Nghiên cứu mạng 3G và khả năng triển khai tại Việt Nam

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Tên đề tài: NGHIÊN CỨU MẠNG 3G VÀ KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI TẠI VIỆT NAM Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số: 60 52 70 Học viên: Đinh Trung Tiến Người hướng dẫn Khoa học: PGS.TS Nguyễn Quốc Trung THÁI NGUYÊN, 2010 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Tên đề tài: NGHIÊN CỨU MẠNG 3G VÀ KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI TẠI VIỆT NAM Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số: 60 52 70 Học viên: Đinh Trung Tiến Người hướng dẫn Khoa học: PGS.TS Nguyễn Quốc Trung Ngày giao đề tài: 20 - 01 - 2010 Ngày hoàn thành đề tài: 26 - - 2010 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN PGS.TS Nguyễn Quốc Trung Đinh Trung Tiến BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC Thái Nguyên, năm 2010 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN 1.1 Giới thiệu chung……………………………………………… 1.2 Xu hướng phát triển hệ thống thông tin di động giới……………………… 1.3 Các tổ chức chuẩn hoá 2.5 G 3G giới 1.3.1 Giới thiệu chung tổ chức chuẩn hoá 1.3.2 3GPP 1.3.3 3GPP2 10 1.3.4 Mối quan hệ 3GPP 3GPP2 ITU 11 1.4 Tình hình chuẩn hoá 2,5G 3G 13 1.4.1 Mở đầu 13 1.4.2 Chuẩn hoá công nghệ truy nhập vô tuyến 13 1.4.3 Phân tích hai nhánh công nghệ tiến lên 3G 15 1.4.3.1 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA 15 1.4.3.2 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ cdma2000 17 1.4.4 Tổng kết 19 CHƯƠNG TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WCDMA TRONG HỆ THỐNG UMTS 20 2.1 Nguyên lý CDMA 20 2.1.1 Nguyên lý trải phổ CDMA 20 2.1.2 Kỹ thuật trải phổ giải trải phổ 21 2.1.3 Kỹ thuật đa truy nhập CDMA 21 2.2 Một số đặc trưng lớp vật lý hệ thống WCDMA 23 2.2.1 Các mã trải phổ 23 2.2.2 Phương thức song công 24 2.2 Phân tập đa đường- Bộ thu RAKE 25 2.2.5 Các kênh giao diện vô tuyến UTRA FDD 26 2.2.6 Trạng thái cell 26 2.2.7 Cấu trúc Cell 28 2.3 Kiến trúc mạng 29 2.3.1 Kiến trúc hệ thống UMTS 29 2.3.2 Kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 32 a Bộ điều khiển mạng vô tuyến .33 b Nút B (Trạm gốc) …33 2.4 Tổng kết công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA hệ thống UMTS 37 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT VÀ CHUYỂN GIAO TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN 40 3.1 Giới thiệu chung quản lý tài nguyên vô tuyến hệ thốngWCDMA 40 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.1.1 Mục đích chung quản lý tài nguyên vô tuyến 40 3.1.2 Các chức quản lý tài nguyên vô tuyến RRM 40 a Điều khiển công suất 41 b Điều khiển chuyển giao 41 c Điều khiển thu nạp 41 d Điều khiển tải (điểu khiển nghẽn) .43 3.2 Điều khiển công suất 44 3.2.1 Giới thiệu chung 44 3.2.2 Điều khiển công suất nhanh 46 3.2.2.1 Độ lợi điều khiển công suất nhanh 46 3.2.2.2 Phân tập điều khiển công suất 47 3.2.2.3 Điều khiển công suất chuyển giao mềm 49 3.2.3 Điều khiển công suất vòng 52 3.2.3.2 Tính toán chất lượng thu 53 3.2.3.3 Thuật toán điều khiển công suất vòng 54 3.2.3.4 Các dịch vụ chất lượng cao 54 3.2.3.5 Giới hạn biến động điều khiển công suất 55 3.2.3.6 Đa dịch vụ 55 3.3 Chuyển giao 56 3.3.1 Khái quát chuyển giao hệ thống thông tin di động 56 3.3.1.1 Các kiểu chuyển giao hệ thống WCDMA 3G 57 3.3.1.2 Các mục đích chuyển giao 58 3.3.1.3 Các thủ tục phép đo đạc chuyển giao 59 3.3.2 Chuyển giao tần số 60 3.3.2.1 Chuyển giao mềm 60 a Nguyên lý chuyển giao mềm 60 b Các thuật toán chuyển giao mềm .63 c Các đặc điểm chuyển giao mềm 65 3.3.2.2 Đo đạc chuyển giao 66 3.3.2.3 Lợi ích liên kết chuyển giao mềm 69 3.3.2.4 Tổng phí chuyển giao mềm 71 3.3.2.5 Độ lợi dung lượng mạng chuyển giao mềm 73 3.3.3 Chuyển giao hệ thống WCDMA GSM 74 3.3.4 Chuyển giao tần số WCDMA 76 3.3.5 Tổng kết chuyển giao 77 3.4 Tổng kết 78 CHƯƠNG QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA VÀ ỨNG DỤNG QUY HOẠCH MẠNG WCDMA CỦA VINAPHONE CHO THÁI NGUYÊN 80 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4.1 Giới thiệu chung 80 4.2 Định cỡ mạng 81 4.2.1 Phân tích vùng phủ 82 4.2.1.1 Tính toán quỹ đường truyền vô tuyến 83 4.2.2 Phân tích dung lượng 91 4.2.2.1 Tính toán hệ số tải 91 a Hệ số tải đường lên 91 b Hệ số tải đường xuống .94 4.2.2.2 Hiệu suất phổ 98 4.2.2.3 Dung lượng mềm 99 a Dung lượng Erlang …99 b Các ví dụ dung lượng mềm đường lên 100 4.3 Quy hoạch vùng phủ dung lượng chi tiết 102 4.3.1 Dự đoán vùng phủ dung lượng lặp 102 4.3.2 Công cụ hoạch định 103 4.3.2.1 Sự lặp lại đường lên đường xuống 104 4.3.2.2 Mô hình hoá tiêu mức liên kết 104 4.4 Hướng triển khai công nghệ mạng 3G Việt Nam Quy hoạch mạng 3G Vinaphone Thái Nguyên ……… 105 4.5 Tối ưu mạng 111 4.6 Tổng kết 113 KẾT LUẬN 114 PHỤ LỤC A CÁC TỪ VIẾT TẮT 116 PHỤ LỤC B CÁC KÊNH UTRA 120 PHỤ LỤC C CÁC MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO 126 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1- Thống kê tăng trưởng thị trường di động phân loại theo công nghệ Hình 1- Cấu trúc chức PCG TSG 3GPP Hình 1- Các họ công nghệ ITU-R chấp nhận 14 Hình 1- Quá trình phát triển lên 3G nhánh công nghệ 15 Hình 1- Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA 16 Hình 1- Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh cdma2000 17 Hình 2- Quá trình trải phổ giải trải phổ 21 Hình 2- Các công nghệ đa truy nhập 22 Hình 2- Nguyên lý đa truy nhập trải phổ 22 Hình 2- Quá trình trải phổ trộn 23 Hình 2- Phân bố phổ tần cho UMTS châu Âu 24 Hình 2- Truyền sóng đa đường 25 Hình 2- Sơ đồ ánh xạ kênh khác 26 Hình 2- Các chế độ UE trạng thái điều khiển tài nguyên vô tuyến 27 Hình 2- Cấu trúc cell UMTS 28 Hình 2- 10 Kiến trúc hệ thống UMTS mức cao 29 Hình 2- 11 Các thành phần mạng PLMN 30 Hình 2- 12 Kiến trúc UTRAN 32 Hình 3- Các vị trí điển hình chức RRM mạng WCDMA 41 Hình 3- Đường cong tải 42 Hình 3- Hiệu ứng gần-xa (điều khiển công suất đường lên) 44 Hình 3- Bù nhiễu bên cell (điều khiển công suất đường xuống) 44 Hình 3- Công suất phát thu nhánh 47 Hình 3- Công suất phát thu nhánh (công suất khoảng hở nhau) 48 Hình 3- Công suất tăng kênh phadinh với điều khiển công suất nhanh 48 Hình 3- Trôi công suất đường xuống chuyển giao mềm 50 Hình 3- Kiểm tra độ tin cậy điều khiển công suất đường lên UE chuyển giao mềm 50 Hình 3- 10 Tính toán chất lượng vòng RNC 53 Hình 3- 11 Eb/N0 mục tiêu kênh ITU Pedestrian A, mã hoá/giải mã thoại AMR 54 Hình 3- 12 Điều khiển công suất vòng đường lên cho nhiều dịch vụ kết nối vật lý 56 Hình 3- 13 Các kiểu chuyển giao khác 58 Hình 3- 14 Các thủ tục chuyển giao 59 Hình 3- 15 Sự so sánh chuyển giao cứng chuyển giao mềm 61 Hình 3- 16 Nguyên lý chuyển giao mềm 63 Hình 3- 17 Thuật toán chuyển giao mềm IS-95A 63 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 3- 18 Thuật toán chuyển giao mềm WCDMA 64 Hình 3- 19 Sự suy giảm nhiễu có chuyển giao mềm UL 66 Hình 3- 20 Thủ tục đo đạc chuyển giao tần số 67 Hình 3- 21 Mô hình đo đạc chuyển giao tần số 68 Hình 3- 22 Sơ đồ lọc báo cáo đo đạc chuyển giao mềm 69 Hình 3- 23 Độ lợi chuyển giao mềm công suất phát đường lên 70 Hình 3- 24 Độ lợi chuyển giao mềm công suất phát đường xuống 71 Hình 3- 25 Tổng phí chuyển giao mềm 72 Hình 3- 26 Tổng phí chuyển giao mềm thông số Window_add 73 Hình 3- 27 Chuyển giao hệ thống GSM WCDMA 75 Hình 3- 28 Thủ tục chuyển giao hệ thống 75 Hình 3- 29 Nhu cầu chuyển giao tần số sóng mang WCDMA 76 Hình 3- 30 Thủ tục chuyển giao tần số 77 Hình 3- 31 Một ví dụ mô hình chuyển giao 78 Hình 4- Quá trình quy hoạch mạng WCDMA 81 Hình 4- Tính toán bán kính cell 90 Hình 4- Một ví dụ mối quan hệ vùng phủ dung lượng đường lên đường xuống 97 Hình 4- Ảnh hưởng công suất phát trạm gốc tới dung lượng vùng phủ đường xuống 98 Hình 4- Chia sẻ nhiễu cell WCDMA 99 Hình 4- Dung lượng mềm hàm số tốc độ bit cho kết nối thời gian thực 101 Hình 4- Quá trình tính toán vùng phủ dung lượng lặp 102 Hình 4- Toàn cảnh mạng 3G Vinaphone thành phố Thái Nguyên 108 Hình 4- Quá trình tối ưu mạng 110 Hình 4- 10 Đo đạc hiệu mạng 111 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Sau thời gian tiến hành học tập, nghiên cứu tìm hiểu tài liệu chuyên môn có liên quan với hướng dẫn bảo nhiệt tình thầy giáo hướng dẫn, lựa chọn đề tài “Nghiên cứu mạng 3G khả triển khai Việt Nam” hoàn thành luận văn 90 tốt nghiệp theo mục tiêu 80 đề Các kết đạt luận văn bao gồm nội dung sau: 70 60 50 40 30 20 10 East West cấu trúc mạng thông tin Tìm hiểu hệ thống thông tin di động 3G nói chung North di động hệ ba W-CDMA nói riêng thử nghiệm triển khai giới Việt Nam Nó cho thấy ưu điểm trội hẳn so với hệ thống 2G như: tốc độ truyền 1st Qtr 2nd Qtr 3rd Qtr 4th Qtr số liệu cao hẳn, dung lượng cao hơn, bị ảnh hưởng nhiễu Tìm hiểu kỹ thuật trải phổ W-CDMA, công nghệ WCDMA, điều khiển công suất, để thoả mãn yêu chất lượng hệ thống 3G Dựa sở lý thuyết mô hình 3GPP đưa định hướng phát triển cho hệ thống thông tin di động Việt Nam lên 3G cụ thể mạng 2G GSM lên 3G W-CDMA Tuy vấn đề mang tính lý thuyết hi vọng ý kiến em góp phần vào phát triển chung hệ thống thông tin di động Việt Nam Qua đây, lần em xin cảm ơn thầy giáo, PGS,TS Nguyễn Quốc Trung Khoa Điện tử Viễn thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành luận văn Vì thời gian có hạn, phương tiện tìm hiểu thiếu thốn, cộng với kinh nghiệm kiến thức thân nhiều hạn chế nên luận văn tránh khỏi thiếu sót Em xin trân trọng tiếp thu ý kiến đóng góp quí báu thầy cô giáo bạn quan tâm tới vấn đề Học viên [Type text] Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Đinh Trung Tiến http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, công trình luận văn kết nghiên cứu riêng cá nhân dựa việc nghiên cứu tài liệu có liên quan Các số liệu kết trình bày luận văn trung thực luận văn không giống hoàn toàn luận văn công trình có trước Thái Nguyên, ngày 26 tháng năm 2010 Tác giả luận văn Đinh Trung Tiến [Type text] Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ra đời vào năm 40 kỷ XX, thông tin di động coi thành tựu tiên tiến lĩnh vực thông tin viễn thông với đặc điểm thiết bị đầu cuối truy cập dịch vụ di động phạm vi vùng phủ sóng Thành công người lĩnh vực thông tin di động không dừng lại việc mở rộng vùng phủ sóng phục vụ thuê bao khắp nơi toàn giới, nhà cung cấp dịch vụ, tổ chức nghiên cứu phát triển công nghệ di động nỗ lực hướng tới hệ thống thông tin di động hoàn hảo, dịch vụ đa dạng, chất lượng dịch vụ cao 3G - Hệ thống thông tin di động hệ đích trước mắt mà giới hướng tới Từ thập niên 1990, Liên minh Viễn thông Quốc tế bắt tay vào việc phát triển tảng chung cho hệ thống viễn thông di động Kết sản phẩm gọi Thông tin di động toàn cầu 2000 (IMT-2000) IMT-2000 không dịch vụ, đáp ứng ước mơ liên lạc từ nơi đâu vào lúc Để vậy, IMT-2000 tạo điều kiện tích hợp mạng mặt đất và/hoặc vệ tinh Hơn nữa, IMT-2000 đề cập đến Internet không dây, hội tụ mạng cố định di động, quản lý di động (chuyển vùng), tính đa phương tiện di động, hoạt động xuyên mạng liên mạng… Các hệ thống thông tin di động hệ xây dựng theo tiêu chuẩn GSM, IS95, PDC, IS-38 phát triển nhanh vào năm 1990 Trong tỷ thuê bao điện thoại di động giới, khoảng 863,6 triệu thuê bao sử dụng công nghệ GSM, 120 triệu dùng CDMA 290 triệu lại dùng FDMA TDMA Khi tiến tới 3G, hệ thống GSM CDMA tiếp tục phát triển TDMA FDMA chìm dần vào quên lãng Con đường GSM tới CDMA băng thông rộng (WCDMA) CDMA cdma2000 Tại Việt Nam, thị trường di động năm gần phát triển với tốc độ tương đối nhanh Cùng với ba nhà cung cấp dịch vụ di động lớn Vinaphone, Công Ty Viễn thông Quân đội (Vietel) Mobifone, S-fone, Công ty cổ phần Viễn thông Hà Nội,Viễn Thông Điện Lực Tổng công ty Viễn thông Di động Toàn cầu (Beeline) tham gia vào thị trường di động hẳn tạo cạnh tranh lớn nhà cung cấp dịch vụ, đem lại lựa chọn phong phú cho người sử dụng Vì vậy, nhà cung cấp dịch vụ di động Việt Nam không sử dụng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Tên đề tài: NGHIÊN CỨU MẠNG 3G VÀ KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI TẠI VIỆT NAM Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số: 60 52 70 Học viên: Đinh Trung Tiến... tiến hành học tập, nghiên cứu tìm hiểu tài liệu chuyên môn có liên quan với hướng dẫn bảo nhiệt tình thầy giáo hướng dẫn, lựa chọn đề tài Nghiên cứu mạng 3G khả triển khai Việt Nam hoàn thành... hoá tiêu mức liên kết 104 4.4 Hướng triển khai công nghệ mạng 3G Việt Nam Quy hoạch mạng 3G Vinaphone Thái Nguyên ……… 105 4.5 Tối ưu mạng 111 4.6 Tổng kết