Đồ án Mạng thông tin di động 4G

Tìm hiểu mạng thông tin di động 4G Ngành công ngh vi n th ệ ễ ứ ế ữ ể ạ ụ ông đã ch ng ki n nh ng phát tri n ngo n m c trong nh ng n ữ ầ ệ ạ ộ ế ệ ứ ăm g n đây. Khi mà công ngh m ng thông tin di đ ng th h th ba 3G ch a c ư ủ ờ ể ẳ ị ị ế ủ ầ ó đ th i gian đ kh ng đ nh v th c a mình trên toàn c u, các nhà khai thác vi n th ễ ớ ế ớ ắ ầ ế ứ ông l n trên th gi i đã b t đ u thi n hành nghiên c u và phát tri n khai th ể ử ệ ộ ố ẩ ộ ế ệ ớ ấ ề ề ác th nghi m m t s chu n di đ ng th h m i có r t nhi u ti m năng thành chu n cho m ng di ẩ ạ ộ ừ ề ầ đ ng 4G (Fourth Generation) t nhi u năm g n đây.Trong t ng lai kh ươ ể ậ ấ ả ị ụ ọ ông xa,chúng ta có th truy c p t t c các d ch v m i lúc m i n i trong khi v n c ọ ơ ẫ ể ể ấ ượ ó th di chuy n: xem phim ch t l ng cao HDTV, video call,ch i game , nghe nh c tr c tuy n,t i c s d li u v.v… v i m t t c ơ ạ ự ế ả ơ ở ữ ệ ớ ộ ố ộđ “ siêu t c”.Tuy nhi ố ệ ệ ẫ ên công ngh 4G hi n nay v n . T nh ng ti m n ừ ữ ề ớ ủ ạ ạ ạ ự ọ ề ăng to l n c a m ng 4G m ng l i, em l a ch n đ tài th c t t nghi p c a m ự ố ệ ủ ình là: “ Tìm hi u v h th ng th ể ề ệ ố ộ ông tin di đ ng 4G ”.Đề ẽ ể ổ ề ệ ố ư tài s đi vào tìm hi u t ng quan v h th ng thông tin di đông, cũng nh c u tr ấ ạ ạ ể ộ ổ ấ ề úc và qui ho ch m ng 4G đ chúng ta có m t cái nhìn t ng quát nh t v m t m ng di ộ ạ ộ ư ể ể ề ề ấ ẫ ữ đ ng ,cũng nh có th hi u rõ thêm v ti m năng h p d n ,nh ng b c ướ ộ ệ ữ ệ ạ ạ ộ đ t phá trong công ngh và nh ng ti n ích mà m ng 4G mang l i cho cu c s ng c a ch ố ủ ươ úng ta trong t ng lai. L i cu i c ờ ố ả ơ ấ ả ọ ườ ỡ ùng em xin chân thành c m n t t c m i ng i đã giúp đ em, đặ ệ ệ ử ễ ị ệ ườ ậ c bi t là Khoa Đi n T cùng cô Nguy n Th Di u Linh ng i đã t n tình h ng d n em ho ướ ẫ ề ạ ầ ờ ị àn thành đ t i l n này đúng th i gian qui đ nh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ ­ TRUYỀN THƠNG BỘ MƠN ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG ĐỀ TÀI THỰC TẬP TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU MẠNG THƠNG TIN DI ĐỘNG 4G GVHD: Nguyễ Thị Diệu Linh SVTH: Nguyễn Quốc Thắng                                          MSSV:  0841050245                            BỘ                   BỘ CƠNG THƯƠNG                       CỘNG HỊA XàHỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM     TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI              Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc PHIẾU GIAO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Họ và tên sinh viên:Nguyễn Quốc Thắng                          Lớp: Điện Tử 4 Khóa:8                                                                                Khoa, Trung tâm: Điện tử Tên đề tài: Tìm hiểu mạng thơng tin di động 4G Giảng viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Thị Diệu Linh Nội dung u cầu TT Nội Dung Tổng quan về hệ thống thơng tin di động và  hệ thống 4G Cấu trúc mạng 4G Quy hoạch mạng 4G Ngày giao đề tài:26/12/2016                  Ngày hồn thành:     /      /2017   Giảng viên hướng dẫn                                            Trưởng khoa        Nguyễn Thị Diệu Lịnh           NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hà Nội, ngày ….tháng… năm 2017                                                                           Giáo viên hướng dẫn                                                                                                                                                    Nguyễn Thị Diệu Linh MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Ngành cơng nghệ  viễn thơng đã chứng kiến những phát triển ngoạn mục   trong những năm gần đây. Khi mà cơng nghệ mạng thơng tin di động thế hệ thứ  ba 3G chưa có đủ thời gian để khẳng định vị thế của mình trên tồn cầu, các nhà   khai thác viễn thơng lớn trên thế giới đã bắt đầu thiến hành nghiên cứu và phát   triển  khai thác thử nghiệm một số chuẩn di động thế hệ mới có rất nhiều tiềm   năng  thành chuẩn cho mạng di động 4G (Fourth Generation) từ nhiều năm gần  đây.Trong tương lai khơng xa,chúng ta có thể truy cập tất cả các dịch vụ mọi lúc  mọi nơi trong khi vẫn có thể di chuyển: xem phim chất lượng cao HDTV, video   call,chơi game , nghe nhạc trực tuyến,tải cơ sở dữ liệu v.v… với một tốc độ  “  siêu tốc”.Tuy nhiên cơng nghệ 4G hiện nay vẫn  Từ  những tiềm năng to lớn của mạng 4G mạng lại, em lựa chọn đề  tài   thực tốt nghiệp của mình là: “ Tìm hiểu về  hệ  thống thơng tin di động 4G   ”.Đề  tài sẽ  đi vào tìm hiểu tổng quan về  hệ thống thơng tin di đơng, cũng như  cấu trúc và qui hoạch mạng 4G để  chúng ta có một cái nhìn tổng qt nhất về  một mạng di động ,cũng như có thể hiểu rõ thêm  về tiềm năng hấp dẫn ,những   bước đột phá trong cơng nghệ và những tiện ích mà mạng 4G mang lại cho cuộc   sống của chúng ta trong tương lai Lời cuối cùng em xin chân thành cảm  ơn tất cả mọi người đã giúp đỡ  em,  đặc biệt là Khoa Điện Tử  cùng cơ Nguyễn Thị  Diệu Linh người đã tận tình   hướng dẫn em hồn thành đề tại lần này đúng thời gian qui định Tìm hiểu mạng thơng tin di động 4G Chương 1:TỔNG QUAN HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG Như chúng  ta  đều  đã  nhận  thấy  thì  khi  cuộc  sống  càng  phát  triển  chúng  ta  càng rất cần thơng tin đồng thời thì thơng tin cũng làm chất xúc tác cho cuộc sống  hiện nay phát triển ngày càng cao hơn. Trong rất nhiều lĩnh vực thơng tin thì thơng tin  di động đã và  đang  là  vấn  đề  phát  triển  nhanh  nhất,  càng  ngày  thông  tin  di động  càng được  phổ biến rộng rãi và sâu rộng. Từ những nhận thức đó thì việc tìm hiểu  kỹ  thuật  cơng  nghệ  của  chun  ngành  thơng  tin  di  động  là  một  yêu  cầu  tất  yếu  của  các  sinh  viên  chuyên ngành  thông  tin  liên  lạc  hiện  này  và  sau  này.  Hệ  thống  thông  tin  di  động  là  một  hệ thống viễn thơng khá phức tạp và có nhiều ứng  dụng  rộng rãi, từ điện thoại di động đến hiện nay là truyền số liệu di động cũng đã được  triển khai rộng khắp 1.1. Giới thiệu tổng quan Hiện nay trên thế giới nói chung và trong đó có Việt Nam chúng ta đã đang và  sẽ tồn  tại  hai  hệ  thống  thơng  tin  di  động  đó  là  mạng  điện  thoại  di  động  tổ  ong  GSM (Global  System  for  Mobile  Communication)  và  mạng  di  động  sử  dụng  công  nghệ  CDMA  (Code  Division  Multipe  Acess).  Mỗi  hệ  thống  có  những  đặc   tính  riêng, có ưu nhược điểm đặc trưng mà hệ thống cịn lại khơng (hoặc chưa) thay thế  được.  Trong  chương này  chúng  ta  sẽ  đề  cập  đến  cả  hai  hệ  thống  nói  trên  theo  từng đặc tính chung và riêng của chúng 1.1.1. Khái qt lịch sử phát triển Cột  mốc  đánh  dấu  sự  ra  đời  và  phát  triển  của  thông  tin  di  động  hiện  nay  phải được xét đến kể từ khi James Clerk Maxwell đưa ra lý thuyết về sóng điện từ  vào năm 1861, đây  là  nền  tảng  lý  thuyết  quan  trọng  nhất  của  các  kỹ  thuật  thông tin  không  dây  nói  chung  và trong đó  có  cả  thơng  tin  di  động của  chúng  ta.  Tuy  nhiên  để  áp  dụng được  lý  thuyết  đó  vào  thực  tế  là  cả  một  chặng  đường  lâu  dài.  Cho  đến  những  thập  niên  đầu  thế  kỹ  XIX,  các  dạng  thông  tin di  động  đầu  tiên  được  phát  triển  để  phục  vụ  cho  quân  sự  và  các  dịch  vụ  an toàn  cơng  cộng  nhất  là  trong  thế  chiến thứ 2 Nguyễn Quốc Thắng Trang 7 Tìm hiểu mạng thơng tin di động 4G Sau  thế  chiến  thứ  hai,  thông  tin  di  động  bắt  đầu  được  phát  triển  cho  mục  đích  thương  mại,  đầu  tiên  được  xây  dựng  ở  Mỹ  hệ  thống  điện  thoại  di  động  MTS  (Mobile Telephone  System)  vào  năm  1946;  nhưng  trên  mạng  đó  chỉ  cho  phép  truyền  đơn  cơng  và  sử  dụng  chuyển  mạch  nhân  công.  Mãi  đến  1969  hệ  thống  điện thoại  di  động  song công sử  dụng chuyển  mạch  tự động mới được  phát triển  thành công là IMTS (Improved Mobile Telephone System). Mạng điện thoại này sử  dụng dãi tần 450MHz và đã được chuẩn  hóa tại Mỹ nhưng lại khơng thể  đáp ứng  nhu cầu phát triển Vào cuối thập kỷ 70, phịng thí nghiệm Bell LaBTS đã phát triển thành cơng  hệ thống AMPS và đưa ra thương mại hóa bởi hãng AT&T vào năm 1983; hệ thống  này  sử  dụng  dãi  tần  trên  800MHz  với  hướng  lên  trong  khoảng  824­846MHz  và  hướng  xuống  là  869­894MHz.  Trong  AMPS  sử  dụng  kỹ  thuật  điều  chế  tương  tự  FM với khoảng dịch tần  cực  đại  12KHz cho  kênh  thoại  và  khoảng  cách  tần  số  là  30KHz; phân  bố tần  số trong  mạng  tuân  theo  nguyên  lý  chia  ô.  AMPS chia  sẽ  cho  hai  nhà  cung cấp  với  832 kênh. Các kênh được chia đều cho các nhà cung cấp dịch  vụ, và khu vực địa lý, với 42 kênh mang thông tin của mạng (kênh báo hiệu chung) Song  song  với  AMPS  của  Mỹ  thì  Châu  Âu  cũng  đã  thực  hiện  được  hệ  thống di động cho  mình  vào 01/10/1981 bằng chuẩn NMT450 là một  mạng di động  tế  bào  chủ  yếu  phục  vụ  cho  khu  vực  Bắc  Âu.  NMT450  sử  dụng  dãi  tần  trên  450MHz với kỹ thuật FDMA/FM  với khoảng dịch tần cực đại là 5KHz và khoảng  cách tần giữa hai kênh là25KHz và  sử  dụng kỹ  thuật  điều chế khóa  dịch  tần  FSK.  Sau  đó  hệ  thống  này  đượcnâng cấp để sử dụng khoảng tần 900MHz và trở thành  NMT900 vào năm 1986 và đây là cơ sở cho việc phát triển mạng di động số thế hệ  thứ 2 được phổ biến rộng rãi với tên gọi GSM (Global System Mobile) Dựa  vào  AMPS,  tại  Anh  đưa  ra  chuẩn  TACS  (Total  Access  Communication System),  hệ  thống  truyền  thơng  truy  cập  tồn  thể,  với  sự  thay  đổi  dãi  tần  của  các  kênh  vô  tuyến. Hệ  thống  TACS  sau  này  được  phát  triển  ở  nhiều  nước  như  ở  Nhật  là  J­TACS,  hãy  chuẩn  mở  rộng  là  N­TACS.  TACS  có  dãi  tần  kênh  25kHz  ở  dãi  tần  890­915MHz cho  đường  lên  và  935­960MHz  cho  đường  Nguyễn Quốc Thắng Trang 8 Tìm hiểu mạng thơng tin di động 4G xuống  với  khoảng  cách  kênh  45MHz;  ban   đầu  được  cấp  dãi  25MHz,  dự  trữ  10MHz  cho  hệ  thống  pan_TACS  ở  Anh  và  16MHz cho  chuẩn  mở  rộng  N­TACS.  Trong hệ thống TACS sử dụng kênh điều khiển và báo hiệu ở tốc độ 8kbps Cùng với sự phát triển của cơng nghệ số hóa trong điện tử và viễn thơng liên  lạc  thì  việc  chuyển  đổi    trong  thơng  tin  di  động  cũng  có  sự  chuyển  biến  cơng  nghệ,  các mạng tương tự như trên đã dần được thay thế bằng các mạng số hóa mà  thành  cơng  nhất  là  hệ  thống  thơng  tin  di  động  tồn  cầu  GSM  (Global  System  Mobile).  Sự  chuyển  đổi  từ  mạng  tương  tự  qua  mạng  số  thường  được  biết  đến  như  sự  chuyển  đổi  thế  hệ  mạng  di  động,  mà  ở  đó  mạng thơng  tin  cơng  nghệ  tương tự được xem là thế hệ thứ nhất (1G) và mạng thơng tin di động GSM là thế  hệ thứ 2 (2G). Hiện nay chúng ta thường được nghe đến các khái niệm 2.5G và 3G  chính  là  các  thế hệ  mạng thông tin  mới được đề  xuất  và  đang  phát  triển  để  đáp  ứng  nhu  cầu  trao  đổi  tin  ngày  càng  cao  của  xã  hội  hiện  đại.  Trong  các  thế  hệ  mạng sau này thì chủ yếu được nâng cấp kỹ thuật cơng nghệ để đáp ứng  được  các  u  cầu  của  thông  tin  đa  phương  tiện  tốc  độ  cao  (truyền  hình, truyền số  liệu tốc  độ cao,…) Năm  1982,   theo   đề    xuất   của   Cty   Nordic   Telecom   (Viễn   thông   Bắc  Âu),  Netherlands,  nhóm  nghiên cứu Group  Special Mobil (GSM) thì  Tổ chức Bưu chính  Viễn thơng Châu Âu – CEPT (Conference Euro Posts and Telecommunication) đã hình  thành  tiêu  chuẩn  mới  cho  hệ  thống  thơng  tin  di  động  xun  Châu  Âu.  Sau  đó  5  năm  (1987)  thì  13  nhà  khai  thác  quản  lý  đã  ký  kết  thỏa  thuận  đưa  ra  tiêu  chuẩn  GSM là viết tắt  theo  tên  tiếng Pháp  của  Global  System for  Mobile Communication  là  tiêu  chuẩn  chúng  ta  sử  dụng  hiện     GSM  sử  dụng  mã  hóa  tiếng  nói  dự  đốn  đặc  tuyến  xung kích chính tắc (PRE­LPC) và phương thức TDMA phân chia  theo thời gian Từ  năm  1989  GSM  được  chuyển  nhượng  cho  Viện  tiêu  chuẩn  viễn  thông  Châu Âu  (ETSI)  và  được  viện  phát  triển  qua  nhiều  giai  đoạn  mãi  đến  năm  1997  mới  hoàn thành tiêu chuẩn đầy  đủ  thành GSM  2G có  kết  hợp  với dịch  vụ  số  liệu  Nguyễn Quốc Thắng Trang 9 Tìm hiểu mạng thơng tin di động 4G chuyển  mạch tốc  độ  cao  (HSCSD)  và  dịch  vụ  truyền  sóng  vơ  tuyến  gói  đa dụng  (GPRS) GSM  sử  dụng  giao  diện  vô  tuyến  ở  dãi  tần  trên  850MHz,  cụ  thể  là  890­ 915MHz  cho  đường  lên  và  935­960  cho  đường  xuống  đối  với  các  mạng  di  động  (hiện nay đang sử dụng dãi tần 1800MHz). Kỹ thuật điều chế của GSM là GMSK  (Khóa  mã  cực  tiểu Gaussian)  với  mỗi  giá  trị  BT  là  0.3  tại  tốc  độ  dữ  liệu  tổng  270kbps.  Điều này  đưa ra  để cân đối tối ưu giữa độ  phức tạp của thiết bị  và hiệu  quả sử dụng phổ tần của hệ thống Bảng 1.1. Tóm lược lịch sử phát triển của GSM Năm Sự  1982 Nhóm nghiên cứu di động đặc biệt được CEPT thành l ập (GSM ra đời) kiện 1986 Dãi tần 900MHz dành riêng cho GSM được sự chấp thuận của EC  1987 Các thơng s ố cơ sở của chu ẩnẫ hóa GSM được ch ấp thuận vào tháng 2 ốc  Telecom Có 3 sơ đồ truy ền d n sóng vơ tuyến khác nhau và khác cả t 1988 Đặc tả chi tiết GSM pha 1 được hồn thành cho cơ sở hạ tầng mạng 1989 Nhóm di  động  đặc  biệt  chuyển sang  cho  ETSI  thành  hệ  thống  thông  tin  1990 GSM bước đ ạt đ ộng ở băng t ần DSC1800 di  động  tồn ầcuầ tương thích cho ho u  (GSM  hiện  nay)  thành  chuẩn  hóa  quốc  tế  cho  mạng  1991 Mạng GSM đầu tiên được xây dựng ở Phần Lan 1992 Lần đầu tiên việc đăng ký chuyển vùng  quốc tế được thực hiện giữa  1993 Telstra  Australia  trở  thành  mạng  ngoài  Châu  Âu  đầu  tiên  đi ốvào  hoạt  Viễn thông Ph ần Lan (Telecom Finland) và Vodafone (Vương qu c Anh) 1994 động. M GSM pha 2 (cho các d  vụ mạng thông tin số li ạng GSM đầịuch  tiên ho ạt động trong dãi tệầun / fax) ban hành  DCS1800 (GSM1800)  1995 Mạng GSM đầu tiên hoạt động ở Nga và Trung Quốc 1997 Máy cầm tay 3 băng đầu tiên được cơng bố 1998 Số th bao GSM trên tồn cầu vượt qua 100 triệu 1999 WAP bắt đầu được triển khai thử nghiệm ở Pháp và Italia 2000 Các dịch vụ GPRS thương mại đầu tiên được  công bố, máy cầm tay  2001 M ạng 3G GSM đầu tiên đi vào cuộc sống GPRS 2003 Mạng EDGE đầu tiên đi vào hoạt động 2008 Con số th bao GSM vượt qua ngưỡn 3 tỉ Hiện nay song song với hệ thống điện thoại di  động tế  bào GSM thì cịn có  một  cơng  nghệ  mới,  trước  đây  chỉ  sử  dụng  cho  mục  đích  quân  sự  là  CDMA  và  được đưa ra thương mại bởi hãnh Qualcomm IS­95 (Interim Standard – 95A) với tên  Nguyễn Quốc Thắng Trang 10 Bảng 3. 4 : So sánh về quỹ đường truyền xuống của các hệ  thống Đường xuống Tốc độ dữ liệu (kbps) GSM thoại 12,2 Máy phát (trạm gốc) Công suất phát (dBm) 44,5 Khuếch đại anten (dBi) 18,0 Tổn hao phi đơ + bộ nối 2,0 Công suất phát xạ đẳng hướng tương  60,5 đương (dBm) Máy thu (đầu cuối di động) Hệ số tạp âm máy thu (dB) Công suất tạp âm nhiệt đầu vào máy thu  ­ ­119,7 (dBm) Công suất tạp âm nền máy thu (dBm) Dự trữ nhiễu (dB) Tỷ số SNR yêu cầu  (dB) ­ 0,0 ­ Độ nhạy máy thu (dBm) ­104,0 Khuếch đại anten (dBi) 0,0 Overhead của kênh điều khiển (%) 0,0 Suy hao cơ thể (dB) 3,0 Tổn hao đường truyền cực đại (dB) 161,5 Quỹ đường truyền  cho ta thấy rằng LTE có thể triển  khai sử dụng các  trạm  có sẵn của hệ thống GSM và  HSPA 3. 3. 2 Các mơ hình truyền sóng   Quỹ đường truyền kết hợp với mơ hình truyền sóng thích hợp sẽ tính được   bán kính phủ  sóng của cell. Đặc điểm của kênh truyền dẫn vơ tuyến có tính chất  ngẫu nhiên, khơng nhìn thấy được, địi hỏi có những nghiên cứu phức tạp. Một số  mơ hình thực nghiệm đã được đề  xuất và được sử  dụng để  dự  đốn các tổn hao  truyền sóng. Các mơ hình được đề xuất để đánh giá các cơng nghệ  truyền dẫn sẽ  xét nhiều đặc tính mơi trường gồm các thành phố  lớn, nhỏ, ngoại ơ, vùng nhiệt  đới, vùng nơng thơn và các sa mạc. Các thơng số chính của mơi trường bao gồm :  ­ Trễ truyền lan, cấu trúc và các thay đổi của nó.   ­ Quy tắc tổn hao địa lý và tổn hao đường truyền bổ sung.   ­ Fading che tối.   ­ Các đặc tính pha đinh nhiều đường cho hình bao các kênh.   ­ Tần số làm việc. Ta phân tích các mơ hình sau:  Mơ hình Hata­Okumura Các biểu thức tốn học được sử dụng trong mơ hình Hata­Okumura để xác   định tổn hao trung bình L:      Lp= A + Blgfc – 13,82lghb – a(hm) + (44,9 – 6,55lghb)lgr + Lother (dB)    (3. 13)  Trong đó:    fc: tần số hoạt động (MHz)   Lp: tổn hao trung bình  hb: độ cao anten trạm gốc (m);   hm:  độ cao anten trạm di động (m)   r : bán kính cell (khoảng cách từ trạm gốc) (km)  a(hm): hệ số hiệu chỉnh cho độ cao anten di động (dB)    Lother: hệ số hiệu chỉnh theo vùng Thơng số A&B:  A=               B=   Dải thơng số sử dụng được cho mơ hình Hata là:  150 fc ≤ 2000 MHz; 30 ≤ hb ≤ 200 m; 1 ≤ hm ≤ 10 m; 1 ≤ r ≤ 20 km.   a(hm) tính như sau:  ­ Đối với thành phố nhỏ và trung bình:                  a(hm) = (1,11lgfc ­0,7)hm – (1,56lgfc – 0,8)dB                         (3. 14) ­ Đối với thành phố lớn:                     a(hm) = 8. 29(lg1,54hm)2 – 1,1   dB          ;  fc = 200 MHz       (3. 15)             hay:  a(hm) = 3,2(lg11,75hm)2 – 4,97 dB  ;  fc ≥ 400 MHz        (3. 16)  ­ Đối với vùng ngoại ơ: Với vùng ngoại ơ hệ số hiệu chỉnh suy hao so với   vùng thành phố là:        Lp =  Lp(thành phố) – 22­ 5.4] dB                         (3. 17) ­ Đối với vùng nơng thơn                      L =  L -4.78(lg fc)2 p  p(thành phố) 18.33(lg f ) 40.49 dB (3 18) Mơ hình truyền sóng trong nhà   Có thể nói hiện nay đối với các tịa nhà lớn như là sân bay, ga điện ngầm, văn  phịng cao tầng, siêu thị kinh doanh hàng hóa rộng lớn… thì vấn đề vùng phủ và dung  lượng đều rất quan trọng vì chất lượng thoại di dộng ảnh hưởng trực tiếp đến uy tín  của nhà cung cấp dịch vụ. Tuy nhiên, do đặc trưng vùng phủ của những khu vực này  rộng hoặc trải dài theo chiều dọc, sóng vơ tuyến từ trạm BTS bên ngồi tịa nhà (BTS  outdoor macro) bị suy hao nhiều khi xun qua các bức tường bê tơng dẫn đến cường  độ tín hiệu khơng đạt u cầu, nên giải pháp phủ sóng trong tịa nhà hiện nay được  nhiều nhà cung cấp dịch vụ di động quan tâm Mơ hình cho mơi trường nhiều tầng Các biểu thức tốn học được sử  dụng trong mơ hình để  xác định  tổn hao  trung bình: L (R) P (3 19) L(R ) o 10 * n (nhiều tầng) lg(R / R ) L(R ) : suy hao đường  truyền  từ máy phát đến  khoảng cách tham khảo   0  R (dB) n: mũ tổn hao trung bình R: khoảng cách từ máy phát (m) đến máy thu R : khoảng cách tham khảo từ máy  phát 0   Mơ hình cho mơi trường cùng tầng Các biểu thức tốn học được sử  dụng trong mơ hình  để  xác định tổn hao  trung bình L P (R) (3 20) L(R ) o 10 * n (cùng tầng) lg(R / R ) FAF (dB) n: mũ tổn hao trung bình R: khoảng cách từ máy phát (m) đến máy thu R : khoảng cách tham khảo từ máy  phát 0   FAF (dB) :thừa số tổn hao tầng 3.3. 3  Tính bán kính  cell Trước tiên, dựa vào các tham số  của quỹ đường truyền để xác định suy hao  đường truyền tối  đa  cho phép. Khi đó, dễ  dàng tính được bán   kính   cell nếu biết  được mơ hình truyền  sóng áp dụng với mơi trường đang khảo sát (Lmax =   Lp) Suy ra cơng thức tính bán kính cell như  sau: (Lp ­ L)/X                                                                                           R = 10 (3.  cell   21)   ’ L = L + X *lgR P (3 22) Xét trên các mơ hình cụ thể Mơ hình Hata­Okumura  : L’=A + Blgf – 13,82lgh – a(h ) + L c   b   m other (3. 23) X=(44,9 – 6,55lgh ) b Mơ hình tồ  nhà: (3. 24)                     ­Nhiều tầng:                                    L’= L(R0)­10*n*lg(R0)                                                        (3.25)                                 X= 10 *n                        ­Cùng tầng: L’= L(R )­10*n*lg(R )+FAF 0 X= 10 *n (3. 26)   Sau khi tính được kích thước cell, dễ dàng tính được diện tích vùng phủ với   chú ý diện tích vùng phủ  phụ  thuộc vào cấu hình phân đoạn trạm  gốc.  Diện  tích  vùng phủ đối với một cell có cấu trúc lục giác đều được tính như   sau:                    S = K. r                                                                        (3.27)  Trong đó: S là diện tích vùng phủ, r là bán kính cực đại cell, K là hằng  số. Bảng 3. 5 : Các giá trị K sử dụng cho tính tốn vùng phủ  sóng Cấu hình  trạm K Ommi  (vơ hướng) 2,6 2­sector 3­sector 6­sector 1,3 1,95 2,6 3.3.4 Qui hoạch dung lượng Dung lượng lý thuyết của mạng bị  giới hạn bởi số eNodeB đặt trong mạng   Dung lượng của mạng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như mức can nhiễu, thực thi lập   biểu, kỹ thuật mã hóa và điều chế được cung cấp. Sau đây là các cơng thức dùng để  tính số eNodeB được tính bởi khía cạnh dung  lượng                   Tồn bộ tốc độ dữ liệu (overalldatarate)                          ( 3.28)    Số eNodeB = Dung lượng site(site capacity) Trong đó site capacity là bội số của thơng lượng cell (cell throughput), nó tùy  thuộc vào cấu hình của cell trên site.   Tính tốn cell throughput    Để  tính tốn cell throughput trước tiên ta xét tốc độ  bit đỉnh (peak bit rate).  Tương ứng với mỗi mức MCS (điều chế và mã hóa) cùng với có kết hợp MIMO hay   khơng sẽ  tạo ra các tốc độ  bit đỉnh khác nhau. Tốc độ  bit đỉnh được tính theo cơng  thức sau:                   Tốc độ bit đỉnh =   x Số sóng mang con x            (3.29) Đối với mỗi loại điều chế  khác nhau sẽ  mang số  bit trên ký tự  khác nhau.  QPSK mang 2 bit/ký tự, 16QAM mang 4bit/ký tự  và 64QAM mang 6bit/ký tự. 2x2  MIMO gấp  đơi tốc  độ  bit đỉnh. QPSK  ½ (tốc độ  mã hóa ½) mang 1bps/Hz, với   64QAM khơng sử  dụng tốc độ  mã hóa và với 2x2 MIMO sẽ  mang 12bps/Hz. Mỗi   băng thơng chỉ  định sẽ  có số  sóng mang tương  ứng cho mỗi băng thơng: 72 sóng   mang đối với 1.4 MHz, 180 đối với 3MHz, và đối với băng thơng 5MHz, 15MHz,   20MHz tương ứng sẽ là 300, 600 và 1200 sóng mang con. Tốc độ đỉnh lý thuyết cao  nhất xấp xỉ 170 Mbps sử dụng 64QAM, 2x2 MIMO. Nếu sử dụng 4x4 MIMO, tốc độ  đỉnh sẽ gấp đôi là 340 Mbps. Số ký tự  trên subframe thường  là 14 ký tự  tương ứng   với mỗi slot là 7 ký tự Tương ứng với mỗi MCS và tốc độ bit đỉnh là mỗi mức SINR, ta xét trong điều kiện  kênh truyền AWGN nên SNR được dùng thay cho SINR, tốc độ bit đỉnh được xem như  dung lượng kênh. Dựa vào công thức dung lượng kênh Shannon:   C1 = BW1 x log2(1+SNR)                  (3. 30) Ta suy ra được SNR : (C1/BW1)­1                 SNR = 2 (lần)                                               (3.31) Trong đó BW1 là băng thơng của hệ thống (chẳng hạn như 1.4 MHz, 3MHz… 20MHz) Từ SNR tìm được ta tính thơng lượng cell (cell throughput) qua cơng thức  sau:                                       C = F x  BW x  log (1+SNR)               (3.32)  Trong đó BW là băng thơng  cấu  hình chỉ  chiếm 90% của băng thơng kênh  truyền đối với băng thơng kênh  truyền  từ  3­20 MHz. Đối   với   băng   thơng   kênh  truyền 1. 4 MHz, băng thơng truyền chỉ  chiếm 77%  của băng thơng kênh truyền. Vì  vậy triển khai ở kênh truyền 1. 4 MHz, hiệu suất sử dụng phổ thấp  hơn so với băng  thơng 3MHz.  Băng thơng cấu hình được tính theo cơng thức sau:                                         BW=                                                                (3. 33) Trong đó: Nsc là số sóng mang con trong một khối tài ngun (RB), Nsc =  12 Ns là số ký tự OFDM trên một subframe. Thơng thường là 14  ký  tự  nếu sử  dụng CP thơng  thường Nrb là số  khối tài ngun (RB) tương  ứng với băng thơng hệ  thống (băng   thơng kênh truyền). Chẳng hạn như  đối với băng thơng kênh truyền là 1. 4   MHz thì sẽ có 6 RB được phát  đi F là hệ số sửa lỗi, F được tính tốn theo cơng thức  sau:                    F=  x                                       (3.34) Trong đó: Tframe là thời gian của một frame. Có giá trị là 10 ms. Mỗi frame bao gồm 10  subframe và mỗi subframe có giá trị là  1ms Tcp là tổng thời gian CP của tất cả các ký tự  OFDM trong vịng một frame.  Chiều dài khoảng bảo vệ cho mỗi ký tự  OFDM là 5.71 µs đối  với CP ngắn  và 16.67 µs đối với CP dài. Mỗi frame sẽ bao gồm 10 subframe, mỗi subframe   lại bao gồm 2 slot mà mỗi slot bao gồm 7 ký   tự OFDM. Do đó Tcp sẽ có giá  trị là 14x10x5.71 = 779.4 µs hay 14x10x16.67 = 2.33ms Tính tốn overalldatarate Overalldatarate được tính tốn theo cơng thức  sau: Overalldatarate = Số user x Tốc độ bit đỉnh x Hế  số OBF                 (3.35) Giả sử 100% tải thì hệ  số OBF sẽ là tỷ số giữa tốc độ đỉnh và tốc độ trung  bình (PAPR). Tuy nhiên điều này khơng an   tồn cho việc quy hoạch mạng với tải  100% và vì thế  hệ   số utilisation được sử dụng. Hệ số utilisation này, trong hầu hết  tất cả  các mạng đều nhỏ  hơn   hơn 85% để  bảo đảm chất lượng dịch vụ  (QoS). Hệ  số  OBF được tính tốn theo cơng thức  sau:                           OBF = PAPR × Hệ  số utilisation Sau khi tính tốn được số eNodeB theo vùng phủ và số eNodeB theo dung lượng, ta   tối ưu số  eNodeB lại bằng cách lấy số eNodeB lớn nhất trong hai trường hợp. Số eNodeB   này là số eNodeB cuối cùng được lắp đặt trong một vùng định sẵn TÀI LIỆU THAM KHẢO Thơng tin di động ­ th.s Lê Văn Thanh Vũ Nghiên cứu hệ thống thơng tin di động 4G – Đỗ văn Hịa Đồ án qui hoạch mạng 4G – Nguyễn Thị Dương Đại Học Sư  Phạm Kỹ  Thuật TP.HCM Giáo trình   thơng tin di động – PGS.TS Phạm Hồng Liên Đại Học Sư  Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, 2015 PHỤ LỤC 1 : CÁC TỪ VIẾT TẮT Kí hiệu                            Từ viết tắt Nghĩa  1G  One Generation Cellular          Hệ thống thơng tin di động thế hệ thứ  nhất  2G  Second Generation Cellular    Hệ thống thơng tin di động thế hệ thứ hai  3G  Third Generation Cellular        Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba  4G  Four Generation Cellular          Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư  3GPP Third Generation Patnership  Dự án hợp tác thế hệ 3 Project  A  ACK  Acknowledgement   Tín hiệu xác nhận  B  BCCH  Broadcast Control Channel  Kênh điều khiển quảng bá   BCH  Broadcast Channel   Kênh quảng bá   BW  Band Width   Băng thông  BTS Base Station  Trạm gốc C  CDMA  Code Division Multiple   Đa truy cập phân chia theo mã Access  D  DL­SCH  Downlink Share Channel  Kênh chia sẻ đường xuống  DL   Downlink  Hướng xuống E  EDGE Enhance Data rates for GSM  Tốc độ dữ liệu tăng cường cho mạng Evolution   GSM cải tiến  EPC Evolved Packet Core  Mạng lõi gói  eNodeB Enhance NodeB  NodeB cải tiến                                                   F  FDMA Frequency Division Multiple    Đa truy cập phân chia theo tần số Access  FDD FrequencyDivision    Ghép kênh phân chia theo tần số  FEC Duplexing    Sửa lỗi hồi tiếp Forward Error Correction  G    GSM Global System for Mobile     Hệ thống di động tồn cầu  GPRS  General Packet Radio Service   Dịch vụ gói vơ tuyến thơng dụng  GI  Guard Interval     Khoảng bảo vệ H  HSDPA  High Speed Downlink Packet    Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao Access   HSOPA  High Speed OFDM Packet      Truy cập gói OFDM tốc độ cao Access   HSPA  High Speed Packet Access       Truy nhập gói tốc độ cao  HSS  Home Subscriber Server      Quản lý th bao I  ITU      Đơn vị viễn thơng quốc tế International  Telecommunication Union   IP  Internet Protocol      Giao thức internet  IMS  IP Multimedia Sub­system      Hệ thống đa phương tiện sử dụng IP L  LTE Long Term Evolution      Tiến hóa dài hạn M  MS  Mobile Station       Trạm di động  MIMO  Multi Input Multi Output       Đa ngõ vào đa ngõ ra MME              Mobility Management Entity      Quản lý tính di động  MAC  Medium Access Control       Điều khiển trung nhập trung bình MCS  Modulation Coding Scheme       Kỹ thuật mã hóa và điều chế O  OFDM   OFDMA  Orthogonal Frequency       Ghép kênh phân chia theo tần số trực Division Multiple       giao Orthogonal Frequency        Đa truy nhập phân chia theo tần số trực Division Multiple Access        giao P  P2P  Point to Point       Điểm đến điểm   PDSCH  Physical Downlink Shared       Kênh vật lý chia sẻ đường xuống Chanel  PUCCH  Physical Uplink Control       Kênh vật lý điều khiển đường lên Chanel  PBCH  Physical Broadcast Channel       Kênh vật lý quảng bá R  RLC  Radio Link Control        Điều khiển kết nối vô tuyến  RRC  Radio Resource Control        Điều khiển tài nguyên vô tuyến  RB  Resource Block        Khối tài nguyên  RE  Resource Element        Thành phần tài nguyên  RS  Reference Signal        Tín hiệu tham khảo S  SDR Software ­ Defined Radio       Phần mềm nhận dạng vơ tuyến  SNR Signal to Noise Radio         Tỷ số tín hiệu trên nhiễu  SMS Short Message Service         Tin nhắn ngắn  SAE System Architecture Enhance         Cấu trúc hệ thống tăng cường T  TDMA Time Division Multiple         Đa truy cập phân chia theo thời gian Access  TTI Time Transmit Interval         Khoảng thời gian phát  TDD Time Division Duplexing         Ghép kênh phân chia theo thời gian U  UMB Ultra Mobile Broadband         Di động băng rộng mở rộng  UL Uplink         Đường lên  UTMS Universal         Hệ thống thông tin di động Telecommunication Mobile  UE         Thiết bị người dùng (Di động) System User Equipment    VHE V Virtual Home Environment          Môi trường nhà ảo W  WCDMA  WAP Wideband Code Division          Đa truy cập phân chia theo mã băng Multiple Access          rộng Wireless Applicaion protocol          Giao thức ứng dụng không dây ... Nguyễn Quốc Thắng Trang 14 Tìm hiểu? ?mạng? ?thơng? ?tin? ?di? ?động? ?4G 1.3. Phân lớp và giao thức trong? ?mạng? ?di? ?động 1.3.1. Phân lớp trong? ?mạng? ?di? ?động Mạng? ?di? ?động? ?cũng là  một? ?mạng? ?thơng? ?tin? ?nên vẫn  tn theo phân lớp chức ... Hình 1.4: Phân chia giao thức trong? ?mạng? ?di? ?động Nguyễn Quốc Thắng Trang 17 GMSC Tìm hiểu? ?mạng? ?thơng? ?tin? ?di? ?động? ?4G                                 CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC MẠNG? ?4G 2.1. Tổng quan? ?mạng? ?4G 4G     hệ   thống   thông   tin. .. Tên đề tài: Tìm hiểu? ?mạng? ?thơng? ?tin? ?di? ?động? ?4G Giảng viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Thị? ?Di? ??u Linh Nội dung u cầu TT Nội Dung Tổng quan về hệ thống thơng? ?tin? ?di? ?động? ?và  hệ thống? ?4G Cấu trúc? ?mạng? ?4G Quy hoạch? ?mạng? ?4G