kl ha thai son 2015 621 38

TỒNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐAI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE Người hướng dẫn: Ths NGUYỄN KIỀU TAM Người thực hiện: HÀ THÁI SƠN Lớp: 06DD2D Khóa: 2006 - 2011 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2015 TỒNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐAI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE Người hướng dẫn: Ths NGUYỄN KIỀU TAM Người thực hiện: HÀ THÁI SƠN Lớp: 06DD2D Khóa: 2006 - 2011 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2015 LỜI CẢM ƠN Sau khoảng thời gian học tập trường, khoảng thời gian khó quên chúng em Các thầy bảo tận tình dạy bảo để giúp cho chúng em trang bị đầy đủ kiến thức để vững vàng bước vào đời Để ngày hôm nay, em xin gởi lời cảm ơn đến thầy cô môn Điện Tử Viễn Thông thầy cô khoa Điện-Điện tử hướng dẫn, truyền đạt kiến thức cho chúng em Em xin gởi lời cảm ơn đặc biệt đến thầy Ths Nguyễn Kiều Tam, người trực tiếp tận tình hướng dẫn để em hồn thành đề tài Xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc Tp Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 07 năm 2015 Tác giả Hà Thái Sơn CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn khoa học Ths Nguyễn Kiều Tam; Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa cơng bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngồi ra, luận văn cịn sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Trường đại học Tơn Đức Thắng khơng liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền tơi gây q trình thực (nếu có) TP Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 07 năm 2015 Tác giả Hà Thái Sơn ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ - CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc -Tp.HCM, ngày tháng năm 2015 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên : Hà Thái Sơn Lớp: 06DD2D MSSV: 060696D Tên đề tài: Quy hoạch mạng 4G LTE Nhiệm vụ (yêu cầu nội dung số liệu ban đầu): Ngày giao nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp: Ngày bảo vệ 50% đồ án tốt nghiệp: Ngày hoàn thành nộp khoa: Giáo viên hướng dẫn: Phần hướng dẫn: Nội dung yêu cầu ĐATN thông qua Khoa Bộ môn Ngày tháng năm 2015 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨCTHẮNG KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ - CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc LỊCH TRÌNH LÀM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên : Hà Thái Sơn Lớp: 06DD2D MSSV: 060696D Tên đề tài: Quy hoạch mạng 4G LTE Tuần / ngày Nội dung Xác nhận GVHD GV HƯỚNG DẪN MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ TỔNG QUAN VỀ MẠNG 4G 1.1 Sự phát triển hệ thống thông tin di động 1.1.1 Hệ thống thông tin di động hệ (1G) 1.1.2 Hệ thống thông tin di động hệ (2G) 1.1.3 Hệ thống thông tin di động hệ (3G) 1.1.4 Hệ thống thông tin di động hệ (4G) 1.2 Tổng quan mạng 4G 1.3 Sự khác 3G 4G 11 1.3.1 Ưu điểm bật 11 1.3.2 Các ứng dụng tạo nên ưu điểm 4G LTE so với 3G 11 CHƯƠNG : CẤU TRÚC MẠNG 4G LTE 13 2.1 Giới thiệu công nghệ LTE 13 2.2 Cấu trúc LTE 19 2.2.1 Cấu trúc SAE LTE 19 2.2.2 Cấu trúc LTE liên kết với mạng khác 23 2.3 Các kênh sử dụng E-UTRAN 25 2.3.1 Kênh vật lý 25 2.3.2 Kênh logic 26 2.3.3 Kênh truyền tải 26 2.4 Giao thức LTE (LTE Protocols) 27 CHƯƠNG 3: QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE 30 3.1 Khái quát trình quy hoạch mạng LTE 30 3.2 Dự báo lưu lượng phân tích vùng phủ 31 3.3 Tính suy hao đường truyền cho phép 32 3.4 Xác định kích thước 33 3.4.1 Mơ hình Hata – Okumura 33 3.4.2 Mơ hình Walfisch – Ikegami 34 3.5 Tính tốn dung lượng vùng phủ 37 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG 39 4.1 Lưu đồ tính tốn 39 4.2 Chương trình mơ 40 4.3 Chạy chương trình mơ kết 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Lộ trình phát triển hệ thống thơng tin di động tế bào Hình 2.1: So sánh cấu trúc UTMS LTE 20 Hình 2.2: Cấu trúc LTE 21 Hình 2.3: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP 23 Hình 2.4: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP 3GPP 24 Hình 2.5: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP liên mạng với CDMA2000 25 Hình 2.6: Giao thức UTRAN 27 Hình 2.8: Phân phối chức lớp MAC, RLC, PDC 28 Hình 3.1: Khái quát trình quy hoạch mạng LTE 30 Hình 3.2: Các tham số mơ hình Walfisch-Ikegami 35 Hình 4.1: Lưu đồ tính tốn 39 Hình 4.2: Chạy chương trình Visual basic 6.0 40 Hình 4.3: Đường dẫn file mơ 40 Hình 4.4: Giao diện trang khởi động chương trình mơ tùy chỉnh 41 Hình 4.5: Giao diện phần chọn thơng số tính tốn tùy chỉnh 41 Hình 4.6: Giao diện phần tính suy hao đường truyền tùy chỉnh 42 Hình 4.7: Giao diện phần tính kích thước cell tùy chỉnh 42 Hình 4.8: Giao diện phần kết luận tùy chỉnh 43 Hình 4.9: Giao diện khởi động chương trình 43 Hình 4.10: Chọn thơng số cần tính tốn 44 Hình 4.11: Tính suy hao đường truyền kết 45 Hình 4.12: Mơ hình truyền sóng Hata – Okumura với mơi trường truyền sóng 46 Hình 4.13: Mơ hình truyền sóng Walfisch–Ikegami với mơi trường truyền sóng 47 Hình 4.14: Tính dung lượng kênh số lượng thuê bao phục vụ 48 Hình 4.15: Tổng hợp lại tất thơng số nghập kết cân tính toán 48 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Các thông số lớp vật lýLTE 15 Bảng 2.2: So sánh dịch vụ 3g so với 4g lte 17 Bảng 2.3: so sánh wimax với lte 17 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang36/50 2,5  0,075  55dB,55    90 L0    9,646dB,0    55 W : Độ rộng phố  : Góc đến so với trục phố hr : Độ cao nhà hm : Độ cao Anten trạm di động  hm = hr – hm (m) ≤ hb ≤ 50 m; ≤ hm ≤ m; 0,02 ≤ r ≤ km Tổn hao vật chắn : Lms  Lbsh  k a  k d lg R  k f lg f c  lg b Trong : b : Khoảng cách tồ nhà dọc theo đường truyền vô tuyến (m)  18 lg 11  hb , hb  hr Lbsh   , hb độ cao anten BS 0, hb  hr ka = 54 – 0,8.hb 15hb  , hb  hr 18  hm kd   18, h  h b r   f  k f   1,5 c  1 với thành phố lớn  925   f  k f   0,7 c  1 với thành phố trung bình  925  Như bán kính cell tính theo mơ hình Walf – Ikegami : QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE SVTH: Hà Thái Sơn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang37/50 lg R  Lcp  Lo  Lbsh  10.lg W  20 lg hm  ka  9.lg b  30  k f .lg fc  15,7 20  kd  Mơ hình Hata bỏ qua ảnh hưởng độ rộng phố, nhiễu xạ phố tổn hao tán xạ cịn mơ hình Walf – Ikegami có xét đến ảnh hưởng nên bán kính cell tính theo mơ hình Hata lớn so với mơ hình Walf tổn hao cho phép 3.5 Tính tốn dung lượng vùng phủ Trong thông tin di động hệ ba, thuê bao chia nguồn tài nguyên giao diện vơ tuyến nên khơng thể phân tích chúng riêng rẽ Các thuê bao ảnh hưởng lẫn nên công suất phát buộc phải thay đổi, thay đổi lại gây thay đổi khác tồn q trình dự tính phải thực lặp cơng suất phát ổn định Ngồi cơng suất phát, thông số khác tốc độ MS, dạng kênh đa đường, tốc độ bit kiểu dịch vụ sử dụng đóng vai trị quan trọng việc quy hoạch mạng di động hệ ba Trong trình quy hoạch hệ thống GSM, độ nhạy BS ngưỡng vùng phủ coi không đổi cho trạm quy hoạch chi tiết chủ yếu tập trung lên quy hoạch vùng phủ Độ nhạy BS phụ thuộc vào số lượng người sử dụng tốc độ bit tất ơ, mang đặc thù dịch vụ cần phân tích dung lượng quy hoạch nhiễu chi tiết Công cụ quy hoạch hỗ trợ việc tối ưu cấu hình vùng phủ, chọn anten, hướng anten vị trí đặt đài trạm để đáp ứng chất lượng dịch vụ, dung lượng yêu cầu dịch vụ với giá thành thấp Để tính tốn dung lượng, ta sử dụng số định nghĩa sau : - Đơn vị lưu lượng Erlang : Một đơn vị lưu lượng Erlang mạch thông tin hoạt động - Cấp phục vụ (GOS) : Đại lượng biểu thị số % gọi không thành công hệ thống tiêu hao hệ thống đợi GOS số % thuê bao thực gọi trở lại - Hệ thống thông tin hoạt động theo kiểu tiêu hao : Giả thiết hệ thống mà thuê bao không gọi lại gọi không thành công QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE SVTH: Hà Thái Sơn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang38/50 - Hệ thống thông tin hoạt động theo kiểu đợi : Giả thiết hệ thống mà thuê bao kiên trì gọi lại thành cơng Lưu lượng th bao A tính theo cơng thức sau : A nT 3600 Trong : A : Lưu lượng thuê bao n : Số trung bình gọi T : Thời gian trung bình gọi (s) Theo số liệu thống kê mạng di động n = 5, T = 300s Lưu lượng Erlang cần cho thuê bao tính sau : ECCH  mtu 3600 Trong : m : Số lần thuê bao sử dụng kênh điều khiển tu : Thời gian sử dụng trung bình thuê bao kênh điều khiển Ứng với số kênh điều khiển NCCH, tra bảng ta có tổng dung lượng Erlang cần thiết Etot Tổng số thuê bao phục vụ tính sau : S total  Etot ECCH Để phục vụ Stotal thuê bao, ta tính tổng lưu lượng Erlang cần thiết theo công thức : C Erl  S total A QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE SVTH: Hà Thái Sơn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang39/50 CHƯƠNG 4: MƠ PHỎNG Tối ưu mạng q trình phân tích cấu hình hiệu mạng nhằm cải thiện chất lượng mạng tổng thể đảm bảo tài nguyên mạng sử dụng cách có hiệu Trong hệ thống thơng tin di động việc tối ưu hóa mạng quan trọng cung cấp nhiều dịch vụ đa dạng Chương trình bày phần mơ quy hoạch mạng 4G LTE sử dụng ngôn ngữ Microsoft Visual Basic 6.0 4.1 Lưu đồ tính tốn Nhập thơng số :  Thông số truyền dẫn  Thông số trạm gốc  Thơng số trạm di động Tính suy hao đường truyền cho phép  Nhập thông số truyền sóng chọn mơ hình truyền sóng  Nhập thơng số lưu lượng  Tính kích thước Cell  Tính tổnng lưu lượng Erlang Kết luận Hình 4.1: Lưu đồ tính tốn MƠ PHỎNG SVTH: Hà Thái Sơn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang40/50 4.2 Chương trình mơ - Chạy chương trình mơ với phần mềm Microsoft Visual Basic 6.0 cài đặt sẵn máy Hình 4.2: Chạy chương trình Visual basic 6.0 -Chạy chương trình mơ : File → Open → Chương trình mơ → visual → LTE Hình 4.3: Đường dẫn file mơ - Giao diện chương trình mơ với tùy chỉnh phần tính tốn MƠ PHỎNG SVTH: Hà Thái Sơn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang41/50 Hình 4.4: Giao diện trang khởi động chương trình mơ tùy chỉnh Hình 4.5: Giao diện phần chọn thơng số tính tốn tùy chỉnh MƠ PHỎNG SVTH: Hà Thái Sơn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang42/50 Hình 4.6: Giao diện phần tính suy hao đường truyền tùy chỉnh Hình 4.7: Giao diện phần tính kích thước cell tùy chỉnh MÔ PHỎNG SVTH: Hà Thái Sơn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang43/50 Hình 4.8: Giao diện phần kết luận tùy chỉnh 4.3 Chạy chương trình mơ kết - Giao diện bắt đầu với thơng tin chương trình Hình 4.9: Giao diện khởi động chương trình MƠ PHỎNG SVTH: Hà Thái Sơn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang44/50  Giao diện chương trình Hình 4.10: Chọn thơng số cần tính tốn  Tính suy hao đường truyền kết Hình mơ lại cách tính suy hao đường truyền Suy hao đường truyền cho phép hiệu số công suất phát xạ hiệu dụng máy phát cường độ tín hiệu tối thiểu cần thiết máy thu cho chất lượng tiếng chấp thuận Các thành phần xác định tổn hao đường truyền gọi quỹ lượng đường truyền Nó bao gồm: tổn hao đường truyền cho phép(La ), công suất phát xạ hiệu dụng MS (Pm), cường độ tín hiệu tối thiểu yêu cầu (Pmin), hệ số khuếch đại Anten phát BS (Gb ), tổn hao cáp Anten thu BS (Lc ), tổn hao thể (Lb), tổn hao truy nhập tòa nhà (Lh), tốc độ bit (B), tạp âm BS (N0), hệ số tạp âm máy thu (Fb) Ta nhập thơng số sử dụng giá trị có sẵn chương trình MÔ PHỎNG SVTH: Hà Thái Sơn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang45/50 Hình 4.11: Tính suy hao đường truyền kết  Tính kích thước Cell kết - Ở phần ta sử dụng kết tính suy hao đường truyền với thông số truyền sóng chọn mơ hình truyền sóng, mơi trường truyền sóng ta tính bán kính diện tích phủ sóng cell Phần mơ mơ hình truyền sóng, người thực đưa mơ hình truyền sóng cụ thể để áp dụng cho tất trường hợp Tùy vào khu vực ta quy hoạch, ta chọn mơi trường truyền sóng thích hợp Với mơ hình truyền sóng Hata-Okumura ta tính tốn cho mơi trường thành phố lớn, thành phố nhỏ, ngoại nơng thơn MƠ PHỎNG SVTH: Hà Thái Sơn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang46/50 Hình 4.12: Mơ hình truyền sóng Hata – Okumura với mơi trường truyền sóng Đối với mơ hình truyền sóng Walfisch – Ikegami độ cao anten thay đổi, ta áp dụng chiều cao trung bình anten 30m, độ cao MS 1.5m Đối với nơi trung tâm chiều cao anten hơn, độ cao nhà cao tầng ta lấy độ cao trung bình 30m, độ rộng phố 15m Cũng mơ hình truyền sóng Hata-Okumura ta chọn lựa mơi trường truyền sóng thành phố lớn thành phố nhỏ trung bình MƠ PHỎNG SVTH: Hà Thái Sơn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang47/50 Hình 4.13: Mơ hình truyền sóng Walfisch–Ikegami với mơi trường truyền sóng  Tính dung lượng kênh số lượng th bao phục vụ Cơng cụ quy hoạch hỗ trợ việc tối ưu cấu hình vùng phủ, chọn anten, hướng anten vị trí đặt đài trạm để đáp ứng chất lượng dịch vụ, dung lượng yêu cầu dịch vụ với giá thành thấp -Để tính tốn dung lượng, ta sử dụng thông số như: Đơn vị lưu lượng Erlang, số% thuê bao thực gọi lại(GOS), số gọi giờ, thời gian gọi… MÔ PHỎNG SVTH: Hà Thái Sơn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang48/50 Hình 4.14: Tính dung lượng kênh số lượng thuê bao phục vụ  Kết thúc chương trình tổng hợp lại tất thông số nghập kết quảcân tính tốn Hình 4.15: Tổng hợp lại tất thông số nghập kết cân tính tốn MƠ PHỎNG SVTH: Hà Thái Sơn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang49/50 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Đề tài tìm hiểu LTE, ứng cử viên cho mạng 4G tương lai Hiện chưa có định thức 4G Nhưng với ưu điểm LTE, ứng cử viên sáng giá Người thực đề tài chọn đề tài nhằm nâng cao hiểu biết, đồng thời đề tài mẻ, phù hợp với thực tế Nội dung đồ án tìm hiểu cơng nghệ LTE việc tính tốn áp dụng cho quy hoạch mạng vô tuyến tiền 4G LTE Đồ án thực : Về phần lý thuyết tìm hiểu trình phát triển hệ thống thơng tin di động, mô tả tổng quan mạng thông tin di động LTE, cơng nghệ tiền 4G Tìm hiểu kỹ thuật sử dụng LTE Về phần mô phỏng, đồ án thực dựa ngôn ngữ Visual basic 6.0 Nội dung phần mơ bao gồm : Tính suy hao đường truyền cho phép, Xác định kích thước ô với mô hình Hata – Okumura mô hình Walfisch – Ikegami với mơi trường truyền sóng thành phố lớn, thành phố nhỏ, vùng ngoại ô nông thôn Hạn chế đề tài VN chưa tiến hành phát triển mạng 4G, thơng số đưa để tính tốn quy hoạch cịn ít, thơng số đưa phần mô dựa vào sách dựa công thức tài liệu nước Hướng phát triển đề tài dung lượng vùng phủ sau quy hoạch phân tích cho ơ, áp dụng cho thành phố vùng miền Việt Nam SVTH: Hà Thái Sơn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang50/50 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Harri Holma and Antti Toskala both of Nokia Siemens Netwworks, Filand;LTE for UMTS-OFDMA and SC-FDMA Based Radio Access; John Wiley & Sons, Ltd, 2009 [2] Stefania Sesia, Issam Toufik and Matthew Baker; LTE-The UMTS Long Term Evolution : From Theory to Practice; 2009 John Wiley & Sons, Ltd [3] Vijay K.Garg; IS-95 CDMA and CDMA 2000 cellular/PCS systems implementation; Prentice hall PTR, Upper saddle river NT07458, 2000 [4] Christian Mehlf uhrer, Martin Wrulich, Josep Colom Ikuno, Dagmar Bosanska, Markus Rupp; SIMULATING THE LONG TERM EVOLUTION PHYSICAL LAYER; Institute of Communications and Radio-Frequency Engineering Vienna University of Technology;Gusshausstrasse 25/389, A-1040 Vienna, Austria, 2009 [5] R1-074850;Ericsson;Uplink Power Control for E-UTRA-Range and Representation of P0; 3GPP TSG-RAN WG1 #51;Jeju, Korea, November 0509,2007 [6] Bilal Muhammad; Closed loop power control for LTE uplink; Blekinge Institute of Technology School of Engineering; November 2008 [7] Abdul Basit, Syed; Dimensioning of LTE Network;Helsinki University, 2009 [8] User Equipment (UE) radio transmission and reception(FDD) (Release 7) [9] http://www.thongtincongnghe.com/article/3121 [10] http://www.3gpp.org/LTE [11] http://en.wikipedia.org/wiki/4G [12] Giáo trình Lộ trình phát triển thơng tin di động 3G lên 4G, TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng Nhà xuất Thông tin truyền thông SVTH: Hà Thái Sơn