tổng quan 3g umts tổng quát quy hoạch vô tuyến 3g umts quy trình quy hoạch mạng vô tuyến

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

Mục lục

Tổng quan 3G UMTS 2

▪ Đặc tính giao diện vô tuyến W-CDMA/FDD 2

▪ Kiến trúc UMTS 2

▪ Kiến trúc 3G WCDMA UMTS (R3 – R99) 2

▪ Kiến trúc hệ thống, R99 2

▪ Cấu trúc hệ thống, R4 3

▪ Cấu trúc hệ thống, R5 3

2.2 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

3.1 Mở đầu 8

-Mạng truyền dẫn UMTS 8

3.2 Tổng quan quy hoạch mạng truyền dẫn 3G UMTS 8

-Phạm vi quy hoạch 8

▪ Quy hoạch tổng quát 9

3.3 Định cỡ mạng 9

▪ Tổng quát 9

▪ CS dimensioning 9

▪ PS dimensioning 9

▪ RNC Dimensioning 9

▪ Dimensioning 9

3.4 Quy hoạch đường truyền viba số 11

▪ Tổng quát 11

▪ 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

▪ Tổng quát 16

▪ Quy hoạch thông số 16

▪ Kế hoạch quản lý mạng 16

3.6 Tối ưu mạng truyền dẫn UMTS 16

▪ Tổng quát 16

▪ Phân tích mạng 16

▪ Thiết lập thông số 16

Tổng 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 Mutimedia Subsystem)

▪ Kiến trúc 3G WCDMA UMTS (R3 – R99)

• Hỗ trợ CS 384Kb/s và PS 2Mb/s

• Gồm 3 phần

+ Thiết bị người dùng, UE + Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS, UTRAN + Mạng lõi, CN

▪ Kiến trúc hệ thống, R99

• UE + Gồm: TE, ME , USIM

+ 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

- 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

• MGCF + Điều khiển các MGW

2.2 TỔNG QUÁT QUY HOẠCH VÔ TUYẾN 3G UMTS

• Các vấn đề về hệ thống UMTS:

+ Yêu cầu của hệ thống 3G + Đặc trưng giao diện vô tuyến WCDMA

+ Các lớp dịch vụ trong UMTS + Các phần tử trong mạng vô tuyến WCDMA

+ Kiến trúc giao thức giao diện vô tuyến + Nguyên lý trải phổ + Truyền sóng đa đường

2.3 QUY TRÌNH QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN

-Quy trình chung:

• 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

• 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

Quy 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

+ 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

+ Transmit diversity

• Quality + End to end QoS + Delay on air interface (PS Service)

• Điều chỉnh thông số

+ Điều chỉnh các thông số KPI → tăng cường vùng phủ, dung lượng, chất lượng mạng,

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

Bảng 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

3.2 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

+ 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

▪ RNC Dimensioning

• Dung lượng xử lý của RNC + Lưu lượng trên các giao diện Iub/Iur/Iucs/Iups + Số TRX + Số NodeB

▪ Dimensioning

• Ví dụ: định cỡ mạng truyền dẫn

3.4 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