Cau truc he thong wcdma phuong phap quy hoach va 174861

Khoa Điện tử viễn thông - ĐHBKHN Trịnh Xuân Quyết §T11-C§4A Môc lôc Môc lôc môc lơc h×nh .4 lời nói đầu phần 1: Giới thiệu chung thông tin di động 1.1 Lịch sử xu phát triÓn: 1.2 ThÕ hÖ 2G .7 1.2.1 H¹n chÕ cña 2G: .7 1.2.2 Yêu cầu hệ 1.3 Ưu điểm cđa thÕ hƯ 3G phần 2: nguyên lý thông tin trải phổ .10 2.1 Nguyên lý tr¶i phỉ .10 2.2 Các thuộc tính thông tin tr¶i phỉ .11 2.2.1 Khả đa truy nhập .11 2.2.2 Khả chống nhiễu đa đờng 12 2.2.3 Khả bảo mËt cao 12 2.2.4 Khả loại trừ nhiễu 13 2.2.5 X¸c st ph¸t hiƯn thÊp 13 2.3 C¸c hƯ thèng thông tin trải phổ 13 2.3.1 HƯ thèng tr¶i phỉ d·y trùc tiÕp (DSSS)y trùc tiÕp (DSSS) .14 2.3.2 Hệ thống trải phổ nhảy tần (FHSS) 16 2.3.3 Hệ thống trải phổ dịch thời gian THSS 17 2.3.4 HÖ thèng lai (Hybrid) 18 2.4 D·y mà giả ngẫu nhiên .18 2.4.1 TÝn hiƯu ngÉu nhiªn 18 2.4.2 T¹o m·y trực tiếp (DSSS) giả ngẫu nhiên- Bộ ghi dịch hồi tiếp tuyến tính 19 2.4.3 Hàm tự tơng quan giả tạp âm .20 2.4.4 Hàm t¬ng quan chÐo 21 2.4.5 Hµm trùc giao 22 2.5 Các hệ thống thông tin tr¶i phỉ trùc tiÕp DSSS 22 2.5.1 DSSS-BPSK 23 2.5.2 DSSS-QPSK 26 2.5.3 DSSS-CDMA 29 2.6 Quá trình nén phỉ (gi¶i m·) ë phÝa thu .30 2.6.1 B¾t m·y trùc tiÕp (DSSS) PN 30 2.6.2 B¸m m·y trùc tiÕp (DSSS) PN 31 phÇn 3: HƯ thèng WCDMA cho UMTS 33 3.1 Giíi thiƯu vỊ hƯ thèng WCDMA 33 3.2 CÊu tróc m¹ng WCDMA 34 3.2.1 Cấu trúc tổng quát hệ thống UMTS hÖ thèng WCDMA cho UMTS 34 3.2.2 Các thành phần mạng .36 Quy hoạch tối u hóa hệ thống WCDMA Khoa Điện tử viễn thông - ĐHBKHN Trịnh Xuân Quyết ĐT11-CĐ4A 3.2.3 C¸c giao diƯn më 37 3.2.4 M¹ng trun dÉn 38 3.3 Ph©n líp hÖ thèng WCDMA .38 3.4 Các kênh WCDMA .40 3.4.1 Các kênh trun t¶i .40 3.4.2 Sắp xếp kênh truyền tải lên kênh vật lý .42 3.4.3 Các kênh vật lý 43 3.4.4 C¸c kªnh logic 47 3.5 Điều khiển công suất chuyển giao WCDMA .47 3.5.1 Điều khiển công suất WCDMA 47 3.5.2 ChuyÓn giao hÖ thèng WCDMA 49 3.6 ThiÕt lËp mét cuéc gäi hÖ thèng WCDMA 51 3.7 So sánh, đánh giá WCDMA CDMA2000 54 3.7.1 Điểm gièng 54 3.7.2 Những khác biệt .54 Phần 4: Quy hoạch hệ thống WCDMA 57 4.1 Sơ đồ khèi tỉng qu¸t 57 4.2 Phân tích, dự báo yếu tố đầu vào .57 4.2.1 Phân tích vùng phủ vô tuyến 57 4.2.1.1 Quỹ đờng truyền vô tuyến (Radio Link Budgets) 58 4.2.1.2 HiƯu st phđ sãng .63 4.2.2 Ph©n tích dung lợng vô tuyến .63 4.3 Quy ho¹ch thĨ 64 4.3.1 TÝnh to¸n vïng phđ sãng .64 4.3.1.1 Tính theo mô hình HATA .64 4.3.1.1.1 Tính cho vùng đô thị .64 4.3.1.1.2 TÝnh cho vùng ngoại ô 65 4.3.1.1.3 TÝnh cho vïng trèng 65 4.3.1.2 Tính theo mô hình COST231 65 4.3.2 Tính toán dung lợng mạng vô tuyến hệ thống WCDMA 70 4.3.2.1 Dung lợng cực đờng truyền hớng lªn 71 4.3.2.2 Dung lợng cực đờng truyền hớng xuống 76 4.3.2.3 TÝnh toán dung lợng mềm .78 4.3.2.4 NhËn xÐt 78 phÇn 5: tèi u hãa hÖ thèng .80 5.1 Sơ đồ trình tối u hoá 80 5.2 M« hình quản lý mạng viễn thông .83 5.3 Các công cụ tối u ho¸ 85 5.3.1 Công cụ quy hoạch mức tối u hãa 85 5.3.2 Vai trß hệ thống quản lý mạng (NMS) trình tèi u 85 5.4 Một số nguyên nhân làm giảm hiệu sử dụng hệ thống mét sè kü thuËt tèi u 88 5.4.1 Giám sát kênh 88 5.4.2 Tèi u trêng 89 5.4.2.1 Cờng độ kênh pilot 89 5.4.2.2 Tû lÖ mÊt khung (FER) 90 5.4.2.2.1 Vïng phñ sãng tuyÕn xuèng 90 Quy hoạch tối u hóa hệ thống WCDMA Khoa Điện tử viễn thông - ĐHBKHN Trịnh Xuân Qut §T11-C§4A 5.4.2.2.2 NhiƠu tun xng 90 5.4.2.2.3 Vïng phđ sãng tun lªn 91 5.4.2.2.4 NhiÔu tuyÕn lªn 91 PhÇn 6: KÕt luËn xu hớng phát triển số đề xuất .92 số thuật ngữ từ viết tắt 95 tài liƯu tham kh¶o .97 Quy hoạch tối u hóa hệ thống WCDMA Khoa Điện tử viễn thông - ĐHBKHN Trịnh Xuân Quyết ĐT11-CĐ4A mục lục hình Hình 1.1 Xu hớng phát triển hệ thống thông tin di động H×nh 2.1 Mô hình hệ thống thông tin trải phổ 11 Hình 2.2 Mô tả khả đa truy nhập 12 Hình 2.3 Mô tả khả loại trõ nhiÔu 13 Hình 2.4 Trải phổ dÃy trùc tiÕp 14 Hình 2.5 Trải phổ nhảy tần .16 Hình 2.6 Trải phỉ nh¶y thêi gian 18 H×nh 2.7 Sơ đồ ghi dịch hồi tiếp tuyến tính LFSR .19 Hình 2.8 Hàm tự tơng quan 21 Hình 2.9a Sơ đồ khối máy phát DSSS-BPSK 23 Hình 2.9b Sơ đồ tín hiệu máy phát BPSK 24 Hình 2.10a Sơ đồ khối máy thu BPSK 25 Hinh 2.10b Sơ đồ tín hiệu máy thu BPSK 26 Hình 2.11 Sơ đồ khèi phÝa ph¸t 26 Hình 2.12 Sơ ®å khèi phÝa thu 27 H×nh 2.13 Các dạng sóng QPSK 28 Hình 2.14 Hệ thống máy phát DSSS-CDMA 29 H×nh 2.15 HƯ thèng m¸y thu DSSS-CDMA 29 H×nh 2.16 Nguyên lý bắt mà hệ thống DSSS-CDMA .30 Hình 2.17 Nguyên lý bám mà PN sử dụng vòng khoá trễ 31 H×nh 3.1 CÊu tróc hƯ thèng UMTS 34 H×nh 3.2 CÊu tróc m¹ng WCDMA 35 H×nh 3.3 Sơ đồ khối phân lớp kênh đờng lên xuèng 39 Hình 3.4 Cấu trúc kênh vật lý IMT-2000 39 H×nh 3.5 Thđ tơc thiÕt lËp cc gäi WCDMA 51 Hình 4.1 Sơ đồ khối trình quy ho¹ch .57 Hình 4.2 Mô hình suy hao COST231 .66 Hình 4.3 Giao diện tính toán vïng phñ sãng 69 H×nh 4.4 Giao diƯn thiÕt kế trạm phủ sóng 70 H×nh 4.5 Mèi quan hệ ngời sử dụng hệ số tải 75 H×nh 4.6 Giao diện tính toán dung lợng đờng truyền .76 H×nh 4.7 Mối quan hệ hệ số tải đờng xuống vµ sè ngêi sư dơng 77 Hình 4.8 Quan hệ tốc độ mà hóa thoại số lợng ngời dùng 79 Hình 5.1 Quá trình thực tèi u ho¸ 80 H×nh 5.2 Giao diƯn với thành phần khác trình tối u 82 H×nh 5.3 Mô hình quản lý mạng viễn thông 83 H×nh 5.4 Quy trình thực hiên tối u 85 Hình 5.5 Quá trình quản lý 87 Hình 6.1 Mô hình hệ thống 92 Quy hoạch tối u hóa hệ thống WCDMA Khoa Điện tử viễn thông - ĐHBKHN Trịnh Xuân Quyết ĐT11-CĐ4A lời nói đầu Thông tin di động ngày đà trở thành ngành công nghiệp viễn thông phát triển cách mạnh mẽ Càng ngày trở thành phơng tiện thay khách hàng thơng nhân, trở thành xu phát triển nh vũ bÃo Cùng với phát triển yêu cầu chất lợng dịch vụ, đa dạng dịch vụ tốc độ dịch vụ Giờ không yêu cầu thoại mà nhiều dịch vụ số liệu, điều mà thông tin di động hệ đáp ứng đợc Giải pháp hệ điện thoại thứ hoàn toàn hợp lý vào lúc này, kỹ thuật WCDMA đời tất yếu trình phát triển WCDMA việc khắc phục đợc tồn GSM dịch vụ đơn tốc độ thấp cha chuẩn hóa toàn cầu mà nâng cao hiệu suất kênh phổ tần, cải thiện dung lợng vùng phủ sóng đặc biệt nâng cao khả cung cấp dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao Tuy nhiên mạng WCDMA giai đoạn hoàn thiện Việc triển khai trì hoạt động tốt mạng WCDMA nhu cầu cần thiết cần đợc nghiên cứu đánh giá kỹ trớc thực Với đồ án tốt nghiệp đề tài: "Cấu trúc hệ thống WCDMA, phơng pháp quy hoạch tối u hóa hệ thống WCDMA", tác giả muốn cung cấp sở lý thuyết hệ thống WCDMA, phơng pháp quy hoạch mạng tối u hóa hệ thống WCDMA cho nhà thiết kế khai thác nhằm tăng hiệu đầu t chất lợng dịch vụ Nội dung đồ án đợc chia thành phần: Phần 1: Giới thiệu chung TTDĐ Phần 2: Nguyên lý thông tin trải phổ Phần 3: Hệ thống WCDMA cho UMTS Phần 4: Quy hoạch cho hệ thống WCDMA Phần mềm mô Phần 5: Tối u hoá hệ thống WCDMA Phần 6: Kết luận xu hớng phát triển Việt Nam số đè xuất Em xin chân thành cảm ơn GV Tạ Vũ Hằng thầy cô môn Kỹ thuật thông tin Khoa Điện tử viễn thông đà giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Quy hoạch tối u hóa hệ thống WCDMA Khoa Điện tử viễn thông - ĐHBKHN Trịnh Xuân Quyết ĐT11-CĐ4A Do thời gian nghiên cứu hạn hẹp nên không tránh khỏi thiếu sót, em mong đợc góp ý chân thành thầy cô nh bạn bè Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, Ngày tháng năm 2005 Trịnh Xuân Quyết Quy hoạch tối u hãa hƯ thèng WCDMA Khoa §iƯn tư viƠn thông - ĐHBKHN Trịnh Xuân Quyết ĐT11-CĐ4A phần 1: Giới thiệu chung thông tin di động 1.1 Lịch sử xu phát triển: Việc sử dụng sóng vô tun vµo trun tin cã tõ thÕ kØ XIX KĨ từ đến đợc ứng dụng rộng rÃi thông tin quân đội thông tin công cộng sau Thông tin di động đà phát triển nhanh chãng tõ thÕ hƯ thø nhÊt (1G) t¬ng tù ®Õn thÕ hƯ sè thø gäi lµ 2G, 2.5G hệ 3G Ngời ta tiến hành chuẩn hoá hệ thống IMT-2000, Châu Âu đợc chuẩn hoá với tên gọi UMTS Nó có khả cung cấp dịch vụ truyền số liệu lên tới 2Mbps, độ rộng băng tần 64Ghz, nâng tốc độ ngời sử dụng lên tới STM-1 1.2 Thế hệ 2G 1.2.1 Hạn chế 2G: - Phân bổ tần số hạn chế, dung lợng thấp - Tiếng ồn khó chịu nhiễu xảy MS di chuyển môi trờng fadinh đa tia - Không đáp ứng đợc dịch vụ hấp dẫn khách hàng - Cha hình thành tiêu chuẩn toàn cầu - Dịch vụ thoại đơn - Dung lợng thông tin 1.2.2 Yêu cầu hệ Để đáp ứng đợc yêu cầu ngày cao, đòi hỏi phải có hệ thông tin di động đời Hiện giai đoạn 2.5G, tồn nhiều chuẩn khác Để lên 3G vứt bỏ hoàn toàn tảng hệ thống 2G mà phải kế thừa tảng Hiện có chuẩn 3G W-CDMA CDMA2000, cách xây dựng khác nhng phải đáp ứng đợc yêu cầu hệ thống 3G: Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2G: Đờng lên: 1885-2025 MHz Đờng xuống: 2110-2200 MHz Mạng phải băng rộng, có khả truyền thông đa phơng tiện, đảm bảo tốc độ bit lên đến 2Mbit/s, cụ thể: Quy hoạch tèi u hãa hƯ thèng WCDMA Khoa §iƯn tư viễn thông - ĐHBKHN Trịnh Xuân Quyết ĐT11-CĐ4A Vùng (trong nhà, ô pico): R~2Mbit/s Vùng (thành phố, ô macro): R~384Kbps Vùng (ngoại ô, ô macro): R~144Kbps Vùng (toàn cầu): R~9.6Kbps Mạng phải có khả cung cấp độ rộng băng tần theo yêu cầu, đảm bảo đờng truyền bất đối xứng Mạng phải cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu, đảm bảo kết nối cho thoại, video, số liệu Chất lợng dịch vụ không thua GSM Mạng phải mang tính toàn cầu Có thể thấy việc tiến lên hệ tất yếu tránh khỏi, thấy qua sơ đồ: TDMA WCDMA 80% ngườiưsửưdụng GSM GSM GPRS GSM PDC GPRS EDGE iPAS cdmaOne 2G 9.6 - 14.4 kbps cdma 2000 1x cdma 2000 1xEV 2.5 G 3G 64-144 kbps 384k - Mbps G+ Up to 10 Mbps Hình 1.1 Xu hớng phát triển hệ thống thông tin di động 1.3 Ưu điểm thÕ hÖ 3G HÖ thèng WCDMA dïng mét m· ngÉu nhiên để phân biệt kênh thoại sử dụng băng tần cho toàn mạng, có giải thuật mà hoá riêng cho gọi Chính tính bảo mật hiệu sử dụng tài nguyên cao hẳn Hệ thống WCDMA có khả chuyển mạch mềm, khả chuyển giao đợc linh hoạt Quy hoạch tối u hóa hệ thống WCDMA Khoa Điện tử viễn thông - ĐHBKHN Trịnh Xuân Quyết ĐT11-CĐ4A Dung lợng tăng lên đáng kể (6-10 lần) chất lợng không thua Khả điều khiển công suất xác giúp cho tiết kiệm lợng cho thiết bị đầu cuối, tăng đáng kể thời gian thoại Khả nâng cấp, tăng dung lợng dễ dàng toàn mạng sử dụng tần số, không nh GSM sử dụng nhiều tần số khiến phải tính đến khả sử dụng lại tần số Quy hoạch tối u hóa hệ thống WCDMA Khoa Điện tử viễn thông - ĐHBKHN Trịnh Xuân Quyết ĐT11-CĐ4A phần 2: nguyên lý thông tin trải phổ 2.1 Nguyên lý trải phổ Trải phổ (Spread Spectrum) kỹ thuật thông tin vô tuyến sử dụng dải thông truyền dẫn lớn gấp nhiều lần so với dải thông tín hiệu cần truyền hay so với tốc độ số liệu Nếu tốc độ dải thông R(bit/s) dải thông W (Hz) tỉ số W/R hệ số giÃn phổ hay độ lợi xử lý PG (Processing Gain) Thông thờng W/R biến đổi khoảng từ 100 đến triệu (20dB đến 60dB) Trong hệ thống thông tin trải phổ, độ rộng băng tần tín hiệu đợc mở rộng, thông thờng hàng trăm lần trớc đợc phát Khi có hay ngời sử dụng băng tần trải phổ việc sử dụng có hiệu Tuy nhiên môi trờng nhiều ngời sử dụng, ngời sử dụng sử dụng chung băng tần trải phổ nh hệ thống sử dụng băng tần hiệu mà trì đợc u điểm trải phổ Phổ tín hiệu sau đợc xử lý số đợc trải rộng phổ tới băng tần cần thiết thông qua điều chế đợc chuyển đến dải phổ đợc cấp cho tuyền dẫn Tín hiệu điều chế sau đợc khuếch đại đợc truyền kênh truyền dẫn, kênh kênh mặt đất vệ tinh Tại phía thu máy thu giải điều chế, nén phổ xử lý số để thu lại tín hiệu gốc Một hệ thống thông tin đợc coi hệ thống trải phổ thoả yêu cầu sau: Tín hiệu sau trải phổ chiếm độ rộng băng truyền dẫn lớn nhiều lần độ rộng băng tần tối thiểu cần thiết để truyền thông tin Sự trải phổ đợc thực thông qua mà trải phổ, mà độc lập với tín hiệu Tại phía thu việc nén phổ để khôi phục lại tín hiệu ban đầu đợc thực tơng quan tín hiệu thu đợc thu đợc thông qua việc đồng tín hiệu trải phổ với phía phát Mô hình hệ thống trải phổ: Quy hoạch tối u hóa hệ thống WCDMA