Trong thời đại mà khoa học và công nghệ luôn tồn tại và phát triển xung quanh cuộc sống của chúng ta, phương tiện thông tin và truyền thông đóng một vai trò rất quan trọng trong mọi lĩnh vực .Đặc biệt là lĩnh vực thương mại điện tử. Internet đã xuất hiện từ rất lâu nhưng thật sự phổ biến và phát triển mới chỉ gần đây, việc nghiên cứu phát triển Internet luôn được tiến hành không ngừng nhằm đáp ứng nhu cầu về việc truyền và phát dữ liệu , video,... với tốc độ cao . Những tiến bộ trong việc nghiên cứu ứng dụng mã đường truyền ( line codes ) và các bộ xử lý tín hiệu số, băng thông của mạng người sử dụng đã được tăng tiến đến hàng trăm lần , tạo điều kiện phát triển các dịch vụ băng rộng trên mạch vòng thuê bao . Từ sự khởi đầu với kỹ thuật HDSL, đến nay đã có rất nhiều biến thể của DSL như ADSL, RADSL , SDSL , VDSL v....v nhưng phát triển mạnh nhất hiện nay là kỹ thuật ADSL do sự bùng nổ truy nhập inetnet băng rộng từ vài năm gần đây . ADSL ( Asymmetric Digital Subcriber Line ) là mạng truy cập đường dây thuê bao bất đối xứng, là công nghệ cho phép truyền dữ liệu và truy cậpInternet tốc độ cao qua đường dây điện thoại. Ngoài ra đường truyền ADSL còn sử dụng một đường line điện thoại để vừa cung cấp dịch vụ thoại và vừa đảm bảo truy cập Internet. ADSL được gọi là đường truyền thuê bao bất đối xứng vì tốc độ bít truyền về phía khách hàng lớn hơn nhiều lần so với từ phía khách hàng truyền ngược lại. Vì vậy em chọn quy hoạch mạng ADSL để nghiên cứu sâu hơn về mạng.
Trang 1LỜI NÓI ĐẦU
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
Đề tài “Quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA ” sẽ đáp ứng được nhu cầu thiết thực
trong phát triển mạng WCDMA nói chung, đưa ra dịch vụ 3G sớm nhất có thể là điềurất quan trọng và tác động trực tiếp đến thương hiệu, uy tín, năng lực cạnh tranh củadoanh nghiệp
Đà Nẵng, ngày …tháng…năm.2016
Trang 2Bài Tập Lớn Tổ Chức Và Quy Hoạch Mạng VT
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1
MỤC LỤC 2
DANH MỤC BẢNG BIỂU 3
DANH MỤC HÌNH ẢNH 4
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MẠNG 7
VÔ TUYẾN WCDMA 7
1.1G IỚI THIỆU VỀ CẤU TRÚC MẠNG WCDMA 7 1.1.1Khái niệm 7
1.1.2Mô hình cấu trúc mạng WCDMA 7
1.2.G IAO DIỆN VÔ TUYẾN 10 1.2.1.Giao diện UTRAN – CN (Iu) 10
1.2.2.Giao diện RNC – RNC (Iur) 10
1.2.3.Giao diện RNC – Node B (Iub) 10
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ QUY HOẠCH MẠNG 10
VÔ TUYẾN WCDMA 10
2.1N GUYÊN LÝ CHUNG 11 2.2.P HÂN TÍCH VÙNG PHỦ SÓNG VÔ TUYẾN 11 2.2.1.Mục đích phủ sóng 12
2.2.2.Ảnh hưởng của quỹ đường truyền lên vùng phủ sóng 14
CHƯƠNG III: MỘT SỐ VẤN ĐỀ QUY HOẠCH CHI TIẾT MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA 15
3.1.T ÍNH TOÁN VÙNG PHỦ SÓNG 15 3.2.T ÍNH TOÁN DUNG LƯỢNG 16 3.3.1.T ỐI ƯU GIỮA VÙNG PHỦ VÀ DUNG LƯỢNG 17 3.4.Đ ỊNH CỠ RNC 19 3.5.T RUYỀN DẪN CHO N ODE -B 21 KẾT LUẬN 21
TÀI LIỀU THAM KHẢO 23
Trang 3DANH MỤC BẢNG BIỂU
BẢNG 2.1CÁC LOẠI HÌNH PHỦ SÓNG PHỔ BIẾN 12
BẢNG 2.2 CÁC LOẠI LOẠI DỊCH VỤ CHÍNH CỦA WCDMA 12
BẢNG 3.1GIÁ TRỊ K THEO CẤU HÌNH SITE 15
BẢNG 3.2LƯU LƯỢNG CÁC DỊCH VỤ 17
BẢNG 3.3DUNG LƯỢNG CỦA MỘT RNC VỚI CÁC CẤU HÌNH KHÁC NHAU 20
Trang 4DANH MỤC HÌNH ẢNH
MÔ HÌNH KHÁI NIỆM MẠNG WCDMA 7
MÔ HÌNH CẤU TRÚC HỆ THỐNG UMTS 8
SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT CỦA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3 WCDMA 8
HÌNH 2.1:VÙNG PHỦ SÓNG CỦA CELL THEO CÁC LOẠI DỊCH VỤ KHÁC NHAU 13
HÌNH 3.1:TÍNH TOÁN BÁN KÍNH CELL 15
HÌNH 3.2:LƯU ĐỒ TỐI ƯU CELL 18
Trang 5THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
AAGC Automatic Gain Control Bộ điều khiển tăng ích tự động
AMR Adaptive Multi-Rate codec Bộ mã hoá và giải mã đa tốc độ
thích nghiAMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên
tiến (Mỹ)ASNR Antenna Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu của antenAWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu âm cộng dạng Gauss
B
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
Trang 6Đa truy cập phân chia theo tần số
Trang 7CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MẠNG
VÔ TUYẾN WCDMA
1.1 Giới thiệu về cấu trúc mạng WCDMA
1.1.1 Khái niệm
WCDMA là viết tắt của wideband code division multiple access Nghĩa là CDMAbăng rộng Đây là một trong những công nghệ được lựa chọn làm nền tảng của mạng
di động thế hệ 3 WCDMA là đích đến của các mạng GSM khi chuyển lên thế hệ 3
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 cóthể 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
Trang 8Mô 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
Sơ đồ khối tổng quát của mạng thông tin di động thế hệ 3 WCDMA
NB
NB
NB RNC
TE MT
NB
NB
NB RNC
Trang 9Thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với hệ thống.
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 minh chứathông tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lưugiữ các khóa nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối
UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network)
Mạng truy cập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truycập 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 điều khiển các tài nguyên
vô tuyến ở trong vùng (các nút B được kết nối với nó) 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
- 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 chuyểnmạch kênh cho UE tại vị trí của nó MSC có chức năng sử dụng các giao dịchchuyển mạch kênh VLR có chức năng lưu giữ bản sao về lý lịch người sửdụng cũng như vị trí chính xác của UE trong hệ thống 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 nhưng được sửdụng 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 mạch gói
Để kết nối MSC với mạng ngoài cần có thêm phần tử làm chức năng tương tác mạng (IWF) Ngoài mạng lõi còn chứa các cơ sở dữ liệu cần thiết cho các mạng di động như: HLR, AuC và EIR
Trang 101.2.Giao diện vô tuyến
1.2.1.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 và điềukhiển dịch vụ Iu có thể có hai trường hợp khác nhau:
- Iu CS (Iu chuyển mạch kênh): để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch kênh
- Iu PS (Iu chuyển mạch gói): để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch gói
1.2.2.Giao diện RNC – RNC (Iur)
Iur là giao diện vô tuyến giữa các bộ điều khiển mạng vô tuyến Lúc đầu giao diệnnày được thiết kế để hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC, trong quá trình phát triểntiêu chuẩn nhiều tính năng đã được bổ sung và đến nay giao diện Iur phải đảm bảo 4chức 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
1.2.3.Giao diện RNC – Node B (Iub)
Giao thức Iub định nghĩa cấu trúc khung và các thủ tục điều khiển trong băng chocác 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 vô tuyếnđầu 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
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ QUY HOẠCH MẠNG
VÔ TUYẾN WCDMA
Trang 112.1 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 lưu lượng &vùng phủ chi tiết và tối ưu mạng
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
Khi mạng đi vào hoạt động, có thể quan sát hiệu suất của hệ thống qua việc đo đạtcác thông số và kết quả các thông số đo được sẽ sử để hiển thị và tối ưu hóa mạng.Quá trình quy hoạch và tối ưu hóa mạng có thể thực hiện một cách tự động bằng cách
sử dụng các công cụ thông minh và các phần tử mạng Thông thường trong giai đoạntriển khai mạng ta thấy không thể tối ưu hệ thống như lúc quy hoạch mạng Có rấtnhiều nguyên nhân buộc phải thay đổi quy hoạch: không thể đặt Node-B đúng vị trí,nảy sinh các vấn đề về vùng phủ và chất lượng kết nối và tối ưu… Cuối cùng cần phảnhồi kết quả thống kê và đo đạc được trong quá trình khai thác mạng liên quan đến điềuchỉnh quy hoạch, mở rộng vùng phủ, dung lượng và nhu cầu dịch vụ trên cơ sở thực tếcho nhóm kỹ thuật chịu trách nhiệm thiết kế
Để hiểu được quá trình quy hoạch chúng ta phải tìm hiểu về ba yếu tố tác động tớiquá trình quy hoạch đó là:
a) Dung lượng
b) Vùng phủ sóng
c) Chất lượng dịch vụ
2.2.Phân tích vùng phủ sóng vô tuyến
Nhiệm vụ chính của phân tích vùng phủ sóng là làm thế nào để xác định được: nơinào cần phủ sóng, kiểu phủ sóng mỗi vùng Thông thường ta cần phủ sóng trước hếtcác khu vực quan trọng: Các khu thương mại, khu công nghiệp, vùng có mật độ dân cưcao 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 xét đến:các loại dịch vụ cần cung cấp ở vùng đang xét và vùng phủ sóng hiệu dụng của cell sẽchịu ảnh hưởng của tốc độ số liệu
Trang 12Sau khi đã nắm được yêu cầu vùng phủ, tiếp theo ta tiến hành quy hoạch vùng phủthông qua xem xét các yếu tố sau: Lựa chọn mô hình truyền sóng, tính quỹ đườngtruyền, quy hoạch vị trí cell Trong đó quy hoạch vị trí cell là bước quan trọng trongviệc quy hoạch hệ thống WCDMA bởi vì nó sẽ đảm bảo mỗi trạm thu phát xây dựng
sẽ đáp ứng được các tiêu chí chất lượng đề ra, tránh việc xây dựng ở các vị trí khôngđảm bảo
2.2.1.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
• Biết được đặc điểm truyền sóng của vùng để xác định môi trường truyền sóng
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 phủ banđầu Thông thường quy hoạch vùng phủ sóng WCDMA thường quan tâm đến các loạihình phủ sóng
Urban (Đô thị) Thông thường đây là các khu vực đường phố và cây xanh xen kẽ
một vài tòa nhà cao tầng, các tòa nhà cao tầng cách xa nhauSub 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 theo dịchvụ.Như đã biết hệ thống WCDMA là hệ thống đa truy nhập dịch vụ với cấu trúc đakênh có thể sử dụng được nhiều dịch vụ Một số dịch vụ chính thường dùng trong hệthống truy nhập WCDMA
Bảng 2.2 Các loại loại dịch vụ chính của WCDMA
Trang 13Hình 2.1: Vùng phủ sóng của cell theo các loại dịch vụ khác nhau
Từ các yêu cầu về vùng phủ theo nhu cầu dịch vụ và kiểu vùng phủ, vấn đề tiếptheo trong việc định cỡ mạng là tính quỹ đường truyền vô tuyến Quỹ đường truyền vôtuyến đặc trưng cho từng loại dịch vụ, tức là mỗi loại dịch vụ yêu cầu một quỹ đườngtruyền nhất định đảm bảo đáp ứng các yêu cầu đặt ra
Ứng với mỗi loại hình dịch vụ sẽ có bán kính phục vụ tương ứng phụ thuộc vào mãtrải phổ, công suất phát cực đại và chất lượng dịch vụ yêu cầu Tùy theo mỗi khu vực
và dự báo nhu cầu sử dụng dịch vụ thì sẽ có các bán kính phục vụ khác nhau, chẳng hạn như hình dưới đây sẽ mô tả bán kính tối đã của các loại dịch vụ (ứng trường hợp dịch vụ sử dụng liên tục)
Trang 142.2.2 Ảnh hưởng của quỹ đường truyền lên vùng phủ sóng
Quỹ đường truyền là tổng hợp tất cả độ lợi và tổn thất từ máy phát ( không gian,cáp, ống dẫn sóng, cáp quang… ) đến máy thu trong hệ thống viễn thông Nó bao gồm
sự suy giảm tín hiệu do đường truyền, cũng như độ lợi của anten, đường cấp vào vàsuy hao do tạp âm
Quỹ đường truyền xác định và quy định năng lượng, kích thước và vị trí của các tếbào, tính toán lưu lượng có thể ảnh hướng đến phạm vi phủ sóng Quỹ đường truyềnkhác nhau tùy theo khối lượng dữ liệu được chuyển đi Và điều cuối cùng là phải tối
ưu hóa duy trì độ che phủ mạng
Trang 15CHƯƠNG III: MỘT SỐ VẤN ĐỀ QUY HOẠCH CHI TIẾT
MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA
Với K là hệ số ứng với số đoạn trong cell được cho trong bảng sau:
Bảng 3.1 Giá trị K theo cấu hình site
Cấu hình site Vô hướng 2 đoạn 3 đoạn 6 đoạn
Ví dụ : tính theo mô hình Walfish – Ikegami (COST 231) cho cell macro vùng
đô thị với độ cao anten trạm gốc là 40m, độ cao anten MS là 2m và tần số sóng mang
1950 MHz, và các thông số mặc định khác, ta tính được suy hao truyền sóng như sau:L[dB] =138.17 + 38log10(R) Trong đó R là bán kính phủ sóng của
cell.Ta có suy hao truyền sóng cho phép đường lên là 144dB và đường xuống là167dB Vậy ta có được R =1.42 Km và R = 5.7Km
Trang 16 Ta thấy vùng phủ bị giới hạn bởi đường lên do ta có thể đảm bảo công suất đườngxuống cao hơn đường lên.
Cho nên khi tính toán tối ưu bán kính cell ta thường chỉ quan tâm đến đường lênvới dải tần số 1950MHz Cách tính toán theo các mô hình truyền sóng được trình bàytrong phụ lục C Đối với vùng ngoại ô, giả sử hệ số sửa lỗi bổ sung là 8dB có suy haođường truyền là L= 130.17+38log10(R).Lúc này bán kính cell sẽ lớn hơn RUL=2.3 Km
và RDL= 9.3Km
3.2.Tính toán dung lượng
Lưu lượng dịch vụ thoại: giả sử theo thống kê trung bình một tháng thuê bao gọi
thoại là 240 phút Khi đó để tính lưu lượng bình quân lưu lượng thoại trên mỗi thuêbao sẽ thực hiện như sau:
Lưu lượng dịch vụ data: Giả sử theo thống kê trung bình một tháng thuê bao thực
hiện dịch vụ data với dung lượng gồm: 20MB Uplink với tốc độ 64 kbps và 50MB Downlink với các tốc độ 64 kbps, 128 kbps & 384 kbps