Hòa chung với sự phát triển của thị trường di động thế giới, trong những năm gần đây thị trường di động Việt Nam đã có những bước phát triển vượt bậc. Hàng loạt các nhà mạng đã tham gia vào cuộc chạy đua nhằm cung cấp cho khách hàng các tiện ích di động hiện đại nhất với chất lượng dịch vụ cao nhất. Thị trường di động 3G hiện đang bước vào giai đoạn cạnh tranh căng thẳng nhất, tính đến thời điểm hiện tại đã có 3 nhà mạng chính thức cung cấp các tiện ích 3G cho khách hàng là Vinaphone, Mobifone, Viettel, ngoài ra một số nhà mạng khác cũng đang chuẩn bị những bước cuối cùng trước khi khai trương chính thức. Là một sinh viên, nắm bắt được tầm quan trọng của việc quy hoạch mạng tới sự phát triển tôi đã của thành phố quyết định chọn đề tài của mình là “Quy hoạch mạng vô tuyến thông tin thế hệ 3 cho thành phố Đà Nẵng ”.
Trang 1MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 3
DANH MỤC HÌNH ẢNH 4
MỞ ĐẦU 5
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G W-CDMA UMTS6 1.1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG VÀ DỊCH VỤ THÔNG TIN DI ĐỘNG 6
1.1.1Sự phát triển của dịch vụ thông tin di động 6
1.1.2Sự phát triển của công nghệ mạng 6
1.2 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ VÀ HỆ THỐNG 3G W-CDMA UMTS 6
Chương 2: MẠNG 3G W-CDMA UMTS VÀ PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH MẠNG 8
2.1 CẤU TRÚC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G UMTS 8
2.1.1Các thành phần mạng 8
2.1.2Các giao diện cơ bản 8
2.1.3Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 9
2.2 CÁC KỸ THUẬT TIÊN TIẾN DÙNG TRONG WCDMA 9
2.2.1Kỹ thuật trải phổ trong thông tin di động 9
2.2.2Điều khiển công suất 9
2.2.3Chuyển giao mềm 9
2.2.4Truy nhập gói tốc độ cao HSDPS, HSUPA 10
2.3 QUY HOẠCH ĐỊNH CỠ MẠNG 10
2.3.1Nguyên lý và đặc điểm quy hoạch mạng vô tuyến 10
2.3.2Tính toán vùng phủ sóng 11
2.3.3Phân tích dung lượng 12
2.3.4Định cỡ RNC 12
Chương 3: QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN 3G CHO THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG 13
3.1 CÁC THAM SỐ ĐẦU VÀO PHỤC VỤ CHO VIỆC QUY HOẠCH 13
3.2 DỰ BÁO THUÊ BAO 14
3.3 QUY HOẠCH VÙNG PHỦ SÓNG 14
Trang 23.3.1 Thiết kế vùng phủ liên tục 14
3.3.2 Tính toán quỹ năng lượng đường truyền 14
3.3.3 Tính bán kính Cell và diện tích Cell 14
3.3.4 Số lượng Node B 14
3.4 QUY HOẠCH DUNG LƯỢNG VÀ CẤU HÌNH NODE B 15
3.4.1 Dung lượng thuê bao/Node B 15
3.4.2 Tính toán dung lượng CE Node B 15
3.5 LỰA CHỌN VỊ TRÍ ĐẶT NODE B 16
3.6 TÍNH TOÁN DUNG LƯỢNG VÀ ĐỊNH CỠ RNC 16
KẾT LUẬN 19
TÀI LIỀU THAM KHẢO 20
Trang 3DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
H
HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access) :Gói truy nhập tốc độ cao
HSDPS (High Speed Download Packet Service):Gói tải về tốc độ cao
I
Iur (RNC-RNC) : Giao diện cho phép RNC giao tiếp với nhau
Iu (RNC-MSC and RNC-SGSN) : Giao diện Iu cho phép RNC kết nối với mạng lõi Iub (RNC-NODE B) : Iub là giao diện cho phép RNC giao tiếp với NodeB
U UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems) : hệ thống thông tin di động
đa năng
UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) : Mạng truy cập vô tuyến
R
RNC (Radio Network Controller) : Bộ điều khiển thông tin thế hệ 3
Trang 4DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Xu thế phát triển của công nghệ mạng 6
Hình 2.1: Cấu trúc UTRAN 9
Hình 2.2: Quá trình quy hoạch và triển khai mạng W-CDMA 10
Hình 3.1 Bản đồ các quận huyện thành phố Đà Nẵng 13
Trang 5MỞ ĐẦU
Hòa chung với sự phát triển của thị trường di động thế giới, trong những năm gần đây thị trường di động Việt Nam đã có những bước phát triển vượt bậc Hàng loạt các nhà mạng đã tham gia vào cuộc chạy đua nhằm cung cấp cho khách hàng các tiện ích di động hiện đại nhất với chất lượng dịch vụ cao nhất Thị trường di động 3G hiện đang bước vào giai đoạn cạnh tranh căng thẳng nhất, tính đến thời điểm hiện tại đã có 3 nhà mạng chính thức cung cấp các tiện ích 3G cho khách hàng
là Vinaphone, Mobifone, Viettel, ngoài ra một số nhà mạng khác cũng đang chuẩn
bị những bước cuối cùng trước khi khai trương chính thức Là một sinh viên, nắm bắt được tầm quan trọng của việc quy hoạch mạng tới sự phát triển tôi đã của thành
phố quyết định chọn đề tài của mình là “Quy hoạch mạng vô tuyến thông tin thế
hệ 3 cho thành phố Đà Nẵng ”.
Trang 6Chương 1
TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G W-CDMA UMTS
Chương này sẽ tìm hiểu về xu hướng phát triển của mạng và dịch vụ thông tin di động Tiếp theo giới thiệu về công nghệ và hệ thống 3G W-CDMA UMTS.
1.1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG VÀ DỊCH VỤ THÔNG TIN DI ĐỘNG
1.1.1 Sự phát triển của dịch vụ thông tin di động
Hiện nay chúng ta đang sống trong thời đại công nghệ Trong quá trình phát triển mạng các nhà mạng luôn quan tâm hàng đầu đến vấn đề quy hoạch mạng coi đây là yếu tố tiên quyết đến chi phí xây dựng mạng, chất lượng dịch vụ … Các công nghệ mạng trước kia chưa có khả năng cung cấp các loại hình dịch vụ trên do đó đòi hỏi cần phải nâng cấp lên một công nghệ mới hiện đại hơn
1.1.2 Sự phát triển của công nghệ mạng
Hình 1.1: Xu thế phát triển của công nghệ mạng
Quá trình phát triển của công nghệ mạng có thể được mô tả trực quan trong hình 1.1.
1.2 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ VÀ HỆ THỐNG 3G W-CDMA UMTS
1.2.1 Các quá trình chuẩn hoá
3G W-CDMA UMTS được xây dựng và được chuẩn hoá qua nhiều phiên bản R99, R4, R5, R6, R7, R8, R9
1.2.2 Công nghệ truy nhập vô tuyến W-CDMA trong hệ thống UMTS
W-CDMA là công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng sử dụng cho phần giao diện vô tuyến cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 UMTS W-CDMA
có các đặc điểm:
Dịch vụ thoại, số liệu, đa dịch vụ Truy nhập gói tốc độ cao Truyền dẫn số
Trang 7Là hệ thống đa truy cập phân chia theo mã trải phổ dãy trực tiếp băng rộng DS-CDMA
Có tốc độ chip là 3,84 Mcps với độ rộng sóng mang 5 MHz, nên được gọi là
hệ thống băng rộng
Hỗ trợ mô hình hoạt động cơ bản: chế độ song công phân chia theo tần số FDD và song công phân chia theo thời gian TDD
W-CDMA hỗ trợ hoạt động của các trạm gốc dị bộ
W-CDMA áp dụng kỹ thuật tách sóng kết hợp trên cả đường lên và đường xuống dựa vào việc sử dụng kênh hoa tiêu
Trang 8Chương 2
MẠNG 3G W-CDMA UMTS VÀ PHƯƠNG PHÁP QUY
HOẠCH MẠNG
Chương này sẽ trình bày cấu trúc cơ bản của hệ thống 3G UMTS và các kỹ thuật sử dụng trong mạng CDMA phục vụ cho việc quy hoạch mạng vô tuyến W-CDMA sẽ trình bày cụ thể ở chương 3, đồng thời giới thiệu phương pháp chung để quy hoạch mạng.
2.1 CẤU TRÚC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G UMTS
Theo kiến trúc chức năng, hệ thống UMTS bao gồm một số các phần tử mạng logic, chúng được nhóm thành các nhóm chức năng:
Mạng truy nhập vô tuyến RAN (mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS là
UTRAN): mạng này thiết lập tất cả các chức năng liên quan đến vô tuyến
Mạng lõi (CN): thực hiện chức năng chuyển mạch, định
tuyến cuộc gọi và kết nối dữ liệu đến các mạng ngoài
Thiết bị người sử dụng (UE): giao tiếp với người sử
dụng và giao diện vô tuyến
2.1.1 Các thành phần mạng
Thiết bị người sử dụng (UE)
Các phần tử của UTRAN
Các phần tử chính của mạng lõi CN
Mạng ngoài có thể chia thành 2 nhóm: các mạng chuyển mạch kênh và các mạng chuyển mạch gói
2.1.2 Các giao diện cơ bản
máy di động truy cập được với phần cố định của hệ thống
Giao diện Iu: kết nối UTRAN tới mạng lõi.
nhà sản xuất khác nhau
Trang 92.1.3 Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN
Gồm 2 phần chính là Bộ điều khiển mạng vô tuyến
(RNC) và Node B
Hình 2.1: Cấu trúc UTRAN 2.2 CÁC KỸ THUẬT TIÊN TIẾN DÙNG TRONG WCDMA
2.2.1 Kỹ thuật trải phổ trong thông tin di động
Có 3 kỹ thuật trải phổ cơ bản:
Trải phổ chuỗi trực tiếp DS/SS
Trải phổ nhảy tần FH/SS
Trải phổ dịch thời gian TH/SS
2.2.2 Điều khiển công suất
Điều khiển công suất nhằm điều chỉnh công suất trên đường lên và đường xuống
để giảm thiểu nhiễu đồng kênh đảm bảo QoS yêu cầu
Hệ thống W-CDMA sử dụng 2 kiểu điều khiển công suất:
Điều khiển công suất vòng hở OLPC.
Điều khiển công suất (nhanh) vòng kín (CLPC)
2.2.3 Chuyển giao mềm
Quy hoạch chuyền giao mềm ban đầu là một trong các
phần cơ bản của việc quy hoạch và tối ưu hoá mạng vô tuyến
Có 4 kiểu chuyển giao trong hệ thống W-CDMA đó là:
Chuyển giao bên trong hệ thống (Intra - System HO)
Chuyển giao giữa các hệ thống (Inter – System HO)
Chuyển giao cứng (Hard Handover: HHO)
Chuyển giao mềm (SHO) và chuyển giao mềm hơn
(Softer HO)
Trang 102.2.4 Truy nhập gói tốc độ cao HSDPS, HSUPA
Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSDPA
Mục tiêu của HSDPA là mở rộng giao diện vô tuyến của W-CDMA, tăng cường hiệu năng và dung lượng của W-CDMA
Truy nhập gói đường lên tốc độ cao HSUPA
HSUPA được đưa vào W-CDMA R6 HSUPA đảm bảo
cải thiện dung lượng và hiệu năng đường lên
2.3 QUY HOẠCH ĐỊNH CỠ MẠNG
Định cỡ mạng vô tuyến W-CDMA là một quá trình quy hoạch ban đầu trong đó cấu hình của mạng và quy mô các thiết bị mạng được tính toán dựa vào các yêu cầu của nhà khai thác
Các yêu cầu của nhà khai thác liên quan đến các đặc điểm: vùng phủ, dung lượng, chất lượng dịch vụ (QoS).
Mục tiêu của pha định cỡ mạng là tính toán mật độ site và cấu hình site yêu cầu cho các vùng phủ quan tâm Trong đó bao gồm 2 bước cụ thể sau: tính toán vùng phủ sóng, phân tích dung lượng
2.3.1 Nguyên lý và đặc điểm quy hoạch mạng vô tuyến
2.3.1.1 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 Trong giới hạn của luận văn này sẽ không trình bày về tối ưu mạng
Hình 2.2: Quá trình quy hoạch và triển khai mạng W-CDMA
Trong pha quy hoạch ban đầu (định cỡ mạng) cung cấp một sự đánh giá ban đầu nhanh nhất về kích cỡ của mạng như số site, cấu hình trạm gốc, các thành phần mạng
và dung lượng của các thành phần phục vụ cho các dự báo về chi phí và vốn đầu tư
12
Trang 11
cho dự án xây dựng mạng Định cỡ mạng 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
2.3.1.2 Đặc điểm của quy hoạch mạng vô tuyến
a)Dự báo
Tùy theo quy hoạch mạng là mới hay phát triển từ nền
tảng mạng hiện có mà dự báo nhu cầu dịch vụ có thể khác nhau
b)Quy hoạch vùng phủ vô tuyến
Nhiệm vụ chính của phân tích vùng phủ là làm thế nào để xác định được: nơi nào cần phủ sóng, kiểu phủ sóng mỗi vùng
c)Nhiễu từ nhiều nhà khai thác khác
Trong môi trường có nhiều mạng hoạt động với các tần số gần nhau, tín hiệu có thể gây nhiễu lẫn nhau làm ảnh hưởng đến chất lượng, vùng phủ và dung lượng mạng
2.3.2 Tính toán vùng phủ sóng
2.3.2.1 Phân tích vùng phủ
Mục đích của quá trình khảo sát này bao gồm:
Đảm bảo cung cấp dung lượng phù hợp cho các vùng
Biết được đặc điểm truyền sóng của vùng
2.3.2.2 Tính toán quỹ đường truyền vô tuyến
Quỹ đường truyền trong hệ thống W-CDMA dùng để tính toán suy hao đường truyền cho phép lớn nhất để tính toán vùng phủ (tính bán kính cell) của một trạm gốc
và trạm di động Các thành phần để tính suy hao cho phép lớn nhất của tín hiệu từ trạm phát đến trạm thu gọi là quỹ đường truyền Quỹ đường truyền tổng quát cho cả đường lên và đường xuống bao gồm một số các thành phần được trình bày chi tiết trong luận văn
2.3.2.3 Tính bán kính cell
Sau khi tính được suy hao đường truyền lớn nhất cho phép dựa vào các tham số
quỹ đường truyền vô tuyến (RLB), bán kính cell r có thể được tính theo một trong các
mô hình truyền sóng đã biết Khi đã tính được bán kính phú sóng của cell thì có thể tính được diện tích phủ sóng của cell (phụ thuộc vào cấu hình Sector của Node B)
Trang 12theo công thức:
S K.r 2 Trong đó: K là hệ số ứng với số sector trong cell
2.3.3 Phân tích dung lượng
Khi bắt đầu xây dựng mạng 3G, các nhà khai thác cần phải có thông tin và đánh giá khá chính xác về sự phát triển và phân bố thuê bao, vì chúng có ảnh hưởng trực tiếp đến vùng phủ Việc nắm rõ thông tin về dung lượng còn có tác dụng đảm bảo tiết kiệm chi phí đầu tư phần cứng trong quá trình quy hoạch triển khai mạng lưới WCDMA
Phần này luận văn sẽ giới thiệu mô hình tính toán dung lượng Erlang-B, các phương pháp chuyển đổi lưu lượng hệ thống theo mô hình Erlang và cuối cùng là định cỡ dung lượng mạng
2.3.3.3 Định cỡ dung lượng mạng
Trình bày các tính toán sơ bộ dung lượng mạng theo yêu cầu ban đầu tương ứng với số thuê bao đã được dự báo trước
2.3.4 Định cỡ RNC
Mục tiêu của việc định cỡ RNC là xác định số RNC cần để xử lý một lưu lượng nhất định
Trang 13Q LIÊ
N CHIỂ U
Q SƠN TRÀ
Q.NGŨ HÀNH SƠN
Chương 3
QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN 3G CHO THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG
Chương này trình bày về bài toán quy hoạch mạng Ứng dụng quy hoạch mạng
vô tuyến 3G cho thành phố Đà Nẵng
Hình 3.1 Bản đồ các quận huyện thành phố Đà Nẵng
Thành phố Đà Nẵng - đơn vị hành chính trực thuộc Trung ương - bao gồm 5 quận nội thành, 1 huyện ngoại thành và 1 huyện đảo với tổng diện tích 1.255,53km2, dân số 1.029.000 người (số liệu tháng 11 năm 2015)
Mạng điện thoại trên địa bàn thành phố tiếp tục được mở rộng Tổng số máy phát triển trong 9 tháng đầu năm 2015 ước tính thực hiện được 35.730 máy, đạt 81,33% kế hoạch, trong đó máy cố định chiếm 25.827 máy, đạt 72,06% kế hoạch, tăng 11% so với cùng kỳ năm trước Tính đến nay, trên toàn địa bàn thành phố có 205.672 máy điện thoại, trong đó có 105.477 máy di động, đạt mật độ: 19,41 máy/
100 dân
3.1 Các tham số đầu vào phục vụ cho việc quy hoạch
Các tham số đầu vào phục vụ cho việc quy hoạch mạng bao gồm các loại chính sau:
Các tham số thực tế: diện tích, dân số chi tiết từng vùng cần quy hoạch
Các tham số giả thiết: số lượng thuê bao dự kiến,…vv
Các tham số theo thiết bị (tuỳ thuộc vào nhà sản xuất)
Trang 143.2 Dự báo thuê bao
Dựa trên diện tích, tình hình phát triển dân số, kinh tế xã hội, nhu cầu sử dụng dịch vụ 3G tại Đà Nẵng Căn cứ theo thị phần dịch vụ di động cũng như định hướng phát triển 3G Dự kiến thuê bao 3G tại Đà Nẵng như sau:
Thuê bao từng khu vực trong năm 2015 = (20% đối với khu vực Dense Urban,
Urban, 8% đối với khu vực Suburban và 4% đối với khu vực Rural) * dân số khu vực.
3.3 Quy hoạch vùng phủ sóng
3.1.1 Thiết kế vùng phủ liên tục
Trong các hệ thống UMTS có sự phụ thuộc của vùng phủ sóng vào lưu lượng hệ thống Dự trữ đường truyền (Link budget) cho W-CDMA được tính trong môi trường
đa dịch vụ Trong môi trường này, mỗi loại thuê bao có thể sử dụng một loại dịch vụ
có thuộc tính khác nhau nên phải tính toán cho từng loại dịch vụ Quá trình tính toán bao gồm tính toán cho cả đường lên và đường xuống Vùng phủ sóng của một cell sẽ
là giá trị nhỏ nhất Để đơn giản ta chỉ cần xác định một loại dịch vụ được phủ sóng liên tục đặc trưng cho từng vùng để quy hoạch
3.1.2 Tính toán quỹ năng lượng đường truyền
Tương ứng với từng loại thiết bị (Node B, UE) khác nhau sẽ có các thông số khác nhau phục vụ cho việc tính toán quỹ năng lượng đường truyền Trong luận văn này giả thiết một số thông số phù hợp nhất được lấy theo nhà sản xuất Huawei
Tổn hao năng lượng đường truyền lớn nhất (L) = EIRP (dBm) - Độ nhạy thu (dBm)
+ Độ lợi anten thu (dBi) - Tổn hao cáp Rx (dB) - Tổn hao cơ thể phía Rx (dB) + Độ lợi phân tập + Độ lợi chuyển giao mềm - Dự trữ fading nhanh(dB) - Dự trữ fading chậm - Tổn hao trong nhà (dB)
3.1.3 Tính bán kính Cell và diện tích Cell
Sau khi tính được tổn hao năng lượng đường truyền lớn nhất ta tính được bán
kính Cell site (r) Từ đó ta tính được diện tích vùng phủ sóng Node theo công thức
sau:
S K * r 2 , K =1.95 với anten 3 sector
3.1.4 Số lượng Node B
Số Node B = Diện tích vùng cần phủ/diện tích phủ của một Node B
(diện tích cell).
Trang 153.4 Quy hoạch dung lượng và cấu hình Node B
4.1.1 Dung lượng thuê bao/Node B
Căn cứ vào dự báo thuê bao từng khu vực ta tính được số
thuê bao/Node B
4.1.2 Tính toán dung lượng CE Node B
Số CE của Node B được tính bằng số CE lớn nhất của số CE uplink và CE downlink, đồng thời phải làm tròn với bội số 16 (đặc điểm chung của các Chipset xử
lý phần băng gốc)
a) Tính số Erlang trên mỗi NodeB đối với dịch vụ thoại
Tổng số Erlang Voice (CS 12.2) = Số lượng thuê bao * % Thuê bao thoại
* Erlang cho mỗi thuê bao thoại.
Tổng số Erlang Voice (CS 64) = Số lượng thuê bao * % Thuê bao CS64 *
Erlang cho mỗi thuê bao CS64
Sử dụng bảng Erlang B để tra số kênh cho mỗi NodeB
(với GoS là 2%) ta được số kênh dịch vụ thoại CS12.2, CS 64
CE Thoại = Số CE dịch vụ voice CS 12.2 * Hệ số sử dụng CE thoại (Uplink) +
Số CE dịch vụ CS 64 * Hệ số sử dụng CE CS64 (Uplink)
b) Tính số Erlang trên mỗi NodeB đối với dịch vụ data
Các dịch vụ Data có phương pháp tính CE giống nhau, tuỳ theo tốc độ đỉnh của gói cước mà hệ số sử dụng CE của các gói cước có khác nhau
Tổng số kênh data = Số lượng thuê bao * % Thuê bao Data * Tốc độ dữ liệu /
Tốc độ Upload đỉnh của gói cước
= Số lượng thuê bao * % Thuê bao Data * Dung lượng dữ liệu * 8 / 3600 / Tốc độ Upload đỉnh của gói cước Đối với đường Uplink, Tổng số kênh PS 64/64 = Số kênh cho Uplink dịch vụ PS 64/64 + Số kênh Uplink cho dịch vụ HSDPA
Tổng số CE cho dịch vụ Data được tính:
CE data = Tổng số kênh PS 64/64 * Hệ số sử dụng CE PS 64/64 (Uplink) +
Tổng số kênh PS 64/128 * Hệ số sử dụng CE PS 64/128 (Uplink) + Tổng số
