Quy hoạch mạng thông tin di động WCDMA cho thành phố viêng chăn

1 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG SENG A THITH PHOMMAVANH QUY HOẠCH MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG WCDMA CHO THÀNH PHỐ VIÊNG CHĂN Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số: 60 . 52 . 70 Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐINH VĂN DŨNG TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2011 2 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh nhất và phục vụ con người hữu hiệu nhất. Để đáp ứng nhu cầu về chất lượng và dịch vụ ngày càng nâng cao, thông tin di động càng không ngừng được cải tiến. Lào là 1 quốc gia khá phát triển về viễn thông. Hiện nay các nhà mạng của Lào như ETL, LTC, LAT cũng đang đi vào quy hoạch và khai thác mạng 3G WCDMA. Vấn đề cấp bách hiện nay là quy hoạch và phát triển mạng như thế nào. Đây là một bài toán khá hóc búa với các nhà mạng. Trong khuôn khổ luận văn, tác giả đi vào nghiên cứu quá trình quy hoạch và phát triển mạng di động thế hệ thứ 3 WCDMA cho thành phố Viêng Chăn. Đồng thời đưa ra phương pháp luận cho các nhà khai thác mạng nghiên cứu về tính hiệu quả của công nghệ này. Luận văn gồm có 3 chương : Chương 1 : Tổng quan về mạng thông tin di động W-CDMA. Chương này giới thiệu quá trình phát triển lên mạng 3G W-CDMA, cấu trúc và chức năng của các thành phần cấu thành lên mạng 3G W-CDMA. Các kỹ thuật được sử dụng trong hệ thống thông tin di động W-CDMA cũng được giới thiệu trong chương này. Chương 2 : Phương pháp quy hoạch mạng vô tuyến W-CDMA. Trong chương này giới thiệu nguyên lý chung về quy hoạch mạng vô tuyến, dự báo dung lượng vô tuyến. Cuối cùng là các phương pháp quy hoạch mạng vô tuyến và tối ưu hóa mạng 3G W-CDMA. Chương 3 : Quy hoạch thử nghiệm mạng WCDMA cho khu vực thành phố Viêng Chăn. Chương cuối này giới thiệu về công tác quy hoạch thử nghiệm mạng WCDMA cho khu vực thành phố Viêng Chăn nơi tôi đang công tác và sinh sống. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Đinh Văn Dũng cùng các thầy cô trong Khoa Quốc tế và Đào tạo sau Đại học. Các thầy cô đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ tôi từ khi xây dựng đề cương nguyên cứu, viết chuyên đề đến khi hoành thành luận văn này cũng như cung cấp cho tôi một lượng kiến thức bổ ích để hoàn thành luận văn này. 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG WCDMA Chương này sẽ trình bày tổng quan về hệ thống thông tin di động thế hệ 3 WCDMA UMTS, lộ trình phát triển của các hệ thống thông tin di động và hệ thống WCDMA, các đặc tính cơ bản của hệ thống WCDMA, cấu trúc hệ thống và chức năng của các phần tử trong mạng WCDMA. Đồng thời giới thiệu các kỹ thuật chính sử dụng trong WCDMA cần lưu ý trong quá trình quy hoạch. 1.1. WCDMA và lộ trình phát triển thông tin di động Từ khi ra đời vào năm 1980 hệ thống thông tin di động thế hệ 1 ( 1G ) sử dụng kỹ thuật tương tự, đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA, AMPS, TACS, NMT dịch vụ chủ yếu là thoại. Năm 1991 hệ thống thông tin di động thế hệ 2 ra đời sử dụng kỹ thuật số băng hẹp đã mở ra một thị trường di động số có tiềm năng to lớn là các hệ thống GSM, IS-136-95 chủ yếu là tiếng thoại và dịch vụ bản tin ngắn, thị trường thông tin di động bùng nổ yêu cầu cung cấp dịch vụ đa dạng, nhiều tiện ích, đa phương tiện, phù hợp với nhu cầu khách hàng đòi hỏi các nhà kinh doanh dịch vụ viễn thông cần phải đưa ra một thế hệ mạng mới có thể đáp ứng được yêu cầu mới, vì vậy mạng thông tin di động thế hệ 3 ra đời, đây là mạng băng thông rộng có khả năng cung cấp tốc độ bít cho người sử dụng tới 2 Mbps có khả năng sử dụng chồng lấn lên nền thế hệ 2. AMPS: Advanced Mobile Phone System TACS: Total Access Communication System GSM: Global System for Mobile Telecommucations WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access EVDO: Evolution Data Only IMT: International Mobile Telecommnications IEEE: Institute of Electrical and Electtronics Engineers WiFi: Wireless Fidelitity WiMAX: Worldwide Interoperability for Microwave Access 4 LTE: Long Term Evolution UMB: Ultra Mobile Broadband Hình 1.1. Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động WCDMA là tiến hoá của GSM để cung cấp các khả năng cho thế hệ ba. WCDMA có hai giải pháp được đề xuất cho giao diện vô tuyến: ghép song công phân chia theo tần số (FDD: Frequency Division Duplex) và ghép song công phân chia theo thời gian (TDD: Time Division Duplex). Cả hai giao diện này đều sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng trải phổ chuỗi trực tiếp. Giải pháp FDD sử dụng hai băng tần 5 MHz với hai sóng mang phân cách nhau 190 MHz: đường lên sử dụng dải tần trong dải phổ từ 1920 MHz đến 1980 MHz, đường xuống sử dụng dải tần trong dải phổ từ 2110 MHz đến 2170 MHz. Giải pháp TDD sử dụng các tần số trong dải từ 1900 đến 1920 MHz và từ 2010 đến 2025 MHz; ở đây đường lên và đường xuống sử dụng chung một băng tần. WCDMA sử dụng rất nhiều kiến trúc của mang GSM/GPRS hiện có cho mạng của mình, các phần tử như MSC, HLR, SGSN, GGSN có thể được nâng cấp từ mạng GSM/GPRS hiện có để có thể hỗ trợ đồng thời WCDMA và GSM/GPRS trong giai đoạn đầu triển khai mạng WCDMA. 5 1.2. Cấu trúc và chức năng của mạng 3G WCDMA 1.2.1. Cấu trúc hệ thống Hệ thống WCDMA được xây dựng trên cơ sở mạng GPRS. 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 sử dụng toàn bộ cấu trúc phần cứng của mạng GPRS còn mạng truy nhập vô tuyến là phần nâng cấp của WCDMA. 1.2.2. Chức năng của các phần tử trong hệ thống UE là thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với hệ thống gồm hai phần : thiết bị di động và module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM). Chức năng của mạng truy nhập vô tuyến UTRAN : khả năng hỗ trợ chuyển giao mềm và thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến. Sử dụng một ngăn xếp giao thức duy nhất ở giao diện vô tuyến để xử lý cả hai số liệu chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. UTRAN có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy nhập vô tuyến. UTRAN gồm hai phần tử : - Nút B : Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu. PLMN, PSTN ISDN Internet Các mạng ngoài MSC/V LR GMSC GGSN SGSN HLR CN RNC Node B Node B RNC Node B Node B I Ub I Ur UTRAN I U USIM USIM C U UE U U Hình 1.4. Các phần tử của mạng UMTS mặt đất. 6 Nó cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến - Bộ điều khiển mạng 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. Trung tâm chuyển mạch di động/bộ ghi định vị tạm trú (MSC/VLR): chức năng của MSC là sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh, còn chức năng của VLR là lưu giữ bản sao về lý lịch của người sử dụng khách cũng như vị trí chính xác hơn của UE trong hệ thống đang phục vụ. SGSN (Serving GPRS Support Node): điểm hỗ trợ GPRS đang phục vụ. Có chức năng giống như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói PS. GGSN (Gateway GPRS Support Node): có chức năng giống GMSC nhưng liên quan đến các dịch vụ PS. GGSN là điểm neo cho UE và có thể được coi như một Router mặc định. GMSC (Gateway MSC): là chuyển mạch tại điểm kết nối UMTS PLMH và mạng CS ở bên ngoài. Trên thực tế GMSC thường được tích hợp vào cùng MSC/VLR. Ngoài ra còn có các phần tử như : HLR, AUC, EIR… 1.2.3. Giao diện mạng Các giao diện mở của WCDMA UMTS liên quan đến việc quy hoạch mạng là IuCS, IuPS, Iub và Iur. Giao diện Iub nối các node B với RNC. Giao diện Iur được định nghĩa để thông tin giữa các RNC. 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. Iu được chia thành: Iu-CS đây là giao diện để nối mạng vô tuyến đến mạng lõi chuyển mạch kênh và Iu-PS là giao diện để nối mạng vô tuyến đến mạng lõi chuyển mạch gói. 1.3. Các kỹ thuật sử dụng trong hệ thống W-CDMA 1.3.1. Mã hóa tiếng đa tốc độ thích ứng AMR Mã hoá tiếng ở WCDMA sử dụng kỹ thuật đa tốc độ thích ứng AMR (Adaptive Multi Rate). Bộ mã hoá tiếng đa tốc độ này là một codec tích hợp với tám 7 nguồn tốc độ: 12,2 (tương đương với chế độ toàn tốc của GSM); 10,2; 7,95; 7,40 ( IS-641); 6,7 ( PDC-EFR ); 5,9; 5,15 và 4,75 kbps. Tốc độ bit AMR được điều khiển bởi mạng truy nhập vô tuyến. Để hỗ trợ cho tương hợp với các mạng tổ ong hiện có, một số chế độ của codec giống như ở các mạng tổ ong hiện có. Để chuyển mạch chế độ AMR có hai khả năng: báo hiệu trong băng hay kênh riêng. 1.3.2. Điều khiển công suất Ở thông tin di động CDMA tồn tại các phương pháp điều chỉnh công suất sau:  Điều khiển công suất vòng hở. Trong hệ thống W-CDMA phương pháp này được sử dụng để thiết lập công suất gần đúng khi truy nhập mạng lần đầu.  Điều khiển công suất nhanh vòng kín gồm điều khiển công suất vòng trong và điều khiển công suất vòng ngoài. 1.3.3. Chuyển giao WCDMA hỗ trợ hai loại chuyển giao: chuyển giao mềm và chuyển giao cứng. Chuyển giao mềm là kiểu chuyển giao nối trước khi cắt, ở đây UE có kết nối đến nhiều BTS. Chuyển giao cứng là dạng chuyển giao cắt trước khi nối, ở chuyển giao này UE trước hết kết thúc kết nối với ô thứ nhất sau đó mới kết nối đến ô thứ hai. Chuyển giao mềm có hai loại, đó là: chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn. 8 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA Trong chương trước ta đã tổng quát chung về đặc điểm của hệ thống thông tin di động thế hệ ba WCDMA - UMTS. Việc xem xét đó làm cơ sở để phân tích quy hoạch hệ thống. Trong chương này ta sẽ nghiên cứu phương pháp quy hoạch và thiết kế mạng vô tuyến WCDMA. Công việc này bao gồm định cỡ, quy hoạch chi tiết vùng phủ, dung lượng, tối ưu hoá mạng. Hình 2.1. Quá trình triển khai và quy hoạch mạng WCDMA ● Các công việc UTRAN - Quy hoạch mạng truyền dẫn truy nhập. - Quy hoạch mạng truyền quy hoạch. - Quy hoạch phủ vô tuyến. - Quy định dung lượng mạng. - Định kích cỡ RNC, Phần tử của mạng lõi và xác định chỗ đặt. - Quy hoạch mạng dẫn dẫn đường trục. ● Đầu vào - Dự báo số thuê bao đố với từng loại dịch vụ. - Dự báo số lần sử dụng trên một kiểu lưu lượng. - Các vùng phủ cần có. - Kiểu vùng phủ. - Phố khả dụng. - Các chỉ tiêu chất lượng. ● Các công việc triển khai. - Triển khai BTS. - Triển khai RNC. - Kết nối BTS-RNC. - Triển khai mạng lõi. - Triển khai đầu cuối – đầu cuối. - Tối ưu hóa. - Khai thác và đo hiệu năng. 9 2.1. Nguyên lý chung Quy hoạch mạng được tiến hành dựa trên các yêu cầu đầu vào. Công việc quy hoạch mạng có thể chia thành hai công việc chính: quy hoạch mạng vô tuyến và quy hoạch mạng lõi. Công việc quy hoạch mạng vô tuyến là công việc phức tạp nhất. Công việc này bao gồm: định kích cỡ, quy hoạch lưu lượng và vùng phủ, tối ưu hoá mạng. Cuối cùng cần phản hồi kết quả thống kê và đo đạc trong quá trình khai thác mạng liên quan đến điều chỉnh quy hoạch, mở rộng vùng phủ, dung lượng và nhu cầu dịch vụ trên cơ sở thực tế. 2.2. Dự báo lưu lượng Dự báo lưu lượng là bước đầu tiên cần thực hiện trong quá trình quy hoạch mạng, có thể thực hiện trên cơ sở xu thế phát triển lưu lượng của các mạng đã được khai thác. 2.2.1. Dự báo số thuê bao Dự báo thuê bao đối với thị trường cần phục vụ phải xác định được mỗi loại hình dịch vụ mà khách hang có nhu cầu như: tiếng hoặc số liệu từng loại hình dịch vụ đó, lưu lượng trong giờ cao điểm, giờ bình thường hoặc vùng địa lý. 2.2.2. Dự báo dung lượng thoại Dữ báo liệu thoại là đánh giá khối lượng, lưu lượng tiếng do người sử dụng dịch vụ tiếng trung bình tạo ra. Để việc dự báo được chính xác ta cần có dữ liệu đánh giá lưu lượng cho từng tháng. 2.2.3. Dự báo lưu lượng số liệu Dự báo lưu lượng số liệu ta cần phân loại dịch vụ số liệu và dự báo cho từng kiểu người sử dụng cũng như khối lượng lưu lượng số liệu, dự báo khi nào thông lượng bắt đâu và khi nào kết thúc. 2.2.4. Dự phòng cho tương lai Dự phòng cho tương lai phải có cái nhìn sang suốt bao quát toàn bộ thị trường viễn thông của những nhà thiết kế, hoạch định mạng cho hiện tại và cả tương 10 lai. Để dự phòng cho tương lai một cách hợp lý nên quy hoạch mạng để hỗ trợ nhu cầu lưu lượng dự kiến trong khoảng thời gian từ 6 đén 12 tháng trong tương lai. 2.3. Quy hoạch vùng phủ vô tuyến 2.3.1. Mục đích và nhiệm vụ Mục đích của việc quy hoạch vùng phủ là để đảm bảo các mức phủ sóng khác nhau cho các vùng khác nhau. Để quy hoạch vùng phủ vô tuyến cho hệ thống TTDĐ thế hệ ba ta cần khảo sát chi tiết các vấn đề liên quan đến: nơi nào cần phủ sóng và kiểu phủ cần cung cấp cho các vùng này. Thông thường ta cần phủ sóng trước hết ở các vùng quan trọng. 2.3.2. Các mô hình truyền sóng  Mô hình Okumura-Hata Mô hình này là một mô hình thực nghiệm cho phép sử dựng các kết quả vào tính toán, được áp dụng khi tần số nằm trong khoảng từ 150-1000 MHz, độ cao BS là 30-200m, độ cao ăng ten MS 1-10m và khoảng cách giữa BS và MS là 1-20km. Độ cao ăng ten BS phải cao hơn nóc của các toà nhà gần BS. Vì thế, mô hình này là mục tiêu được sử dụng trong nghiên cứu truyền của macro.  Mô hình COST231-Hata Do mô hình Hata bị giới hạn về tần số nằm trong khoảng từ 100 đến 1500 MHz, nên nó không thể sử dụng để tính toán các mạng vô tuyến 3G. Để giải quyết vấn đề về giới hạn băng tần, công thức ban Hata ban đầu đã được hoàn thiện bởi COST231, kết quả là mô hình COST231-Hata có khả năng sử dụng trong khoảng tần số từ 1500MHz đến 2000 MHz, nó thích hợp cho việc tính toán các mạng vô tuyến 3G.  Mô hình Walfisch-Ikegami Mô hình này là mô hình thực nghiệm được sử dụng để đánh giá tổn hao đường truyền ở môi trường thành phố cho thông tin di động. Mô hình này là mô hình thực nghiệm để đánh giá tổn hao đường truyền ở vùng thành phố trong dải tần 800 – 2000 MHz. Mô hình này có ba phần tử: tổn hao không gian tự do, nhiễu xạ mái nhà - đường phố và tổn hao tán xạ. [...]... chất lượng của toàn mạng để đảm bảo cho các tài nguyên mạng được khai thác sử dụng đạt hiệu quả cao Tối ưu mạng bao gồm phân tích mạng, cải thiện cấu hình mạng và hiệu năng mạng 12 CHƯƠNG 3 QUY HOẠCH THỬ NGHIỆM MẠNG W-CDMA CHO KHU VỰC THÀNH PHỐ VIÊNG CHĂN Chương 3 trình bày về mạng thông tin di động thế hệ 3, trong khuôn khổ luận văn sẽ trình bày và phân tích, tính toán quy hoạch mạng WCDMA được triển... đáp ứng được Vì vậy mà việc triển khai mạng WCDMA cho khu vực này là một giải pháp đúng đắn Hình 3.1 Vùng phủ cần quy hoạch thử nghiệm 13 3.2 Quy hoạch thử nghiệm 3.2.1 Quy trình quy hoạch mạng vô tuyến Hình 3.2 Lưu đồ trình tự quy hoạch mạng 3.1.2 Mục tiêu quy hoạch 3.1.2.1 Các yêu cầu về vùng phủ Thông thường, vùng phủ vô tuyến tốt là điểm cốt lõi của quy hoạch mạng vô tuyến Tỉ lệ vùng phủ phản ánh... và quy hoạch mạng 4G và mở ra các phương pháp nghiên cứu quy hoạch mạng như : - Nghiên cứu phương pháp quy hoạch mạng HSPA và LTE- thế hệ tiếp theo của mạng 3G W-CDMA - Nghiên cứu quy trình và phương pháp tối ưu hóa mạng truy nhập vô tuyến và mạng lõi LTE và LTE Advanced - Nghiên cứu sâu hơn về ứng dụng, công cụ phần mềm mô phỏng và quy hoạch mạng truy nhập LTE; sử dụng các công cụ này để quy hoạch mạng. .. trình thực hiện mô phỏng thông qua các chương trình quy hoạch mạng được thể hiện như trên hình 3.4 16 Hình 3.4 Các bước thực hiện mô phỏng quy hoạch mạng Các thông số đầu vào của các chương trình mô phỏng quy hoạch mạng bao gồm các dữ liệu bản đồ số và các tham số của mạng cần quy hoạch Bản đồ số là yêu cầu cơ bản đầu tiên cần thiết cho việc tính toán mô phỏng trong quy hoạch mạng Bản đồ số bao gồm một... sử dụng đang di chuyển và có tốc độ 1GB/s khi người sử dụng cố định Sau năm 2010, công nghệ 4G sẽ trở thành dịch vụ di động bao quát mọi thứ KIẾN NGHỊ CÁC HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Với sự phát triển như vũ bão của công nghiệp viễn thông Mạng 4G sớm sẽ thay thế 3G Quy hoạch 4G cũng gần như quy hoạch các thông số cho 3G Đề tài luận văn này đã hoàn thành xuất sắc các kế hoạch quy hoạch mạng Nó sẽ là... tổng quan mạng thông tin di động 3G W-CDMA và thực hiện phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quy hoạch mạng 3G Quy trình quy hoạch mạng truy nhập 3G, phân tích những yêu cầu và nguyên tắc thực hiện quy hoạch mạng ứng với đặc trưng, cấu trúc địa lý từng vùng cụ thể Các phương pháp tính toán các tham số của mạng truy nhập 3G bao gồm dung lượng, vùng phủ, quỹ công suất đường truyền, các thông số... Hata-Cost231 và Walfisch-Ikegami Ứng dụng lý thuyết để quy hoạch thử nghiệm mạng WCDMA cho khu vực nội thành Viêng Chăn Các nhà cung cấp dịch vụ di động phải chi ra hàng tỷ USD để tăng cường mạng di động của họ nhằm cung cấp các dịch vụ video, hình ảnh, truy cập Internet và các dịch vụ khác Họ hy vọng rằng sẽ thúc đẩy được tổng mức thu nhập và góp được phần nào cho sự phát triển mờ nhạt của dịch vụ các cuộc... khu vực Thành phố Viêng Chăn dựa trên cơ sở lý thuyết đã được trình bày trong chương 2 3.1 Mô tả khu vực thử nghiệm Khu vực nội thành Viêng Chăn gồm 4 quận nội thành là Quận Chănthabuly, Quận Sikhottabong, Quận Xaysettha và Quận Sisattanak với tổng di n tích khoảng 10 km2, mật độ dân số 2000 người/km2 Trong những năm gần đây nhu cầu sử dụng các dịch vụ đa phương tiện ngày càng tăng, mà các mạng 2G... các độ lợi và suy hao khi sóng vô tuyến truyền từ máy phát đến máy thu 2.4 Quy hoạch dung lượng vô tuyến Dựa trên quỹ đường truyền đường lên và sử dụng mô hình truyền sóng ta có thể đưa ra quy hoạch phủ sóng bước đầu Thông thường việc này được thực hiện bằng phần mềm công cụ quy hoạch Bước tiếp theo ta cần kiểm tra lại việc quy hoạch này để đảm bảo tải dự kiến Quỹ đường truyền bao gồm cả dự trữ nhiễu... yêu cầu về dung lượng 14 Dung lượng mạng cần thích ứng các yêu cầu triển khai dịch vụ Trong mạng WCDMA, dung lượng liên quan đến tổng số thuê bao, tỉ lệ các thành phần dịch vụ, kênh mang dịch vụ và số người sử dụng cho tất cả các dịch vụ… 3.1.3 Định cỡ mạng 3.1.3.1 Mục tiêu Đối với phân tích vùng phủ, mục tiêu của định cỡ mạng là xác định kích thước vùng phủ của mạng thủ nghiệm bằng cách sử dụng quỹ . NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG SENG A THITH PHOMMAVANH QUY HOẠCH MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG WCDMA CHO THÀNH PHỐ VIÊNG CHĂN Chuyên ngành:. phương pháp quy hoạch mạng vô tuyến và tối ưu hóa mạng 3G W-CDMA. Chương 3 : Quy hoạch thử nghiệm mạng WCDMA cho khu vực thành phố Viêng Chăn. Chương