THIẾT KẾ MẠNG VIỄN THÔNG 4G TẠI HẢI PHÒNG_2

- Phát triển từ FDMA, 2G TDMA: Điều chế đơn sóng mang, mỗi user cũng được cấp 1 dải tần hẹp như với FDMA, nhưng thay vì được một mình sử dụng dải tần hẹp đó, mỗi user sẽ được cấp 1 time

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

Người hướng dẫn khoa học: PGS, TS.Trần Xuân Việt

HẢI PHÒNG – 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ này là của riêng tôi Các lý thuyết cũng như kết quả mô phỏng trong luận văn là trung thực và chưa từng được sử dụng cho

bất cứ một luận văn nào khác

Tôi xin cam đoan rằng luận văn đã ghi rõ nguồn gốc của tất cả các trích dẫn

Hải Phòng, ngày tháng 9 năm 2016

Học viên : Nguyễn Thế Tùng

LỜI CÁM ƠN

Trước hết tôi xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các thầy cô giáo trong ngành Kỹ thuật điện tử và đặc biệt là sự chỉ bảo và hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo

PGS.TS.Trần Xuân Việt, thầy đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em

trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp này, cùng với sự giúp đỡ tích cực của

các đồng nghiệp, anh chị cùng khóa để hoàn thành đồ án này

Sau cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên, đóng góp ý kiến và giúp đỡ trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận

văn tốt nghiệp cao học

Trân trọng cảm ơn!

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

Chữ viết tắt Giải thích

3GPP The 3rd Generation Partnership Project

EDGE Enhanced Data rates for GSM Evolution

eNodeB Evolved NodeB

EPC Evolved Packet Core

E-UTRAN Evolved – Universal Terrestrial Access Network

GSM Global System for Mobile Communications

HSPA High Speed Packet Access

HSS Home Subscription Server

LTE Long Term Evolution

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

PAR Peak-to-Average

PCRF Policy and Charging Resource Function

P-GW Packet Data Network Gateway

SCDMA Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access

S-GW Serving Gateway

TDMA Time division multiple access

UMTS Universal Mobile Telecommunications System

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

ACP Automatic Cell Planning

DTM Digital Terrain Map

MHTS Mô hình truyền sóng

SPM Standard Propagation Model

CDMA Code Division Multiple Access

EPC Ericsson Policy Control

FDD Frequency Division Duplex

FDMA Frequency Division Multiple Access

GGSN Gateway GPRS Support Node

GPRS General Packet Radio Service

MIMO Multiple Input Multiple Output

MME Mobility Management Entity

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access

Chữ viết tắt Giải thích

QoS Quality of Service

RNC Radio Network Controller

SAE System Architecture Evolution

SC-FDMA Single Carrier – Frequency Division Multiple Access

SGSN Serving GPRS Support Node

TDD Time Division Duplex

UE User Equipment

UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hình Tên hình Trang

3.19 Vùng phủ theo chỉ số LTE 1st-Nth Difference sau tối ưu lần 1 tại

3.23 Vùng phủ theo chỉ số LTE 1st-Nth Difference sau tối ưu lần 2 tại

3.27 Vùng phủ theo chỉ số LTE 1st-Nth Difference sau tối ưu lần 3 tại

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CÁM ƠN ii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU iii

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ 4G LTE 2

1.1 Quá trình hình thành 4G LTE 2

1.1.1 Quá trình phát triển công nghệ di động 4G 2

1.1.2 Kì vọng đối với 4G LTE 3

1.2 Các đặc điểm kỹ thuật của 4G LTE 4

1.2.1 Cấu trúc mạng 4G LTE 4

1.2.2 Kỹ thuật đa truy nhập đường Downlink OFDMA 8

1.2.3 Kỹ thuật đa truy nhập đường lên SC-FDMA (Single Carrier FDMA) 11

1.2.4 Kỹ thuật Cyclic Prefix chống lại hiệu ứng đa đường 12

1.2.5 Công nghệ MIMO (Multiple Input- Multiple Output) 14

1.2.6 Cấu trúc khung dữ liệu của LTE 17

1.2.7 Các đặc tính kỹ thuật về tốc độ và bán kính cell của 4G LTE 19

1.3 Kết luận 21

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠNG 4G BẰNG PHẦN MỀM ATOLL 22

2.1 Giới thiệu các phần mềm thiết kế mạng viễn thông 22

2.1.1 Giới thiệu phần mềm Enterprise của Aircom 22

2.1.2 Giới thiệu phần mềm TEM Cell Planner 22

2.1.3 Giới thiệu phần mềm Atoll của Forsk 23

2.2 Hướng dẫn khai thác thiết kế, mô phỏng mạng 4G bằng Atoll 25

2.2.1 Các dữ liệu đầu vào chung Gồm: Bản đồ số, phương trình truyền sóng 26

2.2.2 Hướng dẫn nhập các dữ liệu đầu vào 27

2.2.3 Hướng dẫn các thao tác cơ bản chung 35

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CÁC VỊ TRÍ TRẠM 4G TẠI CÁC THỦ PHỦ TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG 40

3.1 Yêu cầu thiết kế mạng 4G tại các thủ phủ thành phố Hải Phòng 40

3.2 Thực hiện thiết kế mạng 4G tại các thủ phủ thành phố Hải Phòng 40

3.2.1 Thiết lập dữ liệu đầu vào 40

3.2.2 ACP lựa chọn trạm mới theo mục tiêu vùng phủ 46

3.2.3 Tính toán vùng phủ trạm điển hình theo mô hình truyền sóng 52

3.2.4 Rà soát thiết kế bổ sung theo mục tiêu đề ra 53

3.2.5 ACP tối ưu kết quả sau khi chấm trạm 53

3.2.6 Xuất dữ liệu báo cáo, lưu kết quả 53

3.3 Kết quả thiết kế mạng 4G tại các thủ phủ Thành phố Hải Phòng 54

3.3.1 Kết quả thiết kế và tối ưu lần 1 54

3.3.2 Kết quả thiết kế và tối ưu lần 2 57

3.3.3 Kết quả thiết kế và tối ưu lần 3 59

3.4 Kết luận 66

KẾT LUẬN 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

MỞ ĐẦU

Ngành công nghệ viễn thông đã chứng kiến những phát triển ngoạn mục trong những năm gần đây Khi mà công nghệ mạng thông tin di động thế

hệ thứ ba 3G chưa có đủ thời gian để khẳng định vị thế của mình trên toàn

cầu, người ta đã bắt đầu nói về công nghệ 4G (Fourth Generation) từ nhiều năm

gần đây Vậy 4G có ưu điểm gì so với các công nghệ trước và thiết kế mạng

4G như thế nào?

Để hiểu rõ hơn về vấn đề này nên em đã chọn đề tài “Thiết kế mạng viễn thông 4G tại Hải Phòng” Sau một thời gian tìm hiểu và cùng với sự hướng dẫn

của các thầy giáo trong ngành và thầy giáo PGS.TS Trần Xuân Việt trực tiếp

hướng dẫn, đến nay em đã hoàn thành luận văn này với nội dung gồm 3 chương:

o Chương 1: Tổng quan về 4G LTE

o Chương 2: Thiết kế mạng 4G bằng phần mềm Atoll

o Chương 3: Thiết kế các vị trí trạm 4G tại các Thủ phủ trên địa bàn Thành phố Hải Phòng

Em xin bày tỏ lòng cảm ơn tới các thầy giáo đã giúp đỡ để em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Hải Phòng, ngày … tháng 9 năm 2016

Học viên: Nguyễn Thế Tùng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ 4G LTE 1.1 Quá trình hình thành 4G LTE

- 4G LTE được phát triển bởi tổ chức 3GPP, từ 3G WCDMA Rel99 Rel5

Rel6 Rel7 4G LTE Rel8, 9 và 10

- LTE được kì vọng có tốc độ dữ liệu và hiệu suất sử dụng phổ tần vượt trội so với 3G trong khi độ trễ tín hiệu giảm và linh hoạt hơn trong việc lựa chọn

băng tần và cấp phát tài nguyên vô tuyến

1.1.1 Quá trình phát triển công nghệ di động 4G

- LTE (Long Term Evolution) là công nghệ di động thế hệ thứ tư ra đời năm

2009, được phát triển bới 3GPP từ công nghệ di động thế hệ thứ ba UMTS

Hình 1.1 Quá trình hình thành 4G LTE

- Trước thời điểm ra đời của LTE, 2 tổ chức tồn tại song song 3GPP và 3GPP2 cùng hướng tới tiêu chuẩn IMT-2000 dành cho 3G 3GPP2 tập trung

vào hướng phát triển cdmaOne, cdma 2000 và EV-DO trong khi 3GPP tập

trung vào GSM, WCDMA và HSPA Cả 2 tổ chức cùng hướng tới phát triển

công nghệ di động thế hệ thứ 4, tuy nhiên chỉ có LTE của 3GPP được chọn là

bước tiến tiếp theo cho công nghệ di động 4G và do đó, LTE có khả năng tương

thích với 3G UMTS và 2G GSM cao hơn so với cdma 2000 và cdmaOne

- 4G LTE Rel8, Rel9 và Rel10 và HSPA+ Rel8 và Rel9 là 2 nhánh phát triển song song của 3GPP

1.1.2 Kì vọng đối với 4G LTE

- Tốc độ truyền dữ liệu trên 100 Mbps DL và trên 50 Mbps UL cho LTE Rel8 Tốc độ dữ liệu tại biên cell cao gấp 2, 3 lần so với HSPA Rel6

- Độ trễ đường truyền thấp: Dưới 10ms với luồng dữ liệu và dưới 100ms với luồng báo hiệu

- Hiệu suất sử dụng phổ tần cao

- Cho phép lựa chọn băng tần và cấp phát tài nguyên vô tuyến một cách linh hoạt

Theo dõi quá trình phát triển từ 3G WCDMA, 4G LTE Rel8 đã tạo ra 1 bước tiến lớn

- Về tốc độ truyền dữ liệu, LTE Rel8 được kì vọng sẽ đạt tới 100 Mbps DL

và 50 Mbps UL tốc độ truyền data lớp vật lý với băng thông kênh 10 MHz Đây là

một bước nhảy vọt về tốc độ truyền dữ liệu khi xét tới khởi điểm của 3G

WCDMA Rel99 chỉ là 384 kbps (DL&UL) cho tới HSPA+ Rel7 với 42 Mbps

DL và 11.5 Mbps UL Mặc dù vậy, LTE Rel8 vẫn chưa được coi là 4G bởi chưa

đáp ứng được chuẩn 1Gbps của ITU đối với công nghệ di động thế hệ thứ tư, điều

mà chỉ LTE – Advance Rel10 mới làm được

- Về hiệu suất sử dụng phổ tần, LTE Rel8 đạt được 10 bps/Hz với băng tần

10 MHz và tốc độ dữ liệu 100 Mbps Đây rõ ràng là một sự cải thiện đáng kể từ

3G WCDMA với 4.2 bps/Hz tương ứng 42Mbps peak trên băng tần 10 MHz của

Rel7

- Độ trễ của LTE Rel8 được giảm đi ở cả luồng báo hiệu và luồng dữ liệu:

Dưới 100 ms cho luồng báo hiệu chuyển trạng thái UE từ Idle mode sang

connected mode và dưới 5ms cho luồng dữ liệu truyền đi và về UE khi xét 1 gói

dữ liệu nhỏ truyền trong điều kiện không tải Khi so sánh với 3G WCDMA, phải

mất tới trung bình 1s cho luồng báo hiệu UE từ Idle mode sang connected

mode và 50ms cho luồng dữ liệu small packet truyền đi cũng trong điều kiện

không tải

- LTE mang tới sự linh hoạt cho nhà mạng trong việc lựa chọn băng tần 700 Mhz, 900 MHz, 1800 MHz, 2100 MHz hoặc 2600 MHz với băng thông kênh

truyền 1.4, 3, 5, 10, 15 hoặc 20 MHz LTE cũng hỗ trợ cả 2 cơ chế TDD (Time

Division Duplex) và FDD (Frequency Divion Duplex), cho phép lựa chọn hoặc

tách độ rộng băng thông kênh truyền đối xứng cho 2 đường uplink và downlink

(FDD) hoặc sử dụng cùng một độ rộng băng thông kênh truyền nhưng tách biệt về

mặt thời gian (TDD) Việc lựa chọn kỹ thuật đa truy nhập của LTE cũng mang tới

sự linh hoạt rất lớn trong việc cấp phát tài nguyên cho người dùng

1.2 Các đặc điểm kỹ thuật của 4G LTE

- Cấu trúc hệ thống tinh giảm, tách riêng luồng báo hiệu và dữ liệu

- Áp dụng công nghệ điều khiển đa truy nhập OFDMA downlink và FDMA uplink

SC Áp dụng công nghệ anten MIMO

- Áp dụng kỹ thuật chống hiệu ứng đa đường Cyclic Prefix

- Cấu trúc dữ liệu cho phép cấp phát tài nguyên vô tuyến linh hoạt

1.2.1 Cấu trúc mạng 4G LTE

- Gồm 2 thành phần chính: Thành phần vô tuyến E-UTRAN (Evolved – Universal Terrestrial Access Network) và thành phần Packet Core EPC (Evolved

Packet Core)

- Loại bỏ node mạng RNC so với 3G

- Tách riêng luồng báo hiệu (control plane) và dữ liệu (user plane)

1.2.1.1 Topology

- Mạng 4G thường được nhắc tới với thuật ngữ EPS (Evolved Packet

System) EPS bao gồm 2 thành phần: Thành phần vô tuyến E-UTRAN (Evolved

– Universal Terrestrial Access Network) và thành phần Packet Core EPC

(Evolved Packet Core) Mặc dù thuật ngữ LTE thường được dùng để chỉ mạng

4G nói chung, thực chất LTE dùng để đề cập tới bước phát triển lên 4G từ 3G

UMTS chỉ dành cho thành phần vô tuyến và SAE được dùng để đề cập tới bước

phát triển từ 3G của Packet Core

Hình 1.2 Topology của mạng 4G

Khi so sánh với cấu trúc của mạng 3G hiện tại:

- LTE có cấu trúc tương tự nhưng đã bỏ đi node mạng RNC, phần chức năng của RNC được gộp với chức năng của NodeB vào node mạng eNodeB đảm

nhiệm

Hình 1.3 So sánh 2 Topology của mạng 3G và 4G

- Cấu trúc của Packet Core của 4G có sự thay đổi với việc tách riêng của luồng báo hiệu và luồng dữ liệu Cấu trúc Packet Core bao gồm 2 thành phần là

MME đảm nhiệm chức năng xử lý tất cả luồng báo hiệu (Control Plane) giữa

E-UTRAN và EPC và P/S-GW đảm nhiệm xử lý luồng dữ liệu (User Plane)

MME thực chất là phiên bản nâng cấp phần mềm của SGSN và P-S/GW là

phiên bản nâng cấp phần mềm từ GGSN của mạng 3G

- Với việc cấu trúc mạng 4G loại bỏ đi 1 thành phần node mạng RNC trong khi tất cả luồng báo hiệu của UE được xử lí riêng biệt tại phần tử MME, độ

trễ (latency) trên mảng báo hiệu đã giảm đi đáng kể so với mạng 3G

1.2.1.2 Flow kết nối và chức năng cụ thể của các phần tử chính mạng 4G

Hình 1.4 Sơ đồ kết nối cơ bản của mạng 4G LTE

- Luồng báo hiệu (control plane) kết nối từ UE tới eNodeB thuộc E-UTRAN

và được quản lý bởi MME cho các thủ tục về xác thực thuê bao (luồng từ

MME tới HSS), charge cước (MME tới S-GW và PCRF), các thủ tục thiết lập kết

nối, mobility, … (MME tới S/P-GW)

- Luồng dữ liệu (user plane) kết nối từ UE tới eNodeB thuộc E-UTRAN và kết nối tới SAE GW (S/P-GW) trước khi nối tới mạng ngoài

Chức năng của các thành phần chính trên mạng 4G LTE:

- eNodeB (Evolved NodeB) là phần tử mạng duy nhất của hệ thống quản

lý chức năng vô tuyến, hoạt động như cầu nối giữa UE và EPC EnodeB là điểm

cuối của tất cả các giao thức vô tuyến về phía UE và tiếp nhận dữ liệu giữa các kết

nối vô tuyến và các kết nối IP cơ bản về phía EPC Các chức năng của eNodeB

gồm có:

+ Điều khiển quá trình truyển tải dữ liệu (báo hiệu và data) từ UE theo giao diện vô tuyến và truyền tải dữ liệu tới EPC

+ Quản lí, cấp phát tài nguyên vô tuyến và lập lịch truyền dữ liệu cho UE

+ Quản lí tính di động (mobility) của UE, chuyển giao liên eNodeB hoặc định tuyến tới MME và S-GW tương ứng cho UE trong quá trình di chuyển

- MME (Mobility Management Entity) là phần tử mạng thuộc EPC chịu

trách nhiệm cho luồng báo hiệu (control plane) giữa thành phần vô tuyến

E-UTRAN và thành phần mạng lõi EPC Các chức năng của MME gồm có:

+ Chức năng xác thực và bảo mật đối với UE

+ Quản lí quá trình UE detach/attach ra khỏi hoặc vào mạng

+ Quản lí tính di động của UE, lựa chọn S-GW và P-GW tương ứng

+ Theo dõi trạng thái của UE và quản lý cơ chế paging

+ Quản lí EPS bearer

- S-GW (Serving Gateway) là node mạng kết thúc giao diện hướng tới

E-UTRAN đối với luồng dữ liệu (user plane) và chuyển tiếp dữ liệu data tới EPC

Các chức năng chính của S- GW gồm có:

+ Định tuyến và chuyển tiếp các gói dữ liệu dữ liệu người sử dụng

+ Điểm chốt trong quá trình UE di chuyển liên e-NodeB và từ 4G sang 3G

+ Charge cước đối với các thuê bao roaming

- P-GW (Packet Data Network Gateway) là node mạng nằm tại biên của

EPC, giao tiếp với mạng dữ liệu bên ngoài Các chức năng của P-GW gồm có:

+ Cấp phát địa chỉ IP cho UE

+ Quản lí các chính sách về QoS

+ Quản lí cơ chế charging

+ Lọc gói tin Packet filtering

- PCRF (Policy and Charging Resource Function) là node mạng chịu

trách nhiệm lưu giữ và thực thi các chính sách về charge cước thuê bao

- HSS (Home Subscription Server) là node mạng lưu giữ toàn bộ thông

tin profile của thuê bao, dịch vụ thuê bao đăng ký …

Một số giao diện chính của mạng 4G được quy ước như sau:

Bảng 1.1 Các giao diện chính của mạng 4G

1.2.2 Kỹ thuật đa truy nhập đường Downlink OFDMA

- OFDMA khắc phục được những nhược điểm của TDMA (2G) và CDMA (3G) đồng thời là sự kết hợp ưu điểm của các kỹ thuật này

- OFDMA dựa trên phương pháp ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM, trong đó dải tần cho phép được chia nhỏ thành rất nhiều các sóng mang

con có dải tần hẹp 15 kHz và trực giao với nhau

- OFDMA có hiệu suất sử dụng phổ tần cao nhưng cũng có tỉ lệ công suất PAR (Peak-to-Average), do đó không thể áp dụng cho đường uplink

Hình 1.5 Các phương pháp đa truy nhập

Theo dõi quá trình phát triển từ công nghệ đa truy nhập từ 1G, 2G, 3G tới 4G:

- Xuất phát điểm từ 1G FDMA: Điều chế đơn sóng mang, mỗi user được cấp 1 dải tần hẹp trong dải tần cho phép và được phép sử dụng dải tần hẹp đó

trong toàn bộ thời gian sử dụng dịch vụ

- Phát triển từ FDMA, 2G TDMA: Điều chế đơn sóng mang, mỗi user cũng được cấp 1 dải tần hẹp như với FDMA, nhưng thay vì được một mình sử dụng

dải tần hẹp đó, mỗi user sẽ được cấp 1 time slot xác định và các user được cấp

cùng dải tần sẽ thay nhau truyền trong khoảng thời gian của timeslot được cấp

- Tiến tới 3G CDMA: Đã không còn có sự phân chia về tần số và thời gian cho user Thay vào đó tất cả các user đều cùng truyền trong một miền thời gian,

cùng được điều chế đơn sóng mang và được phân biệt với nhau bằng mã trực giao

- Và đối với 4G, 3GPP đã lựa chọn kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian và tần số với công nghệ đa truy nhập phân chia tần số trực giao

OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) OFDMA là kỹ thuật

đa truy nhập dựa trên phương pháp ghép kênh phân chia theo tần số trực giao

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), trong đó dải tần cho phép

được chia nhỏ thành rất nhiều các sóng mang con (sub-carrier) có dải tần hẹp 15

kHz và trực giao với nhau

Hình 1.6 Kỹ thuật đa truy nhập OFDMA Phương pháp ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM là trường hợp đặc biệt của phương pháp điều chế đa sóng mang (multi-carrier

modulation), trong đó 1 luồng dữ liệu tại transmitter được phân tách thành nhiều

luồng dữ liệu truyền song song, mỗi luồng dữ liệu đó sẽ được đưa vào điều chế

lên 1 sóng mang con (sub-carrier) và cuối cùng được ghép tại đầu ra của

transmitter Các công nghệ đa truy nhập của FDMA, TDMA và CDMA đều sử

dụng phương pháp điều chế đơn sóng mang, luồng dữ liệu tại mỗi transmitter

chỉ được điều chế lên 1 sóng mang duy nhất

Khi so sánh với các phương pháp điều chế đa sóng mang khác, điều đặc biệt của OFDM là ở chỗ các sóng mang con (sub-carrier) có phổ tần chồng lên nhau

và có tính trực giao với nhau Tính trực giao của các sóng mang con được đảm

bảo tại mỗi thời điểm lấy mẫu của 1 luồng dữ liệu điều chế trên 1 sóng mang con

nhất định, dữ liệu lấy mẫu từ các sóng mang con khác đều bằng 0 Với tính trực

giao, đảm bảo các sóng mang con không gây nhiễu lẫn nhau

Hình 1.7 Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM Với các đặc tính như trên, OFDMA sẽ có ưu điểm và nhược điểm như sau:

buộc khoảng thời gian cho 1 kí hiệu (symbol interval) sẽ phải ngắn lại Đến một

chừng mực nào đó, việc truyền dữ liệu tốc độ cao tương đương với symbol có

thời gian ngắn với phương pháp điều chế đơn sóng mang như hiện tại đối với

3G CDMA sẽ có giới hạn, đến ngưỡng symbol interval nhỏ hơn nhiều so với

trễ đường truyền (propagation delay) thì nhiễu xuyên ký hiệu ISI sẽ trở trành

một vấn đề trầm trọng Với việc truyền dữ liệu tốc độ thấp (tương đương symbol

interval ngắn) trên nhiều sóng mang con, OFDMA đã vợt qua giới hạn này của

3G CDMA khi vấn đề với ISI sẽ được giảm đi đáng kể

+ Với việc các sóng mang con liên tiếp chồng lấn phổ tần số lên nhau, hiệu suất sử dụng phổ tần cũng tăng lên đáng kể mà vấn đảm bảo không gây nhiễu

lần nhau

- Nhược điểm:

+ LTE phải có thiết kế đảm bảo các sóng mang con luôn trực giao, chống lại hiện tượng dịch tần Doppler khi người dùng di chuyển với tốc độ cao OFDM

sẽ mất đi ý nghĩa nếu tính trực giao của các sóng mang con không được đảm bảo

+ OFDM có tỉ lệ công suất peak/average (PAR) cao Một cách tự nhiên, khi áp dụng điều chế đa sóng mang, truyền với nhiều sóng mang con sẽ có thể

dẫn tới hiện tượng chênh lệch lớn về công suất giữa các sóng mang con Mức

độ chênh lệch càng lớn sẽ buộc power amplifier của transmitter bù lại lượng

công suất thiếu của một số các sóng mang con so với sóng mang con có công

suất peak Mặc dù đây không phải chưa phải là vấn đề với đường downlink từ

eNodeB tới UE, đường uplink sẽ khiến UE tốn nhiều công suất dành cho việc bù

lại này, từ đó tăng giá thành và giảm tuổi thọ pin của đầu cuối cũng như làm giảm

đi hiệu suất công suất phát Đây cũng là lí do OFDM không áp dụng được cho

đường uplink, mà cần phải có 1 phương pháp khác khắc phục hạn chế này

1.2.3 Kỹ thuật đa truy nhập đường lên SC-FDMA (Single Carrier FDMA)

- SC-FDMA là trường hợp đặc biệt của OFDMA, khắc phục được nhược điểm tỷ lệ PAR cao của OFDMA

- Với hạn chế của OFDMA về tỉ lệ PAR cao như đã trình bày ở trên, phải

cần có phương pháp sử dụng điều chế đơn sóng mang nhưng vẫn giữ lại được các

ưu điểm của OFDMA Và SC-FDMA được lựa chọn là kỹ thuật đa truy nhập

đường lên cho LTE bởi SC-FDMA thực chất là một trường hợp đặc biệt của

OFDMA trong đó SC- FDMA giữ lại hầu hết nguyên lý của OFDMA và thỏa mãn

điều kiện điều chế đơn sóng mang SC-FMDA không điều chế 1 ký hiệu (symbol)

lên 1 sóng mang con sub-carrier như OFDMA mà sẽ tách các bit của 1 symbol

và ghép lên 1 sóng mang con sub-carrier để từ đó tạo thành 1 carrier duy nhất

- Như ví dụ của hình vẽ bên dưới, đối với OFDM, 4 symbol được điều chế trên 4 sub-carrier, với độ rộng mỗi sub-carrier 15kHz trong khi đối với SC-

FDMA, 4 symbol được truyền chỉ trên 1 carrier có độ rộng 60 kHz Để thực

hiện được việc này, thiết bị đầu cuối uplink phải bổ sung thêm thành phần DFT

precoding với mục đích tách bit đơn lẻ của 1 symbol và mapping lần lượt lên các

sóng mang con trước khi tổng hợp dữ liệu truyền đi với mục đích đạt được việc

truyền trên 1 carrier tại đầu ra của tín hiệu cuối cùng

Hình 1.8 So sánh 2 kỹ thuật OFDM và SC-FDMA Với các đặc tính như trên, SC-FDMA sẽ có ưu điểm và nhược điểm như sau:

- Ưu điểm: Khắc phục được nhược điểm tỉ lệ công suất peak/average (PAR) cao của OFDMA mà giữ nguyên các ưu điểm của OFDMA

- Nhược điểm Tăng độ phức tạp về mặt thiết bị cho các thiết bị đầu cuối và eNodeB

1.2.4 Kỹ thuật Cyclic Prefix chống lại hiệu ứng đa đường

- Cyclic Prefix (CP) là thành phần bit dư thừa đặt ở đầu mỗi symbol để

chống lại hiện tượng ISI sinh ra do hiệu ứng đa đường

- Lựa chọn độ dài của CP là trade-off giữa khả năng chống đa đường và hiệu suất sử dụng phổ tần

- Hiệu ứng đa đường (multipath) là một trong những vấn đề lớn của lĩnh vực di động Hiện tượng này là kết quả của quá trình va đập, phản xạ từ các vật

thể trong môi trường truyền Tại đầu thu sẽ nhận nhiều tín hiệu tại nhiều thời

điểm khác nhau, dẫn tới hiện tượng nhiễu xuyên ký hiệu (ISI) Hiệu ứng đa

đường nếu không được giải quyết tốt sẽ tạo ra sự thăng giáng rất lớn về chất

lượng tín hiệu

Hình 1.9 Hiệu ứng đa đường

- 3G WCDMA đã khắc phục hiện tượng đa đường bằng cách sử dụng bộ thu RAKE với thuật toán cho trước để tổng hợp tất cả các tín hiệu đa đường tạo ra tín

hiệu tốt nhất

- Tuy nhiên, khi yêu cầu về tốc độ dữ liệu ngày càng cao như đối với 4G thì khi tới mức độ nhất định, bộ thu RAKE tại đầu thu đòi hỏi mức độ phức tạp

quá cao, làm tăng chi phí và tuổi thọ pin của thiết bị đầu cuối Do đó, một phương

pháp khác (Cyclic Prefix) đã được áp dụng cho 4G để khắc phục hạn chế này

- Cyclic Prefix là phương pháp sử dụng 1 số lượng bit nhất định tại phần cuối của 1 symbol, được copy lên phần đầu của symbol đó Phần tiền tố dư thừa

này được gọi là Cyclic Prefix

Không dùng Cyclic Prefix Sử dụng Cyclic Prefix Hình 1.10 So sánh giữa có và không dùng Cyclic Prefix

- Nếu không sử dụng Cyclic Prefix, thành phần tín hiệu phản xạ của symbol thứ N, do đến chậm, sẽ gây nhiễu cho symbol thứ N+1 và làm mất đi

tính trực giao của OFDM Mỗi symbol sẽ có thời gian symbol interval = Tn

- Mỗi symbol sau khi thêm phần tiền tố này sẽ có thời gian dài hơn Tn+

Tcp Tại đầu thu, quá trình giải điều chế với mỗi symbol sẽ quy ước loại bỏ đi 1

lượng đúng bằng Cyclic Prefix, từ đó đảm bảo tín hiệu đa đường của symbol thứ N

không gây nhiễu cho symbol N+1

- Để đảm bảo điều này, độ dài của Cyclic Prefix phải đủ dài để lớn hơn độ trễ lớn nhất của tất cả các đường phản xạ tức là phần dư thừa được loại bỏ khi

giải điều chế đã bao gồm thành phần nhiễu do đa đường Tuy nhiên, độ dài này

không thể tăng tới 1 con số quá lớn do tính chất của việc chèn thêm 1 số lượng

bit dư thừa vào phần đầu của mỗi symbol làm hiệu suất sử dụng phổ tần giảm

đi Một Cyclic Prefix thông thường sẽ kéo dài 4.7 micro second, tương đương

với trễ đường truyền 1.4 Km

1.2.5 Công nghệ MIMO (Multiple Input- Multiple Output)

- MIMO là công nghệ sử dụng nhiều anten thu phát tại thiết bị đầu cuối và tại eNodeB

- Áp dụng MIMO có những ưu điểm so với 3G: Tăng tốc độ truyền dữ liệu, tăng hiệu suất phổ tần và dung lượng hệ thống, mở rộng vùng phủ tại biên cell và

có khả năng chống hiệu ứng fading tốt hơn

1.2.5.1 Khái niệm

- MIMO là công nghệ anten được giới thiệu từ năm 1998 áp dụng trong lĩnh vực thông tin vô tuyến trong đó dữ liệu truyền đồng thời trên nhiều anten thu

phát để có được độ lợi phân tập sau khi tổng hợp tín hiệu ở thiết bị thu

Hình 1.11 Hệ thống anten MIMO

- Một hệ thống MIMO được chia thành MIMO Downlink và MIMO Uplink Với 1 hệ thống MIMO có cấu hình X x Y Downlink sẽ yêu cầu X TRX

tại eNodeB và Y TRX tại UE và MIMO X x Y Uplink sẽ có X TRX tại UE và Y

TRX tại eNodeB Tuy nhiên tại thời điểm hiện tại, do khả năng hỗ trợ của hầu

hết UE trên thị trường chỉ hạn chế 1 Tx, hệ thống MIMO 2x2 hoặc 4x4 Downlink

(hay gọi tắt là MIMO 2Rx hoặc 4Rx) sẽ chỉ có 1Tx/2Rx hoặc 1Tx/4Rx tại UE

Các cấu hình MIMO áp dụng thực tế:

Bảng 1.2 Các cấu hình MIMO

Số lượng Tx Số lượng Rx Số lượng Tx Số lượng Rx 2Rx (MIMO 2x2

4Rx (MIMO 4x4

Ghi chú: Số lượng Rx tại UE phụ thuộc vào dòng thiết bị đầu cuối UE Cat

2 tới Cat 4 hỗ trợ 2 Rx Từ Cat 5 trở đi, UE có khả năng hỗ trợ 4 Rx

- Điều kiện hoạt động: Dựa trên điều kiện vô tuyến do UE đo đạc và báo cáo lên eNodeB, bộ lập lịch (scheduler) của eNodeB sẽ chọn ra cơ chế hoạt động

thích hợp đối với từng UE

- Cơ chế hoạt động:

Bảng 1.3 Cơ chế hoạt động của MIMO

Beam-

forming

Tất cả công suất phát downlink đượctập trung vào 1 nhánh anten (Tx)

có khả năng chống nhiễu

tốt nhất

Cải thiện chất lượng vùng phủ tại biên cell

Trong điều kiện chất lượng các kênh truyền cho UE tồi,

áp dụng cho đường downlink

Độ lợi phân tập Array Gain – mức

độ cải thiện SNR tại nhánh anten phát

Spatial

Diversity

Truyền cùng 1 dữ liệu trên các nhánh anten (Tx), các tín hiệu nhận được tại đầu thu sẽ được chọn lọc để thu được tín hiệu tốt nhất

Tăng khả năng chống lại hiệu ứng fading

Trong điều kiện chất lượng các kênh truyền cho UE tồi,

áp dụng cho đường uplink

Độ lợi phân tập Diveristy Gain –

tỷ lệ thuận với số lượng anten phân tập thu/phát

Spatial

Multiple

xing

Tách từ 1 luồng dữ liệu tốc độ cao tách thành luồng dữ liệu độc lập có tốc độ chậm hơn trên các nhánh (Tx) anten phát

Tăng tốc độ

dữ liệu, dung lượng hệ thống và hiệu suất sử dụng phổ tần

Trong điều kiện chất lượng các kênh truyền cho UE tốt

Độ lợi phân tập Multiplexing Gain – tăng tốc độ lên

số lân tỷ lệ thuận với số lượng anten thu/phát

- Ưu điểm của việc sử dụng MIMO ở 4G LTE so với 3G WCDMA + Tăng chất lượng vùng phủ tại biên cell (cell edge) khi sử dụng cơ chế beamforming của MIMO

+ Tăng khả năng chống lại hiệu ứng fading với cơ chế Spatial Diveristy, mức

độ cải thiện tỉ lệ thuận với số lượng anten thu phát được sử dụng

+ Tăng tốc độ dữ liệu, dung lượng hệ thống và hiệu suất sử dụng phổ tần khi

sử dụng cơ chế spatial multiplexing của MIMO

- Nhược điểm của MIMO là làm tăng độ phức tạp khi đòi hỏi nhiều anten hơn ở eNodeB và thiết bị đầu cuối của người dùng

1.2.6 Cấu trúc khung dữ liệu của LTE

Cấu trúc khung dữ liệu của LTE có 2 loại khác nhau, phụ thuộc vào cơ chế được chọn là FDD hay TDD

1.2.6.1 Cấu trúc khung LTE FDD Type 1

- Dưới góc nhìn cấu trúc khung vật lý, với cơ chế FDD, 1 khung dữ liệu (radio frame) có độ dài 10 ms, chia làm 10 sub-frame có độ dài mỗi sub-frame

1ms Trong đó, mỗi sub-frame bao gồm 2 time slot, mối time slot có độ dài 0.5 ms

Hình 1.13 LTE FDD Type 1 dưới góc nhìn cấu trúc khung vật lý

+ Trong đó, cấu trúc của 1 time slot là tổng hợp của tất cả các OFDM symbol trên tất cả các sóng mang con sub-carrier Trong trường hợp dải tần kênh

10 MHz được sử dụng, mỗi time slot sẽ l 1 mảng (array) của 600 sub-carrier trong

đó mỗi sub-carrier chứa 7 OFDM symbol

- Dưới góc nhìn tài nguyên được cấp phát cho UE, 1 Resource Block (RB) là đơn vị tài nguyên nhỏ nhất được cấp phát cho 1 user RB có độ rộng tần 180 kHz,

chứa 12 sóng mang con sub- carrier Trong 1 RB lại được phân chia thành đơn vị

nhỏ hơn là Resource Element (RE), với 1 RE tương ứng với 1 symbol trên 1

sub-carrier Qua đó, tài nguyên vô tuyến được cấp cho user theo cả miền thời gian và

tần số một cách linh hoạt

Hình 1.14 LTE FDD Type 1 dưới góc nhìn tài nguyên được cấp phát cho UE

1.2.6.2 Cấu trúc khung LTE TDD Type 2

- Cấu trúc khung dữ liệu của LTE TDD tương tự với LTE FDD Tuy nhiên, với đặc điểm của cơ chế TDD khi cả 2 đường downlink và uplink đều truyền trên 1

băng tần và phân biệt nhau về miền thời gian, cấu trúc khung dữ liệu cũng được

tách tương ứng, cụ thể:

+ Tương tự như đối với LTE FDD, một radio frame truyền trên kênh có độ dài 10ms Với mỗi radio frame, để đáp ứng đặc điểm của cơ chế TDD, mỗi frame

được tách thành 2 half-frame có độ dài 5 ms Mỗi half-frame được chia tiếp thành

5 sub-frame, mỗi sub-frame dài 0.1 ms Cấu trúc của sub-frame đối với TDD hoàn

toàn tương tự với FDD

Hình 1.15 Cấu trúc khung dữ liệu của LTE TDD Điều khác biệt ở cấu trúc half- frame của TDD là ở chỗ, tại mỗi half-frame, sub-frame 0 và 5 luôn dành cho truyền downlink S sub-frame 1 và 6 là guard band

của đường downlink và uplink

1.2.7 Các đặc tính kỹ thuật về tốc độ và bán kính cell của 4G LTE

1.2.7.1 Tốc độ dữ liệu peak trên lý thuyết

Bảng 1.4 Tốc độ dữ liệu peak trên lý thuyết

Dải tần Cấu hình MIMO Điều chế Tốc độ dữ liệu thực (không bao gồm báo hiệu)

1.2.7.2 Throughput trung bình của cell (Average Cell Throughput)

Hình 1.16 Throughput trung bình của cell

- Throughput trung bình của cell tỷ lệ thuận với độ rộng của dải tần, từ throughput 1 Mbps cho dải tần 1.4 MHz tới 13.5 Mbps cho dải tần 20 MHz khi xét

tới ví dụ cùng khoảng cách trạm-trạm (ISD) 500m

- Throughput trung bình của cell tỷ lệ nghịch với khoảng cách trạm-trạm, từ 11Mbps cho 500m khoảng cách trạm-trạm xuống còn 3 Mbps với 9000m khoảng

cách trạm-trạm, khi xét tới cùng dải tần 15 MHz

1.2.7.3 Bán kính cell (Cell range)

- Bán kính cell được tính toán dựa trên tổng suy hao trên đường truyền vô tuyến

- Xét với cùng một độ rộng dải tần, bán kính cell giảm dần với khi băng tần LTE tăng từ 900 MHz tới 2600 MHz và tăng dần với loại địa hình triển khai từ

thành phố tới vùng làng quê

Hình 1.17 Ảnh hưởng của tần số và địa hình đến bán kính cell

Hình 1.18 Ảnh hưởng throughput trung bình của cell đến bán kính cell

- Bán kính cell tỷ lệ nghịch với throughput trung bình của cell Các cell có thiết kế với bán kính càng lớn thì sẽ có throughput trung bình càng thấp và ng và

ngược lại

1.3 Kết luận

- Sử dụng phương pháp ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM kết hợp điều chế bậc cao 64 QAM và công nghệ MIMO, 4G LTE Rel8 có tốc độ

truyền dữ liệu vượt trội so với 3G

- Với cấu trúc mạng tinh giảm và phân tách luồng control plane/user plane kết hợp với cấu trúc khung dữ liệu 10ms, LTE 4G đạt được một bước tiến nữa về

độ trễ cho cả luồng báo hiệu và dữ liệu

- Với việc sử dụng OFDM và MIMO, hiệu suất sử dụng phổ tần của LTE 4G cũng tăng lên đáng kể so với 3G

- Và điểm khác biệt cuối cùng của 4G LTE với 3G WCDMA nằm ở mức

độ linh hoạt trong việc lựa chọn triển khai băng tần cũng như linh hoạt trong cấp

phát tài nguyên vô tuyến cho người dùng

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠNG 4G BẰNG PHẦN MỀM ATOLL 2.1 Giới thiệu các phần mềm thiết kế mạng viễn thông

Hiện nay, trên thế giới có phần mềm thiết kế mạng viễn thông nổi tiếng và được sử dụng chủ yếu như: Aircom Enterprise, Atoll from Forsk, TEM Cell

Planner, Huawei Unet, Alcatel A9155, Motorola Netplan… Mỗi phần mềm đều có

các ưu nhược điểm khác nhau, tùy theo vào nhu cầu thiết kế

2.1.1 Giới thiệu phần mềm Enterprise của Aircom

- Enterprise của Aircom là một hệ thống hỗ trợ lập kế hoạch, tối ưu hóa

mạng và báo cáo, thiết kế chi tiết thử nghiệm hệ thống mạng viễn thông cũng như

công tác tối ưu hóa một số khu vực nhỏ thực hiện thử nghiệm

- Enterprise cung cấp một cách tiếp cận linh hoạt để lập kế hoạch và phântích các loại dịch vụ khác nhau bằng cách sử dụng một sự kết hợp của các loại dịch

vụ, các loại thiết bị đầu cuối và các mảng mật độ thiết bị đầu cuối Các mô phỏng

tĩnh cung cấp một loạt các mảng đầu ra và báo cáo

- Các chức năng LTE/4G bao gồm:

+ Cấu trúc khung + Băng tần

+ Định nghĩa sóng mang (bao gồm tín hiệu/điều khiển, nhiễu…) + Hỗ trơ hệ thống anten tiên tiến

+ Thiết lập cơ sở dữ liệu các phần tử mạng LTE/4G + Mô phỏng vùng phủ sóng, mô hình lưu lượng, thông lượng + Nhận dạng các thông số vật lý

+ Mô phỏng vùng nhiễu + Kế hoạch tần số, thiết lập tối ưu mối quan hệ các cell lân cận (neighbourcell), thiết lập các thông số và mức ngưỡng

2.1.2 Giới thiệu phần mềm TEM Cell Planner

- TEMS- công cụ quy hoạch và tối ưu hoá mạng viễn thông TEMS giúp các nhà khai thác mạng quy hoạch, tăng cường và mở rộng mạng lưới 20 nhà khai

thác mạng của những mạng thông tin di động lớn nhất thế giới hiện nay đang sử

dụng thiết bị TEMS

- TEMS CellPlanner là một công cụ đồ họa dễ sử dụng trên máy tính để dự tính và mô phỏng hoạt động của mạng lưới Nó giúp nhà khai thác thiết kế, triển

khai và tối ưu h óa mạng thông tin di động Từ việc tính toán mạng lưới đến quy

hoạch chuyển mạch gói, TEMS CellPlanner có khả năng thực hiện bất kỳ nhiệm vụ

quy hoạch mạng lưới tiên tiến nào TEMS CellPlanner cũng tạo ra môi trường làm

việc thời gian thực cho nhiều người trong cùng nhóm, với lựa chọn để tải và chạy

cơ sở dữ liệu trên máy tính xách tay tại chỗ TEMS CellPlanner thường xuyên

được cập nhật để có thể thực hiện việc quy hoạch mạng cho tất cả các chuẩn công

nghệ, thậm chí trước cả khi đưa ra các dịch vụ mới

2.1.3 Giới thiệu phần mềm Atoll của Forsk

- Đối với một nhà mạng viễn thông, việc thiết kế và tối ưu mạng vô cùng quan trọng, vừa phải cân bằng giữa chi phí xây dựng lắp đặt nhà trạm, vừa phải

đảm bảo chất lượng mạng tốt nhất, đảm bảo chất lượng cuộc gọi làm hài lòng

khách hàng…

- Là một trong những sản phẩm hàng đầu của hãng Forsk-một công ty độc lập chuyên cung cấp phần mềm ithiết kế tối ưu từ năm 1987, phần mềm Atoll là

một ứng dụng trên nền tảng 64-bit, có khả năng linh hoạt hỗ trợ các nhà mạng vô

tuyến trong suốt vòng đời mạng từ lúc bắt đầu thiết kế tới tối ưu hóa mạng

Hình 2.1 Phần mềm Atoll

Các nét nổi bật của Atoll

- Đặc tính thiết kế mạng tiên tiến: Atoll là ứng dụng trên nền tảng 64 bit bao gồm các đặc tính thiết kế mạng đơn công nghệ (GSM/UMTS/LTE,

CDMA2000/LTE) và mạng kết hợp đa công nghệ GSM/UMTS/LTE, lập mô hình

lưu lượng và mô phỏng dựa trên Monte-Carlo Atoll hỗ trợ các công nghệ

GSM/GPRS/EDGE, UMTS/HSPA, LTE, CDMA2000 1xRTT/EV-DO,

TD-SCDMA, WiMAX, Wi-Fi và Microwave Phần mềm này cũng cho phép thực hiện

mô phỏng vùng phủ hiệu suất cao, và hỗ trợ các công nghệ không dây mới nhất

như Wi-Fi offloads, và LTE HetNets (nhằm giảm tình trạng nghẽn mạng di động,

tăng cường vùng phủ sóng và chất lượng mạng)

- Tích hợp các công cụ tối ưu: Atoll tích hợp một số các công cụ như AFP (tự động cấp phát tần số) và ACP (tự động căn chỉnh các thông số của cell), ASP

(tự động thiết lập vị trí trạm mới) cho phép các nhà mạng thực hiện thiết kế, tối ưu

một cách đơn giản dễ dàng chỉ với việc sử dụng Atoll và cơ sở dữ liệu và cơ sở hạ

tầng IT

- Kiến trúc mở và linh động: Atoll hỗ trợ môi trường đa người dùng thông qua một kiến trúc trúc cơ sở dữ liệu cho phép người dùng quản lý, chia sẻ dữ liệu,

quản lý tích hợp dữ liệu, và dễ dàng tích hợp với các hệ thống IT khác Atoll cũng

cho phép các tác vụ tự động thông qua một ngôn ngữ macro chuẩn, và bao gồm

một bộ công cụ phát triển phần mềm C++ tiên tiến thuận tiện tùy biến và tích hợp

IT

- Đặc tính bản đồ số tiên tiến: Atoll hỗ trợ hiển thị dữ liệu bản đồ số với nhiều định dạng, nhiều độ phân giải khác nhau Tập dữ liệu bản đồ khu vực thành

thị với độ phân giải cao và khu vực nông thôn với độ phân giải thấp hơn đều được

hỗ trợ và hiển thị tương tác nhau thành nhiều lớp với các tham số và vùng phủ

tương ứng Atoll cũng cho phép chỉnh sửa và tích hợp dữ liệu bản đồ dạng

raster/vector của các công cụ bản đồ hàng đầu như Map Info và Arc View

- Thực hiện phân phối các phép tính toán, tối giảm chiếm dụng phần cứng:

Atoll cho phép phân phối các phép tính toán trên một số máy tính và hỗ trợ song

song việc tính toán trên các máy chủ đa lõi, do đó làm giảm đáng kể thời gian tính

toán và giảm chiếm dụng phần cứng…

Từ phiên bản Atoll 3.1.2 (bản 4389) trở lên thì phần mềm hỗ trợ cả 32 bit và

64 bit, kết hợp các thành phần của 32 bit và 64 bit: Lõi Atoll, Các Module công

nghệ (GSM/UMTS/CDMA2000), AFP, ACP, mô hình truyền sóng…Do đó Forsk

cũng cung cấp cho khách hàng khả năng cài đặt và sử dụng phiên bản Atoll phù

hợp nhất với yêu cầu và cấu hình hệ thống, phiên bản 32-bit hoặc 64 bit Phiên bản

32 bit vẫn tiếp tục cung cấp các tính năng tương tự như phiên bản 64 bit nhưng

trong giới hạn của kiến trúc 32 bit Phiên bản 64 bit cho phép nhà mạng thiết kế và

tối ưu những mạng với công nghệ phức tạp nhanh hơn, với độ chính xác cao hơn

và với dữ liệu lớn hơn, cụ thể là:

- Môi trường làm việc:

+ Giao diện người dùng: Tính năng copy hình ảnh trong phiên bản cũ nay

đã cho phép người dùng có thể chọn hoặc là hình ảnh ánh xạ bit của vùng được

chọn hoặc là tọa độ quy chiếu giữa trái đất và bản đồ

+ Cơ sở dữ liệu: Khi làm việc với cơ sở dữ liệu, và đồng bộ với một project gốc và một project đang làm việc, người dùng có thể ngăn Atoll ghi đè file dữ liệu

suy hao tuyến chia sẻ bằng việc định nghĩa một lựa chọn khác trong file atoll.ini

- Wi-Fi:

+ Module Atoll WiMax/BWA có thêm tính năng hỗ trợ Wi-Fi

+ Atoll hỗ trợ chuẩn WLAN IEEE 802.11 dựa trên OFDM: 802.11a, 802.11g, 802.11n, 802.11ac

+ Atoll cho phép làm việc với nhiều băng tần Wi-Fi khác nhau và độ rộng kênh khác nhau

+ Atoll bao gồm việc hỗ trợ MiMo với 802.11n và 802.11ac

2.2 Hướng dẫn khai thác thiết kế, mô phỏng mạng 4G bằng Atoll

- Bước 1: Mở project mới hoặc có

- Bước 2: Thiết lập các dữ liệu đầu vào chung, tham số mạng, các thành phần mạng: Site, transmitter, cell, Hiệu chỉnh các tham số

- Bước 3: Thực hiện các mô phỏng cơ bản (Best server, signal level)

- Bước 4: Thiết kế bổ sung trạm theo mục tiêu đề ra

- Bước 5: Automatic Cell Planning (ACP) tối ưu kết quả thiết kế trạm

- Bước 6: Xuất dữ liệu và lưu kết quả

2.2.1 Các dữ liệu đầu vào chung Gồm: Bản đồ số, phương trình truyền sóng

2.2.1.1 Bản đồ số

- Bản đồ số là đầu vào chứa thông tin về độ cao bình độ, phân loại vùng các

địa hình sử dụng (chia thành các clutter) và độ cao về nhà cửa Có 2 loại bản đồ

chính sử dụng trong việc mô phỏng là bản đồ số 2D và 3D Các lớp trong bản đồ

bao gồm:

+ Digital Terrain Map (DTM): Là lớp dữ liệu địa lý mang thông tin độ cao

bình độ của địa hình (độ cao so với mặt nước biển) Đây là dữ liệu không thể thiếu

trong hiệu chỉnh mô hình truyền sóng (MHTS)

+ Clutter Classes: Là lớp dữ liệu địa lý phủ bề mặt của lớp DTM, mang

thông tin các loại địa hình sử dụng (Land use) Dữ liệu Clutter phải được sử dụng

trong mô phỏng

+ Clutter Heights: Là lớp dữ liệu địa lý mang thông tin về chiều cao của lớp

Clutter, lớp dữ liệu này thường được sử dụng để tăng độ chính xác của mô hình

tính suy hao đường truyền sóng

- Suy hao đường truyền được tính bởi công thức:

L Txipath = Lmodel + LantTx (2.1)

Trong đó :

+ LTxipath : Là suy hao đường truyền sóng

hình truyền sóng

+ LantTx : Suy hao của anten phát

Mô hình truyền sóng điển hình (Standard Propagation Model viết tắt SPM), được phát triển từ mô hình truyền sóng Okumura – Hata, thường sử dụng trong hầu

hết các phần mềm thiết kế và tối ưu mạng Công thức tính toán chính như sau:

Ở mô hình truyền sóng trên, các tham số được định nghĩa như sau:

+ K1: Hằng số “offset” phụ thuộc vào tần số

+ K2: Hệ số suy hao theo tần số và khoảng cách, đặc trưng cho truyền sóng

trong không gian

+ K3: Hệ số chiều cao của anten BTS, hệ số này được cho thấy suy hao thay

đổi như thế nào khi anten BTS ở các độ cao khác nhau

+K4: Hệ số đặc trưng cho nhiễu xạ của môi trường, Hệ số này nhân với suy

hao nhiễu xạ theo khoảng cách

+ K5: Hệ số biểu diễn suy hao truyền sóng theo độ cao Anten phát với thang

log của khoảng cách

+ K6; K7: Biểu diễn suy hao truyền sóng theo độ cao của MS, thông thường

không điều chỉnh hệ số này với chiều cao MS=1.5m

2.2.2 Hướng dẫn nhập các dữ liệu đầu vào

2.2.2.1 Bước 1 - Khởi động Atoll và tạo Project

a Bước 1.1 - Tạo Project mới

Hình 2.2 Tạo Project mới

- Khởi động phần mềm Atoll bằng cách Double-click vào biểu tượng Atoll

- Tạo Project mới bằng cách chọn File  New From a Document Template (hoặc dùng phím tắt Ctrl+N)

b Bước 1.2 - Chọn công nghệ

- Mô phỏng 2G (GSM): Chọn GSM GPRS EDGE

- Mô phỏng 3G (UMTS): Chọn UMTS HSPA

- Mô phỏng 4G (LTE): Chọn LTE

Khi đó màn hình làm việc sẽ có dạng tương tự như sau:

Hình 2.3 Lựa chọn công nghệ mạng cần thiết kế

2.2.2.2 Bước 2 - Thiết lập môi trường làm việc mới

a Bước 2.1 - Chọn hệ tọa độ

- Bước 2.1.1 Chọn hệ tọa độ WGS84 và Zone 48N:

Từ Menu chính, chọn Document  Properties…

Hình 2.4 Lựa chọn hệ tọa độ