Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh nhất và phục vụ con người hữu hiệu nhất. Để đáp ứng nhu cầu về chất lượng và dịch vụ ngày càng nâng cao, thông tin di động càng không ngừng được cải tiến. Tiền thân của 3G là hệ thống điện thoại 2G, như GSM, CDMA, PDC, PHS... GSM sau đó được nâng cấp lên thành GPRS, hay còn gọi là thế hệ 2,5G. Nước đầu tiên đưa 3G vào khai thác thương mại một cách rộng rãi là Nhật Bản.Từ năm 2006, mạng UMTS được nhiều quốc gia nâng cấp lên, với chuẩn HSPDA được xem như mạng 3.5G. Hiện giờ, HSPDA cho phép tốc độ truyền đường xuống đạt 21Mbps. Dài hơi hơn, một nhánh của tổ chức 3GPP lên kế hoạch phát triển mạng 4G, với tốc độ 100 Mbits đường xuống và 50 Mbits đường lên, dùng công nghệ giao diện vô tuyến dựa trên ghép kênh tần số trực giao. Việt Nam là 1 quốc gia khá phát triển về viễn thông. Hiện nay các nhà mạng của Việt Nam như Vinaphone, Viettel, Mobiphone cũng đang đi vào quy hoạch và khai thác mạng 3G. Vấn đề cấp bách hiện nay là quy hoạch và phát triển mạng như thế nào. Đây là một bài toán khá hóc búa với các nhà mạng. Trong khuôn khổ khoá luận, tác giả đi vào nghiên cứu quá trình quy hoạch và phát triển mạng di động thế hệ thứ 3G. Đồng thời đưa ra phương pháp luận cho các nhà khai thác mạng nghiên cứu về tính hiệu quả của công nghệ này.
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Vũ Trung Thông
QUY HOẠCH MẠNG 3G
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Hệ Thống Viễn Thông
HÀ NỘI - 2010
http://www.ebook.edu.vn
Trang 2BÀI TẬP LỚN Môn học: Tổ chức và quy hoạch mạng viễn thông
TÊN ĐỀ TÀI: QUY HOẠCH TỐI ƯU HÓA VÔ TUYẾN THÔNG TIN DI
ĐỘNG UTMS
TỔ CHỨC VÀ QUY HOẠCH MẠNG VIỄN THÔNG
2010
Trang 31 Chữ viếttắt Từ tiếng anh Tiếng việt
2 ACI adjacent channel nterference nhiễu kênh lân cận
4 ATM Asynchronous Transfer Mode) Giao thức truyền không đồngbộ
7 CCQ Coverage, capacity, and quality(of service) Vùng phủ, dung lượng và chấtlượng dịch vụ
Consultative Committee for International Telegraph and Telephone
Ủy ban Tư vấn Điện thoại -Điện tín quốc tế
12 CODIT code division test bed Kiểm tra mã đa truy cập
13 COSSAP communications simulation andsystem analysis program Chương trình truyền thông môphỏng và phân tích hệ thống
14 DPCCH dedicated physical controlchannel Kênh điều khiển vật lý dànhriêng
15 DPDCH dedicated physical data channel Kênh lưu lượng vật lý dànhriêng
16 EIRP effective isotropic radiated power Công suất bức xạ đẳng hướng
17 ERP effective radiated power Công suất bức xạ hiệu dụng
19 GDO general development order Thứ tự phát triển chng
20 GFC generic flow control Điều khiển dòng tổng quát
21 GPRS (General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp
22 GSM Global System for MobileCommunication) Hệ thống thông tin di độngtoàn cầu thế hệ thứ 2
24 HCS hierarchical cell structure Cấu trúc tế bào phân cấp
25 HEC header error control Kiểm soát lỗi lối vào
26 IFTF Internet Engineering Task Force Lực lượng quản lý kĩ thuật
28 ISS instruction set simulators Bộ cấu trúc mô phỏng
29 ITU International TelecommunicationUnion Liên minh viễn thông quốc tế
2010
7
30 MUD
31 NOC
32 NOMC
33 NRT
multi-user detection network operations Centre Network operation and maintenance Centre non-real time
operations and maintenance
Trang 4tách sóng đa người dùng
Trung tâm điều khiển mạng Trung tâm bảo dưỡng
Không thời gian thực 34
35 36 38 39
OMC PCH PDH P-SCH QoS
Centre paging channel plesiosynchronous hierarchy primary synchronization channel Quality of Service
type of receiver utilizing
multi-Mạng lưới trung tâm Kênh phân trang Chuẩn đồng bộ Kênh đồng bộ chính Chất lượng dịch vụ loại thiết bị thu sử dụng nhiều
40 RAKE
41 RAN
42 RF
43 RNC
44 RRM
path propagation Radio Access Network Radio Frequency
radio network controller radio resource management
đường truyền mạng truy cập vô tuyến Tần số sóng vô tuyến Trạm điều khiển sóng vô tuyến mạng
Điều khiển nguồn sóng Giao thức truyền tải thời gian 45
46 47 48 49 50
RTP RSVP RX SDH SIP SMS
Real-time Transport Protocol Resource reservation protocol Receiving functionality/receiver Synchronous Digital Hierachy session initiation protocol short message service
thực Giao thức dự trữ tài nguyên Chức năng nhận/ Nhận
Hệ thống phân cấp số đồng bộ Giao Thức Khởi Tạo Phiên Dịch vụ gửi tin nhắn ngắn synchronous transport module
51 STM-1
52 TDMA
53 TOS
54 TRX
number 1
Time Division Multiple Access type of service
transmitter and receiver Transmitting
Mô đun truyền đồng bộ -1
Đa truy cập phân chia theo thời gian
Kiểu dịch vụ Truyền và nhận
55 56 57 58
TX UE VCI VPI
W-functionality/transmitter User Equipment
virtual channel identifier virtual path identifier Wideband Code Division
Chức năng truyền/ truyền Thiết bị người dùng
Bộ nhận dạng kênh ảo Đường dẫn ảo
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông
Trang 5phát triển nhanh nhất và phục vụ con người hữu hiệu nhất Để đáp ứng nhu cầu về chất lượng và dịch vụ ngày càng nâng cao, thông tin di động càng không ngừng được cải tiến
Tiền thân của 3G là hệ thống điện thoại 2G, như GSM, CDMA, PDC, PHS GSM sau đó được nâng cấp lên thành GPRS, hay còn gọi là thế hệ 2,5G Nước đầu tiên đưa 3G vào khai thác thương mại một cách rộng rãi là Nhật Bản.Từ năm 2006, mạng UMTS được nhiều quốc gia nâng cấp lên, với chuẩn HSPDA được xem như mạng 3.5G Hiện giờ, HSPDA cho phép tốc độ truyền đường xuống đạt 21Mbps Dài hơi hơn, một nhánh của tổ chức 3GPP lên kế hoạch phát triển mạng 4G, với tốc
độ 100 Mbit/s đường xuống và 50 Mbit/s đường lên, dùng công nghệ giao diện vô tuyến dựa trên ghép kênh tần số trực giao
Việt Nam là 1 quốc gia khá phát triển về viễn thông Hiện nay các nhà mạng của Việt Nam như Vinaphone, Viettel, Mobiphone cũng đang đi vào quy hoạch và khai thác mạng 3G Vấn đề cấp bách hiện nay là quy hoạch và phát triển mạng như thế nào Đây là một bài toán khá hóc búa với các nhà mạng Trong khuôn khổ khoá luận, tác giả đi vào nghiên cứu quá trình quy hoạch và phát triển mạng di động thế
hệ thứ 3G Đồng thời đưa ra phương pháp luận cho các nhà khai thác mạng nghiên cứu về tính hiệu quả của công nghệ này
Luận văn gồm 4 chương trình bày những vấn đề sau:
Chương 1 : Tổng quan về quy hoạch
Trình bày tổng quan về quy hoạch mạng Phát triển kế hoạch tối ưu dung lượng, vùng phủ và chất lượng dịch vụ Phát triển kế hoạch thiết kế mạng
Chương 2: Quy hoạch vùng phủ sóng, dung lượng, chất lượng dịch vụ
Chương này trình bày các vấn đề về quy hoạch vùng phủ sóng, các mô hình truyền thường được sử dụng, ảnh hưởng quỹ đường truyền tới vùng phủ sóng Vấn
đề cải tiến dung lượng, chuyển giao mềm và vấn đề chất lượng dịch vụ đáp ứng yêu cầu người sử dung
Chương 3: Tối ưu hóa mạng
Chương này đề cập đến vấn đề xác định kế hoạch ban đầu về vùng phủ, dung lượng, QoS và lựa chọn vị trí các trạm BTS sao cho phù hợp Đồng thời trong chương này cũng đưa ra yêu cầu đối với anten và yêu cầu đối với truyền dẫn
Trang 6Chương 4: Mô phỏng và tính toán
Chương này đi sâu vào vấn đề các công thức tính toán để thiết kế cell, lưu đồ thuật toán tổng quát, lưu đồ thuật toán cụ thể và kết quả mô phỏng thực tế
Trong quá trình làm đề tài, em đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự phê bình, hướng dẫn giải đáp của quý thầy cô cùng bạn bè
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của thạc sĩ Đinh Thị Thái Mai, thầy cô trong khoa Điện tử-Viễn thông và Ban quản lý dự án quy hoạch mạng 3G của Vinaphone đã giúp em hoàn thành đề tài tốt nghiệp này
Hà Nội, ngày tháng năm 2010
Sinh viên thực hiện
Vũ Trung Thông
Chương 1.Tổng quan về quy hoạch mạng
Sự phát triển nhanh chóng của dịch vụ số liệu mà IP đã đặt ra các yêu cầu mới đối với công nghệ viễn thông di động Thông tin di động thế hệ 2 mặc dù sử dụng công nghệ số nhưng là hệ thống băng hẹp và được xây dựng trên cơ chế chuyển mạch kênh nên không thể đáp ứng được dịch vụ mới này Công nghệ truyền thông thế hệ thứ
Trang 7ba là giai đoạn mới nhất trong sự tiến hóa của ngành viễn thông di động Nếu 1G của điện thoại di động là những thiết bị analog, chỉ có khả năng truyền thoại thì 2G của điện thoại di động gồm cả hai công năng truyền thoại và dữ liệu giới hạn dựa trên kỹ thuật số Trong bối cảnh đó ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hóa hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 với tên gọi IMT – 2000 IMT – 2000 đã mở rộng đáng kể khả năng cung cấp dịch vụ và cho phép sử dụng nhiều phương tiện thông tin Mục đích của IMT – 2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng cũng đồng thời đảm bảo sự phát triển liên tục của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) Hệ thống 3G mang lại cho người dùng các dịch vụ giá trị gia tăng cao cấp, giúp chúng ta thực hiện truyền thông thoại và dữ liệu (như e-mail và tin nhắn dạng văn bản), download âm thanh và hình ảnh với tốc độ cao Các ứng dụng 3G thông dụng gồm hội nghị video di động; chụp và gửi ảnh kỹ thuật số nhờ điện thoại máy ảnh; gửi và nhận e-mail và file đính kèm dung lượng lớn; tải tệp tin video và MP3; thay cho modem để kết nối đến máy tính xách tay hay PDA và nhắn tin dạng chữ với chất lượng cao…
Thiết kế hệ thống UMTS cần nhiều quá trình thiết kế khác nhau và các thông số của hệ thống Ngoài ra khi số lượng người dùng tăng, dung lượng, vùng phủ cũng tăng lên, vì thế kích thước cell phải thu nhỏ lại Để đảm bảo chính xác về việc lập kế hoạch 3G, cần ước lượng tốt lưu lượng người sử dụng, địa hình, kinh tế và cấu trúc mạng Một khía cạnh quan trọng ảnh hưởng đến việc lập kế hoạch là tốc độ mở rộng, và vùng phủ sóng của mạng 2G hiện có và các mạng 3G khác
Ban đầu đánh giá kế hoạch chi tiết, dung lượng và vùng phủ sóng là 2 vấn đề chính được đề cập Khi mạng hoạt động các thông số cần thiết như số liệu thống kê lưu lượng truy cập, các loại hình dịch vụ, chất lượng dịch vụ (QoS), quá tải cell
/sector, giờ quá tải, tất cả lưu lượng truy cập sẽ được tải về nhà điều hành mạng và
trung tâm vận hành và bảo dưỡng (NOMC) Toàn bộ mạng có thể được điều khiển bởi NOMC - trung tâm kiểm soát mạng Trung tâm này có thể kiểm soát hoạt động của trung tâm bảo trì (OMC), hoặc mạng lưới điều hành trung tâm (NOC) Mô hình chỉnh tuyến và thiết kế lại / tối ưu sau đó sẽ tạo ra 1quá trình liên tục, chịu ảnh hưởng lớn bởi các thông số được đề cập Một khi mạng được mở rộng và hoạt động liên tục, dung lượng tải sẽ tăng lên Nó sẽ phân tích lưu lượng và thống kê truy cập Điều này đảm bảo mạng liên tục được tối ưu hóa và tái lập kế hoạch cho phù hợp với đáp ứng yêu cầu truyền tải như hình vẽ Các bước của quá trình quy hoạch cơ bản gồm các kế hoạch, hoạch định các quá trình và tối ưu mạng, sau đó là thiết kế mạng thực tế Cuối cùng là tối ưu hóa và tái lập kế hoạch cho mạng Đó là 1 quá trình liên tục lặp đi lặp lại
để tính toán tối ưu hóa
Trang 8Hình 1: Quy trình bắt buộc trong quy hoạch và triển khai mạng lưới
1.1 Quá trình quy hoạch mạng vô tuyến
Thứ nhất, nó cần thiết để ước tính số lượng vị trí các cell, các kiểu trạm gốc và cấu hình các trạm (bao gồm số lượng các phần tử mạng, sector, cấu hình anten) Để đạt được các vị trí và cấu hình các trạm chúng ta phải đánh giá được diện tích phủ sóng, dung lượng, và yêu cầu QoS đối với các loại diện tích cần phủ sóng, như khu đô thị dày đặc Với những thông tin này chúng ta có thể bắt đầu quy hoạch phạm vi phủ sóng
và dung lượng mạng Kết quả của quy hoạch vùng phủ và dung lượng sẽ cho chúng ta một con số chính xác về số lượng các vị trí và cấu hình các trạm
Để hiểu được quá trình quy hoạch chúng ta phải tìm hiểu về 3 yếu tố tác động tới quá trình quy hoạch đó là:
a Dung lượng
b Vùng phủ sóng
c Chất lượng dịch vụ
Với mạng 3G quá trình quy hoạch và tối ưu / tái quy hoạch là một quá trình liên lục Khi hoàn thành quy hoạch dung lượng và vùng phủ sóng và một mạng được xây dựng, những thiết bị đầu cuối được đưa vào mạng và cho phép kiểm soát hiệu suất mạng Quá trình này là quá trình liên tục đảm bảo hiệu suất và tối ưu hóa Mục đích của quy hoạch mạng lưới là kiểm soát và tối đa hóa ảnh hưởng của 3 tham số
1.1.1 Dung lượng
Dung lượng W-CDMA là môt vấn đề rất rộng và phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau Ví dụ như nhiều người dùng đăng nhập vào một tế bào và làm tăng tỉ lệ dữ liệu của họ, điều này sẽ làm giảm bớt dung lượng của tế bào Ngoài ra, nếu các yếu tố tải tế bào tăng; sau đó nhiễu sẽ tăng lên điều này cũng sẽ gây áp lực lên dung lượng tế bào
Trang 9Cuối cùng dung lượng mềm là một vấn đề khác cần phải được chú ý, bởi vì trong một
số tình huống các tế bào có thể ít người dùng hơn tế bào khác, dung lượng dư thừa này
có thể được chia sẻ giữa các tế bào Dung lượng mềm sẽ giúp chúng ta tối đa dung lượng của các tế bào
1.1.1.1 Kỹ thuật tăng dung lượng
Một số kĩ thuật để nâng cao dung lượng hữu ích có thể hỗ trợ cho mạng
W-CDMA Phương pháp sử dụng có thể bao gồm Macro, micro, pico cell, có thể chồng phủ lên nhau như là một hệ thống phân cấp tế bào Hệ thống phân cấp tế bào sử dụng 3 loại tế bào khác nhau được biết đến như là cấu trúc thứ bậc tế bào HCS (hierarchical cell structure) HCS là một phương pháp cổ điển để tăng dung lượng tại 1 điểm nóng
Ý tưởng ở đây là sử dụng dải tần số khác nhau cho những người sử dụng khác nhau Tuy nhiên với điều kiện nhà điều hành phải mua đủ phổ tần để tận dụng lợi thế của HCS Ví dụ một nhà điều hành có thể mua 3 phổ tần riêng biệt trong đó 3 phổ tần dành cho đường xuống và 3 phổ tần dành cho đường lên Nhà điều hành có cơ hội chuyển đổi thay thế các tần số trong môi trường đô thị dày đặc, làm giảm nhiễu kênh lân cận ACI, hoặc nhiễu điều hành giao thoa
QUY HOẠCH MẠNG 3G
2010
1.1.1.2 Chuyển giao mềm
Chuyển giao mềm được sử dụng khi nhiều kết nối được kết nối đến nhiều trạm gốc, tất cả đều hoạt động với cùng 1 tần số vô tuyến (RF) Việc sử dụng nhiều kết nối làm giảm công suất từ mỗi trạm gốc phục vụ cho thiết bị người sử dụng Chuyển giao mềm sẽ làm giảm nhiễu và khắc phục sự gia tăng dung lương của tế bào Chuyển giao mềm có thể cung cấp thêm dung lượng cho tế bào Đây là một vấn đề rất quan trong cần phải được chú ý trong việc quy hoạch vùng phủ sóng
1.1.2 Vùng phủ sóng
Vùng phủ sóng sẽ cho phép người sử dụng có thể di chuyển thoải mái từ mạng hiện tại vào các mạng 3G khác Ngoài ra phạm vi phủ sóng sẽ được cung cấp bởi kiểu cấu trúc phân cấp tế bào trong hệ thống Theo đó người dùng sẽ chuyển vùng từ một môi trường picocell, microcell sang môi trường macrocell Mạng UMTS sẽ không độc lập với mạng GSM hiện có mà nó sẽ cùng tồn tại với hệ thống GSM Nhiều thiết bị đầu cuối có thể chuyển đổi từ 2G sang 3G và ngược lại
1.1.2.1 Mục tiêu phủ sóng
Sự đa dạng của các dịch vụ khác nhau sẽ cung cấp các mức phủ sóng do các yếu
tố Eb/No ( energy-per-bit/noise-per-spectral density ) khác nhau, đáp ứng yêu cầu có thể chấp nhận được đối với dịch vụ, tăng độ lợi xử lý và trong trường hợp có hoặc không có chuyển giao mềm xảy ra Trường hợp này sẽ xảy ra trong 1 HCS Theo đó 1
Trang 10tế bào được chồng lên 1 tế bào khác, nhưng cả 2 tế bào đó sử dụng 2 tần số khác nhau
do đó chuyển giao mềm sẽ không được tốt Cuối cùng sự khác nhau về quỹ đường truyền như tạp âm trạm gốc, công suất tạp âm thu… tất cả sẽ ảnh hưởng lên CCQ Độ che phủ phải là mục tiêu đưa vào tính toán bao gồm cả môi trường mà người sử dụng đang dùng, cùng với các thông số tính toán Vùng phủ song đa giác có thể được miêu
tả như là phạm vi phủ sóng bắt buộc Đây là hoạt động cơ sở cho những thử nghiệm có thể được chấp nhận và có lợi cho nhà điều hành Vùng phủ sóng với đô thị dày đặc, khu đô thị và ngoại thành nói chung sẽ tạo thành các vòng tròn đồng tâm xung quanh 1 thị trấn Đối với phạm vi phủ sóng sẽ có lợi hơn nếu như sử dụng 1 danh sách các đường giao thông để phủ sóng, thay vì tạo ra các đa giác để liên kết các thị xã Điều này sẽ cho kết quả khá đa dạng nhưng chúng có thể chồng chéo lên nhau
1.1.2.2 Sector hóa và khả năng thích ứng của chùm tia
Sector hóa là chia các tế bào thành nhiều phần (sector), nó có thể gia tăng dung lượng Ngoài ra để tăng cường vùng phủ sóng nó có thể sử dụng anten thích nghi có
khả năng theo dõi sự di chuyển của UE, nhờ đó tăng vùng phủ sóng thực tế Khi xem xét việc sector hóa hoặc chùm tia anten thích nghi, có thể ước tính ảnh hưởng của mật
độ quang phổ lên công nghệ địa chỉ hóa Nó sẽ phụ thuộc vào các loại sóng vô tuyến
và các thiết bị anten
1.1.3 Quy hoạch chất lượng dịch vụ
Với 3G QoS yêu cầu cao hơn 2G Điều này do có nhiều dịch vụ yêu cầu tốc độ cao, các dịch vụ được cung cấp trên băng thông rộng Các dịch vụ như cuộc gọi video, trao đổi dữ liệu đòi hỏi QoS cao hơn, do đó cần đảm bảo trễ truyền dẫn và chất lượng
có thể chấp nhận được So với dung lượng và vùng phủ sóng, QoS là vấn đề sống còn của hệ thống UMTS do tính chất của các dịch vụ và nhu cầu của thiết bị người dùng