Tính toán dung lượng 4g LTE

1 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG MỞ ĐẦU Với phát triển kỹ thuật điện tử với khả đáp ứng hạ tầng truyền dẫn …việc nhà cung cấp có khả nâng cao chất lượng dịch vụ băng thông cho đầu cuối trở nên dễ dàng Nhằm đáp ứng nhu cầu người sử dụng hệ CHU CHÍ LINH mạng dần đời với chất lượng dịch vụ ngày tăng, người dùng hưởng lợi nhiều hơn.Trong trình phát triển TÍNH TỐN DUNG LƯỢNG 4G LTE Chun ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60.52.70 Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN PHẠM ANH DŨNG TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ LTE đời, LTE chuẩn cho công nghệ truyền thông liệu không dây tiến hóa chuẩn GSM/UMTS.Mục tiêu LTE tăng dung lượng tốc độ liệu mạng liệu không dây cách sử dụng kỹ thuật điều chế DSP phát triển vào đầu kỷ 21 Một mục tiêu cao thiết kế lại đơn giản hóa kiến trúc mạng thành hệ thống dựa IP với độ trễ truyền dẫn HÀ NỘI – 2012 tổng giảm đáng kể so với kiến trúc mạng 3G Sau thầy giáo, cô giáo đồng ý, em tiến hành nghiên cứu tìm hiểu việc:” Tính tốn lưu lượng 4G LTE”.Việc tính tốn giúp cho em nói riêng biết rõ cách tổ chức dụng lượng đáp ứng mạng 2 Nội dung đồ án em gồm chương: Trước hết nghiên cứu LTE tập trung lên đinh nghĩa yêu TỔNG QUAN GIAO DIỆN VÔ TUYẾN cầu tốc độ bit, dung lượng, hiệu suất phổ độ trễ.Ngoài 3GPP LTE khía cạnh kinh tế giá thành xây dựng khai thác mạng Chương I : Chương II : ĐỊNH CỠ MẠNG TRUY NHẬP LTE xem xét Các tính then chốt sử dụng sơ đồ đa Chương III : TÍNH TỐN DUNG LƯỢNG MẠNG truy nhập, điều chế mã hóa thích ứng, kỹ thuật đa anten, cơng nghệ HARQ (yêu cầu phát lại tự động thích ứng) kỹ thuật phân bố tài nguyền phân bố hay chia lô xây dựng Em xin cảm ơn thầy giáo TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng yêu cầu nói thầy cô giáo định hướng giúp em q trình nghiên cứu hồn thiện luận văn Chương I em trình bày khái niệm giao diện vô tuyến LTE, công nghệ then chốt giao diện vơ Trong q trình thực khơng tránh khỏi sai sót, em mong đóng góp ý kiến thầy bạn Chương I TỔNG QUAN GIAO DIỆN VÔ TUYẾN 3GPP LTE tuyến 3GPP LTE.Ngồi cịn có lớp vật lý LTE đặc biệt mô đường xuống 3 Hình 1.5 Lưu đồ mơ mức liên kết Trong kênh đường xuống em mô mức liên kết đường xuống, trình xử lý kênh vật lý đường xuống LTE từ thấy rõ cấu trúc khung đường xuống phàn tử tài nguyên vật lý Hình 1.7 Cấu trúc tài ngun truyền dẫn khơng gian thời gian LTE lớp cho trường hợp CP bình thường Với chương I, biết thêm giao diện vơ tuyến 3GPP LTE, làm tảng giúp ta xem xét chương sau 4 Chương II ĐỊNH CỠ MẠNG TRUY NHẬP LTE Định cỡ mạng tổ ong không dây trực tiếp liên quan đến chất lượng hiệu suất mạng ảnh hưởng sâu sắc đến triển khai Định cỡ cung cấp ước tính nhanh cho việc lập cấu mạng Định cỡ mạng không dây tổ ong bao gồm bước sau: hình mạng vơ tuyến dự kiến.Định cỡ phận q trình Phân tích số liệu/lưu lượng quy hoạch tổng thể, quy hoạch tổng thể bao gồm quy Ước tính vùng phủ hoạch chi tiết tối ưu mạng tổ ong khơng dây Nói Ước tính lưu lượng hoạch q trình lặp bao gồm thiết kế, tổng hợp thực Định cỡ truyền tải Mục đích tồn bơ hoạt động thiết kế mạng tổ ong không dây đáp ứng yêu cầu khách hàng.Có thể thay Tập đầu vào yếu tố quan trọng cho định cỡ để đạt kết xác.Định cỡ mạng vơ tuyến tổ ong địi hỏi đổi trình để phù hợp với nhu cầu mang tổ số phần tử số liệu sở Các thông số bao gồm số thuê ong khơng dây.Đây q trình quan triển khai bao, phân bố lưu lượng, vùng địa lý cần phủ sóng, băng tần, băng mạng thơng cấp, yêu cầu phủ sóng dung lượng Cần chọn Định cỡ dựa tập thông số đầu vào kết nhận liên quan đến tập thông số đầu vào Các thông số bao gồm vùng xem xét, lưu lượng kỳ vọng QoS yêu cầu Định cỡ cung cấp ước tính yêu cầu hạ tầng mạng.Định cỡ thực với hỗ trợ công cụ định cỡ cho mạng truy nhập mạng lõi mơ hình truyền sóng, băng tần cần có thê thay đổi mơ hình Điều cần thiết cho ước tính vùng phủ sóng Các thơng số hệ thống công suất phát, hệ số khuếch đại anten, ước tính tổn hao, kiểu anten sử dụng … phải biết trước bắt đầu định cỡ mạng không dây tổ ong Mỗi mạng khơng dây có thơng số riêng Phân tích lưu lượng cho phép ước tính lưu lượng mà mạng cần truyền tải Các kiểu lưu lượng khác mà mạng truyền tải cần mơ hình hóa Các kiểu lưu lượng gồm tốn số site cần thiết để phủ tồn diện tích nhận từ ước thoại, VoIP, lưu lượng PS hay CS Chi phí bổ sung cho tính vùng phủ sóng kiểu lưu lượng cần tính đưa vào mơ hình Thời gian Quy hoạch dung lượng xét đến khả mạng cung khối lượng lưu lượng cần dự báo để đánh giá hiệu cấp dịch vụ cho người sử dụng với mức chất lượng dịch mạng xác định liệu mang có thực yêu cầu vụ u cầu Sau tính tốn diện tích phủ sóng site, sử đề dụng ước tính ước tính để phân tích vấn đề liên quan đến Ước tính phủ sóng sử dụng để xác định vùng phủ dung lượng.Quá trình bao gồm chọn site cấu hình hệ thống sóng BTS Ước tính phủ sóng tính tốn diện tích mà chẳng hạn kênh, phần tử kênh đoạn Các phần tử máy thu người sử dụng ‘nghe’ tín hiệu từ khác hệ thống.Cấu hình chọn để đáp ứng BTS Nó cung cấp diện tích cực đại mà BTS phủ sóng yêu cầu lưu lượng.Trong số hệ thống không dây tổ Nhưng không thiết phải kết nối chấp nhận (thọai ong, phủ sóng dung lượng liên quan đến (WCDMA chẳng hạn) BTS MS Tuy nhiên máy thu MS phát chẳng hạn).Trong trường hợp này, số liệu phân bố tuê bao BTS vùng phủ sóng dự báo phát triển thuê bao lcó tầm quan trọng lớn.Nhóm định Quy hoạch phủ sóng bao gồm phân tích quỹ đường truyền vô tuyến (RLB: Radio Link Budget) vùng phủ (xem 1.7) RLB cỡ phải đưa ước tính số lượng trạm cần để đảm bảo lưu lượng dự kiến vùng phủ tính tốn cơng suất thu máy thu cho trước công suất Sau xác định số trạm dựa dự báo lưu phát RLB bao gồm tất độ lợi tổn hao đường truyền lượng, cần định cỡ gioa diện mạng.Số lượng giao diện có từ máy phát đến máy thu Dựa tính tốn RLB ta tổn hao thể thay đổi từ vài giao diện nhiều giao diện.Mục đích truyền sóng cực đại cho phép.Tổn hao đường truyền chuyển bước thực ấn định lưu lương cho tráng không vào khoảng cách cách sử dụng mơ hình truyền sóng tạo nút cổ chai mạng.Cần đảm bảo tất yêu cầu chất thích hợp Khoảng cách hay bán kính sử dụng để tính lượng dịch vụ giảm thiểu giá thành Định cỡ tốt giao diện CHƯƠNG III TÍNH TỐN DUNG LƯỢNG MẠNG quan trọng để hiệu mạng Mục đích định cỡ mạng truy nhập LTE ước tính mật độ site yêu cầu cấu hình site cần thiết cho vùng quy hoạch Các hoạt động quy hoạch mạng truy nhập LTE ban đầu bao gồm phân tích quỹ đường truyền vơ tuyến vùng phủ, ước Ta xét hệ thống truyền dẫn LTE MIMO PxM (P anten phát M anten thu) kênh AWGN với mật độ phỏ công suất tạp âm hai biên N0/2 thông tin trạng thái kênh (CSI) phản hồi hồn hảo tính dung lượng ơ, ước tính khối lượng eNode B cổng truy Trong LTE băng thông truyền dẫn chia thành Q kênh nhập (MME/UPE), cấu hình phần cứng cuỗi thiết bị phẳng với tên gọi khối tài nguyên (RB) băng thông RB giao diện khác 180 KHz RB đơn vị tài nguyên nhỏ mà lập Với chương ta nhìn nhận vấn đề liên quan đến định cỡ: thông số đầu vào, thông số đầu cảu trình định cỡ mạng truy nhập biểu BTS ấn định Trong sơ đồ MIMO MxP, từ phân tích SVD, ma trận kênh H cung cấp tối đa Lq kênh song song với độ lợi cơng suất  l,q , đó: Lq= Rank(H) ≤min(M,P) (1) Khi kênh biết rõ phía thu lẫn phía phát, tính độ lợi công suất kênh eigen thứ (l,q) Tổn hao hệ thống tính cơng suất thu đầu vào máy thu chia công suất phát đầu máy phát Tổn hao hệ thống sử dụng để tính tốn độ lợi cơng suất cho kích thước khơng gian Tỷ số tín hiệu tạp âm kênh thứ (l.q) xác định sau: Theo lý thuyết Shannon, dung lượng cực đại tính theo cơng thức: ℓ σℓ.q = λℓ,q C = Blog2 (1+ )(5) (2) Trong Pl,q phần công suất ấn định cho kênh cực đại gặp phải số vấn đề thực Để xác định thứ (l,q) ϭ2N công suất tạp âm tính sau: ϭ2N= kT + 10lg(B) +NF Tuy nhiên thực tế đạt dung lượng dung lượng ta cần xét đến hệ số sử dụng băng thông hệ số sử (3) dụng SNR Ta ký hiệu ȠB cho hệ số sử dụng băng thơng ȠSNR Trong kT mật độ phổ công suất tạp âm nhiệt, K số Bolzman, B bang thông NF hệ số tạp âm cho hệ số sử dụng SNR Khi ta tính tổng dung lượng hệ thống theo công thức sau cho hệ thống MIMO Rank-L: 5dB cho NodeB LTE Pl,qlà sơ đồ ấn định công suất kênh Để đơn giản ta coi C= ∑ℓ ℓ, 1+ , / / ℓ, (7) (6) ấn định công suất đồng đầu cho tất kênh con, Pℓ.q= ∑ Trong đó: dung lượng kênh không gian: (4) khối tài nguyên.Trong trường hợp Q lấy từ bảng 3.1 ∑ Cℓ = Trong PT tổng cơng suất phát, L số kênh con, Q 1+ , Đối với đường lên LTE R8 sử dụng anten Bảng 3.1 Số tài nguyên cho băng thông kênh LTE khác Băng thông kênh MHz 1.4 10 15 20 Số khối tài nguyên 15 25 50 75 100 phát nên: C= ∑ 1+ ℓ, ℓ, , / (8) Trong L=1  SINR yêu cầu Trong chương em trình bày vấn đề:  Nhiễu  Tính tốn hiệu suất băng thơng Với tính tốn ta ước lượng tương đối dung  Chi phí phịng chống ACLR (Adjacent Channel lượng mạng leakage Ratio: tỷ lệ rị kênh lân cận)  Chi Phí cho CP  Chi phí cho tín hiệu tham chuẩn (RS: reference signal)  Chi phí cho tín hiệu đồng  Chi phí cho PBCH  Chi phí cho tiền tố truy nhập ngẫu nhiên  Các chi phí cho tín hiệu điều khiển L1/L2  Tính tốn tốc độ số liệu trung bình  Tính tốn tốc độ số liệu đỉnh  Tính tốn tốc độ số liệu đỉnh lớp (PHY)  Tính tốn tốc độ số liệu đỉnh (MAC)  Tính tốn số site dựa dung lượng  Phân tích vùng phủ sóng  Phương pháp tính tốn cự ly phủ sóng diện tích phủ sóng cực đại + Ta tính dung lượng tổng cần đáp ứng (số site * Tính tốn giả định dung lượng site eNode B ) Xem xét việc tính tốn dung lượng mạng ta xem xét quy trình định cỡ hình 2.1 Ta tính tốn dung lượng phần tử mạng sau ước tính dung lượng tổng - Các thơng số đầu vào tính tốn dung lượng phần tử mạng (eNobe B): + Băng thơng: dựa cấu hình sử dụng băng thơng cung cấp ta tính chi phí tổn hao băng thông đưa băng thông khả dụng + Hiệu suất sử dụng băng thông: Với cấu hình MIMO định ta xác định hiệu suất băng thơng tương Hình 3.12 Quy trình tính tốn dung lượng Tuy nhiên tính tốn thực tế, để tính tốn ứng - Các thơng số đầu ra: dung lượng site ta sử dụng công thức 25, công thức 26 với điều kiện giản tiện + Từ dung lượng phần tử tác xác định số = lượng đầu cuối đáp ứng đồng thời (dựa tốc độ số liệu yêu cầu Rsub tải trung bình Lbh …) (25) = + Với ước lượng người dùng ta tính số site cần lắp đặt (26) × × 10 = => × × - × Bảng tính dịng ta tính dung lượng số site Với tốc độ dự liệu yêu cầu Rsub biến đổi (ví dụ =3), tốc (49) độ số liệu cao điểm Abh-user= 50kbps, hệ số đăng Lập bảng tính tốn ta ký vượt q 20, số thuê bao đáp ứng vào cao điểm 500 có đoạn site ta áp dụng vào bảng tính cho kết sau: + Dung lượng ô: 50 Mbps + Số thuê bao dùng đồng thời với tốc độ 3M là: 17 - + Số site cần dùng để đáp ứng 8000 người là: 16 Bảng tính dịng ta tính số site, số th bao dựa yêu cầu người dùng: Với dung lượng ô 35 Mbps, tốc độ dự liệu yêu cầu Rsub biến đổi (ví dụ =3), tốc độ số liệu cao điểm Abh50kbps, hệ số đăng ký vượt q 20 có đoạn Trên ví dụ minh họa cho việc tính tốn dung site ta áp dụng vào bảng tính cho kết lượng biết đầu vào, hay số thuê bao phục vụ, số site sau: vùng user= + Số thuê bao dùng đồng thời với tốc độ 3M là: 14 Ta phân thành giai đoạn để ước lượng giá trị: + Số thuê bao dùng đồng thời cao điểm là: 350 + Số site cần dùng để đáp ứng 8000 người là: 23 - Giai đoạn 1: triển khai, yêu cầu dịch vụ chưa lớn - Giai đoạn 2: yêu cầu dịch vụ cao hơn, số lượng thuê bao tăng Các kiểu vùng : 11 - Vùng trung tâm - Vùng lân cận + Hệ thống MIMO áp dụng có cấu hình 2x2 - Vùng ngoại ô + Tốc độ số liệu yêu cầu thuê bao 1Mbps a Giai đoạn 1: Hình 3.13 Phân bố site trung tâm giai đoạn + Nsector= 1,2,3 Vùng trung tâm với mật độ thuê bao lớn yêu cầu dịch vụ cao: (Khu vực Văn Quán Hà Đông - HN) Với loại vùng nên sử dụng kiểu điều chế 64QAM khoảng cách đến thuê bao ngắn, mức độ yêu cầu đầu cuối cao + Băng thông sử dụng 20M Sử dụng cơng thức : = × × Ta có bảng tính tốn sau: Bảng 3.20 Tính tốn dung lượng site nội thành giai đoạn Trong bảng 3.20 ta tính tốn với nội dung: 12 Tính tốn số th bao dựa vào dung lượng có sẵn ta có với dung lượng 35Mbps, tốc dộ yêu cầu cao điểm 50kbps, đoạn có sector, tải trung bình cao điểm 50% Ta tính số thuê bao site truy nhập đồng thời 1050, tương tự với điều kiện với Rsub= 2Mbps ta tính số thuê bao đồng thời cao điểm 525 Tính tốn dung lượng dựa lượng thuê bao truy nhập, ta xét trường hợp số thuê bao 500,500,200 với số sector 1,2,3 Với điều kiện ta tính dung lượng ô số lượng site yêu cầu bảng Hình 3.14 Phân bổ site vùng lân cận giai đoạn Bảng 3.21 Tính tốn dung lượng site vùng lân cận giai đoạn Vùng lân cận (Khu vực Yên Nghĩa – Hà Đông - HN) Với vùng sử dụng kiểu điều chế 16QAM chủ yếu 64QAM cho khu du lịch, khu di tích văn hóa trọng điểm + Hệ thống MIMO áp dụng có cấu hình 2x2 + Tốc độ số liệu yêu cầu thuê bao chiếm 90% 1Mbps 10% 512kbps Với tính tốn ta tính thơng tin + Nsector= 1,2,3 + Băng thông sử dụng 20M vùng lân cận, với yêu cầu trên, với 35Mbps trung tâm ta phục vụ 525 thuê bao khu vực lân cận 2000 13 thuê bao, lý giải cho việc vùng phủ rộng tốc độ + Băng thông sử dụng 20M số liệu yêu cầu Rsub giảm Bảng 3.22 Tính tốn dung lượng site vùng ngoại ô giai đoạn Vùng ngoại ô ( Khu vực Chương Mỹ - HN) Với vùng sử dụng kiểu điều chế 16QAM Hình 3.15 thể phân bổ site vùng ngoại ô Với yêu cầu tốc độ số liệu hạn chế hơn, mật độ dân cư thấp… site phủ rộng đáp ứng nhiều thuê bao b Giai đoạn Vùng trung tâm với mật độ thuê bao lớn yêu cầu dịch vụ cao: Hình 3.15 Phân bổ site vùng ngoại ô giai đoạn + Hệ thống MIMO áp dụng có cấu hình 2x2 + Tốc độ số liệu yêu cầu thuê bao chiếm 80% 256kbps 10% 512kbps, 10% 1Mbps + Nsector= 1,2,3 14 Bảng 3.23 Tính tốn dung lượng site nội thành giai đoạn Trong bảng 3.23 ta tính toán với nội dung: Với nhu cầu dịch vụ ngày tăng với việc Hình 3.16 Phân bố site trung tâm giai đoạn +Hệ thống MIMO áp dụng có cấu hình 2x2 phát triển lượng đầu cuối nội vùng số thuê bao truy cập vào Với loại vùng nên sử dụng kiểu điều chế site đáp ứng giảm ta phải tăng số site vùng 64QAM khoảng cách đến thuê bao ngắn, mức độ yêu cầu đó, theo tính tốn với vùng giai đoạn số site phải đầu cuối cao triển khai giai đoạn 23 Vùng lân cận + Tốc độ số liệu yêu cầu thuê bao 3Mbps Với vùng sử dụng kiểu điều chế 16QAM + Nsector= 1,2,3 + Băng thông sử dụng 20M chủ yếu 64QAM cho khu du lịch, khu di tích văn hóa trọng điểm Sử dụng cơng thức (25), (49) + Hệ thống MIMO áp dụng có cấu hình 2x2 Ta có bảng tính tốn sau: 15 + Tốc độ số liệu yêu cầu thuê bao chiếm 90% 2Mbps 10% 3Mbps, Nsector= 1,2,3 Hình 3.17 Phân bố site vùng lân cận giai đoạn Bảng 3.25 Tính tốn dung lượng site vùng lân cận giai đoạn + Băng thông sử dụng 20M Tại vùng so với giai đoạn số lượng đầu cuối tăng yêu cầu băng thông nên số site tăng lên Tính tốn thể bảng 4.7 Vùng ngoại ô Với vùng sử dụng kiểu điều chế 16QAM Hình 3.18 thể phân bổ site vùng ngoại ô giai đoạn 16 Bảng 3.26 Tính tốn dung lượng site vùng ngoại giai đoạn Hình 3.18 Phân bổ site vùng ngoại giai đoạn + Hệ thống MIMO áp dụng có cấu hình 2x2 Với yêu cầu tốc độ số liệu hạn chế hơn, mật độ dân cư thấp… site phủ rộng đáp ứng nhiều + Tốc độ số liệu yêu cầu thuê bao chiếm 80% thuê bao 512kbps 10% 1kbps, 10% 2Mbps Sau xem xét tính tốn ta xác định số thơng + Nsector= 1,2,3 + Băng thông sử dụng 20M số để triển khai hạ tầng mạng nhiên tính tốn cịn hạn chế chưa thể đặc tính nhiễu, suy hao… 17 Hướng phát triển đề tài Với nhiều công nghệ mới, nhiên LTE đáp ứng yêu cầu mạng di động hệ từ người sử dụng nhà khai thác LTE cung cấp trải nghiệm người dùng với nhiều cải thiện, gia tăng khả đáp ứng dịch vụ điện thoại di động lợi mạnh mẽ cho công nghệ không dây khác thập kỷ tới Nó cho phép nhà khai thác cung cấp hiệu suất cao thông qua kết hợp tốc độ bit cao thông qua hệ thống với độ trễ thấp hai đường lên đường xuống Trong luận án này, lực mạng LTE mô tả với số truyền liệu tốc độ trung bình, tốc độ truyền liệu tối đa thuê bao số điện thoại hỗ trợ hệ thống Phạm vi phủ sóng hệ thống LTE tính tốn sở thơng số trạm gốc mơ hình truyền khác Luận văn đề xuất, tính tốn dung lượng mạng khu vực khác nhằm đáp ứng cho việc triển khai hệ thống.Trong tương lai em muốn nghiên cứu thêm nhằm tính tốn tồn diện xác cho mạng LTE  ... Ta tính tốn dung lượng phần tử mạng sau ước tính dung lượng tổng - Các thơng số đầu vào tính toán dung lượng phần tử mạng (eNobe B): + Băng thơng: dựa cấu hình sử dụng băng thơng cung cấp ta tính. .. có bảng tính tốn sau: Bảng 3.20 Tính tốn dung lượng site nội thành giai đoạn Trong bảng 3.20 ta tính tốn với nội dung: 12 Tính tốn số th bao dựa vào dung lượng có sẵn ta có với dung lượng 35Mbps,... Phương pháp tính tốn cự ly phủ sóng diện tích phủ sóng cực đại + Ta tính dung lượng tổng cần đáp ứng (số site * Tính tốn giả định dung lượng site eNode B ) Xem xét việc tính tốn dung lượng mạng