Quy hoạch mạng vô tuyến UMTS 3G và áp dụng triển khai cho mạng Vinaphone khu vực thành phố Bắc Ninh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Quy hoạch mạng vô tuyến UMTS 3G và áp dụng triển khai cho mạng VinaPhone khu vực Tp Bắc Ninh Ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60.52.70 Học viên: Nguyễ n Văn Ngọ c Giáo viên hƣớng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễ n Văn Khang Thái Nguyên, năm 2012 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và là công trình nghiên cứu của riêng tôi, luận văn này không giống hoàn toàn bất cứ luận văn hoặc các công trình đã có trƣớc đó. Thái Nguyên, ngày 30 tháng 11 năm 2012 Tác giả luận văn Nguyễ n Văn Ngọ c Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và tốt nghiệp, tôi đã nhận đƣợc sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Điện tử viễn thông - khoa Điện tử - trƣờng Đại học Kỹ thuật công nghiệp - Đại học Thái Nguyên và tôi đặc biệt muốn cảm ơn PGS.TS Nguyễn Văn Khang đã tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn tôi trong thời gian thực hiện đề tài, cảm ơn sự giúp đỡ của gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp trong thời gian qua. Mặc dù đã cố gắng, song do điều kiện về thời gian và kinh nghiệm thực tế còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, tôi rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng nhƣ của các bạn bè, đồng nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Nguyễ n Văn Ngọ c Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI NÓI ĐẦU Thông tin liên lạc là một nhu cầu của bất kỳ một xã hội phát triển nào. Để đáp ứng nhu cầu liên lạc ngày càng cao của xã hội, thông tin di động đã đƣợc nghiên cứu và phát triển từ rất sớm, bắt đầu với các hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ analog, cho đến nay các mạng di động sử dụng công nghệ số đang đƣợc ứng dụng rộng rãi và phát triển vô cùng mạnh mẽ. Một xu hƣớng rõ nét trong lĩnh vực thông tin di động hiện nay là các nhà cung cấp dịch vụ ngoài việc mở rộng dung lƣợng khai thác hiện có thì việc áp dụng nghiên cứu cũng nhƣ xác định lộ trình phát triển công nghệ để tăng cƣờng khả năng cung cấp đa dịch vụ tốt hơn đến khách hàng ngày càng đƣợc quan tâm nhiều hơn. Trong đó 3G - Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 chính là giải pháp công nghệ tiên tiến đang đƣợc các nhà khai thác mạng triển khai. Chúng ta tiến tới sẽ phải nâng cấp lên 3,5G và 4G nhƣng để tậ n dụ ng tố t cá c lợ i thế sẵ n củ a củ a nhà mạ ng thì việ c nên quy hoạ ch mạ ng 3G để cho phù hợ p vớ i nƣớ c ta hiệ n nay đó là mộ t yêu cầ u cấ p thiế t củ a cá c nhà cung cấ p dị ch vụ vì vậ y trong luậ n văn nà y em muố n đề cậ p đế n việ c quy hoạ ch mạ ng 3G và ƣ́ ng dụ ng tạ i các thành phố, tnh trong cả nƣớc. Đƣợc sự hƣớng dẫn tận tình của thầy giáo PGS .TS Nguễ n Văn Khang c ùng các thầy cô giáo trong Khoa điện tử - trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên, tôi xin hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học với nội dung: “Quy hoạch mạng vô tuyến UMTS 3G và áp dụng triển khai cho mạng VinaPhone khu vực Tp Bắc Ninh”. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN iii LỜI NÓI ĐẦU iv MỤC LỤC v DANH MỤ C CÁ C BẢ NG BIỂ U ix DANH MỤ C CÁ C HÌ NH VẼ , ĐỒ TH x DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xi MỞ ĐẦU 1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5 1.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5 1.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 8 1.2.1 Hƣớng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA 8 1.2.2 Hƣớng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ CDMA 2000 9 1.3 MẠNG UMTS 3G VÀ ĐNH HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA VINAPHONE 11 1.3.1 Định hƣớng công nghệ & dịch vụ theo tiêu chuẩn châu Âu do 3GPP qui định áp dụng cho mạng Vinaphone 11 1.3.2 Phiên bản tiêu chuẩn 3GPP 11 1.3.2.1 GPP R99 12 1.3.2.2 3GPP R4 14 1.3.2.3 3GPP R5 15 1.3.2.4 3GPP R6 17 1.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 18 Chƣơng 2: HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS 3G 19 2.1. NGUYÊN LÝ CDMA 19 2.1.1. Nguyên lý trải phổ CDMA 19 2.1.2. Kỹ thuật trải phổ và giải trải phổ 20 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.1.3. Kỹ thuật đa truy nhập CDMA 20 2.2. MỘT SỐ ĐẶC TRUNG LỚP VẬT LÝ TRONG MẠNG TRUY NHẬP WCDMA 22 2.2.1. Phƣơng thức song công. 22 2.2.2. Dung lƣợng mạng 23 2.2.3. Các kênh giao diện vô tuyến UTRA FDD 23 2.2.4. Cấu trúc Cell. 24 2.3. CẤU TRÚC HỆ THỐNG VÔ TUYẾN UMTS 25 2.3.1 Node-B 26 2.3.2 RNC (Radio Network Control) 26 2.3.3 Các giao diện mở cơ bản của UMTS 27 2.4 CÁC CHỨC NĂNG TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN 27 2.4.1 Giới thiệu về quản lý tài nguyên vô tuyến WCDMA 27 2.4.2 Điều khiển công suất 28 2.4.3 Điều khiển chuyển giao. 30 2.4.3.1 Chuyển giao trong cùng tần số. 30 2.4.3.2 Chuyển giao giữa các hệ thống WCDMA và GSM. 31 2.4.3.3 Chuyển giao giữa các tần số trong WCDMA. 33 2.4.4 Điều khiển thu nạp 34 2.4.5 Điều khiển tải (điểu khiển nghẽn) 36 2.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG 37 Chƣơng 3: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN UMTS 3G 38 3.1 QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN 38 3.1.1 Nguyên lý chung 38 3.1.2 Một số đặc điểm cần lƣu ý trong quy hoạch mạng 39 3.1.2.1 Dự báo 39 3.1.2.2 Quy hoạch vùng phủ vô tuyến 40 3.1.2.3 Nhiễu từ nhiều nhà khai thác khác 41 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.2. QUY HOẠCH ĐNH CỠ MẠNG 41 3.2.1 Tính toán vùng phủ sóng 42 3.2.1.1 Phân tích vùng phủ 42 3.2.1.2 Tính toán quỹ đường truyền vô tuyến. 44 3.2.1.3 Tính toán bán kính cell 49 3.2.2 Phân tích dung lƣợng 50 3.2.2.1 Giới thiệu mô hình tính toán dung lượng Erlang-B 50 3.2.2.2 Các phương pháp chuyển đổi lưu lượng hệ thống UMTS theo mô hình Erlang 52 3.2.2.3 Định cỡ dung lượng mạng 53 3.3 QUY HOẠCH VÙNG PHỦ VÀ DUNG LƢỢNG CHI TIẾT 55 3.4 TỐI ƢU MẠNG 56 3.5 CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG 57 3.5.1 Lƣu đồ thuật toán 57 3.5.2 Giao diện chƣơng trình 58 3.5.3 Tính toán mô phỏng 59 3.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG 59 Chương 4: MẠNG VINAPHONE VÀ ĐỊNH HƯỚNG TRIỂN KHAI MẠNG UMTS 3G 60 4.1 TỔNG QUAN MẠNG VINAPHONE 60 4.1.1 Tình hình phát triển của Vinaphone năm 2011 60 4.1.2. Tình hình mạng lƣới tính đến hết năm 2011 61 4.2. HIỆN TRẠNG MẠNG VÔ TUYẾN 63 4.2.1 Tổ chức mạng vô tuyến 63 4.2.2 Dung lƣợng mạng vô tuyến 64 4.3. HIỆN TRẠNG MẠNG LÕI VÀ DCH VỤ 65 4.3.1 Cấu hình mạng lõi và dịch vụ hiện tại 65 4.3.2 Dung lƣợng mạng lõi 65 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4.4 ĐNH HƢỚNG VÀ KẾ HOẠCH TRIỂN KHAI MẠNG 3G 67 4.4.1 Định hƣớng kinh doanh – thƣơng mại 67 4.4.2 Kế hoạch và dự định triển khai mạng 3G 68 4.5 PHƢƠNG ÁN TRIỂN KHAI MẠNG VÔ TUYẾN UMTS 3G 71 4.5.1 Quy mô triển khai 71 4.5.2 Triển khai chung cơ sở hạ tầng mạng 3G/2G 72 4.6 TRIỂN KHAI MẠNG UMTS 3G MẠNG VINAPHONE KHU VỰC BẮC NINH 76 4.6.1 Khái quát tình hình kinh tế xã hội tại Tp Bắ c Ninh 76 4.6.2 Tình hình phát triển mạng viễn thông tại TP Bắc Ninh 78 4.6.3 Hiện trạng mạng Vinaphone khu vực Tp Bắ c Ninh 79 4.6.4 Tình hình phát triển thuê bao mạng VinaPhone khu vực TP Bắc Ninh 79 4.6.5 Dự báo phát triển thuê bao 3G mạng Vinaphone khu vực Tp Bắ c Ninh . 80 4.6.6 Thiế t kế quy hoạ ch mạ ng 81 4.6.6.1 Tính số node-B cầ n thiế t 81 4.6.6.2 Tính toán dung lượng cho Node-B 83 4.6.6.3 Đị nh cỡ RNC 84 4.6.6.4 Vị trí Node – B và RNC 85 4.7 KẾT LUẬN CHƢƠNG 86 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤ C CÁ C BẢ NG BIỂ U Bảng 3-1 Các loại hình phủ sóng phổ biến 43 Bảng 3-2 Các loại loại dịch vụ chính của WCDMA 43 Bảng 3-3 Giá trị SFM thông dụng 47 Bảng 3-4 Thông số giả định của MS 48 Bảng 3-5 Thông số giả định của Node-B 48 Bảng 3-6 Thông số độ cao anten theo vùng phủ sóng 48 Bảng 3-7 Giá trị K theo cấu hình site. 49 Bảng 3-8 Bảng tính R-Cell tham khảo. 49 Bảng 3-9 Tính lƣu lƣợng hệ thống tham khảo 1 54 Bảng 3-10 Tính lƣu lƣợng hệ thống tham khảo 2 54 Bảng 3-11 Tính lƣu lƣợng hệ thống tham khảo 3 55 Bảng 4.1 Thống kê mạng vô tuyến GSM Vinaphone 64 Bảng 4.2 Dung lƣợng mạng lõi 66 Bảng 4.3 Dự kiến triển khai vùng phủ sóng 3G của Vinaphone 68 Bảng 4.4 Kế hoạch triển khai kỹ thuật công nghệ 70 Bảng 4.5 Quy mô mạng lƣới 3G trong 15 năm 71 Bảng 4.6 Dự báo phát triển thuê bao mạng Vinaphone Tp Bắ c Ninh 81 Bảng 4.7: Dự kiến loại hình phủ sóng 3G và dịch vụ trên địa bàn Tp Bắ c Ninh 82 Bảng 4.8. Dự kiến số lƣợng Node-B triển khai tại Tp Bắ c Ninh 83 Bảng 4.9 Mô hình traffic Model dự kiến của mạng Vinaphone 83 Bảng 4.10: Node B lắ p đặ t dƣ̣ kiế n pha 1 84 Bảng 4.11: Node B lắ p đặ t dƣ̣ kiế n pha 2 84 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤ C CÁ C HÌ NH VẼ , ĐỒ TH Hình 1.1 Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên 3G 8 Hình 1-2 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA 9 Hình 1-3 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh CDMA 2000. 10 Hình 1.4 Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R99 13 Hình 1.5 Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R4 15 Hình 1.6 Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R5 16 Hình 1.7 Mô hình cung cấp dịch vụ sử dụng giao thức SIP trên IMS 17 Hình 2-1 Quá trình trải phổ và giải trải phổ 20 Hình 2-2 Các công nghệ đa truy nhập 21 Hình 2-3 Nguyên lý của đa truy nhập trải phổ 21 Hình 2-4 Phân bố phổ tần cho UMTS châu Âu. 22 Hình 2-5 Sơ đồ ánh xạ giữa các kênh khác nhau. 23 Hình 2-6 Cấu trúc cell UMTS. 24 Hình 2-7 Cấu trúc tổng thể hệ thống UMTS/GSM. 25 Hình 2-8 Các vị trí điển hình của các chức năng RRM trong mạng WCDMA 28 Hình 2-9 Sự so sánh giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm. 31 Hình 2-10 Chuyển giao giữa các hệ thống GSM và WCDMA. 32 Hình 2-11 Thủ tục chuyển giao giữa các hệ thống. 33 Hình 2-12 Nhu cầu chuyển giao giữa các tần số sóng mang WCDMA 34 Hình 2-13 Thủ tục chuyển giao giữa các tần số. 34 Hình 2-14 Đƣờng cong tải 35 Hình 3-1 Quá trình quy hoạch và triển khai mạng WCDMA 39 Hình 3-2 Quá trình tính bán kính vùng phủ sóng 42 Hình 3-3 Vùng phủ sóng của cell theo các loại dịch vụ khác nhau. 44 Hình 3-4 Ảnh hƣởng của SFM đến vùng phủ sóng. 47 Hình 4.1 Mô tả thiết bị 3G dùng chung cơ sở hạ tầng 2G 73 Hình 4.2 Phƣơng án sử dụng anten cho 3G 74 Hình 4.3 Mô tả khái quát việc dùng chung feeder 74 Hình 4.4 Mô tả dùng chung thiết bị nguồn 75 Hình 4.5 Mô tả dùng chung nhà trạm 76 [...]... hành bảo dƣỡng, chi phí đầu tƣ mạng 3G và phù hợp với quy hoạch tối ƣu hóa mạng phân vùng thiết bị 2G Đề tài Quy hoạch mạng vơ tuyến UMTS 3G và áp dụng triển khai cho mạng VinaPhone khu vực Tp Bắc Ninh sẽ áp ứng đƣợc nhu cầu thiết thực trong phát triển mạng VinaPhone nói chung và khu vực Tp Bắc Ninh nói riêng, đƣa ra dịch vụ 3G sớm nhất có thể là điều rất quan trọng và tác động trực tiếp đến thƣơng... hiểu và đánh giá hiện trạng mạng VinaPhone nói chung và khu vực Tp Bắc Ninh nói riêng Dự báo nhu cầu tăng trƣởng th bao 3G của mạng VinaPhone Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.lrc-tnu.edu.vn - Nghiên cứu giải pháp quy hoạch mạng truy nhập vơ tuyến UMTS 3G - Triển khai quy hoạch cụ thể mạng truy nhập vơ tuyến UMTS 3G cho mạng VinaPhone khu vực Tp Bắc Ninh 3 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM... Nghiên cứu hiện trạng dung lƣợng vơ tuyến mạng VinaPhone, khả năng và giải pháp triển khai nâng cấp lên 3G - Qua nghiên cứu, tìm hiểu, đƣa ra kết quả quy hoạch mạng vơ tuyến 3G VinaPhone khu vực Tp Bắc Ninh 4 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu lý thuyết, tìm hiểu các thơng số liên quan đến quy hoạch và thiết kế mạng vơ tuyến UMTS 3G nhƣ: quỹ cơng suất đƣờng truyền cho các loại dịch vụ, hệ số tải, thơng... 1.3 MẠNG UMTS 3G VÀ ĐỊNH HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA VINAPHONE 1.3.1 Định hƣớng cơng nghệ & dịch vụ theo tiêu chuẩn châu Âu do 3GPP qui định áp dụng cho mạng Vinaphone Chuẩn 3GPP qui định phát triển cơng nghệ và cấu trúc mạng GSM 2G truyền thống phát triển lên UMTS 3G theo nhánh sử dụng cơng nghệ WCDMA với xu hƣớng sử dụng truyền tải TDM tiến đến một mạng "All IP" theo trình tự phiên bản: 3GPP R99, 3GPP... nhà khai thác đó Đối với mạng VinaPhone, do lƣợng khách hàng ngày càng tăng cả về số lƣợng và nhu cầu dịch vụ, việc triển khai quy hoạch chi tiết mạng vơ tuyến UMTS 3G áp dụng các giải pháp kỹ thuật cũng cần có các nghiên cứu và đánh giá dựa trên đặc điểm cụ thể của từng vùng, đề tài này chính là một trong những nghiên cứu cơng tác quy hoạch đánh giá, nhằm triển khai xây dựng hệ thống truy nhập vơ tuyến. .. nghiên cứu: - Mạng truy nhập vơ tuyến VinaPhone khu vực Tp Bắc Ninh - Lý thuyết tổng quan truy nhập vơ tuyến WCDMA và các đặc điểm liên quan: điều khiển cơng suất và chuyển giao trong quản lý tài ngun vơ tuyến - Lý thuyết quy hoạch hệ thống truy nhập WCDMA và kỹ thuật thiết kế vùng phủ sóng, thiết kế lƣu lƣợng b) Phạm vi nghiên cứu : - Nghiên cứu lý thuyết về quy hoạch mạng vơ tuyến UMTS 3G, thiết kế... KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Lý thuyết về quy hoạch mạng vơ tuyến UMTS 3G cũng nhƣ các mơ hình mạng thơng tin di động 3G đã đƣợc nghiên cứu và chuẩn hóa rộng rãi trên tồn thế giới Tuy nhiên việc áp dụng vào thực tế tại mỗi quốc gia, ứng với mỗi nhà khai thác lại khơng thể áp dụng theo một lộ trình cứng nhắc nào, điều đó tùy thuộc vào hồn cảnh cụ thể, vào điều kiện phát triển của thị trƣờng và thị... hình phát triển mạng viễn thơng trên địa bàn Tp Bắc Ninh, kết hợp với định hƣớng phát triển và hiện trạng của mạng VinaPhone Trên cơ sở đó, dự báo và tính tốn nhu cầu dung lƣợng để định cỡ mạng nhằm phục vụ cho việc xây dựng cấu hình mạng Sau khi định cỡ mạng, quy hoạch vùng phủ sẽ đi đến quy hoạch chi tiết, tính tốn số lƣợng các node, chọn vị trí đặt trạm và dự kiến phƣơng án truyền dẫn cho các node... Chƣơng 2: HỆ THỐNG TRUY NHẬP VƠ TUYẾN UMTS 3G Chƣơng 3: THIẾT KẾ TÍNH TỐN QUY HOẠCH MẠNG VƠ TUYẾN UMTS 3G Chƣơng 4: MẠNG VINAPHONE VÀ ĐỊNH HƢỚNG TRIỂN KHAI MẠNG UMTS 3G Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.lrc-tnu.edu.vn Chƣơng 1 TỔNG QUAN MẠNG THƠNG TIN DI ĐỘNG 1.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG Hệ thống thơng tin di động theo lộ trình phát triển đến nay có các thế hệ sau... nâng cấp và xây dựng hạ tầng mạng 3G theo định hƣớng NGN-Mobile Việc nghiên cứu tìm hiểu và đƣa ra giải pháp quy hoạch thiết kế chi tiết hệ thống vơ tuyến UMTS- 3G trong thời gian ngắn là vơ cùng cấp thiết đối với việc kinh doanh và phát triển của mạng VinaPhone trong thời gian đến Và cơng tác quy hoạch thiết kế chi tiết sẽ giúp VinaPhone tối ƣu về mặt tài ngun xử lý hệ thống, tối ƣu về mặt khai thác . đầu tƣ mạng 3G và phù hợp với quy hoạch tối ƣu hóa mạng phân vùng thiết bị 2G. Đề tài Quy hoạch mạng vô tuyến UMTS 3G và áp dụng triển khai cho mạng VinaPhone khu vực Tp Bắc Ninh sẽ áp ứng. Nghiên cứu giải pháp quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến UMTS 3G. - Triển khai quy hoạch cụ thể mạng truy nhập vô tuyến UMTS 3G cho mạng VinaPhone khu vực Tp Bắc Ninh. 3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN. Thái Nguyên, tôi xin hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học với nội dung: Quy hoạch mạng vô tuyến UMTS 3G và áp dụng triển khai cho mạng VinaPhone khu vực Tp Bắc Ninh . Số hóa bởi Trung