Nghiên cứu mạng thông tin di động 4g (lte) đồ án tốt nghiệp đại học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ===== ===== đồ án tốt nghiệp đại học Đề tài: Nghiên cứu mạng thông tin di động 4g (lte) g i h ng d n Sinh vi n th c hi n p Mã số sinh viên : : : : ThS Tạ Hùng Cường Phạm Viết An 49K - ĐTVT 0851080328 NGHỆ AN - 2014 MỤC LỤC Trang MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i TÓM TẮT ĐỒ ÁN ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iii DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vii DANH MỤC BẢNG BIỂU viii Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 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 Mạng thông tin di động 4G [6] 1.3 So sánh mạng thông tin di động 3G 4G 10 1.4 Kết luận chương 11 Chương MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G (LTE) 12 2.1 Giới thiệu công nghệ LTE 12 2.1.1 Các giai đoạn phát triển LTE 13 2.1.2 Mục tiêu LTE 13 2.1.3 Các đặc tính LTE 13 2.1.4 Các thông số lớp vật lý LTE [7] 15 2.1.5 Dịch vụ LTE 16 2.1.6 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax 16 2.1.7 Những triển vọng cho công nghệ LTE 17 2.2 Cấu trúc LTE [1] 18 2.3 Các kênh sử dụng E-UTRAN [8] 24 2.4 Một số đặc tính kênh truyền 25 2.4.1 Trải trễ đa đường 25 2.4.2 Các loại fading 25 2.4.3 Dịch tần Doppler 26 2.4.4 Nhiễu MAI LTE 26 2.5 Các kỹ thuật cho truy nhập vô tuyến LTE 27 2.5.1 Kỹ thuật đa truy nhập cho đường xuống OFDM OFDMA [1] 27 2.5.2 Kỹ thuật đa truy nhập cho đường lên SC-FDMA [1] 36 2.5.3 Kỹ thuật đa anten MIMO [1] 38 2.5.4 Mã hóa Turbo [8] 40 2.5.5 Thích ứng đường truyền [8] 40 2.5.6 Lập biểu phụ thuộc kênh [8] 41 2.5.7 HARQ với kết hợp mềm [8] 42 2.6 Chuyển giao 42 2.6.1 Mục đích chuyển giao 42 2.6.2 Trình tự chuyển giao 43 2.6.3 Các loại chuyển giao 45 2.6.4 Chuyển giao LTE [3] 48 2.7 Điều khiển công suất [3] 49 2.7.1 Điều khiển cơng suất vịng hở [9] 50 2.7.2 Điều khiển cơng suất vịng kín [9] 51 2.8 Kết luận chương 52 Chương QUY HOẠCH MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G (LTE) 53 3.1 Khái quát trình quy hoạch mạng LTE 53 3.2 Dự báo lưu lượng phân tích vùng phủ 54 3.2.1 Dự báo lưu lượng 54 3.2.2 Phân tích vùng phủ 55 3.3 Quy hoạch chi tiết [10] 55 3.3.1 Quy hoạch vùng phủ 55 3.3.2 Quy hoạch dung lượng 70 3.4 Tối ưu mạng 74 3.5 Điều khiển công suất kênh PUSCH LTE [7] 74 3.6 Kết luận chương 77 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 78 A Kết luận 78 B Hướng phát triển đề tài 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần đây, mạng không dây ngày trở nên phổ biến với đời hàng loạt công nghệ khác Wi-Fi, WiMax Cùng với tốc độ phát triển nhanh, mạnh mạng viễn thông phục vụ nhu cầu sử dụng hàng triệu người ngày Hệ thống di động hệ thứ hai, với GSM CDMA phát triển mạnh mẽ nhiều quốc gia Tuy nhiên, thị trường viễn thông mở rộng thể rõ hạn chế dung lượng băng thông hệ thống thông tin di động hệ thứ hai Sự đời hệ thống di động hệ thứ ba với công nghệ tiêu biểu WCDMA hay HSPA tất yếu để đáp ứng nhu cầu truy cập liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc độ cao, băng thơng rộng người sử dụng Mặc dù hệ thống thông tin di động hệ 2.5G hay 3G phát triển không ngừng, nhà khai thác viễn thông lớn giới bắt đầu tiến hành triển khai thử nghiệm chuẩn di động hệ có nhiều tiềm trở thành chuẩn di động 4G tương lai, LTE (Long Term Evolution) Trước đây, muốn truy cập liệu, phải cần có đường dây cố định để kết nối Trong tương lai không xa với LTE, truy cập tất dịch vụ lúc nơi di chuyển: xem phim chất lượng cao HDTV, video call, chơi game, nghe nhạc trực tuyến, tải sở liệu v.v… với tốc độ “siêu tốc” Đó khác biệt mạng di động hệ thứ (3G) mạng di động hệ thứ tư (4G) Tuy mẻ mạng di động băng rộng 4G kỳ vọng tạo nhiều thay đổi khác biệt so với mạng di động Chính vậy, em lựa chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp là: “ ghi n Cứu Mạng Thông Tin Di Động 4G (LTE) ” Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ThS Tạ Hùng Cường tận tình hướng dẫn, giúp đỡ để em hoàn thành đồ án Vinh, ngày … tháng … năm 2014 Sinh viên thực Phạm Viết An i TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án vào tìm hiểu tổng quan cơng nghệ LTE yêu cầu công nghệ LTE giảm giá thành, tăng cường hỗ trợ cho dịch vụ lợi nhuận cao, cải thiện khai thác bảo dưỡng cung cấp dịch vụ, nâng cao hiệu phổ tần, thông lượng người sử dụng giảm thời gian trễ Để đạt mục đích LTE có tính quan trọng sử dụng cơng nghệ truyền dẫn SCFDMA cho đường lên, OFDM cho đường xuống, sử dụng công nghệ đa ăng ten MIMO cho hệ thống thu phát, truyền dẫn vô tuyến tốc độ cao dùng băng thông rộng với công nghệ khác như: thích ứng đường truyền lập biểu, kỹ thuật chuyển giao, điều khiển công suất HARQ Các công nghệ áp dụng cho truy nhập vô tuyến cho phép tăng hiệu truyền dẫn vô tuyến LTE Trong đồ án trình bày chi tiết trình quy hoạch mạng LTE ABSTRACT This thesis was studied an overview of LTE technology and the requirements of LTE as cost reducting compared to previous technologies, enhancing support for highprofit services and improving underwriting as well as providing support services, improving spectrum efficiency and user throughput, reducing latency To achieve these purposes, LTE have key features such as transmission technology using OFDM for uplink and SC-FDMA for the downlink, transceiver system using multiple antenna technology (MIMO), radio transmission using high-speed broadband with other technologies such as adaptive transmission and scheduling, delivery techniques, power control and HARQ These new technology have been applied to wireless access part of LTE in order to enhance the wireless transmission performance In this thesis was also introduced the process of LTE network planning ii C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Từ viết tắt 1G One Generation Cellular 2G Second Generation Cellular 3G Third Generation Cellular 4G Four Generation Cellular 3GPP Tiếng Việt Hệ thống thông tin di động hệ thứ Hệ thống thông tin di động hệ thứ hai Hệ thống thông tin di động hệ thứ ba Hệ thống thông tin di động hệ thứ tư Third Generation Patnership Dự án hợp tác hệ Project ACK Acknowledgement Sự báo nhận BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BW Band Width Băng thông CDMA Code Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo mã Access CP Cycle Prefix Tiền tố lặp DL-SCH Downlink Share Channel Kênh chia sẻ đường xuống DL Downlink Hướng xuống Enhance Data rates for GSM Tốc độ liệu tăng cường cho Evolution mạng GSM cải tiến E- Evolved - UMTS Terrestrial Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN Radio Access Network UMTS cải tiến EPC Evolved Packet Core Mạng lõi gói phát triển eNodeB Enhance NodeB NodeB cải tiến FDMA Frequency Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo tần số EDGE iii Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Access FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia theo tần số FEC Forward Error Correction Sửa lỗi hồi tiếp GSM Global System for Mobile Hệ thống di động toàn cầu GSM/EDGE Radio Access Mạng truy nhập vô tuyến Network GSM/EDGE GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vơ tuyến gói chung GI Guard Interval Khoảng bảo vệ High Speed Downlink Packet Truy nhập gói đường xuống tốc độ Access cao High Definition Television Truyền hình độ phân giải cao GERAN HSDPA HDTV HSOPA High Speed OFDM Packet Truy cập gói OFDM tốc độ cao Access HO Handover Chuyển giao HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao HSS Home Subscriber Server Máy chủ thuê bao thường trú ITU International Liên minh viễn thông quốc tế Telecommunication Union IP Internet Protocol Giao thức internet IMS IP Multimedia Sub-system Phân hệ đa phương tiện sử dụng IP ISI Inter-Symbol Interference Nhiễu xuyên ký tự IFFT Inverse Fast Fourier Biến đổi Fourier ngược Transform LTE Long Term Evolution Tiến hóa dài hạn MS Mobile Station Trạm di động BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc MIMO Multi Input Multi Output Đa ngõ vào đa ngõ MME Mobility Management Entity Phần tử quản lý tính di động MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập trung bình iv Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an MUMIMO MoU MCS OFDM OFDMA Multi User - MIMO MIMO nhiều người dùng Minutes of Using Số phút sử dụng Modulation and Coding Orthogonal Frequency Ghép kênh phân chia theo tần số Division Multiplexing trực giao Orthogonal Frequency Đa truy nhập phân chia theo tần số Division Multiple Access trực giao PAPR Peak-to-Average Power Ratio P2P Point to Point PDSCH PUCCH Sơ đồ mã hóa điều chế Scheme Tỷ số cơng suất đỉnh trung bình Điểm đến điểm Physical Downlink Shared Kênh vật lý chia sẻ đường xuống Channel Physical Uplink Control Kênh vật lý điều khiển đường lên Channel Physical Downlink Control Kênh vật lý điều khiển đường Channel xuống PBCH Physical Broadcast Channel Kênh vật lý quảng bá PCCH Paging Control Channel Kênh điều khiển nhắn tin PCH Paging Channel Kênh nhắn tin QoS Quality of Services Chất lượng dịch vụ 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 PDCCH RSRP RSRQ Reference Signal Receive Công suất thu tín hiệu tham khảo Power Chất lượng thu tín hiệu tham khảo Reference Signal Receive v Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Quality RS Reference Signal Tín hiệu tham khảo SDR Software - Defined Radio Phần mềm nhận dạng vô tuyến SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu tạp âm SC- Single Carrier - Frequency Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA Division multiple Access trực giao đơn sóng mang SMS Short Message Service Dịch vụ tin nhắn ngắn SAE System Architecture Evolution Phát triển kiến trúc hệ thống SGSN Serving GPRS Support Node SU- Single User Multi Input Multi MIMO Output Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS MIMO đơn người dùng Time Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo thời Access gian TTI Time Transmit Interval Khoảng thời gian phát TDD Time Division Duplex Song công phân chia theo thời gian UMB Ultra Mobile Broadband Di động băng rộng mở rộng UL Uplink Đường lên UTMS Terrestrial Radio Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất Access Networks UMTS TDMA UTRAN UMTS Universal Mobile Hệ thống thơng tin di động tồn cầu Telecommunication System UE User Equipment Thiết bị người dùng (Di động) VHE Virtual Home Environment Môi trường nhà ảo VoIP Voice IP Thoại sử dụng IP Wideband Code Division Đa truy nhập phân chia theo mã Multiple Access băng rộng Wireless Applicaion Protocol Giao thức ứng dụng không dây WCDMA WAP vi Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an  26.21, f  150  1500Mhz 33.9, f  1500  2000Mhz B=  + Dải thông số sử dụng cho mô hình Hata là: 150fc ≤ 2000 Mhz; 30 ≤ hb ≤ 200 m; ≤ hm ≤ 10 m; ≤ r ≤ 20 km a(hm) tính sau:  Đối với thành phố nhỏ 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 ô: Với vùng ngoại ô hệ số hiệu chỉnh suy hao so với vùng thành phố là: Lp = Lp(Thành phố) lg -2 fc 28   5,4  (dB) (3.17)  Đối với vùng nông thôn: Lp = Lp(thành phố) - 4,78(lgfc)2 +18,33(lgfc) - 40,49 dB (3.18) - Mơ hình Walfisch-Ikegami [5] Mơ hình Walfisch-Ikegami dựa vào giả thiết truyền lan sóng truyền mái nhà q trình nhiễu xạ Các tòa nhà nằm đường thẳng máy phát máy thu Hướng di chuyển φ Máy di động Sóng tới d hb Tịa nhà hf w b hm Mặt đường Anten trạm di động Hình 3.2 Các tham số mơ hình Walfisch-Ikegami 65 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Các biểu thức sử dụng cho mơ hình sau: Lp = Lf + Lrts + Lmsd hay (3.19) Lp = Lf Lrts + Lmsd ≤ Trong đó: Lf: tổn hao khơng gian tự Lrts: nhiễu xạ mái nhà - phố tổn hao tán xạ Lmsd: tổn hao vật che chắn + Tổn hao không gian tự Lf xác định: Lf = 32,4 +20lgr + 20lgfc (dB) (3.20) + Nhiễu xạ mái nhà - phố tổn hao phân tán tính sau: Lrst = (-16,7) -10lgW + 10lgfc + 20lg∆hm + Lori (dB) (3.21) Trong đó: W: độ rộng phố (m) ∆hm = hr - hm (m) Hr: độ cao trung bình tồ nhà Hm: độ cao MS Hb: độ cao BS   10  0.3546,0    35  Lori(  ) =  2.5  0.075(  35),35    55 4  0.114(  55),55    90  Trong đó: φ góc đến so với trục phố + Tổn hao vật che chắn: Lmsd = Lbsh + ka + kdlgr + kf lgfc - 9lgb (3.22) Trong đó: b khoảng cách tịa nhà dọc theo đường truyền vơ tuyến (m)  18 lg(1  hb ), hb  hr 0, hb  hr  Lbsh =  54, (hb  hr )   ka =  54  0,8hb , (r  500m, hb  hr ) 54  1,6h , (r  500m, h  h ) b b r  66 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 54hb  , hb  hr 18  kd =  hr  18, hb  hr fc 1 kf = - + 1,5( 925 ) với thành phố lớn fc 1 kf = - + 0,7( 925 ) với thành phố trung bình Vì vậy, Lp tính theo hai cơng thức sau: * Trường hợp tia nhìn thẳng (LOS): Lp = 42,6 + 26lgr + 20lgfc (3.23) * Trường hợp tia khơng nhìn thẳng (NLOS): Lp = 32,4 + 20lgr + 20lgfc + Lrts + Lmsd (3.24) + Dải thơng số cho mơ hình Walfisch-Ikegami phải thỏa mãn: 800 ≤ fc ≤ 2000 Mhz; ≤ hb ≤ 50 m; ≤ hm ≤ m; 0,02 ≤ r ≤ km Có thể sử dụng giá trị mặc định sau cho mơ hình: b = 20 ÷ 50m; W = b/2; Ф = b/2 Nóc nhà = 3m cho nhà có độ cao 0m cho nhà phẳng Hr = × (số tầng) + nhà (2) Các mơ hình truyền sóng nhà [5] Có thể nói tòa nhà lớn sân bay, ga điện ngầm, văn phòng cao tầng, siêu thị kinh doanh hàng hóa rộng lớn… vấn đề vùng phủ dung lượng quan trọng chất lượng thoại di dộng ảnh hưởng trực tiếp đến uy tín nhà cung cấp dịch vụ Tuy nhiên, đặc trưng vùng phủ khu vực rộng trải dài theo chiều dọc, sóng vơ tuyến từ trạm BTS bên ngồi tịa nhà (BTS outdoor macro) bị suy hao nhiều xuyên qua tường bê tông dẫn đến cường độ tín hiệu khơng đạt u cầu, nên giải pháp phủ sóng tịa nhà nhiều nhà cung cấp dịch vụ di động quan tâm - Mơ hình cho mơi trường nhiều tầng Các biểu thức tốn học sử dụng mơ hình để xác định tổn hao trung bình: 67 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an R Lp(R) = L (R0) + 10 × n(nhiều tầng)lg( R0 ) (3.25) L(R0): suy hao đường truyền từ máy phát đến khoảng cách tham khảo R0 (dB) n: mũ tổn hao trung bình R: khoảng cách từ máy phát đến máy thu (m) R0: khoảng cách tham khảo từ máy phát - Mơ hình Motley-Keenan Các biểu thức tốn học sử dụng mơ hình để xác định tổn hao trung bình: L(dB) = 32.5 + 20×lgf + 20lgR + k ×F(k) + p×W(k) + D(R-db) (3.26) Trong đó: L: tổn hao truyền sóng (dB) f: tần số (Mhz) R: khoảng cách từ máy phát đến máy thu (km) k: số tầng mà sóng trực tiếp truyền qua F: hệ số tổn hao tầng (dB) P: số tường mà sóng truyền qua W: hệ số tổn hao tường (dB) (chú ý 1) D: hệ số tổn hao tuyến tính (dB/m) (chú ý 2) db: điểm ngắt nhà (Indoor breakpoint) (m) (chú ý 2) Chú ý 1: tường mỏng thơng thường có tổn hao 7dB cịn tường dày có tổn hao 10dB Chú ý 2: khoảng cách điểm ngắt, trung bình cộng thêm 2dB/m, điểm ngắt điển hình: 65m Tồn tham số ta tính sơ đồ logic tồ nhà thiết kế - Mơ hình IMT-2000 Biểu thức tốn học sử dụng mơ hình IMT-2000 để xác định tổn hao trung bình Lp: Lp = 37 + 30lgR + 18,3F[(F+2)/(F+1)-0,46] (dB) (3.27) Trong R khoảng cách máy thu máy phát (m) F số tầng 68 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an đường truyền C Tính bán kính cell Trước tiên, dựa vào tham số quỹ đường truyền để xác định suy hao đường truyền tối đa cho phép Khi đó, dễ dàng tính bán kính cell biết mơ hình truyền sóng áp dụng với môi trường khảo sát (Lmax = Lp) Suy cơng thức tính bán kính cell sau: rcell = 10(Lp - L’)/X (3.28) Lp = L’ + XlgR (3.29) + Mơ hình Hata-Okumura: L’ = A + Blgfc - 13,82lghb - a(hm) + Lother (3.30) X = (44,9 - 6,55lghb) (3.31) + Mơ hình Walfisch-Ikegami: - NON-LOS: L’ = 32,4 +20lgfc + Lbsh + ka + kflgfc - 9lgb + Lrts (3.32) X = (20 + kd) - LOS: L’ = 42.6 +20lgfc (3.33) X = 26 + Mơ hình tồ nhà: - Nhiều tầng: L’ = L(R0)-10× n × lg(R0) (3.34) X= 10 × n + Mơ hình Motley- Keenan: L’ = 32.5 + 20×lgf + k×F(k) + p×W(k) + D - db (3.35) X= 1+10a/20 Với a = 20lgR + Mơ hình IMT-2000 - Toà nhà : L’ = 37 + 18 3F[(F+2 ) / ( F+1 ) - 0,46] X = 30 69 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn (3.36) C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Sau tính kích thước bán kính cell, dễ dàng tính diện tích vùng phủ (phụ thuộc vào cấu hình phân đoạn trạm gốc) Diện tích vùng phủ cell có cấu trúc lục giác tính sau: S = K r2 (3.37) [5] Trong đó: S diện tích vùng phủ, r bán kính cực đại cell, K số Bảng 3.5 Các giá trị K sử dụng cho tính tốn vùng phủ sóng Cấu hình Ommi trạm (vơ hướng) K 2.6 - sector - sector - sector 1.3 1.95 2.6 3.3.2 Quy hoạch dung l ợng Dung lượng lý thuyết mạng bị giới hạn số eNodeB đặt mạng Dung lượng mạng bị ảnh hưởng yếu tố mức can nhiễu, thực thi lập biểu, kỹ thuật mã hóa điều chế cung cấp Sau cơng thức dùng để tính số eNodeB tính khía cạnh dung lượng Tồn tốc độ liệu (Overalldatarate) Số eNodeB = (3.38) [10] Dung lượng Site (Site Capacity) Trong site capacity bội số thơng lượng cell (cell throughput), tùy thuộc vào cấu hình cell site - Tính tốn cell throughput + Để tính tốn cell throughput trước tiên ta xét tốc độ bit đỉnh (peak bit rate) Tương ứng với mức MCS (điều chế mã hóa) với có kết hợp MIMO hay khơng tạo tốc độ bit đỉnh khác Tốc độ bit đỉnh tính theo cơng thức sau: Tốc độ bit đỉnh = Số bit Hz × Số sóng mang × Số ký tự subframe (3.39) 1ms Đối với loại điều chế khác mang số bit ký tự khác QPSK mang bit/ký tự, 16QAM mang 4bit/ký tự 64QAM mang 6bit/ký tự 2x2 MIMO gấp đôi tốc độ bit đỉnh QPSK ½ (tốc độ mã hóa ½) mang 1bps/hz, với 70 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 64QAM không sử dụng tốc độ mã hóa với 2x2 MIMO mang 12bps/hz Mỗi băng thơng định có số sóng mang tương ứng cho băng thơng: 72 sóng mang 1.4 Mhz, 180 3Mhz, băng thông 5Mhz, 10Mhz, 20Mhz tương ứng 300, 600 1200 sóng mang Tốc độ đỉnh lý thuyết cao xấp xỉ 170 Mbps sử dụng 64QAM, 2x2 MIMO Nếu sử dụng 4x4 MIMO, tốc độ đỉnh gấp đôi 340 Mbps Số ký tự subframe thường 14 ký tự tương ứng với slot ký tự Bảng 3.6 Tốc độ bit đỉnh tương ứng với tốc độ mã hóa băng thơng Tốc độ bit đỉnh sóng mang / băng thông Kỹ thuật MCS anten sử dụng 72/1.4 Mhz 180/3.0 300/5.0 600/10 1200/20 Mhz Mhz Mhz Mhz QPSK ½ Dịng đơn 0.9 2.2 3.6 7.2 14.4 16 QAM ½ Dịng đơn 1.7 4.3 7.2 14.4 28.8 16 QAM ¾ Dịng đơn 2.6 6.5 10.8 21.6 43.2 64 QAM ¾ Dịng đơn 3.9 9.7 16.2 32.4 64.8 64 QAM 4/4 Dòng đơn 5.2 13.0 21.6 43.2 86.4 64 QAM ắ 2ì2 MIMO 7.8 19.4 32.4 64.8 129.6 64 QAM 4/4 2×2 MIMO 10.4 25.9 43.2 86.4 172.8 Tương ứng với MCS tốc độ bit đỉnh mức SINR, ta xét điều kiện kênh truyền AWGN nên SNR dùng thay cho SINR, tốc độ bit đỉnh xem dung lượng kênh Dựa vào công thức dung lượng kênh Shannon: C1 = BW1 log2(1+SNR) (3.40) Ta suy SNR: SNR = 2(C1/BW1)-1 (lần) (3.41) Trong BW1 băng thơng hệ thống (chẳng hạn 1.4 Mhz, 3Mhz, …20Mhz) + Từ SNR tìm ta tính thơng lượng cell (cell throughput) qua cơng thức sau: C = F×BW×log2(1+SNR) (3.42) [6] 71 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Trong BW băng thơng cấu hình chiếm 90% băng thơng kênh truyền băng thông kênh truyền từ 3-20 Mhz Đối với băng thông kênh truyền 1.4 Mhz, băng thông truyền chiếm 77% băng thơng kênh truyền Vì triển khai kênh truyền 1.4 Mhz, hiệu suất sử dụng phổ thấp so với băng thông 3Mhz Băng thơng cấu hình tính theo cơng thức sau: BW = Nsc  Ns  Nrb Tsub (3.43) [6] Trong đó: Nsc số sóng mang khối tài nguyên (RB), Nsc = 12 Ns số ký tự OFDM subframe Thông thường 14 ký tự sử dụng CP thông thường Nrb số khối tài nguyên (RB) tương ứng với băng thông hệ thống (băng thông kênh truyền) Chẳng hạn băng thơng kênh truyền 1.4 Mhz có RB phát BW channel BW config R B R B R B R B R B R B R B 10 11 12 13 14 R B R B R B R B R B R B R B Hình 3.3 Quan hệ băng thơng kênh truyền băng thơng cấu hình 72 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Bảng 3.7 Giá trị băng thơng cấu hình tương ứng với băng thơng kênh truyền [4] Băng thông kênh truyền Số RB định cho băng (Mhz) thông kênh truyền 1.4 1.08 15 2.7 25 4.5 10 50 15 75 13.5 20 100 18.0 Băng thơng cấu hình F hệ số sửa lỗi, F tính tốn theo cơng thức sau: Nsc  Ns 4 Tframe - Tcp F= × Ns Tsub N sc  (3.44) [6] Trong đó: Tframe thời gian frame Có giá trị 10 ms Mỗi frame bao gồm 10 subframe subframe có giá trị 1ms Tcp tổng thời gian CP tất ký tự OFDM vòng frame Chiều dài khoảng bảo vệ cho ký tự OFDM 5.71µs CP ngắn 16.67µs CP dài Mỗi frame bao gồm 10 subframe, subframe lại bao gồm slot mà slot bao gồm ký tự OFDM Do Tcp có giá trị 14x10x5.71 = 779.4µs hay 14x10x16.67 = 2.33ms - Tính tốn overalldatarate Overalldatarate tính tốn theo cơng thức sau: Overalldatarate = Số user x Tốc độ bit đỉnh x Hế số OBF (3.45) [10] Trong đó: hệ số OBF (Overbooking factor) số user trung bình chia 73 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an sẻ đơn vị kênh truyền Đơn vị kênh truyền sử dụng quy hoạch mạng tốc độ bit đỉnh, trình bày Nếu giả sử 100% tải hệ số OBF tỷ số tốc độ đỉnh tốc độ trung bình (PAPR) Tuy nhiên điều khơng an toàn cho việc quy hoạch mạng với tải 100% hệ số utilisation sử dụng Hệ số utilisation này, hầu hết tất mạng nhỏ 85% để bảo đảm chất lượng dịch vụ (QoS) Hệ số OBF tính tốn theo cơng thức sau: OBF = PAPR × Hệ số utilisation (3.46) [10] Sau tính tốn số eNodeB theo vùng phủ số eNodeB theo dung lượng, ta tối ưu số eNodeB lại cách lấy số eNodeB lớn hai trường hợp Số eNodeB số eNodeB cuối lắp đặt vùng định sẵn 3.4 Tối ưu mạng Tối ưu mạng 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 Giai đoạn đầu trình tối ưu định nghĩa thị hiệu Chúng gồm kết đo hệ thống quản lý mạng số liệu đo thực tế để xác định chất lượng dịch vụ Với giúp đỡ hệ thống quản lý mạng ta phân tích hiệu khứ, dự báo tương lai Mục đích phân tích chất lượng mạng cung cấp cho nhà khai thác nhìn tổng quan chất lượng hiệu mạng, bao gồm việc lập kế hoạch trường hợp đo trường đo hệ thống quản lý mạng để lập báo cáo điều tra Đối với hệ thống 2G, chất lượng dịch vụ gồm: thống kê gọi bị rớt phân tích nguyên nhân, thống kê chuyển giao kết đo lần gọi thành cơng Cịn hệ thống 3G, 4G có dịch vụ đa dạng nên cần đưa định nghĩa chất lượng dịch vụ Trong hệ thống thông tin di động hệ thứ tư việc tối ưu hóa mạng quan trọng mạng hệ thứ tư cung cấp nhiều dịch vụ đa dạng Điều chỉnh tự động phải cung cấp câu trả lời nhanh cho điều khiển thay đổi lưu lượng mạng 3.5 Điều khiển công suất k nh PUSCH TE [7] Công suất phát UE hướng lên định nghĩa sau: Ppusch = {Pmax , 10log10M + P0 + α.PL + δmcs + f(∆i) } 74 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn (3.47) C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Trong đó: Pmax: cơng suất phát tối đa cho phép UE Nó phụ thuộc vào lớp công suất phát UE M: số khối tài nguyên (RB) P0: thông số cụ thể cell/UE α: hệ số bù tổn hao Nó thuộc [0,1] Trong α = khơng có điều khiển cơng suất, 0