Tại Việt Nam, cả nước đã có 7 nhà khai thác dịch vụ thông tin di động sử dụng công nghệ GSM và WCDMA. Điều đó minh chứng cho cho sự phát triển không 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 thị trường tại Việt Nam cho thấy, đến nay các mạng di động sử dụng công nghệ GSM đang chiếm ưu thế tuyệt đối về số lượng khách hàng với 56,5 triệu thuê bao trên tổng 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 gian qua cùng với 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 thống. Do vậy để có hạ tầng mạng thích hợp cung cấp các dịch vụ trên nền IPInternet, các dịch vụ truyền thông đa phương tiện multimedia, các dịch vụ gia tăng mới, các dịch vụ hội tụ Di độngCố định…, nhất là dịch vụ truyền tiếng nói dưới dạng gói VoIP và đủ điều kiện cho phép hạ giá thành cung cấp các dịch vụ này nhằm tăng tính cạnh tranh với các doanh nghiệp viễn thông khác thì bắt buộc cần phải có những bước chuyển đổi, phát triển, nâng cấp hạ tầng đối với mạng 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 năm qua với nhiều bước phát triển vượt bậc đã đưa mạng VinaPhone, MobilePhone, Viettel trở thành các nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động lớn tại Việt Nam về quy mô phát triển thuê bao cũng như hạ tầng mạng. Với xu thế chung phát triển thuê bao di động tại Việt Nam và nhu cầu tăng cao về các dịch vụ di động Multimedia...của khách hàng trong thời gian đến, mạng vô tuyến trên toàn quốc nói chung và khu vực cụ thể nói riêng cần phải gấp rút thực hiện nâng cấp và xây dựng hạ tầng mạng 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 trong thời 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, chi phí đầu tư mạng 3G và phù hợp với quy hoạch tối ưu hóa mạng phân vùng thiết bị 2G.
Trang 1LỜI CẢM ƠN
Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn với cha mẹ và gia đình đã ủng hộ mọi mặt, tạo điều kiện thuận lợi nhất để chúng con được học tập đến hôm nay
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo trong bộ môn Điện tử Viễn thông – khoa Điện tử viễn thông– Trường cao đẳng công nghệ thông tin hữu nghị Việt Hàn, đặc biệt là thầy Đào Ngọc Lâm– trưởng bộ môn – đã giảng dạy chúng em trong suốt thời gian đã qua
Nhóm xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Đào Ngọc Lâm đã bỏ công sức và
thời gian nhiệt tình trực tiếp hướng dẫn để em hoàn thành đề tài này
Xin chân thành cảm ơn!
Người thực hiện
Mai Quốc Hùng
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 2
MỤC LỤC 3
CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT 4
DANH MỤC HÌNH ẢNH 6
LỜI NÓI ĐẦU 7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA 8
1.1 Giới thiệu về cấu trúc mạng WCDMA 8
1.1.1 Mô hình khái niệm 8
1.1.2 Mô hình cấu trúc mạng WCDMA 8
1.1.3 Cấu trúc quản lý tài nguyên 10
1.1.4 Cấu trúc dịch vụ UMTS 11
1.2 Cấu trúc mạng truy cập vô tuyến UTRAN 11
Trang 22.2.1 Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) 12
2.2.2 Node B (Trạm gốc) 12
2.2.3 Các chức năng điều khiển của UTRAN 13
2.2.4 Cấu trúc phân lớp của WCDMA 13
Chương 2 QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA 14
2.1 Nguyên lý chung 14
2.2 Dự báo 15
2.3.Dự báo lưu lượng 15
2.4 Mục đích phủ sóng 16
2.5 Ảnh hưởng của quỹ đường truyền lên vùng phủ sóng 18
2.6 Các công việc quy hoạch 19
2.7 Tối ưu giữa vùng phủ và dung lượng 19
CHƯƠNG 3 KẾT LUẬN 22
TÀI LIỆU THAM KHẢO 23
Trang 3CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮTA
AGC Automatic Gain Control Bộ điều khiển tăng ích tự độngAMR Adaptive Multi-Rate codec Bộ mã hoá và giải mã đa tốc độ
thích nghiAMPS Advanced Mobile Phone
UMTS Subscriber Identify Module
UMTS Terrestrial Radio Access
Network
Hệ thống viễn thông di động toàn
Trang 4DANH MỤC BẢNG BIỂUBảng 2.1 Mối quan hệ giữa dự trữ nhiễu được yêu cầu ứng với tải đường lên 16 Bảng 2.2 Các loại hình phủ sóng phổ biến 17 Bảng 2.3 Các loại loại dịch vụ chính của WCDMA 17
Trang 5DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Mô hình khái niệm mạng WCDMA 8
Hình 1.2.Mô hình cấu trúc hệ thống UMTS 9
Hình 1.3 Sơ đồ khối tổng quát của mạng thông tin di động thế hệ 3 WCDMA 10
Hình 1.4 Cấu trúc quản lý tài nguyên 10
Hình 1.5.Cấu trúc dịch vụ 11
Hình 1.6 Cấu trúc UTRAN 12
Hình 1.7 Cấu trúc phân lớp của mạng WCDMA 13
Hình 2.1 Quá trình quy hoạch và triển khai mạng WCDMA 14
Hình 2.2 Vùng phủ sóng của cell theo các loại dịch vụ khác nhau 18
Hình 2.3 Tính toán bán kính cell 19
Hình 2.4 Lưu đồ tối ưu cell 20
Trang 6LỜI NÓI ĐẦU
Tại Việt Nam, cả nước đã có 7 nhà khai thác dịch vụ thông tin di động sử dụngcông nghệ GSM và WCDMA Điều đó minh chứng cho cho sự phát triển không ngừngcủa hạ tầng mạng thông tin di động trong nước trong xu thể hội nhập và thể hiện sựcạnh tranh khốc liệt trong lĩnh vực này Thực tế phát triển thị trường tại Việt Nam chothấy, đến nay các mạng di động sử dụng công nghệ GSM đang chiếm ưu thế tuyệt đối
về số lượng khách hàng với 56,5 triệu thuê bao trên tổng 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 baophát triển lớn mạnh như vậy trong thời gian qua cùng với việc cạnh tranh khốc liệtgiữa 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 thống Do vậy để có hạ tầngmạng thích hợp cung cấp các dịch vụ trên nền IP/Internet, các dịch vụ truyền thông đaphương tiện multimedia, các dịch vụ gia tăng mới, các dịch vụ hội tụ Di động-Cốđịnh…, nhất là dịch vụ truyền tiếng nói dưới dạng gói VoIP và đủ điều kiện cho phép
hạ giá thành cung cấp các dịch vụ này nhằm tăng tính cạnh tranh với các doanh nghiệpviễn thông khác thì bắt buộc cần phải có những bước chuyển đổi, phát triển, nâng cấp
hạ tầng đối với mạng 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 xãhội Việt Nam nói chung và thị trường viễn thông nói riêng, trong những năm qua vớinhiều bước phát triển vượt bậc đã đưa mạng VinaPhone, Mobile-Phone, Viettel trởthành các nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động lớn tại Việt Nam về quy mô pháttriển thuê bao cũng như hạ tầng mạng Với xu thế chung phát triển thuê bao di động tạiViệt Nam và nhu cầu tăng cao về các dịch vụ di động Multimedia của khách hàngtrong thời gian đến, mạng vô tuyến trên toàn quốc nói chung và khu vực cụ thể nóiriêng cần phải gấp rút thực hiện nâng cấp và xây dựng hạ tầng mạng 3G theo địnhhướng NGN - Mobile Việc nghiên cứu tìm hiểu và đưa ra giải pháp quy hoạch thiết kếchi tiết hệ thống vô tuyến WCDMA trong thời gian ngắn là vô cùng cấp thiết đối vớiviệc kinh doanh và phát triển của mạng vô tuyến trong thời gian tới Và công tác quyhoạch thiết kế chi tiết sẽ giúp tối ưu về mặt tài nguyên xử lý hệ thống, tối ưu về mặtkhai thác vận hành bảo dưỡng, chi phí đầu tư mạng 3G và phù hợp với quy hoạch tối
ưu hóa mạng phân vùng thiết bị 2G
Trang 7CHƯƠNG 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 dựa trên cấutrúc thủ tục, lưu lượng cũng như các phần tử vật lý Mạng 3G bao gồm hai khối chứcnăng chính: khối chức năng chuyển mạch gói (PS) và khối chức năng chuyển mạchkênh (CS) Các giao diện là phương tiện để các khối chức năng giao tiếp với nhau.Dựa trên cấu trúc thủ tục và nhiệm vụ của chúng, mô hình mạng 3G được chia thànhhai 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 nối thông tingiữa 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
Trang 8thể chia cấu trúc mạng WCDMA ra làm hai phần : mạng lõi (CN) và mạng truy cập vôtuyến (UTRAN), trong đó mạng lõi sử dụng toàn bộ cấu trúc phần cứng của mạngGPRS, còn mạng truy cập vô tuyến là phần nâng cấp của WCDMA Ngoài ra để hoànthiện hệ thống, trong WCDMA còn có thiết bị người sử dụng (UE) thực hiện giao diệnngười sử dụng với hệ thống
Từ quan điểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN đều bao gồm những giao thức mớiđược thiết kế dựa trên công nghệ vô tuyến WCDMA, trái lại mạng lõi được định nghĩahoàn toàn dựa trên GSM Điều này cho phép hệ thống WCDMA phát triển mang tínhtoàn cầu trên cơ sở công nghệ GSM
Hình 1.2.Mô hình cấu trúc hệ thống UMTS.
-WCDMA là một giao diện vô tuyến phức tạp và tiên tiến trong lĩnh vực thông tin
di 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 sử dụngcùng với mạng lõi
Từ hình 1.3 dưới đây ta thấy mạng thông tin di động thế hệ 3 WCDMA gồm haiphần mạng: mạng lõi và mạng truy cập vô tuyến
Trang 9Hình 1.3 Sơ đồ khối tổng quát của mạng thông tin di động thế hệ 3 WCDMA.
1.1.3 Cấu trúc quản lý tài nguyên.
Chức năng quản lý chủ yếu sau:
- Quản lý kết nối (CM): bao gồm tất cả các thủ tục, các chức năng liên quanđến 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 diđộng 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 hiện việcquản lý tài nguyên vô tuyến (điều khiển công suất, chuyển giao và điều khiểntải hệ thống)
Hình 1.4 Cấu trúc quản lý tài nguyên.
Mạng đường trục
VLR MSC
NB
NB
NB RNC
C M M
M
M M
M M RR
M
RR M
Điều khiển thông tin
Điều khiển di động
Điều khiển di động
Điều khiển tài nguyên
vô tuyến
U E
UTR AN
NM S
C N
Giao diện mở Uu Giao diện mở Iu
Trang 10Các chức năng điều khiển được kết hợp với nhóm các dịch vụ điều khiển sau:
- Điều khiển thông tin (COMC): duy trì các cơ chế như điều khiển cuộc gọi,điều khiển phiên trong chuyển mạch gói
- Điều khiển di động (MOBC): duy trì điều khiển cập nhật vị trí và bảo mật
- Điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC): thực hiện chức năng quản lý thiếtlập kết nối vô tuyến và duy trì kết nối giữa UE với UTRAN
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 vô tuyến(RAB) để thực hiện thông tin giữa thiết bị di động (UE) với mạng lõi (CN) UTRANnằm giữa hai giao diện mở Uu và Iu Nhiệm vụ của UTRAN là phối hợp với mạng lõithực 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 Các RNSgiao tiếp với nhau sử dụng giao diện mở Iur mang cả thông tin báo hiệu và lưu lượng
LỚP DỊCH VỤ
LỚP PHẦN TỬ MẠNG LỚP TẠO DỊCH VỤ
LỚP TRUYỀN TẢI VẬT LÝ
Chức năng bảo mật Quản lý
mạng
Trang 11và đảm bảo tính chung nhất với GSM.
- Sử dụng cơ chế truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN
2.2.1 Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC).
RNC là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển tài nguyên vô tuyến của
UTRAN RNC kết nối với CN (thông thường với một MSC và một SGSN) qua giao diện vô tuyến Iu RNC điều khiển node B chịu trách nhiệm điều khiển tải và tránh tắc nghẽn cho các cell của mình
2.2.2 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 hiện phầnkhai thác quản lý tài nguyên vô tuyến như điều khiển công suất vòng trong Về phầnchức năng nó giống như trạm gốc của GSM
Trang 122.2.3 Các chức năng điều khiển của UTRAN.
Để có thể điều khiển và quản lý các kênh mang vô tuyến (RB), UTRAN thực hiệncác chức năng khác ngoài chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến RRM Các chứcnăng 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
2.2.4 Cấu trúc phân lớp của WCDMA.
Hình 1.7 Cấu trúc phân lớp của mạng WCDMA.
Cấu 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 phân thành 3lớp giao thức: Lớp vật lý,lớp kết nối số liệu và lớp mạng
UE
Tầng truy cập
Iu Radio
(Uu)
Trang 13Chương 2 QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA.2.1 Nguyên lý chung.
Công việc quy hoạch mạng vô tuyến bao gồm: định cỡ mạng, quy hoạch lưu lượng
và vùng phủ chi tiết và tối ưu mạng Quá trình quy hoạch và triển khai mạng được chỉ
ra trong hình vẽ 2.1
Trong pha quy hoạch ban đầu (định cỡ mạng) cung cấp một sự đánh giá ban đầunhanh nhất về kích cỡ của mạng và dung lượng của các thành phần Định cỡ mạngphải thực hiện được các yêu cầu của nhà khai thác về vùng phủ, dung lượng và chấtlượng dịch vụ
Ba yếu tố tác động tới quá trình quy hoạch đó là:
CÁC 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
ĐẦU VÀO
- Dự báo số thuê bao tại các khu vực
- Dự báo sử dụng trên kiểu lưu lượng
- Các vùng cần phủ
- Kiểu vùng phủ
- Các chỉ tiêu chất lượng
CÁC CÔNG VIỆC TRIỂN KHAI
- Triển khai Node-B, RNC
- Kết nối Node-B & 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
Trang 14Hình 2.1 Quá trình quy hoạch và triển khai mạng WCDMA
2.2 Dự báo
Dự báo nhu cầu dịch vụ/thuê bao.
Mục tiêu chính của dự báo thuê bao là đánh giá tổng số thuê bao trong thị trườngcần phục vụ Đối với mạng WCDMA có khả năng cung cấp nhiều dịch vụ khác nhaucho từng đối tượng khác nhau nên cần tiến hành theo từng kiểu thuê bao Dự báo cóthể chia thành các bước sau:
- Xác định mục tiêu dự báo: gồm các mục tiêu như nhu cầu dân cư, nhu cầu cơquan, 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 vềdoanh 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 với cácdịch vụ phân tích theo các quan điểm: mật độ điện thoại, các đặc điểm riêngcủa vùng và so sánh với các quốc giá khác
- Phương pháp dự báo: có thể thực hiện theo một phương pháp hoặc kết hợpcác phương pháp Thông thường có 02 phương pháp là: dự báo theo chuỗithời gian và theo mô hình hóa
Vùng phủ sóng vô tuyến.
Lựa chọn mô hình truyền sóng, tính quỹ đường truyền, quy hoạch vị trí cell Trong
đó quy hoạch vị trí cell là bước quan trọng trong việc quy hoạch hệ thống WCDMAbởi vì nó sẽ đảm bảo mỗi trạm thu phát xây dựng sẽ đáp ứng được các tiêu chí chấtlượng đề ra, tránh việc xây dựng ở các vị trí không đảm bảo
2.3.Dự báo lưu lượng.
Dự báo lưu lượng là bước đầu tiên thực hiện trong quá trình quy hoạch mạng Dựbáo lưu lượng dựa trên cơ sở xu thế của các mạng di động khác đã được khai thác Dựbáo lưu lượng gồm dự báo sử dụng lưu lượng thoại và dữ liệu
Trang 15kiến Dự trữ nhiễu được sử dụng để loại bỏ nhiễu 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 sau chỉ ra mối quan hệ giữa dự trữ nhiễu được yêu cầu bởi tải đường lên
Bảng 2.1 Mối quan hệ giữa dự trữ nhiễu được yêu cầu ứng với tải đường lên
cụ thể Sau đó khảo sát vùng phủ và đánh giá xem tải dự kiến trong vùng phủ sẽ nhỏhơn tải được đưa ra trong quy hoạch lần đầu hay không Nếu không hỗ trợ được tảitrong một số khu vực thì cần phải sửa đổi bản quy hoạch (có thể bằng cách bổ sungtrạm gốc) và quá trình quy hoạch là một quá trình lặp nhiều lần để được giá trị cầntính
- Cải tiến dung lượng.
Có một số phương thức có sẵn để nâng cao dung lượng như cách thêm các tần số
bổ sung, sectơ hoá, sử dụng phân tập phát và sử dụng các mã tốc độ bit thấp hơn.Những đối tượng được vùng phủ sóng trong phần này, bắt đầu với tần số bổ sung
2.4 Mục đích phủ sóng.
Quá trình phân tích vùng phủ vô tuyến là thực hiện khảo sát các địa điểm cần phủsóng và kiểu vùng phủ cần cung cấp cho các địa điểm này Các loại vùng phủ thôngthường được xét như: các vùng thương mại-du lịch, các vùng dân số có mật độ dân sốcao và các đường cao tốc chính Do vậy cần phải có các thông tin về các vùng cần phủsóng Các thông tin có thể dựa trên bản đồ, các số liệu thống kê, dự báo như: mật độdân 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
