Một phương pháp hiện đại hoá mạng thông tin di động lên thế hệ ba ở Việt Nam

Một phương pháp hiện đại hoá mạng thông tin di động lên thế hệ ba ở Việt Nam

M U Tính cp thit ca đ tài Trc s phát trin ca công ngh trên th gii và đòi hi thc t ca th trng trong nc, các nhà khai thác di đng đang tích cc chun b đ trin khai h thng di đng th h 3 WCDMA vi nhng lý do sau: - Th trng thông tin di đng phát trin nhanh chóng vi 10 triu thuê bao hin ti và s phát trin g p đôi trong vài nm ti. Nhu cu th trng đi vi các dch v 3G là rt ln; - Các nhà khai thác di đng sau mt thi gian cnh tranh v giá cng cn chuyn sang cnh tranh v công ngh và loi hình dch v. Nhìn chung, h tng công ngh ca các nhà khai thác đã sn sàng đ trin khai 3G; - Công ngh 3G đã đc trin khai rng rãi trên th gii và đã tìm đc ch đng trên c  s phát trin các dch v phù hp. Các gii pháp công ngh và dch v đã hoàn thin, giá thành thit b gim. C ba nhà khai thác di đng đu công b s trin khai h thng WCDMA vào nm 2007 tuy nhiên hin nay cha có mt quy hoch c th nào. u th ca công ngh 3G là m rng đc bng thông và phát trin dch v mi, tuy nhiên u th v mt công ngh không phi y u t quyt đnh mà quan trng là gii quyt bài toán quy hoch đ tn dng đc nng lc h thng, khc phc các đim yu v k thut. Mc tiêu nghiên cu là phng pháp quy hoch tng th mng thông tin di đng 3G  Vit nam vi các ràng buc đm bo cht lng, s dng tt tài nguyên và đáp ng đc nhu cu phát tri n. i tng và phm vi nghiên cu là Mô hình quy hoch mng Thông tin di đng 3G/WCDMA và Mng vin thông Vit nam trong phm vi mng ca Tp đoàn Bu chính Vin thông Vit nam (VNPT). Phng pháp nghiên cu là đi t cái chung đn cái riêng, t lý thuyt đn thc tin, kt hp phng pháp ri rc hoá thng kê và xây dng đng hi quy tuyn tính, s dng thut toán đ quy, thut toán "vét cn", bài toán v n ti, mô phng và so sánh kim chng thc t. 2 V mt lý thuyt, lun án góp phn gii quyt vn đ đm bo cht lng và s dng tài nguyên h thng trong bài toán quy hoch mng. V mt thc tin, kt qu ca lun án góp phn gii quyt mt s vng mc trong vic quy hoch và trin khai h thng 3G/WCDMA. Kt cu ni dung lun án Ngoài phn m đu, k t lun, danh mc tài liu tham kho, các công trình đã công b và 04 ph lc, ni dung chính ca lun án gm 125 trang A4 vi 40 hình nh và đ th, 12 bng biu đc sp xp theo 5 chng nh sau: Chng 1: Tng quan Trình bày các vn đ lý thuyt và thc tin có liên quan và đ xut gii quyt mt s ni dung bài toán quy hoch mng bao gm quy hoch truyn sóng, quy hoch mng truy nhp vô tuyn và m ng lõi. Chng 2: Xây dng phng án quy hoch đng thi vùng ph sóng Nhm đm bo vùng ph sóng đng thi cho c hai h thng, phng án đa ra là mô hình hoá vùng quy hoch thành các ô nh, tính toán sao cho trong mi ô cng đ trng phi ln hn đ nhy máy thu và xp chng kt qu cho các lp ng vi các di tn khác nhau. Chng 3: Xây dng phng án thit k theo gii hn nng l c h thng Nhm đm bo kt qu quy hoch nm trong gii hn nng lc ca thit b lun án đ xut đa các ch tiêu gii hn thc t (da trên các đo đc và tìm hiu thc t) vào bài toán quan h công sut, khong cách và dung lng đ đ xut quan h thit k theo góc đ điu khin công sut. (Gii hn trên). Chng 4: La chn phng án thit k theo hiu qu s dng tài nguyên Nhm đm bo s dng tt tài nguyên, lun án đ xut đánh giá chung hiu qu theo các khía cnh Dung lng (đng lên và đng xung), không gian, và lu lng mng. Kt qu là đa ra đc biu thc đánh giá hiu qu và đ xut quan h thit k theo dung lng. (Gii hn d i). 3 Chng 5:  xut mô hình và quy hoch mng Mc đích cui cùng là đ xut mô hình và quy hoch mng. S dng các quan h đã xây dng  trên đa vào bài toán quy hoch đ gii quyt yêu cu v đm bo cht lng và s dng tt tài nguyên.  đm bo yêu cu phát trin, vic quy hoch phi da trên kt qu d báo. Kt qu ca bài toán đ a ra mô hình mng cho nm 2007 và phng án quy hoch cho nm 2010. Nhng đóng góp ch yu ca lun án - Phng án quy hoch đng thi vùng ph sóng s dng thut toán và chng trình x lý vn đ "cao đ" ca đa hình đ tính toán cng đ trng cho vùng ph sóng ngoài tri, nhm h tr vic xác đnh v trí trm gc và mô hình hoá và biu din tình trng ph sóng. - Ph ng án đm bo cht lng bng cách đa ra gii hn trên ca thit k là mt vùng quan h Ti, khong cách, thông lng và công sut theo tng hng và đa ra công thc gn đúng tính bán kính và tng thông lng vi tham s điu khin là công sut. - Phng án đm bo s dng tài nguyên h thng bng cách đa ra gii hn di ca thit k là tham s  mt đ lu lng trên bng thông trên c s dung lng, không gian và lu lng mng và đa ra công thc gn đúng tính bán kính cell u tiên cho dch v đin thoi hình. -  xut nâng cao hiu qu s dng Pin ca máy di đng bng cách thay đi cách ghép khung ATM cho các vùng nông thôn. - Phng án quy hoch tính toán tng hp da trên hàm d báo phát trin thuê bao di đng ti Vit nam, mô hình lu lng dng ma tr n 8 x 8 vi vect 64 giá tr lu lng, phân b lu lng theo h s phân b vùng min, điu chnh bt đi xng theo đc tính gi, quy hoch 5 vùng lu lng theo tiêu chí ti u v giá cho nm 2010. 4 Chng 1. TNG QUAN 1.1. M đu 1.2. Các mô hình truyn sóng ng dng trong thông tin di đng Tuy có nhiu mô hình thc nghim, bán thc nghim nhng mô hình nào cng ch đúng trong mt s điu kin nht đnh, khi áp dng cn phi đo đc điu chnh li cho sát môi trng thc t. 1.3. Cu trúc giao din và điu khin công sut cho mng WCDMA Mng thông tin di đng th h ba W-CDMA gm hai phn: Mng lõi và Mng truy nhp vô tuyn. Mng lõi gm các trung tâm chuyn mch kênh (MSC) và các nút h tr chuyn mch gói (SGSN), trung tâm chuyn mch di đng cng (GMSC) và nút chuyn mch gói cng (GGSN). Mng truy nhp vô tuyn gm B điu khin vô tuyn RNC, nút B , trm di đng MS và thit b đu cui TE. Giao din gia MSC và RNC là Iu-CS, giao din gia SGSN và RNC là Iu-PS, giao din gia các RNC vi nhau là Iur , giao din gia RNC và Nút B là Iub. 1.4. S cn thit phát trin mng thông tin di đng 3G  Vit nam 1.5. Khái quát ni dung lun án Chng 2 XÂY DNG PHNG ÁN QUY HOCH NG THI VÙNG PH SÓNG 2.1. Mô hình hóa h thng  có th xp chng các vùng ph sóng, ta chia vùng nghiên cu thành các ô nh, có kích thc ging nhau, coi nh là mt đn v đa hình. Gi s vùng nghiên cu là mt hình ch nht, đc chia làm các ô nh vi s ô chiu ngang là m, s ô chiu dc là n. Trên mi mt ô ta lu tr mt giá tr cao đ cc đi theo bn đ đa hình thc t h m,n coi nh "cao đ" ca ô. 2.2. Xây dng thut toán và chng trình Bài toán đt ra là gi nguyên to đ mt đt, kt hp cao đ đa hình ta phi tìm đc "cao đ" cng đ trng. 5 Hai thut toán chính là Xác đnh có đng truyn thng (LOS) hay không và Xác đnh s sn nhiu x: 1, 2 hay 3 sn nhiu x. Khi bit đc chính xác đc tính tuyn truyn sóng theo mô hình đim - đim có th s dng các công thc truyn sóng đ tính toán cng đ trng. u vào là d liu đi hình 3 chiu, ta xây dng chng trình trên Matlab theo lu đ thut toán hình 2.3 đ d đoán vùng ph sóng. Mô phng và ki m chng kt qu vi công sut phát 10W, f DL =1947,3 Mhz.  kim chng kt qu ta chia đa hình nghiên cu thành 9 x 9 = 81 ô, đo đc cng đ trng ti 81 đim gia và 100 đim "mt li", tính giá tr trung bình 5 đim cho mi ô. a hình nghiên cu và d báo ph sóng Hình 2.4. a hình nghiên cu và d báo ph sóngvi anten BS  x=3; y=5 c ma trn đ cao c thông tin v anten phát c thông tin v anten thu Xây dng mô t v đa hình Tính toán tham s nhiu x Trng thái v đa hình LOS Tính toán cng đ tín hiu nh  n đ   c t  i đim thu cn LOS Non - LOS Lu k t q u thành p hn Lp tt c m x n đim trên bn đ V bn đ đ  cao V vùn g p h H ình 2.3. L u đ thut toán 6 ánh giá sai s và biu din vùng ph sóng  lch trung bình quân phng 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 12345678910 S mu Sai s trung bình quân p h n g ( dBm ) Hàng dc Hàng ngang Hình 2.5. ánh giá sai s Hình 2.6. Mô t vùng ph vi Anten BS đt ti to đ (5,5) 2.3. Mô hình hoá vùng ph sóng 2.3.1. Biu din hình hc vùng ph sóng 2.3.2. Biu din vùng ph sóng theo xác sut thng kê Xác sut ph sóng ti mt v trí (x, y) bi mt cell c i là: ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − = σ θ ),( ),,( cov yxP QcyxP ri i (2.20) Xác sut ph sóng ca tp hp cell C là: ()() ∏ = == −−= ⎭ ⎬ ⎫ ⎩ ⎨ ⎧ −= ⎭ ⎬ ⎫ ⎩ ⎨ ⎧ = N i i N i i N i i cyxPrPr 1 cov 11 cov ,,111P C) y, (x,P IU (2.24) Mô hình vùng ph sóng: ∑∑ == = m x n y dydxCyxP 11 cov .),,( (C)A (2.25) 2.4. Áp dng quy hoch đng thi vùng ph sóng 2.4.1. Tin trình đng quy hoch 2.4.2. Phng án xp chng vùng ph sóng Xây dng mô hình vùng ph sóng riêng bit và xp chng kt qu 7 Hình 2.8. Vùng ph lp 900 MHz Hình 2.9. Vùng ph lp 2100 MHz vi mt trm gc vi 4 trm gc Tóm tt: Mu cht ca phng án là thut toán và chng trình vit trên Matlab đ tính toán suy hao truyn sóng cho toàn b vùng nghiên cu. Thut toán đã x lý đc "cao đ" đa hình đ quyt đnh đc tính truyn sóng trên tuyn, tính toán suy hao và lp li cách làm cho mi tuyn. Vùng ph sóng có th biu din theo dng hình hc hoc theo quan đim xác sut nu kt hp vi tham s đ nhy máy thu ta s có đc b ng trng thái ph sóng (0,1). Kt qu ca bài toán là phng án xp chng kt qu cho các lp tn s khác nhau vi yêu cu đm bo cht lng ph sóng. Ý ngha lý thuyt ca phng án là gii quyt đc vn đ "cao đ" đa hình và có th áp dng tính toán cho nhiu lp tn s khác nhau.Ý ngha thc tin ca phng án là h tr các nhà khai thác tìm kim v trí l p đt trm gc, đánh giá đc cng đ đin trng ti mt đim bt k. 8 Chng 3 XÂY DNG PHNG ÁN THIT K THEO GII HN NNG LC H THNG Mc tiêu hng ti ca bài toán là xác đnh đc "gii hn trên" cho đm bo cht lng, hay nói cách khác là vùng gii hn nng lc đm bo cht lng ca h thng. 3.1.  xut thit k hình hc cell trong h thng 3.2. Xây dng quan h Ti và Khong cách theo Công sut Quan h công sut và tham s ti: η − = 1 i ii N i L W Rp P P (3.23) Trong đó () UL i iii UL f W vR += ∑ 1 ρ η (3.24) () DLi i iii DL f W vR +−= ∑ α ρ η 1 (3.25) Vi p i là công sut phát yêu cu ; i: S ngi s dng P N : Công sut nhiu; f: Nhiu ngoài cell; R i : Tc đ bit;  i : Mt đ công sut trên nhiu sau khi nén ph L i : Suy hao đng truyn; W: Tc đ bit; : là tham s ti;  i : Tham s tích cc ca kênh; : Tham s trc giao Bin đi và cng dn các công sut thành phn theo ngi s dng: () ∑∑ ∑ = ≠= = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ +−− = K i in im N mnn i iii im K i iii N L L W vR L W vR P P 1 , , ,1 , 1 11 α ρ ρ (3.29) 3.5. Kho sát xây dng quan h bán kính cell theo Công sut Rút tham s thông lng cell ra ngoài trong biu thc công sut: () [] f W vNEb RK L W vNEb PRK P avgo avgo N +−− = α 1. .)/( ).(1 . .)/( .) ( (3.32) 9 Hình 3.3 Quan h gia công sut phát và khong cách Thay s và kho sát quan h công sut và khong cách nh hình v và tìm đng hi quy tuyn tính cho quan h gia khong cách cc đi và công sut: - Trng hp "nng ti": R(km) = 0,13P (dBm) - 2,53 - Trng hp "nh ti": R(km) = 0,26P (dBm) - 5,25  xut công thc thit k : R(km) = 0,2 P (dBm) - 4 (3.36) 3.4. Kho sát xây dng quan h thông lng theo công sut Tng thông lng cc đi tính đc theo (3.32): () [] fvNE W RKT avgob Max +− == α 1 )/( . (3.37) Công thc gn đúng đ tính toán tng thông lng và công sut phát: Trng hp D liu 144 kbps: T(Kbps) = 84,6P (dBm) - 2085 Trng hp Thoi 12,2 kbps : T(Kbps) = 44,6P (dBm) - 976  xut công sut thit k tham kho cho dch v đin thoi hình 64 kbps: T(Kbps) = 50P (dBm) - 1200 (3.38) 10 Hình 3.4 Quan h gia tng công sut phát và thông lng 3.5. Phân b ti theo công sut: Trong hai trng hp tng thông lng đu là 864 Kbps nhng trng hp 1 đòi hi công sut 40,3dBm (10,7W), trng hp 2 ch cn 37,26 dBm (5,3W). S khác bit này là do s phân b khác nhau v khong cách và lu lng ca các UE. Nh vy, trong trng hp b nghn thì cn u tiên cho các nhóm thuê bao  gn vì chúng đòi hi công sut phát thp hn. Hình 3.5. Hai trng h p phân b ti và công sut Tóm tt Mc dù có các quan h trao đi gia dung lng và vùng ph, nhng trên vùng thit k tác gi đã quy các yu t trên v tác dng điu khin công sut và đa ra công thc gn đúng tính bán kính và thông lng vi tham s điu khin là công sut. Nu phân tp đc không gian đ [...]... 5.1.2 D báo phát tri n thuê bao B ng th ng kê d li u quá kh và gi i h ph ng trình , ta tìm ph ng trình Bass th hi n s phát tri n c a các th h thông tin di Ft 1 1 e 0 , 47 t 93 e 0 , 47 t c ng: (5.8) K t qu d báo: n h t n m 2006, t ng s thuê bao hai m ng Mobifone và Vinaphone s v t 10 tri u trong ó ch y u là công ngh 2G n n m 2008 thì các thuê bao 2G s t m c bão hoà và b t u suy thoái n n m 2015 thì Công... bài toán là mô hình m ng Thông tin di ng 3G u tiên Vi t Nam V m t lý thuy t, có th rút ra m t s k t lu n sau: - V n quy ho ch ng th i vùng ph sóng cho c hai h th ng GSM và WCDMA có th gi i quy t trên c s x p ch ng các l p ph sóng cho t ng công ngh Vùng ph sóng c bi u di n trong không gian ba chi u mà giá tr cao là c ng tr ng ho c xác su t ph sóng Tình tr ng ph sóng có th bi u di n d i d ng b ng các... tri n thuê bao i n tho i di ng, t l gi a các vùng mi n mà quy mô l u l ng i n tho i di ng cho 64 t nh thành cho n m 2007 và quy ho ch cho n m 2010 Ý ngh a lý thuy t c a ch ng là mô hình quy ho ch theo ma tr n vùng mi n, ph ng án phân b l u l ng theo bài toán v n t i và i u ch nh l u l ng b t i x ng theo c tính g i c a thuê bao Ý ngh a th c ti n c a ch ng là hàm d báo phát tri n thuê bao di ng, mô hình... gian s d ng Pin cho máy c m tay V m t th c ti n, lu n án xây d ng m t cách ti p c n mang tính phát tri n trong vi c tri n khai h th ng Thông tin di ng th h 3 Vi t Nam, d ki n vào n m 2007 Có th rút ra m t s nh n nh sau: - Vi c chu n b tri n khai h th ng thông tin di ng th h 3 t i th i i m này là h p lý Mô hình kh i u nên theo phiên b n n m 2004 (R4) v i 3 trung tâm chính là Hà n i, H Chí Minh và à N... tính toán thông l ng và bán kính cell, c coi là gi i h n m b o ch t l ng c a h th ng (gi i h n trên) Ch ng 4 L A CH N PH NG ÁN THI T K THEO HI U QU S D NG TÀI NGUYÊN 4.1 tv n Hi u qu h th ng c ánh giá theo 3 thành ph n: b ng thông ( B ), không gian ( C) và hi u qu l u l ng m ng ( T) S N W G C SYS A C Tham s hi u qu là m t l ul B C T ng trên m t (4.2) n v di n tích, b ng t n 4.2 Hi u qu v b ng thông. .. báo s thuê bao di ng 5.2 Mô hình tính b ng thông theo m c ch t l ng cho tr c 5.2.1 Tính toán xác su t ngh n cho chuy n m ch kênh a d ch v Xác su t ngh n theo t ng d ch v : C Bk G (L k ) ) G ( G (c ) c C C bk 1 (5.13) G (c ) C 0 V i s tr giúp c a máy tính thì ta có th d dàng vi t c hàm ph n m m tính xác su t ngh n theo công th c trên Hàm này s cs d ng tính toán ng c tính toán s kênh hay b ng thông c n... khác v t l t n th t t bào CLP CLP nh h n m t sai s thì d ng CLP sai ch ng trình và a ra k t qu b ng thông yêu c u new old new k t qu C Hình 5.3 S thu t toán tính b ng thông a d ch v chuy n m ch gói 19 5.3 Xây d ng quy ho ch l u l 5.3.1 Mô hình hoá l u l ng cho m ng 3G n m 2007 ng S p x p 64 t nh t B c vào Nam th t t trên xu ng d i, t trái sang ph i, tham kh o thêm kinh v các t nh S th t hay v trí s p... trung bình c a thuê bao Có th xu t phân l p thuê bao thành 3 lo i: - Vùng c tính l u l ng c p 1: Hà n i, H Chí Minh - Vùng c tính l u l ng c p 2: Qu ng Ninh, H i phòng, H i D ng 20 à N ng, Th a Thiên Hu ; Bình D ng, ng Nai,V ng tàu, An Giang, C n Th - Vùng 5.3.4 L u l c tính l u l ng c p 3: Các t nh còn l i ng phát sinh cho n m 2007 Xu t phát t s thuê bao và c tính trung bình c a thuê bao ta tính c t... th i gian phát tri n s có 10% thuê bao m c l u l ng cao, 30% thuê bao m c l u l ng trung bình và 60% thuê bao m c l u l ng th p 5.6.2 Xây d ng bài toán quy ho ch cho n m 2010 Do l u l ng quá t p trung H Chí Minh (và Hà n i) nên r i ro cao vì v y c n bi n i t 3 vùng l u l ng sang 5 vùng l u l ng 22 Các b c th c hi n quy ho ch: - D báo l u l ng cho n m 2010; - T i u hoá cho t ng vùng l u l ng b ng quy... ul B C T ng trên m t (4.2) n v di n tích, b ng t n 4.2 Hi u qu v b ng thông 4.2.1 Dung l ng ng lên Hình 4.1 Dung l ng c c ng lên i Dung l ng c a h th ng WCDMA ng lên b h n ch b i nhi u D a vào tham s can nhi u t i a cho phép i v i h th ng ta tính c gi i h n v dung l ng d a trên gi i h n nhi u i v i ng lên : Noise rise _ W (Eb/ No )avg.R.v 1 1 UL 1 W (Eb/ No )avg.R.v.(1 f ).( N) (4.6) 12 Khi s ng i . cu là Mô hình quy hoch mng Thông tin di đng 3G/WCDMA và Mng vin thông Vit nam trong phm vi mng ca Tp đoàn Bu chính Vin thông Vit nam (VNPT). Phng pháp nghiên cu là đi t cái. Iu-CS, giao di n gia SGSN và RNC là Iu-PS, giao di n gia các RNC vi nhau là Iur , giao di n gia RNC và Nút B là Iub. 1.4. S cn thit phát trin mng thông tin di đng 3G  Vit nam 1.5 khai thác di đng đang tích cc chun b đ trin khai h thng di đng th h 3 WCDMA vi nhng lý do sau: - Th trng thông tin di đng phát trin nhanh chóng vi 10 triu thuê bao hin