Qui mụ thiết kế ...70 Trang 5 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT# 3G Third Generation Thế hệ ba 3GPP 3rd Generation Partnership Project Tổ chức chuẩn húa cỏc cụng nghệ mạng thụng tin di động tế b
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
Khái quát một số công nghệ đa truy nhập điển hình
Về lý thuyết, có ba công nghệ đa truy cập truyền thống chủ yếu: FDMA, TDMA và CDMA như minh hoạ trên hình 1.1
Hình 1.1 Các kiểu đa truy nhập : (a) FDMA (b) TDMA (c) CDMA
Công nghệ đa truy cập trong hệ thống viễn thông không dây là một yếu tố quan trọng, quyết định cách thức người dùng chia sẻ môi trường truyền dẫn chung.
FDMA chia một băng tần thành nhiều kênh tần nhỏ, mỗi kênh được gán cho một người sử dụng cụ thể Phương pháp này đã được áp dụng trong các hệ thống viễn thông vô tuyến tương tự Các hệ thống không dây tế bào tiêu biểu sử dụng FDMA bao gồm Hệ thống điện thoại di động tiên tiến (AMPS) ở Mỹ, Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu (NMT) tại Châu Âu, và Hệ thống viễn thông truy cập toàn diện (TACS) ở Anh.
TDMA là công nghệ đa truy cập sử dụng trong hệ thống viễn thông vô tuyến, chia băng tần thành các khe thời gian, cho phép mỗi người dùng chỉ được truy cập trong một khe thời gian nhất định Việc phân kênh cho người dùng trong cùng một băng tần được thực hiện thông qua việc chia sẻ thời gian Các tiêu chuẩn TDMA nổi bật bao gồm GSM tại Châu Âu và IS-54/136 tại Bắc Mỹ Kể từ năm 1990, GSM đã phát triển thành hệ thống truyền thông di động thế hệ thứ hai tại Châu Âu, với lần đầu tiên triển khai ở 18 quốc gia vào năm 1991 Đến cuối năm 1993, GSM đã được chấp nhận tại hơn 9 quốc gia Châu Âu khác, cũng như tại Úc, Hồng Kông và nhiều nước ở Châu Á, Nam Mỹ.
CDMA, hay mã phân chia theo mã, là công nghệ đa truy cập trong hệ thống truyền thông di động số, cho phép nhiều người dùng truyền thông tin đồng thời trên cùng một băng tần Mỗi người dùng được gán một mã giả ngẫu nhiên, giúp chuyển tín hiệu thành dạng có phổ trải rộng, và tín hiệu được tách ra tại phía thu bằng cách sử dụng tương quan Một trong những chuẩn CDMA quan trọng là IS-95, ra đời vào đầu thập niên 90, nhằm cung cấp giải pháp thay thế cho hệ thống AMPS và dịch vụ thoại đồng thời với tốc độ dữ liệu 9,6 Kbps Thị trường chính của IS-95 bao gồm Mỹ, Nhật và Hàn Quốc, với Hàn Quốc là thị trường lớn nhất Thành công của IS-95 tại Hàn Quốc đã dẫn đến việc nó trở thành chuẩn quốc gia Hiện nay, CDMA được công nhận là một trong những công nghệ vô tuyến số phát triển nhanh nhất, được áp dụng tại hơn 50 quốc gia và trở thành mô hình đa truy cập cho các hệ thống 3G.
Đa truy nhập là một khái niệm quan trọng với nhiều kỹ thuật khác nhau, nhưng thực tế chỉ có ba công nghệ chính được áp dụng là FDMA, TDMA và CDMA Trong số này, CDMA nổi bật với nhiều ưu điểm, đặc biệt là khả năng tích hợp dịch vụ và dung lượng vượt trội Hiểu rõ sự khác biệt của CDMA so với các công nghệ khác sẽ giúp chúng ta có nền tảng vững chắc để phân tích dung lượng và các yếu tố ảnh hưởng đến dung lượng trong CDMA ở các chương tiếp theo.
Lịch sử và xu thế phát triển của thông tin di động tế bào CDMA
Hình 1.2 Lịch sử phát triển của hệ thống vô tuyến tế bào
Việc áp dụng công nghệ CDMA trong các hệ thống tế bào không dây bắt đầu với chuẩn IS-95A, được thiết kế để tăng dung lượng so với các hệ thống thế hệ thứ nhất nhằm đáp ứng sự gia tăng nhanh chóng của thuê bao Từ năm 1996, sự phát triển của IS-95 đã hướng tới việc hỗ trợ các dịch vụ tốc độ cao, dẫn đến sự ra đời của chuẩn IS-95B vào năm 1998 Trong khi IS-95A chỉ sử dụng một mã trải phổ trên một kênh lưu lượng, IS-95B cho phép ghép 8 mã để truyền dẫn với tốc độ bít cao hơn Các hệ thống IS-95B có thể hỗ trợ tốc độ dữ liệu người dùng lên tới 115,2 Kbps mà không làm thay đổi lớp vật lý của IS-95A Bước phát triển tiếp theo trong công nghệ CDMA là CDMA băng rộng.
CDMA băng rộng sử dụng băng tần 5MHz hoặc lớn hơn, với hai mô hình chính cho hệ thống không dây 3G là WCDMA và CDMA2000 Cuộc chạy đua về gói dữ liệu tốc độ cao trong CDMA bắt đầu từ cuối năm 1999, khi các nhà thiết kế nhận ra rằng ứng dụng dữ liệu chủ yếu liên quan đến giao thức Internet, dẫn đến việc tối ưu hóa hiệu suất dữ liệu gói trở thành ưu tiên hàng đầu Sự xuất hiện của các công nghệ mới như 1xEV-DO và HSDPA đã cải thiện truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao Các yếu tố quan trọng của các hệ thống này bao gồm khả năng truyền dẫn dữ liệu tốc độ biến đổi, điều chế và mã hóa thích nghi, cùng với việc tối ưu hóa hiệu suất hệ thống trong khi vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) HSDPA đánh dấu bước tiến lớn của mạng WCDMA, với tốc độ đỉnh dữ liệu và thông lượng được cải thiện rõ rệt so với phiên bản năm 1999.
Vào tháng 3 năm 2000, 3GPP đã chấp nhận một nghiên cứu khả thi về HSDPA Báo cáo liên quan đến nghiên cứu này được đưa vào bản release 4, trong khi các chỉ tiêu cụ thể của HSDPA đã được hoàn thiện trong bản release 5 vào cuối năm đó.
Vào năm 2001, CDMA2000 phát triển theo hướng khác biệt, bắt đầu từ 1xEV-DO, với 1xEV-DV cho thoại và dữ liệu tốc độ cao là bước tiếp theo Đáng chú ý, 1xEV-DV không cần phải xuất phát từ 1xEV-DO Cả hai công nghệ 1xEV-DO và 1xEV-DV đều hỗ trợ tốc độ dữ liệu lên đến 2,4 Mbps trong băng tần 1,25 MHz, tương thích với chiến lược tần số của các hệ thống CDMA 2G và 3G dựa trên IS-95 và CDMA2000.
Sự phát triển của CDMA là điều tất yếu nhờ vào những ưu điểm vượt trội so với các hệ thống đa truy nhập khác, bao gồm hiệu quả tái sử dụng tần số cao với hệ số tái sử dụng bằng 1, khả năng chống nhiễu đa đường tốt, và khả năng chịu tải tốt CDMA cũng đơn giản trong việc áp dụng biện pháp sector hóa và khai thác các thời điểm không tích cực thoại, cùng với các thủ tục chuyển giao hiệu quả.
Việc đánh giá dung lượng hệ thống vô tuyến, đặc biệt là trong các hệ thống CDMA, là rất quan trọng để đảm bảo truyền thông đa phương tiện hiệu quả giữa nhiều người dùng Dung lượng của các hệ thống này phụ thuộc vào các yếu tố như lưu lượng, điều khiển công suất và sector hoá Để hỗ trợ các dịch vụ hỗn hợp, cần tập trung vào các đặc trưng của các loại lưu lượng khác nhau, từ đó giúp cải thiện chất lượng dịch vụ và đáp ứng các yêu cầu về QoS.
Công nghệ CDMA 2000
1.3.1 Các đặc điểm của CDMA
(1) Tính đa dạng c a phân tập ủ
Trong hệ thống điều chế băng hẹp như điều chế FM analog, tính đa dạng tần số giúp giảm thiểu hiện tượng fading nghiêm trọng Vấn đề fading trở nên nghiêm trọng hơn trong các hệ thống truyền thông, nhưng có thể được giảm thiểu trong điều chế CDMA băng rộng, nơi các tín hiệu được thu nhận từ các đường khác nhau một cách độc lập.
Hiện tượng fading xảy ra liên tục trong hệ thống truyền thông do fading đa đường, không thể loại trừ hoàn toàn Các hiện tượng fading này ảnh hưởng đến khả năng xử lý tín hiệu, gây khó khăn trong việc duy trì chất lượng truyền tải.
Phân tập là một kỹ thuật giảm fading, bao gồm ba loại: phân tập theo thời gian, phân tập theo tần số, và phân tập theo khoảng cách Phân tập theo thời gian đạt hiệu quả nhờ việc chèn và mã hóa sai Hệ thống CDMA băng rộng sử dụng phân tập theo tần số để mở rộng khả năng báo hiệu trong một băng tần rộng, với fading liên hợp có ảnh hưởng đến băng tần báo hiệu từ 200 đến 300 KHz Phân tập theo khoảng cách hay theo đường truyền có thể đạt được qua ba phương pháp khác nhau.
- Thiết lập nhiều đư ng báo hiệu (chuyển vùng mờ ềm) đ kể ết nối máy di động đ ng th i v i 2 ho c nhi u BTS ồ ờ ớ ặ ề
Sử dụng môi trường đa đường giúp tối ưu hóa chức năng truyền tải thông tin, bao gồm việc thu nhận và tổ hợp các tín hiệu phát từ các hệ thống khác Việc này không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn giảm thiểu độ trễ trong quá trình truyền dữ liệu.
- Đặt nhi u anten tại BTS ề
Có 3 d ng phân tạ ập:
+ Phân t p theo thậ ời gian - Chèn mã, tách lỗi và mã s a sai.ử
+ Phân t p theo tậ ần số - tín hiệu băng rộng 1,25 MHz
+ Phân t p theo khoậ ảng cách (theo đường truyền) - hai cặp anten thu của BTS, bộ thu đa đường và kết nố ới v i nhi u BTS (chuy n vùng m m).ề ể ề
Phân tập anten có thể dễ dàng áp dụng cho hệ thống FDMA và TDMA Phân tập theo thời gian thích hợp cho tất cả các hệ thống số có tốc độ truyền dữ liệu cao và yêu cầu sửa sai Tuy nhiên, các phương pháp khác lại dễ dàng áp dụng hơn cho hệ thống CDMA.
Dải rộng của phân tập theo đường truyền trong hệ thống CDMA dãy trực tiếp cho phép cung cấp khả năng chống nhiễu tốt hơn, đặc biệt trong môi trường có điện từ trường (EMI) cao Điều này giúp cải thiện chất lượng tín hiệu và đảm bảo hiệu suất truyền thông ổn định.
Bộ điều khiển đa đường tách dụng sóng PN sử dụng bộ tương quan song song để nâng cao hiệu suất thu tín hiệu Máy di động sử dụng ba bộ tương quan, trong khi BTS sử dụng bốn bộ tương quan Máy thu với bộ tương quan song song, được gọi là máy thu quét, xác định tín hiệu thu theo từng đường và tổng hợp tất cả các tín hiệu thu được Fading có thể xảy ra trong mỗi tín hiệu thu, nhưng không có sự tương quan giữa các đường thu, do đó tổng hợp các tín hiệu thu được có độ tin cậy cao vì khả năng fading đồng thời trong tất cả các tín hiệu thu là rất thấp.
Nhiều bộ tách tương quan có thể áp dụng một cách hiệu quả cho hệ thống thông tin với hai BTS, giúp thực hiện chuyển vùng mềm cho máy di động.
(2) Điều khi n công suất CDMA ể
Hệ thống CDMA cho phép điều khiển công suất phát hai chiều giữa BTS và máy di động, nhằm cung cấp mật độ lưu lượng lớn, chất lượng dịch vụ cao và nhiều lợi ích khác Mục tiêu của việc điều khiển công suất phát là đảm bảo tín hiệu từ tất cả các máy di động trong khu vực phục vụ được thu nhận ổn định tại bộ thu của BTS Khi công suất phát của các máy di động được điều chỉnh đồng bộ, tổng công suất thu tại bộ thu của BTS sẽ trở thành công suất thu trung bình từ nhiều máy di động.
Bộ thu CDMA của BTS chuyển đổi tín hiệu CDMA từ các máy di động thành thông tin số băng rộng Trong quá trình này, tín hiệu từ các máy di động khác chỉ được xem như là tín hiệu nhiễu của băng tần Thủ tục thu hẹp băng được gọi là độ lợi xử lý, nhằm nâng cao tỷ số tín hiệu/giao thoa (dB) từ giá trị trừ nhiễu lên đến một mức đủ cao để cho phép hoạt động với lỗi bit chấp nhận được.
Mục tiêu chính là tối ưu hóa lợi ích của hệ thống CDMA bằng cách tăng cường số lượng cuộc gọi đồng thời trong một băng tần nhất định Để đạt được hiệu suất tối ưu, tín hiệu truyền từ máy di động cần được thu nhận bởi BTS với tỷ lệ tín hiệu/giao thoa đạt yêu cầu tối thiểu, nhằm kiểm soát công suất của máy di động một cách hiệu quả.
Hoạt động của máy di động sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng nếu tín hiệu mà BTS thu được từ các máy di động là quá yếu Khi tín hiệu của các máy di động được cải thiện, hiệu suất hoạt động của chúng sẽ tốt hơn Tuy nhiên, việc giao thoa với các máy di động khác cùng sử dụng một kênh sẽ gia tăng, dẫn đến chất lượng cuộc gọi của các thuê bao khác có thể bị giảm nếu dung lượng tối đa không được duy trì.
Việc điều khiển công suất phát từ máy di động tới BTS là chức năng cơ bản của máy di động trong hệ thống CDMA Máy di động tự động điều chỉnh công suất phát dựa trên mức công suất thu được từ BTS Khi máy di động đo được công suất từ BTS, nó sẽ điều chỉnh công suất phát theo tỷ lệ nghịch với mức công suất đo được Mạch điều khiển công suất này giúp đảm bảo các tín hiệu phát từ các máy di động được thu nhận đồng bộ tại BTS BTS cung cấp chức năng điều khiển công suất bằng cách cung cấp một hằng số định cỡ, liên quan chặt chẽ đến các yếu tố như cường độ tín hiệu và độ ồn tại BTS, nhằm tối ưu hóa hiệu suất anten và khuếch đại công suất phát Hằng số này được truyền từ BTS tới máy di động như một phần của thông điệp thông báo.
Hình 1.3 minh họa quá trình điều khiển công suất trong hệ thống CDMA BTS thực hiện chức năng kích hoạt để điều chỉnh công suất từ máy di động tới BTS thông qua mã khóa Khi mã khóa được kích hoạt, BTS sẽ điều chỉnh công suất một cách tự động, giúp máy di động duy trì công suất phát tối ưu.
BTS so sánh tín hiệu thu được từ máy di động để điều chỉnh giá trị trợ giúp ngưỡng biến đổi và kiểm soát công suất tăng hay giảm sau mỗi khoảng thời gian 1,25 ms Việc xác định giá trị trầm mà mạch đóng cần bù cho giá trị xác định của cảm biến mở nhằm cải thiện độ ổn định và giảm thiểu suy hao truyền dẫn giữa BTS và máy di động.
CƠ SỞ THIẾT KẾ MẠNG CDMA
Sơ đồ kiến trúc mạng CDMA 2000 1X
Hình 2.1 : Kiến trúc mạng CDMA 2000 1X
MS ( Mobile Station ) : Trạm di động
BTS ( Base Transceiver Station ) : Trạm thu phát gốc
BSC ( Base Station Controller ) : Bộ điều khiển trạm gốc
MSC ( Mobile Switching Center ) : Trung tâm chuyển mạch di động
HLR ( Home Location Register ) : Bộ ghi định vị thường trú
VLR ( Visitor Location Register ) : Bộ ghi định vị tạm trú
SMS ( Short Message Services ): Dịch vụ bản tin ngắn
PDSN ( Packet Data Serving Node ) : Nút phục vụ số liệu gói
AAA ( Authentication, Authorization and Accounting ) : Xác nhận, trao quyền và thanh toán
PDN ( Public Data Network ) : Mạng số liệu công cộng
PSTN ( Public Switched Telephone Network ) : Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng
ISDN ( Integrated Services Digital Network ) : Mạng số liên kết đa dịch vụ
2.1.1 Nút phục vụ số liệu gói PDSN :
PDSN là một thành phần mới trong mạng CDMA 2000 1X, không có trong cdmaOne, và đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý các dịch vụ gói Nhiệm vụ chính của PDSN là hỗ trợ các dịch vụ gói và thực hiện các chức năng thiết yếu liên quan đến việc quản lý và truyền tải dữ liệu.
- Thiết lập, duy trì và kết cuối các phiên của giao thức điểm đến điểm PPP (Point to Point Protocol)
- Hỗ trợ các dịch vụ gói đơn giản và IP di động MIP (Mobile IP)
- Thiết lập, duy trì và kết thúc các đoạn nối logic với mạng vô tuyến RN và giao diện vô tuyến gói
- Khởi đầu nhận thực, trao quyền và thanh toán (AAA) đến AAA chủ cho khách hàng di động
- Tiếp nhận các thông số dịch vụ từ AAA chủ cho khách hàng di động
- Định tuyến các gói đến và từ mạng số liệu ngoài
- Thu thập số liệu sử dụng để truyền đến AAA
2.1.2 Nhận thực, trao quyền và thanh toán AAA:
AAA Server là một thành phần quan trọng trong hệ thống CDMA 2000 1X, đóng vai trò cung cấp các chức năng nhận thực, trao quyền và thanh toán cho mạng dữ liệu gói.
Hệ thống hỗ trợ đa dạng các loại cơ sở dữ liệu, mang đến cho nhà khai thác nhiều lựa chọn linh hoạt Nó cũng cung cấp giao diện tương thích, cho phép làm việc hiệu quả với các nhà khai thác bên thứ ba.
AAA Server liên lạc với PDSN qua mạng IP và thực hiện các chức năng chính ở mạng CDMA 2000 1X như sau:
- Nhận thực liên quan đến các kết nối PPP và MIP
- Trao quyền ( lý lịch dịch vụ, phân phối khóa bảo mật và quản lý )
HA là phần tử chính thứ ba của mạng dịch vụ gói trong hệ thống CDMA
HA thực hiện nhiệm vụ theo dõi vị trí của thuê bao MIP khi di chuyển giữa các vùng chuyển mạch gói khác nhau Trong quá trình này, HA đảm bảo rằng các gói dữ liệu được chuyển đến đúng máy di động.
Đóng gói và thiết lập tuyến đường hầm dữ liệu từ các thiết bị đầu cuối trong vùng đã đăng ký (Home Access Terminal) đến các PDSN Gateway/Foreign Agent là cần thiết để quản lý kết nối với các thiết bị đầu cuối không thuộc vùng đăng ký (Visitor Access Terminal).
- Truy tìm vị trí của các thiết bị cuối qua thủ tục đăng ký vị trí đối với các thuê bao sử dụng dịch vụ MIP
- Duy trì kết nối liên tục với các FA/PDSN Gateway
- Sẵn sàng hỗ trợ khả năng nâng cấp mạng lên thế hệ CDMA 2000 1X
EV-DO và EV-DV.
Router đóng vai trò quan trọng trong việc định tuyến các gói dữ liệu giữa các mạng khác nhau trong hệ thống CDMA 2000 1X Nó không chỉ chịu trách nhiệm gửi và nhận các gói mà còn kết nối hiệu quả giữa các mạng khác nhau.
2.1.5 Trạm thu phát gốc BTS:
BTS giao tiếp với MS thông qua giao diện vô tuyến Um, bao gồm các thiết bị thu phát, anten và xử lý tín hiệu đặc thù Có thể xem BTS như một "modem" vô tuyến phức tạp, đảm nhận vai trò quan trọng trong hệ thống truyền thông di động.
BTS chịu trách nhiệm phân phối tài nguyên như tần số, công suất và mã định kênh (Walsh) cho các thuê bao Nó cũng được trang bị thiết bị vô tuyến vật lý để phát và thu tín hiệu CDMA 2000 1X.
BTS đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển giao diện giữa mạng CDMA 2000 1X và thiết bị người sử dụng Nó không chỉ quản lý nhiều tính năng của hệ thống mà còn ảnh hưởng đến hoạt động của mạng Cụ thể, BTS điều khiển sóng mang tại một trạm, điều chỉnh công suất đường xuống, phân bổ mào đầu lưu lượng và thực hiện chuyển giao mềm, đồng thời phân phối mã Walsh để tối ưu hóa hiệu suất mạng.
Hệ thống CDMA 2000 1X cho phép sử dụng nhiều sóng mang trên một sector, tương tự như IS-95 Khi khởi tạo phiên gói hoặc phiên thoại mới, BTS cần quyết định cách ấn định sóng mang để tối ưu hóa dịch vụ cho người dùng Trong quá trình quyết định, BTS xem xét yêu cầu dịch vụ, cấu hình vô tuyến, kiểu người sử dụng và phân loại dịch vụ là thoại hay gói Tuy nhiên, nguồn tài nguyên của BTS có thể bị hạn chế về cả mặt vật lý và logic, tùy thuộc vào trạng thái cụ thể.
BTS có thể giảm chất lượng dịch vụ từ kết nối có tốc độ trải phổ cao hơn xuống kết nối có tốc độ trải phổ thấp hơn nếu:
- Yêu cầu nguồn tài nguyên không phải là chuyển giao
- Yêu cầu nguồn tài nguyên không sẵn có
- Các nguồn tài nguyên thay thế sẵn có
Sau đây là một vài nguồn tài nguyên logic và vật lý mà BTS cần phân bổ khi phân phối các nguồn tài nguyên cho thuê bao:
- Kênh cơ sở FCH (số các nguồn tài nguyên vật lý sẵn có)
- Công suất đường xuống FCH (công suất đã được phân bổ và là sẵn có)
- Các mã Walsh yêu cầu (và các mã này là có sẵn)
Nguồn tài nguyên vật lý của BTS đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý các thành phần kênh cần thiết cho cả dịch vụ thoại và dịch vụ gói.
2.1.6 Bộ ề đi u khi n trể ạm gốc (BSC):
BSC chịu trách nhiệm quản lý và điều khiển tất cả các BTS trong khu vực của nó Nó thực hiện việc định tuyến các gói dữ liệu giữa các BTS và PDSN, đồng thời cũng định tuyến lưu lượng TDM tới chuyển mạch MSC.
Cấu trúc địa lý hệ thống thông tin di động CDMA 2000 1X
Hình 2.2: Cấu trúc địa lý của mạng CDMA 2000 1X
Mạng thông tin di động CDMA 2000 1X là hệ thống chia ô, có cấu trúc địa lý như sau:
Vùng mạng : GMSC làm việc như tổng đài trung kế của mạng CDMA
2000 1X Tất cả các cuộc gọi tới thuê bao của mạng sẽ được định tuyến đến một hay nhiều GMSC
Vùng phục vụ MSC/VLR là một phần của mạng CDMA 2000 1X, được chia thành nhiều vùng khác nhau Để thực hiện việc định tuyến cuộc gọi tới thuê bao di động, hệ thống sẽ kết nối đường truyền qua mạng tới MSC đang phục vụ thuê bao đó.
Vùng định vị LA là một khu vực phục vụ MSC/VLR, được chia thành nhiều vùng nhỏ, cho phép MS di chuyển tự do mà không cần cập nhật vị trí Thông báo tìm gọi MS được phát trong mỗi LA, và mỗi LA có thể phụ thuộc vào một hoặc nhiều BSC nhưng chỉ thuộc về một MSC/VLR Vùng định vị này được chia thành các ô, mỗi ô tương ứng với một BTS, có bán kính từ 350m đến 35km, tùy thuộc vào địa hình và lưu lượng thông tin Có hai loại BTS dựa trên cấu tạo anten sử dụng.
• BTS omnidirectional với anten vô hướng, bức xạ sóng điện từ ra toàn bộ không gian với góc bức xạ 360 0
• BTS sector với 2 hay 3 hay 6 anten định hướng 180 0 hay 120 0 hay 60 0
Các mô hình tổn hao đường truyền trong thông tin di động
Thông tin di động chịu ảnh hưởng lớn từ các điều kiện địa hình như cây cối, tòa nhà và các vật cản khác, tác động đến quá trình truyền lan sóng điện từ Hiện nay, có nhiều mô hình truyền sóng được áp dụng để tính toán suy hao đường truyền qua những địa hình đặc biệt Mặc dù tất cả các mô hình này đều nhằm mục đích xác định cường độ tín hiệu tại một điểm thu hoặc trong một khu vực nhất định, nhưng chúng khác nhau về cách tiếp cận, độ phức tạp và độ chính xác Bài viết này sẽ xem xét một số mô hình truyền sóng phổ biến để tính toán tổn hao đường truyền.
2.3.2 Các mô hình tổn hao đường truyền
2.3.2.1 Mô hình tổn hao đường truyền trong không gian tự do:
Tổn hao đường truyền trong không gian tự do xảy ra khi tín hiệu thu giảm dần do khoảng cách giữa trạm di động và trạm gốc tăng lên Khi không có vật cản giữa anten phát và anten thu, mật độ công suất thu suy hao tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách R giữa hai anten.
L = πλ (2.1) Nếu tính theo dB ta có
+ R (km): Khoảng cách giữa máy thu và máy phát
+ λ ( mà ): Bước súng tớn hiệu
+ fc (Mhz): Tần số sóng mang của tín hiệu
+ Lp (dB): Tổn hao đường truyền của tín hiệu
Mô hình tổn hao trong không gian tự do chủ yếu được áp dụng trong lĩnh vực thông tin vệ tinh và hệ thống thông tin khoảng cách xa, nơi mà việc truyền tín hiệu diễn ra chủ yếu trong không gian tự do.
Mô hình Okumura là một trong những mô hình phổ biến nhất để tính toán trong môi trường thành phố, áp dụng cho dải tần từ 150MHz đến 1920MHz và khoảng cách từ 1km đến 100km, với chiều cao anten trạm gốc từ 30m đến 1000m Trong khi đó, mô hình Hata là một mô hình kinh nghiệm được sử dụng trong dải tần từ 150MHz đến 1500MHz, giúp xác định suy hao đường truyền trong nhiều trường hợp khác nhau.
Dưới đây là các biểu thức được sử dụng trong mô hình Hata để xác định tổn hao trung bình Lp
A - Vùng thành phố (urban area):
L p = 69,55+26,16logf c -13,82logh b -a(h m )+(44,9-6,55logh b )logR (dB) (2.3)
Trong đó: fc: Tần số (MHz) lp: Tổn hao trung bình(dB) h b : Độ cao anten trạm gốc (m) a(h m ): Hệ số hiệu chỉnh cho độ cao anten di động (dB)
R: Khoảng cách từ trạm gốc đến MS(km)
Dải tham số sử dụng được cho mô hình Hata là:
1 ≤ R 20 km ≤ a(h m ) được tính như sau:
+ Đối với thành phố nhỏ và trung bình: a(hm) = (1,1logfc – 0,7)hm – (1,56logfc –0,8) [dB] (2.4) + Đối với thành phố lớn: a(hm) = 8,29(log1,54hm) 2 – 1,1 [dB]; fc ≤200 MHz (2.5) hoặc a(hm) = 3,2(log11,75h m ) 2 – 4,97 [dB]; f c ≥ 400 MHz
C - Vùng nông thôn (open area):
Lp (open) = Lp (urban) 4,78(logf– c) 2 – 40,94 [dB] (2.8)
Mô hình Hata không xem xét các hiệu chỉnh cho đường truyền như mô hình Okumara, vốn có xu hướng trung bình hoá các tình trạng cực điểm và không phản ứng nhanh với sự thay đổi của mặt cắt đường truyền vô tuyến Mô hình Okumara đòi hỏi đánh giá thiết kế lớn, đặc biệt trong việc lựa chọn các yếu tố môi trường phù hợp, cần có dữ liệu để dự đoán các nhân tố môi trường dựa trên tính chất vật lý của các toà nhà xung quanh Ngoài ra, cần thực hiện hiệu chỉnh theo đường truyền cụ thể để điều chỉnh dự đoán tổn hao đường truyền trung bình của Okumara cho phù hợp với đường truyền cụ thể Các kỹ thuật Okumara để hiệu chỉnh mặt đất bất thường và các đặc điểm đường truyền cụ thể yêu cầu diễn giải thiết kế, do đó không thích hợp cho tính toán.
2.3.2.3 Mô hình Walfisch/Ikegami (COST 231)
Mô hình đánh giá tổn hao đường truyền thông tin tế bào trong môi trường thành phố kết hợp giữa mô hình thực nghiệm và xác định, áp dụng cho dải tần 800 ÷ 2000 MHz Mô hình bao gồm ba yếu tố chính: tổn hao không gian tự do (L_f), nhiễu xạ mái nhà - phố (diffraction rooftop to street), tổn hao tán xạ (L_rts) và tổn hao do nhiều vật chắn (L_ms) Các biểu thức sử dụng trong mô hình này được xác định rõ ràng để tối ưu hóa hiệu suất truyền thông trong các khu vực đô thị.
Lp = Lf + Lrts + Lms [dB] (2.9) Hay: L p = Lf khi Lrts + Lms≤ 0
+ L f : Tổn hao không gian tự do
+ Lrts: Nhiễu xạ mái nhà phố và tổn hao tán xạ
+ L ms : Tổn hao các vật che chắn
Tổn hao không gian tự do được xác định như sau:
L p = 32,4 + 20log(f c ) + 20log(R) [dB] (2.11) Nhiễu xạ nóc nhà-phố và tổn hao phân tán tính như sau:
L rts = -16,9 – 10logW + 10logf c + 20log(Δh m ) + L o [dB] (2.12)
+ φ: góc tương ứng tạo với đường phố
Tổn hao các vật chắn xác định như sau:
Lms = Lbsh + Ka + KdlogR + Kflogfc – 9logb [dB] (2.13) Trong đó:
+ b: Khoảng cách giữa các toà nhà dọc theo đường truyền vô tuyến (m) + Lbsh = -18log11 +∆hb nếu hb > hr
Hình 2.3: Mô hình đường truyền (COST 231)
Chú ý: Cả Lbsh và Ka đều tăng tổn hao đường truyền khi độ cao anten trạm gốc thấp hơn.
K đối với thành phố trung bình và vùng ngoại ô có mật độ cây trung bình
K đối với trung tâm thành phố
Dải thông số cho mô hình Walfisch Kkegami phải thoả mãn:-
Có thể sử dụng các giá trị mặc định sau cho mô hình: b = 20 ÷ 50 m;
W = b/2; ф = 90º hr(chiều cao tòa nhà) = 3 x (số tầng) + chiều cao nóc nhà Với chiều cao nóc nhà bằng 3m cho nóc nhà có mái dốc và 0m cho nóc nhà phẳng
Các mô hình được phát triển chủ yếu để phục vụ cho công nghệ thông tin di động hiện tại Tuy nhiên, chúng là các mô hình thực nghiệm, dựa trên việc tổng hợp hệ thống dữ liệu đo đạc trong một khu vực cụ thể Để áp dụng hiệu quả các mô hình này tại một vùng nhất định, cần kết hợp với các kết quả đo đạc thực tế để thực hiện các điều chỉnh cần thiết.
Phương pháp tính dung lượng
Dung lượng của hệ thống CDMA được xác định bởi số lượng người dùng có thể đồng thời đáp ứng yêu cầu về chất lượng dịch vụ (QoS) Việc đánh giá dung lượng này cần xem xét cả trong trường hợp một tế bào (cell) và nhiều tế bào, vì đây là cơ sở cho việc tính toán vùng phủ sóng và quy hoạch trạm BTS.
2.4.1 Mô hình hệ thống và phân tích
Để mô hình hóa các dịch vụ khác nhau trong hệ thống viễn thông, chúng ta giả định có N nhóm người dùng, trong đó một nhóm sử dụng dịch vụ thoại và các nhóm còn lại sử dụng dịch vụ dữ liệu Các người dùng trong mỗi nhóm có yêu cầu chung về chất lượng và tốc độ dữ liệu Công suất nhận được từ trạm phát sóng (BS) được ký hiệu là Sv,I cho người dùng thoại thứ i và Sd j,h cho người dùng thứ j trong nhóm dữ liệu loại i (j = 1, 2, …, N-1) Tốc độ dữ liệu thông tin được ký hiệu là Rv cho nhóm thoại và Rd j cho nhóm dữ liệu loại j Tỉ số Eb/No của người dùng thoại thứ i được thể hiện thông qua các thông số này.
- W là băng thông trải phổ,
- N v và N d j lần lượt biểu thị số người dùng trong nhóm người sử dụng thoại và nhóm người sử dụng dữ liệu thứ j trong một sector
- α là hệ số tích cực tiếng
- I là nhiễu từ các cell khác
- ηo là mật độ phổ công suất nhiễu nền Để đơn giản ta giả thiết:
1 Mỗi BS sử dụng ba anten định hướng lý tưởng
2 Độ tổn hao (suy giảm) trên dường đi giữa người sử dụng và BS tỉ lệ với
Trong nghiên cứu này, công thức 10 ξ / 10 r được sử dụng, trong đó r đại diện cho khoảng cách giữa người sử dụng và bác sĩ, còn ξ là biến ngẫu nhiên theo phân bố Gaussian với giá trị trung bình là 0 và độ lệch chuẩn σ = 8 dB Giả thiết được đưa ra là hiện tượng fading không ảnh hưởng đến mức công suất.
3 Điều khiển công suất hoàn hảo
Điều khiển công suất hoàn hảo cho phép ta có mối quan hệ giữa các tham số Sv, k, S d j, và b Trong thực tế, mức nhiễu nền η o thường có thể bỏ qua vì nó nhỏ so với nhiễu từ các người sử dụng khác, dẫn đến sự tương đương trong công thức 2.14 với o v b.
Tương tự, tỉ số tín hiệu trên nhiễu đối với nhóm người sử dụng dữ liệu thứ j là: d j o b
Công thức trên áp dụng cho mọi trường hợp mà N v ≠ 0 và ≠ 0 d j
N Từ 2.15 và 2.16 ta có mối quan hệ giữa các mức công suất tín hiệu nhận đựơc giữa các nhóm người sử dụng đối với trường hợp ( E b / N o ) v ≠ 0 ( N v ≠ 0 ) và ( / ) ≠ 0 d j o b N
Để đáp ứng nhu cầu về chất lượng dịch vụ, một yếu tố quan trọng trong việc phân biệt các dịch vụ giữa các nhóm người sử dụng, cần phải xem xét các tỉ số liên quan.
Eb/No nhận đựơc phải lớn hơn các mức Eb/No yêu cầu req i j req o d b o d b o v b o v b
(2.19) Để đáp ứng các yêu cầu về tốc độ thông tin dữ liệu của tất cả các nhóm người sử dụng thì phải thoả mãn: req j j req d d v v R R R
R ≥ , ≥ , (2.20) Thay vào 2.15 và 2.16 ta có:
Từ các phương trình trên ta thấy các số lượng người sử dụng trong các nhóm ( , , , , )
N được giới hạn trên như sau: v v v o v b v
Từ đó ta có mối quan hệ giữa số lượng người sử dụng và các giá trị SIR yêu cầu như sau:
2.4.2 Dung lượng CDMA một tế bào Đối với hệ thống một tế bào, nhiễu từ khác cell khác không ảnh hưởng gì tới dung lượng hệ thống và số hạng z được gán bằng 0 Do đó phương trình 2.24 được viết lại rất đơn giản như sau:
Phương trình này mô tả mặt phẳng dung lượng trong không gian N chiều, với tất cả các điểm (N v, N d 1, N d 2, , N d N − 1) thể hiện số lượng người sử dụng tối đa cho các nhóm thoại và dữ liệu trong một sector Theo phương trình 2.25, tổng tài nguyên của hệ thống, lượng tài nguyên mà một người sử dụng thoại tiêu thụ và lượng tài nguyên của người sử dụng trong nhóm dữ liệu thứ i lần lượt là 1, γ v và γ d j Phương trình này khẳng định rằng tài nguyên mà người dùng tiêu thụ không được vượt quá tổng tài nguyên có sẵn.
Hệ thống này bao gồm hai nhóm người sử dụng: một nhóm cho thoại và một nhóm cho dữ liệu Các thông số hệ thống được trình bày trong bảng 2.1 Các miền dung lượng được mô tả qua hình vẽ cho một số trường hợp cụ thể Hình 2.4 minh họa số lượng người sử dụng tối đa cùng với các thông số chất lượng cho nhóm dữ liệu, với (E b /N o )dreq = 12, 10, 5.
Bảng 2.1 Các thông số của Hệ thống CDMA hỗ trợ dịch vụ thoại và dữ liệu
Tham số Ký hiệu Giá trị
Hệ số tích cực thoại α 0,375
Tốc độ dữ liệu thông tin của nhóm dịch vụ thoại R v 9,6Kbps
Tốc độ dữ liệu thông tin của nhóm dịch vụ dữ liệu R d i
Yêu cầu về chất lượng của dịch vụ thoại ( )
Yêu cầu về chất lượng của dịch vụ dữ liệu ( ) req
Hình 2.4 Các đường giới hạn dung lượng của mô hình một thoại-một dữ liệu trong trường hợp một cell khi (Eb/No)req = 12, 10, 5
Hình 2.5 minh họa các giới hạn tối đa về số lượng người sử dụng tương ứng với các tốc độ dữ liệu khác nhau trong nhóm người sử dụng số liệu, cụ thể là 9,6; 7,2; 4,8 và 2,4 Kbps.
Hình 2.5 Các đường giới hạn dung lượng của mô hình một thoại-một dữ liệu trong trường hợp một cell khi Rd=9,6; 7,2; 4,8; 2,4 Kbps
Hình 2.6 minh họa một mặt phẳng dung lượng 3 chiều, trong đó tất cả các điểm nằm dưới mặt phẳng thể hiện số lượng tối đa người sử dụng trong nhóm thoại và hai nhóm dữ liệu.
Hình 2.6 Mặt phẳng dung lượng cho ba nhóm dịch vụ trường hợp một cell
2.4.3 Dung lượng hệ thống CDMA nhiều tế bào
Trong một hệ thống nhiều tế bào, ngoài nhiễu do người sử dụng trong cùng một tế bào, còn có nhiễu từ người sử dụng trong các tế bào khác Ảnh hưởng của nhiễu từ các tế bào khác đến dung lượng hệ thống được thể hiện qua số hạng Z trong phương trình 2.24 Để mô tả trường hợp nhiều tế bào, cần phân tích nhiễu từ các tế bào khác trước khi mô tả Z.
Nhiễu từ các cell khác trong hệ thống CDMA đối với dịch vụ thoại được mô hình hóa như một biến ngẫu nhiên có phân bố Gaussian, với giá trị trung bình và phương sai đặc trưng cho dung lượng hệ thống Để phân tích các trị số này, giả thiết rằng phân bố người sử dụng trong vùng dịch vụ là đồng nhất và sử dụng khoảng cách ngắn nhất để xác định các home cell cũng như mức nhiễu trắng không gian Tương tự, nhiễu từ các cell khác đến môi trường dịch vụ đa phương tiện cũng được mô hình hóa là một biến ngẫu nhiên với phân bố Gaussian.
*φ là biến tích cực tiếng, một biến ngẫu nhiên có phân bố nhị thức có giá trị trung bình là hệ số tích cực tiếng α
* ro là khoảng cách từ một người sử dụng trong một nhóm khác đến
BS xét, và rm là khoảng cách từ người sử dụng đó đến BS của nó (hình 2.7)
* ρ v là mật độ người sử dụng thoại
*ρ d i là mật độ người sử dụng trong nhóm dữ liệu thứ i
Giả thiết rằng vùng dịch vụ được xác định bằng đạo hàm hai lớp trong phương trình 2.26 tương ứng với phần diện tích màu đậm trong hình 2.7, đồng thời không xảy ra hiện tượng chồng lấn giữa các người sử dụng tại cùng một điểm trong không gian.
Hình 2.7 Mô hình tế bào
Giá trị trung bình và phương sai của lượng nhiễu từ các cell khác là:
Biến ngẫu nhiên z có thể được mô hình hóa bằng phân bố Gaussian với giá trị trung bình và phương sai được xác định bởi các thông số 2.25 và 2.30.
Với dung lượng của hệ thống CDMA nhiều cell, 2.24 dùng để xét ảnh hưởng của nhiễu từ các cell khác
So sánh giá trị 2.25 với 2.30 cho thấy tổng tải nguyên của hệ thống giảm một lượng z do nhiễu từ các cell khác Giả định rằng các yêu cầu về hiệu năng của hệ thống được đáp ứng, giá trị P là mức độ tin cậy tối thiểu của hệ thống, thường đặt ở mức 99%.
Vì z là biến ngẫu nhiên có phân bố Gaussian có giá trị trung bình và phương sai cho trong 2.29 nên 2.31 có thể dễ dàng tính được như sau:
ỨNG DỤNG TRONG THIẾT KẾ MỞ RỘNG MẠNG CDMA
Tổng quan hiện trạng và nhu cầu
3.1.1 Mật độ điện thoại tại Việt nam
(nguồn: www.mic.gov.vn)
Trong những năm gần đây, mật độ điện thoại tại Việt Nam đã tăng trưởng mạnh mẽ, với số lượng thuê bao gần gấp đôi trong giai đoạn 2007-2008, đạt 70.400.000 thuê bao vào tháng 9 năm 2008 Sự phát triển này cho thấy thị trường viễn thông Việt Nam đang trên đà tăng trưởng không ngừng, đặc biệt nhờ vào dịch vụ điện thoại cố định không dây, mang lại tiện lợi cho người dùng, nhất là ở vùng nông thôn Tại đây, chi phí đầu tư cho một máy điện thoại cố định có dây cao hơn 1,5 lần so với khu vực thành phố EVNTelecom, một trong những nhà khai thác tiên phong trong dịch vụ này, cần nhanh chóng mở rộng mạng lưới để phát triển thuê bao và chiếm lĩnh thị trường tiềm năng.
3.1.2 Hiện trạng phân bố dải tần tại Việt nam
Dải tần GSM 900 tại Việt Nam đã được chia cho 3 nhà khai thác MobiFone, VinaPhone và Viettel Theo qui hoạch, đoạn băng tần 829 MHz đến
845 MHz và 874 MHz đến 890 MHz dành cho thông tin di dộng sử dụng công nghệ CDMA Hiện nay SPT đã được cấp đoạn băng 829 MHz đến 845 MHz và
Băng tần 874 MHz đến 880 MHz và 821 MHz đến 829 MHz hiện đang được VNPT sử dụng cho điện thoại nội vùng Băng tần 1800 MHz và 1900 MHz dành cho các nhà khai thác di động GSM, với một phần hiện tại cũng được VNPT sử dụng cho WLL Do đó, khu vực băng tần 800 MHz, 900 MHz, 1800 MHz và 1900 MHz không còn chỗ cho bất kỳ nhà khai thác nào muốn có một đoạn băng thống nhất trên toàn quốc.
Quyết định của Bộ Bưu Chính Viễn Thông số: 02/2005/QĐ-BBCVT, ngày 17 tháng 1 năm 2005, quy định rõ về việc sử dụng dải tần như sau:
Hình 3.2: Quy hoạch băng tần
Tần số từ 406,1-430MHz, 450-452,73MHz, 457,02-462,73MHz và 467,02-470MHz được sử dụng cho các hệ thống thông tin vô tuyến điện cố định và di động mặt đất với khoảng cách kênh 12,5kHz hoặc 25kHz Các hệ thống sử dụng tần số trong băng 467,02-470MHz cần lưu ý rằng sẽ có nhiễu từ phát xạ ngoài băng của kênh truyền hình 21.
- 430 440MHz: Dành cho nghiệp vụ vô tuyến định vị -
Dải tần 440-445MHz và 445-450MHz được sử dụng cho các hệ thống vi ba ít kênh cũng như các hệ thống thông tin vô tuyến điện cố định và di động Khoảng cách kênh là 12,5kHz hoặc 25kHz, với khoảng cách thu-phát là 5MHz Dải tần này không bị hạn chế trong việc sử dụng cho các hệ thống cố định và di động với khoảng cách kênh 12,5kHz hoặc 25kHz sử dụng một tần số.
Tần số 452,73 - 457,02 MHz và 462,73 - 467,02 MHz được sử dụng cho các hệ thống thông tin vô tuyến lưu động mặt đất cũng như các hệ thống mạch vòng vô tuyến nội hạt (WLL) áp dụng công nghệ CDMA.
3.1.3 Các số liệu thống kê đầu vào
Theo dữ liệu từ Tổng cục Thống kê và Ngân hàng Thế giới, phân bổ dân cư theo từng tỉnh, số lượng thuê bao trên toàn quốc qua các năm và tốc độ tăng trưởng kinh tế được trình bày như sau:
Bảng 3.1: Dân số và mật độ dân số năm 2007 phân theo địa phương
(Nguồn Tổng cục thống kê)
Dân số trung bình (Nghìn người)
CẢ NƯỚC 85154.9 331211.6 257 Đồng bằng sông Hồng 18400.6 14862.5 1238
Duyên hải Nam Trung Bộ 7185.2 33166.1 217 Đà Nẵng 805.4 1257.3 641
Gia Lai 1165.8 15536.9 75 Đắk Lắk 1759.1 13139.2 134 Đắk Nông 421.6 6516.9 65
Lâm Đồng 1198.8 9776.1 123 Đông Nam Bộ 14193.2 34807.8 408
TP Hồ Chí Minh 6347.0 2098.7 3024 Đồng bằng sông Cửu Long 17524.0 40604.7 432
Bảng 3.2: Phân bổ dân cư Thành thị - Nông thôn
Nguồn Tổng cục Thống kê
(nguồn: www.mic.gov.vn) Hình 3.3: Biểu đồ tổng số thuê bao điện thoại toàn quốc theo từng năm
Bảng 3.3: Số liệu thống kê GDP trên đầu người và dự báo tốc độ tăng trưởng GDP
Growth rate of GDP per capita
Nguồn: World Bank Bảng 3.4: Dự báo tốc độ gia tăng dân số của Việt Nam
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 year po pu la ti on g ro w th r at e
Hình 3.4: Dự báo tốc độ gia tăng dân số
3.1.4 Dự báo nhu cầu dịch vụ truyền thông a) Thoại:
Việc mở cửa thị trường và giảm giá, cùng với việc tiến tới loại bỏ chính sách áp đặt giá đối với các dịch vụ không dây, sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển mạnh mẽ của thị trường thông tin không dây.
Hình dưới đây là dự báo về tỷ lệ sử dụng không dây
Hình 3.5: Dự báo tỷ lệ sử dụng dịch vụ không dây b) Truy cập số liệu không dây:
Hình 3.6: Dự báo tỷ lệ sử dụng số liệu không dây so với tổng lượng thuê bao
Thị trường truy cập dữ liệu không dây hiện nay chủ yếu tập trung vào dịch vụ SMS và WAP, do cơ sở hạ tầng mạng của các nhà khai thác chưa đủ mạnh để triển khai các dịch vụ truyền dữ liệu tốc độ cao Điều này khiến cho các dịch vụ này chưa thu hút được nhiều người dùng Tuy nhiên, khi các công ty mới với công nghệ tiên tiến xuất hiện hoặc các nhà khai thác hiện tại nâng cấp mạng lưới, thị trường dữ liệu không dây sẽ có cơ hội phát triển mạnh mẽ hơn.
Trong tương lai, sự phát triển của Internet cùng với quảng cáo trực tuyến và thương mại điện tử sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của thị trường truy cập dữ liệu không dây Dự báo cho thấy thị trường dữ liệu không dây tại Việt Nam sẽ tăng trưởng mạnh mẽ vào những năm cuối thập kỷ này.
Sử dụng công nghệ tiên tiến với khả năng truyền số liệu tốc độ cao, chúng ta sẽ có lợi thế cạnh tranh trong việc thâm nhập vào thị trường dữ liệu không dây, một lĩnh vực vẫn còn nhiều tiềm năng chưa được khai thác.
Dựa trên số liệu thuê bao quá khứ của từng tỉnh, mật độ dân cư, tốc độ phát triển kinh tế và mục tiêu chiếm lĩnh thị phần của EVNTelecom, chúng tôi đã xác định số lượng thuê bao EVNTelecom dự kiến tại từng tỉnh theo từng năm.
Bảng 3.5: Dự báo thuê bao cho từng tỉnh
Cả nước 606452 2101359 3869179 5596439 7180541 Đồng bằng sông
STT Tỉnh/Thành phố 2006 2007 2008 2009 2010 Tây Nguyên 33,913 117,509 216,366 312,955 401,539
43 Lâm Đồng 8,940 30,978 57,040 82,503 105,856 Đông Nam Bộ 119,995 415,784 765,573 1,107,336 1,420,774
51 TP Hồ Chí Minh 73,503 254,690 468,954 678,302 870,299 Đồng bằng sông Cửu
3.1.6 Thực trạng mạng lưới CDMA 2000 1X của EVNTelecom
Mạng CDMA 2000 1x của EVNTelecom đã được triển khai tại tất cả các tỉnh, thành phố trên toàn quốc, cung cấp dịch vụ cố định không dây và dịch vụ di động với tổng quy mô 1959 trạm thu phát gốc (BTS) và 06 trung tâm chuyển mạch di động (MSC) tại Hà Nội, Đà Nẵng, Nha Trang, Khánh Hòa, Thành phố Hồ Chí Minh và Cần Thơ.
Sau một thời gian hoạt động, mạng CDMA 2000 1X tần số 450MHz của EVNTelecom đã chứng minh được ưu thế của công nghệ không dây, với việc cung cấp các dịch vụ cố định không dây E Com, cố định đầu cuối di động E-Phone và di động toàn quốc E Mobile từ đầu năm 2006 Tuy nhiên, mạng vẫn đang đối mặt với một số khó khăn và tồn tại cần được giải quyết để nâng cao hiệu quả hoạt động.
Mạng hiện tại chủ yếu tập trung vào việc phủ sóng tại các thành phố lớn, thị xã và thị trấn, dẫn đến chất lượng cuộc gọi và khả năng di động của thuê bao còn hạn chế Do đó, dịch vụ chưa được triển khai rộng rãi trong từng khu vực cũng như trên toàn quốc.
- Dải tần 450MHz hiện nay có rất nhiều đơn vị sử dụng gây nhiễu làm ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng mạng
- Thiết bị đầu cuối còn hạn chế do hiện nay còn ít nhà sản xuất
EVNTelecom sở hữu hạ tầng mạng viễn thông lớn với mạng cáp quang và hệ thống truyền dẫn tốc độ cao, kết nối đến 64/64 tỉnh thành và hầu hết các huyện trên toàn quốc Hạ tầng này sẵn sàng cung cấp dịch vụ cho các BTS của mạng CDMA mà EVNTelecom đang triển khai, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về dịch vụ thoại cố định và di động, truy cập dữ liệu không dây, cũng như Internet băng rộng của khách hàng.
3.1.7 Sự cần thiết của thiết kế mở rộng
Thiết kế hệ thống mạng truy cập và chuyển mạch
Để đạt được mục tiêu mở rộng vùng phủ sóng và phát triển dung lượng mạng, việc khảo sát và xác định vị trí lắp đặt trạm phát sóng BTS là rất quan trọng Quá trình này bao gồm việc đo đạc tọa độ nhằm tính toán chính xác vùng phủ sóng của mạng.
- Đưa ra các yêu cầu, chỉ tiêu kỹ thuật của thiết bị và hệ thống mạng
- Tính toán dung lượng, xác định được quy mô thiết kế
- Thiết kế mạng truy nhập, tính toán vùng phủ sóng, xác định cấu hình BTS
- Thiết kế, tính toán, nâng cấp mạng lõi và hệ thống chuyển mạch
3.2.2 Các yêu cầu đối với hệ thống
Yêu cầu kỹ thuật chung:
Hệ thống cần được trang bị các tính năng kỹ thuật hiện đại, cho phép nâng cấp và phát triển dễ dàng Cấu trúc mạng phải tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật của Việt Nam và quốc tế, nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc khai thác, vận hành và bảo trì.
- Mạng có cấu trúc mạng linh hoạt
- Mạng CDMA có khả năng cung cấp nhiều loại hình dịch vụ, sẵn sàng có khả năng cung cấp các ứng dụng 3G
- Thiết bị phải được do nhà sản xuất trực tiếp chế tạo, có bề dày kinh nghiệm trong sản xuất các thiết bị cho mạng CDMA
- Thiết bị phải có xuất xứ rõ ràng, có tính năng kĩ thuật tiến tiến, thoả mãn thiết kế, dễ nâng cấp
Các phiên bản phần mềm cần được cung cấp phải là phiên bản mới nhất và đã được sử dụng một cách chính thức Tất cả phần mềm trong hệ thống phải có bản
- Hãng cung cấp phải có dịch vụ hỗ trợ kĩ thuật tốt nhất trong suốt thời gian bảo hành, bảo trì và vận hành khai thác hệ thống
Yêu cầu đối với mạng truy cập:
Giao diện vô tuyến cần tuân thủ các tiêu chuẩn của thế hệ tiếp theo, với yêu cầu tối thiểu cho mạng CDMA 2000 1X là IS 2000 cho cả thoại và dữ liệu gói, hoặc có khả năng nâng cấp dễ dàng lên thế hệ tiếp theo.
Thiết bị BTS cần có khả năng hỗ trợ đồng thời dịch vụ thoại và dữ liệu gói tích hợp, với băng tần được phân chia hợp lý cho cả hai loại dịch vụ này.
Các yêu cầu về Chất lượng dịch vụ:
Các dịch vụ cung cấp cần đáp ứng các tiêu chí chất lượng như sau: tỷ lệ rớt cuộc gọi không vượt quá 1%, tỷ lệ cuộc gọi thành công đạt 98%, tỷ lệ lỗi bit (BER) phải nhỏ hơn hoặc bằng 10^-3 cho thoại và 10^-4 cho dữ liệu Bên cạnh đó, tỷ lệ lỗi khối (BLER) cũng không được vượt quá 10^-4 cho cả thoại và dữ liệu, trong khi tỷ lệ lỗi gói (FER) cần duy trì dưới 1,5% Chất lượng tín hiệu Ec/Io phải lớn hơn 10 dB, và chất lượng thoại vòng kín (MOS) phải đạt trên 3,6 cho hơn 98% vùng phủ sóng Cuối cùng, chất lượng thoại trên không trung cũng cần đạt MOS trên 3,6 cho hơn 98% vùng phủ sóng.
Các dịch vụ phải đảm bảo độ tin cậy với tỉ lệ suy hao trong nhà (in- building penetration loss) cụ thể như sau:
• 35dB cho các khu vực đặc biệt
• 30 dB cho vùng đô thị đông (DU:Dense Urban)
• 25 dB cho vùng đô thị (U: Urban )
• 20 dB cho vùng ngoại ô (SUB: Suburban)
• 10dB cho vùng nông thôn (RU: Rural) Đối với thoại (Voice):
Các tiêu chuẩn chất lượng dịch vụ tuân thủ theo ITU-R Rec M.1079 1 - Chất lượng thoại tuân thủ theo tiêu chuẩn 3GPP2 C.S0012-0 (TIA/EIA/IS 125 A)
Tỉ lệ rớt cuộc gọi trung bình phải nhỏ hơn 2% được đo qua phạm vi bao phủ đối với mỗi vùng
Mạng cần đảm bảo rằng tỷ lệ cuộc gọi bị khóa, bao gồm cả cuộc gọi đi và đến, không vượt quá 2% trong giờ cao điểm, do hạn chế của thiết bị hoặc khả năng giao diện vô tuyến.
Mạng cần đảm bảo rằng tỷ lệ cuộc gọi chuyển giao bị từ chối không vượt quá 2%, bất kể loại nào, do hạn chế của thiết bị hoặc khả năng giao diện không gian.
Tổng trễ từ đầu cuối tới đầu cuối trong mạng vô tuyến giữa thuê bao và đầu cuối handset cùng BSC cần phải nhỏ hơn 100 msec cho cả hai liên kết forward và reverse Điều này đặc biệt quan trọng đối với dữ liệu (Packet Data).
Các yêu cầu về sự sẵn sàng của dịch vụ cho thuê bao dữ liệu tương tự như thuê bao thoại, với thiết kế mạng cần đáp ứng tiêu chuẩn sẵn sàng cho cả dịch vụ thoại và dữ liệu Mạng phải hỗ trợ tốc độ dữ liệu gói 153.6 kbps và cung cấp tỷ lệ lỗi bit (BER) tốt hơn 10^-6 cho các ứng dụng dữ liệu gói không thời gian thực Đối với các ứng dụng dữ liệu gói thời gian thực, mạng cần đảm bảo BER chấp nhận được cho các ứng dụng đo trên vùng phủ sóng.
Để đảm bảo rằng không quá 2% yêu cầu truy cập bị khóa trong giờ cao điểm, mạng cần có các biện pháp dự phòng cho các tình huống như yêu cầu tài nguyên giao diện không gian hoặc khi khởi tạo và tái truy cập từ trạng thái tĩnh Mạng cũng cần cung cấp đủ hàng đợi với độ trễ thấp cho các cố gắng truy cập dữ liệu trong các liên kết hướng đi.
Tổng độ trễ từ đầu cuối đến đầu cuối cho dữ liệu dạng gói cần phải lớn hơn các tiêu chuẩn chất lượng dịch vụ (QoS) đã được thiết lập cho các ứng dụng dữ liệu dạng gói, với giới hạn tối đa được quy định bởi các hội kỹ sư công nghiệp trong môi trường hữu tuyến.
Yêu cầu về các loại hình dịch vụ:
Với công nghệ CDMA chúng ta có khả năng cung cấp nhiều loại hình dịch vụ khác nhau, sẵn sàng có khả năng cung cấp các ứng dụng 3G
Các dịch vụ cơ bản:
- Hiện thị số gọi đến
- Các dịch vụ thông thường khác mà mạng di động GSM hiện nay có
- Nhận và gửi E-mail, tin nhắn MMS, Fax
- Download games, nhạc, video clip
- Truy cập Web (Mobile Web Access)
- Kiểm tra tài khoản cá nhân, tỷ giá cổ phiếu
- Cập nhật tin tức, thời tiết, giá cá
- Thông tin giao thông, du lịch, giải trí
- Đặt vé trước, mua sắm (Mobile Shopping)
Dựa vào các dịch vụ cơ sở, có thể phát triển nhiều loại hình dịch vụ phù hợp với nhu cầu khách hàng và tối ưu hóa khả năng của mạng Hiện tại, hai nhà khai thác MobiFone và VinaPhone đã triển khai nhiều dịch vụ đa dạng từ nhắn tin quảng bá, chat, đến tải chuông và logo chỉ với dịch vụ SMS Ngoài ra, các nhà khai thác ở Hàn Quốc và Nhật Bản cũng đã phát triển nhiều dịch vụ độc đáo nhờ vào ứng dụng 3G, thu hút đông đảo người dùng.
Có khả năng cung cấp các dịch vụ gia tăng khác :
Chức năng thư thoại (Voice mail) cung cấp hỗ trợ đa ngôn ngữ và cho phép quay số trực tiếp từ mạng PSTN để truy cập thư thoại Ngoài ra, hệ thống còn thông báo thư thoại qua SMS, giúp người dùng dễ dàng nhận thông tin quan trọng.
- SMS (MO, MT, thông báo thư thoại cho cả các thuê bao)
- Các dịch vụ thông tin SMS, nếu được hỗ trợ
- Các dịch vụ WAP Push (CS hoặc PS chuyển mạch kênh hoặc chuyển mạch gói)
- Các dịch vụ định vị cơ sở (Location based), nếu được hỗ trợ
- Ring tones và logo downloads, nếu được hỗ trợ
3.2.3 Giải pháp thiết kế hệ thống a) Các giả thiết về lưu lượng thuê bao
Mạng CDMA 450 được thiết kế dựa trên các tham số trong bảng 3.7 và bảng 3.8 dưới đây:
Hệ thống được thiết kế dựa trên các tham số hệ thống sau:
Bảng 3.7: Các tham số hệ thống
Các tham số hệ thống Đầu vào
Kiể t iể kh i Di độ
Kiểu chuyển vùng dữ liệu (Data roaming) Mobile IP
Tỷ lệ chuyển giao mềm 35%
Cấp độ dịch vụ (GOS Grade of Service) Giao diện - 2% vô tuyến
Cấp độ dịch vụ (GOS Grade of Service) Giao diện - hữu tuyến
Bảng 3.8: Các tham số thiết kế
Các tham số thiết kế Giá trị
Thông lượng BH/thuê bao dữ liệu
Phần trăm thuê bao thoại (%) 100
Phần trăm thuê bao dữ liệu (%) 10
Dữ liệu/thuê bao/tháng 100.8 MByte
Erlang thuê bao dữ liệu 0,08
Sử dụng Bảng Erlang B là phương pháp hiệu quả để tính toán lưu lượng thoại của mạng Việc áp dụng kinh nghiệm thị trường giúp xác định các giá trị thông số cần thiết cho thiết kế mạng.
Sử dụng bảng phân phối tốc độ dữ liệu sau:
Bảng 3.9: Phân phối tốc độ dữ liệu
Tốc độ dữ liệu Tỷ lệ
Tỷ lệ này phụ thuộc vào chính sách giá cả khi cung cấp dịch vụ b) Các yêu cầu về Chất lượng dịch vụ (QoS)
Xu hướng phát triển của EVNTelecom
Với sự phát triển của công nghệ thông tin di động, nhu cầu sử dụng dịch vụ internet không dây như truyền hình ảnh, bản tin, hội nghị truyền hình và multimedia đang gia tăng Tuy nhiên, các dịch vụ hiện tại của mạng GSM và CDMA 2000 1X không đáp ứng được yêu cầu này do tốc độ truyền dữ liệu chậm, thời gian thiết lập kết nối lâu và chi phí dịch vụ cao.
Dịch vụ truyền số liệu của mạng GSM 2G chỉ đạt tốc độ tối đa 9,6 Kb/s, trong khi mạng CDMA 2000 1X có thể đạt tới 625 Kb/s Đặc biệt, hệ thống mạng 3G cung cấp tốc độ tối đa lên đến 2 Mb/s Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của khách hàng về các dịch vụ giá trị gia tăng, công nghệ CDMA 2000 1X EVDO đã trở thành bước tiến quan trọng trong sự phát triển của các hệ thống thông tin di động.
CDMA 2000 1X EVDO cung cấp không chỉ các dịch vụ truyền thống như thoại và nhắn tin mà còn hỗ trợ các dịch vụ giá trị gia tăng yêu cầu đường truyền tốc độ cao như Web, MMS, Fax, E-mail và truy cập Internet Điểm khác biệt lớn nhất giữa CDMA 2000 1X và CDMA 2000 1X EVDO là tốc độ truyền dữ liệu, với CDMA 2000 1X có tốc độ tối đa 625Kb/s, trong khi CDMA 2000 1X EVDO đạt tới 2458Kb/s Nhờ vào tốc độ cao này, công nghệ EVDO cho phép người dùng truy cập các dịch vụ như xem video trực tuyến và hội nghị truyền hình một cách mượt mà hơn.
Hiện nay EVNTelecom mới đang triển khai thử nghiệm dịch vụ CDMA
2000 1X EV-DO tại các thành phố lớn là Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, và Đà Nẵng với khoảng 300 trạm BTS
Cùng với việc triển khai phiên bản 0 của EV DO, sẽ tiến hành triển khai phiên bản A tại các vùng trung tâm và thành phố lớn trên toàn quốc Đối với công nghệ WCDMA, do chi phí đầu tư ban đầu rất cao, sẽ thực hiện thử nghiệm để đánh giá chất lượng dịch vụ và kiểm tra khả năng tương thích với các công nghệ hiện có.
Trong giai đoạn tiếp theo, việc lựa chọn công nghệ sẽ dựa vào tình hình phát triển toàn cầu, với các lựa chọn bao gồm công nghệ WCDMA và các công nghệ CDMA như EV-DO và EV-DV.
Dựa vào sự phát triển của thuê bao di động và thuê bao dữ liệu tốc độ cao, việc triển khai các dịch vụ 3G và 4G sẽ phù hợp với xu hướng phát triển chung của thế giới và Việt Nam.