Trang 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITRẦN VĂN LÂMNGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP QUY HOẠCH TẦN SỐ PHỤC VỤ MẠNG 4GLUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬTKỸ THUẬT VIỄN THÔNG Trang
L ch s nghiên c u quy ho ch m ng vô tuy n ị ử ứ ạ ạ ế
Mục tiêu quy hoạch mạng vô tuyến là sự hài hòa giữa các yếu tố như phạm vi, công suất, chất lượng và chi phí Thiết kế mạng cần xem xét các yếu tố trong từng giai đoạn quy hoạch của mạng Các mục tiêu vùng phủ cần được chọn một cách thông minh để đáp ứng yêu cầu kinh doanh với chi phí tối thiểu Đồng thời, kích thước mạng phủ phải được tính toán chính xác để đáp ứng yêu cầu hiện tại và dung lượng tương lai mà không bị ảnh hưởng bởi sự tăng trưởng giao thông Mục tiêu của chương này là cung cấp kỹ thuật thiết kế và quy hoạch mạng để thiết kế và ước lượng kích thước mạng LTE thương mại giai đoạn đầu Trong bài viết này, quy hoạch và triển khai một mạng LTE được chia thành các giai đoạn cụ thể.
• Giai đoạn quy hoạch danh nghĩa
• Giai đoạn quy ho ch chi ti t ạ ế
•Giai đoạn tri n khai m ng ể ạ
• Tiền tối ưu hóa mạng
Giai đoạn chuẩn bị là bước quan trọng trong việc xác định yêu cầu về phạm vi vùng phủ và công suất giai đoạn Điều này bao gồm việc phân tích hồ sơ lưu lượng truy cập, thông lượng tại biên tế bào (CET), cũng như yêu cầu về chất lượng dịch vụ (QoS) cho cả trong nhà và ngoài trời Các loại nhiễu loạn cần thiết cũng được xác định cùng với các thông tin chi tiết liên quan.
L a ch n mô hình tryuự ọ ền sóng, tính toán và điều ch nh các ngân sách liên kỉ ết được thực hiện trong giai đoạn này
Giai đoạn quy hoạch danh nghĩa bao gồm việc liên kết ngân sách, xác định công suất và dự đoán RF Kết quả của các bài tập này cung cấp thông tin về bán kính cell cho các khu vực khác nhau, số lượng thuê bao hỗ trợ, số site cho mỗi cụm, và bản đồ phạm vi vùng phủ cho các khu vực mục tiêu Bản đồ vùng phủ này bao gồm các chỉ số như RSRP (công suất tín hiệu tham chiếu), RSSI (độ mạnh tín hiệu nhận được), DL SINR (tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu đường xuống), thông lượng DL MAC (quản lý truy cập trung gian), UL SINR và thông lượng UL MAC.
Trong giai đoạn quy hoạch chi tiết, việc xác minh quy hoạch danh nghĩa là rất quan trọng, bao gồm xác định tọa độ site, thực hiện khảo sát và chọn lựa vị trí phù hợp để đáp ứng mục tiêu vùng phủ Đồng thời, cần chuẩn bị danh sách hàng xóm và tham khảo các khuyến cáo từ nhà cung cấp dịch vụ Việc lựa chọn loại ăng-ten, chiều cao, góc phương vị và độ nghiêng cũng phải hoàn thành để đảm bảo yêu cầu về độ phủ và giảm thiểu sóng nhiễu Công nghệ OFDM giúp giảm thiểu hiện tượng nhiễu sóng so với hệ thống FDM, và trong UMTS, sóng nhiễu của các tế bào cần được quản lý để tăng băng thông Độ nghiêng ăng-ten, chiều cao, góc phương vị và khoảng cách giữa các site cần được tối ưu hóa để giảm bớt sóng nhiễu Ngoài ra, việc lựa chọn loại ăng-ten phù hợp với các tiêu chí và mục tiêu cũng rất cần thiết Thông tin chi tiết về loại ăng-ten và quy trình lựa chọn sẽ được cung cấp trong chương này.
Trong giai đoạn triển khai mô hình, các buổi giới thiệu mô hình ổn định và xây dựng site được thực hiện dựa trên giai đoạn quy hoạch chi tiết Dựa trên các kế hoạch triển khai đã được chấp nhận, mô hình có thể được tiến hành trong một cụm hoặc các site, hoặc một thành phố hoàn chỉnh.
Trong giai đoạn tối ưu hóa mạng, các mạng được điều chỉnh dựa vào các tham số di động, mục tiêu vùng phủ và thông lượng Tác giả so sánh các kết quả quy hoạch chi tiết và danh nghĩa với hiệu suất mạng thực tế, đồng thời điều chỉnh các tham số mạng để đạt được các KPIs đã thỏa thuận trước khi khởi động thương mại Khi các nhà khai thác mạng hài lòng với hiệu suất mạng, quá trình khởi động mềm có thể diễn ra như là giai đoạn cuối trước khi triển khai thương mại đầy đủ.
Giai đoạn khởi động mạng là bước cuối cùng khi mạng đã đáp ứng tất cả các yêu cầu tiêu chí và SLA Kết quả của giai đoạn này là mạng sẽ được đưa vào chế độ khởi động với người dùng thử nghiệm (FUT) Sẽ có một số lượng giới hạn người dùng được phép truy cập mạng Thông tin phản hồi từ khách hàng sẽ được kết hợp để xác nhận mạng đạt các KPIs được báo cáo bởi NMS Nếu mạng đạt kỳ vọng và đáp ứng các tiêu chí đã đồng ý, các nhà khai thác sẽ cung cấp mạng thương mại cho người sử dụng.
Mục tiêu, đối tượ ng và ph m vi nghiên c u 3 ạ ứ CHƯƠNG 1 - T NG QUAN H TH NG LTE 4 ỔỆỐ
Cấ u trúc khe và tài nguyên v t lý 6 ậ
Các tín hiệu truyền trong môi trường DL và UL được mô tả bởi một họ các sóng mang đặc trưng của RGs, với các ký tự riêng biệt Lưới tài nguyên cho UL/DL, cấu trúc của RB (khối tài nguyên) và các tài nguyên thành phần đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất truyền tải dữ liệu.
RE được minh họa trong Hình 1.2, với số lượng phụ thuộc vào băng thông truy cập UL/DL được cấu hình trong các tế bào và thỏa mãn các tiêu chuẩn chất lượng dịch vụ.
(1.1) với và là băng UL/DL nhỏnhất và lớn nhất, tương ứng
1.2.2 Các tài nguyên thành ph ần
M i thành phố ần trong RG được xem là một tài nguyên thành phố ộ ần, xác định duy nhất bởi các chỉ số cấp bậc (k, l) trong một khe v i ộ ớ Chỉ số này phản ánh sự tương ứng trong miền t n s và miền ố ề ầ ố ền thời gian RE(k, l) trên cổng ăng-ten p (p) tương ứng với các giá trị phức.
Để đơn giản hóa, số lượng tương ứng với các RE (Resource Element) không được sử dụng cho một kênh vật lý truyền dẫn tín hiệu vật lý, được thiết lập là bằng 0 RE là đơn vị xác định nhỏ nhất, bao gồm một sóng mang trong hệ thống OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) trong khoảng thời gian một ký tự OFDM.
M t kh i tài nguyên v t lý (PRB) ộ ố ậ được định nghĩa là các ký ự t SC-
FDMA/OFDM liên tiếp trong miền thời gian và tần số cho các kênh UL và DL PRB trong hai hướng UL/DL bao gồm các REs, với mỗi khe thời gian rộng 180 kHz trong miền tần số Mỗi RB chứa 84 REs trong trường hợp CP tiêu chuẩn và 72 REs trong trường hợp CP mở rộng Các tham số vật lý trong băng tần LTE DL được xác định rõ ràng để tối ưu hóa hiệu suất truyền tải dữ liệu.
Tất cả các công thức mà em đề cập đều phải được gõ lại bằng phần mềm Mathtype Các kênh LTE khác nhau được hiển thị trong bảng 1.3 Như minh họa trong hình 1.3 và bảng 1.3, số lượng RB tối đa là 100 Tuy nhiên, đối với một số trường hợp đặc biệt và trong điều kiện mạng có tắc nghẽn, số lượng RB có thể tăng lên 110 Trong trường hợp này, cần chú ý đến việc cân nhắc nhiều yếu tố khác nhau 100 RB tương ứng với băng thông truyền dẫn trong khi 20 MHz là băng thông của kênh.
Trong miền tần số, số lượng sóng mang phụ (Nsc) nằm trong khoảng từ 128 đến 2048, phụ thuộc vào băng thông kênh với 1024 cho 10 MHz và 2048 cho 20 MHz, là các giá trị phổ biến nhất khi triển khai trong thực tế Khoảng cách sóng mang phụ được tính bằng công thức fỷ lệ mũ là fs = f × N.
Các tham số LTE được xác định dựa trên độ dài FFT và tốc độ truyền, cho phép thực hiện đồng thời nhiều chế độ hoạt động và hỗ trợ các thiết bị kép Không phải tất cả các sóng mang phụ đều được điều chỉnh; sóng mang phụ DC không được sử dụng ở hai bên băng kênh, trong khi 10% sóng mang chính được sử dụng để bảo vệ trong trường hợp có 100 RB trên kênh 20 MHz Băng thông tín hiệu trong một tế bào vĩ mô đạt 1 MHz, và băng thông sóng mang LTE có thể lên tới 20 MHz, với một số sóng mang bị pha định và số khác không Quá trình truyền sử dụng các tín hiệu mà không bị pha định, và việc truyền được thực hiện thông qua các RB, mỗi RB bao gồm 12 sóng mang phụ liên tiếp, tương đương 180 kHz, trong khoảng thời gian 0.5 ms Thông số chi tiết này được chọn để hạn chế phần mào đầu báo hiệu.
Hình 1.4 Lưới tài nguyên đường xuống và đường lên c a LTE FDD ủ và c u trúc RB/RE ấ
B ng 1.3 Tham s l p vả ố ớ ật lý đường xu ng cố ủa LTE
Tần số lấy mẫu (MHz) 1,92 3,84 7.68 15,36 23,04 30.72
Chiếm đóng sóng mang phụ (bao gồm cả sóng mang phụ DC) 76 151 301 601 901 1201
Số lượng tài nguyên khối 6 12 25 50 75 100 Kênh bị chiếm đóng băng thông
DL băng thông hiệu quả (%) 77,1 90 90 90 90 90 OFDM biểu tượng/subframe 7/6 (ngắn/dài cyclic tiền tố
CP chiều dài (ngắn CP) (μs) 5.2 (lần đầu tiên biểu tượng) / 4.69 (biểu tượng sau sáu)
CP chiều dài (long CP) (μs) 16.67
(Ngu n Telesystem [2] Sao chép v i s cho phép c a Telesystem.) ồ ớ ự ủ
(Ngu n: 3GPP [13 ồ ]) Hình 1.5 Cấu hình băng thông truyền t i cho m t sóng mang E-UTRA ả ộ
Cấ u trúc tín hi u tham chi u 11 ệ ế
Trong mô hình kênh pha định chuẩn 3GPP LTE, độ trễ tối đa là 2,5 μs, cho thấy khả năng truyền tải dữ liệu nhanh chóng và hiệu quả Điều này giúp cải thiện trải nghiệm người dùng trong các ứng dụng yêu cầu độ trễ thấp.
CP chuẩn cung cấp hiệu suất tốt hơn so với CP mở rộng nhờ vào việc sử dụng ít ký tự OFDM hơn CP mở rộng được áp dụng cho hai ứng dụng chính: bán kính tế bào lớn hơn 4,7 μs và tính năng eMBMS, phục vụ cho kênh truyền hình quảng bá trên mạng LTE.
1.3 C u trúc tín hi u tham chi u ấ ệ ế
1.3.1 Tín hi u tham chiệ ếu đường xuống Để cho phép phát hi n m nh m m t b giệ ạ ẽ ộ ộ ải điều ch k t hế ế ợp được đặ ạt t i máy thu của ngườ ử ụi s d ng b ng cách g i các ký t ằ ử ự hoa tiêu (pilot) trong lướ ầi t n s ố
OFDM được sử dụng để ước tính các đặc tính kênh RF, trong khi RS (Reference Signal) là một loại ký tự đặc biệt được sử dụng để truy vấn kênh và cho phép ước lượng kênh chính xác RS tương tự như "hoa tiêu UMTS" và được thiết bị đầu cuối UE sử dụng để dự đoán các đặc tính kênh, giúp cải thiện độ chính xác của ước lượng kênh.
Độ lợi (DL) được truy nhập trong ký tự OFDM đầu tiên và thứ ba của mỗi khe với một khoảng cách giữa sáu sóng mang phụ Điều này tương ứng với các ký tự OFDM thứ năm và thứ tư trong các khe trong trường hợp chu kỳ tiền tố chuẩn và chu kỳ tiền tố mở rộng Hình 1.4 và 1.5 chứng minh mã sửa lỗi Reed-Solomon (RS) cho hệ thống LTE với một, hai và bốn ăng ten.
CP chuẩn và CP kéo dài có vai trò quan trọng trong việc truyền tải RS trong mạng LTE Các hình vẽ minh họa vị trí của RS trong khung phụ và cách thức phân bố các ký hiệu tham chiếu LTE sử dụng công nghệ MIMO, cho phép nhiều anten truyền để giảm thiểu nhiễu Các RS được truyền vào các thời điểm và tần số khác nhau, giúp cải thiện khả năng ước lượng kênh của UE Hình 1.4 và 1.5 thể hiện cách thức truyền RS theo các định nghĩa đã nêu Ký hiệu Rệp được sử dụng để biểu thị một RE trong quá trình truyền RS Khi truyền qua hai anten, RSs được chèn từ mỗi anten để đảm bảo tính chính xác trong ước lượng kênh.
Hình 1.6 Các ánh x các tín hi u tham cạ ệ hiếu đường xuống trong trường hợp tiề ốn t chu k chu n ỳ ẩ
Hình 1.7 Các ánh x các tín hi u tham chiạ ệ ếu đường xuống trong trường h p tiợ ền t chu k m rố ỳ ở ộng
Ký tự tham chiếu trong LTE được xác định dựa trên vị trí ký tự và đặc điểm của các tế bào Thông số kỹ thuật tham chiếu này được coi là một chuỗi tín hiệu tham chiếu hai chiều, phục vụ cho việc xác định danh tính di động LTE Có tổng cộng 510 chuỗi RS, tương ứng với 510 tế bào khác nhau Các chuỗi RS được tạo ra từ chuỗi ngẫu nhiên hai chiều và chuỗi trực giao hai chiều Ngoài ra, có 170 chuỗi ngẫu nhiên tương ứng với 170 nhóm người dùng tế bào, cùng với ba chuỗi trực giao phục vụ cho việc xác định danh tính tế bào trong từng nhóm người dùng.
Tóm l i, hiạ ện có năm loại DL RS được xác định như sau:
• Tín hi u tham chi u di t ệ ế ế bào xác định (CRSs),
• RSs MBSFN (Quảng bá đa phương tiện qua mạng đơn tần),
• Các tín hi u tham chiệ ếu định v (PRSs), ị
• Các tín hi u tham chi u thông tin tr ng thái kênh (CSI-RSs), và ệ ế ạ
• RSs của UE xác định (DM-RS)
M t RS phát trên một cột ăng ten đường xuống Ố RE(k, l) được sử dụng cho việc truyền dẫn CRSs trên bất kỳ cột ăng-ten trong một khe không được sử dụng cho việc truyền tải trên bất kỳ cột ăng-ten khác trong cùng một khe và được thiết lập bằng 0 MBSFN RSs được truyền trên cột ăng-ten 4 MBSFN RSs chỉ được xác định cho CP mở rộng.
1.3.2 Tín hi u tham chiệ ếu đường lên
Trong mạng LTE, hiện có hai loại tín hiệu tham chiếu trong đường lên Loại đầu tiên là tín hiệu tham chiếu điều khiển (DM-RS), được sử dụng để hỗ trợ việc giải điều khiển tín hiệu tại eNB, tương tự như tín hiệu RS của UE-c trong DL Các tín hiệu này được ghép kênh theo thời gian với dữ liệu đường lên và được truyền trong ký tự SC-FDMA, tương ứng với khe đường lên cho trường hợp CP chuẩn hoặc mở rộng.
Các tín hiệu tham chiếu âm (SRS) được sử dụng để cho phép các kênh phát thuộc đường lên lớp biểu khi mà DM-RSs không khả thi cho mục đích này SRS được coi như sự mở rộng băng của RS và thường được truyền trong ký tự SCFDMA cuối cùng của một khung phổ 1 ms Trong trường hợp này, không được phép truyền dữ liệu người dùng nếu không giảm xuống dưới 7% công suất UL SRS là một tính năng tùy chọn và có thể cấu hình để kiểm soát mào đầu kiểu Nó có thể được thực hiện trong một tế bào, với người dùng sử dụng băng thông truyền dẫn khác nhau chia sẻ kênh âm này trong miền tần số.
Tóm l i, có hai loạ ại UL RSs được h : ỗtrợ
• DM-RS, liên k t v i truy n PUSCH ( kênh chia s ế ớ ề ẻ đường lên v t lý) hay ậ
PUCCH (kênh kiểm soát đường lên v t lý ) ậ
• SRS, không liên kết với truy n PUSCH hay PUCCH ề
Cùng m t tộ ập hợp các trình t ự cơ bản được s d ng cho DM-RS và SRS ử ụ
Hình 1.8 Giải điều ch ế đường lên và các tín hi u tham chi u kênh âm ệ ế trong trường h p CP chu n ợ ẩ
1.3.3 Đồng bộ hóa các tín hi u 3GPP ệ
Mục tiêu của UE là truy cập vào hệ thống LTE thông qua quy trình tìm kiếm tế bào, bao gồm các giai đoạn đồng bộ hóa để xác định thông số thời gian và tần số cần thiết cho điều chế DL, nhằm phát hiện đúng và nhận các tham số hệ thống quan trọng Trong LTE, có ba yếu tố đồng bộ hóa: nhận diện ký tự đầu tiên, đồng bộ hóa tần số sóng mang và đồng bộ hóa đồng thời Có hai thủ tục tìm kiếm tế bào LTE: một cho đồng bộ hóa ban đầu và một để phát hiện các tế bào hàng xóm chuẩn bị cho chuyển giao UE sử dụng hai tín hiệu đặc biệt: trình tự đồng bộ chính (PSS) và trình tự đồng bộ phụ (SSS) để hoàn tất đồng bộ hóa thời gian và tần số, thu thập thông số hệ thống hữu ích như thông số nhận diện tế bào, độ dài CP và chế độ truy cập (FDD/TDD) Trong giai đoạn này, UE cũng có thể giải mã kênh điều giao vật lý (PBCH) và thu thập các thông tin hệ thống quan trọng Tín hiệu được truyền hai lần trong mỗi 10 ms về khung vô tuyến, với tín hiệu PSS được đặt ở ký tự OFDM cuối cùng của khe đầu tiên và thứ mười một trong mỗi khung vô tuyến, cho phép UE xác định ranh giới khe thời gian cho các loại chiều dài CP Tín hiệu PSS là giống nhau cho bất kỳ tế bào nào trong mỗi khung mà nó được truyền đi, sử dụng một trình tự được gọi là Zadoff-Chu (ZC).
Hình 1.9 C u trúc khung/khe tín hiấ ệu đồng b hóa ộ
Trong quá trình xác định chiều dài CP, UE kiểm tra vị trí tín hiệu SSS để xác định vị trí của khung 10 ms UE cũng có khả năng xác định vị trí của ranh giới khung khi tín hiệu SSS lặp lại hai lần SSS sử dụng một chuỗi ký tự được gọi là chuỗi M PSS và SSS chiếm 6 RBs trung tâm, không phân biệt băng thông kênh, cho phép UE đồng bộ hóa vào mạng mà không cần biết trước băng thông được phân bổ Trình tự đồng bộ hóa sử dụng 62 sóng mang, với 31 sóng mang ánh xạ bên sóng mang phụ DC không được sử dụng Tóm lại, có hai tín hiệu đồng bộ truyền qua mỗi 5 ms.
•Ánh x trên 72 sóng mang ph ạ ụ ởgiữa băng
• Ánh x trên 72 sóng mang ph ạ ụ ởgiữa băng
K ết luận chương
Chương này trình bày chi tiết về cấu trúc khung sử dụng trong mạng LTE, bao gồm các khái niệm cơ bản như khe, tài nguyên vật lý, tài nguyên khối và tài nguyên thành phần Ngoài ra, cấu trúc tín hiệu tham chiếu cho đường xuống và đường lên cũng được phân tích, tạo cơ sở cho việc đồng bộ hóa các tín hiệu trong chuẩn 3GPP.
Chương 1 cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc thực hiện quy hoạch hệ thống thu nhận tín hiệu tế bào trong chương 2, đồng thời giới thiệu quy hoạch kênh vật lý truy cập ngẫu nhiên (PRACH) trong chương 3.
QUY HO CH THU C TÍNH T BÀO L P V T LÝ VÀ Ạ Ộ Ế Ớ Ậ VÙNG THEO DÕI
Quy ho ch các khu v c theo dõi (TA) ạ ự
Trong hệ thống LTE, khu vực theo dõi (TA) được sử dụng cho việc nhắn tin, tương tự như các vị trí khu vực (LA) và định tuy n (RA) trong 2G/3G TA tương ứng với RA trong UMTS và GSM, với mục đích giảm thiểu việc báo hiệu khi vị trí thay đổi TA bao gồm một cụm eNBs có cùng mã vùng theo dõi (TAC) và được sử dụng bởi MME để quản lý di động, thông báo cho UE về phiên dữ liệu MME cung cấp danh sách các TAs cho UE được phép đăng ký, nhằm đảm bảo quá trình cập nhật khu vực theo dõi diễn ra suôn sẻ khi UE nhập vào một TAC không nằm trong danh sách của TA.
Danh sách TA có thể được sử dụng để hạn chế di động UE khi sử dụng LTE cho băng thông rộng, nhằm kiểm soát việc truy cập vào UE trong một TAC nhất định Trong trường hợp này, danh sách TA sẽ chứa một TAC mà UE được phép đăng ký TAC cần được chồng chéo để tránh các vấn đề biên giới TAC, và có thể cho phép nhiều TAC cùng tồn tại.
Danh sách TAIs (bảng danh khu vực theo dõi) định danh các TAs mà UE có thể nhập vào mà không thực hiện một thủ tục TAU cụ thể Các TAIs trong danh sách này được quản lý bởi MME mà UE thuộc cùng một khu vực MME Hơn nữa, các TAIs trong danh sách TAI cũng được quản lý bởi một MME để cung cấp khả năng dự phòng cho UE thuộc cùng một LA Trong trường hợp này, nhà khai thác mạng xác định các mối quan hệ giữa LTE TAs và UMTS LAs cụ thể, phụ thuộc vào topo mạng và nhà cung cấp mạng LTE/UMTS Trong hệ thống LTE, nếu UE thay đổi một TAs trong danh sách TAI, TAU sẽ không được kích hoạt Các khái niệm TAC và danh sách TA được thể hiện trong hình 2.2.
Hình 2.2 Các khái ni m mã vùng/danh sách theo dõi ệ
Hình 2.3 C p nh t vùng theo dõi ậ ậ
Trong hình 2.2, TAC_1 và TAC_2 thu c cùng danh sách TA, trong khi TAC_3 và TAC_4 thu c các danh sách TA khác nhau Nếu UE thực hiện đăng ký với EPS từ TAC_1, MMEs sẽ gửi TAC_2 trong danh sách TA, cho phép UE di chuyển giữa các eNB thuộc các danh sách TA này mà không cần phải đăng ký lại với các mạng EPS Tuy nhiên, UE sẽ phải tái đăng ký và thực hiện các thủ tục TAU nếu di chuyển vào các vùng phủ sóng của eNB thuộc TAC_3 hoặc TAC_4, mà có danh sách TA khác.
Tương tự như RA trong UMTS/GSM, kích thước của TA nhỏ hơn có thể dẫn đến việc thủ tục TAU xảy ra thường xuyên, điều này làm tăng tải cho MME và giảm thời gian sử dụng pin của UE Hơn nữa, tỷ lệ thành công nhận tin sẽ suy giảm khi khả năng nhắn tin trong lúc thực hiện thủ tục TAU cũng giảm xuống, đặc biệt khi UE không trả lời để xác nhận tin nhắn Một vấn đề khác là danh sách TA lớn sẽ dẫn đến sự gia tăng tải trọng trong nhắn tin Kết quả là, định nghĩa TA là một chủ đề quan trọng trong việc xác định TAs và danh sách.
TA để cân b ng gi a t l TAU và t i tr ng nh n tin Các loằ ữ ỷ ệ ả ọ ắ ại TAU được tóm t t ắ trong hình 2.3 và tham khảo chương 2 đểbiết thêm chi ti ết.
Mục đích của quy hoạch TA là ngăn chặn hiệu ứng bóng bàn của TAU, nhằm đạt được sự hài hòa giữa niềm tin tự nhiên, chi phí đăng ký, pin của UE và tỷ lệ thành công trong nhắn tin Hướng dẫn cho việc định cỡ TA được tóm tắt như sau:
Một TA nên có kích thước trung bình, với sự xem xét kỹ lưỡng về những hạn chế của MME và eNB Số lượng tối thiểu các eNB cần được xác định cho TA, đặc biệt khi tính toán không có độ tin cậy cao.
• Khi vùng ph các khu v c ngoủ ự ại ô và các khu đô thị không liên t c, c n s ụ ầ ử d ng danh sách TA khác cho khu v c ngo i thành ụ ự ạ
M• ột TA nên được lên quy ho ch cho m t khu vạ ộ ực địa lý liên tục để ngăn chặn các phân đoạn m ng c a eNBs trong m i TA ạ ủ ỗ
• Khu v c nh n tin không th ự ắ ể đượ đặc t trong MMEs khác nhau
Sự điều chỉnh độ sâu chồng chéo các tồ ế bào trong hai TAs là rất cần thiết để kiểm soát các cấp độ vị trí trên các biên của TA Đồng thời, đường biên của TA không nên được thiết kế song song với xa lộ chính hoặc đường sắt để tránh tình trạng tắc nghẽn cao tại các biên.
• LA và các ranh giới định tuy n trong m ng 2 /3G hi n t i có th ế ạ ệ ạ ể như là tham chi u cho vi c hoế ệ ạch định ranh giới của TA
2.3.2 Thủ ụ t c nh n tin trong LTE ắ
Trong LTE, có hai loại nhắn tin chính: loại thứ nhất là thông điệp EPS và loại thứ hai là thông điệp không-EPS Thông điệp EPS được gửi khi thiết bị người dùng (UE) nhận được tin nhắn để kết nối phiên dữ liệu, trong khi thông điệp không-EPS được sử dụng khi UE nhận tin nhắn cho cuộc gọi CSFB (Circuit Switched FallBack).
Hình 2.4 Thủ ụ t c nh n tin EPS và nh n tin không-EPS (CSFB) trong LTE ắ ắ
Hình 2.5 K ch b n nh n tin và tái nh n tin trong m ng LTE ị ả ắ ắ ạ
Việc phân tích và tái nhận tin trong mạng LTE là rất quan trọng Hình 2.5 minh họa quá trình nhận tin và tái nhận tin trong hệ thống LTE Trong ví dụ này, chu kỳ nhắn tin MME cao hơn chu kỳ nhắn tin MSS (MSC Server), dẫn đến khả năng lãng phí dung lượng nhắn tin MME.
2.3.3 Quy ho ch cho CSFB TAC-ạ LAC
Có ba tùy chọn để quy hoạch TAC-LAC (mã vị trí khu vực) Bài viết này sẽ phân tích các tùy chọn thông qua ví dụ cụ thể bằng cách xem xét một khu vực với sáu UMTS LACs Quy hoạch TAC và danh sách TAI cho khu vực này được minh họa qua ba tùy chọn Trong trường hợp này, quy hoạch TAC-LAC là một yếu tố quan trọng Nếu không có giới hạn nào được áp đặt, sẽ có khả năng cung cấp sự linh hoạt hơn trong việc quy hoạch TAC-LAC.
Hình 2.6 Các tùy ch n quy ho ch ọ ạ TAC-LAC
Khi UE nằm trong TAC 604 và được cập nhật gần đây qua các thủ tục TAU, UE có thể chuyển vùng từ TAC 603 mà không cần thực hiện thủ tục TAU Sau khi hoàn thành CSFB từ TAC 603, UE cần thực hiện các thủ tục để xác định vị trí khu vực (LAU) trong mạng WCDMA khi thiết lập cuộc gọi CS Tùy chọn này giúp giảm thiểu số lần đầu vào của thủ tục TAU, nhưng có thể làm tăng tần suất các thủ tục LAU cho người dùng di động CSFB do thiếu thủ tục TAU thường xuyên trong các TAC trong cùng danh sách TA.
Tùy chọn 2 tương tự như tùy chọn 1, nhưng trong trường hợp này, tần suất thực hiện TAU cho cuộc gọi CSFB cao hơn do thiếu tần số cho di động trong hệ thống LTE Tùy chọn này làm giảm đáng kể phần đầu tần suất TAU, nhưng lại tăng cả hai phần đầu tần suất LAU trong WCDMA và tần suất tín hiệu trong LTE.
Tùy chọn 3ọ cho phép UE nằm trong TAC 604, nơi LAC được cập nhật lần cuối thông qua thủ tục TAU UE sẽ chuyển vùng sang TAC 603 và thực hiện thủ tục TAU để cập nhật LAC trong UE Khi CSFB hoàn thành từ TAC 603, UE sẽ không cần LAU trong WCDMA khi thành lập cuộc gọi CS Tùy chọn này làm tăng chi phí thủ tục TAU, nhưng giảm phần đầu thủ tục LAU cho người dùng di động CSFB và tăng khả năng nhắn tin của hệ thống LTE.
Tác giả đã tóm tắt ba tùy chọn liên quan đến việc triển khai CSFB Tùy chọn 1 được sử dụng trong trường hợp cần khai thác CSFB, trong khi cần cân nhắc giữa khả năng nhắn tin và thụt lùi TAU với hai MME để đảm bảo sự dư thừa địa lý Tùy chọn 3 được xem là quan trọng hơn khi chất lượng CSFB có xu hướng vượt trội so với dung lượng nhắn tin trong LTE, giúp tiết kiệm dung lượng nhắn tin MME Ngược lại, tùy chọn 2 không được khuyến khích trong môi trường có kích hoạt CSFB khi tải nhắn tin và kinh tế LAU gia tăng trong mạng.
Quy ho ch TAC-LAC ph thu c vào: ạ ụ ộ
1 MME kh ả năng, chẳng hạn như một gi i hớ ạn.
2 Kh ả năng nhắn tin LTE MME và eNB
4 LAU trên không tác động trên WCDMA g i thi t l p th i gian và ọ ế ậ ờ WCDMA t i tín hi ả ệu. Định c TA/LA ph thu c vào: ỡ ụ ộ
1 Tải nh n tin LTE và phắ ần mào đầu TAU,
2 Tỷ ệ l người dùng di động, s lưố ợng MMEs và s ố người sử ụ d ng m eNB, ỗi
Hình 2.7 Dung lượng nhắn tin LTE và định c ỡTA
Hình 2.8 Các y u t ế ố tác động đến dung lượng nh n tin MME ắ
2.3.4 Công su t nh n tin LTE ấ ắ
K ết luận chương
Chương này giới thiệu khái niệm khu vực theo dõi (TA) và quy hoạch TA nhằm giảm thiểu báo hiệu cáp nhịp vị trí do thay đổi vị trí trong hệ thống mạng LTE Khu vực theo dõi (TA) tương ứng với RA trong UMTS và GSM, được sử dụng cho nhận tin trong hệ thống LTE.
Chương này phân tích các tùy chọn thông qua ví dụ cụ thể với sáu UMTS LACs cho cuộc gọi CSFB Cách tính dung lượng tin nhắn của MME được thực hiện theo các kịch bản 1 và 2, với các công thức rõ ràng Dung lượng nhận tin của MME và eNB có ảnh hưởng đến việc định c TA Cuối cùng, cường độ nhận tin có thể được ước tính và dung lượng nhận tin của eNB được tính toán để định c TA với ví dụ số liệu cụ thể.
CHƯƠNG 3 - QUY HO CH KÊNH V T LÝ Ạ Ậ
Kênh truy c p ngậ ẫu nhiên v t lý (PRACH) luôn luôn tiêu th 6 RBs trong ậ ụ
Kênh PRACH đóng vai trò quan trọng trong việc truy cập ngẫu nhiên, ảnh hưởng đến hiệu suất và thành công của RACH Việc quy hoạch các chuỗi sử dụng cho RACH là cần thiết để đáp ứng KPI và giảm thiểu xung đột, từ đó giảm tải cho eNB UE không được đảm bảo có thời gian kết nối với eNB khi thực hiện truy cập ngẫu nhiên trên kênh PRACH eNB có thể sử dụng truy cập ngẫu nhiên để tính toán và gửi thời gian chính xác cho UE Hiện tượng cạnh tranh có thể xảy ra trên kênh PRACH khi nhiều UE cùng truy cập cùng một lúc Quy hoạch hợp lý kênh PRACH sẽ cải thiện chất lượng trải nghiệm (QoE).
1 Rút ng n th i gian chuyắ ờ ển ti p t ch nhàn r i sang ch k t n i ế ừ ế độ ỗ ế độ ế ố
2 C i thiả ệ ỷ ện t l thành công chuy n giao, giể ảm độ ễ ữ ệ tr d li u.
3.Giảm nhiễu đường lên và nhiễ ề UL u l
4 C i thi n t l khách hàng ch m d t cu c gả ệ ỷ ệ ấ ứ ộ ọi (Retainability) Đây là tỷ ệ l phần trăm của các cu c gộ ọi được ch m d t bấ ứ ởi khách hàng được chia trên t ng s ổ ố bao g m c các cu c gồ ả ộ ọi được chấm d t b ng m ng Các nhà cung c p d ch v ứ ằ ạ ấ ị ụ đặt m c tiêu trên 98% cho KPI này ụ
5 Giảm tải xử lý c a CPU t i eNB ủ ạ
PRACH là kênh UL được sử dụng bởi UE để gửi thông tin khi khởi tạo kết nối và đặt lịch yêu cầu Trong một khung vô tuyến 10 ms, có một số lượng tài nguyên PRACH được kiểm soát bởi các lớp cao hơn Một nguồn tài nguyên PRACH tiêu thụ 6 RBs Phổ tần mào đầu của PRACH phụ thuộc vào số lượng PRACH trong một khung vô tuyến.
S PRACH là một khung pháp lý cho việc triển khai nhà cung cấp, đề xuất và dung lượng Chuỗi đầu vào ngẫu nhiên được tạo ra từ các chuỗi ZC Hiện tại, có 64 chuỗi mẫu trong mỗi tổ ở đầu tế bào, được tạo ra từ chuỗi gốc ZC bằng cách sử dụng phép dịch vòng Nếu có ít hơn 64 chuỗi mẫu được tạo ra, phần còn lại sẽ được tạo ra từ dãy ZC gốc tương ứng với các quy tắc hợp lý.
Chu i Zadoff Chu ỗ –
Chuỗi mào đầu truy cập ngẫu nhiên được tạo ra từ các chuỗi ZC, được tạo ra từ một hoặc nhiều chuỗi ZC cơ bản Mỗi chuỗi mào đầu được thiết kế để UE được phép sử dụng Có 64 chuỗi mào đầu có sẵn trong mỗi tế bào, được tạo ra bằng cách tăng độ dài vòng chuỗi ZC theo thứ tự Trong trường hợp 64 chuỗi mào đầu không thể tạo ra đủ độ độc lập cho một chuỗi ZC cơ bản, thì bổ sung chuỗi mào đầu bằng cách thu được từ các chuỗi cơ bản với chiều dài liên tiếp cho đến khi tất cả 64 chuỗi mào đầu được tạo ra Các chuỗi cơ bản có tính xoay vòng từ 0 đến 837.
Chuỗi ZC được định nghĩa bởi
Chuỗi ZC dài N được xác định theo phương pháp cụ thể, với mỗi ZC được đưa ra bởi b ng 3.1 T chuỗi ZC gả ừ ỗ ốc uth, chuỗi đầu truy cập ngẫu nhiên không tương quan với chiều dài Nề CS − 1 Việc xác định này được thực hiện thông qua công thức đã nêu.
2) (3. v i vòng d ch chuyớ ị ển được cho b i ở
Các tham số trong đoạn 3.3 và NCS được xác định theo b i b ở ảng 3.1 cho định dạng đoạn đầu 0-3 và 4 Tham số zero-ố CorrelationZoneConfig được cung cấp bởi lớp cao hơn Các tham số high-speed-flag do lớp cao xác định liệu bộ không h n ch ạ ếhoặc giới hạn có được sử dụng hay không.
Biến d u là độ ịch vòng tương ứng độ ớ d l n c a d ch Doppler ủ ị 1⁄T SEQ và được đưa ra như sau:
(3.4) với p là s nguyên nh ố ỏ nhất không âm th a mãn ỏ (pu) mod N ZC = 1 Các thông s cho b h n ch dố ộ ạ ế ịch vòng thay đổi ph thu c vào ụ ộ d u Cho N CS ≤ du <
N ZC ⁄3, các thông s ố đang được xác định như sau:
B ng 3.1 Nả CS và N ZC cho th h u (ph n m ế ệ đầ ầ ở đầu định dạng 0 3, 4- )
Giá tr Nị CScho định dạng 0-3 Giá tr Nị CS cho định d ng 4 ạ Độ dài chuỗi mào đầu truy nh p ng u ậ ẫ nhiên NZC zeroCorrelationZoneConfig
B không h n ch ộ ạ ế (cell tốc độthấp)
B h n ch ộ ạ ế (cell tốc độ cao)
Cho N ZC ⁄3 ≤ d u ≤ (N ZC − N CS ) ⁄2, các thông s ố đang được xác định bởi
Các th t c quy ho ch PRACH ủ ụ ạ
Thủ tục RACH được sử dụng để bảo hóa UL và truy cập vào mử ụ để đồ ộ ậ ạng nhằm truy n báo hiệ u và d u Thủ tục RACH có thể được bắt đầu từ chế độ nhàn rỗi hoặc kết nối Các thủ tục RACH có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như độ trễ, do đó chúng được chú ý trong các KPIs và trải nghiệm người dùng Việc tiến hành đúng quy hoạch PRACH có thể cải thiện hệ thống KPIs và kinh nghiệm của người dùng.
UE bắt đầu quá trình kết nối bằng cách gửi tin nhắn MSG1 đến eNB, sử dụng một dãy giá trị được tạo ra từ chuỗi ZC Chuỗi ZC giúp tối đa hóa tính trực giao giữa các người dùng khi thực hiện một cuộc gọi RACH đồng thời, nhờ vào sự tương quan thấp giữa các chuỗi ZC khác nhau và tính không tự tương quan của nhóm chuỗi cyclic Điều này có thể đạt được bằng cách chọn ra các chuỗi ZC được tạo ra từ cùng một cơ sở, thay vì sử dụng các chuỗi từ các cơ sở khác nhau.
Ganh đua và ganh đua miễn phí là hai loại RACH có thể xảy ra trong hệ thống LTE Trong RACH ganh đua miễn phí, một cách rõ ràng được sử dụng để UE trong kịch bản bàn giao Trong trường hợp này, các mạng phân hợp để tránh va chạm nhằm tối đa hóa khả năng giao tiếp giữa các người dùng UE có thể chọn phân nhánh từ một chuỗi mào đầu có thể lên đến 64 trong RACH ganh đua Các chuỗi mào đầu có nguồn gốc từ chuỗi ZC, với khả năng đạt được băng thông khác nhau thông qua các chuỗi và nhóm cyclic Số lượng trình tự cần thiết của một UE để tạo ra 64 chuỗi mào đầu được quyết định bởi lượng cyclic thay đổi cấu hình trong các tế bào và tốc độ di động của UE Các tham số như Ncs và "highspeedflag" được cấu hình tương ứng PRACH có định dạng 4 có thể suy hao để đạt được giá trị lên đến 6 Các nhóm cyclic thay đổi được xác định trong bảng 3.1 Việc sử dụng thiết bị hạn chế không phải là điều bắt buộc trong triển khai, nhưng nó phục vụ cho người dùng có tốc độ cao, có thể đạt tốc độ trên 150 km/h Các tế bào ở nông thôn hoặc trên các tuyến đường xe lửa tốc độ cao có thể được cấu hình bằng cách sử dụng các thiết lập giới hạn để phục vụ người dùng với tốc độ cao.
K ch b n quy ho ch th c t PRACH ị ả ạ ự ế
Quy hoạch mạng vô tuyến cần xác định định dạng phù hợp dựa trên giá trị bán kính của tế bào Định dạng điển hình ở đầu là định dạng 0, cho phép một loại di động lên đến 15 km Định dạng này còn phù hợp với thời gian báo hiệu trong mạng với phạm vi di động lớn hơn, như trường hợp của cấu hình 1-3 Cấu hình định dạng ở đầu được sử dụng để báo hiệu trong một tế bào như là một phần của hệ thống thông tin Định dạng đoạn đầu được sử dụng với ngân hàng truy cập liên kết PRACH Theo bảng 3.2, định dạng PRACH 0 và 2 có chiều dài 0.8 ms và có thể mở rộng phạm vi di động lên đến 15 và 29 km, tương ứng Trong khi đó, PRACH định dạng 1 và 3 có chiều dài 1.6 ms và có thể mở rộng phạm vi di động lên đến 78 đến 100 km, tương ứng.
Bảng 3.2 PRACH định d ng và các tham s ạ ố tương ứng
(Ngu n: [1] 3GPP) ồ Đị nh d ng ạ
Bán kính cell (km) Độ dài CP (ms) Độ dài chu i (ms) ỗ
Thời gian b o v (ms) ả ệ Độ dài t ổng
Trả i tr t i ễ ố đa ( s) Định d ng 0 ạ 0- 15 0,10 0,8 0,1 1 6,25 Định d ng 1 ạ 0- 29 0,68 0,8 0,52 2 16,76 Định d ng 2 ạ 0- 78 0,20 1,6 0,20 2 6,25 Định d ng 3 ạ 0-100 0,68 1,6 0,72 3 16,76
C u trúc d ng l i m u khác nhau v i các CP và th i gian b o v cho mấ ạ ờ ở đầ ớ ờ ả ệ ỗi định dạng được hi n th trong hình 3.1 [ể ị 16].
PRACH N cs và v t lý gậ ốc các bước quy hoạch
-Xác định bán kính t bào (km) ế
-Chọn định d ng l i mạ ờ ở đầ u (Ncs) d a trên bán kính cell và s chậự ự m tr ễ truy n lan tề ối đa bằng cách s dử ụng phương trình 3.8 dưới đây.
-S d ng bử ụ ảng định dạng PRACH và bán kính cell để tìm các giá tr ị tương ứng c a Ncs ủ
-Xác định số lượng các v t ch t ngu n g c d a trên giá tr c a Ncs ậ ấ ồ ố ự ị ủ
NCS: tối thi u yêu cể ầu thay đổi nhóm cyclic
T seq : Chi u dài chuề ỗi ZC (μs) với delay spread là 5 – 16 μs d: di động các bán kính (km)
Hình 3.1 Định dạng đoạn đầu PRACH (0-3)
Thự ếc t PRACH quy ho ch t p th d c cho tạ ậ ể ụ ốc độ di động v i bán kính t bào ớ ế b ng 10 km: ằ
1 Giá tr cị ủa Ncs được xác định b ng bán kính t bào t ằ ế ừ phương trình 3.8
N u bán kính t ế ế bào là 10 km và Tseq là 6 μs, sau đó giá trị Ncs là 78.3 Ncs được làm tròn đến giá tr g n nh t t b ng 3.2, mà là 76 ị ầ ấ ừ ả
2 Như có 838 gốc ZC trình t mà dài cự độ ủa mỗi chu i g c là 839 S chuỗ ố ố ỗi mào đầu đượ ạc t o ra cho m i chuỗ ỗi là 839/76 mà được làm tròn đến 11, có nghĩa là, m i ch s có th t o ra 11 l i m u chu i S trình t m i t ỗ ỉ ố ể ạ ờ ở đầ ỗ ố ự ỗ ế bào để ạ t o ra 64 chuỗi mào đầu là 64/ph n m u cho m t chu i Troầ ở đầ ộ ỗ ng trường h p này, sáu g c t ợ ố ự l p ch mậ ỉ ục được yêu cầu đ ạể t o ra 64 ph n m u chu ầ ở đầ ỗi.
3 Giá tr ịchỉ ố ố s g c = 838/s ố lượng trình t t o ra 64 chuự để ạ ỗi mào đầu Do đó, số ợ lư ng có g c t ch s là 139 (0, 6, 12 828) ố ự ỉ ố
4 Chỉ ố s thứ ự t có sẵn root được gán cho các t bào Nguyên t c chuyế ắ ển nhượng là tương tự như cho PCIs.
Bằng cách tóm tắt các kỹ thuật bảo mật hiện có, chúng tôi cung cấp các kỹ thuật bổ sung cho việc bảo vệ dữ liệu trong các tế bào bán kính khác nhau Phương pháp quy hoạch di động tốc độ cao tương tự như của một số tế bào tổ chức tốc độ thấp Các thuật toán được sử dụng để xác định các chỉ số thứ tự có gốc nhưng phức tạp hơn.
B ng 3.3 PRACH quy ho ch bài t p cho các t bào khác nhau bán kính ả ạ ậ ế
S chuố ỗi mào đầu/chu i ỗ
S chuố ỗi để t o ra 64 ạ mào đầu
Chỉ ố ố s g c s sàng ẵn Tốc độ
Cell tốc đọthấp (bộ không h n ạ chế)
30 217 237 1 64 đượ ấc n định b i công c ở ụ quy hoạch
Cell tốc độ cao (bô hạn ch ) ế
K ết luận chương
Chuỗi mào đầu truy cập ngẫu nhiên được tạo ra từ các chuỗi ZC, được hình thành từ một hộp mực chứa một số chuỗi ZC gắn với 64 chuỗi đầu có sẵn trong mỗi tế bào Những chuỗi này được tạo ra bằng cách tăng độ dày dọc theo chuỗi ZC theo thứ tự.
Vai trò của thủ tục RACH là để đồng bộ hóa UL và truy cập vào ợ mạng để truyền báo hiệu và dữ liệu Thủ tục RACH có thể bị thất bại hoặc chậm trễ, do đó nó được chú ý trong các chỉ số KPIs và trải nghiệm người dùng Việc thực hiện quy hoạch PRACH đúng cách có thể cải thiện hệ thống KPIs và trải nghiệm người dùng.
Định dạng PRACH trong mạng di động có vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa khả năng kết nối Bài viết đã phân tích bốn định dạng PRACH và các tham số tương ứng trong bảng 3.2 Định dạng mở đầu, PRACH 0, cho phép di động hoạt động ở khoảng cách lên đến 15 km Các định dạng PRACH 0 và 2 có chiều dài 0,8 ms, hỗ trợ vùng phủ sóng di động từ 15 đến 29 km Trong khi đó, PRACH 1 và 3 có chiều dài 1,6 ms, cho phép kết nối ở khoảng cách lên đến 78 đến 100 km.
QUY HO CH VÙNG PH 40 Ạ Ủ
RSSI, RSRP, RSRQ và SINR
Trong phần này, tác giả phân tích các thông số chính để đánh giá phạm vi vùng phủ hệ thống LTE Tham số chính là RSRP, được so sánh với CPICH (kênh chủ động chỉ thị hoa tiêu chung) và RSCP (công suất mã tín hiệu nhận được) trong WCDMA Đo đạc cường độ tín hiệu trong tế bào LTE nhằm so sánh các tế bào khác nhau hỗ trợ cho quá trình chuyển giao và lựa chọn lại RSP (Công suất tín hiệu thu được) được định nghĩa là trung bình tuyến tính trên sự đóng góp công suất (đơn vị: watt) của các REs mang CRSs trong đo lường băng thông, và chỉ được đo trong ký tự OFDM có chứa ký tự tham chiếu.
Các tham số quan trọng trong việc đánh giá chất lượng tín hiệu di động bao gồm RSSI, RSRP và RSRQ RSSI là tổng công suất băng rộng nhận được, phản ánh mức độ nhiễu trong tín hiệu RSRP cung cấp thông tin về cường độ tín hiệu, trong khi RSRQ đo lường chất lượng tín hiệu nhận được, giúp bổ sung thông tin khi RSRP không đủ tin cậy để quyết định chuyển giao RSRQ được tính toán dựa trên tỷ lệ giữa RSRP và RSSI, và nó phụ thuộc vào băng thông đo lường tương ứng với số lượng Resource Blocks (RBs) Do đó, RSRQ đóng vai trò quan trọng trong việc đưa ra quyết định di chuyển trong mạng di động, kết hợp thông tin về cường độ tín hiệu và mức độ nhiễu.
Tham số thứ tư quan trọng trong mạng di động là SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio), phản ánh tỷ lệ công suất sóng nhận được so với công suất nhiễu và can thiệp từ các nguồn khác UE (User Equipment) sử dụng SINR để xác định các tế bào trong mạng và thực hiện đo RSRP (Reference Signal Received Power) và RSRQ (Reference Signal Received Quality) Giá trị tối thiểu của RSRP và SINR phụ thuộc vào băng tần, với SINR tối thiểu là -4 cho tất cả các băng tần, trong khi RSRP lại thay đổi theo băng tần Điều này làm cho SINR trở thành yếu tố quan trọng, cung cấp thông tin giá trị về vùng phủ sóng và thông lượng dự kiến Do đó, bản đồ phủ sóng được tạo ra từ SINR chính xác hơn so với bản đồ RSRP hoặc RSSI Hơn nữa, bản đồ thông lượng cũng được xây dựng dựa trên giá trị SINR.
Chúng ta không nên trông đợi vùng ph ủ cho RSRP → −121 dBm cho băng
SINR có thể đạt được mức độ cao hơn RSRP nếu nhiễu được kiểm soát và các tham số RF được tối ưu hóa Cụ thể, khu vực có SINR ≥ −4 dB thường rộng hơn so với khu vực có RSRP ≥ −121 dBm cho cùng một số site Kết quả thử nghiệm cho thấy ngưỡng RSRP nằm ở mức trung bình.
RSRP trong khoảng từ −114 đến −116 dBm không có mối quan hệ trực tiếp với SINR Tuy nhiên, RSRP tốt hơn thường dẫn đến SINR cao hơn, đặc biệt trong các khu vực ngoại ô và nông thôn nơi khoảng cách giữa hai site lớn Ngược lại, trong các khu đô thị đông đúc với khoảng cách giữa hai site ngắn, SINR có thể bị ảnh hưởng tiêu cực.
Bảng 4.1 Ngưỡng t i thi u cho SINR và RSRP tố ể ại khác nhau LTE băng
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ làm rõ các thông số liên quan đến hiệu suất mạng trong khu vực đô thị thực hiện vùng phủ LTE Các hàm phân phối tích lũy (CDF) và hàm mật độ xác suất (PDF) cho RSRP, RSRQ, RSSI và SINR được thể hiện trong các hình 4.1 đến 4.4 Những thông số này cho thấy hiệu suất mạng trong khu vực đô thị với vùng phủ LTE là điều hiển nhiên Các giá trị thống kê quan trọng như độ lệch trung bình, giá trị tối thiểu, tối đa và độ lệch chuẩn cho các tham số RSRP, RSRQ, RSSI và SINR cho cả tải xuống (DL) và tải lên (UL) được trình bày trong bảng 4.2.
Hình 4.1 PDF và CDF của RSRP đường xuống trong mạng
Hình 4.2 PDF và CDF của RSRQ đường xu ng trong m ng LTE ố ạ
Hình 4.3 PDF và CDF của RSSI đường xu ng trong m ng LTE ố ạ
Hình 4.4 PDF và CDF của SINR đường xu ng trong m ng LTE ố ạ
B ng 4.2 Các giá tr trung bình c a tham s RF (DL và UL) ả ị ủ ố
Liên k t ế Đo RF LTE Tối thi u ể
Tối đa Độ ệ l ch chu n ẩ
DL Phục v các t bào RSRP (dBm) ụ ế −112.28 −56.31 10.2 −83.84 Phục v các t bào RSRQ (dB) ụ ế −14,56 −2.88 0.89 −8.69
Hình 4.5 PDF và CDF của CQI đường xuống
4.2 Chỉ thị ch t ấ lượng kênh
Chỉ số chất lượng kênh (CQI) là một yếu tố quan trọng trong việc điều chỉnh và mã hóa (MCS) cho các kết nối truyền dữ liệu CQI được biểu diễn bằng một số nguyên 4-bit và được tính toán dựa trên việc quan sát SINR DL tại thiết bị người dùng (UE) Dự đoán CQI xem xét khả năng của UE về mức độ tín hiệu và loại nhận được, từ đó eNB có thể chọn MCS tối ưu cho việc truyền tải Chỉ số CQI báo cáo sẽ được eNB sử dụng để điều chỉnh lớp liên kết DL và kết nối thích hợp Thông số MCS được cung cấp dưới dạng truyền tải cùng với các thông tin về kích thước khối truyền tải (TBS), phân bổ tài nguyên và thông số CDF, PDF của CQI DL được đo lường Các chỉ số trung bình cho thấy CQI là 9.6, với mức SINR tương ứng là 13,77 dB.
Bảng 4.3 trình bày chỉ số CQI trong điều kiện tải xuống (DL) và cho thấy rằng tốc độ mã, hiệu suất và thông lượng DL cho một RB được tính bằng kbps SINR DL được ước tính và thể hiện trong bảng 4.3, trong khi bảng 4.4 trình bày thông số tương tự cho tải lên (UL) Hiệu suất và thông lượng của một RB DL và UL so với SINR được thể hiện ở Hình 4.22 và 4.25 Các số liệu này đại diện cho hiệu suất tối thiểu của các kênh PDSCH và PUSCH, và khuyến cáo sử dụng các đường cong từ nhà sản xuất trong tính toán ngân sách liên kết Để có kết quả chính xác, các đường cong nên được lấy từ lĩnh vực đo đạc để lập bản đồ hiệu suất tốt nhất Việc sử dụng các đường cong từ lĩnh vực đo lường cho phép các nhà điều hành đánh giá nhà cung cấp hiệu suất so với tiêu chuẩn 3GPP Chỉ số CQI trung bình là 10, tương ứng với hiệu suất trung bình là 2.731 và một SINR trung bình của tải xuống.
13.27 dB Do đó, nhóm tác giả đã chứng minh là hơi bảo th so v i 3GPP stan, S ủ ớ ở
NN & PTNT điểm chu n mà t i m t SINR trung bình c a 13.77 nó báo cáo ẩ ạ ộ ủ m t CQI trung bình 9.6 ộ
Bảng 4.3 CQI đường xuống 4-bit
Hiệu quả phổ (bps/Hz)
DL TP / RB (kbps) Ước lượng
B ng 4.4 B ng tra c u hi u qu ả ả ứ ệ ả thông lượng UL và SINR
(Ngu n: [5] 3GPP TS) ồ Hiệu quả bps/Hz Thông lượng UL Ước lượng UL SNR
Hiệu quả của phả ổ trong bảng 4.3 được tính bằng tỷ lệ giữa số lượng bit thông tin và tổng số ký tự Cụ thể, tổng số bit bao gồm cả bit parity được xác định bằng số lượng ký tự nhân với điều chế hàng Do đó, hiệu quả được tính bằng tỷ lệ bit nhân với điều chế đặt hàng Ví dụ, trong trường hợp LTE với CQI index 1 và QPSK, hiệu quả được tính là 78/1024 = 0.0762, dẫn đến hiệu quả cuối cùng là 0.1523 = 0.0762 × 2.
C ụthể hơn, 78/1024 = 0.076 là tỉ ệ ủ l c a các ký t thông tin (78) v i t ng s c a các ự ớ ổ ố ủ ký t (1024) Saự u đó, hiệu qu bả ằng 0.076 × 2 (điều ch QPSK, m t trong nh ng ký ế ộ ữ t chi m hai thông tin bit) = 0.152 ự ế
Hình 4.6 Hiệu qu ảphổ và thông lượng tương ứng cho m t RB so v i SINR ộ ớ đường xu ng ố
Hình 4.7 Hi u qu ệ ảphổ và thông lượng tương ứng cho m RB thông qua SINR ỗi đường lên
(Ngu n: 3GPP [4]) ồHình 4.8 Mã và điều ch truy n d liế để ề ữ ệu qua đường vô tuy n ế
4.3 K ỹthuật điều ch /mã hóa và thích ng liên k t ế ứ ế
4.3.1 Kỹ thuật điều ch /mã hóa ế
Trong phần này, chúng ta sẽ phân tích các MCS (Modulation and Coding Schemes) cho mạng LTE Hình 4.9 minh họa một mẫu sóng vô tuyến và liên quan đến điều chỉnh cũng như mã hóa tại đầu phát (Tx) và đầu thu (Rx).
Thông lượng của mạng liên kết vô tuyến là số lượng bit dữ liệu có thể được truyền thành công cho mỗi ký tự điều chế Mã hóa thêm bit dữ liệu vào bit dữ liệu gốc giúp phát hiện và sửa lỗi trong các bit nhận được Mức độ mã hóa được xác định bởi tỷ lệ giữa bit dữ liệu và bit mã, thường dao động từ 1/8 đến 4/5 Mã bit sau đó được chuyển đổi thành điều chế các ký tự Tốc độ truyền quyết định số bit mã hóa có thể được truyền cho mỗi ký tự điều chế Các ví dụ điển hình bao gồm QPSK, 16QAM (Quadrature Amplitude Modulation) và 64QAM.
4, 8 bit mỗi điều ch ký tế ự, tương ứng
Hiệu quả của mã MCS ảnh hưởng đến sản phẩm của tần suất và số lượng các bit trên ký tự điều chế Thông lượng được đo bằng bit cho mỗi ký tự trong liệu điều chế và thường được chuẩn hóa cho một kênh băng thông Đơn vị hiệu quả được tính là bit trên giây, mỗi hertz.
MCS yêu cầu một mức SENIR nhất định tại các ăng-ten thu để hoạt động với BER chấp nhận được Đối với MCS có băng thông cao hơn, cần có SENIR cao hơn để đảm bảo hiệu suất AMC (adaptive modulation and coding) hoạt động bằng cách đo lường và phản hồi kênh SENIR để phát, từ đó chọn MCS phù hợp từ một "codeset" nhằm tối đa hóa thông lượng trong khi duy trì mức BER mục tiêu Một codeset chứa nhiều MCSs và được thiết kế để hoạt động hiệu quả trong phạm vi SNRs.
M t ví d v mộ ụ ề ột codeset được hi n th trong hình 4.9 M i MCS trong codeset có ể ị ỗ băng thông cao nhất cho m t ph m vi 1-2 dB SENIR ộ ạ
Shannon đại diện cho băng thông lý thuyết tối đa có thể đạt được qua một kênh AWGN với SINR nhất định, như minh họa trong hình 4.9 Các hệ thống AMC thường đạt khoảng 0,75 lần thông lượng của Shannon ràng buộc, tùy thuộc vào mức SNR mà chúng hoạt động Hình 4.11 trình bày cơ sở E-ULTRA DL (truy cập vô tuyến trên đất liền phát triển) và UL hiệu quả (bps mỗi Hz) so với SINR, dựa trên các tiêu chuẩn 3GPP cùng với Shannon ràng buộc.
(Ngu n: 3GPP [4]) ồ Hình 4.9 Thông lượng các b ộ mã hóa và điều ch k t h p, AWGN kênh gi nh ế ế ợ ả đị
Hình 4.10 Hi u qu ệ ảphổ thông qua SENIR với đường cơ sở E-ULTRA
Sự lựa chọn MCS (Modulation and Coding Scheme) tối ưu phụ thuộc vào điều kiện kênh và khả năng của thiết bị người dùng (UE) MCS cần được điều chỉnh để đảm bảo hiệu suất tối ưu, bao gồm tốc độ truyền dữ liệu, tỷ lệ lỗi gói và độ ổn định AMC (Adaptive Modulation and Coding) là công nghệ chủ chốt trong việc thích ứng với biến động kênh, cho phép thay đổi tốc độ mã hóa dựa trên điều kiện kênh hiện tại Người dùng gần eNB với giá trị SINR cao sẽ được gán MCS cao, trong khi MCS sẽ giảm khi người dùng di chuyển ra xa eNB do SINR suy giảm và nhiễu tăng lên MCS cũng được áp dụng cho tất cả các nhóm RBs thuộc cùng một lớp giao thức (L2) để tối ưu hóa việc truyền tải dữ liệu trong một đơn vị dữ liệu (PDU) trong khoảng thời gian TTI với một luồng duy nhất.
Các phân tích so sánh v i HSPA + ớ
Mạng LTE có ảnh hưởng lớn đến bán kính cell do tính chất suy thoái của hệ thống khi tải tăng cao, khác với hệ thống UMTS Hệ thống LTE sử dụng kỹ thuật OFDM và không có hiện tượng can nhiễu giữa các sóng mang trực giao Khi bán kính cell đã được xác định, có thể phân tích tác động của tải lên bán kính cell dựa trên các thông số khác nhau Hình 4.21 cung cấp các bán kính lý thuyết cho cả kênh tải xuống (DL) và tải lên (UL) trong môi trường đô thị, so sánh với các tham số tương tự trong bảng 4.8 Bán kính cell UL giảm khoảng 10% khi tải đạt 100% và giảm 5% khi tải đạt 50%, cho thấy sự suy thoái đáng kể so với hệ thống HSPA+.
Phân tích so sánh cho thấy các tình huống tương tự trong hệ thống HSPA + 2.1 GHz cho thấy bán kính cell cho tải lên (UL) và tải xuống (DL) bị ảnh hưởng đáng kể Cụ thể, bán kính tải xuống giảm 45% trong khi bán kính tải lên bị giảm xuống gần 0% trong điều kiện tối ưu Điều này chỉ ra nhược điểm của hệ thống UMTS với các tế bào hạn chế Để đảm bảo băng thông 512 kbps DL ở rìa cell, bán kính cell cần được điều chỉnh dựa trên công suất phân bổ cho mỗi người dùng Hình ảnh minh họa cho thấy bán kính cell giảm theo số lượng người dùng ở rìa cell, với tối đa chỉ sáu người dùng có thể đạt được băng thông 512 kbps khi bán kính cell kéo dài đến 200 m.
Hình 4.22 minh họa tác động của tần số 2.1 GHz lên bán kính của cell HSPA+ trong môi trường đô thị, với thông lượng là 128 kbps cho UL và 512 kbps cho DL tại biên cell.
Hình 4.23 S ự ảnh hưởng s ố lượng người dùng lên bán kính cell với thông lượng biên 512 kbps DL thông qua phân b công su t cho mổ ấ ỗi người dùng
Sóng HSDPA, với công suất 40 W, có khả năng phục vụ tối đa sáu người dùng với tốc độ 512 kbps trong một cell có bán kính 200 m Giải pháp này là một bước tiến quan trọng so với hệ thống LTE nhờ vào kỹ thuật thu phát OFDM.
Sau đây tóm tắt tác động t i lên h th ng LTE và h th ng UMTS: ả ệ ố ệ ố
• Tải có tác động đáng kể trên ph m vi vùng ph UMTS ạ ủ
• Giảm kho ng 13% bán kính cell UMTS khi nả ạp tăng từ 50 đến 70%
• LTE là m nh m ạ ẽ hơn vớ ải t i và bán kính cell gi m ch kho ng 2,5% khi t i ả ỉ ả ả tăng từ 50 đến 70%
Hình 4.24 So sánh bán kính cell DL tại thông lượng biên cell 512 kbps, vùng ph trong nhà và 90% t ủ ải.
4.5.2 So sánh ph m vi vùng ph ạ ủ ữa LTE và HSPA + gi
4.5.2.1 So sánh bán kính cell
Trong bài viết này, tác giả phân tích và so sánh phạm vi vùng phủ của LTE và HSPA+ Hệ thống LTE tại 2.1 GHz cung cấp vùng phủ DL tốt hơn từ 15-35% so với HSPA+ ở cùng tần số LTE 2.6 GHz có vùng phủ DL tương đương với HSPA tại 2.1 GHz, nhưng HSPA+ tại 2.1 GHz lại có phạm vi UL tốt hơn so với LTE 2.6 GHz do băng tần thấp hơn Kết quả cho thấy LTE 2.6 GHz có thể tận dụng các trạm 3G hiện có mà không cần bổ sung trạm LTE mới Tuy nhiên, các hạn chế khác về triển khai LTE cần được xem xét Băng tần 2.6 GHz không nên coi là băng tần duy nhất cho vùng phủ toàn cầu, mà có thể sử dụng như điểm nóng Triển khai LTE tại 1800 MHz được coi là tối ưu cho phủ sóng toàn quốc, có thể kết hợp với LTE 2.6 GHz cho các điểm nóng hoặc với 800 MHz cho các khu vực ngoại ô và nông thôn.
4.5.2.2 So sánh thông lượng biên cell
Hệ thống LTE hoạt động tại tần số 2.6 GHz với băng thông 5 và 20 MHz cung cấp hiệu suất CET cao hơn HSPA+ hoạt động tại 2.1 GHz Cụ thể, LTE tại 2.6 GHz đạt được khoảng 50% CET so với HSPA+ ở cùng băng thông 5 MHz Hơn nữa, với băng thông 20 MHz, LTE cung cấp hiệu suất CET gấp 7 lần so với HSPA+.
Hình 4.25 Bán kính cell UL với các băng thông cạnh khác nhau cho m ng ạ
Hình 4.26 Thông lượng biên t bào DL v i bán kính khác nhau cho m ng HSPA ế ớ ạ
K ết luận chương
Chương 4 phân tích các thông số chính để đánh giá phạm vi vùng ph h ủ ệ thống LTE Tham s u tiên là RSRP, th hai là RSSI, th ố đầ ứ ứ ba là đo lường chất lượng nhận được tín hi u tham chi u (RSRQ) Quan trệ ế ọng hơn là tham số ứ tư là th SINR là t l công suỷ ệ ất sóng mang điều ch ếnhận được trung bình với tổng c a công ủ suất nhiễu đồng kênh trung bình và công su t nhi u t các ngu n khác SINR t i ấ ễ ừ ồ ố thiểu là −4 cho tất cả các băng trong khi RSRP ph thuụ ộc vào băng tần Đây là lý do t i sao SINR là quan tr ng và nó cung c p các d u hi u cho th y quý giá vạ ọ ấ ấ ệ ấ ề phạm vi vùng ph ủ và thông lượng d ựkiến Vì v y, các bậ ản đồphạm vi vùng ph ủ được tạo ra bởi SINR là chính xác hơn so vớ ả đồi b n phủ sóng RSRP ho c RSSI Ngoài ra, ặ bản đ thông lượng đượ ạồ c t o ra t b ng ánh x v i SINR ừ ả ạ ớ
Chỉ số chất lượng kênh (CQI) là yếu tố quan trọng trong việc tối ưu hóa truyền dữ liệu, với phương pháp điều chỉnh và mã hóa (MCS) phù hợp CQI được mã hóa bằng 4-đến 6-bit và được xác định dựa trên việc quan sát SINR DL tại UE, như phân tích trong bảng 4.3 cho đường xuống và bảng 4.4 cho đường lên Chương này cũng cung cấp phân tích chi tiết về vùng phủ sóng, các yếu tố ảnh hưởng đến công suất đầu ra eNB, thông lượng người dùng biên, mô hình kênh, độ tăng ích anten eNB, lựa chọn MCS, công suất phát tương đương, độ nhạy thu, nhiễu hình học, hiệu năng SINR, tổn hao thâm nhập, tổn hao do cơ thể người dùng, tổn hao do phi đơ, xác nhận ngân sách liên kết, và các yếu tố margin.
Cuối chương, các phân tích so sánh giữa mạng HSPA+ và LTE cho thấy rằng bán kính cell UL của LTE giảm khoảng 10% đến 100% so với HSPA+, với mức suy thoái tối đa là 5% tại 50% tải UL Hình 4.24 minh họa sự khác biệt về bán kính tế bào DL giữa HSPA+ tại 2.1 GHz và LTE tại 2.1 GHz cũng như 2.6 GHz Hình 4.25 chỉ ra rằng hệ thống LTE cung cấp CET tốt hơn HSPA+, cụ thể là LTE tại 2.6 GHz đạt được 50% CET cao hơn so với HSPA+ tại 2.1 GHz với cùng băng thông kênh 5 MHz Thêm vào đó, LTE tại 2.6 GHz với băng thông kênh 20 MHz cung cấp hiệu suất cao gấp 7 lần so với CET của HSPA+.
Luận văn này phân tích các khía cạnh quy hoạch công suất và phạm vi phủ sóng của mạng LTE thương mại Nó giải quyết các vấn đề cơ bản liên quan đến quy hoạch vùng phủ và dung lượng mạng Phạm vi phủ sóng LTE cùng với các khía cạnh ngân sách liên quan được mô tả chi tiết và phân tích cho các kênh LTE khác nhau.
Mô hình triển khai mạng được phân tích dựa trên các yếu tố giới hạn kênh và hạn chế liên quan trong các băng tần khác nhau Nghiên cứu xây dựng các mô hình lan truyền khác nhau cho các môi trường khai thác mạng Các trường hợp nghiên cứu về ngân sách liên kết thực tế được áp dụng cho các dịch vụ như VoLTE Khía cạnh phân tích sóng của hệ thống LTE đã được so sánh với hệ thống truy cập gói tin tốc độ cao HSPA+, giúp các nhà điều hành mạng thực hiện quy hoạch mạng nhanh chóng với các yếu tố và mục tiêu xác định.
Luận văn cung cấp cái nhìn toàn diện về các khía cạnh lập kế hoạch dung lượng thực tế của hệ thống mạng Nó bao gồm các khảo sát phân tích dung lượng của hai hệ thống LTE và HSPA+ Các tình huống định cỡ được đề cập trong bối cảnh dịch vụ dữ liệu và thoại Kích thước của các kênh LTE chính được mô tả chi tiết cùng với các ví dụ thực tế Bên cạnh đó, các phân tích so sánh với mạng HSPA+ được thực hiện nhằm đánh giá hiệu suất và khả năng của hệ thống LTE.
Nội dung trong luận văn này có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho những thực tiễn tốt nhất trong thiết kế và lập kế hoạch mạng LTE Tác giả kiến nghị, ngoài công việc quy hoạch cho mạng LTE đã trình bày, cần hoàn thiện các việc như chọn mô hình truyền dẫn thích hợp với dự báo phổ sóng.
RF LTE là công cụ lập kế hoạch quan trọng, giúp điều chỉnh mô hình để phù hợp với từng vùng cụ thể và nhu cầu người dùng Công việc này yêu cầu sự thường xuyên từ nhà khai thác mạng do các yếu tố khách quan liên tục thay đổi.
[1] The Association of Radio Industries and Businesses (ARIB) https://www.arib.or.jp/english/html/overview/doc/STD-
[2] Telesystem Innovations (2010) LTE in a Nutshell, White Paper
[3] 3GPP (2011) Requirements for Support of Radio Resource Management
[4] 3GPP (2009) Radio Frequency (RF) System Scenarios TS 36.942 V 8.2.0
[5] 3GPP (2011) Physical Layer Procedures TS 36.213 V 10.1.0
[6] 3GPP (2011) User Equipment (UE) Radio Transmission and Reception 36.101, V8.15.0
[7] COMMSCOPE, http://www.commscope.com/catalog/andrew/product_details.aspx?id 15653& tab=2 (accessed 23 September 2013)
[8] Elnashar, A and El-Saidny, M.A (2013) A Practical Performance Analysis of The Long Term Evolution (LTE) System Based on Field Test Results IEEE Vehicular Technology Magazine (Sept 2013)
[9] Seker, S.S., Yelen, S., and Kunter, F.C (2010) Comparison of propagation loss prediction models of UMTS for an URBAN AREAS 18th Telecommunications forum TELFOR 2010, pp 902 905 –
[10] Hata, M (1980) Empirical formula for propagation loss in land mobile radio services IEEE Transactions on Vehicular Technology, VT-29, 317–325.
[11] Wong, T (1999) Some technique for CDMA capacity enhancement, PhD dissertation, TheUniversity of Texas at Arlington
[12] Parsons, D (1994) The Mobile Radio Propagation Channel, Halsted Press ISBN: 0-470-21824, TK 6570.M6P38
[13] 3GPP (2009) Base Station (BS) Radio Transmission and Reception, TS 36.104 V8.7.0.