Quy hoạch vô tuyến cho mạng thông tin di động 3g sử dụng công nghệ WCDMA

Chương I Giới thiệu chung 1.1 Quá trình phát triển của thông tin di động Những hệ thống thông tin di động đầu tiên 1G được giới thiệu lần đầu tiên vào những năm 1980 sử dụng công nghệ a

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

HỒ XUÂN VINH

QUY HOẠCH VÔ TUYẾN CHO MẠNG THÔNG TIN DI

ĐỘNG 3G SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ WCDMA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

HỒ XUÂN VINH

QUY HOẠCH VÔ TUYẾN CHO MẠNG THÔNG TIN DI

ĐỘNG 3G SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ WCDMA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGÀNH ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học:

TS PHẠM HẢI ĐĂNG

HÀ NỘI - 2012

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, thị trường mạng viễn thông tại Việt Nam đang phát triển rất nhanh và đang trên đà phát triển lên đỉnh điểm của sự phát triển Các nhà cung cấp viễn thông lớn của đất nước như VNPT, Viettel đều là những doanh nghiệp hàng đầu của Việt Nam Từ tháng 10 năm 2009, mạng 3G đầu tiên tại Việt Nam đã được Vinaphone triển khai và tiếp sau đó Mobiphone và Viettel cũng đã cho ra đời mạng 3G sử dụng công nghệ WCDMA của mình, đến nay các nhà cung cấp di động tại Việt Nam đã chuyển mình tập trung vào khai thác công nghệ 3G/WCDMA Với việc Tập đoàn Viettel chuyển hướng đầu tư ra nước ngoài, nhu cầu về việc quy hoạch và triển khai các hệ thống mạng cần phải được quan tâm nghiên cứu nhiều hơn nữa nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của các nhà khai thác mạng và các điều kiện thực tế phong phú khắp các nước trên thế giới Trên cơ sở đó, kết hợp với thời gian học tập và nghiên cứu tại khoa Điện tử Viễn thông trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, em đã quyết định lựa chọn đề tài cho luận văn tốt nghiệp của mình là: “Quy hoạch vô tuyến cho mạng thông tin di động 3G sử dụng công nghệ WCDMA”

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn TS Phạm Hải Đăng đã tận tình hướng

dẫn, giúp đỡ về kiến thức chuyên môn cũng như cung cấp cho em các tài liệu tham khảo cần thiết để em có thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Hà Nội, tháng 03 năm 2012

Học viên thực hiện

Hồ Xuân Vinh

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Quy hoạch mạng là bước đầu tiên trong việc triển khai một hệ thống thông tin

di động mới Các kết quả đầu ra của quá trình quy hoạch mạng sẽ là căn cứ để triển khai mạng mới trong thực tế do đó quá trình tính toán quy hoạch mạng phải làm một cách cẩn thận và chính xác Đối với hệ thống 3G sử dụng công nghệ WCDMA, quy hoạch mạng bao gồm quy hoạch mạng vô tuyến và quy hoạch mạng lõi Trong luận văn này, chúng ta chỉ tập trung nghiên cứu về các vấn đề khi quy hoạch mạng vô tuyến Nội dung của luận văn chủ yếu nói về các bước để quy hoạch mạng vô tuyến từ việc tính toán quỹ đường truyền vô tuyến, xác định vùng phủ của ô đến định cỡ dung lượng mạng để từ đó tính toán đưa ra số lượng trạm phát cần thiết và cấu hình của từng trạm đó Ở phần cuối, ta thực hiện bài toán cụ thể để quy hoạch mạng vô tuyến cho dự án đầu tư viễn thông tại Cambodia của Tập đoàn Viễn thông Viettel, từ kết quả tính toán và thực tế đo đạc sẽ giúp ta đưa ra các biện pháp để nâng cao chất lượng của bản quy hoạch với thực tế khi triển khai

PROJECT SUMMARY

Network planning is the first step of launch of new mobile communication system The output result of this process will be used in reality, therefore it must be done carefully and accurately With 3G system using WCDMA technology, network planning includes radio network planning and core network planning In this project,

we will focus to research about issues of radio network planning Content of the project mentions about steps of the process from link budget, determined coverage of cell, capacity dimension then suggests quantity and configuration of sites In the last chapter, we’ll calculate results and the measure actually for radio network planning of telecommunication project in Cambodia of Viettel Group, then we’ll find way to improve the quality of the actual planning for the deloymentt

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1 

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 2 

Danh sách bảng biểu 7 

Danh sách hình vẽ 8 

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 9 

Chương I 12 

Giới thiệu chung 12 

1.1  Quá trình phát triển của thông tin di động 12 

1.2  Các hướng phát triển chính lên 3G 13 

1.2.1  Hướng phát triển sử dụng công nghệ WCDMA 14 

1.2.2  Hướng phát triển sử dụng công nghệ Cdma2000 16 

Chương II 18 

Công nghệ WCDMA và hệ thống UMTS 18 

2.1  Tổng quan về công nghệ WCDMA 18 

2.1.1  Nguyên lý trải phổ 18 

2.1.2  Kỹ thuật trải phổ và giải trải phổ 19 

2.1.3  Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã CDMA 20 

2.1.4  Các mã trải phổ 21 

2.2  Hệ thống UMTS 22 

2.2.1  Cấu trúc hệ thống UMTS 22 

2.2.2  Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 23 

2.2.2.1  Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC 24 

2.2.2.2  Node B 25 

2.2.4  Các kiểu kênh trong hệ thống UMTS 25 

2.2.4.1  Các kênh logic 26 

2.2.4.2  Các kênh truyền tải 26 

2.2.4.3  Các kênh vật lý 27 

Chương III 29 

Quy hoạch mạng vô tuyến cho hệ thống WCDMA 29 

3.1  Tính toán vùng phủ của mạng 30 

3.1.1  Tính toán quỹ đường truyền vô tuyến 30 

3.1.1.1  Đánh giá suy hao đường truyền 31 

3.1.1.2  Công suất phát của Node B 32 

3.1.1.3  Công suất phát của UE 33 

3.1.1.4  Hệ số tăng ích của anten 34 

3.1.1.5  Suy hao do feeder 34 

3.1.1.6  Suy hao do cơ thể 35 

3.1.1.7  Tăng ích xử lý 35 

3.1.1.8  Giá trị Eb/No yêu cầu 36 

3.1.1.9  Dự trữ nhiễu 37 

3.1.1.10  Độ nhạy máy thu 38 

3.1.1.11  Tăng ích chuyển giao mềm 40 

3.1.1.12  Dự trữ điều khiển công suất 40 

3.1.1.13  Dự trữ fading 40 

3.1.1.14  Suy hao do đâm xuyên 41 

3.1.1.15  Ví dụ về quỹ đường truyền vô tuyến 41 

3.1.2  Tính toán vùng phủ của ô 43 

3.1.2.1  Mô hình Modified Hata COST231 43 

3.1.2.2  Mô hình truyền sóng chuẩn 44 

3.1.2.3  Tính toán bán kính phục vụ của ô và vùng phủ của ô 46 

3.2  Tính toán dung lượng của mạng 47 

3.2.1  Phân tích dung lượng hướng lên 47 

3.2.1.1  Mô hình hạn chế nhiễu 47 

3.1.1.1  Tham số tải hướng lên 49 

3.2.2  Phân tích dung lượng hướng xuống 49 

3.2.2.1  Tham số tải hướng xuống 49 

3.2.2.2  Công suất phát tổng cộng của Node B 50 

3.2.3  Định cỡ dung lượng mạng 51 

3.2.3.1  Thuật toán Campbell 51 

3.2.3.2  Tính toán số ô cần thiết 52 

Chương IV 52 

Tính toán thực tế quy hoạch mạng 3G/WCDMA 52 

4.1  Quan điểm quy hoạch 53 

4.2  Các phân tích và tính toán chi tiết: 54 

4.2.1.  Tính toán về vùng phủ 54 

4.2.1.1.  Định nghĩa các khu vực thiết kế đặc trưng tại Cambodia 54 

4.2.1.2.  Đo đạc các tổn hao do địa hình tại Cambodia 55 

4.2.1.3.  Danh sách các trạm 2G đang tồn tại: 56 

4.2.2.  Thiết kế Link Budget theo yêu cầu vùng phủ và dung lượng 57 

4.2.3.  Tính toán về dung lượng 62 

4.3.  Tính toán phương án sử dụng 300 trạm 64 

4.4.  Kết quả lựa chọn thiết kế 3G cho dự án Cambodia 65 

4.4.1.  Về độ cao anten thiết kế 65 

4.4.2.  Về góc tilt thiết kế: 67 

4.4.4.  Về cấu hình tần số thiết kế: 67 

4.5.  Hướng phát triển 68 

Tài liệu tham khảo 69 

Danh sách bảng biểu

Bảng 2- 1 Quan hệ giữa S/N và số chip bị cắt bớt……… 22 

Bảng 3- 1 Công suất các kênh dùng chung khi không có dịch vụ HSDPA……… 32

Bảng 3- 2 Công suất các kênh dùng chung khi có dịch vụ HSDPA……….32 

Bảng 3- 3 Các lớp công suất của UE………34 

Bảng 3- 4 Giá trị Eb/No của một số dịch vụ……….37 

Bảng 3- 5 Quỹ đường truyền hướng lên với dịch vụ CS-64K……… 41 

Bảng 3- 6 Quỹ đường truyền hướng xuống với dịch vụ PS-128K………42 

Bảng 3- 7 Hằng số lệch với một số hệ thống………45 

Bảng 3- 8 Giá trị các hệ số ảnh hưởng K trong hệ thống UMTS……….46 

Bảng 3- 9 Giá trị các hệ số K trong tính toán phủ sóng………47 

Bảng 4-1: Xác suất vùng phủ sóng ………54

Bảng 4 -2: Yêu cầu về dung lượng với một số giả định về thuê bao 3G …….…….54

Bảng 4 -3: Các khu vực thiết kế đặc trưng tại Cambodia ……….56

Bảng 4 -4: Tổn hao do địa hình tại Cambodia ……….….57

Bảng 4 -4: Tổn hao do địa hình tại Việt Nam ………57

Bảng 4 -5: Độ cao trạm 2G trong từng khu vực ………58

Bảng 4 -6: Thiết kế Link Budget theo yêu cầu vùng phủ và dung lượng ………… 58

Bảng 4 -7: Tính toán trong khu vực Suburban với chiều cao trung bình Hb=34m 60

Bảng 4 -8: Tính toán số lượng trạm NodeB ……….63

Bảng 4 -9: Lưu lượng dự đoán cho mạng 3G ……… 63

Bảng 4 -10: Phân bổ trạm cho các khu vực ……… 65

Bảng 4 -11: Độ cao cột và vùng phủ sóng ………66

Bảng 4 -12: Độ cao anten cho trạm 3G tại Suburban……… 67

Bảng 4 -13: Cấu hình chi tiết cho 300 NodeB ……….68

Danh sách hình vẽ

Hình 1- 1 Quá trình phát triển lên 3G ………….…… 14 

Hình 1- 2 Quá trình phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA…… 15 

Hình 1- 3 Quá trình phát triển lên 3G sử dụng công nghệ Cdma2000…… 16 

Hình 2- 1 Quá trình trải phổ và giải trải phổ……….……….19

Hình 2- 2 Các công nghệ đa truy nhập……….……….……….20 

Hình 2- 3 Nguyên lý đa truy nhập trải phổ 21 

Hình 2- 4 Quá trình trải phổ và trộn 22 

Hình 2- 5 Cấu trúc đơn giản của hệ thống UMTS 23 

Hình 2- 6 Cấu trúc mạng UTRAN 23 

Hình 2- 7 Chuyển đổi giữa các kênh logic và kênh truyền tải 27 

Hình 2- 8 Chuyển đổi giữa các kênh truyền tải và kênh vật lý 28 

Hình 3- 1 Quá trình quy hoạch mạng……… 29

Hình 3- 2 Quỹ đường truyền vô tuyến trong WCDMA 31 

Hình 3- 3 Công suất phát của của các kênh logic 33 

Hình 3- 4 Tăng ích xử lý với các dịch vụ khác nhau 36 

Hình 3- 5 Sự phụ thuộc dự trữ nhiễu với tải của Node B .38 

Hình 3- 6 Tín hiệu và nhiễu tại đầu vào và đầu ra của bộ khuếch đại 39 

Hình 3- 7 Mô hình suy hao đâm xuyên 41 

Hình 3- 8 Quan hệ giữa công suất phát và số người dùng cho phép .51 

Hình 4 -1: Hình minh họa công thức tính vùng phủ sóng ………62

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

A

ACCH Associated Control Channel

AICH Acquisition Indicator Channel

B

BCCH Broadcast Control Channel

BCH Broadcast Channel

BER Bit Error Ratio

BSC Base Station Controler

BSS Base Station Subsystem

BTS Base Tranceiver Station

C

CCCH Common Control Channel

CDMA Code Division Multiple Access

CCCH Common Control Chanel

CCPCH Common Control Physical Chanel

CPCCH Common Power Control Chanel

CPCH Common Packet Chanel

CPICH Common Pilot Chanel

D

DCCH Dedicated Control Channel

DPCCH Dedicated Physical Control Chanel

DPCH Dedicated Physical Chanel

DPDCH Dedicated Physical Data Chanel

DTCH Dedicated Traffic Chanel

DSCH Downlink Shared Chanel

E

EDGE Enhanced Data rate for GSM Evolution

F

FACCH Fast Associated Control Channel

FACH Forward Access Chanel

FAUSCH Fast Uplink Signalling Chanel

FCCCH Forward Common Control Chanel

FCCH Frequency Correction Channel

FDD Frequency Division Duplex

FDMA Frequence Division Multiple Access

FDCCH Forward Dedicated Control Chanel

G

GSM Global System for Mobile Communication

GPRS General Packet Radio Services

H

HSDPA High-speed Downlink Packet Access

HS-DPCCH High-speed Dedicated Physical Control Channel (UL)

HS-DSCH High-speed DSCH

HS-PDSCH High-speed Physical DSCH

HS-SCCH High-speed Shared Control Channel (DL)

I

IMT-2000 International Mobile Telecommunication

IS-54 Interim Standard 54

IS-136 Interim Standard 136

IS-95A Interim Standard 95A

ISDN Integrated Servive Digital Network

ITU-R International Mobile Telecommunication Union Radio Sector

L

LAC Link Access Control

LAI Location Area Indentify

PAGCH Paging and Access

PCCH Paging Control Chanel

PCH Paging Channel

PCPCH Physical Common Packet Chanel

PLMN Public Land Mobile Network

PSTN Public Switched Telephone Network

R

RACH Random Access Channel

RNC Radio Network Controler

S

SCH Synchronization Channel

SDCCH Stand alone Dedicated Control Channel

SDMA Space Division Multiple Access

T

TACH Traffic and Associated Channel

TCH Traffic Channel

TDMA Time Division Multiple Access

TDD Time Division Duplex

U

UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network

UMTS Universal Mobile Telecommunnication System

W

WCDMA Wideband Code Division Multiplex Access

Chương I Giới thiệu chung

1.1 Quá trình phát triển của thông tin di động

Những hệ thống thông tin di động đầu tiên (1G) được giới thiệu lần đầu tiên vào những năm 1980 sử dụng công nghệ analog sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) để truyền kênh thoại trên sóng vô tuyến đến thuê bao di động Đặc trưng của hệ thống 1G: dung lượng thấp, kỹ thuật chuyển mạch tương tự, chất lượng cuộc gọi kém, không có chế độ bảo mật Hệ thống 1G sử dụng phương pháp đa truy nhập đơn giản và không thỏa mãn được nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung lượng và chất lượng

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 (2G) ra đời vào những năm đầu 1990 ở châu Âu có tên gọi là GSM sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) Với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động 2G lúc đó đã đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số

Hệ thống 2G ngoài khả năng cung cấp dịch vụ thoại truyền thống, còn có khả năng cung cấp một số dịch vụ dữ liệu và các dịch vụ bổ xung khác Tất cả các hệ thống 2G đều sử dụng kỹ thuật điều chế số và sử dụng 2 phương pháp đa truy nhập phổ biến: đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về các dịch vụ của hệ thống thông tin di động, nhất là các dịch vụ truyền số liệu đòi hỏi các nhà khai thác phải đưa ra hệ thống thông tin di động mới Trước bối cảnh đó hiệp hội viễn thông quốc tế ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ ba (3G) với với tên gọi là IMT- 2000 (Internaltional Mobile Telecommunications 2000) Các tiêu chí chung để xây dựng IMT- 2000 như sau:

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

- Đường lên 1885 – 2025 MHz

- Đường xuống 2110 – 2200 MHz

9 Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các hình 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

9 Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau như :

9 Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện

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

9 Có khả năng chuyển vùng toàn cầu

9 Có khả năng sử dụng giao thức Internet

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

Môi trường hoạt động của IMT- 2000 được chia thành bốn vùng có tốc độ bit phục vụ như sau :

- Vùng 1 : trong nhà, pico cell với tốc độ 2 Mbps

- Vùng 2 : thành phố, micro cell với tốc độ 384 Mbps

- Vùng 3 : ngoại ô, macro cell với tốc độ144 Kbps

- Vùng 4 : toàn cầu, với tốc độ 9,6 Kbps

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

ƒ WCDMA được xây dựng trên cơ sở cộng tác của Châu Âu và Nhật Bản

ƒ Cdma2000 do Mỹ xây dựng

1.2 Các hướng phát triển chính lên 3G 

Trong quá trình phát triển lên 3G, trên thực tế chỉ có 2 tiêu chuẩn quan trọng

giới là WCDMA (FDD) và Cdma2000 WCDMA được phát triển trên cơ sở tương thích với giao thức của mạng lõi GSM (GSM MAP), một hệ thống chiếm tới 65% thị trường thế giới Còn Cdma2000 nhằm tương thích với mạng lõi IS-41, hiện chiếm 15% thị trường Quá trình phát triển lên 3G cũng sẽ tập trung vào 2 hướng chính này,

có thể được tóm tắt trong hình 1.1

Hình 1- 1 Quá trình phát triển lên 3G

1.2.1 Hướng phát triển sử dụng công nghệ WCDMA

WCDMA là một tiêu chuẩn thông tin di động 3G của IMT-2000 được phát triển chủ yếu ở Châu Âu với mục đích cho phép các mạng cung cấp khả năng chuyển vùng toàn cầu và để hỗ trợ nhiều dịch vụ thoại, dịch vụ đa phương tiện Các mạng WCDMA được xây dựng dựa trên cơ sở mạng GSM, tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có của các nhà khai thác mạng GSM Quá trình phát triển từ GSM lên CDMA qua các giai đoạn trung gian, có thể được tóm tắt trong sơ đồ sau đây:

Hình 1- 2 Quá trình phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA

GPRS:

GPRS là một hệ thống vô tuyến thuộc giai đoạn trung gian, nhưng vẫn là hệ thống 3G nếu xét về mạng lõi GPRS cung cấp các kết nối số liệu chuyển mạch gói với tốc

độ truyền lên tới 171,2Kbps (tốc độ số liệu đỉnh) và hỗ trợ giao thức Internet TCP/IP

và X25, nhờ vậy tăng cường đáng kể các dịch vụ số liệu của GSM

Công việc tích hợp GPRS vào mạng GSM đang tồn tại là một quá trình đơn giản Một phần các khe trên giao diện vô tuyến dành cho GPRS, cho phép ghép kênh

số liệu gói được lập lịch trình trước đối với một số trạm di động Phân hệ trạm gốc chỉ

cần nâng cấp một phần nhỏ liên quan đến khối điều khiển gói (PCU- Packet Control

Unit) để cung cấp khả năng định tuyến gói giữa các đầu cuối di động các nút cổng

(gateway) Một nâng cấp nhỏ về phần mềm cũng cần thiết để hỗ trợ các hệ thống mã

hoá kênh khác nhau

Mạng lõi GSM được tạo thành từ các kết nối chuyển mạch kênh được mở rộng bằng cách thêm vào các nút chuyển mạch số liệu và gateway mới, được gọi là GGSN (Gateway GPRS Support Node) và SGSN (Serving GPRS Support Node) GPRS là một giải pháp đã được chuẩn hoá hoàn toàn với các giao diện mở rộng và có thể chuyển thẳng lên 3G về cấu trúc mạng lõi

EDGE:

EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) là một kỹ thuật truyền dẫn

3G đã được chấp nhận và có thể triển khai trong phổ tần hiện có của các nhà khai thác TDMA và GSM EDGE tái sử dụng băng tần sóng mang và cấu trúc khe thời gian của GSM, và được thiết kế nhằm tăng tốc độ số liệu của người sử dụng trong mạng GPRS hoặc HSCSD bằng cách sử dụng các hệ thống cao cấp và công nghệ tiên tiến khác Vì vậy, cơ sở hạ tầng và thiết bị đầu cuối hoàn toàn phù hợp với EDGE hoàn toàn tương thích với GSM và GRPS

WCDMA hay UMTS/FDD:

WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là một công nghệ truy nhập vô tuyến được phát triển mạnh ở Châu Âu Hệ thống này hoạt động ở chế độ FDD và dựa trên kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS- Direct Sequence Spectrum)

sử dụng tốc độ chip 3,84Mcps bên trong băng tần 5MHz Băng tần rộng hơn và tốc độ trải phổ cao làm tăng độ lợi xử lý và một giải pháp thu đa đường tốt hơn, đó là đặc điểm quyết định để chuẩn bị cho IMT-2000

WCDMA hỗ trợ trọn vẹn cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói tốc

độ cao và đảm bảo sự hoạt động đồng thời các dịch vụ hỗn hợp với chế độ gói hoạt động ở mức hiệu quả cao nhất Hơn nữa WCDMA có thể hỗ trợ các tốc độ số liệu khác nhau, dựa trên thủ tục điều chỉnh tốc độ

Chuẩn WCDMA hiện thời sử dụng phương pháp điều chế QPSK, một phương pháp điều chế tốt hơn 8-PSK, cung cấp tốc độ số liệu đỉnh là 2Mbps với chất lượng truyền tốt trong vùng phủ rộng

WCDMA là công nghệ truyền dẫn vô tuyến mới với mạng truy nhập vô tuyến

mới, được gọi là UTRAN, bao gồm các phần tử mạng mới như RNC (Radio Network

Controller) và NodeB (tên gọi trạm gốc mới trong UMTS)

Tuy nhiên mạng lõi GPRS/EDGE có thể được sử dụng lại và các thiết bị đầu cuối hoạt động ở nhiều chế độ có khả năng hỗ trợ GSM/GPRS/EDGE và cả WCDMA

1.2.2 Hướng phát triển sử dụng công nghệ Cdma2000

Hệ thống Cdma2000 gồm một số nhánh hoặc giai đoạn phát triển khác nhau để

hỗ trợ các dịch vụ phụ được tăng cường Nói chung Cdma2000 là một cách tiếp cận đa sóng mang cho các sóng có độ rộng n lần 1,25MHz hoạt động ở chế độ FDD Nhưng công việc chuẩn hoá tập trung vào giải pháp một sóng mang đơn 1,25MHz (1x) với tốc

độ chip gần giống IS-95 Cdma2000 được phát triển từ các mạng IS-95 của hệ thống thông tin di động 2G, có thể mô tả quá trình phát triển trong hình vẽ sau:

Hình 1- 3 Quá trình phát triển lên 3G sử dụng công nghệ Cdma2000

1x mới chỉ cho phép tốc độ số liệu đỉnh lên tới 153,6kbps Những cải thiện so với

IS-95 đạt được nhờ đưa vào một số công nghệ tiên tiến như điều chế QPSK và mã hoá Turbo cho các dịch vụ số liệu cùng với khả năng điều khiển công suất nhanh ở đường xuống và phân tập phát

Cdma2000 1xEV-DO:

1xEV-DO, được hình thành từ công nghệ HDR (High Data Rate) của Qualcomm, được chấp nhận với tên này như là một tiêu chuẩn thông tin di động 3G vào tháng 8 năm 2001 và báo hiệu cho sự phát triển của giải pháp đơn sóng mang đối với truyền số liệu gói riêng biệt

Nguyên lý cơ bản của hệ thống này là chia các dịch vụ thoại và dịch vụ số liệu tốc độ cao vào các sóng mang khác nhau 1xEV-DO có thể được xem như một mạng

số liệu “xếp chồng”, yêu cầu một sóng mang riêng Để tiến hành các cuộc gọi vừa có thoại, vừa có số liệu trên cấu trúc “xếp chồng” này cần có các thiết bị hoạt động ở 2

chế độ 1x và 1xEV-DO

Cdma2000 1xEV-DV:

Trong công nghệ 1xEV-DO có sự dư thừa về tài nguyên do sự phân biệt cố định tài nguyên dành cho thoại và tài nguyên dành cho số liệu Do đó, CDG, nhóm phát triển CDMA, khởi đầu pha thứ ba của cdma2000 đưa các dịch vụ thoại và số liệu quay

về chỉ dùng một sóng mang 1,25MHz và tiếp tục duy trì sự tương thích ngược với 1xRTT Tốc độ số liệu cực đại của người sử dụng lên tới 3,1Mbps tương ứng với kích thước gói dữ liệu 3940 bit trong khoảng thời gian 1,25ms

Mặc dù kỹ thuật truyền dẫn cơ bản được định hình, vẫn có nhiều đề xuất công nghệ cho các thành phần chưa được quyết định kể cả tiêu chuẩn cho đường xuống của 1xEV-DV

Chương II Công nghệ WCDMA và hệ thống UMTS

2.1 Tổng quan về công nghệ WCDMA

2.1.1 Nguyên lý trải phổ

Các hệ thống số được thiết kế để tận dụng dung lượng một cách tối đa Theo nguyên lý dung lượng kênh truyền của Shannon được mô tả trong (2.1), rõ ràng dung lượng kênh truyền có thể được tăng lên bằng cách tăng băng tần kênh truyền

C = B log2(1+S/N) (2.1) Trong đó:

B: là băng thông (Hz)

C: là dung lượng kênh (bit/s)

S: là công suất tín hiệu (W)

N: là công suất tạp âm (W)

Vì vậy, Đối với một tỉ số S/N cụ thể (SNR), dung lượng tăng lên nếu băng thông sử dụng để truyền tăng CDMA là công nghệ thực hiện trải tín hiệu gốc thành tín hiệu băng rộng trước khi truyền đi CDMA thường được gọi là Kỹ thuật đa truy nhập

trải phổ (SSMA).Tỷ số độ rộng băng tần truyền thực với độ rộng băng tần của thông tin cần truyền được gọi là độ lợi xử lý (G P ) hoặc là hệ số trải phổ

GP = Bt / Bi hoặc GP = B/R (2.2) Trong đó:

Bt :là độ rộng băng tần truyền thực tế

Bi: độ rộng băng tần của tín hiệu mang tin

B: là độ rộng băng tần RF

R: là tốc độ thông tin

Mối quan hệ giữa tỷ số S/N và tỷ số Eb/I0, trong đó Eb là năng lượng trên một bit, và I0 là mật độ phổ năng lượng tạp âm, thể hiện trong công thức sau :

p

b b

G I

E B I

R E N

0 0

Trong CDMA, mỗi người sử dụng được gán một chuỗi mã duy nhất (mã trải phổ) để trải tín hiệu thông tin thành một tín hiệu băng rộng trước khi truyền đi Bên thu biết được chuỗi mã của người sử dụng đó và giải mã để khôi phục tín hiệu gốc

2.1.2 Kỹ thuật trải phổ và giải trải phổ

Trải phổ và giải trải phổ là hoạt động cơ bản nhất trong các hệ thống

DS-CDMA Dữ liệu người sử dụng ngụ ý là chuỗi bit được điều chế BPSK có tốc độ là R Hoạt động trải phổ chính là nhân mỗi bit dữ liệu người sử dụng với một chuỗi n bit

mã, được gọi là các chip Ở đây, ta lấy n=8 thì hệ số trải phổ là 8, nghĩa là thực hiện điều chế trải phổ BPSK Kết quả tốc độ dữ liệu là 8xR và có dạng xuất hiện ngẫu nhiên

(giả nhiễu) như là mã trải phổ Việc tăng tốc độ dữ liệu lên 8 lần đáp ứng việc mở rộng (với hệ số là 8) phổ của tín hiệu dữ liệu người sử dụng được trải ra Tín hiệu băng rộng này sẽ được truyền qua các kênh vô tuyến đến đầu cuối thu

Hình 2- 1 Quá trình trải phổ và giải trải phổ

Trong quá trình giải trải phổ, các chuỗi chip/dữ liệu người sử dụng trải phổ được nhân từng bit với cùng các chip mã 8 đã được sử dụng trong quá trình trải phổ Như trên hình vẽ tín hiệu người sử dụng ban đầu được khôi phục hoàn toàn

2.1.3 Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã CDMA

Một mạng thông tin di động là một hệ thống nhiều người sử dụng, trong đó một

số lượng lớn người sử dụng chia sẻ nguồn tài nguyên vật lý chung để truyền và nhận thông tin Dung lượng đa truy nhập là một trong các yếu tố cơ bản của hệ thống Kỹ thuật trải phổ tín hiệu cần truyền đem lại khả năng thực hiện đa truy nhập cho các hệ thống CDMA Trong lịch sử thông tin di động đã tồn tại các công nghệ đa truy nhập khác nhau : TDMA, FDMA và CDMA Sự khác nhau giữa chúng được chỉ ra trong Hình 2-2:

Hình 2- 2 Các công nghệ đa truy nhập

Trong hệ thống đa truy nhập theo tần số FDMA, các tín hiệu cho các người sử dụng khác nhau được truyền trong các kênh khác nhau với các tần số điều chế khác nhau Trong hệ thống đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA, các tín hiệu của người sử dụng khác nhau được truyền đi trong các khe thời gian khác nhau Với các công nghệ khác nhau, số người sử dụng lớn nhất có thể chia sẻ đồng thời các kênh vật

lý là cố định Tuy nhiên trong hệ thống CDMA, các tín hiệu cho người sử dụng khác nhau được truyền đi trong cùng một băng tần tại cùng một thời điểm Mỗi tín hiệu người sử dụng đóng vai trò như là nhiễu đối với tín hiệu của người sử dụng khác, do

đó dung lượng của hệ thống CDMA gần như là mức nhiễu, và không có con số lớn nhất cố định, nên dung lượng của hệ thống CDMA được gọi là dung lượng mềm

Hình 2-3 chỉ ra ví dụ làm thế nào 3 người sử dụng có thể truy nhập đồng thời trong một hệ thống CDMA

Hình 2- 3 Nguyên lý đa truy nhập trải phổ

Tại bên thu, người sử dụng 2 sẽ giải trải phổ tín hiệu thông tin của nó trở lại tín hiệu băng hẹp, chứ không phải tín hiệu của bất cứ người nào khác Bởi vì sự tương quan chéo giữa mã của người sử dụng mong muốn và các mã của người sử dụng khác

là rất nhỏ : việc tách sóng kết hợp sẽ chỉ cấp năng lượng cho tín hiệu mong muốn và một phần nhỏ cho tín hiệu của người sử dụng khác và băng tần thông tin

Độ lợi xử lý và đặc điểm băng rộng của quá trình xử lý đem lại nhiều lợi ích cho các hệ thống CDMA, như hiệu suất phổ cao và dung lượng mềm Tuy nhiên, tất cả những lợi ích đó yêu cầu việc sử dụng kỹ thuật điều khiển công suất nghiêm ngặt và chuyển giao mềm, để tránh cho tín hiệu của người sử dụng này che thông tin của người sử dụng khác

2.1.4 Các mã trải phổ

Trong hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS, các bit dữ liệu được mã hoá với một chuỗi bit giả ngẫu nhiên (PN) Mạng vô tuyến UMTS mạng sử dụng một tốc độ chip cố định là 3.84Mcps đem lại một băng thông sóng mang xấp xỉ 5MHz Dữ liệu được gửi qua giao diện vô tuyến WCDMA được mã hoá 2 lần trước khi được điều chế

và truyền đi Quá trình này được mô tả trong hình vẽ sau:

Hình 2- 4 Quá trình trải phổ và trộn

Như vậy trong quá trình trên có hai loại mã được sử dụng là mã trộn và mã định kênh

• Mã định kênh: là các mã hệ số trải phổ biến đổi trực giao OVSF giữ tính trực

giao giữa các kênh có các tốc độ và hệ số trải phổ khác nhau Các mã lựa chọn được xác định bởi hệ số trải phổ Cần phải chú ý rằng: Một mã có thể được sử dụng trong cell khi và chỉ khi không có mã nào khác trên đường dẫn từ một mã cụ thể đến gốc của cây mã hoặc là trên một cây con phía dưới mã đó được sử dụng trong cùng một cell

Có thể nói tất cả các mã được chọn lựa sử dụng hoàn toàn theo quy luật trực giao

• Mã trộn Mã trộn được sử dụng trên đường xuống là tập hợp chuỗi mã Gold

Các điều kiện ban đầu dựa vào số mã trộn n Chức năng của nó dùng để phân biệt các trạm gốc khác nhau Thông qua mô phỏng, n được xác định là tỉ số giữa tự tương quan

và tương quan chéo khi thay đổi số chip bị cắt bớt do thay đổi tỉ số S/N Kết quả được

chỉ ra trong bảng 2-1

Bảng 2- 1 Quan hệ giữa S/N và số chip bị cắt bớt

Có hai loại mã trộn trên đường lên , chúng dùng để duy trì sự phân biệt giữa các máy di động khác nhau Cả hai loại đều là mã phức Mã thứ nhất là mã hoá Kasami rất rộng Loại thứ hai là mã trộn dài đường lên thường được sử dụng trong cell không phát hiện thấy nhiều người sử dụngtrong một trạm gốc Đó là chuỗi mã Gold có chiều dài là

241-1

2.2 Hệ thống UMTS

2.2.1 Cấu trúc hệ thống UMTS

Hệ thống UMTS sử dụng cấu trúc tương tự như hệ thống thông tin di động thế

hệ thứ 2 Cấu trúc hệ thống UMTS bao gồm các phần tử mạng logic và các giao diện, mỗi phần tử có một chức năng xác định Về mặt chức năng có thể chia hệ thống UMTS làm 2 thành phần chính: mạng truy nhập vô tuyến UTRAN và mạng lõi CN,

trong đó UTRAN thực hiện các chức năng liên quan đến vô tuyến còn CN thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi và kết nối giữ liệu Bên cạnh đó hệ thống UMTS còn có thành phần thiết bị người dùng UE (USIM+ME) giao tiếp với hệ thống thông qua giao diện vô tuyến

Hình 2- 5 Cấu trúc đơn giản của hệ thống UMTS

Trong giới hạn của luận văn, chúng ta chỉ tìm hiểu cấu trúc của mạng truy nhập

vô tuyến UTRAN

2.2.2 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN

UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network) là mạng truy nhập vô tuyến,

thực hiện các chức năng liên quan đến truy nhập vô tuyến đặc biệt là yêu cầu hỗ trợ chuyển giao mềm và các thuật toán quản lý tài nguyên đặc thù của WCDMA Cấu tạo của UTRAN được miêu tả như ở Hình 2-6

Hình 2- 6 Cấu trúc mạng UTRAN

Uu

Iu

UTRAN bao gồm một hay nhiều phân hệ mạng vô tuyến RNS (Radio Network

Subsystem) Mỗi RNS là một mạng con bao gồm một bộ điều khiển mạng vô tuyến

RNC (Radio Network Controller) và một hay nhiều node B

Các chức năng chính của UTRAN 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

2.2.2.1 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 là 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 ngẽn cho các ô của mình Khi một MS UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên vô tuyến từ nhiều RNC thì các RNC này sẽ có hai vai trò logic riêng bịêt

- RNC phục vụ (Serving RNC): SRNC đối với một MS là RNC kết cuối cả đường

nối Iu để truyền số liệu người sử dụng và báo hiệu RANAP (phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến) tương ứng từ mạng lõi SRNC cũng là kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến Nó thực hiện xử lý số liệu truyền từ lớp kết nối số liệu tới các tài nguyên vô tuyến SRNC cũng là CRNC của một node

B nào đó được sử dụng để MS kết nối với UTRAN

- RNC trôi (Drif RNC): DRNC là một RNC bất kỳ khác với SRNC để điều khiển

các ô được MS sử dụng Khi cần DRNC có thể thực hiện kết hợp và phân tập vĩ

mô DRNC không thực hiện xử lý số liệu trong lớp kết nối số liệu mà chỉ định tuyến số liệu giữa các giao diện IUb và IUr Một UE có thể không có hoặc có một hay nhiều DRNC

2.2.2.2 Node B

Chức năng chính của Node B là thực hiện xữ lý trên lớp vật lý của giao diện vô tuyến như mã hóa kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ…Nó cũng thực hiện phần khai thác quản lý tài nguyên vô tuyến như điều khiển công suất vòng trong Về phần chức năng nó giống như trạm gốc BTS của hệ thống GSM

2.2.3 Các giao diện mở chính trong hệ thống UMTS

Các giao diện mở chính trong UMTS bao gồm:

- Giao diện Cu: Đây là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME Giao diện này tuân theo một khuôn dạng tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh

- Giao diện Uu: Đây là giao diện vô tuyến của WCDMA Uu là giao diện mà qua

đó UE truy nhập các phần tử cố định của hệ thống và vì thế nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS

- Giao diện Iu: Giao diện này nối UTRAN với CN Giao diện Iu cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau trên một hệ thống mạng duy nhất

- Giao diện Iur: Giao diện mở Iur cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau

- Giao diện Iub: Giao diện này kết nối một node B với một RNC UMTS là hệ thống thông tin di động đầu tiên trong đó giao diện giữa bộ điều khiển và trạm gốc được tiêu chuẩn hóa như là một giao diện mở hoàn toàn Giống như các giao diện mở khác, Iub cho phép sự cạnh tranh giữa các nhà sản xuất trong lĩnh vực này

2.2.4 Các kiểu kênh trong hệ thống UMTS

Các kênh của hệ thống UMTS được chia thành các loại kênh sau đây:

- Kênh vật lý (PhCH): Kênh mang số liệu trên giao diện vô tuyến Mỗi PhCH có

một trải phổ mã định kênh duy nhất để phân biệt với kênh khác Một người sử dụng tích cực có thể sử dụng các PhCH riêng, chung hoặc cả hai Kênh riêng là

kênh PhCH dành riêng cho một UE còn kênh chung được chia sẻ giữa các UE trong một ô

- Kênh truyền tải (TrCH): Kênh do lớp vật lý cung cấp cho lớp 2 để truyền số liệu Các kênh TrCH được sắp xếp lên các PhCH

- Kênh logic (LoCH): Kênh được lớp con MAC của lớp 2 cung cấp cho lớp cao

hơn Kênh LoCH được xác định bởi kiểu thông tin mà nó truyền

2.2.4.1 Các kênh logic

Nói chung các kênh logic (LoCH: Logical Channel) được chia thành hai nhóm: các kênh điều khiển (CCH: Control Channel) để truyền thông tin điều khiển và các kênh lưu lượng (TCH: Traffic Channel) để truyền thông tin của người sử dụng

- Các kênh điều khiển bao gồm:

• Kênh điều khiển quảng bá (BCCH): Kênh đường DL, phát quảng bá thông tin của hệ thống

• Kênh điều khiển tìm gọi (PCCH): Kênh đường DL, phát quảng bá thông tin tìm gọi

• Kênh điều khiển riêng (DCCH): Kênh hai chiều, phát thông tin điều khiển giữa một UE và mạng

• Kênh điều khiển chung (CCCH): Kênh hai chiều, phát thông tin điều khiển giữa nhiều UE và mạng

- Các kênh lưu lượng bao gồm:

• Kênh lưu lượng riêng (DTCH): Kênh hai chiều, dành riêng cho một UE để truyền thông tin người dùng

• Kênh lưu lượng chung (CTCH): Kênh hai chiều, truyền thông tin của một

UE cho một, một nhóm hoặc tất cả người dùng

2.2.4.2 Các kênh truyền tải

Các kênh truyền tải bao gồm:

- Kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH): Kênh chung đường UL, để phát thông tin điều khiển và số liệu người dùng

- Kênh gói chung (CPCH): Kênh chung đường UL để phát số liệu người dùng

- Kênh dành riêng (DCH): Kênh hai chiều ấn định riêng cho người dùng đề phát

số liệu

- Kênh quảng bá (BCH): Kênh chung đường DL để phát thông tin quảng bá

- Kênh truy nhập đường xuống (FACH): Kênh chung đường DL để phát thông tin điều khiển và số liệu người dùng

- Kênh tìm gọi (PCH): Kênh chung đường DL để phát tín hiệu tìm gọi

Sự chuyển đổi giữa kênh logic và kênh truyền tải được biểu diễn ở Hình 2-7:

Hình 2- 7 Chuyển đổi giữa các kênh logic và kênh truyền tải

2.2.4.3 Các kênh vật lý

Một kênh vật lý được coi là tổ hợp của tần số, mã ngẫu nhiên, mã định kênh và

cả pha tương đối (đối với đường lên) Kênh vật lý (Physical Channel) bao gồm các kênh vật lý riêng (DPCH: Dedicated Physical channel) và kênh vật lý chung (CPCH: Common Physical Channel)

- Các kênh vật lý riêng bao gồm:

• Kênh vật lý số liệu riêng (DPDCH): Mang dữ liệu từ UE tới Node B

• Kênh vật lý điều khiển riêng (DPCCH): Mang thông tin điều khiển tử UE tới Node B

- Các kênh vật lý chung bao gồm:

• Kênh hoa tiêu chung (CPICH): Mang thông tin mã Scambling

• Kênh kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp (PCCPCH): Mang thông tin quảng bá của hệ thống

• Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp (SCCPCH): Mang thông tin của kênh tìm gọi và kênh truy nhập cho phép

• Kênh đồng bộ (SCH): Dùng để đồng bộ khe thời gian, đồng bộ khung và tìm kiếm mã Scambling

• Kênh vật lý chia sẻ đường xuống (PDSCH): Dùng để mang kênh truyền tải DSCH

• Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên (PRACH): Dùng để mang kênh truyền tải RACH

• Kênh vật lý gói chung (PCPCH): Dùng để mang kênh truyền tải CPCH

• Kênh chỉ thị bắt (AICH): Sử dụng để điều khiển truy nhập ngẫu nhiên của PRACH

• Kênh chỉ thị tìm gọi (PICH): mang thông tin để tìm kiếm một UE

Chuyển đổi giữa kênh truyền tải và kênh vật lý được biểu diễn như Hình 2-8:

Hình 2- 8 Chuyển đổi giữa các kênh truyền tải và kênh vật lý

Chương III Quy hoạch mạng vô tuyến cho hệ thống WCDMA

Cũng giống như quá trình triển khai mạng vô tuyến trong các hệ thống 2G, việc triển khai mạng vô tuyến WCDMA có thể được chia làm ba giai đoạn chính Đầu tiên, mạng cần được tính toán, quy hoạch với những giả thiết đầu bài thiết kế để có thể đưa

ra được các thông số chính cần thiết cho quá trình triển khai mạng như quy mô mạng, dung lượng, vùng phủ cũng như các loại dịch vụ mà mạng sẽ cung cấp Sau đó là triển khai mạng dựa trên các tính toán và thiết kế ở bước đầu tiên, cuối cùng là lúc bắt đầu quá trình tối ưu mạng sau khi đã triển khai nhằm đảm bảo mạng sẽ hoạt động tốt khi chính thức đưa vào hoạt động Trong giới hạn của luận văn, chúng ta sẽ chỉ tập trung nghiên cứu giai đoạn đầu tiên của việc triển khai hệ thống mạng vô tuyến WCDMA đó

là tính toán vùng phủ,dung lượng và cuối cùng là ước lượng số lượng các trạm thu phát sóng của hệ thống để đưa ra được một phương án tối ưu trong quá trình quy hoạch mạng Sau khi kết thúc giai đoạn này, ta có thể tính được một cách tương đối chính xác mật độ trạm thu phát sóng cần thiết và cấu hình của các trạm tại các vùng quan tâm

- Các yêu cầu về phủ sóng

- Các yêu cầu về dung lượng

- Các yêu cầu về chất lượng

- Kiểu vùng, môi trường truyền sóng vô tuyến

Định cỡ mạng

- Hoạch định vùng phủ và dung lượng

- Tính toán thông

số chất lượng của mạng

đo được

Hình 3- 1 Quá trình quy hoạch mạng

Trong hệ thống WCDMA, tất cả các thuê bao đều sử dụng chung một tần số, do

toán vùng phủ và dung lượng phải được tính toán đồng thời và cân bằng vì việc tăng vùng phủ sẽ làm tăng nhiễu, ảnh hưởng đến dung lượng của hệ thống còn việc giảm nhiễu có thể làm giảm vùng phủ của hệ thống Ngoài ra, sự đa dạng của các dịch vụ cung cấp cũng yêu cầu quá trinh quy hoạch cần phải tính toán đến một số chỉ tiêu tương ứng với từng dịch vụ Đối với mỗi dịch vụ, các chỉ tiêu về chất lượng dịch vụ QoS sẽ được thiết lập cho phù hợp, trong thực tế các yêu cầu này sẽ quyết định mật độ trạm

3.1 Tính toán vùng phủ của mạng

Trong phần này, chúng ta sẽ tập trung nghiên cứu về quỹ đường truyền vô tuyến trên cả hướng lên và hướng xuống của WCDMA Kết quả của việc tính toán này cho ta biết được tổn hao đường truyền lớn nhất cho phép, từ đó sẽ quyết định được phạm vi hoạt động của một ô tế bào và tính được số trạm thu phát sóng cần thiết Có một số điểm khác của WCDMA trong việc tính toán quỹ đường truyền so với các hệ thống truy nhập vô tuyến dựa trên TDMA/FDMA như GSM Nó bao gồm dự trữ sự thay đổi nhiễu, dự trự fadinh nhanh, việc tăng công suất phát trong điều khiển công suất và hệ số khuếch đại chuyển giao mềm

Trong quá trình tính toán, ta cần phải sử dụng một số giả thiết cũng như mô hình tính toán đã được chấp nhận rộng rãi trên thế giới Các giả thiết này tập trung vào một số kịch bản tương ứng với từng vùng triển khai mạng Sự chính xác trong việc tính toán phụ thuộc vào các giả thiết và các thông số trong mô hình tính toán Một giả thiết quan trọng nữa khi tính toán là sự đồng nhất các thông số trên tất cả các ô tế bào của mạng Tuy nhiên, trong thực tế khi một mạng được triển khai, sự đồng nhất giữa các ô là khó có thể đạt được do nhiễu thay đổi đối với mỗi người dùng và mỗi ô bởi vì

sự khác nhau giữa các nhà sản xuất thiết bị người dùng (UE), việc điều khiển công suất không hoàn hảo, các điều kiện kênh truyền khác nhau, các cấu hình thông số vô tuyến (RF) khác nhau và các tốc độ bit của từng loại dịch vụ khác nhau

3.1.1 Tính toán quỹ đường truyền vô tuyến

Việc tính toán quỹ đường truyền có thể được định nghĩa một cách đơn giản là việc tính toán tất cả các tổn hao cũng như tăng ích của tất cả các phần tử trong liên kết

truyền tin Nó sẽ tính toán vùng phủ và dung lượng hệ thống bằng cách xem xét và phân tích tất cả các loại nhân tố ảnh hưởng trong đường truyền của cả tín hiệu hướng lên và hướng xuống, sau đó sẽ thu được tổn hao đường truyền lớn nhất cho phép của liên kết đối với một số lượng cuộc gọi cho phép nào đó

Hình 3- 2 Quỹ đường truyền vô tuyến trong WCDMA

3.1.1.1 Đánh giá suy hao đường truyền

Giá trị suy hao đường truyền lớn nhất theo đường lên được tính toán theo công thức:

- LUL: Suy hao đường truyền theo đường lên (dB)

- LDL: Suy hao đường truyền theo đường xuống (dB)

- PUE: Công suất phát của UE (dB)

- GBS ,GUE: Hệ số tăng ích của antenna trên NodeB và của UE (dBi)

- Lf: Suy hao do feeder

- GSHO: Tăng ích chuyển giao mềm (dB)

- Mpc: Dự trữ điều khiển công suất

- Mf: Dự trữ fading (liên quan đến môi trường truyền sóng)

- Mi-UL ,M i-DL: Dự trữ nhiễu theo đường lên và đường xuống (liên quan đến dung lượng thiết kế của hệ thống)

- Lp: Suy hao do đâm xuyên

- Lb: Suy hao do cơ thể

- SBS, SUE: Độ nhạy thu của antenna trên NodeB và của UE

3.1.1.2 Công suất phát của Node B

Trong hệ thống WCDMA, công suất phát của NodeB là một tham số hệ thống,

nó khác nhau đối với các dịch vụ riêng biệt Nó được quyết định để phù hợp với từng loại dịch vụ và vùng phủ của dịch vụ Thông thường công suất phát tối đa của BS là 43 dBm (20W)

Để đảm bảo hoạt động thông thường các kênh dùng chung không được vượt quá 25% tổng công suất phát của một cell trong mọi trường hợp (kể cả có kênh điều khiển dịch vụ HSDPA, HS - SCCH)

Công suất của kênh hoa tiêu CPICH trong khoảng từ 5% tới 10% tổng công suất phát của 1 cell (giá trị thường được sử dụng là 8%), các kênh còn lại có công suất phát phụ thuộc vào kênh hoa tiêu

Các bảng sau chỉ ra mức công suất phát của các kênh dùng chung:

Bảng 3- 1 Công suất các kênh dùng chung khi không có dịch vụ HSDPA

Kênh truyền Cấu hình công suất Hiệu suất hoạt động

Kênh chính điều khiển vật lý dùng

chung sơ cấp PCCPCH

-3,1dB so với kênh hoa tiêu 90%

Kênh phụ điều khiển vật lý dùng

chung thứ cấp SCCPCH

-1.25 dB so với kênh hoa tiêu 100%

Kênh đồng bộ chính PSCH -1.8dB so với kênh hoa tiêu 10%

Kênh đồng bộ phụ SSCH -3.5dB so với kênh hoa tiêu 10%

Bảng 3- 2 Công suất các kênh dùng chung khi có dịch vụ HSDPA

Kênh truyền Cấu hình công suất Hiệu suất hoạt động

Kênh chính điều khiển vật lý dùng -3,1dB so với kênh hoa tiêu 90%

Kênh phụ điều khiển vật lý dùng

chung thứ cấp SCCPCH

-0.25 dB so với kênh hoa tiêu 100%

Kênh đồng bộ chính PSCH -1.8dB so với kênh hoa tiêu 10%

Kênh đồng bộ phụ SSCH -3.5dB so với kênh hoa tiêu 10%

Kênh chỉ thị tìm gọi PICH -7dB so với kênh hoa tiêu 96%

Kênh chỉ thị bắt AICH -7 dB so với kênh hoa tiêu 6.7%

Công suất của kênh điều khiển dịch vụ HSDPA được thêm vào kênh điều khiển vật lý phụ SCCPCH

Ví dụ: với công suất phát của kênh hoa tiêu là 35,1 dBm (8% của 40W) khi đó với dịch vụ HSDPA công suất phát của kênh điều khiển vật lý phụ SCCPCH là 34,8dBm trong đó 33,8dBm dành cho SCCPCH còn 1dBm dành cho HS-SCCH Hình

vẽ dưới đây mô tả phân bố chi tiết công suất của các kênh logic:

Hình 3- 3 Công suất phát của của các kênh logic

3.1.1.3 Công suất phát của UE

Bảng 3-3 thể hiện công suất phát tối đa cho mỗi lớp UE và sai số cho phép tương ứng Một thiết bị UE thoại (phone) thường thuộc lớp 3 hoặc lớp 4 Trong khi đó, một thiết bị UE dữ liệu (data card) thường là lớp 3 Nếu trong mạng sử dụng phối hợp nhiều lớp UE, thì quỹ đường truyền nên được sử dụng với lớp cao nhất (công suất phát