi phí triển khai 3G Hòa mạng các trạm UMTS 900 trên nền tảng các trạm GSM 900 cũng tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên và đem lại vùng phủ tương đương với vùng phủ GSM Ngoài ra giải pháp chung antenna GU cũng cho phép nhà mạng giảm thiểu đáng kể chi phí xây lắp antenna mới (do UMTS 900 sử dụng antenna của GSM 900) Trên tất cả, UMTS 900 và UMTS 2100 có thể đồng thời đem lại dịch vụ 3G cho người dùng

Trong kịch bản này, phân bổ tần số được triển khai đã giảm số cấu hình của GSM cho dịch vụ thoại chuyển sang mạng UMTS và mở rộng vùng phủ UMTS 900

Hệ thống A (Can nhiễu BS) Hệ Thống B (Dịch vụ BS)

UE or MS (can nhiễu)

tiếp giáp với vùng đô thị trung tâm (Urban) đảm bảo vùng phủ UMTS 900 được liên tục Mô hình này giống như mô hình nông thôn bao bọc thành thị (rural areas encircling the cities) Hình 2.7 dưới đây minh họa cho kịch bản này

2.4.2 Phủ sóng hostpot trong vùng đô thi urban

Kịch bản thứ 2 cho tái phân bổ tần số được triển khai trong khu vực trung tâm thành thị (urban) xử lý các điểm nóng về vùng phủ Trong kịch bản này, xuất phát từ việc tài nguyên 3G băng tần 2100MHz được nhà nước cấp phát hạn hẹp, trong khi nhu cầu cạnh tranh UMTS khốc liệt, nhà mạng thực hiện tái phân bổ lại băng tần GSM 900MHz để triển khai tái phân bổ tần số

Quá trình triển khai tái phân bổ tần số trong kịch bản này sẽ bắt đầu từ vùng

đô thị (urban) và lan rộng phủ vùng nông thôn (rural) Hình 2.7 dưới đây mình họa

mô hình của kịch bản này

Hình 2.7 Phủ sóng điểm nóng hotspot bằng UMTS900 [4]

Trong kịch bản này, do lưu lượng thoại GSM trong vùng đô thị là rất cao, khi một phần băng tần số 900MHz được dùng cho UMTS, vấn đề thâm hụt dung lượng nảy sinh cần có các kỹ thuật cải thiện như: kỹ thuật tái sử dụng tần số, kỹ thuật hạn

chế can nhiễu, kích hoạt HR/AMR HR hoặc bổ sung thêm trạm DCS1800

Hình 2.8 Mở rộng vùng dịch vụ 3G với UMTS900 [5]

2.4.3 Triển khai diện rộng trên mạng

Kịch bản này có thể được triển khai cho vùng suburban và rural rồi lan rộng

ra vùng urban, đó là những vùng mà cấu hình các trạm GSM 900 thấp và hiệu quả

sử dụng phổ tần số thấp trong khi thuê bao đã tương đối bão hòa Khi mở rộng vùng triển khai tái phân bổ tần số sang vùng urban sẽ giải quyết được bài toán dung lượng và vùng phủ 3G Indoor Quá trình phân bổ tần số UMTS900 này được mô hình hóa gọi là “nông thôn bao bọc thành thị” (rural areas encircling the cities)

Kịch bản này còn được triển khai cho vùng urban trước sau đó lan rộng ra vùng suburban và rural Quá trình tái phân bổ tần số UMTS900 như vậy được mô hình là “thành thị bao bọc nông thôn” (cities encircling the rural areas) Hình 2.9 dưới đây mình họa kịch bản triển khai diện rộng phân bổ tần số UMTS900 trên mạng

Hình 2.9 Phân bổ tần số UMTS900 diện rộng trên mạng [5]

2.5 Tổng kết chương

Nâng cao dung lượng mạng thông tin di động thế hệ 3 WCDMA có nhiều giải pháp được đề ra Các giải pháp nâng cao tài tuyên vô tuyến như nâng cấp cấu hình Giải pháp phân bổ tần số UMTS 900 là giải pháp ưu việt để nâng cao hiệu quả

sự dụng tần số băng 900MHz, mở rộng vùng phủ, dung lượng cho mạng 3G mà chi phí đầu tư là tối ưu nhất Đây cũng là tiền đề thúc đẩy các nhà mạng áp dụng triển khai tái phân bổ tần số UMTS 900

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TÁI PHÂN BỔ TẦN

SỐ UMTS 900 VÀ TRIỂN KHAI THỰC TẾ TRÊN MẠNG

VINAPHONE

Hiện nay với xu hướng phát triển của các thiết bị công nghệ ngày càng hiện đại, ra đời nhiều dòng điện thoại thông minh với giá cả ngày càng cạnh tranh Hơn nữa thị phần về voice trên nền GSM có xu hướng giảm đi và lưu lượng dự liệu ngày càng tăng yêu cầu về chất lượng dịch vụ.Theo xu hướng các nhà mạng đẩy nhanh hơn việc phủ sóng 3G rộng khắp, từ thành thị tới nông thôn Ban đầu công nghệ UMTS 2100 băng tần 1920 – 1980/2110 – 2170MHz đã được nhiều nhà mạng xây dựng và đưa vào sử dụng Tuy nhiên chỉ tập trung chủ yếu phát triển tại khu vực thành thị, hơn nữa do suy hao về mặt truyền sóng do sử dụng băng tần cao gây không ít khó khăn về mặt đầu tư cũng như phát triển vùng xa Để giải quyết bài toán nâng cao dung lượng mạng 3G Vinaphone áp dụng công nghệ phân bổ tần số UMTS 900 để triển khai các dịch vụ 3G trên băng tần 900MHz của mình đã được cấp phép

3.1 Tổng quan mạng 3G Vinaphone

Hiện tại Mạng 3G của Vinaphone, tính đến tháng 3/2015 hiện có 16212 NodeB và 40 RNC của các hãng Motorola, Huawei và Erricson được kết nối vào mạng lõi theo thiết kế phân vùng Trung tâm VNP1,2,3 sau đây:

- Gồm 16212 NodeB đảm bảo phủ sóng 100% khu vực trung tâm huyện thị trên toàn quốc

- Gồm 40 RNC được lắp đặt tại 35 tỉnh thành trên toàn quốc Các RNC này được kết nối tới mạng lõi đặt tại Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Cần Thơ

Hình 3.1 Cấu trúc tổng thể hệ thống 3G Vinaphone

3.1.1 Hiện trạng sử dụng tài nguyên tần số băng 900MHZ và những hạn chế UMTS 2100 trên mạng Vinaphone

Bảng 3.1 Dưới đây liệt kê tái phân bổ băng tần 900MHz mạng Vinaphone được nhà nước cấp phép triển khai GSM

Đơn vị sử

dụng

Băng 900MHz Băng 1800MHz Độ rộng

kênh (kHz)

Tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng Đường

VNP –

Bảng 3.1 Phân bổ tần số 900 MHz được cấp phép của mạng Vinaphone

Dưới đây là thống kê phân bổ sử dụng GSM 900 và DCS 1800 mạng Vinaphone tính đến tháng 01/2016 trong phụ lục 1

Bảng 3.2 Phân bố BTS/Cell sử dụng băng tần số 900/1800 trên mạng Vinaphone

Phân bổ TRX sử dụng băng tần 900 trên mạng trong bảng phụ lục 2

Đánh giá hiện trạng sử dụng băng tần số 900MHz của Vinaphone có thể thấy: ngoại trừ các thành phố lớn trung tâm (Hà Nội, Tp Hồ Chí Minh, Đà Nẵng), các thành phố/ huyện/ thị xã thuộc các tỉnh mật độ BTS/Cell/TRX sử dụng băng

900 tương đối cao do ưu điểm phủ sóng rộng của GSM 900, tuy nhiên hiệu quả sử dụng tần số GSM 900 các khu vực này tổng thể còn rất thấp Hơn nữa lưu lượng

trạm GSM 900 có xu hướng bão hòa và giảm nhẹ Đây là các vùng nông thôn hoặc ngoại thành điển hình có tỉ lệ phủ sóng thiết bị UMTS 2100 hoặc SRAN đáng kể phù hợp với kịch bản triển khai phân bổ tần số diện rộng từ ngoại thành lan tỏa dần vào khu vực trung tâm

3.1.2 Hạn chế của UMTS 2100, nguyên nhân tái phân bổ tần số UMTS 900 mạng Vinaphone

Sự tăng trưởng rất nhanh về lưu lượng dữ liệu PS trên nền 3G (HSPA) kết hợp với số lượng bùng nổ người dùng sử dụng điện thoại smartphone thúc đẩy các nhà mạng trong đó Vinaphone không ngừng tìm cách mở rộng vùng phủ sóng 3G

Tuy vậy mở rộng vùng phủ sóng 3G với nền tảng công nghệ UMTS 2100 đang gặp nhiều khó khăn do vùng phủ UMTS 2100 nhỏ hơn rất nhiều so với UMTS

900 (cùng vùng phủ UMTS 2100 thì UMTS 900 chỉ cần 30% số trạm là đảm bảo)

do đó nếu triển khai phân bổ tần số UMTS 900 sẽ tiết kiệm rất nhiều chi phí đầu tư

mở rộng mạng 3G

Một thực tế khác mạng Vinaphone đang đối mặt sóng 3G trên nền tảng UMTS 2100 suy hao nhanh dẫn đến vùng phủ sóng trong nhà (indoor) không đảm bảo nhất là khu vực thành thị (suburban/urban) do mật độ xây dựng cao Điều này làm cho nhà mạng ngày càng có nhiều khách hàng phàn nản về tốc độ truy nhập dữ liệu và phản ánh chất lượng dịch vụ sóng 3G Đây cũng khó khăn gây nhiều áp lực cho mạng Vinaphone

Thị trường viễn thông trong nước nói riêng và viễn thông thế giới đang có xu hướng ARPU giảm, trong khi lưu lượng 2G mạng Vinaphone và cụ thể lưu lượng trạm băng 900 đã có xu hướng ổn định và giảm nhẹ Hơn nữa, nhìn tổng thể hiệu quả sử dụng tần số băng tần 900 vùng rural và suburban còn rất thấp

Các yếu tố trên là tiền đề thúc đẩy cần nghiên cứu tìm giải pháp thực hiện tái phân bổ tần số UMTS 900 trên mạng Vinaphone

3.2 Giải pháp tái phân bổ tần số UMTS 900 MHz

3.2.1 Quan hệ tần số và (U) ARFCN

Hiện nay các nhà khai thác mạng GSM sử dụng các băng tần sau: GSM 900Mhz, GSM 850MHz, GSM 1800MHz và GSM 1900MHz Trên mỗi băng tần này, ARFCN được định nghĩa là số nguyên của 0.2Mhz và dải phân tách giữa hai tần số ARFCN là 200KHz Bảng dưới đây mô tả ánh xạ giữa tần số ARFCN và các tần số của GSM

Băng tần Tần số sóng mang (UL) Kênh tần số Tần số sóng mang

(DL )

P-GSM 900 Fl(n) = 890 + 0.2 x n 1  n  124 Fu(n) = Fl(n) + 45

E-GSM 900

Fl(n) = 890 + 0.2 x n 0  n  124 Fu(n) = Fl(n) + 45 Fl(n) = 890 + 0.2 x

(n-1024) 975  n  1023

R-GSM 900

Fl(n) = 890 + 0.2 x n 0  n  124 Fu(n) = Fl(n) + 45 Fl(n) = 890 + 0.2 x

Tương tự như vậy, trong UMTS 900 tần số ARFCN cũng được định nghĩa là

số nguyên của 0.2MHz Bảng dưới đây ánh xạ giữa ARFCN và tần số của UMTS

UARFCN formula offset FDL_Offset [MHz]

Dải tần số sóng mang (FDL) [MHz]

FUL_thấp FUL_cao FDL_thấp FDL_cao

Bảng 3.4 Ánh xạ giữa tần số ARFCN và các tần số của UMTS

Tần số ARFCN của UMTS được tính theo công thức sau: UMTS ARFCN = [Tần số (MHz) – Offset]*5 Trong đó Offset là 340 và Frequency (MHz) là tần số trung tâm tương ứng với ARFCN của UMTS Tần số trung tâm của UMTS trong dải từ 882.4MHz đến 912MHz (UL) và 927.4MHz tới 957.6MHz (DL) và phân tách nhau 200KHz