Quy hoạch mạng 4g cho thành phố hà nội

Quy hoạch mạng 4g cho thành phố hà nội

GVHD: TS Nguyễn Lê Cường Nhóm Trang GVHD: TS Nguyễn Lê Cường Nhóm NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hà Nội 6/2016 Trang GVHD: TS Nguyễn Lê Cường Nhóm Ngày … tháng … năm 2016 Giáo viên hướng dẫn TS Nguyễn Lê Cường Trang GVHD: TS Nguyễn Lê Cường Nhóm NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Trang GVHD: TS Nguyễn Lê Cường Nhóm Ngày … tháng … năm 2016 Giáo viên phản biện Trang GVHD: TS Nguyễn Lê Cường Nhóm LỜI NÓI ĐẦU Ngành công nghệ viễn thông chứng kiến phát triển ngoạn mục năm gần Khi mà công nghệ mạng thông tin di động hệ thứ ba 3G chưa đủ để đáp ứng, người ta bắt đầu chuyển công nghệ 4G (Fourth Generation) từ nhiều năm gần Hiện 4G gần phủ sóng toàn cầu, Việt Nam gấp rút triên khai đưa vào khai thác mạng 4G Theo tin từ Tập đoàn Bưu viễn thông Việt Nam (VNPT), đơn vị vừa hoàn thành việc lắp đặt trạm BTS sử dụng cho dịch vụ vô tuyến băng rộng công nghệ LTE (Long Term Evolution) cung cấp thức đến người dân vào năm 2018 sau đấu thầu xong băng tần Nội dung đồ án bao gồm chương:  Chương 1: Giới thiệu hệ thống thông tin di động tổng quan mạng 4G  Chương 2: Cấu trúc mạng 4G LTE vấn đề liên quan  Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE áp dụng cho Tp Hà Nội Kết Luận & Hướng phát triển Phụ lục Trong trình thực đề tài, người thực có hạn chế khả nhiều sai sót , mong đóng góp ý kiến thầy cô Trang GVHD: TS Nguyễn Lê Cường Nhóm MỤC LỤC Trang GVHD: TS Nguyễn Lê Cường Nhóm MỤC LỤC HÌNH ẢNH MỤC LỤC BẢNG Trang GVHD: TS Nguyễn Lê Cường Nhóm Chương 1: Giới thiệu đề tài 1.1 Giới thiệu chung Hiện nay, công nghệ 3G cho phép truy cập Internet không dây gọi có hình ảnh 4G phát triển thuộc tính kế thừa từ công nghệ 3G Về mặt lý thuyết, mạng không dây sử dụng công nghệ 4G có tốc độ nhanh mạng 3G từ đến 10 lần Tốc độ tối đa 3G tốc độ tải xuống 14Mbps 5.8Mbps tải lên Với công nghệ 4G, tốc độ đạt tới 100Mbps người dùng di động 1Gbps người dùng cố định 3G sử dụng dải tần quy định quốc tế cho UL: 1885 - 2025 MHz; DL: 2110 - 2200 MHz; với tốc độ từ 144kbps - 2Mbps, độ rộng BW: MHz Đối với 4G LTE Hoạt động băng tần: 700 MHz - 2,6 GHz với mục tiêu tốc độ liệu cao, độ trễ thấp, công nghệ truy cập sóng vô tuyến gói liệu tối ưu Tốc độ DL: 100Mbps (ở BW 20MHz), UL: 50Mbps với aten thu anten phát Độ trễ nhỏ 5ms với độ rộng BW linh hoạt ưu điểm LTE so với WCDMA, BW từ 1.25 MHz, 2.5 MHz, MHz, 10 MHz, 15 MHz, 20 MHz Hiệu trải phổ tăng lần tăng 10 lần số người dùng/cell so với WCDMA Ưu điểm bật  Tốc độ liệu cao nhiều lần so với 3G  Tăng hiệu sử dụng phổ giảm thời gian trễ  Cấu trúc mạng đơn giản hơn, không chuyển mạch kênh  Hiệu trải phổ tăng lần tăng 10 lần user/cell so với WCDMA  Độ rộng băng tần linh hoạt ưu điểm quan trọng LTE WCDMA Trang GVHD: TS Nguyễn Lê Cường Nhóm Các đặc điểm tạo nên vượt trội 4G so với 3G  Hiệu suất phổ cao: - OFDM DL  Chống nhiễu đa đường  Hầu hết liệu người dùng di động - SC-FDMA UL  PAPR thấp  Người dùng trực giao miền tần số - MIMO  Tốc độ liệu cao: - Phát nhiều dòng liệu độc lập song song qua anten riêng lẻ => tăng tốc độ liệu (sử dụng MIMO)  Độ trễ thấp: - Thời gian cài đặt thời gian trì hoãn chuyển tiếp ngắn Trễ HO thời gian ngắt ngắn: TTI ngắn, trạng thái RRC đơn giản  Giá thành rẻ: - Cấu trúc mạng đơn giản, giảm thành phần mạng  Chất lượng dịch vụ cao: - Sử dụng tần số cấp phép để đảm bảo chất lượng dịch vụ: LTE sử dụng dải tần số khác : 2100 MHz, 1900 MHz, - 1700 MHz, 2600 MHz, 900 MHz, 800 MHz Luôn thử nghiệm (giảm thời gian trễ điều khiển định - tuyến) Giảm độ trễ (round trip delay)  Tần số tái sử dụng linh hoạt: Giảm nhiễu liên cell với tần số tái sử dụng lớn Trang 10 GVHD: TS Nguyễn Lê Cường Nhóm tốc độ trung bình (PAR) Tuy nhiên điều không an toàn cho việc quy hoạch mạng với tải 100% hệ số utilisation sử dụng Hệ số utilisation này, hầu hết tất mạng nhỏ 85% để bảo đảm chất lượng dịch vụ (QoS) Hệ số OBF tính toán theo công thức sau: OBF = PAR*Hệ số utilisation (2.39) Sau tính toán số eNodeB theo vùng phủ số eNodeB theo dung lượng, ta tối ưu số eNodeB lại cách lấy số eNodeB lớn hai trường hợp Số eNodeB số eNodeB cuối lắp đặt vùng định sẵn Trang 32 GVHD: TS Nguyễn Lê Cường Nhóm Chương 3: Thiết kế quy hoạch cho Tp Hà Nội 3.1 Thu thập liệu ( diện tích, dân số, số thuê bao…) - Thống kê: Hà Nội 2015 Dân số: 500 000 ng Diện tích: 3328,9 km2 138 thuê bao/100 dân ( 91.9 triệu ng / 127 triệu thuê bao di - động) Số thuê bao HN: 10 350 000 thuê bao Số thuê bao phát sinh data ( 3G): 060 000 thuê bao - ( 29,6%) Tần số: 1800MHz Băng thông: 20 MHz Chiều cao BTS: 30m Chiều cao MS: 1,5m 3.2 Tính quỹ đường truyền LTE Quỹ đường truyền lên LTE S Thông số T Đơn Giá vị trị Kí Hiệu Ghi T Máy Phát ( trạm gốc) Công suất phát Khuếch dB m đại dBi 24 PTxm Gm anten -5 – 10 dBi Tổn hao Fi- dB Suy hao thể dB 0 Lfm Lbody 24 EIPRm = PTxm + Gm + Lfm MS đường lên Công suất phát dB xạ đẳng hướng m tương đương Máy Thu Hệ số tạp âm dB - Lbody NF Trang 33 3- GVHD: TS Nguyễn Lê Cường máy gốc Công âm thu Nhóm trạm suất nhiệt dB tạp dB - Ni = 30 + 10lgk + đầu m 118.4 10log290K + 10lgB vào máy thu k = 1.3824 x 10-23 J/K 3 Băng thông Công suất MHz 20 tạp dB - âm máy thu Dự trữ nhiễu m dB BW N =NF +Ni 116.4 Mi -10d B Tỷ số SNR yêu dB -7 Được lấy từ mô cầu Khuếch 18 Gb đại dBi anten trạm gốc 15 -21 dBi Khuếch đại MHA dB Độ nhạy máy dB - thu m Tổn hao đường dB 122.4 SNRr(dB) 164.4 Lmax= EIRPm– Pmin + Gb - truyền cực đại Bảng 4: Quỹ đường truyền lên LTE GMHA Pmin = (N + Mi) (dBm) + Lf + GMHA Quỹ đường truyền xuống S Thông số Đơn TT vị Máy Phát ( trạm gốc) Công suất phát dB m đại dBi Giá Kí hiệu trị Ghi 46 PTxb 18 Gb Khuếch anten Tổn hao phi dB Lf + nối Công suất phát dB 62 EIRPm = PTxm+ Gb - Lf Trang 34 GVHD: TS Nguyễn Lê Cường Nhóm xạ đẳng hướng m tương đương Máy Thu Hệ số tạp âm dB 7,0 NF máy thu Công suất tạp dB - Ni âm 104.5 =30+10lgk+10lg290K+ nhiệt đầu m vào máy thu 10lg(B)(tùy băng tần sử Công suất tạp dB -97.5 dụng ) N = Ni + NF thu Dự trữ nhiễu dB Bổ sung nhiễu dB Mi Mcch kênh điều khiển Tổng tạp âm + dB -92.5 (N + I) (dBm) = N + M i + giao thoa m Tỷ số SNR yêu dB -9 Mcch SNRr , từ mô cầu Độ nhạy - Pmin= (N + I) (dBm) + thu Khuếch anten Tổn hao phi dB Lfm + nối Suy hao thể Lbody 1 Tổn hao đường dB âm máy m máy dB m đại dBi dB 101.5 SNRr Gb 163.5 Lmax=EIRPb - Pmin+ Gm - Lf truyền cực đại Bảng 5: Quỹ đường truyền lên LTE 3.3 - Lbody Quy hoạch vùng phủ theo mô hình Hata Mô hình truyền sóng HATA Tiêu chí Thông số Kí hiệu Trang 35 Ghi GVHD: TS Nguyễn Lê Cường Tần số hoạt động (MHz) Tổn hao trung bình ( dB) Độ cao anten trạm gốc (m) Độ cao thiết bị đầu cuối (m) Tổn hao TB Nhóm 1800Mhz fc 164,4 Lp 30m hb 164,4 LP = L + X *lgR L = 139dB hình X= 35,22 Mô HataOkumura Bán kính 5,12 km Cell Diện tích vùng phủ 51,24 km2 LP= Lmax L=A + Blgfc 13,82lghb a(h m) + Lother • X=(44,9 6,55lghb) • a(hm) 3,2(lg11,75hm)2 – 4,97 • A=46,3 ; B=33,9 R (Lp - L)/X cell = 10 • – fc=1800 – MHz hb=30m h =1,5m – m a(h m) = = -0,01 dB Lother =3dB S = K r2 ± 5% Số eNodeB Số eNodeB= Đặt Hà 65 nội Bảng 6: Mô hình truyền sóng HATA Cấu hình Ommi trạm K 2,6 SHà Nội = 3328,9 km2 2-sector 3-sector 6-sector 1,3 1,95 2,6 Bảng 7: Các giá trị K sử dụng cho tính toán vùng phủ sóng 3.4 Quy hoạch lưu lượng Quy hoạch theo số thuê bao S T Tiêu Chí Giá trị Ký hiệu Trang 36 Ghi GVHD: TS Nguyễn Lê Cường T Số eNodeN 2316 Site capaccity Cell through put 492.48 Mbps 164.16 Mbps NSC 12 Ns 14 Nbr 100 Hệ số sửa lỗi 0.95 F Tframe TCP 1 10s 779,4 µs 2.33 ms Tốc độ 114048 liệu Overalldatar ate Hệ số OBF 0.66 Nhóm eNodeN = Over all data rate/ Site capaccity Site capaccity = n.C ( n = 3) C = F*BWlog2(1+SNR) C: cell throung put log2(1+SNR)= 8.64 với BW =20MHz C1 =BW1*log2(1+SNR) C1 =172.8Mbps Nsc : số sóng mang khối tài nguyên (RB), số ký tự OFDM subframe số khối tài nguyên Tương (RB) băng 20MHz F= ứng thông Tframe − Tcp Nsc * Ns / − * Tframe Nsc * Ns / Thời gian frame ( 10s) 1frame = 10 subframe( 1s) Tổng thời gian TCP Overalldatarate = Số user đồng Số user x Tốc độ bit thời : 10000 đỉnh x Hế số OBF Tốc độ bit đỉnh: 172.8Mbps ( BW =20MHz) số user trung bình chia sẻ đơn vị kênh truyền OBF = PAR*Hệ số utilisation Trang 37 GVHD: TS Nguyễn Lê Cường PAR 1.1 Nhóm tỷ số tốc độ đỉnh tốc độ trung bình Hệ số 0.6 utilisation Bảng 8: Quy hoạch lưu lượng Quy hoạch theo số thuê bao dự kiến ( 3-5 năm) Trang 38 GVHD: TS Nguyễn Lê Cường Nhóm KẾT LUẬN & HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết đạt Bản thiết kế quy hoạch 4G cho Hà Nội Phần mềm tính toán thông số mạng 4G Hướng phát triển đề tài Trang 39 GVHD: TS Nguyễn Lê Cường Nhóm TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang 40 GVHD: TS Nguyễn Lê Cường Nhóm DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Từ viết tắt 1G 2G Nghĩa One Generation Cellular Second thứ GenerationHệ thống thông tin di độngthế hệ Cellular 3G Third Generation Cellular 4G Four Generation Cellular 3GPP Third Hệ thống thông tin di độngthế hệ Generation Patnership Project thứ hai Hệ thống thông tin di độngthế hệ thứ ba Hệ thống thông tin di độngthế hệ thứ tư Dự án hợp tác hệ A ACK Acknowledgement Tín hiệu xác nhận B BCCH Broadcast Control Kênh điều khiển quảng bá BCH Channel Broadcast Channel BW Band Width Băng thông Code Division Multiple Đa truy cập phân chia theo mã Kênh quảng bá C CDMA Access CAPEX Capital Expenditure CP Cycle Prefix Tiền tố lặp D DL-SCH Downlink Share Channel Kênh chia sẻ đường xuống DL Downlink Hướng xuống Trang 41 GVHD: TS Nguyễn Lê Cường Nhóm E EDGE Enhance Data rates forTốc độ liệu tăng cường cho GSM mạng Evolution GSM cải tiến EEvolved UMTS TerrestrialMạng truy nhập vô tuyến cải tiến UTRAN Radio Access EPC Evolved Packet Core Mạng lõi gói eNodeBEnhance NodeB NodeB cải tiến F FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số FDD FrequencyDivision Ghép kênh phân chia theo tần số FEC Duplexing Sửa lỗi hồi tiếp Forward Error Correction G GSM Global System for Mobile GERAN GSM/EDGE Radio Access GPRS GI Network General Packet Radio Service Guard Interval Hệ thống di động toàn cầu Mạng truy nhập vô tuyến GSM/EDGE Dịch vụ gói vô tuyến thông dụng Khoảng bảo vệ H HSDPA HDTV HSOPA High Speed Packet Access High Television High Speed Packet Access DownlinkTruy nhập gói đường xuống tốc độ cao Definition OFDM Tivi có độ phân giải cao Truy cập gói OFDM tốc độ cao Trang 42 GVHD: TS Nguyễn Lê Cường HO HSPA HSS Handover High Speed Nhóm Chuyển giao Packet Truy nhập gói tốc độ cao Access Home Subscriber Server Quản lý thuê bao I ITU IP IMS ISI IFFT International Telecommunication Union Internet Protocol IP Multimedia Đơn vị viễn thông quốc tế Giao thức internet Sub- system Inter-Symbol Interference Inverse Fast Fourier Transform Hệ thống đa phương tiện sử dụng IP Nhiễu liên ký tự Biến đổi Fourier ngược L LTE Long Term Evolution M MS BTS Mobile Station Base Station MIMO Multi Input Multi Output Đa ngõ vào đa ngõ Mobility Management Quản lý tính di động Entity Medium Access Control Điều khiển trung nhập trung bình Đa người dung - Đa ngõ vào đa ngõ Multi User - MIMO MME MAC MU- Trạm di động Trạm gốc MIMO MoU MCS Minutes of Using Thời gian sử dụng Modulation Coding Kỹ thuật mã hóa điều chế Scheme O OPEX OFDM Operating Expense Orthogonal Frequency Ghép kênh phân chia theo tần số Trang 43 GVHD: TS Nguyễn Lê Cường Nhóm trực Division Multiple giao OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao P PAPR Peak-to-Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình P2P PCRF PDSCH Point to Point Policyand Điểm đến điểm Charging Rules Function Physical Downlink Shared Kênh vật lý chia sẻ đường xuống Channel PUCCH Physical Uplink Control Kênh vật lý điều khiển đường lên PDCCH PBCH Channel Physical Downlink Control Channel Physical Broadcast Kênh vật lý điều khiển đường xuống PCCH Kênh vật lý quảng bá Channel Paging Control Channel Kênh điều khiển tin nhắn PCH Paging Channel Kênh tin nhắn Quality of Services Chất lượng dịch vụ Q QoS R RLC RRC Radio Link Control Điều khiển kết nối vô tuyến Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến RB Resource Block Khối tài nguyên Trang 44 GVHD: TS Nguyễn Lê Cường RE RSRP RSRQ RS Nhóm Resource Element Thành phần tài nguyên Reference Signal Công suất thu tín hiệu tham khảo Receive Power Reference Signal Chất lượng thu tín hiệu tham khảo Receive Quality Reference Signal Tín hiệu tham khảo S SDR Software - Defined SNR Radio Signal to Noise Ratio SC- Single Carrier Frequency FDMA SMS SAE SGSN SUMIMO Phần mềm nhận dạng vô tuyến Tỷ số tín hiệu nhiễu Đa truy cập phân chia theo tần số trực Division multiple Access giao đơn sóng mang Short Message Service Tin nhắn ngắn System Architecture Cấu trúc hệ thống tăng cường Enhance Serving GPRS Support Nút cung cấp dịch vụ GPRS Node Single User Multi Input Đơn user-Đa ngõ vào đa ngõ Multi Output T Trang 45 GVHD: TS Nguyễn Lê Cường Nhóm TDMA Time Division Multiple Access TTI Time Transmit Interval Khoảng thời gian phát Time Division Ghép kênh phân chia theo thời gian Duplexing Transmit Power Lệnh công suất phát Command TDD TPC Đa truy cập phân chia theo thời gian U UMB Ultra Mobile Broadband Di động băng rộng mở rộng UL Uplink Đường lên UTRAN UTMS Terrestrial Radio Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất Access Networks UTMS UE Universal Telecommunication Hệ thống thông tin di động Mobile System Thiết bị người dùng (Di động) User Equipment V VHE VoIP Virtual Environment Voice IP W WCDM Wideband A WAP Home Môi trường nhà ảo Thoại sử dụng IP Code Đa truy cập phân chia theo mã băng Division Multiple Access rộng Wireless Applicaion Giao thức ứng dụng không dây protocol Trang 46 ... kết đầu tiếp tục sử dụng quy hoạch mạng chi tiết sử dụng cho công việc tương lai quy hoạch mạng lõi LTE Mạng LTE định cỡ giúp nhóm mạng lõi LTE việc lên kế hoạch thiết kế mạng phù hợp để xác định... khác mạng tế bào Dựa vào chúng, mạng chia thành hai phần: mạng truy nhập vô tuyến mạng lõi Những chức điều chế, nén, chuyển giao thuộc mạng truy nhập Còn chức khác tính cước quản lý di động thành. .. băng tần Nội dung đồ án bao gồm chương:  Chương 1: Giới thiệu hệ thống thông tin di động tổng quan mạng 4G  Chương 2: Cấu trúc mạng 4G LTE vấn đề liên quan  Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE áp