Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến 4g cho Mobifone Hà Nội (tt)

Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến 4g cho Mobifone Hà Nội (tt)Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến 4g cho Mobifone Hà Nội (tt)Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến 4g cho Mobifone Hà Nội (tt)Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến 4g cho Mobifone Hà Nội (tt)Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến 4g cho Mobifone Hà Nội (tt)Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến 4g cho Mobifone Hà Nội (tt)Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến 4g cho Mobifone Hà Nội (tt)Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến 4g cho Mobifone Hà Nội (tt)Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến 4g cho Mobifone Hà Nội (tt)Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến 4g cho Mobifone Hà Nội (tt)Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến 4g cho Mobifone Hà Nội (tt)Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến 4g cho Mobifone Hà Nội (tt)Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến 4g cho Mobifone Hà Nội (tt)Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến 4g cho Mobifone Hà Nội (tt)Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến 4g cho Mobifone Hà Nội (tt)Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến 4g cho Mobifone Hà Nội (tt)Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến 4g cho Mobifone Hà Nội (tt)Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến 4g cho Mobifone Hà Nội (tt)

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học:

Phản biện 1:……….

Phản biện 2:………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc: giờ ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

LỜI MỞ ĐẦU

Mạng thông tin di động MobiFone hiện tại hoạt động với 2 công nghệ truy nhập vô tuyến GSM/GPRS cho 2G và UMTS/HSPA cho 3G Mạng 2G MobiFone hiện phủ sóng 95% lãnh thổ Việt Nam với hơn 30 triệu thuê bao, trong khi mạng 3G MobiFone phủ sóng trên 20% với 3 triệu thuê bao đăng ký sử dụng (chiếm 10% tổng

số thuê bao toàn mạng) Lưu lượng dữ liệu 3G tải xuống đạt gần 3000GB/ngày chiếm 75% tổng lưu lượng dữ liệu 2G/3G Có thể thấy rằng nhu cầu sử dụng và ứng dụng các dịch vụ băng rộng 3G ngày càng gia tăng Tuy nhiên tốc độ truy nhập 3G vẫn còn hạn chế Do vậy các ứng dụng như Video Call, Mobile TV trên mạng MobiFone có chất lượng thấp chưa thu hút người sử dụng 3G Trong tương lai việc triển khai lên LTE trên mạng MobiFone là tất yếu để có thể triển khai các ứng dụng băng rộng tốc

độ cao như HD TV& VoD, Video/VoIP Call chất lượng cao, Gaming… cung cấp cho khách hàng Chính vì thế, việc triển khai các dịch vụ giá trị gia tăng mới mang thương hiệu MobiFone, có chất lượng và giá trị cao trên nền tảng 4G là một hướng đi hợp lý để vừa tạo sự khác biệt, vừa mang về nguồn thu mới đáng kể Xuất phát từ thực tế đó, đề tài đi sâu vào nghiên cứu tìm hiểu công nghệ 4G LTE và xây dựng quy hoạch mạng 4G LTE cho mạng Mobifone, cụ thể ở thành phố Hà Nội

Nội dung luận văn được trình bày 03 chương:

• Chương 1: Tổng quan về mạng vô tuyến 4G – LTE

• Chương 2: Quy hoạch mạng vô tuyến 4G-LTE

• Chương 3: Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến 4G-LTE cho Mobifone Hà Nội

Trong quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn, luận văn không thể không tránh khỏi những thiếu sót.Tác giả rất mong nhận được những đóng góp quý báu từ quý Thầy Cô và các bạn để luận văn được hoàn thiện

Tác giả xin chân thành cảm ơn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VÔ TUYẾN 4G – LTE

1.1 Giới thiệu chung về mạng LTE

Công nghệ thông tin di động đã trải qua 3 thế hệ (1G, 2G và 3G) và đang hướng tới triển khai các công nghệ tiền 4G, trong đó LTE thu hút sự quan tâm rộng rãi bởi vì LTE được xem như hệ thống tiến hóa cho các công nghệ di động dựa trên nền tảng GSM (GSM, GPRS/EDGE, HSPA) Mục đích của LTE là cung cấp công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng di động (100Mbps) với độ trễ truyền tải thấp, đồng thời hỗ trợ khả năng chuyển giao trong suốt cho lưu lượng dữ liệu với GPRS/HSPA LTE bắt đầu được tiêu chuẩn hóa kể từ phiên bản 3GPP Release 8, cho đến hiện tại 3GPP đã ban hành đến phiên bản 3GPP Release 11 Kể từ Release 10, LTE được gọi là LTE Advanced

Chiến lược triển khai LTE của các nhà khai thác có thể được phân chia thành

ba trườnghợp chính sau đây:

- Chỉ triển khai các dịch vụ dữ liệu trên LTE

- Triển khai dữ liệu trên LTE cùng với thoại 2G-3G

- Triển khai dịch vụ dữ liệu và thoại trên LTE

Mục đích của LTE là cung cấp công nghệ truy nhập vô tuyến gói tối ưu với thời gian trễ thấp và tốc độ dữ liệu cao đồng thời hỗ trợ khả năng triển khai băng thông linh hoạt.Ngoài ra, cấu trúc mạng công nghệ mới này được thiết kế với mục đích hỗ trợ lưu lượng chuyển mạch gói với khả năng di động trong suốt, quản lý chất lượng dịch vụ và thời gian trễ truyền tối thiểu.Giao diện vô tuyến liên quan đến các thuộc tính hệ thống LTE được tổng hợp trong

1.1.4 Một vài ứng dụng triển khai cho LTE

1.1.4.1 Ứng dụng Live Mobile Video

Ngày nay, phần lớn điện thoại di động để hỗ trợ máy quay camera tiên tiến độ phân giải cao mà có thể ghi loại các đoạn phim video do vậy các ứng dụng video sẽ được triển khai rộng rãi trên mạng di động LTE với băng thông rộng và khả năng truyền tải các dịch vụ Multicast và Broadcast

1.1.4.2 Mobile/Portable Gaming

Những người chơi game sẽ được tiếp cận các trò chơi trực tuyến và tương tác dựa trên nền tảng tốc độ và tính di động của các dịch vụ LTE

1.1.4.3 Các ứng dụng dựa trên nền tảng đám mây (Cloud Based Apps)

Sử dụng mạng LTE mở rộng sẽ cho phép triển khai điện toán đám mây mà xử

lý phân tán các dữ liệu và ứng dụng được lưu trữ trực tuyến.Các ứng dụng đám mây này đặc biệt dành cho các đối tượng doanh nghiệp cần truy nhập tới các ứng dụng có lượng truy nhập lớn nằm trên Internet

1.1.4.4 Ứng dụng định vị với khả năng tương tác thực tế

Các ứng dụng định vị hướng thực thể sẽ trở nên thông dụng và sử dụng rộng rãi hơn như các hệ thống trong xe như Sync của Ford hay Onstar của GM cho phép tích hợp giữa các ứng dụng và các màn hình, anten, hệ thống GPS và động cơ điện bên trong chiếc xe

1.1.4.5 Phản ứng khẩn cấp và chữa bệnh từ xa

Các hệ thống dựa trên 4G LTE có thể được trang bị bởi các đơn vị cảnh sát, cứu hỏa hay các trung tâm y tế để cung cấp dịch vụ khẩn cấp và y tế một cách nhanh

chóng, giá thành rẻ và tốt hơn

1.2 Tổng quan cấu trục mạng LTE

Cấu trúc mạng LTE được minh họa ở hình vẽ 1.1 dưới đây

Hình 1.1: C ấu trúc LTE và kết nối với mạng 2G-3G [5]

Phần tử cơ bản của mạng lõi của mạng LTE là EPC - Enhance Packet Core: Mạng lõi xử lý dữ liệu gói EPC bao gồm các thành phần:

• MME (Mobility Management Entity): chịu trách nhiệm xử lý

những chức năng mặt bằng điều khiển

• Gateway d ịch vụ (Serving Gateway-SGW): là vị trí kết nối dữ liệu

gói với E-UTRAN

• P-Gateway (Packet Data Network-PGW): PGW cũng là router

kết nối đến mạng Internet

• PCRF (Policyand Charging Rules Function): điều khiển chức năng tạo ra bảng giá và cấu hình hệ thống con đa phương tiện IP (IMS - IP Multimedia Subsystem) cho mỗi người dùng

• HSS (Home Subscriber Server): là nơi lưu trữ dữ liệu người dùng

của tất cả các thuê bao trong mạng

1.3 Các k ỹ thuật then chốt và đặc điểm chính của LTE

Ý tưởng chính trong kỹ thuật OFDM là việc chia luồng dữ liệu trước khi phát

đi thành N luồng dữ liệu song song có tốc độ thấp hơn và phát mỗi luồng dữ liệu đó trên một sóng mang con khác nhau Các sóng mang này là trực giao với nhau

1.3.2 Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang SC-FDMA (Single Carrier – Frequency Division Multiple Access) hướng lên

Lý do quan trọng nhất để lựa chọn kỹ thuật SC-FDMA cho hướng là giảm công suất tiêu thụ của các thiết bị đầu cuối Về mặt kỹ thuật, SC-FDMA cho tỷ lệ

giữa công suất đỉnh và công suất trung bình PAPR (Peak to Average Power Ratio)

thấp hơn OFDMA giúp mang lại hiệu quả cao cho việc thiết kế các bộ khuếch đại của thiết bị đầu cuối theo đó giảm công suất tiêu thụ của máy đầu cuối

MIMO là một phần tất yếu của LTE để đạt được các yêu cầu đầy tham vọng về thông lượng và hiệu quả sử dụng phổ MIMO cho phép sử dụng nhiều anten ởmáy phát và máy thu Với hướng DL, MIMO 2×2 (2 anten ở thiết bị phát, 2 anten ở thiết

bị thu) được xem là cấu hình cơ bản, và MIMO 4×4 cũng được đề cập và đưa vào

bảngđặc tả kỹ thuật chi tiết Hiệu năng đạt được tùy thuộc vào việc sử dụng MIMO

1.4 Kết luận chương 1

Chương 1 đã khái quát tình triển phát triển LTE.Đi kèm đó là các kịch bản chiến lược 4G của nhà mạng khi triển khai mạng dữ liệu và thoại với 2G-3G

CHƯƠNG 2: QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN 4G-LTE

Chương 2 nghiên cứu về quy hoạch mạng vô tuyến 4G để tối ưu mạng vô tuyến đưa ra mô hình lý thuyết phù hợp với triển khai của mạng Mobifone hiện tại.Trước hết ta tìm hiểu các mô hình truyền sóng và quá trình quy hoạch vùng phủ để tính toán số EnodeB cần thiết cho vùng cần quy hoạch

2.1 Các bước trong quy hoạch mạng 4G

Quy hoạch mạng LTE cũng giống như quy hoạch mạng 3G bao gồm ba bước: định cỡ hay còn gọi là khởi tạo, quy hoạch chi tiết, vận hành và tối ưu hóa mạng

Hình 2.1: Khái quát về quá trình quy hoạch mạng LTE

Mục đích của định cỡ mạng truy nhập LTE là ước tính được mật độ site yêu cầu và cấu hình site cần thiết cho vùng quy hoạch Các hoạt động quy hoạch mạng truy nhập LTE ban đầu bao gồm phân tích quỹ đường truyền vô tuyến và vùng phủ, ước tính dung lượng ô, ước tính khối lượng eNodeB và các cổng truy nhập

2.2 Phân tích vùng phủ

Để quy hoạch mạng vô tuyến cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư, bướctiếp theo ta cần khảo sát các chi tiết nơi nào cần phủ sóng và các kiểu phủ sóng cần cungcấp cho các vùng này

Trên cơ sở phân tích vùng phủ sóng, tính toán quỹ đường truyền theo hướng lênhoặc xuống, ta tính bán kính cell vùng phủ sóng theo mô hình sau:

Hình 2 2: Mô tả quá trình tính toán bán kính vùng phủ R

THÔNG SỐ ĐẦU VÀO

Tính suy hao truyền sóng cho phép (MAPL)

Bán kính vùng phủ R yêu cầu theo các mô hình truyền sóng

Đối với mạng di động tế bào, ước lượng vùng phủ được dùng để quyết định vùng phủ của mỗi trạm gốc, nó đưa ra một vùng tối đa có thể được bao phủ bởi trạm gốc

Tính toán quỹ đường truyền ước lượng suy hao tín hiệu cho phép cực đại (pathloss) giữa di động và trạm gốc Tổn hao lớn nhất cho phép cho ta ước lượng vùng phủ của cell lớn nhất với mô hình kênh truyền phù hợp

Tính toán quỹ đường lên cho LTE

Các thông số và công thức sử dụng để tính toán quỹ đường truyền lên cho LTE:

• Công suất máy phát (P Txm)Khuếch đại anten (G m)

• Tổn hao phi đơ và bộ nối (L fm)

• Tổn hao cơ thể (L body)

• Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương (EIRP m): có đơn vị là dBm và được tính toán theo công thức sau:

m

EIRP = P Txm + G m + L fm – L body (2.1)

• Hệ số tạp âm máy thu (NF)

• Công suất tạp âm nhiệt đầu vào máy thu (N i): có đơn vị là dBm

và được tính toán bằng công thức sau:

i

• Công suất tạp âm nền máy thu (N i):

• Dự trữ nhiễu (M i)

• Tổng tạp âm nhiễu + giao thoa (N + I): có đơn vị là dBm và được

tính toán theo công thức sau:

• Tỷ số SNR yêu cầu (SNR r): có đơn vị là dB

• Độ nhạy máy thu hiệu dụng (Pmin)

min

• Khuếch đại anten trạm gốc (G b)

• Tổn hao phi đơ và bộ nối (L f ): tổn hao ở phía trạm gốc Có đơn vị

là dB

• Khuếch đại MHA (G MHA)

• Tổn hao đường truyền cực đại cho phép (Lmax)

max

L = EIRP m – Pmin+ G b – L f + G MHA (2.6)

Tính toán quỹ đường xuống cho LTE

Các thông số và công thức sử dụng để tính toán quỹ đường truyền xuống cho LTE:

• Công suất máy phát (P TXB)

• Khuếch đại anten (G b)

• Tổn hao phi đơ và bộ nối (L f )

• Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương (EIPR b)

b

EIPR = P Txm + G b + L f (2.7)

• Hệ số tạp âm máy thu (NF)

• Công suất tạp âm nhiệt đầu vào máy thu (N i)

• Dự trữ nhiễu (M i): Nó có đơn vị là dB và có giá trị từ 3-8 dB

• Bổ sung nhiễu kênh diều khiển (M cch)

• Tổng tạp âm nhiễu + giao thoa (N + I): có đơn vị là dBm và được

tính toán theo công thức sau:

• Tỷ số SNR yêu cầu (SNR r):có đơn vị là dB

• Độ nhạy máy thu hiệu dụng (Pmin)

min

Khuếch đại anten trạm gốc (G m): phụ thuộc vào thiết bị và băng tần sử dụng

Nó có giá trị từ -5 đến 10 dBi

• Tổn hao phi đơ và bộ nối (L fm): tổn hao ở phía UE Có đơn vị là

dB

• Tổn hao cơ thể (L body)

• Tổn hao đường truyền cực đại cho phép (Lmax): có đơn vị là dB và được tính toán theo công thức sau:

Hình 3.7 : Các tham số của mô hình Walfisch-Ikegami [16]

Các biểu thức sử dụng cho mô hình này như sau:

mô hình truyền sóng áp dụng với môi trường đang khảo sát (Lmax=L)

Suy ra công thức tính bán kính cell như sau:

Trong đó: S là diện tích vùng phủ, r là bán kính cực đại cell, Klà hằng số

Hình 4 8: Ba loại site khác nhau (ommi, 2-sector, 3-sector)

2.3 Quy hoạch dung lượng

Dung lượng lý thuyết của mạng bị giới hạn bởi số eNodeB đặt trong mạng Dung lượng của mạng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như mức can nhiễu, thực thi lập biểu, kỹ thuật mã hóa và điều chế được cung cấp Sau đây là các công thức dùng để tính số eNodeB được tính bởi khía cạnh dung lượng

S ố

ity sitecapacc

arate Overalldat

Trong đó site capacity là bội số của thông lượng cell (cell throughput), nó tùy thuộc vào cấu hình của cell trên site, Overalldatarate là toàn bộ tốc độ dữ liệu

Tính toán cell throughput:

Hình 5 9: Khung LTE FDD, CP thường 1.4 MHz [18]

Tương ứng với mỗi MCS và tốc độ bit đỉnh là mỗi mức SINR, ta xét trong điều kiện kênh truyền AWGN nên SNR được dùng thay cho SINR, tốc độ bit đỉnh được xem như dung lượng kênh Dựa vào công thức dung lượng kênh Shannon:

Trong đó BW1 là băng thông của hệ thống (chẳng hạn như 1.4 MHz, 3MHz…20MHz)

Từ SNR tìm được ta tính thông lượng cell (cell throughput) qua công thức sau:

Tsub

Nrb Ns Nsc

+ F là hệ số sửa lỗi, F được tính toán theo công thức sau:

2/

*

42/

*

*

Ns Nsc

Ns Nsc Tframe

Tcp Tframe

Tính toán toàn bộ tốc độ dữ liệu Overalldatarate:

Overalldatarate được tính toán theo công thức sau:

Overalldatarate = S ố user × Tốc độ bit đỉnh × Hệ số OBF (2.38)

Ta tính được dung lượng tổng cần đáp ứng (số site*dung lượng site eNodeB)

sec

.

sub

sub tor

N

R N

Ofector

sub

Ntotal N

2.4 Kết luận chương 2

Chương 2 luận văn đã nghiên cứu phân tích và tìm hiểu về lý thuyết xây dựng quy hoạch mạng 4G LTE Về cơ bản, quy hoạch mạng LTE cũng giống như quy hoạch mạng 3G bao gồm ba bước đó là khởi tạo, quy hoạch chi tiết, vận hành và tối ưu hóa mạng

Dựa trên quỹ đường truyền và mô hình truyền sóng phù hợp ở trên cho ta tính được bán kính ô phủ (cell) từ đó ta tính được diện tích ô phủ.Biết diện tích của ô phủ

sẽ cho ta tính toán được số trạm gốc được sử dụng để bao phủ vùng địa lý mong muốn

Ngoài ra, chương 2 luận văn cũng nghiên cứu về lý thuyết quy hoạch dung lượng, đưa ra các biểu thức, thông số cần thiết cho việc tính toán xây dựng bài toán mô phỏng quy hoạch dung lượng ở chương 3 để tìm ra số eNodeB cần lắp đặt cho một vùng cụ thể khi ước lượng được số thuê bao sử dụng dịch vụ

CHƯƠNG 3: QUY HOẠCH MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 4G-

LTE CHO MOBIFONE HÀ NỘI 3.1 Hiện trạng mạng lưới và dự toán thuê bao phát triển của mạng Mobifone

Tổng Công ty viễn thông Mobifone tiền thân là Công ty thông tin di động VMS, được thành lập ngày 16 tháng 4 năm 1993 Mạng lưới thông tin di động hiện tại của Mobifone triển khai được chia thành 3 Trung tâm miền (Miền Bắc, Miền Trung và Miền Nam) để phục vụ khách hàng trên toàn bộ 64 tỉnh thành, với hơn 700 quận huyện trên cả nước

Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc mạng lõi khu vực Miền Bắc [2]

Mạng lưới Mobifone phát triển từ năm 1993 đến nay đã có hơn 30.000 trạm 2G và hơn 20.000 trạm 3G với hơn 400 BSC/RNC Các trạm 2G phủ sóng tất cả các tỉnh thành trên cả nước, các trạm 3G phủ sóng tại các khu vực có mật độ dân cư cao

và bằng với số lượng trạm 2G tại các khu vực tỉnh/thành phố lớn

3.2 Quy mô thử nghiệm

3.2.1.1 Mục đích

Công nghệ LTE ra đời nhằm mục đích tăng cường dung lượng và tốc độ data phục vụ nhu cầu khách hàng

Mobifone thực hiện thử nghiệm công nghệ LTE đối với các nhà cung cấp thiết

bị (vendor) khác nhau nhằm mục đích kiểm tra khả năng đáp ứng, chất lượng dịch vụ, các vấn đề phát sinh chuẩn bị cho việc triển khai thực tế LTE trên phạm vi diện rộng

3.3 Cấu hình mạng, loại hình dịch vụ

Dịch vụ Data trên nền LTE (Dịch vụ truy nhập Mobile Internet tốc độ cao) Các dịch vụ cơ bản khác tốc độ cao trên nền LTE (Mobile TV, Live TV, Podcast TV, Video on Demand, Download Content…)

CS FallBack (Circuit Switched FallBack): Dịch vụ thoại Voice được chuyển xuống mạng 3G để thực hiện trên miền CS Mạng LTE chỉ được dùng để sử dụng Data

Cung cấp dịch vụ LTE cho các thuê bao là khách hàng của Mobifone với giá cước theo cước dịch vụ hiện tại, chỉ quy định là thoại và dữ liệu, không phân biệt 2G, 3G, LTE

3.4 Phương án chuyển lưu lượng 2G-3G và tái quy hoạch tần số 2G 1800

Mobifone thực hiện triển khai thử nghiệm 300 trạm (eNodeB) công nghệ LTE

và LTE-A với các băng tần 1800MHz và 2600MHz Tuy nhiên đối với băng tần