Nghiên cứu quy hoạch mạng thông tin di động sử dụng công nghệ LTE và áp dụng cho tỉnh Quảng Nam

Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG LƯU NGUYÊN VIỄN NGHIÊN CỨU QUY HOẠCH MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ LTE VÀ ÁP DỤNG CHO TỈNH QUẢNG NAM Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60.52.70 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2013 Footer Page of 126 Header Page of 126 Công trình hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VĂN CƯỜNG Phản biện 1: PGS TS TĂNG TẤN CHIẾN Phản biện 2: TS NGUYỄN HOÀNG CẨM Luận văn bảo vệ Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày tháng năm 2013 * Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng Footer Page of 126 Header Page of 126 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Tiếp theo mạng thông tin di động (TTDĐ) hệ thứ 3(3G), Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) hướng tới chuẩn cho mạng di động tế bào hệ thứ (4G) 4G có tính vượt trội như: cho phép thoại dựa IP, truyền số liệu đa phương tiện với tốc độ cao nhiều so với mạng di động Theo tính toán, tốc độ truyền liệu lên đến 100 Mb/s, chí lên đến Gb/s điều kiện tĩnh Trong bối cảnh người ta chuyển hướng sang nghiên cứu hệ thống thông tin di động có tên gọi 4G mà tảng công nghệ LTE LTE-Advanced Nhu cầu khách hàng tác động lớn đến đời, tồn phát triển công nghệ Có thể nói, có hai yếu tố từ nhu cầu người dùng tác động đến phát triển công nghệ 4G Thứ nhất, gia tăng nhu cầu ứng dụng mạng không dây nhu cầu băng thông cao truy nhập internet Thứ hai, người dùng muốn công nghệ không dây đời cung cấp dịch vụ tiện ích theo cách tương tự mạng hữu tuyến, mạng không dây có mà họ dùng với thói quen họ Và hiển nhiên, nhu cầu chất lượng dịch vụ cung cấp tốt hơn, tốc độ cao hơn, tốc độ truy nhập Web, tải xuống tài nguyên mạng nhanh hơn,… đích hướng tới công nghệ di động 4G Footer Page of 126 Header Page of 126 Để hòa nhập với xu chung, người thực chọn đề tài “ Nghiên cứu quy hoạch mạng thông tin di động sử dụng công nghệ LTE áp dụng cho tỉnh Quảng Nam” để có hội nghiên cứu, tìm hiểu kĩ công nghệ đồng thời qua tìm cách quy hoạch tối ưu việc triển khai công nghệ LTE mạng di động áp dụng cho mạng di động tỉnh Quảng Nam Mục đích nghiên cứu Mục đích đề tài nghiên cứu công nghệ LTE LTE – A, qua đưa cách thức quy hoạch mạng thông tin di động sử dụng công nghệ LTE để tối ưu hóa việc triển khai công nghệ đồng thời tiết kiệm chi phí, nhân lực hạ tầng mạng đồng thời áp dụng lý thuyết quy hoạch cho tỉnh Quảng Nam Đối tượng phạm vi nghiên cứu a) Đối tượng nghiên cứu: + Tập trung vào việc nghiên cứu công nghệ LTE LTEAdvanced + Đưa giải pháp quy hoạch mạng thông tin di động sử dụng công nghệ LTE dựa sở nghiên cứu lý thuyết công nghệ LTE b) Phạm vi nghiên cứu: + Nghiên cứu công nghệ LTE LTE - A + Giải pháp quy hoạch mạng thông tin di động sử dụng công nghệ LTE + Viết chương trình mô tính toán để kiểm chứng kết mà lý thuyết đề cập Phương pháp nghiên cứu Footer Page of 126 Header Page of 126 Trong trình thực đề tài, phương pháp nghiên cứu chủ yếu kết hợp nghiên cứu lý thuyết, viết chương trình chạy mô phỏng, tính toán thực kiểm chứng kết Bố cục đề tài Luận văn gồm phần sau đây: Chương 1: Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G LTE Nghiên cứu chi tiết kiến trúc mạng, kiến trúc giao thức công nghệ thành phần sử dụng cho LTE Chương 2: Công nghệ LTE-A Giới thiệu tổng quan cấu trúc, yêu cầu công nghệ thành phần đề xuất cho LTE-A Chương 3: Lý thuyết Quy hoạch mạng LTE Trình bày lý thuyết quy hoạch mạng thông tin di động sử dụng công nghệ LTE Chương 4: Mô áp dụng cho tỉnh Quảng Nam Giới thiệu sơ đồ thực chương trình mô kết tính toán mô thu quy hoạch mạng Quảng Nam Tổng quan tài liệu nghiên cứu Tài liệu nghiên cứu tham khảo công trình viết sách, báo, luận văn thạc sỹ từ trường đại học quốc gia khác giới, với trang web tìm hiểu Luận văn chắn không tránh khỏi sai sót, mong nhận góp ý Hội đồng để luận văn trở thành công trình thực có ích Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G (LTE) 1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG Công nghệ viễn thông giới phát triển không ngừng nói ngành có tốc độ thay đổi công nghệ cao nhất, nhanh Ngoài công nghệ mạng lõi công nghệ đầu cuối phát triển thay đổi ngày đòi hỏi công ty, doanh nghiệp phải kịp thời nắm bắt triển khai, không bị chậm trễ tụt hậu Với phát triển nhanh chóng công nghệ di động, mạng di động hệ thứ (4G) đời dựa kỹ thuật LTE LTE-Advanced Trong chương tìm hiểu nguyên lý, kiến trúc công nghệ LTE LTE-Advanced 1.2 CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ VIỄN THÔNG DI ĐỘNG Sự phát triển công nghệ viễn thông di động tóm tắt cột mốc sau đây: Công nghệ di động hệ thứ (1G) đời vào khoảng thời gian năm 1980 dựa công nghệ FDMA (đa truy cập phân chia theo tần số); tiếp đến công nghệ di động hệ thứ (2G) đời vào khoảng thời gian năm 1990 dựa công nghệ TDMA (đa truy cập phân chia theo thời gian); công nghệ di động hệ thứ (3G) đời vào khoảng thời gian năm 2000 dựa công nghệ WCDMA (đa truy cập phân chia theo mã); công nghệ di động hệ thứ (4G) đời khoảng thời gian từ năm 2009 đến nay, qua giai đoạn triển khai thử nghiệm ban đầu triển khai số Footer Page of 126 Header Page of 126 nước, dựa công nghệ OFDM, SDMA- tức công nghệ LTE – LTE ADVANCE LTE từ viết tắt Long Term Evolution, mô tả công việc chuẩn hóa 3GPP để xác định phương thức truy nhập vô tuyến tốc độ cao cho hệ thống truyền thông di động LTE bước dẫn đến hệ thống thông tin di động hệ thứ hay gọi 4G Hệ thống kỳ vọng có tiến vượt bậc công nghệ tính so với hệ 3G trước 1.3 CÔNG NGHỆ LTE 1.3.1 Giới thiệu LTE hệ thứ tư tương lai chuẩn UMTS 3GPP phát triển UMTS hệ thứ ba dựa WCDMA triển khai toàn giới Để đảm bảo tính cạnh tranh cho hệ thống này, tháng 11/2004 3GPP bắt đầu dự án nhằm xác định bước phát triển lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi Long Term Evolution (LTE) 3GPP đặt yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí cho bit thông tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt băng tần có băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với giao tiếp mở giảm đáng kể lượng tiêu thụ thiết bị đầu cuối 1.3.2 Các chuẩn công nghệ LTE Tốc độ: Tốc độ tải xuống (Downlink) cao băng thông 20MHz lên đến 100Mbps, cao từ 3-4 lần so với công nghệ HSDPA (3GPP Release 6) tốc độ tải lên (Uplink) lên đến 50Mbps, cao từ 2-3 lần so với công nghệ HSUPA (3GPP Release 6) với anten thu anten phát thiết bị đầu cuối Footer Page of 126 Header Page of 126 Độ trễ: Thời gian trễ tối đa dịch vụ người dùng phải thấp 5ms Độ rộng băng thông linh hoạt: Có thể hoạt động với băng thông 5MHz, 10MHz, 15MHz 20MHz, chí nhỏ 5MHz 1,25MHz 2,5MHz Tính di động: Tốc độ di chuyển tối ưu 0-15km/giờ, hoạt động tốt với tốc độ di chuyển từ 15-120km/giờ, chí lên đến 500km/giờ tùy băng tần Phổ tần số: Hoạt động theo chế độ phân chia theo tần số chế độ phân chia theo thời gian Độ phủ sóng từ 5-100km (tín hiệu suy yếu từ km thứ 30), dung lượng 200 người/cell (băng thông 5MHz) Chất lượng dịch vụ: Hỗ trợ tính đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS cho thiết bị VoIP đảm bảo chất lượng âm tốt, độ trễ mức tối thiểu (thời gian chờ gần không có) thông qua mạng chuyển mạch UMTS Liên kết mạng: Khả liên kết với hệ thống UTRAN/GERAN có hệ thống không thuộc 3GPP đảm bảo Thời gian trễ việc truyền tải E-UTRAN UTRAN/GERAN nhỏ 300ms cho dịch vụ thời gian thực không 500ms cho dịch vụ lại Chi phí: Chi phí triển khai vận hành giảm Để đạt mục tiêu trên, LTE phải sử dụng kỹ thuật mới: OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access – Đa truy cập đa phân chia theo tần số trực giao) cho hướng xuống SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Footer Page of 126 Header Page of 126 Access – Đa truy cập đa phân chia theo tần số sóng mang đơn) cho hướng lên Thêm vào sử dụng anten MIMO yêu cầu tất yếu 1.3.3 Cấu trúc mạng Như đề cập, LTE thiết kế để hỗ trợ cho dịch vụ chuyển mạch gói, đối lập với chuyển mạch kênh truyền thống Nó hướng đến cung cấp kết nối IP UE (User Equipment) PDN (Packet Data Network), mà ngắt quãng ứng dụng người dùng suốt trình di chuyển Trong thuật ngữ LTE đề cập quanh tiến triển việc truy cập vô tuyến thông qua E-UTRAN (Evolved-UTRAN), kết hợp với phương diện cải tiến “ không vô tuyến” thuật ngữ SAE (System Architecture Evolution)_bao gồm mạng lõi gói cải tiến EPC (Evolved Packet Core) LTE với SAE tạo thành hệ thống gói cải tiến EPS (Evolved Packet System) a) Mạng lõi Mạng lõi CN (được gọi EPC SAE) đáp ứng cho việc điều khiển UE thiết lập thông báo Các Node EPC:  PDN Gateway (P-GW)  Serving Gateway (S-GW)  Mobility Management Entity (MME) b) Mạng truy cập E-UTRAN cấu trúc phẳng Các eNodeB kết nối với thông qua đường giao tiếp X2, kết nối với EPC đường giao tiếp S1 Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 E-UTRAN chịu trách nhiệm chức liên quan đến vô tuyến, gồm có :  Quản lí nguồn tài nguyên vô tuyến  Nén Header  Bảo mật  Kết nối với EPC 1.3.4 Kiến trúc giao thức a) Mặt phẳng người dùng Một gói IP UE đóng gói EPC-giao thức đường hầm cụ thể P-GW eNodeB- để truyền đến UE Các giao thức xuyên hầm khác dùng với đường giao tiếp khác Một giao thức xuyên hầm 3GPP gọi giao thức xuyên hầm GPRS (GPRS Tunnelling Protocol) sử dụng đường giao tiếp mạng lõi, S1 S5/S8 b) Mặt phẳng điều khiển Giao thức RRC biết đến giao thức lớp tầng truy cập Nó có chức điều khiển tầng truy cập, chịu trách nhiệm thiết lập thông báo vô tuyến cấu hình tất lớp thấp sử dụng báo hiệu RRC eNodeB UE 1.3.5 Truyền liệu hướng xuống Trong LTE, truyền liệu hướng xuống sử dụng công nghệ OFDM, nét OFDM a) Nguyên tắc OFDM Kỹ thuật truyền OFDM xem loại truyền đa sóng mang Đặc điểm truyền OFDM là: Footer Page 10 of 126 Header Page 12 of 126 10 1.3.7 MIMO MIMO kỹ thuật đổi quan trọng LTE, sử dụng để cải thiện hiệu suất hệ thống Kỹ thuật cho phép LTE cải thiện dung lượng hiệu sử dụng phổ Mặc dù, sử dụng MIMO làm cho hệ thống phức tạp trình xử lý tín hiệu yêu cầu số lượng anten, tăng tốc độ liệu lên mức cao, cho phép hiệu sử dụng phổ tần MIMO kỹ thuật thiếu LTE Kết luận Chương 1: Chương nghiên cứu mô tả cách chi tiết công nghệ LTE, lý thuyết vận dụng để giải toán quy hoạch cho chương CHƯƠNG CÔNG NGHỆ LTE ADVANDCE 2.1 GIỚI THIỆU LTE-Advance (Long Term Evolution-Advance) tiến hóa tương lai công nghệ LTE, công nghệ dựa OFDMA chuẩn hóa 3GPP phiên (Release) LTEAdvance, dự án nghiên cứu chuẩn hóa 3GPP vào năm 2009 với đặc tả mong đợi hoàn thành vào quí năm 2010 phần Release 10 nhằm đáp ứng vượt so với yêu cầu hệ công nghệ vô tuyến di động thứ (4G) IMT-Advance thiết lập ITU LTE Advance tương thích ngược thuận với LTE, nghĩa thiết bị LTE hoạt động mạng LTE-Advance mạng LTE cũ Footer Page 12 of 126 Header Page 13 of 126 11 Gần đây, ITU đưa yêu cầu cho IMT-Advance nhằm tạo định nghĩa thức 4G Thuật ngữ 4G áp dụng mạng tuân theo yêu cầu IMT-Advance xoay quanh báo cáo ITU-R M.2134 Một số yêu cầu then chốt bao gồm:  Hỗ trợ độ rộng băng tần lên đến bao gồm 40Mhz  Khuyến khích hỗ trợ độ rộng băng tần rộng (chẳng hạn 100Mhz)  Hiệu sử dụng phổ tần đỉnh đường xuống tối thiểu 15 b/s/Hz (giả sử sử dụng MIMO 4x4)  Hiệu sử dụng phổ tần đỉnh đường lên tối thiểu 6,75 b/s/Hz (giả sử sử dụng MIMO 4x4)  Tốc độ thông lượng lý thuyết 1,5 Gb/s 2.2 NHỮNG CÔNG NGHỆ THÀNH PHẦN ĐỀ XUẤT CHO LTE-A 2.2.1 Truyền dẫn băng rộng chia sẻ phổ tần Mục tiêu tốc độ số liệu đỉnh LTE-Advance cao thỏa mãn cách vừa phải cách tăng độ rộng băng truyền dẫn so với cung cấp Release LTE độ rộng băng truyền dẫn lên đến 100Mhz thảo luận nội dung LTE-Advance Việc mở rộng độ rộng băng thực trì tính tương thích phổ Điều đạt cách sử dụng “khối tập kết sóng mang”, nhiều sóng mang thành phần LTE kết hợp lớp vật lí để cung cấp độ rộng băng cần thiết Đối với thiết bị đầu cuối LTE, sóng mang thành phần xuất Footer Page 13 of 126 Header Page 14 of 126 12 sóng mang LTE thiết bị đầu cuối LTE-Advance khai thác toàn độ rộng băng khối kết tập 2.2.2 Giải pháp đa anten Các công nghệ đa anten, bao gồm định dạng chùm ghép kênh theo không gian thành phần công nghê then chốt vốn có LTE chắn tiếp tục đóng vai trò quan trọng LTE-Advance 2.2.3 Truyền dẫn đa điểm phối hợp Mục tiêu số liệu đỉnh LTE-Advance yêu cầu cải thiện đáng kể tỉ lệ tín hiệu tạp âm can nhiễu SINR thiết bị đầu cuối Định dạng chùm cách Ở mạng tại, nhiều anten nằm phân tán mặt địa lí kết nối đến đơn vị xử lí băng gốc trung tâm sử dụng nhằm đem lại hiệu chi phí Mô hình triển khai thu/ phát đa điểm phối hợp với trình xử lí băng gốc nút đơn Ở đường xuống, phối hợp truyền dẫn từ đa điểm truyền dẫn 2.2.4 Các lặp chuyển tiếp Từ việc xem xét quĩ đường truyền, việc triển khai giải pháp chuyển tiếp khác nhằm giảm khoảng cách máy phát máy thu xuống cho phép tăng tốc độ số liệu Các lặp đơn giản khuếch đại chuyển tín hiệu tương tự thu 2.2.5 MCMC CDMA Song song với giải pháp đề xuất đưa MCMC CDMA (Multicode Multicarrier Code Division Mutiple Access) nhằm cung cấp nhiều loại tốc độ khác truyền nhiều sóng mang Footer Page 14 of 126 Header Page 15 of 126 13 Kết luận chương 2: Chương khái quát công nghệ LTE – Advance, giải pháp tối ưu truyền dẫn vô tuyến giúp cải thiện chất lượng dịch vụ tăng tốc độ liệu CHƯƠNG QUY HOẠCH MẠNG LTE 3.1 GIỚI THIỆU Tiếp theo công nghệ 3G, công nghệ 4G đời mang lại nhiều lợi ích cho người tiêu dùng Tuy nhiên, để đưa công nghệ 4G vào hoạt động bỏ qua toán quy hoạch Công cụ giúp giảm thiểu chi phí đầu tư tối ưu hóa mạng lưới 3.2 QUY HOẠCH MẠNG LTE Mục đích quy hoạch mạng vô tuyến để tối đa vùng bao phủ mạng cung cấp dung lượng mong muốn thời điểm 3.2.1 Quy hoạch vùng phủ Quy hoạch vùng phủ bước quan trọng việc triển khai mạng di động Quá trình bao gồm việc lựa chọn mô hình truyền sóng thích hợp dựa địa hình khu vực, vật cản phản xạ sóng, dân số Các mô hình truyền sóng (các mô hình thực nghiệm) đơn giản để dự đoán trạng thái truyền tín hiệu cách xác, chúng cung cấp tương đối xác trạng thái tín hiệu xảy Lĩnh vực đo lường xác việc dự đoán vùng phủ sóng khu vực định a) Tính toán quỹ đường lên (UL) Footer Page 15 of 126 Header Page 16 of 126 14 Các thông số công thức sử dụng để tính toán quỹ đường truyền lên cho LTE:  Công suất máy phát (PTxm) : đường lên công suất máy phát công suất UE Tùy thuộc vào lớp công suất phát mà UE sử dụng có giá trị công suất tối đa khác Đơn vị dùng để tính toán cho công suất máy phát dBm  Khuếch đại anten (Gm) : phụ thuộc vào thiết bị băng tần sử dụng  Tổn hao phi nối (Lfm)  Tổn hao thể (Lbody) : tổn hao điển hình quỹ đường truyền cho dịch vụ thoại di động giữ gần với tai nghe  Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương (EIRP m) : có đơn vị dBm tính toán theo công thức sau: EIPRm = PTxm + Gm + Lfm – Lbody  (3.1) Hệ số tạp âm máy thu (NF) : trường hợp máy thu trạm gốc có đơn vị dB  Công suất tạp âm nhiệt đầu vào máy thu (Ni) : có đơn vị dBm tính toán công thức sau: Ni = 30 + 10lgk + 10log290K + 10lgB Với k số Boltzman có giá trị k = 3824 x 10 (3.2) -23 J/K B băng thông phụ thuộc vào tốc độ bit, tương ứng với tốc độ bit có số RB khác phát Chẳng hạn 64 kbps tương ứng với RB phát tương ứng với B 360 KHz Footer Page 16 of 126 Header Page 17 of 126  15 Công suất tạp âm máy thu (N) : có đơn vị dBm tính toán theo công thức sau : N = Ni + NF  (3.3) Dự trữ nhiễu (Mi) : dự trữ nhiễu LTE nhỏ dự trữ nhiễu WCDMA tín hiệu đường lên trực giao  Tổng tạp âm nhiễu + giao thoa (N + I) : có đơn vị dBm tính toán theo công thức sau : (N + I)(dBm) = N + Mi  (3.4) Tỷ số SNR yêu cầu (SNRr) : lấy từ mô Có đơn vị dB  Độ nhạy máy thu hiệu dụng (Pmin) : có đơn vị dB xác định theo công thức sau: Pmin = (N + I) (dBm) + SNRr (dB)  (3.5) Khuếch đại anten trạm gốc (Gb) : phụ thuộc vào kích cỡ anten số sector Đơn vị dBi  Tổn hao phi nối (Lf) : tổn hao phía trạm gốc Có đơn vị dB  Khuếch đại MHA (GMHA) : MHA khuếch đại tháp anten, có đơn vị dB  Tổn hao đường truyền cực đại cho phép (L max) : có đơn vị dB tính toán theo công thức sau: Lmax = EIRPm – Pmin + Gb – Lf + GMHA (3.6) b) Tính toán quỹ đường xuống cho LTE Các thông số công thức sử dụng để tính toán quỹ đường truyền xuống cho LTE: Footer Page 17 of 126 Header Page 18 of 126  16 Công suất máy phát (PTxb) : đường lên công suất máy phát công suất trạm gốc Đơn vị dùng để tính toán cho công suất máy phát dBm Giá trị điển hình từ 43 - 48 dBm  Khuếch đại anten (Gb) : phụ thuộc vào kích cỡ anten số sector Đơn vị dBi  Tổn hao phi nối (Lf)  Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương (EIRPb) : có đơn vị dBm tính toán theo công thức sau: EIPRb = PTxm + Gb + Lf  (3.7) Hệ số tạp âm máy thu (NF) : trường hợp máy thu trạm gốc có đơn vị dB  Công suất tạp âm nhiệt đầu vào máy thu (Ni) : có đơn vị dBm tính toán công thức sau: Ni = 30 + 10lgk + 10log290K + 10lgB  (3.8) Công suất tạp âm máy thu (N) : có đơn vị dBm tính toán theo công thức sau : N = Ni + NF (3 9)  Dự trữ nhiễu (Mi) : Nó có đơn vị dB  Tổng tạp âm nhiễu + giao thoa (N + I) : có đơn vị dBm tính toán theo công thức sau : (N + I)(dBm) = N + Mi + Mcch  (3 10) Tỷ số SNR yêu cầu (SNRr) : lấy từ mô Có đơn vị dB  Độ nhạy máy thu hiệu dụng (Pmin) : có đơn vị dB xác định theo công thức sau: Footer Page 18 of 126 Header Page 19 of 126 17 Pmin = (N + I) (dBm) + SNRr (dB)  (3 11) Khuếch đại anten trạm gốc (Gm) : phụ thuộc vào thiết bị băng tần sử dụng  Tổn hao phi nối (Lfm) : tổn hao phía UE Có đơn vị dB  Tổn hao thể (Lbody) : tổn hao điển hình quỹ đường truyền cho dịch vụ thoại di động giữ gần với tai nghe  Tổn hao đường truyền cực đại cho phép (L max) : có đơn vị dB tính toán theo công thức sau: Lmax = EIRPb – Pmin + Gm – Lfm - Lbody (3 12) c) Các mô hình truyền dẫn bản: Phần giới thiệu mô hình truyền dẫn sử dụng rộng rãi, mô hình Hata-Okumura Walfisch-Ikegami Những mô hình thực nghiệm phương tiện cho việc tính toán suy hao truyền dẫn d) Tính bán kính cell diện tích vùng phủ Trước tiên, dựa vào tham số quỹ đường truyền để xác định suy hao đường truyền tối đa cho phép Khi đó, dễ dàng tính bán kính cell biết mô hình truyền sóng áp dụng với môi trường khảo sát (Lmax = Lp) Suy công thức tính bán kính cell sau: Rcell = 10(Lp - L)/X ’ LP = L + X *lgR (3.13) (3.14) Sau tính kích thước cell, dễ dàng tính diện tích vùng phủ với ý diện tích vùng phủ phụ thuộc vào cấu hình phân Footer Page 19 of 126 Header Page 20 of 126 18 đoạn trạm gốc Diện tích vùng phủ cell có cấu trúc lục giác tính sau: S = K*R2cell (3.15) Trong đó: S diện tích vùng phủ, Rcell bán kính cực đại cell, K số Tính diện tích Cell, số eNodeB tính theo vùng phủ tính sau: Số eNodeB = Diện tích toàn tỉnh/diện tích cell (3.16) 3.2.2 Quy hoạch dung lượng Dung lượng lý thuyết mạng bị giới hạn số eNodeB đặt mạng Dung lượng mạng bị ảnh hưởng yếu tố mức can nhiễu, kỹ thuật mã hóa điều chế cung cấp Sau công thức dùng để tính số eNodeB tính khía cạnh dung lượng Số eNodeB = (Toàn tốc độ liệu)/(Dung lượng site) (3.17) Trong đó: Toàn tốc độ liệu = (Số thuê bao) * (Tốc độ bit đỉnh) * (Hệ số OBF) (3.18) Dung lượng site : C = F*BW*log2(1+SNR) (3.19) F: hệ số sửa lỗi, F tính toán theo công thức sau: Tframe-Tcp F= Tsub * NscxNs/2-4 NscxNs/2 Số eNodeB cuối là: Max {số eNodeB theo vùng phủ, số eNodeB theo dung lượng} Footer Page 20 of 126 Header Page 21 of 126 19 Kết luận chương 3: Chương trình bày bước cụ thể để tiến hành quy hoạch mạng LTE bao gồm: tính toán suy hao cực đại cho phép đường lên đường xuống, dựa suy hao cực đại cho phép tính toán bán kính cell diện tích phủ cell tính số trạm BS cần thiết để phủ toàn vùng địa lý mong muốn Bước quy hoạch dung lượng, bước dựa thông số thống kê lý thuyết quy hoạch dung lượng từ đưa số tổng số BS để đáp ứng nhu cầu tất thuê bao Sau việc lấy số BS lớn quy hoạch vùng phủ dung lượng với việc bố trí đặt trạm BS cho kinh tế CHƯƠNG QUY HOẠCH MẠNG LTE CHO QUẢNG NAM GIAI ĐOẠN 2013-2020 VÀ TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG 4.1 GIỚI THIỆU Quảng Nam thuộc vùng duyên hải Nam Trung Bộ, với diện tích 10,417.14 km2 72% diện tích núi rừng dân số 1,463,240 người gồm 16 huyện hai thành phố trực thuộc tỉnh Tuy nhiên, để dễ dàng quản lý đầu tư, ngành viễn thông người ta gộp chung huyện thành phố như: Tam Kỳ - Phú Ninh, Tiên Phước – Trà My (Nam, Bắc Trà My), Tam Giang (Nam, Đông, Tây Giang), Hiệp Đức – Phước Sơn, Quế Sơn – Nông Sơn 4.2 MÔ TẢ VẤN ĐỀ Chất lượng hệ thống vô tuyến LTE kết tính toán tối ưu đặc trưng: vùng phủ sóng, chất lượng dịch vụ dung lượng phục vụ hệ thống, ba đặc trưng có liên hệ chặt chẽ với Footer Page 21 of 126 Header Page 22 of 126 20 Người thiết kế hệ thống có trách nhiệm cân đặc trưng để đạt tối ưu lãnh thổ cụ thể Việc cân khác cho lãnh thổ khác nhau: vùng trung tâm đô thị, vùng xa trung tâm đô thị, vùng nông thôn, v.v Trong luận văn sử dụng mô hình Walfisch-Ikegami cho phương án tính toán thiết kế mô hình thích hợp với điều kiện địa lý Quảng Nam 4.3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠNG LTE CHO QUẢNG NAM 4.3.1 Quy hoạch vùng phủ a) Tính suy hao cực đại cho phép từ việc tính toán quỹ đường truyền Áp dụng lý thuyết Chương tính toán theo mô hình Walfisch – Ikegamy ta tính được: - Suy hao cực đại cho phép đường lên: 159.9 dB - Suy hao cực đại cho phép đường xuống: 162.2 dB b) Tính số trạm BS dựa theo bán kính phục vụ BS diện tích phủ sóng cell  Tính bán kính cell - Tần số làm việc (f) * : 1800 MHz Với điều kiện địa hình, dân số mức độ phát triển huyện thành phố thuộc tỉnh Quảng Nam nên ta có thông số sau: - Độ rộng đường phố (w) : 15 m - Khoảng cách tòa nhà (b) : 35 m - Độ cao trung bình tòa nhà (hr) : 15 m - Độ cao anten mobile (hm) : 1,5 m Footer Page 22 of 126 Header Page 23 of 126 21 - Độ cao trung bình anten BS (hb) : 30 m - Góc tới tia sóng từ tòa nhà đến mặt đường: b/2 ≈ 20 độ Sử dụng kết suy hao cực đại cho phép đường lên đường xuống tương ứng là: 163.4 dB 165.4 dB ta tính được:  Bán kính cell tính theo tổn hao cực đại cho phép đường lên: 4.173 Km  Bán kính cell tính theo tổn hao cực đại cho phép đường xuống: 4.549 Km Như vậy, để đảm bảo phủ song hết toàn tỉnh ta chọn bán kính cell R = 4.173 Km để tính diện tích Cell phần Với anten sector nên hệ số K = 1,95, từ tính diện tích Cell: S = 33.957 km2  Số eNodeB = diện tích Quảng Nam/S = 306 trạm 4.3.2 Quy hoạch dung lượng Áp dụng lý thuyết Chương ta tính số eNode cho vùng cụ thể: Bảng 4.1 Kết tính toán số trạm BS theo dung lượng Năm Đơn vị Số BS 2013 2020 tính Số thuê bao Số thuê bao toán 120046 177363 594 H Điện Bàn 18781 27748 93 TP Hội An 15826 23382 78 Huyện Đại Lộc 9582 14157 47 Huyện Tam Giang 6395 9448 32 Tỉnh Quảng Nam Footer Page 23 of 126 Header Page 24 of 126 22 Huyện Duy Xuyên 10351 15293 51 Huyện Quế Sơn 8174 12077 40 Huyện Thăng Bình 7785 11502 39 Huyện HĐ-Phước Sơn 6719 9927 33 TP Tam Kỳ - Pninh 21.738 32117 108 Huyện Núi Thành 8.411 12427 42 Huyện TP – TM 6.284 9284 31 Như vậy, số eNodeB cuối là: Max{205, 890} = 594 trạm Footer Page 24 of 126 Header Page 25 of 126 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Công nghệ LTE trở thành công nghệ tương lai, tạo nhiều hội phát triển cho ngành viễn thông Trong bối cảnh hội nhập nước ta, việc nắm bắt triển khai công nghệ cần thiết Luận văn vào nghiên cứu công nghệ LTE, LTE-A thực quy hoạch mạng LTE cho tỉnh Quảng Nam giai đoạn 2013-2020 Luận văn thực nghiên cứu hoàn thành vấn đề lý thuyết sau: - Lý thuyết công nghệ LTE, LTE-A - Phân tích yêu cầu nguyên tắc thực quy hoạch mạng LTE ứng với đặc trưng, cấu trúc địa lý vùng cụ thể, đưa sơ đồ tính toán dung lượng, vùng phủ đánh giá chất lượng dịch vụ với mô hình thực nghiệm cụ thể Hata-Okumura Walfisch-Ikegami Từ vấn đề trên, luận văn tiến hành đưa mô hình lý thuyết để tính toán, thiết kế, định cỡ mạng LTE cho tỉnh Quảng Nam với tiêu chí tối ưu hóa phương diện vùng phủ sóng dung lượng hệ thống vô tuyến giai đoạn 2013-2020 Hạn chế đề tài: - Trong tính toán thực tế, việc lấy số tham số nhà cung cấp thiết bị, phần lớn tham số khác lấy theo giá trị điển hình Do vậy, kết thiết kế dừng mức định cỡ mạng sơ Footer Page 25 of 126 Header Page 26 of 126 24 Hướng phát triển đề tài: - Hiệu chỉnh, tối ưu hóa mạng khu vực tỉnh Quảng Nam nhằm đảm bảo công suất phát hợp lý, dung lượng, vùng phủ chất lượng dịch vụ - Dung lượng vùng phủ sau quy hoạch phân tích cho cell - Phải có đồ truyền sóng thực tế dự tính lưu lượng vùng Footer Page 26 of 126 ... khai công nghệ LTE mạng di động áp dụng cho mạng di động tỉnh Quảng Nam Mục đích nghiên cứu Mục đích đề tài nghiên cứu công nghệ LTE LTE – A, qua đưa cách thức quy hoạch mạng thông tin di động sử. .. chọn đề tài “ Nghiên cứu quy hoạch mạng thông tin di động sử dụng công nghệ LTE áp dụng cho tỉnh Quảng Nam để có hội nghiên cứu, tìm hiểu kĩ công nghệ đồng thời qua tìm cách quy hoạch tối ưu... nghiên cứu a) Đối tượng nghiên cứu: + Tập trung vào việc nghiên cứu công nghệ LTE LTEAdvanced + Đưa giải pháp quy hoạch mạng thông tin di động sử dụng công nghệ LTE dựa sở nghiên cứu lý thuyết công