Hệ thống thông tin di động thể hệ thứ 3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

GVHD :Ths Nguyễn Dương Thế Nhân Báo cáo luận văn tốt nghiệp MỤC LỤC Danh mục từ viết tắt Danh mục bảng biểu Danh mục hình vẽ Lời mở đầu CHƯƠNG : Tổng quan phát triển mạng thông tin di động 1.1 Hệ thống thông tin di động tổ ong 1.2 Quá trình phát triển mạng thông tin di động 1.2.1 Thế hệ thứ nhất(1G) 1.2.2 Thế hệ thứ (2G) 1.2 Thế hệ thứ 3(3G) 1.2.4 Thế hệ thứ 4(4G) 1.3 Kết luận chương CHƯƠNG : Hệ thống thông tin di động hệ thứ 2.1 3G sử dụng công nghệ WCDMA 2.1.1 Cấu trúc hệ thống vô tuyến WCDMA 2.1.2 Các giao diện mở UMTS 13 2.2 Định hướng công nghệ mạng Vinaphone 13 2.2.1 Nội dung chủ yếu phiên tiêu chuẩn 3GPP 14 2.2.2 Nội dung phiên 3GPP(R99,R4,R5,R6) 14 2.2.3 Triển khai chung sở hạ tầng mạng 3G/2G 20 2.3 3G sử dụng công nghệ CDMA 2000 24 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) GVHD :Ths Nguyễn Dương Thế Nhân Báo cáo luận văn tốt nghiệp 2.4 Quy hoạch tần số 26 2.5 Kết luận chương 27 CHƯƠNG :Lý thuyết quy hoạch cell 28 3.1 Cấu trúc tế bào 28 3.2 Phân loại cell mạng di động 29 3.3 Khái niệm quy hoạch cell 33 3.4 Phân tích quỹ lượng đường truyền .35 3.4.1 Quỹ lượng đường lên 35 3.4.2 Quỹ lượng đường xuống 37 3.4.3 Suy hao đường truyền 37 3.4.4 Các mơ hình truyền sóng 38 3.4.4.1 Mơ hình Hata-Okumura 39 3.4.4.2 Mơ hình Walfsch-Ikegami 40 3.5 Dung lượng hệ thống 42 3.6 Kết luận chương 43 CHƯƠNG : Quy hoạch cell 3G 44 4.1 Giới thiệu quy hoạch mạng vô tuyến 44 4.1.1 Nguyên lý chung 44 4.1.2 Một số điều cần lưu ý quy hoạch cell 45 4.1.2.1 Dự báo 45 4.1.2.2 Quy hoạch vùng phủ vô tuyến 46 4.1.2.3 Nhiễu từ nhiều nhà khai thác 46 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) GVHD :Ths Nguyễn Dương Thế Nhân Báo cáo luận văn tốt nghiệp 4.2 Quy hoạch định cỡ mạng 48 4.2.1 Tính tốn vùng phủ sóng 48 4.2.1.1 Phân tích vùng phủ 48 4.2 1.2 Tính tốn quỹ đường truyền 51 4.3 Tình tốn bán kính cell 52 4.4 Phương pháp chuyển đổi dung lượng UMTS theo mơ hình Erlang 56 4.5 Định cỡ dung lượng mạng 58 4.6 Tính số cell 60 4.7 Tối ưu vùng phủ dung lượng 61 CHƯƠNG : Tính tốn Mơ 65 5.1 Suy hao đường truyền 65 5.2 Mô suy hao theo mơ hình Hata-Okumura 68 5.3 Mơ suy hao theo mơ hình Walfch-Ikegami 73 5.4 Kết luận chương 77 CHƯƠNG : Kết luận hướng phát triển đề tài 78 Danh mục tài liệu tham khảo 79 Phụ lục 80 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) GVHD :Ths Nguyễn Dương Thế Nhân Báo cáo luận văn tốt nghiệp DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 1xEV- DO 1x Evolution – Data Optimized Pha 1- Tối ưu liệu 3G Third Generation Thế hệ 3GPP Third Generation Global Partnership Dự án hội nhập toàn cầu hệ Project 3GPP2 Third Generation Global Partnership Project A AGC Automatic Gain Control Bộ điều khiển tăng ích tự động AMR Adaptive Multi-Rate codec Bộ mã hoá giải mã đa tốc độ thích nghi AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên tiến (Mỹ) BHCA Busy Hour Call Attempts Số gọi bận BER Bit Error Rate Tốc độ lỗi bit BLER Block Error Rate Tốc độ lỗi Block BPSK Binary Phase Shift Keying Khoá dịch pha nhị phân BSIC Base station identity code Mã nhận dạng trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm gốc The CDMA Development Group Nhóm phát triển CDMA B C CDG Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) GVHD :Ths Nguyễn Dương Thế Nhân Báo cáo luận văn tốt nghiệp CDMA Code Division Multiple Access Truy nhập phân chia theo mã CN Core Network Mạng lõi CRC Cylic Redundancy Check Mã vòng kiểm tra dư thừa DL Downlink Đường xuống DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp EDGE Enhanced Data Rates for Evolution Các tốc độ liệu tăng cường cho tiến hoá EIRP Equivalent Isotropic Radiated Power ETSI EuropeanTelecommunication Standard Institute D E Công suất xạ đẳng hướng tương đương Viện chuẩn hố viễn thơng Châu Âu F FDD Frequency Division Duplex FDMA Frequency Division Multiple Access FER Frame Error Rate Phương thức song công phân chia theo tần số Đa truy nhập phân chia theo tần số Tỷ số lỗi khung G GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ cổng GPRS GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vơ tuyến gói chung GP Gain Processer Độ lợi xửlý GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) GVHD :Ths Nguyễn Dương Thế Nhân GSM Global System Telecommunication for Báo cáo luận văn tốt nghiệp Mobile Hệ thống viễn thơng di động tồn cầu H HLR Home Location Registor Bộ đăng ký thường trú HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSUPA High Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói lên xuống tốc độ cao Chuyển giao HO Handover I IMT-2000 IMT- MC IP ITU International Telecommunication 2000 Mobile Thơng tin di động tồn cầu 2000 IMT- Multicarrier Internet Protocol International Union IMT đa sóng mang Giao thức Internet Telecommunication Liên hợp viễn thông quốc tế Iub Giao diện RNC nút B Iur Giao diện RNC K KPI Key performace Indicator Bộ thị hiệu Line of sight Tầm nhìn thẳng L LOS Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) GVHD :Ths Nguyễn Dương Thế Nhân Báo cáo luận văn tốt nghiệp M ME Mobile Equipment Thiết bị di động MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện MGW Media Gateway Nút cổng Softswitch MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MIMO Multi input multi output Đa phân tập Anten In/Out MSC Mobile Service Switching Centre Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSS MSC server Nút chuyển mạch Softswitch O OFDM Orthogonal multiplexing frequency-division Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Operation Mainternance Center Trung tâm điều hành quản lý khai thác PCU Packet Control Unit Đơn vị điều khiển gói PN Pseudo Noise Giả tạp âm PPS-IN Prepaid System - Interligent Network Hệ thống điều khiển thuê bao trả trước IN OMC P Q QPSK Quardrature Keying Phase Phase Shift Khoá dịch pha cầu phương Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) GVHD :Ths Nguyễn Dương Thế Nhân Báo cáo luận văn tốt nghiệp R RAM Radio Access Mode Chế độ truy nhập vô tuyến RAT Radio Access Technology Công nghệ truy nhập vô tuyến RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNS Radio Network subsystem Phân hệ mạng vô tuyến RRC Radio Resoure Control protocol Giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến RRM Radio Resouse Management Thuật tốn quản lý tài ngun vơ tuyến SFN System Frame Number Số hiệu khung hệ thống SCP Service Control Point Nút hỗ trợ điều khiển dịch vụ PPS-IN SDP Service Data Point SGSN Serving GPRS Support Node SHO Soft Handover SIP Session Initiation Protocol SIR Signal to Interference Ratio SMS Short Messaging Service SNR Signal to Noise Ratio STP Signaling Transfer Point S Nút hỗ trợ điều khiển liệu PPS-IN Nút hỗ trợ GPRS phục vụ Chuyển giao mềm Giao thức khởi tạo phiên Tỷ số tín hiệu nhiễu Dịch vụ nhắn tin ngắn Tỷ số tín hiệu tạp âm Điểm chuyển tiếp báo hiệu Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) GVHD :Ths Nguyễn Dương Thế Nhân Báo cáo luận văn tốt nghiệp T TDD Time Division Duplex TDMA Time Division Multiple Access Phương thức song công phân chia theo thời gian Đa truy nhập phân chia theo thời gian TPC Transmission Power Control TSC Trantsit/Gateway Center Điều khiển công suất phát Trung tâm chuyển tiếp gọi U UE User Equipment Thiết bị người sử dụng UL Uplink Đường xuống UMTS UniversalMobile Telecommunication Hệ thống viễn thông di động toàn System cầu USIM UTRAN UMTS Subscriber Identify Module UMTS Terrestrial Network Radio Modul nhận dạng thuê bao UMTS Access Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS V VLR Visitor Location Registor Bộ đăng ký tạm trú VOIP Voice Over Internet Protocol Truyền thoại Internet qua giao thức W WCDMA Wideband Code Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo mã Access băng rộng Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) GVHD :Ths Nguyễn Dương Thế Nhân Báo cáo luận văn tốt nghiệp DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các băng tần sử dụng cho WCDMA toàn cầu 26 Bảng 2.2 Cấp phát tần số 3G Việt Nam 27 Bảng 4.1 Các loại hình phủ sóng phổ biến 49 Bảng 4.2 Các loại dịch vụ WCDMA 50 Bảng 4.3 Giá trị SFM thông dụng 54 Bảng 4.4 Thông số giả định MS 55 Bảng 4.5 Thông số giả định Node B 55 Bảng 4.6 Thông số độ cao anten theo vùng phủ sóng 56 Bảng 4.7 Giá trị K theo cấu hình site 56 Bảng 4.8 Tính lưu lượng hệ thống tham khảo 58 Bảng 4.9 Tính lưu lượng hệ thống tham khảo 59 Bảng 4.10 Tính lưu lượng hệ thống tham khảo 59 Bảng 4.11 Tính lưu lượng hệ thống tham khảo 60 Bảng 12 Bảng thông số tính tốn thiết kế hệ thống CDMA 63 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) GVHD :Ths Nguyễn Dương Thế Nhân Báo cáo luận văn tốt nghiệp Hệ số hiệu chỉnh a(hm) tính sau : - Đối với thành phố lớn: a(hm) =8,29.(lg1,54hm)2 - 1,1 (dB) với fc ≥ 200MHz (4.13) a(hm) =3,2.(lg11,75hm)2 - 4,97 (dB) với fc ≥ 400MHz (4.14) - Đối với thành phố nhỏ trung bình : a(hm) = (1,11.lgfc – 0,7).hm –(1,56.lgfc –0,8) (dB) (4.15) Như bán kính tính : = − 69,55 − 26,26 + 13,28 44,9 − 6,55 ℎ ℎ + (ℎ ) Vùng ngoại ô: Với vùng ngoại ô hệ số hiệu chỉnh suy hao so với vùng thành phố = −2 − 5,4 (dB) Vùng nông thôn: Với vùng nông thôn hệ số hiệu chỉnh suy hao so với vùng thành phố Lnt = Lp – 4,78.(lgfc)2 +18,33(lgfc) - 40,49 (dB) Code mơ mơ hình Hata – Okumura : hb=30; 'Do cao anten tram goc' f=880; 'Tan so hoat dong' ham=1.5; 'Do cao anten di dong' r=0.1:0.1:8; 'Ban kinh cell' 'Tinh suy hao vung lon (do thi dong duc)' hm1=3.2*(log10(11.75*ham))*(log10(11.75*ham))-4.97; 'He so hieu chinh cao anten di dong' 'Suy hao trung binh' SV : Trần Ngọc Bách Khoa Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Page 70 GVHD :Ths Nguyễn Dương Thế Nhân Báo cáo luận văn tốt nghiệp L1=69.55+26.16*log10(f)-13.82*log10(hb)+(44.9-6.55*log10(hb))*log10(r)-hm1; plot(r,L1,'k*') grid on xlabel('Ban kinh [km]') ylabel('Suy hao [dB]') title('Suy hao theo mo hinh Hata') hold on 'Tinh suy hao cho vung nho va trung binh(do thi)' hm2=(1.11*log10(f)-0.7)*ham-(1.56*log10(f)-0.8); 'He so hieu chinh cao anten di dong' 'Suy hao cho phep' L2=69.55+26.16*log10(f)-13.82*log10(hb)+(44.9-6.55*log10(hb))*log10(r)-hm2; plot(r,L2,'g-') hold on 'Tinh suy hao vung ngoai o' hm3=3.2*(log10(11.75*ham))*(log10(11.75*ham))-4.97; 'He so hieu chinh anten' 'Suy hao cho phep' L3=69.55+26.16*log10(f)-13.82*log10(hb)+(44.9-6.55*log10(hb))*log10(r)-hm3; Lno=L3-2*(log10((f./28).^2)-5.4) plot(r,Lno,'r-') hold on 'Tinh suy hao vung nong thon' SV : Trần Ngọc Bách Khoa Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Page 71 GVHD :Ths Nguyễn Dương Thế Nhân Báo cáo luận văn tốt nghiệp hm4=3.2*(log10(11.75*ham))*(log10(11.75*ham))-4.97; 'He so hieu chinh cao anten di dong' 'Suy hao cho phep' L4=69.55+26.16*log10(f)-13.82*log10(hb)+(44.9-6.55*log10(hb))*log10(r)-hm4; Lnt=L4-4.78*log10(f)*log10(f)+18.33*log10(f)-40.49 plot(r,Lnt,'k ') hold on legend('Do thi dong duc','Do thi','Ngoai o','Nơng thơn'); Hình 5.3 Mơ mơ hình Hata – Okumura Kết luận : Từ đồ thị biểu diễn bốn đường cong suy hao bốn vùng : vùng nông thôn, vùng ngoại ô, vùng thành phố lớn vùng thành phố trung bình nhỏ SV : Trần Ngọc Bách Khoa Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Page 72 GVHD :Ths Nguyễn Dương Thế Nhân Báo cáo luận văn tốt nghiệp Vùng nơng thơn có suy hao thấp vùng, ứng với bán kính km vùng nơng thơn suy hao 123 dB, vùng thành phố 151 dB Suy hao vùng phụ thuộc địa hình mơi trường truyền sóng vùng 5.3 Mơ suy hao theo Mơ hình Walfsch – Ikegami Tổn hao cho phép mơ hình tính sau : Lcp = Lf + Lts + Lm Với tổn hao không gian tự xác định sau : = 32,4 + 20 Trong : + 20 fc : Tần số hoạt động R : Bán kính cell Nhiễu xạ mái nhà phố tổn hao tán xạ tính : = + 20 ∆ℎ + 10 − 10 − 16,7 Trong : = 2,5 + 0,075( − 55) , 55 ≤ ≤ 90 −9,646 , ≤ ≤ 55 W : Độ rộng phố : Góc đến so với trục phố hr : Độ cao nhà hm : Độ cao Anten trạm di động Δhm = hr – hm (m) Tổn hao vật chắn : = + + + − Trong đó: b(m) khoảng cách nhà dọc theo đường truyền : = −18 11 + ∆ℎ , ℎ > ℎ ,ℎ < ℎ hb : độ cao anten BS Δhb= hb-hr SV : Trần Ngọc Bách Khoa Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Page 73 GVHD :Ths Nguyễn Dương Thế Nhân Báo cáo luận văn tốt nghiệp ka=54, hb>hr ka = 54 – 0,8hb, hb≤ hr R ≥ 500m ka=54-1,6Δ hbR , hb ≤ hr R < 500 m k = ∆ 18 − ∆ , h ≥h 18, h < h = + 1,5 −1 , với thành phố lớn = + 0,7 −1 , với thành phố trung bình Như bán kính cell tính theo mơ hình Walf – Ikegami : = − − + 10 − 20 ∆ℎ − 20 + −9 − (30 + ) − 15,7 Code tính bán kính theo mơ hình Walfsch – Ikegami : hold on w=15;'m' 'Do rong pho' u=20;'do' 'Goc den so voi truc pho' f=880;'MHz' 'Tan so' r=0.1:0.1:8;'km' 'Ban kinh' hm=1.5;'m' 'Do cao anten di dong' b=25;'m' 'Khoang cach giua cac toa nha doc theo duong truyen' hb=30;'m' 'Do cao tram BTS' hr=15;'m' 'Do cao toa nha' lf=32.4+20*log10(r)+20*log10(f);'dB' 'Ton hao khong gian tu do' if (0hr) ka=54; else if (hb=0.5) ka=54-0.8*hb; else ka=54-1.6*(hb-hr)*r; end end if (hb