Quy hoạch mạng CDMA2000 1X

Tổng quan mạng thông tin di động tế bào CDMA- vấn đề quy hoạch mạng

Lời giới thiệu Hiện nay nhu cầu về sử dụng dịch vụ thông tin di động đã trở nên rất phổ biến, đặc biệt là dịch vụ dữ liệu tốc độ cao, đây còn là một trong các tiêu chuẩn bắt buộc của ITU cho mạng thế hệ thứ 3(3G). Tại Việt Nam 2 mạng GSM hiện tại đang sử dụng công nghệ GPRS (General Packet Rate Service), truyền dữ liệu, nhng vẫn cha thể đáp ứng đợc các dịch vụ đòi hỏi băng thông rộng nh truyền hình hội nghị Trong bối cảnh nh thế việc ra đời mạng thông tin di động sử dụng công nghệ CDMA của Sài Gòn Postel nh một giải pháp hữu hiệu để giải quyết vấn đề này. Tuy nhiên việc đảm bảo , duy trì cho mạng hoạt động tốt lại là vấn đề không đơn giản. Để góp phần giải quyết vấn đề này, đợc sự hớng dẫn nhiệt tình của TS. Phạm Công Hùng, Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội, tác giả đã nghiên cứu đề tài Quy hoạch mạng CDMA2000 1x . Ngoài việc cung cấp cơ sở lý thuyết cho nhà khai thác mạng trong việc đảm bảo chất lợng mạng, đây còn là cơ sở cho việc mở rộng mạng sau này. Với mục đích đó luận văn đợc kết cấu thành 7 chơng nh sau: Chơng 1: Giới thiệu sơ lợc về lịch sử mạng thông tin di động CDMA, và vai trò của quy hoạch mạng trong đó, các vấn đề chính trong việc quy hoạch mạng Chơng 2: Giới thiệu một số mô hình đờng truyền và các vấn đề liên quan làm cơ sở cho việc tính toán truyền sóng Chơng 3: Quy hoạch dung lợng mạng, chơng này cung cấp các lý thuyết về dung lợng, các công thức tính toán làm cơ sở tính toán số lợng thuê bao hệ thống, từ đó thiết kế mở rộng phần cứng Chơng 4: Quy hoạch cùng phủ sóng, chơng này trình bầy các lý thuyết về vùng phủ sóng, tính toán vùng phủ sóng Chơng 5: Quy hoạch PN đây là vấn đề nan giải trong mạng CDMA, nó giống nh sử dụng lại tần số trong GSM, quy hoạch mà không tốt thì gây nhiều 1 cho mạng, điều này đặc biệt quan trọng trong CDMA vì khi mà mức nhiễu nền tăng thì đồng nghĩa với nó là số thuê bao phục vụ đồng thời giảm Chơng 6: Lý thuyết tối u hoá, chơng này trình bầy một số vấn đề chính trong việc tối u hoá mạng, nghiên cứu mạng CDMA 2000 1x triển khai tại Việt Nam Do thời gian nghiên cứu cũng nh khả năng bản thân có hạn nên luận văn không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận đợc những ý kiến của các thầy cô, cũng nh bạn bè đồng nghiệp Một lần nữa tác giả xin chân thành cảm ơn các Thầy cô, bạn bè, và các đồng nghiệp đã giúp đỡ trong thời gian vừa qua. Hà Nội tháng 10/2003 Vũ Văn Trờng 2 Chơng 1: Tổng quan mạng thông tin di động tế bào CDMA - Vấn đề quy hoạch mạng 1. Lịch sử và quá trình phát triển của thông di động tế bào CDMA All IP All IP GSM GPRS TDMA cdmaOne (IS-95A) cdmaOne (IS-95B) CDMA WCDMA EDGE EGPRS EDGE EGPRS cdma2000 (1x) cdma2000 (3x) ALL IP 10 ~ 50Kbps 14Kbps 30 ~ 150Kbps Max. 2Mbps 144kbps Max. 307Kbps Max. 2.4Mbps Max. 3.09Mbps 64Kbps cdma2000 (1xEV-DO) cdma2000 (1xEV-DV) Thế hệ thứ 3(3G) Thế hệ thứ 2(2G) Thế hệ thứ 2,5(2,5G) Ngày nay sự phát triển của thông tin số đang trở nên mạnh mẽ, đặc biệt là thông tin di động, tuy trải qua nhiều thế hệ khác nhau nhng tại mỗi thời điểm thì CDMA luôn là công nghệ đáp ứng đợc các dịch vụ thoại và dữ liệu có chất lợng tốt hơn cho ngời sử dụng, đây là nền tảng của của thế hệ thứ 3 trong tơng lai, là một công nghệ trải phổ nên nó cho phép nhiều ngời chiếm cùng băng tần cùng lúc, và họ sẽ phân biệt nhau bằng mã riêng. Tuy ra đời cách đây đã lâu, ý tởng lúc đầu về CDMA là lý thuyết của shanon, vào khoảng những năm 1970 rồi đợc sử dụng trong quân sự , và theo thời gian nó đợc thơng mại hoá trên thế giới. 3 Hình 1.1. Xu hớng phát triển của di động CDMA IS-95 one là chuẩn di động tế bào số CDMA đầu tiên, đợc giới thiệu lần đầu tiên vào tháng 7 năm 1993 bởi hiệp hội tiêu chuẩn công nghiệp viễn thông Mỹ, nó bao gồm CDMA IS - 95A và IS -95B IS-95 A là hệ thống tế bào thơng mại đầu tiên do hiệp hội công nghiệp viễn thông Mỹ TIA giới thiệu. Chính thức khai thác vào tháng 12 năm 1996 tại Hồng Kông, đôi khi ngời ta còn gọi đây là công nghệ CDMA thế hệ 2 (2G) IS-95B hay còn gọi là thế hệ 2,5G ra đời sau IS-95A, đó là sự kết hợp giữa chuẩn IS-95A và một số chuẩn khác nh ANSI-J-008 và TSB-74, trong đó ANSI-J-008 ban hành năm 1995 và là chuẩn của hệ thống PCS 1,8-2,0GHz CDMA. Còn TSB 74 mô tả tơng tác giữa IS-95A và CDMA PCS để chúng tơng thích nhau. Hệ thống thế hệ 2,5G này đợc triển khai lần đầu tiên vào tháng 9 năm 1999 tại Hàn Quốc và sau đó đợc chấp nhận tại một số nớc khác nh Nhật Bản và Peru Xu hớng di động hiện này chính là 3G và CDMA2000 chính là một trong các ứng cử viên đó, CDMA 2000 phát triển theo 2 pha, là CDMA2000 1x và CDMA 2000 1xEV - CDMA 2000 1x có thể tăng gấp đôi dung lợng thoại so với mạng CDMAone và có thể hỗ trợ dữ liệu với tốc độ đỉnh là 307kbps trong môi trờng di động. Thơng mại hoá lần đầu tại Hàn Quốc vào tháng 10 năm 2000 bởi công ty SK 4 Hình 1.2. Các ứng cử viên cho mạng 3G Telecom. Rồi sau đó tại các nớc châu á nh Việt Nam (7/2003), Peru và một số nớc khác. CDMA 2000 1xEV bao gồm CDMA 2000 1xEV-DO hỗ trợ việc truyền dữ liệu với tốc độ đến 2,4Mbps phù hợp với các ứng dụng đa phơng tiện nh nhạc MP3 và truyền hình hội nghị . Triển khai tại Hàn Quốc vào năm 2002 bởi SK Telecom và KT Freetel và CDMA 2000 1xEV-DV là sự tổ hợp của thoại và dịch vụ đa phơng tiện tốc độ cao lên đến 3,09 Mbps. Hiện nay đã nghiên cứu thành công trong phòng thí nghiệm 2. Vấn đề quy hoạch mạng Tại Việt Nam một dự án hợp tác giữa Công ty SPT và SLD theo hình thức hợp đồng hợp tác kinh doanh BCC đã đợc thành lặp để triển khai mạng CDMA2000 1x , mạng chính thức đa vào khai thác 1/7 năm 2003. Tính đến thời điểm này mạng đã và đang cung cấp các dịch vụ cơ bản nh thoại fax và các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao cho khách hàng trong cả nớc, tuy nhiên diện phủ sóng hiện nay mới chỉ là các thành phố lớn ở phía Bắc và Nam cụ thể là đã phủ sóng đợc 12 tỉnh thành trong cả nớc bao gồm Hà Nội, Hà Tây Quảng Ninh, Hải Phòng, Hải Dơng, Hng yên, Thành Phố Hồ Chí Minh, Bình Dơng, Đồng Nai, Vũng Tàu. Trong năm tới sẽ tiến hành phase 2 tức là phủ sóng tất cả các tỉnh thành trong cả nớc. Nh vậy sẽ phải cắm thêm các trạm mới tính toán các vị trí trạm, tính dung lợng, Để đảm bảo tốt các yêu cầu ký thuật đó thì cần phải có một sự quy hoạch mạng chi tiết trớc khi triển khai, để giảm thiểu chi phí đồng thời đạt hiệu quả kinh tế cao. Không những thế việc quy hoạch mạng còn để duy trì các tham số, chỉ tiêu kỹ thuật của mạng Tuy nhiên trong khuôn khổ của luận văn tác giả chỉ trình bầy một số vấn đề chính về mặt kỹ thuật của quy hoạch mạng, nhằm cung cấp các lý thuyết cơ bản, cái nhìn tổng quan cho những nhà khai thác mạng 5 Vấn đề quy hoạch ở đây có thể tách thành một số vấn đề chính nh sau: vấn đề dung lợng mạng, truyền sóng, phủ sóng, PN offset, đó cũng chính là nội dung các chơng tiếp theo của luận văn 6 Chơng 2: Mô hình đờng truyền và một số vấn đề liên quan 2.1. Đặt vấn đề Trong hệ thống thông tin thì tỷ số tín hiệu trên tạp âm là một tham số quan trọng, trong hệ thống thông tin vô tuyến thì tỷ số này phụ thuộc các tham số theo phơng trình sau N GLERP N C Rp )( = (2.1) Trong đó : + ERP (Effective Radiated Power ) là công suất bức xạ hiệu quả của Antena, L P là tổn hao đờng truyền, còn G R là tăng ích xử lý của Antena thu, N là công suất tạp âm ERP=P T L C G T (2.2) + P T : Công suất tại đầu ra của bộ khuyếch đại công suất máy phát + L C : Tổn hao cáp giữa khuyếch đại công suất phát và Antena phát + G T : Tăng ích của Antena phát + Đối với N tuy có nhiều loại nhng ở đây ta chỉ xét công suất tạp âm nhiệt khi đó: N=kTW (2.3) + K: Hằng số Boltzmann: K=228.6 dBW/Hz/K + T: Nhiệt độ tạp âm của máy thu + W: Băng thông của hệ thống Nh vậy C/N phụ thuộc vào các tham số nh tăng ích Antena thu phát, công suất thu phát, nhiệt độ tạp âm nhiệt, tất cả các tham số này đều có thể căn chỉnh để cho hệ thống tối u tuy nhiên có một vài yếu tố mà ta không thể điều khiển đợc đó chính là tham số đờng truyền hay tổn hao đờng truyền 7 Muốn biết đợc tham số này thì ngời ta phải dựa vào các mô hình dự đoán, vì các phần tiếp theo sẽ nghiên cứu về các mô hình dự đoán tổn hao cũng nh các vấn đề khác của đờng truyền 2.2. Các mô hình dự đoán tổn hao đờng truyền 2.2.1. Môi trờng outdoor 2.2.1.1. Mô hình tổn hao không gian tự do Trong không gian tự do sóng điện từ suy giảm theo hàm bình phơng ngợc của khoảng cách 1/d 2 2 d 2 4 P L = (2.4) hay: L P = -32,4-20log(f C )-20log(d) (2.5) Trong đó: + d (km): khoảng cách giữa máy thu và máy phát + (àm): bớc sóng của tín hiệu + f C (Mhz): tần số sóng mang của tín hiệu + L P (dB): tổn hao đờng truyền của tín hiệu(L=loss, P=path) Số hạng thứ nhất và thứ 2 là hằng số hiệu dụng do vậy tổn hao đờng truyền sẽ thay đổi theo khoảng cách d, với độ dốc của đờng cong logarit là -20dB/decade Nhận xét: Mô hình tổn hao không gian tự do đợc sử dụng chủ yếu trong thông tin vệ tinh và các hệ thống thông tin khoảng cách xa khi mà tin hiệu chủ yếu là truyền trong không gian tự do. Trong hệ thống thông ti di động của chúng ta thì các tổn hao chủ yếu là do các vật cản mặt đất nh toà nhà cây cối . thì mô hình này không phù hợp và cần sử dụng các mô hình dự đoán khác chính xác hơn. 8 2.2.1.2. Mô hình Hata-Okumura Xuất phát từ các kết quả đo thực tế trong các môi trờng đờng truyền di động đợc thực hiện bởi Okamura, và các công cụ xấp xỉ toán học, Hata đã xây dựng nên mô hình dự đoán tổn hao đờng truyền Hata-Okumura. a). Vùng đô thị (urban area): L P = -K 1 - K 2 log(f C )+13.82log(h b )+a(h m )-[44.9-6.55log(h b )].log(d)- K 0 (2.6) Trong đó: + L P (dB): tổn hao đờng truyền + f C (=150-ữ2000Mhz): tần số sóng mang của tín hiệu + h b (=30-ữ200 m): chiều cao antenna trạm gốc + h m (=1-ữ10 m): chiều cao antenna trạm di động + d (=1-ữ20 km): khoảng giữa cách trạm gốc và trạm di động Chú ý: độ dốc ở đây là - [44.9-6.55log(h b )] dB/decade Tham số a(h m ) và hệ số K 0 đợc sử dụng để điều chỉnh chiều cao của antenna tuỳ theo môi trờng: Nếu thành phố nhỏ hoặc trung bình thì : a(h m ) = [1.1log(f C )-0.7].h m - [1.56log(f)-0.8] và K 0 =0dB Nếu thành phố lớn thì : f C 200Mhz a(h m ) = 8.29[log(1.54h m )] 2 - 1.1 f C 400Mhz a(h m ) = 3.2[log(11.75h m )] 2 - 4.97 và K 0 =3dB Các hệ số K 1 và K 2 đợc sử dụng để giải thích về dải tần số, cụ thể là : Nếu 150Mhz f C 1000Mhz thì K 1 = 69.55 K 2 =21.16 Nếu 1500Mhz f C 2000Mhz thì K 1 = 46.3 K 2 =33.9 b). Vùng ngoại ô (suburban area): 9 dB4.5 2 28 C f log2 )urban(P L )suburban(P L = (2.7) c). Vùng mở (open area): ( ) dB94.40 C flog33.18 2 C flog78.4 )urban(P L )open(P L += (2.8) d). Nhận xét: Đây là mô hình đợc sử dụng rất rộng rãi trong các tool đờng truyền môi trờng thông tin di động tế bào bởi vì nó chứa nhiều tham số của đờng truyền nh nh tần số, dải tần, chiều cao antenna thu phát, mật độ nhà. Mặc dù nó không bao quát hết đợc các vấn đề đờng truyền nhng thực tế nó lại rất hiệu quả trong các đô thị có mật độ cao 2.2.1.3. Mô hình Wdfish-ikegami (Cost 231) Mô hình này đợc sử dụng để ớc lợng tổn hao đờng truyền (L P ) trong môi trờng đô thị cho hệ thống thông tin di động tế bào ở dải tần 800Mhz ữ2000Mhz. Thực tế mô hình này đợc sử dụng chủ yếu ở Châu Âu cho hệ thống GSM. Mô hình này chứa 3 phần tử là : tổn hao trong không gian tự do (L f ), tổn hao tán xạ (Scatter) và nhiễu xạ (diffraction) rooftop-to-street (L rts ) và tổn hao che chắn (multiscreen) (L ms ) L P = L f + L rts + L ms (2.9) Trong đó: + L f = 32.4+20logd+20logf C dB + L rts = -16.9-10.logW+10logf C +20logh m +L 0 dB + W(m): bề rộng của phố + h m = h r -h m (m) + L 0 =-9.646 dB nếu : 0 35 0 + L 0 =2.5 + 0.075 (-35 0 ) dB nếu : 35 55 0 + L 0 =4-0.114(-55 0 ) dB nếu : 55 90 0 + : là góc tới của phố 10 [...]... giảm đến dung lợng tuyến xuống Việc quy hoạch dung lợng tức là tính toán sao cho tối u hoá hệ thống nhằm đạt đợc số ngời sử dụng tối đa, trong khi vẫn đảm bảo chất lợng dịch vụ(QoS= Quality of Service) và chi phí tối thiểu Đồng thời tính toán mở rộng đợc dung lợng khi cần thiết Chơng này sẽ trình bầy các khái niệm, các kỹ thuật cơ bản trong việc quy hoạch dung lợng mạng 20 3.2 Các khái niệm cơ bản 3.2.1... trong trong việc quy hoạch mạng nói chung và trạm gốc nói riêng, tuy nhiên nhu cầu này không thể đo trực tiếp đợc, mà chỉ có thể ớc lợng gián tiếp Cái mà ta có thể đo trực tiếp đợc chính là tải sóng mang(carried load) của trạm gốc Mối quan hệ giữa chúng có thể ớc lợng theo phơng trình sau Offered Load = Carried Load 1 Blocking Rate (3.1) Tải lu lợng là đòi hỏi của ngời sử dụng với mạng, còn tải sóng... 8 = = 0,33m fc 900 x10 6 - Khi đó thời gian giữa 2 lần phading là t = /2 0,167 m = = 6,67 ms 25 m / s - Dịch tần Doppler trong trờng hợp này là fD, n = 25m / sec = = 75Hz 0,33 19 Chơng 3: Quy hoạch dung lợng mạng 3.1 Đặt vấn đề Khái niệm dung lợng nói chung đề cập đến nhiều vấn đề và rất phức tạp nhng ở đây chỉ đề cập đến dung lợng của phần vô tuyến tức là đề cập về số ngời sử dụng tối đa mà trạm... là sự kết hợp của một đờng LOS mạnh và phản xạ từ mặt đất cùng với một số các đờng phản xạ yếu khác Đối với CDMA việc xác định lợng suy hao truyền dẫn giữa các tầng là rất quan trọng và cần thiết để quy hoạch sử dụng lại các tần số giữa các tầng tránh đợc nhiễu đồng kênh Có rất nhiều yếu tố ảnh hởng đến suy hoa đờng truyền nh loại vật liệu, kiểu cửa sổ toàn nhà, nội thất Tuy nhiên một đặc điểm rất quan... cung cấp đối với tuyến xuống tức là từ BTS MS sẽ khác đối với tuyến lên tức là từ MSBTS Thông thờng thì dung lợng của hệ thống CDMA tuỳ thuộc vào dung lợng của tuyến lên vì dung lợng của tuyến xuống đợc quy t định bởi tổng công suất phát của trạm gốc(cell site) và sự phân bố công suất đối với kênh lu lợng và các kênh mào đầu(Overhead) khác nh kênh pilot, kênh nhắn tin(paging channel), kênh đồng bộ(synchronous... Mối quan hệ giữa chúng có thể ớc lợng theo phơng trình sau Offered Load = Carried Load 1 Blocking Rate (3.1) Tải lu lợng là đòi hỏi của ngời sử dụng với mạng, còn tải sóng mang là khả năng thực tế mà mạng có thể cung cấp đợc, sự chênh lệch này chính là phần bị nghẽn (Blocking) mà ta sẽ đề cập trong phần tiếp theo đây 3.3 Cấp dịch vụ 3.3.1 Đặt vấn đề Trớc hết chúng ta cần làm rõ 2 khái niệm là tỷ lệ . chính là 3G và CDMA2 000 chính là một trong các ứng cử viên đó, CDMA 2000 phát triển theo 2 pha, là CDMA2 000 1x và CDMA 2000 1xEV - CDMA 2000 1x có thể. IP GSM GPRS TDMA cdmaOne (IS-95A) cdmaOne (IS-95B) CDMA WCDMA EDGE EGPRS EDGE EGPRS cdma2 000 (1x) cdma2 000 (3x) ALL IP 10 ~ 50Kbps 14Kbps 30 ~ 150Kbps Max.