Tuân theo chuẩn hệ thống 3G IMT-2000 của ITU• Phát triển từ GSM+ Mạng truy nhập vô tuyến: WCDMA:- Sử dụng DS-CDMA - Tốc độ mã: 3,84Mc/s + Mạng lõi phát triển từ GPRS• Song công+ FDD: Hai
Trang 12.2 TỔNG QUÁT QUY HOẠCH VÔ TUYẾN 3G UMTS 3
2.3 QUY TRÌNH QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN 4
-Quy trình chung: 4
- Giai đoạn tiền quy hoạch: 4
▪ Giai đoạn quy hoạch chi tiết 5
▪ Tối ưu mạng vô tuyến 3G UMTS 6
▪ Lựa chọn vị trí trạm, khảo sát đường truyền thẳng 11
▪ Tính toán quỹ đường truyền 11
• Các tính toán 11
▪ Tính toán quỹ đường truyền 12
▪ Hiệu ứng truyền lan 13
▪ Hiệu ứng truyền lan 13
▪ Nguyên tắc thiết kế đường truyền viba số 14
▪ Hiệu năng lỗi và độ khả dụng 14
3.5 Quy hoạch chi tiết 16
Trang 2Tổng quan 3G UMTS
UMTS: Universal Mobile Telecommunications System
• Hệ thống đi động thế hệ 3 do 3GPP (3rd Genaration Partnership Project) đề xuất Tuân theo chuẩn hệ thống 3G IMT-2000 của ITU
• Phát triển từ GSM
+ Mạng truy nhập vô tuyến: WCDMA:- Sử dụng DS-CDMA - Tốc độ mã: 3,84Mc/s + Mạng lõi phát triển từ GPRS
• Song công
+ FDD: Hai băng tần 5MHz, phân cách 190MHz + TDD: Sử dụng một băng tần 5MHz
▪ Đặc tính giao diện vô tuyến W-CDMA/FDD
Sơ đồ truy nhập CDMA chuỗi trực tiếp (DS-CDMA) Tốc độ chíp 3,84 Mc/s
Tốc độ số liệu Lên đến 2 Mb/s (DL) Độ dài khung truyền dẫn 10 ms
Hiệu chỉnh lỗi trước Mã Turbo, mã xoắn
Điều chế Đường xuống: QPSK, đường lên: BPSK Trải phổ DS; Đường xuống: QPSK, đường lên: HPSK Đồng bộ giữa các trạm Di bộ (cũng có thể đồng bộ)
Mã hóa tiếng AMR (4,75-12,2) kb/s
▪ Kiến trúc UMTS
• Kiến trúc xây dựng trên 3 phát hành chính: R3, R4, R5
+ R3 và R4: Mạng lõi gồm 2 miền CS và PS phát triển từ mạng lõi GPRS
+ R4 sử dụng chuyển mạch mềm, mạng truyền tải giữa các node đều trên nền IP
+ R5 hội tụ dịch vụ trên miền gói chung, đưa thêm phân hệ đa phương tiện IP, IMS (IP
+ TE: Đầu cuối dữ liệu phục vụ dịch vụ dữ liệu
+ ME Hỗ trợ giao diện vô tuyến WCDMA, Uu, kết nối vật lý với NodeB + USIM: Chứa dữ liệu thuê bao, các hàm cho nhận thực, bảo mật thông tin + Kết nối ME với USIM qua giao diện Cu
• UTRAN: + Gồm các RNS: RNC, Nút B
+ Kết nối với CN qua giao diện Iu (CS và PS), UE qua giao diện Uu Nội bộ RNS dùng các giao diện Iub và Iur
+ RNC: - Điều khiển các NodeB, quản lý tài nguyên vô tuyến - Đảm bảo an ninh: Bảo mật và toàn vẹn của dữ liệu
- Bao gồm nhiều chức năng logic tùy theo vai trò: Kết nối với UE –Serving RNC, Cung cấp tài nguyên vô tuyến – Drift RNC, Điều khiển –Control RNC
+ Nút B - Kết nối vô tuyến với UE
Trang 3- Giao diện Iub với RNC và Uu với UE
- Quản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở: Điều khiển công suất vòng trong • CN + CS: MSC, GMSC + PS: SGSN, GGSN + HE: AuC, HLR, EIR
▪ Cấu trúc hệ thống, R4
• Đặc trưng
+ Mạng lõi CS phân bố với chuyển mạch mềm
+ MSC chia thành: - MSC server: Chứa phần mềm điều khiển cuộc gọi, quản lý di động
- Báo hiệu điều khiển cuộc gọi thực hiện giữa RNC và MSC server
- MGW (Media GateWay – Cổng phương tiện): Chứa ma trận chuyển mạch - Đường truyền cho lưu lượng thực hiện giữa RNC và MGW
+ Mạng đường trục trong mạng lõi sử dụng mạng truyền tải IP - GTP/IP: Kết nối SGSN - RTP/IP: Kết nối MGW
• SS7 GW + Cổng báo hiệu kết nối với mạng SS7 bên ngoài • Giao diện + Mạng đường trục
- CS: RTP/IP (Real Time Protocol/Internet Protocol)
- PS: GTP/IP (GPRS Tunneling Protocol/ Internet Protocol) + Điều khiển chuyển mạch mềm - H248/IP MEGACO + Mạng ngoài - PCM: PSTN - Gi/IP: Internet
+ Mạng báo hiệu - Sigtran: Mang bản tin SS7 trên mạng IP • HSS + Home Subscriber Server: Server thuê bao nhà
+ Chức năng tương tự HLR, giao diện kết nối trên nền IP
▪ Cấu trúc hệ thống, R5
• Đặc trưng + Hội tụ tiếng và số liệu trên mạng gói chung (không còn miền lõi kênh) + Kiến trúc mạng đa phương tiện IP: Bổ sung phân hệ đa phương tiện IP,IMS - IP Multimedia Subsystem
+ Các phần tử chức năng mạng mới: IMS
- CSCF: Connection State Control Function - MRF: Multimedia Resource Function - MGCF: Media Gateway Control Function - T-SGW: Transport Signalling GateWay
- R-SGW: Roaming Signalling GateWay
+ Tăng cường chức năng UE - Điều khiển các dịch vụ đa phương tiện
- Hỗ trợ giao thức SIP (Session Initiation Protocol) • CSCF + Quản lý việc thiết lập, duy trì, giải phóng các phiên đa phương tiện + Hoạt động như một server đại diện
• MRF
+ Lập cầu hội nghị, hỗ trợ tính năng tổ chức cuộc gọi nhiều phía và dịch vụ hội nghị • T-SGW + Cổng báo hiệu SS7 tương tác báo hiệu với các mạng ngoài cho truyền tải • R-SGW
+ Cổng báo hiệu cho tương tác báo hiệu với mạng di động khác cho chuyển giao • MGW + Tương tác với mạng ngoài cho truyền đa phương tiện
Trang 4+ Các lớp dịch vụ trong UMTS + Các phần tử trong mạng vô tuyến
• Yêu cầu: QoS theo dịch vụ multimedia • Tiền quy hoạch: Định cỡ mạng truy nhập • Quy hoạch: Khảo sát trạm • Quy hoạch chi tiết: Điều chỉnh thông số thực tế • Đo kiểm, nghiệm thu
- Giai đoạn tiền quy hoạch:
• Định cỡ mạng truy nhập theo yêu cầu đầu vào và vùng phủ, dung lượng mong muốn • Quy hoạch vùng phủ: + Khu vực phủ song + Loại vùng phủ + Cấu hình mạng
+ Điều kiện truyền sóng: Mô hình truyền sóng, tính toán quỹ đường truyền → dự đoán vùng phủ từng trạm
→ Xác định vị trí trạm, số trạm yêu cầu theo vùng phủ • Quy hoạch dung lượng
+ Thách thức với UMTS: Yêu cầu khác nhau chất lượng và dung lượng cho từng ứng dụng → nghẽn đối với các dịch vụ dữ liệu thời gian thực
+ Tần số khả dụng + Thuê bao cơ bản, mức tăng trưởng + Loại dịch vụ yêu cầu → Đầu vào cho bài toán định cỡ → Số đoạn ô, số bộ thu phát yêu cầu cho từng trạm
+ Vùng phủ/Dung lượng/Chất lượng/Cấu hình mạng: Cùng kết hợp chặt chẽ để đạt được tiêu chuẩn chất lượng cho các dịch vụ
• Các thông số tác động quá trình định cỡ mạng vô tuyến
+ Cấu trúc và hiệu năng lớp vật lý: Kênh vật lý, kênh truyền tải; Quá trình đo lường, điều khiển công suất, điều khiển chuyển giao.
+ Điều chế đường lên và đường xuống + Trải phổ đường lên và đường xuống + Quy hoạch mã
• Quy hoạch vùng phủ
+ Phụ thuộc vào khu vực phủ sóng, loại địa hình, các điều kiện truyền sóng: Thành phố, ngoại ô, nông thôn → Giới hạn ô: Tính toán quỹ đường truyền.
+ Dung lượng ô quyết định vùng phủ đối vùng mật độ dân cư cao.
+ Hiệu ứng tải: - Can nhiễu từ các ô lân cận ảnh hưởng đến hiệu năng ô: Hệ số tải (a [0,4-0,5]) → giảm cấp do can nhiễu
+ Quỹ đường truyền: Tính toán riêng cho dịch vụ thoại và dữ liệu
Trang 5• Quy hoạch dung lượng: + Phân tích dung lượng phụ thuộc nhiều vào vùng phủ + Vùng phủ đường lên và đường xuống khác nhau Vùng phủ đường xuống giảm khi số thuê bao tăng cùng với tốc độ truyền dẫn → cần thêm trạm.
+ Dung lượng đường xuống là thông số quyết định phạm vi phủ sóng của một ô.
+ Đặc trưng UMTS: AMR → Lựa chọn thông số phù hợp → cải thiện hiệu năng hệ thống, chất lượng dịch vụ, vùng phủ
→ Cấu hình ô: Số sector và số sóng mang (TRX) + Thực hiện bằng công cụ phần mềm hỗ trợ → Khảo sát vị trí trạm
▪ Giai đoạn quy hoạch chi tiết
• Xác định các thông số thực tế của trạm: Vị trí anten, độ cao anten • Phân tích can nhiễu, hiệu năng đường truyền
• Thiết lập các thông số hệ thống quan trọng → Tối ưu trước khi đưa vào hoạt động
Hỗ trợ của công cụ phần mềm, số liệu đo lường drive test • Vùng phủ và dung lượng
+ Xác định chính xác hơn kế hoạch vùng phủ và dung lượng: Phân tích đường truyền vô tuyến, quỹ công suất sử dụng số liệu từ drive test
+ Các yếu tố gây khác biệt giữa quỹ đường truyền thực tế và lý thuyết: - Mô hình truyền sóng: Cần điều chỉnh cho gần với thực tế
- Các thông số quỹ đường truyền: Tốc độ dữ liệu, QoS yêu cầu
- Các điều kiện truyền sóng: Điều chỉnh cho các khu vực địa lý khác nhau + Thông số chính xác: Độ cao anten, góc ngẩng, góc phương vị, vị trí trạm + Xác định: Công suất phát đường lên, đường xuống.
Số lượng thuê bao chính xác → phân tích chính xác can nhiễu
Trang 6Quy hoạch mã chính xác: 512 tập mã
• Vùng phủ và dung lượng + cell breathing: co giãn giới hạn ô - Số thuê bao tăng → vùng phủ giảm; Tải giảm → vùng phủ tang + soft capacity: dung lượng mềm
- Can nhiễu hạn chế dung lượng: Can nhiễu ô lân cận giảm → Dung lượng tăng → kết nối tốt hơn
• Quản lý tài nguyên vô tuyến
+ Yêu cầu trong quy hoạch thông số của WCDMA
+ Gồm: Quản lý tài nguyên vô tuyến; Quản lý truy nhập; Điều khiển công suất; Điều khiển chuyển giao
→ Sử dụng hiệu quả tài nguyên: Tối ưu vùng phủ, Tối ưu dung lượng → Đảm bảo QoS
• Quản lý tài nguyên vô tuyến
+ Điều khiển cho phép (Admission Control):
- Cho phép/từ chối thuê bao mới dựa trên tác động với các thuê bao hiện tại → tránh nghẽn mạng.
- Dựa trên công suất/thông lượng
Công suất: Uplink, dựa trên mức nhiễu do thuê bao mới → giảm chất lượng mạng Thông lượng: : Căn cứ việc tính toán hệ số tải của ô → quyết định tham số dự phòng nhiễu IM
+ Điều khiển ngẽn: Giám sát, phát hiện, điều chỉnh ngẽn mạng
+ Điều khiển công suất: Chuyển thuê bao mới sang sóng mang khác → Chống quá tải Giảm nhiễu MUI/MAI (CDMA) - Open loop/closed loop power control
• Quản lý tài nguyên vô tuyến
+ Handover control - Soft handover/Hard handover + Ấn định mã - Theo cấu trúc mạng, đặc tính RRM - Đảm bảo tương quan chéo thấp
▪ Tối ưu mạng vô tuyến 3G UMTS
• Quy trình
+ Bắt đầu từ tiền quy hoạch: Tối ưu hóa mạng vô tuyến
+ Trước khi đưa vào khai thác: Tối ưu hiệu năng thông qua thay đổi cấu hình (ie: cải thiện vùng phủ bằng điều chỉnh độ cao anten, thay đổi góc ngẩng )
+ Thông số đầu vào: Số liệu mạng hiện tại, bản quy hoạch chính ban đầu • KPI (Key Performance Indicators)
+ Là phần quan trọng của quá trình tối ưu → lựa chọn phương pháp tối ưu.
+ Xác đinh thông số có tác động mạnh lên mạng vô tuyến: Tham số có mặt trong suốt quá trình tối ưu, có giá trị thay đổi khi tối ưu.
+ Tham số liên quan đến: Vùng phủ sóng, dung lượng và chất lượng mạng + Các thống số KPI cơ bản:
- Cal success/failure rate; Dropped call rate - Handover success rate - Average throughput on uplink/downlink
Các công cụ hỗ trợ tối ưu phải đo lường được các thông số này • Giám sát hiệu năng mạng
Trang 7+ Thông qua hệ thống quản lý mạng (NMS) và drive test
+ Trễ chuyển giao số liệu thời gian thực là yếu tố hết sức quan trọng cần được giám sát.
• Giám sát hiệu năng mạng
NMS + Các phép đo thực hiện tại RNC dựa trên các thông số KPI + Thực hiện khi hệ thống đã hoàn chỉnh, khi đưa vào khai thác + Cung cấp số liệu thống kê cho phân tích chất lượng mạng Drive test + Báo cáo chất lượng mạng từ góc độ người dùng + Thực hiện cho từng trạm và cả vùng phục vụ + Đánh giá vùng phủ sóng, chất lượng mạng • Tăng cường vùng phủ
+ Hiệu năng đường truyền tác động trực tiếp đến vùng phủ sóng
+ Tăng vùng phủ → tăng công suất trung bình BS → có thể giảm dung lượng nếu dung lượng đường xuống giới hạn.
+ Hiệu năng đường truyền: BER, BLER, PC headroom → tác động quỹ công suất → Vùng phủ
+ BS NF, Proccessing gain, antenna gain, interference margin →Eb/No
+ Multipath diversity, Downtilts
• Tăng cường dung lượng + Tăng cells/carriers/sectors
+ Load factor, link budget, orthogonality factor, soft handover → capacity
Handover Optimisation + Soft handover → DCR, CSR, TRX power Packet Scheduling Optimisation + Congestion control: NRT packet data Power Control + Fast PC → SIR → Coverage/Capacity (interference) Admission Control + Load control → throughput/power (capacity/coverage) Bảng 2.2: Quỹ đường truyền dịch vụ đường lên tổng quát
Trang 8Bảng 2.3: Quỹ đường truyền dịchvụ đường xuống tổng quát
3.1 Mở đầu
-Mạng truyền dẫn UMTS
• Vai trò + Kết nối trong UTRAN + Sử dụng cáp quang/viba số • Các phần tử UTRAN + NodeB + RNC
Trang 93.2 Tổng quan quy hoạch mạng truyền dẫn 3G UMTS
-Phạm vi quy hoạch
• Hệ thống truyền dẫn trên các giao diện Iub, Iu_cs, Iu_ps, Iur • Quy trình quy hoạch
▪ Quy hoạch tổng quát
• Protection • Link budget calculations • Topology • Equipment dimensioning + Voice, CS/PS data, RT/NRT
3.3 Định cỡ mạng
▪ Tổng quát
• Sau quy hoạch vô tuyến: Số trạm BS
• MultiMedia: Voice, CS/PS data, RT/NRT → Multi data rate + Iur, Iub, Iucs/Iupc + Số RNC
• Xử lý qua các lớp
+ Bổ sung bit mào đầu → tăng dung lượng → tính toán chính xác khi định cỡ + Voice: CS (VAF, SHO, protocol overhead, signalling overhead)
▪ CS dimensioning
• VAF: Voice Activity Factor + Active/Silent mode
+ AMR codec: AMR-0 – AMR-7 (12,2kb/s – 4,75kb/s) + Dimentionsing AMR-0 • SHO: Soft Hand-Over + Connect before Break + More capacity: 150% • OverHead + Protocol overhead: RLC, FP, AAL/IAL
+ Signalling overhead: Control Plane
▪ PS dimensioning
Báo hiệu trên các giao diện truyền dẫn • NBAP (Iub): NoteB Application Part
+ C-NBAP: Cho kênh chung (RACH, FACH), cấu hình ô, quản lý lỗi
Trang 10+ D-NBAP:Chokênhdànhriêng, quản lý lỗi giao diện vô tuyến, cấu hình liên kết vô tuyến
• RNSAP (Iur): Radio Network Subsystem AP
+Quảnlýđườngtruyềnvôtuyến,táicấu hình kênh vật lý, đo lường các tàinguyên dànhriêng
+ Điềukhiểnchế độ nén, hiệu chỉnh trôi công suất, chỉ thị lỗi, chuyển đồi báo hiệu UL/ DL
• RANAP (Iu): RAN AP
+ Tìm gọi, điều khiển luồng, quá tải xử lý/CCCH trên UTRAN + Điều khiển chế độ mã hóa, báo cáo vị trí
+ Kiểm tra tài nguyên, kiểm soát lỗi, thủ tục handover
Trang 113.4 Quy hoạch đường truyền viba số
▪ Tổng quát
• QoS + Voice: BER 10e-3 + Data: BER 10e-6 • Transmission mode + PDH/SDH + ATM/IP • Topology + Delay: RTD + Star Network
▪ Lựa chọn vị trí trạm, khảo sát đường truyền thẳng
• Khảo sát chọn vị trí trạm + Trạm cao: Khả năng kết nối tốt với nhiều trạm khác + Với NodeB thấp, bị che chắn: Bố trí trạm lặp chuyển tiếp
• Khảo sát đường truyền thẳng +Đường truyền thẳng giữa các trạm → đảm bảo kết nối
+ Xây dựng mặt cắt đường truyền: Vùng nhìn thấy Fresnel • Khảo sát đường truyền thẳng
+ Miền Fresnel
Trang 12▪ Tính toán quỹ đường truyền
+ Xác định độ dài đường truyền phù hợp mức tín hiệu yêu cầu + Giúp tính toán độ dự trữ pha đinh
• Các tính toán
▪ Tính toán quỹ đường truyền
Trang 13▪ Hiệu ứng truyền lan
Trang 14▪ Hiệu ứng truyền lan
• Truyền đa đường
▪ Nguyên tắc thiết kế đường truyền viba số
+ Dự trữ pha đinh cần đủ lớn, đảm bảo cho giảm cấp tín mức hiệu thu do mưa/pha
+ Tránh các chặng đi trên mặt nước, hoặc chọn độ cao anten để điểm phản xạ không rơi trên mặt nước hay bị chặn bởi vật cản.
+ Chọn anten cao hơn với vùng có hệ số k-fading cao.
+ Vùng có hiệu ứng ống dẫn cao, chọn độ cao anten cao hơn để dễ dịch chuyển độ cao anten.
▪ Hiệu năng lỗi và độ khả dụng
+ Sau khi đường truyền được thiết kế, hiệu năng được đánh giá qua hiệunăng lỗi và độ
Trang 163.5 Quy hoạch chi tiết
▪ Tổng quát
• Chi tiết + Quy hoạch 2Mb/s + Quy hoạch tham số (ATM/IP) + Quy hoạch đồng bộ + Quy hoạch NMS
▪ Quy hoạch thông số
• Thông số cấu hình phần tử mạng và giao diện Thông số khối giao diện, IFU
+ Hardware: PDH/SDH
SDH: Physical, Multiplexing, Regenerator, Virtual container + Trunk: E1/T1
Trang 17+ Định nghĩa địa chỉ IP công cộng và IP riêng + Định nghĩa bảng định tuyến
Thông số đồng bộ
+ Định nghĩa nguồn đồng hồ hoặc nguồn đồng bộ + Mức độ ưu tiền từng nguồn
▪ Kế hoạch quản lý mạng
• Gồm các thông tin
+ Quản lý DCN sử dụng trên các lớp kế tiếp trên lớp IP/ATM + Quản lý thiết bị truyền dẫn (thiết bị SDH/PDH)
• Kết nối trên Iub
+ Capacity: 32 – 128kb/s + Topology: Tree/chain + Over IP/ATM + IP address ▪ Ethernet Radio
• Packet/IP radio + Data network: bandwidth + Mobie backhaul/fronthaul + Microwave ethernet: high speed (1Gb/s)
• Components + IWF + Standard Ethernet interfaces + Carrier Ethernet switch
3.6 Tối ưu mạng truyền dẫn UMTS
▪ Tổng quát
• Quy trình + Tập trung: Thiết lập thông số và QoS
• Mục tiêu + Tối ưu dung lượng và chất lượng theo QoS yêu cầu của từng ứng dụng • Số liệu mạng hiện tại + Cấu hình trạm + Kiến trúc mạng + Tính quỹ đường truyền
+ Dữ liệu nghiệm thu + Dữ liệu giám sát + Hiệu năng KPI
▪ Phân tích mạng
• Phân tích dung lượng
+ Dung lượng mạng truyền dẫn 3G phụ thuộc lưu lượng mạng và chất lượng yêu cầu + Loại lưu lượng: RT/NRT
• Tăng dung lượng mạng truyền dẫn
+ Tăng số bộ xử lý tín hiệu/bộ quản lý ứng dụng và/hoặc số TRX + Tăng số trạm gốc + Tăng số lượng/dung lượng RNC
▪ Thiết lập thông số
• Các thông số tác động mạng truyền dẫn + Thông số định cỡ ban đầu
Xác định tác động của các thông số lên quá trình tối ưu mạng
+ Thông số mạng thực tế: Dung lượng đường truyền, môi trường truyền, đồng bộ và thiết lập mạng truyền dẫn
Thông số vận hành mạng: công suất thu, đáp ứng hệ thống, báo cáo dự trữ pha đinh + Thông số mạng vô tuyến: Thông số định cỡ và tối ưu
Thông số tối ưu: Tác động lên các thông số mạng truyền dẫn → kết hợp cho E2E QoS