giải pháp nâng cấp mạng thông tin di động GSM theo công nghệ WCDMA

Sự ra đời của thông tin di động số thay thế cho thông tin di động tương tự là một bước phát triển lớn, việc số hóa giúp cho các hệ thống có thể đưa ra các dịch vụ mới với chất lượng cao,

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG -   -

Sinh viên thực hiện

Cao Hà Hải Âu

LỜI CAM ĐOAN 2

MỤC LỤC 3

BẢNG TRA CỨU TỪ VIẾT TẮT 6

LỜI MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1 CẤU TRÚC MẠNG GSM 1

1.1 Giới thiệu chương 1

1.2 Đặc điểm chung 1

1.3 Kiến trúc mạng của hệ thống GSM 2

1.3.1 Phân hệ trạm gốc (BSS) 3

1.3.2 Hệ thống con chuyển mạch SS 3

1.3.3 Hệ thống con khai thác OSS 4

1.4 Kỹ thuật vô tuyến số trong GSM 4

1.4.1 Mã hóa kênh 4

1.4.2 Phương pháp đa truy cập trong GSM 5

1.4.3 Giao tiếp vô tuyến 5

1.4.3.1 Kênh vật lý 6

1.4.3.2 Kênh logic 6

1.5 Kết luận chương 7

CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC MẠNG WCDMA 8

2.1 Giới thiệu chương 8

2.2 Sự khác nhau cơ bản giữa giao diện vô tuyến của WCDMA và giao diện vô tuyến thế hệ thứ 2 8

2.3 Các thông số chính của WCDMA 10

2.4 Cấu trúc mạng WCDMA 11

2.4.1 Cấu trúc của UTRAN 13

2.4.1.1 Đặc trưng 14

2.4.1.2 Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) 14

2.4.1.3 Node B 15

2.4.1.4 Các chức năng điều khiển của UTRAN 15

2.4.2 Giao diện vô tuyến 16

2.4.2.1 Giao diện UTRAN - CN, Iu 16

2.4.2.2 Giao diện RNC - RNC, Iur 16

CHƯƠNG 3 PHÁT TRIỂN MẠNG WCDMA TRÊN NỀN MẠNG GSM 17

3.1 Giới thiệu chương 17

3.2 Hoạt động của các hệ thống băng hẹp và WCDMA trong dải tần kế cận .17

3.3 Các vấn đề đồng quy hoạch mạng vô tuyến 19

3.3.1 Quá trình đồng quy hoạch 20

3.2.1.1 Tái sử dụng site 21

3.2.1.2 Các giải pháp site 22

3.3.2 Chuyển giao giữa WCDMA và GSM 23

3.2.2.1 Chuyển giao từ WCDMA sang GSM 24

3.2.2.2 Chuyển giao từ GSM sang WCDMA 25

3.3.3 Phân phối lưu lượng và dịch vụ giữa các hệ thống 26

3.3.4 Vùng phủ và dung lượng 27

3.4 Kết luận chương 28

CHƯƠNG 4 GIẢI PHÁP TRIỂN KHAI CELL WCDMA 30

4.1 Mở đầu chương 30

4.2 Triển khai cell 30

4.3 Vấn đề vùng phủ khi phát triển chồng lấn WCDMA lên GSM 31

4.4 Các vấn đề dung lượng 34

4.5 Các cấu trúc cell phân cấp trong mạng WCDMA 35

4.5.1 Các vấn đề liên quan đến hoạt động của mạng 36

4.5.1.1 Nhiễu 36

4.5.1.2 Điều chỉnh công suất kênh hoa tiêu 37

4.5.2 Một số cấu hình mạng 38

4.6 Tối ưu hóa tài nguyên trong hệ thống sử dụng cấu trúc cell phân cấp 39

4.6.1 Quy trình tổng quan 39

4.6.2 Quy trình áp dụng đối với một lớp cell 41

4.7 Kết luận chương 42

CHƯƠNG 5 CÁC GIẢI PHÁP ANTEN 43

5.1 Mở đầu chương 43

5.2 Các yêu cầu về tần số vô tuyến 43

5.2.1 Phát xạ tạp âm và phát xạ giả 43

5.2.2 Nghẽn máy thu 45

5.2.2.1 Nghẽn máy thu giữa GSM900 và GSM1800 45

5.2.3 Liên điều chế 47

5.2.4 Tổng hợp về vấn đề độ cách ly yêu cầu 50

5.3 Các giải pháp anten 50

5.3.1 Các site song băng 51

5.3.1.1 GSM900 và GSM1800 51

5.3.1.2 GSM900 và UMTS 51

5.3.1.3 GSM1800 và UMTS 51

5.3.2 Các site 3 băng 55

5.3.2.1 Anten song băng 55

5.3.2.2 Anten ba băng 56

5.4 Kỹ thuật chia sẻ phi-đơ 57

5.4.1 Các site song băng 57

5.4.2 Site ba băng 58

5.4.3 Các tổn hao phụ 59

5.5 Quy trình thiết kế 60

5.6 Kết luận chương 62

CHƯƠNG 6 QUY HOẠCH MẠNG WCDMA 63

6.1 Giới thiệu chương 63

6.2 Định cỡ mạng 63

6.3 Phân tích quỹ năng lượng đường truyền vô tuyến 65

6.3.1 Quỹ năng lượng đường lên 65

6.3.2 Quỹ năng lượng đường xuống 67

6.4 Xác định kích thước cell 67

6.4.1 Mô hình Hata - Okumura 67

6.4.2 Mô hình Walfsch - Ikegami 69

6.5 Tính toán dung lượng và vùng phủ 71

6.6 Tổng kết chương 74

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

PHẦN PHỤ LỤC 78

BSS Base Station Subsystem - Hệ thống trạm gốc

BER Bit Error Ratio - Tỷ số bit lỗi

BSC Base Station Controler - Bộ điều khiển trạm gốc

BTS Base Tranceiver Station - Trạm vô tuyến gốc

BPSK Binary Phase Shift Keying - Khóa dịch pha nhị phân

C

CDMA Code Division Multiple Access - Đa truy cập chia theo mã

CR Chip Rate - Tốc độ chip

CS Circuit Switch - Chuyển mạch kênh

CN Core Network - Mạng lõi

D

DTE Data Terminal Equipment - Thiết bị đầu cuối số liệu

DSSS Direct Sequence Spreading Spectrum - Trải phổ dãy trực tiếp

E

ETSI European Telecommunications Standards Institute - Viện Tiêu chuẩn

viễn thông châu Âu

EIR Equipment Identity Register - Thanh ghi nhận dạng thiết bị

G

GOS Grade Of Service - Cấp độ phục vụ

GSM Global System for Mobile Communication - Thông tin di động toàn

cầuGPS Global Position System - Hệ thống định vị toàn cầu

GPRS General Packet Radio Services - Dịch vụ vô tuyến gói chung

GMSC Gateway MSC - Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài

A

Handover Chuyển giao

HH Hard Handoff - Chuyển giao cứng

HSCSD Hight Speed Circuit Switched Data - Hệ thống chuyển mạch kênh tốc

ITU-R International Mobile Telecommunication Union Radio Sector - Liên

minh viễn thông quốc tế - bộ phận vô tuyến

IWF InterWorking Function - Chức năng tương tác mạng

Iu CS Iu Circuit Switched - Iu chuyển mạch kênh

Iu PS Iu Packet Switched - Iu chuyển mạch gói

L

LAI Location Area Indentify - Nhận dạng vùng vị trí

LLC Logical Link Control - Điều khiển liên kết logic

LR Location Registration - Đăng ký vị trí

Node B Là nút logic kết cuối giao diện IuB với RNC

NSS Network and Switching Subsystem - Hệ thống chuyển mạch

O

ODMA Opportunity Driven Multiplex Access - Đa truy cập theo cơ hội

OM Operation and Management - Khai thác và bảo dưỡng

QPSK Khóa dịch pha vuông góc

QoS Quality of service - Chất lượng dịch vụ

RNC Radio Network Control - Điều khiển mạng vô tuyến

RNS Radio Network Subsystem - Hệ thống mạng con vô tuyến

S

SIM Subscribe Identity Module - Module nhận dạng thuê bao

SDMA Space Division Multiple Access - Đa truy cập phân chia theo không

gianSGSN Serving GPRS - General Packet Radio Network Service Node

SS Spread Spectrum - Trải phổ

T

TACH Traffic and Associated Channel - Lênh lưu lượng và liên kết

TDMA Time Division Multiple Access - Đa truy cập phân chia theo thời gianTDD Time Division Duplex - Ghép song công phân chia thời gian

U

UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network - Mạng truy nhập vô

tuyến mặt đất toàn cầu

UMTS Universal Mobile Telecommunnication System

UE User Equipment - Thiết bị người sử dụng

USIM UMTS Subscriber Identity - Module nhận dạng thuê bao UMTS

Công nghệ viễn thông đang có những bước phát triển tuyệt vời Cùng với sự phát triển của các ngành công nghệ khác như đện tử, tin học, quang học, công nghệ viễn thông đã và đang mang đến cho con người những ứng dụng trong tất cả các lĩnh vực: kinh tế , giáo dục, văn hoá, y học, thông tin quãng bá các quốc gia đều coi viễn thông là một trong những ngành mũi nhọn và đầu tư thích đáng để có những thành tựu những vị trí xứng đáng trong công nghệ ứng dụng công nghệ thông tin, làm đòn bẩy để kích thích sự phát triển của các ngành kinh tế quốc dân khác

Hệ thống thông tin di động trong những năm qua đã phát triển rất nhanh chóng, cung cấp các loại hình dịch vụ đa dạng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng Hiện nay, mạng thông tin di động của Việt Nam đang sử dụng công nghệ GSM, tuy nhiên mạng GSM không đáp ứng được các yêu cầu về dịch vụ mới cũng như đòi hỏi chất lượng dịch vụ ngày càng cao của người sử dụng Do đó việc nghiên cứu và triển khai mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA là một điều tất yếu Xuất phát từ những suy nghĩ như vậy nên em đã quyết định chọn đề tài: ”

GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM THEO CÔNG NGHỆ WCDMA”

Nội dung đồ án gồm 6 chương:

 Chương 1: CẤU TRÚC MẠNG GSM

Chương này trình bày tổng quan về cấu trúc, kiến trúc mạng và các kỹ thuật

vô tuyến của hệ thống thông tin di động GSM và sự cần thiết của việc xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ ba

 Chương 2: CẤU TRÚC MẠNG WCDMA

Giới thiệu công nghệ thông tin di động thế hệ 3 WCDMA và cấu trúc mạng WCDMA

 Chương 3: PHÁT TRIỂN MẠNG WCDMA TRÊN NỀN MẠNG GSMChương này trình bày các vấn đề ảnh hưởng tương tác giữa hai hệ thống WCDMA - GSM và các giải pháp khắc phục

Chương này trình bày các vấn đề về triển khai cell, vùng phủ, tiến trình phát triển của hệ thống tích hợp.

 Chương 5: CÁC GIẢI PHÁP ANTEN

Chương này trình bày các giải pháp anten dùng trong đồng quy hoạch mạng trên thực tế

 Chương 6: QUY HOẠCH MẠNG WCDMA

Chương này trình bày một số bước chính trong quá trình quy hoạch mạng WCDMA

Trong quá trình làm đề tài, em đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự phê bình, hướng dẫn và sự giúp đỡ của Thầy , Cô, bạn bè

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của Thầy Dư Quang Bình cùng các Thầy cô trong khoa để em hoàn thành đề tài tốt nghiệp này

Đà Nẵng, ngày 25 tháng 05 năm 2005

Sinh viên thực hiệnCao Hà Hải Âu

CHƯƠNG 1 CẤU TRÚC MẠNG GSM



1.1 Giới thiệu chương.

Thông tin di động thế hệ hai là hệ thống thông tin di động số Sự ra đời của thông tin di động số thay thế cho thông tin di động tương tự là một bước phát triển lớn, việc số hóa giúp cho các hệ thống có thể đưa ra các dịch vụ mới với chất lượng cao, dung lượng lớn mà giá thành và kích thước giảm Để tìm hiểu hướng phát triển của hệ thống thông tin di động số thế hệ hai về sau thì trước hết ta phải tìm hiểu về kiến trúc của nó

Chương này trình bày một số vấn đề về:

 GSM với tiêu chuẩn thông số toàn Châu Âu mới, sẽ giải quyết sự hạn chế dung lượng hiện nay Thực chất dung lượng sẽ tăng 2 – 3 lần nhờ việc sử dụng tần

số tốt hơn và kỹ thuật cell nhỏ, do vậy số thuê bao được phục vụ sẽ tăng lên

 Người sử dụng dịch vụ có thể đem máy di động của mình đi sử dụng ở nước khác Hệ thống sẽ tự động cập nhật thông tin về vị trí Người sử dụng cũng có thể gọi đi và nhận cuộc gọi đến mà người gọi không biết vị trí của mình Ngoài tính lưu động quốc tế, tiêu chuẩn GSM còn cung cấp một số tính năng như thông tin tốc

độ cao, faxcimile và dịch vụ thông báo ngắn Các máy điện thoại di động sẽ ngày càng nhỏ hơn và tiêu thụ ít công suất hơn các thế hệ trước chúng

 Tiêu chuẩn GSM được thiết kế để có thể kết hợp với ISDN và tương thích với môi trường di động

 Việc đăng ký thuê bao được ghi ở module nhận dạng thuê bao SIM

 Tính bảo mật cũng được tăng cường nhờ việc sử dụng mã số để ngăn chặn hoàn toàn việc nghe trộm ở vô tuyến.

1.3 Kiến trúc mạng của hệ thống GSM.

Hệ thống GSM được chia thành hệ thống trạm gốc BSS và hệ thống chuyển mạch NSS Mỗi hệ thống nói trên chứa một số khối chức năng, ở đó thực hiện tất cả các chức năng của hệ thống Các khối chức năng được thực hiện bởi các thiết bị phần cứng khác nhau

Hình 1.1 Mô hình hệ thống GSM

Ký hiệu

ISDN: Mạng liên kết số đa dịch vụ HLR: Bộ ghi định vị thường trú.PLMN: Mạng di động công cộng mặt đất EIR: Bộ ghi nhận dạng thiết bị.MSC: Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di

OMC: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng MS: Trạm di động

SS: Hệ thống con chuyển mạch BTS: Trạm thu phát gốc

PSTN: Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng BSS: Hệ thống con trạm gốc

CSPDN: Mạng số liệu công cộng chuyển mạch

PSPDN:Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói AUC: Trung tâm nhận thực

SS

OMC

AUC HLR EIR VLR

CSPD

N

BSS

BSC BTS

MS

1.3.1 Phân hệ trạm gốc (BSS).

Hệ thống được thực hiện như là một mạng gồm nhiều cell vô tuyến cạnh nhau để đảm bảo toàn bộ vùng phủ của vùng phục vụ Mỗi cell có một trạm vô tuyến gốc (BTS) làm việc ở tập hợp các kênh vô tuyến Các kênh này khác với các kênh làm việc của cell kế cận để tránh nhiễu giao thoa BTS được điều khiển bởi bộ điều khiển trạm gốc BSC Các BSC được phục vụ bởi trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động (MSC) Một BSC điều khiển nhiều BTS

Hệ thống GSM sử dụng mô hình OSI Có 3 giao diện phổ biến trong mô hình OSI: giao diện vô tuyến giữa MS và BTS, giao diện A giữa MSC và BSC và giao diện A-bis giữa BTS và BSC

 BTS: Một BTS bao gồm các thiết bị phát thu, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến

 BSC: có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa BTS và MS Một phía BSC được nối với BTS còn phía kia nối với MSC của SS Một BSC trung bình có thể quản lý tới vài chục BTS phụ thuộc vào lưu lượng của các BTS này Giao diện giữa BSC với MSC được gọi là giao diện A, còn giao diện giữa nó với BTS được gọi là giao diện Abis

1.3.2 Hệ thống con chuyển mạch SS.

Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và với các mạng khác Nó bao gồm:

 MSC: Thực hiện chức năng chuyển mạch, nhiệm vụ chính của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng mạng GSM Một mặt MSC giao tiếp với hệ thống con BSS, mặt khác giao tiếp với mạng ngoài MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài gọi là MSC cổng

 HLR: chứa tất cả các thông tin về thuê bao, và các thông tin liên quan đến

vị trí hiện hành của thuê bao, nhưng không chính xác HLR có AUC và EIR AUC quản lý bảo mật dữ liệu cho việc nhận thực thuê bao EIR chứa các số liệu phần cứng của thiết bị

 Thanh ghi định vị tạm trú VLR: là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng GSM

Nó được nối đến một hoặc nhiều MSC, có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí của các thuê bao nói trên để cập nhật cho MSC với mức độ chính xác hơn HLR

 GMSC (MSC cổng): SS có thể chứa nhiều MSC, VLR, HLR Để thiết lập một cuộc gọi đến người sử dụng GSM, trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến một tổng đài cổng được gọi là GMSC mà không cần biết đến hiện thời thuê bao đang ở đâu Các tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiện thời

1.3.3 Hệ thống con khai thác OSS.

OSS thực hiện 3 chức năng chính như sau:

 Khai thác và bảo dưỡng mạng

 Quản lý thuê bao và tính cước

là ta phải chấp nhận một số lượng lỗi nhất định Mã hóa kênh được sử dụng để phát hiện và hiệu chỉnh lỗi trong luồng bit thu nhằm giảm tỉ số lỗi bit BER Để đạt được điều này người ta bổ sung các bit dư vào luồng thông tin Như vậy ta phải gửi đi nhiều bit hơn cần thiết cho thông tin, nhưng bù lại ta có thể đạt được độ an toàn chống lỗi tốt hơn

Bộ mã hóa kênh mã hóa dữ liệu thông tin nguồn ra một chuỗi mã khác để phát lên kênh truyền Có thể chia mã hóa kênh thành hai loại: mã khối và mã xoắn

1.4.2 Phương pháp đa truy cập trong GSM.

Ở giao diện vô tuyến MS và BTS liên lạc với nhau bằng sóng vô tuyến Do tài nguyên về tần số có hạn mà số lượng thuê bao lại không ngừng tăng lên nên ngoài việc sử dụng lại tần số, trong mỗi cell số kênh tần số được dùng chung theo kiểu trung kế Hệ thống trung kế vô tuyến là hệ thống vô tuyến có số kênh sẵn sàng phục vụ ít hơn số người dùng khả dĩ Xử lý trung kế cho phép tất cả người dùng sử dụng chung một cách trật tự số kênh có hạn vì chúng ta biết chắc rằng xác suất mọi thuê bao cùng lúc cần kênh là thấp Phương thức để sử dụng chung các kênh gọi là

đa truy nhập

Tồn tại 3 phương pháp đa truy nhập:

 FDMA (Đa truy cập phân chia theo tần số): Phục vụ các cuộc gọi theo các kênh tần số khác nhau

 TDMA (Đa truy cập phân chia theo thời gian): Phục vụ các cuộc gọi theo các khe thời gian khác nhau

 CDMA (Đa truy cập phân chia theo mã): Phục vụ các cuộc gọi theo các chuỗi mã khác nhau

GSM sử dụng kết hợp hai phương pháp đa truy cập là FDMA và TDMA

1.4.3 Giao tiếp vô tuyến.

Giao tiếp vô tuyến là khái niệm dùng để chỉ cấu trúc truyền dẫn giữa trạm di động và trạm thu phát gốc GSM sử dụng kết hợp hai phương pháp đa truy cập FDMA và TDMA Trong FDMA có 124 kênh với dải tần 935 - 960MHz sử dụng cho đường lên và 890 - 915MHz cho đường xuống Mỗi kênh được đặc trưng bởi một tần số (sóng mang) gọi là kênh tần số RFCH (Radio channel) cho mỗi hướng thu phát và được gán cho một khung thời gian trong TDMA, mỗi khung được chia

ra 8 khe thời gian để truyền dẫn thông tin theo hai hướng Như vậy ta có tổng số kênh ở GSM 900 là 992

Một cặp RFCH (thu và phát) tại một khe thời gian được gọi là một kênh vật

lý Một kênh nhìn theo quan điểm nội dung tin tức được gọi là kênh logic Các kênh logic được sắp xếp lên các kênh vật lý theo một nguyên tắc nhất định

1.4.3.1 Kênh vật lý.

Kênh vật lý được tổ chức theo quan điểm truyền dẫn Các kênh vật lý là một khe thời gian ở một tần số vô tuyến dành để truyền tải thông tin ở đường vô tuyến GSM Đối với GSM kênh vật lý là một khe thời gian ở một sóng mang vô tuyến được chỉ định:

Dải tần số:

890 - 915MHz cho đường lên (từ MS đến BTS)

935 - 960MHz cho đường xuống (từ BTS đến MS)

Dải thông tần của kênh vật lý là 200KHz Dải tần bảo vệ ở biên rộng 200KHz GSM 900 có 124 dải thông tần bắt đầu từ tần số 890.2MHz Mỗi dải thông tần kênh là một TDMA có 8 khe thời gian Mỗi khe kéo dài 577s, mỗi khung là 4.62ms Khung đường lên trễ ba khe so với khung đường xuống Nhờ vậy mà MS

có thể sử dụng một khe thời gian có cùng thứ tự ở đường lên hoặc đường xuống để truyền tín hiệu song công

1.4.3.2 Kênh logic.

Các kênh logic được tổ chức theo quan điểm nội dung tin tức Nó được đặc trưng bởi thông tin truyền giữa BTS và MS Các kênh logic này được đặt vào các kênh vật lý nói trên Có thể chia các kênh logic thành 2 loại tổng quát: kênh lưu lượng và kênh báo hiệu điều khiển

• Các kênh lưu lượng chia làm 2 loại:

Bm hay TCH toàn tốc (TCH/F)

Lm hay TCH bán tốc (TCH/H)

• Các kênh báo hiệu điều khiển chia làm 3 loại:

Kênh điều khiển quảng bá, kênh điều khiển chung và dành riêng

1.5 Kết luận chương.

Để đáp ứng được các dịch vụ mới về truyền thông đa phương tiện trên phạm

vi toàn cầu đồng thời đảm bảo tính kinh tế, hệ thống GSM sẽ được nâng cấp từng bước lên thế hệ ba Thông tin di động thế hệ ba có khả năng cung cấp dịch vụ truyền thông multimedia băng rộng trên phạm vi toàn cầu với tốc độ cao đồng thời cho phép người dùng sử dụng nhiều loại dịch vụ đa dạng Việc nâng cấp GSM lên 3G thực hiện theo các tiêu chí sau:

 Là mạng băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện trên phạm vi toàn cầu Cho phép hợp nhất nhiều chủng loại hệ thống tương thích trên toàn cầu

 Có khả năng cung cấp độ rộng băng thông theo yêu cầu nhằm hỗ trợ một dải rộng các dịch vụ từ bản tin nhắn tốc độ thấp thông qua thoại đến tốc độ dữ liệu cao khi truyền video hoặc truyền file Nghĩa là đảm bảo các kết nối chuyển mạch cho thoại, các dịch vụ video và khả năng chuyển mạch gói cho dịch vụ số liệu Ngoài ra nó còn hỗ trợ đường truyền vô tuyến không đối xứng để tăng hiệu suất sử dụng mạng (chẳng hạn như tốc độ bit cao ở đường xuống và tốc độ bit thấp ở đường lên)

 Khả năng thích nghi tối đa với các loại mạng khác nhau để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân toàn cầu và điện thoại vệ tinh Các tính năng này

sẽ cho phép mở rộng đáng kể vùng phủ sóng của các hệ thống di động

 Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để bảo đảm sự phát triển liên tục của thông tin di động Tương thích với các dịch vụ trong nội bộ IMT-2000 và với các mạng viễn thông cố định như PSTN/ISDN Có cấu trúc mở cho phép đưa vào dễ dàng các tiến bộ công nghệ, các ứng dụng khác nhau cũng như khả năng cùng tồn tại và làm việc với các hệ thống cũ

CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC MẠNG WCDMA



2.1 Giới thiệu chương.

Hệ thống 3G được xây dựng nhằm chuẩn bị một cơ sở hạ tầng di động chung

có khả năng phục vụ các dịch vụ hiện tại và tương lai Cơ sở hạ tầng 3G được thiết

kế với điều kiện những thay đổi, phát triển về kỹ thuật có khả năng phù hợp với mạng hiện tại mà không làm ảnh hưởng đến các dịch vụ đang sử dụng Để thực hiện điều đó chúng ta cần phải tham khảo qua cấu trúc mạng của hệ thống WCDMA

Chương này trình bày một số vấn đề về:

 Các thông số chính của WCDMA

 Tốc độ bit lên tới 2Mb/s

 Tốc độ bit thay đổi theo yêu cầu về dải thông

 Ghép nhiều dịch vụ với yêu cầu chất lượng khác nhau trên một kết nối như thoại, video, dữ liệu gói

 Yêu cầu chất lượng từ 10% lỗi khung và 10-6 BER

 Cùng tồn tại cả mạng thế hệ 2 và 3 và chuyển giao qua lại giữa chúng để

mở rộng vùng bao phủ và cân bằng tải

 Yêu cầu bất đối xứng lưu lượng giữa hướng lên và hướng xuống, hướng lên tốc độ bit thấp, hướng xuống tốc độ cao

 Hiệu quả sử dụng phổ cao

 Cùng tồn tại cả FDD và TDD

Bảng 2.1 Những điểm khác biệt chính giữa giao diện vô tuyến WCDMA và GSM.

WCDMA có khả năng làm việc ở cả hai chế độ FDD và TDD cho phép sử dụng hiệu quả phổ tần được cấp phát ở các vùng khác nhau (xem bảng 2.1):

 FDD: là phương pháp ghép song công trong đó truyền dẫn đường lên và đường xuống sử dụng hai tần số riêng biệt Ở FDD đường lên và đường xuống sử dụng hai băng tần khác nhau Hệ thống được phân bố một cặp băng tần riêng biệt

 TDD: là phương pháp ghép song công trong đó đường lên và đường xuống được thực hiện trên cùng một tần số bằng cách sử dụng những khe thời gian luân phiên Ở TDD các khe thời gian trong các kênh vật lý được chia thành hai phần: phần phát và phần thu Thông tin đường xuống và đường lên được truyền dẫn luân phiên

Tần số điều khiển công suất 1500Hz 2Hz hay thấp hơn

Sự phân tập về tần số Với dải tần 5MHz tạo nên sự

đa dạng cho phân tập tần số Kỹ thuật nhảy tầnĐiều khiển chất lượng Thuật toán quản lý tài nguyên

Sự phân tập hướng xuống Cung cấp cho việc cải thiện

dung lượng hướng xuống

Không cung cấp bởi chuẩn nhưng có thể ứng dụng

2.3 Các thông số chính của WCDMA.

WCDMA là một phương pháp đa truy xuất vô tuyến phân chia theo mã trải phổ trực tiếp dải rộng, nghĩa là các bit thông tin của các user được trải đều ra trên một dải thông rộng bằng việc nhân dữ liệu của user với các mã ngẫu nhiên (gọi là chip) nhận được trải phổ trong CDMA

 Tốc độ chip 3,84 Mcps được sử dụng cho phép dải thông sóng mang xấp

xỉ tới 5MHz Việc dải thông sóng mang rộng của WCDMA gắn liền với tốc độ dữ liệu của user cao và nó còn có hiệu quả như nâng cao khả năng phân tập tần số Các nhà quản lý mạng có thể tăng dung lượng nhờ dải thông của sóng mang là 5MHz Khoảng cách sóng mang hoạt động có thể chọn trên những khoảng 200KHz giữa khoảng 4,4 tới 5MHz tùy thuộc vào nhiễu giữa các sóng mang

 WCDMA cung cấp tốc độ khả biến cho các user rất cao, hiểu theo cách khác chính là dải thông theo yêu cầu cũng được cung cấp Mỗi user được cung cấp một khung dây có chu kỳ 10ms trong khi tốc độ dữ liệu vẫn giữ nguyên không đổi Tuy nhiên dung lượng dữ liệu có thể thay đổi từ khung này tới khung khác

 WCDMA cung cấp hai chế độ hoạt động căn bản giống như TDMA và FDMA là: FDD và TDD

TDD RX/TX

FDD Uplink

TDD RX/TX

FDD Downlink

1900 1920 1980 2020 2025 2110 2170

Đường lên

t

FDD

Khoảng bảo vệ 5MHz

TDD

Đường lên t

5MHz

Hình 2.1 Phân bố tần số trong FDD và TDD.

Đường xuống 5MHz Đường

xuống

 WCDMA cung cấp hoạt động bất đồng bộ cho các trạm gốc và do đó không giống như hệ thống đồng bộ IS-95 CDMA, nó không cần thời gian chuẩn trên toàn cầu là GPS.

Phương thức đa truy xuất DS-CDMA

Phương pháp ghép song công FDD/TDD

Đồng bộ trạm gốc Hoạt động bất đồng bộ

Ghép dịch vụ Đa dịch vụ với yêu cầu chất lượng dịch vụ

khác nhau được ghép trên một kết nối

Đa tốc độ Hệ số trải phổ khả biến và đa mã

Tách sóng Tách sóng kết hợp nhờ sử dụng kênh hoa tiêu

Bảng 2.2 Các thông số chính của WCDMA.

 WCDMA dùng tách sóng kết hợp cho hướng lên và hướng xuống nhờ các

ký hiệu hoa tiêu hay kênh hoa tiêu chung, dẫn tới tăng dung lượng và vùng phủ sóng

 WCDMA được thiết kế để phát triển nâng cấp cho chuẩn GSM vì vậy có thể chuyển giao giữa mạng GSM và mạng WCDMA

2.4 Cấu trúc mạng WCDMA.

Về mặt chức năng có thể chia cấu trúc mạng WCDMA ra làm hai phần: mạng lõi CN và mạng truy nhập vô tuyến UTRAN, trong đó mạng lõi thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi, kết nối số liệu và mạng truy nhập vô tuyến thực hiện các chức năng liên quan đến vô tuyến Để hoàn thiện hệ thống, trong WCDMA còn có thiết bị người sử dụng UE thực hiện giao diện người sử dụng với

hệ thống và cần định nghĩa giao diện vô tuyến

Từ quan điểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN đều bao gồm những giao thức mới được thiết kế dựa trên công nghệ vô tuyến WCDMA, trái lại mạng lõi được định nghĩa hoàn toàn dựa trên GSM Điều này cho phép hệ thống WCDMA phát triển mang tính toàn cầu trên cơ sở công nghệ GSM

• UTRAN (Universal Terrestrial Radio Access Network).

Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy nhập vô tuyến, UTRAN gồm:

 Node B: Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu

Nó cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến

 RNC: Có chức năng sở hữu và điều khiển các tài nguyên vô tuyến ở trong vùng RNC còn là điểm truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN, chẳng hạn quản lý tất cả các kết nối đến UE

GGSN HLR GMSC

Internet Các mạng ngoài

được phép, các vùng không được chuyển mạng và các thông tin về dịch vụ bổ sung như: trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi.

 MSC/VLR: Là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí của nó MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh (CS) VLR có chức năng lưu giữ bản sao về lý lịch người sử dụng cũng như vị trí chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ

 GMSC: Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài

 SGSN: Có chức năng như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch

 Các mạng PS: Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói

• Các giao diện vô tuyến.

 Giao diện Cu: Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME Giao diện này tuân theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh

 Giao diện Uu: Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệ thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS

 Giao diện Iu: Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau

 Giao diện Iur: Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau

 Giao diện Iub: Giao diện cho phép kết nối một node B với một RNC Iub được tiêu chuẩn hóa như là một giao diện mở hoàn toàn

2.4.1 Cấu trúc của UTRAN.

UTRAN bao gồm nhiều hệ thống mạng con vô tuyến RNS Một RNS gồm một bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC và các node B Các RNC được kết nối với nhau bằng giao diện Iur và kết nối với node B bằng giao diện Iub.

 Đảm bảo tính chung nhất với GSM khi cần thiết

 Sử dụng cơ chế truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN

2.4.1.2 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 qua giao diện vô tuyến Iu

• Vai trò logic của RNC:

RNC điều khiển node B chịu trách nhiệm điều khiển tải và tránh tắc nghẽn cho các cell của mình

Node B

RNC

RNC RNS

RNS Iub Iur

UTRAN

MSC/VLR

GGSN CN

UE

Node B

Node B

Node B

Khi một kết nối MS UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên vô tuyến từ nhiều RNC thì các RNC tham dự vào kết nối này sẽ có hai vai trò logic riêng biệt:

 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 cell 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

2.4.1.3 Node B.

Chức năng chính của Node B là thực hiện xử 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 của GSM

2.4.1.4 Các chức năng điều khiển của UTRAN.

Để có thể điều khiển và quản lý các kênh mang vô tuyến (RB), UTRAN thực hiện các chức năng khác ngoài chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến RRM Các chức năng đó 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

2.4.2 Giao diện vô tuyến.

2.4.2.1 Giao diện UTRAN - CN, Iu.

Giao diện Iu là một giao diện mở có chức năng kết nối UTRAN với CN Iu

có hai kiểu: Iu CS (Iu chuyển mạch kênh) để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch kênh và Iu PS (Iu chuyển mạch gói) để kết nối UTRAN với chuyển mạch gói

2.4.2.2 Giao diện RNC - RNC, Iur.

Iur là giao diện vô tuyến giữa các bộ điều khiển mạng vô tuyến Lúc đầu giao diện này được thiết kế để hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC, trong quá trình phát triển tiêu chuẩn nhiều tính năng đã được bổ sung và đến nay giao diện Iur phải đảm bảo 4 chức năng sau:

 Hỗ trợ tính di động cơ sở giữa các RNC

 Hỗ trợ kênh lưu lượng riêng

 Hỗ trợ kênh lưu lượng chung

 Hỗ trợ quản lý tài nguyên vô tuyến toàn cầu

2.4.2.3 Giao diện RNC - Node B, Iub.

Giao thức Iub định nghĩa cấu trúc khung và các thủ tục điều khiển trong băng cho các từng kiểu kênh truyền tải Các chức năng chính của Iub:

Chức năng thiết lập, bổ sung, giải phóng và tái thiết lập một kết nối vô tuyến đầu tiên của một UE và chọn điểm kết cuối lưu lượng

 Khởi tạo và báo cáo các đặc thù cell, node B, kết nối vô tuyến

 Xử lý các kênh riêng và kênh chung

tử cũng như chức năng của chúng

Trong chương tiếp theo chúng ta sẽ tiếp tục tìm hiểu sâu hơn về một số giải pháp chồng lấn WCDMA lên nền mạng GSM

CHƯƠNG 3 PHÁT TRIỂN MẠNG WCDMA TRÊN

NỀN MẠNG GSM



3.1 Giới thiệu chương.

Tiến lên mạng thông tin di động thế hệ 3 là một xu hướng tất yếu Hiện nay ở nước ta, mạng thông tin di động thế hệ 2 GSM đã phát triển rộng và hoạt động có hiệu quả Vấn đề đặt ra là phải triển khai WCDMA như thế nào để vừa kịp tiến độ phát triển mà vẫn tái sử dụng tốt trang thiết bị sẵn có của mạng GSM Đây là một vấn đề quan trọng và không đơn giản, bao gồm không chỉ là quá trình quy hoạch mạng mà còn phải tiến hành đồng quy hoạch, tính toán ảnh hưởng qua lại sao cho

hệ thống tích hợp hoạt động ổn định, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật

Chương này trình bày một số vấn đề về:

 Hoạt động của các hệ thống băng hẹp và WCDMA trong dải tần kề cận

 Đồng quy hoạch mạng vô tuyến

3.2 Hoạt động của các hệ thống băng hẹp và WCDMA trong dải tần kế cận.

Sự phân bố tần số cho các hệ thống vô tuyến đóng một vai trò quan trọng, có liên quan trực tiếp đến các vấn đề can nhiễu Khi triển khai WCDMA trên cùng một khu vực với các hệ thống vô tuyến khác sẽ xảy ra can nhiễu mà nguyên nhân là sự

rò rỉ công suất phát sang tần số khác do sự không lý tưởng của các bộ lọc máy phát

và máy thu Dải tần phân bố cho các hệ thống GSM và UMTS được trình bày ở bảng 3.1

Hệ thống Dải tần đường lên Dải tần đường xuốngGSM900 880MHz - 915MHz 925MHz - 960MHzGSM1800 1710MHz - 1785MHz 1805MHz - 1880MHzUMTS 1920MHz - 1980MHz 2110MHz - 2170MHz

Bảng 3.1 Dải tần phân bố cho các hệ thống GSM và UMTS.

Sự tiến hóa của hệ thống thông tin di động từ 2G lên 3G yêu cầu phải có sự linh động trong việc sử dụng băng tần Trong các dịch vụ đa phương tiện và dung lượng lớn của mạng 3G yêu cầu dải băng thông lớn hơn Do đó, nhiễu từ các hệ thống kế cận cao hơn, dẫn đến yêu cầu về quy hoạch và phân bố tài nguyên mạng phức tạp hơn Với các hệ thống giới hạn bởi nhiễu như WCDMA, nhiễu tăng sẽ đòi

hỏi công suất phát cao hơn nhằm đảm bảo chất lượng kết nối Một điều tương đối quan trọng với các cơ chế nhiễu khác nhau là nó phụ thuộc vào hoạt động của các phần tử mạng khác nhau, sự phân bố của các site gây nhiễu và bị nhiễu cũng như loại và kích thước cell Sự giảm hiệu năng có thể được cải thiện bằng cách bố trí các băng tần bảo vệ xung quanh sóng mang WCDMA thông qua quy hoạch tần số, quy hoạch site và công suất, cũng như đồng quy hoạch với các hệ thống kế cận khác.

Dựa trên phương pháp quy hoạch tái sử dụng site có thể tránh được hiệu ứng

"gần - xa" giữa hệ thống WCDMA và các hệ thống băng hẹp khác Hiệu ứng "gần - xa" là hiện tượng xảy ra khi MS của hệ thống băng hẹp di chuyển ra xa site của nó

và tiến đến gần một site của WCDMA, khi đó sẽ xuất hiện nhiễu đường lên từ MS tới BS của WCDMA Ngược lại, khi một MS của WCDMA tiến tới gần BS của NB

sẽ xuất hiện một nhiễu đường xuống rất lớn tác động lên MS đó, mà nhiễu tác động lên một MS sẽ tác động đến toàn bộ hệ thống WCDMA

Cơ chế nhiễu tương tự xảy ra từ hệ thống WCDMA tới hệ thống NB nhưng hiệu ứng yếu hơn Hình 3.1 Trình bày sơ đồ phân bố tần số trong trường hợp kết hợp giữa hệ thống WCDMA và các hệ thống NB

Hình 3.1 Các giải pháp phân bố tần số cho các hệ thống NB và WCDMA.

Hình 3.1 a Ứng với trường hợp nhà khai thác 1 có một sóng mang WCDMA

kế cận với một số sóng mang băng hẹp của chính nhà khai thác này và một số sóng

mang của các nhà khai thác khác Trong trường hợp này, nhà khai thác 1 có thể sử dụng đồng thời các hệ thống WCDMA và NB thông qua quy hoạch đồng tồn tại.

Hình 3.1 b Ứng với trường hợp nhà khai thác 1 có duy nhất một sóng mang cho WCDMA kề cận với một số sóng mang băng hẹp của các nhà khai thác khác Trong trường hợp này nhiễu là rất lớn, do đó các site của hai hệ thống không thể đặt tại cùng một vị trí

Hình 3.1 c Ứng với trường hợp nhà khai thác 1 có tới hai sóng mang dành cho WCDMA kề cận với một số sóng mang băng hẹp của các nhà khai thác khác Với hai sóng mang kề cận dành cho WCDMA, sự giảm sút hiệu năng do nhiễu có thể tránh được thông qua chuyển giao giữa các sóng mang WCDMA

3.3 Các vấn đề đồng quy hoạch mạng vô tuyến.

Mục đích của quy hoạch mạng vô tuyến là thiết kế các mạng có khả năng sử dụng hiệu quả phổ tần và các thiết bị sẵn có với chi phí hợp lý

Công việc quan trọng đầu tiên là định cỡ mạng, tính toán số lượng trạm gốc

để đảm bảo phủ sóng toàn bộ khu vực cần quy hoạch Độ rộng vùng phủ của trạm gốc sẽ khác nhau theo từng loại dịch vụ Cách đơn giản nhất để mở rộng vùng phủ

là tăng số lượng site hay số lượng BS, tuy nhiên cũng đồng nghĩa với việc tăng chi phí lắp đặt và làm giảm hiệu quả kinh tế đối với nhà khai thác Có nhiều biện pháp cải thiện vùng phủ khả dụng khác như tăng công suất phát, phân tập phát đường xuống, sử dụng anten có độ lợi cao hoặc anten thông minh Vùng phủ trong trường hợp có nhiều hệ thống trên cùng một địa bàn cũng có thể cải thiện được thông qua quá trình chuyển giao liên hệ thống nhưng với điều kiện thiết bị đầu cuối phải hỗ trợ các loại công nghệ nhà cung cấp dịch vụ sử dụng

Sau độ rộng vùng phủ, dung lượng hệ thống cũng là một chỉ tiêu hết sức quan trọng Giống như vùng phủ, dung lượng mạng có thể cải thiện một cách đơn giản khi tăng số lượng thiết bị phần cứng Nhưng để tiết kiệm chi phí mà vẫn đạt được yêu cầu có thể sử dụng các biện pháp linh hoạt hơn như triển khai cell theo sơ đồ phân cấp Cuối cùng, chất lượng dịch vụ, thực chất là các yêu cầu về độ khả dụng dịch vụ và phản ánh từ người sử dụng, đóng vai trò hết sức quan trọng quyết định giá trị của hoạt động quy hoạch

3.3.1 Quá trình đồng quy hoạch.

Chất lượng của mạng 2G hiện tại sẽ gây ra một số giới hạn nhất định đến chất lượng của mạng WCDMA trong trường hợp tái sử dụng toàn bộ hệ thống cũ Nếu

hệ thống hiện thời gặp các vấn đề về nhiễu thì chắc chắn hệ thống WCDMA cũng phải chịu ảnh hưởng tương tự Do đó, trong một số trường hợp không nên tái sử dụng hoàn toàn các site hiện có, các khu vực nhiễu lớn cần phải được khoanh vùng

và tiến hành quy hoạch từ đầu

Hình 3.2 Tiến trình đồng quy hoạch site giữa mạng WCDMA và 2G.

Trường hợp đơn giản nhất của đồng quy hoạch là tái sử dụng site với tỉ lệ 1:1 theo tiến trình trên hình 3.2

 Giai đoạn đầu tiên cần thực hiện các tính toán để đánh giá chất lượng hệ thống 2G hiện tại, đặc biệt là vấn đề vùng phủ và bestserver vì WCDMA là một hệ thống bị giới hạn bởi nhiễu và không được quy hoạch tần số giống như các hệ thống 2G

WCDMA

Đảm bảo vùng phủ cho tất cả các dịch vụ WCDMA

Xây dựng quy tắc phân tán lưu lượng giữa các hệ thống

Xây dựng quy tắc chuyển giao giữa các hệ thống

Tiến hành phân tích kết hợp cho các hệ thống Tính toán chất lượng của mạng 2G hiện tại

Phân tích kết quả

Kết thúc Chấp nhận được

Không đạt yêu cầu

 Bước thứ hai cần kiểm tra các vị trí và không gian vật lý khả dụng để lắp đặt thêm các thiết bị phần cứng mới Trong giai đoạn này, các site không còn đủ không gian trống sẽ không được tái sử dụng.

 Mỗi khi một vị trí được lựa chọn cần kiểm tra lại diện tích vùng phủ đối với các loại hình dịch vụ mới Nếu cần phải thay đổi kết cấu mạng hoặc bố trí thêm site để đảm bảo vùng phủ sóng theo yêu cầu với mức tải định trước (dựa vào mức tải hiện có và dự báo cho tương lai)

 Sau khi các quy tắc phân phối lưu lượng và chuyển giao giữa các hệ thống được thiết lập cần tiến hành các phân tích tổng hợp kiểm tra xem kết quả quy hoạch

có thể đáp ứng được yêu cầu của các nhà khai thác hay không

3.2.1.1 Tái sử dụng site.

Tái sử dụng site là giải pháp hữu hiệu và cần thiết đối với các nhà khai thác đang sở hữu và khai thác hệ thống 2G Với giải pháp này, chi phí lắp đặt site được giảm đáng kể do quy trình lắp đặt đơn giản hơn, không phải hợp đồng thuê các vị trí site mới, chi phí nhân công, nhưng quan trọng nhất là hiệu quả do tái sử dụng vị trí site Bên cạnh đó, tái sử dụng site còn có một ưu điểm là tránh được hiệu ứng

"gần - xa" do sự chênh lệch về tổn hao đường truyền giữa hệ thống phục vụ và các

hệ thống gây nhiễu là không đáng kể

Chia sẻ anten giúp giảm số lượng các phần tử anten vật lý cần thiết đồng thời tiết kiệm được không gian trên cột hoặc nơi lắp đặt anten trên nóc các tòa nhà Ví

dụ, tại một nơi như trên tháp nhà thờ, có thể không đủ không gian cho anten mới Nếu các anten đơn băng, phân tập theo không gian được sử dụng thì có thể thay thế bằng các anten đa băng hoặc băng rộng được phân tập cực hóa vừa tận dụng được

vị trí lắp đặt vừa tăng được độ lợi phân tập Tuy nhiên, chia sẻ anten không cho phép hiệu chỉnh cơ khí một cách độc lập các sóng mang và góc ngẩng của anten và

do đó không phải lúc nào cũng là phương pháp tối ưu nhất

Khi tái sử dụng site cần đảm bảo sự cách ly an toàn giữa các hệ thống bằng các bộ lọc chất lượng cao hoặc sử dụng các phương án lắp đặt phù hợp

Trên thực tế, khả năng tái sử dụng site phụ thuộc vào một số yếu tố khác:

Giải pháp chia tách phi-đơ cho cả hai hệ thống thường được sử dụng Tuy nhiên, đây không phải là giải pháp khả thi trong một số trường hợp Các anten và phi-đơ được chia sẻ cần có thêm các bộ ghép đôi để chia tách tín hiệu Khi đó, tổn hao trong quỹ đường truyền sẽ tăng và một phần nào đó ảnh hưởng đến dung lượng cell và tăng giá trị tạp âm của hệ thống

• Sử dụng chung site.

Giải pháp này nhấn mạnh vào vấn đề chia sẻ các thiết bị giữa các hệ thống Hai hệ thống có thể dùng chung anten, phi-đơ thậm chí còn có thể dùng chung các

BS đa chế độ và các phương tiện truyền dẫn khác

Thông thường, khi triển khai chồng lấn WCDMA lên GSM, nhà khai thác lắp đặt thiết bị mới trên cùng một site sẵn có Nếu hệ thống hiện tại là GSM1800, suy hao phi-đơ có thể ở mức ngang bằng như ở WCDMA, nhưng đối với trường hợp GSM900 giá trị này cần phải được kiểm tra và thay đổi nếu cần thiết Các anten đơn chế độ có thể được thay thế bằng các anten đa chế độ

Ngoài ra, bằng cách thay đổi các BS đơn chế độ sang loại BS đa chế độ sẽ khắc phục được sự thiếu hụt về không gian lắp đặt thiết bị tại các site.

3.3.2 Chuyển giao giữa WCDMA và GSM.

Hoạt động chuyển giao liên hệ thống khi đồng triển khai WCDMA và GSM đóng một vai trò đặc biệt quan trọng vì một số lý do:

 Thực hiện chuyển giao từ WCDMA sang GSM sẽ giúp tận dụng nguồn thiết bị sẵn có, mở rộng vùng phủ của WCDMA cho các dịch vụ truyền thống

 Cung cấp nhiều khả năng lựa chọn cho khách hàng

 Thực hiện phân phối lưu lượng giữa hai mạng một cách hợp lý, tránh tắc nghẽn và nâng cao chất lượng dịch vụ

Về cơ bản chuyển giao giữa WCDMA và GSM là chuyển giao cứng Các thiết bị đầu cuối hỗ trợ cả hai công nghệ có thể chuyển giao từ mạng WCDMA sang GSM và ngược lại Mô hình chuyển giao tổng quan được trình bày trên hình 3.3

Hình 3.3 Mô hình chuyển giao giữa WCDMA và GSM.

Chuyển giao liên hệ thống WCDMA - GSM tiến hành dưới hai hình thức:

 Giải pháp tái lựa chọn cell

 Chuyển giao

Ý tưởng của giải pháp tái lựa chọn cell là tiến hành lựa chọn cell trên quyền

ưu tiên được xếp hạng trước dựa trên độ lớn tín hiệu Có thể lấy một ví dụ đơn giản, trong khoảng thời gian một cuộc nối từ MS trong mạng WCDMA diễn ra, MS vẫn liên tục đo tín hiệu từ các cell GSM khác MS được quyền chọn lựa một cell

UTRAN RNC

BTS BSS BSC

WCDMA hoặc GSM mới khi công suất tín hiệu xuống dưới ngưỡng chấp nhận được tính theo S/N Các bước của quá trình tái lựa chọn cell trình bày trên hình 3.4.

Hình 3.4 Quá trình tái lựa chọn cell.

Ở ví dụ trên, một MS đang sử dụng dịch vụ dữ liệu gói trong mạng WCDMA

và tiến hành lựa chọn cell GSM, MS sẽ thiết lập một kết nối với phân hệ trạm gốc BSS sau đó khởi tạo thủ tục định tuyến Trong quá trình thực hiện thủ tục này, mạng lõi CN nhận được các thông tin từ mạng truy cập vô tuyến WCDMA về yêu cầu chuyển đổi và đưa thông tin này vào hàng đợi để xử lý Khi hoàn thành, kết nối với mạng WCDMA được giải phóng, đồng thời CN xác nhận một lần nữa bằng cách gửi đi bản tin cập nhật định tuyến

3.2.2.1 Chuyển giao từ WCDMA sang GSM.

Hoạt động báo hiệu trong quá trình chuyển giao giống như trong quá trình tái lựa chọn cell mô tả trên hình 3.4, chỉ khác ở chỗ mạng lựa chọn một cell GSM và khởi tạo thủ tục bằng cách gửi đi yêu cầu chuyển giao trong bản tin UTRAN Bản tin này chứa thông tin về cell GSM mà MS cần chuyển giao tới

Hình 3.5 Mô tả trình tự bản tin trong quá trình chuyển giao từ WCDMA sang GSM Khi một MS đang sử dụng dịch vụ chuyển mạch kênh, đồng thời công suất tín hiệu hữu ích thấp hơn giá trị nhỏ nhất cho phép, mạng WCDMA sẽ yêu cầu MS thực hiện các hoạt động đo đối với tín hiệu GSM Trong trường hợp điển hình, MS được chỉ dẫn gửi đi một thông báo khi chất lượng của các cell GSM kề cận vượt

Tái lựa chọn một cell GSM Cập nhật định tuyến

Cập nhật định tuyến Yêu cầu SRNS

Đáp ứng SRNS Lệnh phát đi dữ liệu SRNS Phát các PDU Lệnh giải phóng Iu Giải phóng xong Chấp nhận cập nhật tuyến mới

quá một ngưỡng nhất định, đồng thời chất lượng tín hiệu WCDMA là không thỏa mãn.

Hình 3.5 Chuyển giao từ WCDMA sang GSM.

Khi UTRAN nhận được bản tin đo, mạng này bắt đầu tiến hành chuyển giao, giả sử rằng điều kiện chuyển giao đều thỏa mãn, UTRAN sau đó sẽ yêu cầu BSS đích dành riêng cho một phần tài nguyên BSS đích chuẩn bị một bản tin ra lệnh chuyển giao, bao gồm thông tin cụ thể về tài nguyên được ấn định Bản tin này sau

đó sẽ được gửi đến MS thông qua giao diện WCDMA trong một gói tin trong suốt với các nút mạng trên đường đi

Khi MS nhận được lệnh chuyển giao, nó sẽ chuyển tới cell GSM đích và thiết lập kết nối vô tuyến tương ứng với các tham số trong bản tin vừa nhận được MS ra thông báo về quá trình chuyển giao thành công bằng cách gửi đi bản tin hoàn thành chuyển giao tới BSS, sau đó mạng GSM ra chỉ thị giải phóng kết nối vô tuyến với WCDMA

3.2.2.2 Chuyển giao từ GSM sang WCDMA.

Hình 3.6 mô tả trình tự bản tin trong quá trình chuyển giao từ GSM sang WCDMA Cũng giống như trường hợp trên MS phải là loại có thể hoạt động được ở

Lệnh chuyển giao Yêu cầu tái định vị

Truy cập chuyển giao

Hoàn thành chuyển giao Lệnh giải phóng Iu

Thông báo kết quả đo

Lệnh chuyển giao Lệnh chuyển giao từ

UTRAN

Nhận biết chuyển giao

Giải phóng xong

Khởi đầu, mạng GSM yêu cầu MS cần chuyển giao thực hiện các đo đạc bằng cách gửi đi một bản tin yêu cầu đo mang thông tin về các cell WCDMA kề cận và các tiêu chí đo và thông báo kết quả đo

Khi các tiêu chí đo được đáp ứng, BSS bắt đầu tiến hành quá trình phân bố tài nguyên tới các cell WCDMA bằng cách gửi đi các bản tin thông báo về khả năng hoạt động trong hệ thống WCDMA của MS

Tiếp sau khi các tài nguyên của cell WCDMA đích được phân bố, UTRAN biên dịch bản tin "ra lệnh chuyển giao tới UTRAN", bản tin này thường bao gồm thực thể của một cấu hình được định nghĩa trước cho loại dịch vụ đang được MS sử dụng Bản tin này được truyền đi trong suốt tới MS thông qua mạng lõi UTRAN và BSS

Khi MS nhận được bản tin ra lệnh chuyển giao nó sẽ tự động dò tới tần số WCDMA và bắt đầu quá trình đồng bộ hóa vô tuyến Khi chuyển giao thành công

MS gửi lại một bản tin "thông báo chuyển giao hoàn thành" tới BSS Sau đó, tài nguyên trong GSM sẽ được giải phóng

Hình 3.6 Chuyển giao từ GSM sang WCDMA

3.3.3 Phân phối lưu lượng và dịch vụ giữa các hệ thống.

Đồng bộ lớp vật lý

Lệnh chuyển giao tới UTRAN

Yêu cầu chuyển giao Lệnh tái định vị

Lệnh chuyển giao tới UTRAN

Thông tin yêu cầu đo Thông báo kết quả đo

Lệnh chuyển giao liên hệ thống

Chuyển giao xong

Phát hiện tái định vị

Hoàn thành tái định vị

Lệnh xóa Hoàn tất xóa

Lưu lượng giữa các hệ thống được tách riêng tùy từng loại hình dịch vụ, ví dụ các dịch vụ băng hẹp như thoại hay dữ liệu tốc độ thấp có xu hướng sử dụng mạng 2G sẵn có, trong khi các dịch vụ băng rộng chỉ được hỗ trợ trong mạng WCDMA.

Bên cạnh đó, để giải quyết vấn đề dung lượng và vùng phủ, các vùng có mật

độ thuê bao sử dụng tốc độ cao cần được triển khai theo loại cell nhỏ, ngược lại ở những vùng lưu lượng nhỏ nhưng rộng thì cần triển khai theo loại cell lớn Thông thường các dịch vụ băng hẹp như thoại hay dữ liệu tốc độ thấp, có xu hướng được chuyển giao tới mạng GSM Tuy nhiên trong trường hợp hệ thống cũ vượt quá mức tải nhất định (10 % cho dịch vụ thoại) các dịch vụ này cũng có thể được chuyển giao sang mạng WCDMA

Các thuê bao có thể được phân loại thành các nhóm khác nhau với quyền truy cập khác nhau tùy theo mức tiền trả trước Các thuê bao có mức độ ưu tiên thấp có

xu hướng được chuyển giao vào mạng 2G, ngược lại các thuê bao có số liệu tốc độ cao yêu cầu trễ nhỏ luôn có xu hướng chuyển giao sang các hệ thống có tốc độ bit cực đại và dung lượng khả dụng cao hơn

3.3.4 Vùng phủ và dung lượng.

Trong giai đoạn đầu, do kinh phí, nhu cầu sử dụng, các cell WCDMA không được triển khai liên tục, ở những vùng chỉ có nhu cầu sử dụng dịch vụ băng hẹp, người sử dụng có thể được chuyển giao sang hệ thống GSM sẵn có Tại những vùng WCDMA phủ sóng liên tục, các đầu cuối hỗ trợ cả hai loại công nghệ có thể

sử dụng các dịch vụ tốc độ thấp ở một trong hai mạng tùy theo tham số chế độ

Nhờ cơ chế này, tải giữa mạng 2G và WCDMA được cân bằng Điều này rất

có ý nghĩa, không những tiết kiệm được chi phí triển khai giai đoạn đầu mà còn giúp hệ thống cũ tránh được tình trạng quá tải Cơ chế cơ bản của hoạt động cân bằng tải được minh họa trên hình 3.7

GSM GSM GSM GSM GSM

WCDMA WCDMA

Khu vực đô thị Khu vực nông thôn

Chuyển giao WCDMA sang GSM để mở rộng vùng phủ

Chuyển giao GSM sang WCDMA để tăng dung

lượng, cân bằng tải hoặc tăng chất lượng dịch vụ

WCDMA

Hình 3.7 Sơ đồ chuyển giao giữa các mạng GSM và WCDMA.

Nếu MS ở rìa của cell và đang phát với công suất cực đại, nó sẽ không thể tăng công suất nữa và kết nối có thể bị ngắt nếu hoạt động chuyển giao không được tiến hành kịp thời Để giải quyết vấn đề này, các thống kê về quá trình chuyển giao

có thể được sử dụng để xác định site mà tại đó quá trình chuyển giao liên hệ thống

có xác suất xảy ra cao nhất, ngoài ra cần tiến hành các phép đo đạc ở chế độ nén kịp thời

Ngoài ra, thay vì chuyển đổi vào chế độ nén, hệ thống sẽ tiến hành chuyển giao mù nếu cả hai hệ thống có cùng vị trí site bởi vì tổn hao đường truyền xấp xỉ nhau.Chuyển giao mù đặc biệt hữu ích đối với những người đang sử dụng các dịch

vụ không theo thời gian thực, khi mà quá trình đồng bộ đối với thời gian thực quá lâu, làm giảm chất lượng kết nối xuống dưới giới hạn có thể chấp nhận được Chia

sẻ tải giữa hệ thống 2G và WCDMA có thể được khai thác để đảm bảo tối đa dung lượng và đạt giá trị độ lợi trung kế cao khi sử dụng cùng một tài nguyên vô tuyến (Bảng 3.2) Có thể thấy độ lợi trung kế là một hàm đồng biến với tốc độ bit

Số kênh

WCDMAhoặc EDGE

WCDMA+ EDGE

Dung lượngkết hợp

Độ lợitrung kếThoại 60 49,6 Erl 99,3 Erl 107,4 Erl 8,2%

64Kb/s 10 5,1 Erl 10,2 Erl 13,2 Erl 29,7%

144Kb/s 5 1,7 Erl 3,3 Erl 5,1 Erl 53,4%

84Kb/s 2 0,2 Erl 0,4 Erl 1,1 Erl 145,2%

Bảng 3.2 Độ lợi trung kế trong trường hợp chia sẻ tải giữa WCDMA và EDGE.

(Xác suất nghẽn là 2%, dung lượng của WCDMA và EDGE là bằng nhau.)Hoạt động chia sẻ tải có quan hệ chặt chẽ với cách thức phân tán dịch vụ và lưu lượng giữa các hệ thống Những người sử dụng di chuyển với tốc độ thấp vẫn

có thể hoạt động trong mạng 2G miễn là hệ thống không bị quá tải, trong khi những người sử dụng di chuyển với tốc độ cao có thể chuyển giao qua mạng 3G bất cứ lúc nào nếu như mạng còn có thể phục vụ được Thứ tự ưu tiên chuyển giao của MS phụ thuộc vào loại dịch vụ, công suất truyền dẫn và kiểu kết nối

3.4 Kết luận chương.

Tiến trình đi lên WCDMA từ GSM là hoàn toàn khả thi nếu áp dụng những giải pháp tiên tiến, trong đó có các giải pháp triển khai cell và trang thiết bị đặc biệt

là anten Hai bộ giải pháp này sẽ được trình bày ở chương 4 và chương 5

CHƯƠNG 4 GIẢI PHÁP TRIỂN KHAI CELL WCDMA



4.1 Mở đầu chương.

Do tính đa dạng và mềm dẻo về dịch vụ và sự khác nhau về dung lượng của các lớp cell nên nhà khai thác cần phải có các chiến lược phát triển đối với các lớp cell khác nhau Cả hai lớp cell micro và macro đều rất quan trọng nên cần phải xây dựng một giải pháp sử dụng linh động cũng như kết hợp hai lớp cell này Sử dụng băng tần khác nhau không phải là một giải pháp duy nhất, bên cạnh đó còn có nhiều giải pháp khác như sử dụng cấu trúc cell phân cấp,

Chương này trình bày một số vấn đề về:

 Triển khai cell

 Vùng phủ khi phát triển chồng lấn WCDMA lên GSM

 Dung lượng hệ thống WCDMA

 Cấu trúc cell phân cấp trong mạng WCDMA

 Tối ưu hóa tài nguyên hệ thống sử dụng cấu trúc cell phân cấp

4.2 Triển khai cell.

Là một quá trình không thể thiếu để xây dựng nên một mạng hoạt động Muốn mạng 3G có sức cạnh tranh thì về hiệu năng ít nhất phải đạt ngang bằng với

hệ thống mạng hiện hành, đồng thời phải vượt trội hơn về tính phong phú của dịch

vụ hoặc các ưu đãi về giá cả Quá trình triển khai cell giúp các nhà khai thác quyết định:

 Cung cấp dịch vụ nào

 Quá trình phát triển tiến hóa với các dịch vụ mạng lưới

+ Sử dụng đa sóng mang

+ Sử dụng cấu trúc cell phân cấp

+ Dự phòng cho các vùng phủ và dịch vụ đối với môi trường trong nhà

SVTH: Cao Hà Hải Âu, Lớp: 00ĐT3 Chương 4 Giải pháp triển khai cell WCDMA