Bản quy hoạch mạng vô tuyến LTE sử dụng WinProp

Bản quy hoạch mạng vô tuyến LTE sử dụng WinProp Phiên bản Ngày Thay đổi V1 0 11 2010 Phiên bản đầu tiên V2 0 1 2011 Phiên bản thứ 2 có sự sửa đổi ví dụ V3 0 2 2011 Phiên bản thứ 3 có cập nhật GUI và dữ liệu mẫu V4 0 11 2011 Phiên bản thứ 4 có cập nhật biểu đồ đa truy nhập 1 Động lực 3GPP Long Term Evolution (LTE), là chuẩn mới nhất cho mạng di động sau các công nghệ GSMEDGE và UMTSHSxPA Các đặc điểm kỹ thuật LTE cung cấp tốc độ đỉnh đường xuống ít nhất là 100 Mbits, đường lên ít nhất là 50 Mb.

Bản quy hoạch mạng vô tuyến LTE sử dụng WinProp Phiên V1.0 V2.0 V3.0 V4.0 Ngày 11 - 2010 - 2011 - 2011 11 - 2011 Phiên Phiên Phiên Phiên bản bản Thay đổi thứ có sửa đổi ví dụ thứ có cập nhật GUI liệu mẫu thứ có cập nhật biểu đồ đa truy nhập Động lực 3GPP Long Term Evolution (LTE), chuẩn cho mạng di động sau công nghệ GSM/EDGE UMTS/HSxPA Các đặc điểm kỹ thuật LTE: cung cấp tốc độ đỉnh đường xuống 100 Mbit/s, đường lên 50 Mbit/s thời gian truy cập mạng RAN nhỏ 10 ms LTE hỗ trợ nhiều băng tần có khả mở rộng, từ 1,4 MHz đến 20 MHz hỗ trợ phân chia song công tần số (FDD) thời gian (TDD) Hình 1: Ưu điểm hệ thống LTE so với HSPA Các ưu điểm LTE lưu lượng lớn, độ trễ thấp, hiệu suất sử dụng phổ cao hơn, có tính tích hợp, FDD TDD tảng, hỗ trợ người dùng cuối kiến trúc đơn giản dẫn đến chi phí vận hành thấp LTE hỗ trợ mạng hệ trước GSM, cdmaOne, UMTS CDMA2000 Bước phát triển LTE LTE Advanced chuẩn hóa 3GPP Release 10 E-UTRA giao diện vơ tuyến 3GPP’s Long Term Evolution (LTE) cải tiến đường cho mạng di động E-UTRA chữ viết tắt cho mạng UMTS Terrestrial Radio Access Network cung cấp đường tiến hóa cho - GSM/EDGE - UMTS/HSPA - CDMA2000/EV-DO - TD-SCDMA Giao diện vô tuyến LTE có đặc trưng sau: - Tốc độ đỉnh đường xuống 300 Mbps cho 4x4 ăng-ten, 170 Mbps cho 2x2 ăng-ten (20 MHz), - Tốc độ đỉnh đường lên 75 Mbps cho anten đơn băng tần 20MHz - Tăng cường hỗ trợ đa dạng băng tần từ nhỏ 1,4 MHz đến lớn 20 MHz, - Hỗ trợ kích thước km (khu vực nơng thơn), lên đến kích thước 100 km với chất lượng chấp nhận được, kích thước khu vực thị km, - Tính di động tốt, tức liệu di động có chất lượng tốt với tốc độ lên đến 350 km /h, - Hỗ trợ mạng đơn tần số truyền đa điểm MBSFN (Multicast Broadcast Single Frequency Network) cho Mobile TV Giao diện vô tuyến LTE Đường xuống Lớp vật lý E-UTRA sử dụng ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) cho đường xuống với đặc điểm sau: - Tiền tố chu kỳ 4.7μs để bù tượng đa đường (tiền tố chu kỳ mở rộng 16.6μs) - Độ dài khung Radio miền thời gian 10 ms bao gồm 10 khung hình nhỏ ms - Mỗi khung nhỏ bao gồm khe, khe 0,5 ms - Khoảng cách sóng mang miền vực tần số 15 kHz - 12 sóng mang (mỗi khe) tạo thành khối liệu, khối liệu 180 kHz - khối liệu ứng với sóng mang 1.4 MHz - 50 (25, 100) khối liệu tương ứng với sóng mang 10MHz (5MHz, 20MHz) Đường xuống có ba kênh vật lý chính: - Physical Downlink Shared Channel (PDSCH) sử dụng để truyền toàn liệu - Physical Multicast Channel (PMCH), sử dụng phát quảng bá sử dụng SFN - Physical Broadcast Channel (PBCH) sử dụng để truyền thông tin quan trọng hệ thống Hỗ trợ nhiều dạng điều chế QPSK, 16QAM 64QAM Hệ thống MIMO 2x2 hệ thống MIMO 4x4 có dạng QPSK, 16QAM 64QAM Hình 2: Gán tần số LTE cho đường xuống đường lên Đường lên Đường lên LTE sử dụng pre-coded OFDM gọi đa truy nhập đơn sóng mang SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) dùng để cân mức PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) cao OFDM Điều làm giảm cần thiết khuếch đại tuyến tính, cơng suất tiêu thụ máy thu Đường lên có kênh vật lý chính: - Physical Random Access Channel (PRACH) sử dụng để khởi tạo truy nhập - Physical Uplink Shared Channel (PUSCH) mang liệu - Physical Uplink Control Channel (PUCCH) mang thông tin điều khiển Các dạng điều chế sử dụng tương tự đường xuống: QPSK, 16QAM 64QAM Mô WinProp Để khảo sát giao diện vô tuyến LTE, phần mềm WinProp LTE wst-file (wst kí hiệu vơ tuyến) sử dụng Các tham số giao diện vơ tuyến (hình 3) cho đa truy nhập, truyền song cơng, băng tần, sóng mang, chế độ truyền (điều chế sơ đồ mã hóa), phân chia cell trạm gốc định nghĩa tương ứng Các thông số vô tuyến phụ thuộc vào băng tần băng thông Công nghệ MIMO sử dụng với nhiều tùy chọn phân tập theo không gian (xem ứng dụng MIMO đặc trưng để biết thêm chi tiết) Hình 3: Định nghĩa giao diện vơ tuyến cho LTE Thiết lập đa truy nhập OFDM/SOFDMA chọn hình (hình 4) Hình 4: Thiết lập giao diện vô tuyến cho LTE Thiết lập công suất Tx (Đường xuống) Cơng suất Tx chia nhỏ cho sóng mang (mặc định sóng mang có cơng suất nhau) Trường hợp sóng mang pilot tín hiệu điều khiển cơng suất thay đổi (giá trị âm có cơng suất lớn, giá trị dương có cơng suất nhỏ hơn) Cơng suất tín hiệu pilot ảnh hưởng đến công suất gán cho cell Công suất cho phát pilot, điều khiển truyền liệu biểu diễn tính tốn việc thiết lập ước lượng trường "Symbols" Tải Cell Dung lượng ô dùng để điều khiển "Công suất phát xuống" "số sóng mang sử dụng" Nếu "điều khiển công suất cell đường xuống" chọn tất sóng mang mang liệu có mức nhiễu (ví dụ: trường hợp tất sóng mang có cơng suất 50% công suất tối đa) Nếu “điều khiển công suất sóng mang con” chọn cơng suất sóng mang truyền tối đa khơng có sóng mang truyền (ví dụ trường hợp 50% số sóng mang dùng để khảo sát cell 50% sóng mang cịn lại khơng bị ảnh hưởng nhiễu liên cell) Sóng mang Tùy thuộc vào băng thơng thứ tự FFT lựa chọn tự động số sóng mang bảo vệ, số sóng mang xác định trước Khoảng cách sóng mang chu kỳ mẫu xác định trước Mẫu Trường cho phép chia nguồn lực (mẫu sóng mang con) số loại tín hiệu khác (tín hiệu tham chiếu, tín hiệu đệm, tín hiệu điều khiển liệu) Nếu thiết lập cho mẫu chọn việc chia thực miền tần số cách xác định số sóng mang cho tín hiệu tham chiếu, tín hiệu đệm, (các sóng mang cịn lại sử dụng để truyền liệu) Nếu tùy chọn "cài đặt sóng mang riêng cho mẫu (pilot./ref.)" lựa chọn việc gán liệu thực miền tần số lẫn thời gian, điều quan trọng mạng LTE ảnh hưởng đến cơng suất nhiễu cho tín hiệu tham khảo (RSRP, RSRQ, RSSI) Hình cho thấy phân chia liệu, tín hiệu điều khiển, tín hiệu đệm, tính hiệu tham chiếu khối tài nguyên vật lý LTE (đối với mẫu mang tín hiệu tham chiếu) Dữ liệu gán cho LTE xác định bảng mẫu Hình 5: Thiết lập giao diện vơ tuyến cho LTE Block liệu Trong phần này, xác định số lượng sóng mang khối liệu Tùy chọn “fractional load allowed” chọn “cell load controls number of used sub-carriers” chọn Trong trường hợp chế độ truyền bao gồm truyền nhóm block liệu song song (ví dụ 25 block với băng tần MHz), việc lựa chọn tùy chọn đánh giá tình hình chi tiết hơn, tức có khối tài nguyên truyền song song (đặc biệt theo số lượng quy định chế độ truyền dẫn) Tái sử dụng tần số Tái sử dụng tần tính quan trọng LTE để cải thiện hiệu suất cell Bằng cách cell sử dụng phần băng tần, sóng mang sử dụng cell khác (chỉ biên giới cell) Để kích hoạt tính này, thứ tự factor tần số tái sử dụng mặc định Căn vào phương thức truyền dẫn xác định phân tích giảm số lượng khối liệu (theo giảm băng tần), giảm nhiễu phụ thuộc vào việc tái sử dụng tần số Chế độ truyền Tại giao diện vơ tuyến (hình 3), phương thức truyền dẫn liệt kê với loại điều chế, tốc độ mã tốc độ liệu Các chế độ truyền xác định trước tập tin WST Các thiết lập cho chế độ trình bày hình Hình 6: Chế độ truyền LTE Các thuộc tính cho đường xuống (trái) đường lên (phải) xác định riêng, mặc định đường đối xứng (gồm thông số truyền, tỷ số SNIR công suất phát back-off) Hơn chuyển từ chế độ hai chiều sang chế độ để phân tích riêng đường xuống đường lên Khối xác định thông số cho việc truyền tải liệu với chế độ điều chế, tốc độ mã, số block liệu tỉ số định mức Những kết thông số tốc độ liệu khả thi đáp ứng cho chế độ truyền Số block liệu xác định theo băng tần (25 cho MHz, 50 cho 10 MHz 100 cho 20 MHz) cách sử dụng khối liệu (trong trường hợp số dòng xác định kết để làm nhiều khối liệu nhận song song chế độ này, theo thơng lượng tốc độ liệu nhân với số lượng dòng) Hình 7: Chỉ số SNIR phụ thuộc vào điều chế mã hóa cho LTE Khối thứ hai mức ngưỡng cho chế độ truyền, ví dụ số SNIR (như ví dụ hình 7) cơng suất thu định sẵn Cơng suất phát xác định tương ứng với chế độ điều chế Trong trường hợp điều chế QAM công suất back-off dB xem xét Công suất phát back-off làm giảm số SNIR tương ứng với chế độ truyền, dẫn đến tình trạng phương thức truyền dẫn khơng cịn Mơ mạng LTE Hiệu suất mạng LTE (dung lượng khả dụng) tính tốn theo số SNIR Bên cạnh cơng suất tín hiệu, tác động quan trọng tới hiệu suất mạng LTE nhiễu xuyên kênh người dùng cell chia sẻ tài nguyên tần số thời gian Mức nhiễu xuyên kênh bị ảnh hưởng việc mô hệ số tải tương ứng (hình 8) Những giá trị giả định công suất phát cell đường xuống lớn Giá trị 100% nghĩa công suất truyền tất cell liền kề đạt tối đa (tức 100% tải) Ngược lại giá trị 0% có nghĩa cell liền kề không hoạt động có nhiễu Nếu tùy chọn “điều khiển tải sử dụng sóng mang con” chọn sóng mang truyền với cơng suất lớn khơng có sóng mang cịn truyền Tương ứng với trường hợp tải x% cell xét (1-x)% sóng mang sử dụng mà không bị nhiễu liên kênh Trường hợp khác, tải (x,y) cell (1-max(x,y))% sóng mang sử dụng mà không bị nhiễu liên kênh Với tối thiểu (x, y)% sóng mang cell gây nhiễu lên phần lại băng tần cell gây nhiễu Ở đường lên phần trăm công suất phát định trước, dùng cho tính tốn nhiễu đường lên (mặc định dB) Hình 8: Xác định thông số mô Hệ số tải (giả định cơng suất phát đường xuống) được khai báo tồn cục trang mơ (như hình 6), tức tải phân bố cho cell hệ số tài (giả định công suất phát đường xuống) xác định cho sóng mang ăng-ten/cell (xem hình 9) Nếu tải cell chưa xác định giá trị trồn cục dùng Hình 9: Xác định tải cell Ví dụ Phần trình bày ví dụ minh họa mơ hệ thống LTE dùng WinProp Hình 10 đưa ví dụ hệ thống cho văn phòng với ăng-ten Hai số ăng-ten sử dụng sóng mang (vùng vùng 2) - ăng-ten lại bị nhiễu liên kênh 10 Hình 10: Hệ thống cho văn phịng với ăng-ten (có sóng mang) Các thơng số mạng hiển thị bảng sau đây: Thông số Giá trị Tần số Băng thông hệ thống Công suất phát Độ cao ăng-ten SNIR thấp yêu cầu (phụ thuộc vào 2110 MHz MHz 10 dBm công suất đầu PA 2.5 m Từ 5.4 đến 17.2 dB MCS) Giao diện vô tuyến LTE Kết tính tốn chia làm loại: - - Kết chung việc gán cell chế độ truyền: o Khu vực Cell o Khu vực Site o Best Server o Tốc độ liệu tối đa (đường xuống đường lên) o Dung lượng tối đa (đường xuống đường lên) Gán cell: o Cơng suất thu o Site phía thu o Cell phía thu o Sóng mang phía thu o SNIR tối đa (đường xuống) o Pilot: nhiễu o Pilot: Tổng phía thu 11 - - Tín hiệu tham chiếu: o RSRP (DL) o RSRQ (DL) o RSSI (DL) Tín hiệu tham chiếu: o Công suất thu o SNIR tối đa (đường xuống) Với chế độ truyền (ví dụ: QAM 16 tốc độ mã ½) - DL: Cơng suất BS nhỏ phía phát - DL: Cơng suất MS lớn phía thu (khi cơng suất BS lớn nhất) - DL: SNIR lớn => SNIR nhận tối đa (khi công suất BS lớn nhất) - DL: Xác suất đáp ứng - DL: Tốc độ liệu tối đa người dùng - DL: Streams Nr - DL: Dung lượng lớn - UL: Công suất MS nhỏ phía phát => mà MS hoạt động - UL: Cơng suất BS lớn phía thu => (khi công suất MS lớn nhất) - UL: SNIR lớn => SNIR nhận tối đa (khi công suất MS lớn nhất) - UL: Tốc độ liệu tối đa người dùng - UL: Streams Nr - UL: Dung lượng lớn Theo sơ đồ kết có chế độ truyền bên phát Cơng suất tối thiểu yêu cầu bên phát để hệ thống hoạt động với sơ đồ “công suất phát tối thiểu trạm BS” “công suất phát tối thiểu MS” công suất truyền tối đa sơ đồ Hình 11-13 biểu diễn dung lượng tối đa chế độ truyền sơ đồ site vùng tín hiệu tốt mạng Ở ảnh hưởng gán sóng mang thể rõ Hai anten sử dụng sóng mang nên gây nhiễu cho (giả sử tải tối đa) site sử dụng sóng mang nên dung lượng cao Vì việc gán cell dựa công suất đỉnh máy thu (đường xuống) nên dung lượng bị giới hạn khu vực mà tín hiệu từ site site tới phủ sóng (phía nam site 1) Tại nhiễu làm hạn chế SNIR 12 Hình 11: Tốc độ tối đa mạng nhà (đường xuống) 13 Hình 12: Sơ đồ phủ sóng site nhà Hình 13: Sơ đồ lý tưởng cho mạng nhà Hình 14 biểu diễn sơ đồ RSRP (cơng suất tham chiếu máy thu) hình 15 biểu diễn sơ đồ SNIR tối đa cho việc gán cell Trong sơ đồ RSRP bị ảnh hưởng 14 vị trí site điều kiện truyền, sơ đồ SNIR chịu ảnh hưởng việc gán sóng mang Mặc dù có cơng suất máy thu cao nhận khu vực site site 2, SNIR bị hạn chế việc tái sử dụng tần số (cùng sóng mang) Hình 14: Cơng suất đầu thu tham chiếu RSRP (đường xuống) 15 Hình 15: Sơ đồ SNIR (đường xuống) tối đa gán cell Hình 16 17 hiển thị kết cho chế độ truyền, trước tiên công suất tối thiểu yêu cầu BS cho chế độ truyền, sau sơ đồ SNIR tối đa cho chế độ truyền Hình 16: Cơng suất tối thiểu yêu cầu BS cho chế độ truyền Hình 17: Sơ đồ SNIR tối đa cho chế độ truyền Để biểu diễn ảnh hưởng tải, hình 18 biểu thị số dòng liệu cho chế độ truyền cao hình 19 biểu thị việc tăng dung lượng dựa vào việc giảm tải Hình 18: Sơ đồ SNIR tối đa cho chế độ truyền (30% tải) Hình 19: Tốc độ liệu tối đa (đường xuống) cho mạng nhà (30% tải) Hình bên cho thấy ví dụ triển khai LTE khu vực thị Hình 20 biểu diễn cơng suất máy thu việc gán cell để triển khai mạng site sector 16 Hình 20: Cơng suất máy thu (đường xuống) việc gán cell cho mạng đô thị Hình 21 thể tốc độ liệu tối đa cho mạng thị với 30% tải Tại luồng sector tốc độ liệu phụ thuộc vào điều kiện nhiễu 17 ... điều chế sử dụng tương tự đường xuống: QPSK, 16QAM 64QAM Mô WinProp Để khảo sát giao diện vô tuyến LTE, phần mềm WinProp LTE wst-file (wst kí hiệu vơ tuyến) sử dụng Các tham số giao diện vơ tuyến. .. theo số lượng quy định chế độ truyền dẫn) Tái sử dụng tần số Tái sử dụng tần tính quan trọng LTE để cải thiện hiệu suất cell Bằng cách cell sử dụng phần băng tần, sóng mang sử dụng cell khác... Downlink Shared Channel (PDSCH) sử dụng để truyền toàn liệu - Physical Multicast Channel (PMCH), sử dụng phát quảng bá sử dụng SFN - Physical Broadcast Channel (PBCH) sử dụng để truyền thông tin quan