Hệ thống thông tin di động w CDMA và hành trình từ GSM lên 3g

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LÊ KHÁNH HƯNG TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG W-CDMA VÀ HÀNH TRÌNH TỪ GSM LÊN 3G Chuyên ngành : Điện Tử Viễn Thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS PHẠM VĂN BÌNH Hà Nội – 09/2011 MỤC LỤC Lời cam đoan…………………………………………………………………… Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt………………………………… Danh mục hình vẽ, đồ thị Phần Mở đầu Chương GIỚI THIỆU CHUNG 10 1.1 LỊCH SỬ VÀ XU THẾ PHÁT TRIỂN CỦA THÔNG TIN DI ĐỘNG .10 1.2 CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 12 1.2.1 Những mục tiêu chưa thực hệ thống thông tin di động hệ thứ hai 12 1.2.2 Các yêu cầu hệ thống thông tin di động hệ 12 Chương HỆ THỐNG W-CDMA 16 2.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG W-CDMA .16 2.2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG W-CDMA .17 2.2.1 Cấu trúc tổng quát hệ thống UMTS 17 2.2.2 Mạng truy nhập vô tuyến điện UTRAN 19 2.2.3 Mạng lõi CN .23 2.2.4 Thiết bị người sử dụng UE .24 2.2.5 Các giao diện mở 25 2.2.6 Mạng truyền dẫn .25 2.3 NGUYÊN TẮC PHÂN LỚP TRONG HỆ THỐNG CDMA 26 2.3.1 Nguyên tắc phân lớp hệ thống CDMA 26 2.3.2 Lớp vật lý W-CDMA 27 2.4 CÁC KÊNH TRONG W-CDMA .29 2.4.1 Các kênh truyền tải 29 2.4.1.1 Kênh truyền tải riêng (DCH-Delicated Channel)(Up Link/Down Link) 29 2.4.1.2 Kênh truyền tải chung .30 2.4.1.3 Sắp xếp kênh truyền tải lên kênh vật lý 32 2.4.2 Các kênh vật lý 33 2.4.2.1 Các kênh vật lý đường lên .33 2.4.2.2 Kênh vật lý đường xuống 39 2.4.3 Các kênh logic 45 2.5 ĐIỀU CHẾ NGẪU NHIÊN HÓA TRONG W-CDMA 47 2.5.1 Định kênh ngẫu nhiên hoá kênh vật lý 47 2.5.1.1 Các mã định kênh 47 2.5.1.2 Mã ngẫu nhiên hóa 48 2.5.2 Định kênh trải phổ kênh vật lý đường lên 49 2.5.2.1 Các kênh vật lý riêng đường lên (DPCCH/DPDCH) 49 2.5.2.2 Kênh PCPCH 51 2.5.2.3 Kênh PRACH 51 2.5.3 Ngẫu nhiên hoá kênh vật lý đường lên .52 2.5.3.1 Mã ngẫu nhiên hóa cho DPCCH/DPDCH .54 2.5.3.2 Mã ngẫu nhiên hóa cho PRACH .54 2.5.3.3 Mã ngẫu nhiên hóa cho PCPCH 55 2.5.4 Điều chế đường lên 56 2.5.5 Định kênh trải phổ kênh vật lý đường xuống 56 2.5.5.1 Định kênh trải phổ cho kênh vật lý đường xuống 56 2.5.5.2 Định kênh trải phổ cho kênh SCH 57 2.5.6 Ngẫu nhiên hoá kênh vật lý đường xuống 58 2.5.7 Sơ đồ khối tổng quát cho hệ thống thông tin trải phổ điều chế kênh vật lý đường xuống 59 2.6 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT VÀ CHUYỂN GIAO TRONG W-CDMA 60 2.6.1 Điều khiển công suất W-CDMA 60 2.6.2 Chuyển giao hệ thống W-CDMA .62 Chương HÀNH TRÌNH TỪ GSM LÊN 3G 64 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HÀNH TRÌNH TỪ GSM LÊN 3G .64 3.2 CÁC BƯỚC TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỔI 65 3.2.1 Hệ thống GSM 65 3.2.2 Giai đoạn HSCSD .69 3.2.3 Giai đoạn GPRS 72 3.2.4 Giai đoạn EDGE .85 3.2.5 Giai đoạn UMTS .87 Chương QUY HOẠCH MẠNG WCDMA 93 4.1 KHỞI TẠO QUY HOẠCH (ĐỊNH CỠ MẠNG) .94 4.1.1 Sơ đồ khối trình định cỡ mạng 95 4.1.2 Phân tích quỹ lượng đường truyền vô tuyến 97 4.1.2.1 Quỹ lượng đường lên 97 4.1.2.2 Quỹ lượng đường xuống .100 4.1.2.3 Độ nhạy máy thu 104 4.1.2.4 Độ lợi chuyển giao mềm giới hạn hiệu ứng che tối 105 4.1.3 Xác định bán kính vùng phủ sóng cell .107 4.1.4 Quy hoạch dung lượng vùng phủ - lặp tối ưu 108 4.1.5 Định cỡ RNC(Radio network Control) 110 4.2 QUY HOẠCH CHI TIẾT .112 4.2.1 Phân tích suy hao đường truyền mô truyền dẫn 112 4.2.2 Các mô truyền dẫn 113 4.2.2.1 Mô Hata-Okumura .113 4.2.2.2 Mô Walfisch - Ikegami 114 4.2.3 Lặp đường lên đường xuống 118 4.2.4 Hậu xử lý - Dự báo vùng phủ mạng phân tích kênh chung .118 4.3 TỐI ƯU MẠNG 119 Kết Luận………………………………………………………………………… 120 Tài Liệu Tham Khảo…………………………………………………………… 122 Lời Cam Đoan Tôi Lê Khánh Hưng - tác giả luận văn “HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG W-CDMA VÀ HÀNH TRÌNH TỪ GSM LÊN 3G” Tôi xin cam đoan thực hiện luận văn nghiêm túc, toàn nội dung luận văn kết nghiên cứu thực Đồng thời, việc tham khảo tài liệu trình thực luận văn tuân thủ theo yêu cầu không chép luận văn trước Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt 2G 2nd Generation - hệ thứ 3G 3rd Generation -thế hệ thứ 3GPP 3rd Generation Partnership - thành viên tham gia hệ thứ 136HS 8-Phase Shift Keying – Khóa chuyển pha p/4-DQPSK p/4-Differantial Quadrature Phase Shift Keying- Khóa chuyển pha p/4 A-BIS BSC – BTS Interface - giao diện BTS - BSC ADM Add / Drop Multiplexer - ghép kênh nhập / tách AMPS Advanced Mobile Phones Service- dịch vụ điện thoại di động tiên tiến ARIB Association for Radio Industry and Business - Hiệp hội thương mại công nghiệp vô tuyến ATM Asynchronous Transfer Mode - phương thức truyền không đồng BSC Base Station Controller - diều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystems - phân hệ trạm gốc BTS Base Tranceiver Station - trạm thu phát gốc CDMA Code Division Multiplex Access - đa truy nhập phân chia theo mã DCCH Digital Control Channel - Kênh điều khiển số DCS 1800 Digital Cellular Systems, GSM based system on 1800 MHz band Hệ thống truyền thông số GSM họat động băng tần 1800 MHz DTCH Digital Traffic Channel – Kênh lưu lượng số EDGE Enhanced Data rates for Global Evolution - tôc độ liệu nâng cao việc phát triển toàn cầu EFR Enhanced Full Rate – Toàn tốc cấp cao ETSI European Telecommunication Standards Insatitute – Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu âu FCCH Frequency Correction Channel - kênh sửa lỗi tần số FDD Frequency Division Duplex - song công phân chia theo tần số FDM Frequency Division Multiplex - ghép kênh phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiplex Access - đa truy nhập phân chia theo tần số GGSN Gateway GPRS Support Node - nút hỗ trợ cổng GPRS GPRS General Packet Radio Service - Dịch vụ vô tuyến gói chung GPS Global Positioning System – Hệ thống định vị toàn cầu GSM Global System for Mobile Communication - hệ thống thông tin di động toàn cầu HDR High Data Rate – Dữ liệu tốc độ cao HLR Home Location Register - đăng ký thường trú HSCSD High Speed Circuit Switched Data - liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao IMT International Mobile Telecommunication - thông tin di động quốc tế IMT 2000 IMT 2000 - Tiêu chuẩn thông tin di động quốc tế IP Internet Protocol - giao thức Internet ITU International telecommunications Union - Liên minh viễn thông quốc tế ISDN Intergrated Services Digital Network - mạng số liên kết đa dịch vụ IPv6 IP version - IP phiên IWF Inter – working Function - chức phối hợp LLC Location Link Control layer - lớp điều khiển liên kết logic MAP Mobile Application Part - phần ứng dụng di động MS Mobile Station - trạm di động MSC Mobile Services Switching Centre - trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MTF Mobile Terminal other Functionality – Khối chức đầu cuối di động khác NSS Network and Switching Subsystem: phân hệ chuyển mạch mạng PACCH Packet Associated Control Channel – Kênh điều khiển phối hợp gói PBCCH Packet Broadcast Control Channel – Kênh điều khiển quảng bá gói PCCCH Packet Common Control Channel – Kênh điều khiển gói chung PDCH Packet Data Channel - Kênh số liệu gói PDN Packet Data Network: mạng số liệu gói PDP Packet Data Protocol: giao thức số liệu gói PDTCH Packet Data Traffic Control Channel - kênh điều khiển lưu lượng gói PLMN Public Land Mobile Network - mạng di động mặt đất công cộng PRACH Packet Random Access Channel - kênh truy nhập gói ngẫu nhiên PSTN Public Switched Telephone Network - mạng điện thoại chuyển mạch công cộng QoS Quality of Service - chất lượng dịch vụ RACH Random Access Channel - kênh truy nhập ngẫu nhiên RAN Radio Access Network – Mạng truy nhập vô tuyến/ RLC Radio Link Control - điều khiển liên kết vô tuyến SACCH Slow Associated Control Channel - kênh điều khiển liên kết chậm SCH Synchronizzation Channel - kênh đồng SDCCH Stand alone Dedicated Control Channel - kênh điều khiển dành riêng SGSN Serving GSN - nút hỗ trợ dịch vụ GPRS SIR Signal to Interference Ratio – Tỉ số nén tín hiệu nhiễu SMS Short Message Service - dịch vụ tin nhắn ngắn TCH Traffic Channel - kênh lưu lượng TCP Transmission Control Protocol - giao thức điều khiển truyền TDMA Time Division Multiplex Access -đa truy cập phân chia theo thời gian TE Terminal Equipment - thiết bị đầu cuối TIA Telecommunications Industry Association – Hiệp hội công nghệ viễn thông UMTS Universal Mobile Telecommunication System – Hệ thống thông tin di động UTMS UTRA Universal Terrestrial Radio Access - Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS VLR Visitor Location Register: ghi định vị tạm trú VMS Vietnam Mobile Telecom Services Công ty thông tin di động VMS PN Virtual Private Network – Mạng riêng ảo WAP Wireless Application Protocol – Giao thức ứng dụng vô tuyến WCDMA Wideband Code Division Multiple Access – Đa truy nhập phân mã băng rộng Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình 1-1Quá trình phát triển từ hệ thống thông tin di động thứ sang hệ thống thông tin di động hệ thứ 15 Hình 2-1 Các phần tử mạng UMTS 17 Hình 2-2 Cấu trúc hệ thống W-CDMA 19 Hình 2-3 Phân lớp hệ thống CDMA tổng quát 27 Hình 2-4 Cấu trúc kênh vật lý UTRA/IMT – 2000 29 Hình 2-5 Giao diện lớp cao lớp vật lý 32 Hình 2-6 Cấu trúc khung vô tuyến cho kênh DPDCH/DPCCH đường lên 35 Hình 2-7 Số thứ tự khe truy nhập RACH khoảng cách chúng 36 Hình 2-8 Cấu trúc phát truy nhập ngẫu nhiên 36 Hình 2-9 Cấu trúc khung vô tuyến phần tin RACH 37 Hình 2-10 Cấu trúc khung vô tuyến cho kênh DPCH đường xuống 40 Hình 2-11 Cấu trúc khung vô tuyến CPICH 40 Hình 2-12 Cấu trúc khung cho kênh P-CCPCH .41 Hình 2-13 Cấu trúc khung vô tuyến cho kênh S-CCPCH 41 Hình 2-14 Cấu trúc kênh đồng .43 Hình 2-15 Cấu trúc khung vô tuyến PDSCH .43 Hình 2-16 Cấu trúc khung vô tuyến cho AICH .44 Hình 2-17 Sắp xếp kênh logic kênh truyền tải 46 Hình 2-18 Quan hệ trải phổ điều chế ngẫu nhiên .47 Hình 2-19 Cấu trúc mã định kênh 48 Hình 2-20 Ghép kênh mã I-Q với ngẫu nhiên hóa phức 49 Hình 2-21 Sơ đồ tổng quát trải phổ ghép kênh vật lý đường lên 51 Hình 2-22 Phần tin PCPCH 51 Hình 2-23 Sơ đồ phần tin kênh vật lý PRACH 52 Hình 2-24 Sơ đồ tạo chuỗi ngẫu nhiên đường dài 53 Hình 2-25 Sơ đồ tạo chuỗi ngẫu nhiên ngắn đường lên cho chuỗi 255 chip 53 Hình 2-26 Điều chế kênh vật lý đường lên .56 người kênh phương tiện Mô truyền sóng mô tả truyền dẫn tín hiệu trung bình môi trường tính suy hao đường truyền cực đại cho phép theo dB thành bán kính cell cực đại theo km Ví dụ cho mô Hata-Okumura, cho cell macro thành thị với độ cao anten trạm di động 1,5m tần số sóng mang f = 2GHz L = 158,235 - 13,82.lghBS + [44,9 - 6,55lghBS].lgr (4.32) Trong đó, L suy hao đường truyền cực đại (dB), hBS độ cao anten trạm gốc, r bán kính cell (km) Sau tính kích thước cell, dễ dàng tính diện tích vùng phủ với ý diện tích vùng phủ phụ thuộc vào cấu phân đoạn trạm gốc Diện tích vùng phủ cell có cấu trúc lục giác tính sau: S = K.r2 (4.33) Trong đó: S diện tích vùng phủ,r bán kính cực đại cell, K số Các giá trị K sử dụng cho tính toán vùng phủ sóng Cấu trạm Omni 2-sector 3-sector 6-sector K 2,6 1,3 1,95 2,6 4.1.4 Quy hoạch dung lượng vùng phủ - lặp tối ưu Khi xác định vùng phủ cell, ta xác định lưu lượng phục vụ cell (dựa tham số mật độ thuê bao dịch vụ vùng) Công cụ quy hoạch hỗ trợ việc tối ưu cấu vùng phủ, chọn anten, hướng anten vị trí đặt đài trạm để đáp ứng chất lượng dịch vụ, dung lượng yêu cầu dịch vụ với giá thành thấp Tuy nhiên, việc tính toán RLB hệ thống RAN WCDMA phức tạp so với hệ thống dựa TDMA Đó việc phân tích kết hợp vùng phủ sóng dung lượng bước khởi tạo trình định cỡ Do đó, nhà khai thác cần phải biết xác phân bố khả tăng trưởng thuê bao, chúng ảnh hưởng trực tiếp tới vùng phủ Số lượng sóng mang, số lượng sector, tải, số người sử 108 dụng, tất chúng ảnh hưởng tới kết cuối Việc nắm rõ thông tin dung lượng có tác dụng đảm bảo tiết kiệm chi phí đầu tư phần cứng trình quy hoạch triển khai mạng lưới WCDMA Để tính toán dung lượng, ta sử dụng số định nghĩa sau : - Đơn vị lưu lượng Erlang: Một đơn vị lưu lượng Erlang mạch thông tin hoạt động - Cấp phục vụ (G0S): Đại lượng biểu thị số % gọi không thành công hệ thống tiêu hao hệ thống đợi G0S số % thuê bao thực gọi trở lại - Hệ thống thông tin hoạt động theo kiểu tiêu hao: Giả thiết hệ thống mà thuê bao không gọi lại gọi không thành công - Hệ thống thông tin hoạt động theo kiểu đợi: Giả thiết hệ thống mà thuê bao kiên trì gọi lại thành công Lưu lượng thuê bao A tính theo công thức sau: A = nT 3600 (4.34) Trong : A : lưu lượng thuê bao n : số trung bình gọi T : thời gian trung bình gọi (s) Lưu lượng Erlang cần cho thuê bao tính sau : ECCH = mtu (4.35) 3600 Trong : m : Số lần thuê bao sử dụng kênh điều khiển tu : Thời gian sử dụng trung bình thuê bao kênh điều khiển 109 Ứng với số kênh điều khiển NCCH, tra ta có tổng dung lượng Erlang cần thiết Etot Tổng số thuê bao phục vụ tính sau : S total = Etot (4.36) ECCH Để phục vụ Stotal thuê bao, ta tính tổng lưu lượng Erlang cần thiết theo công thức : C Erl = S total (4.37) A Từ giá trị CErl tra ta tính tổng số kênh cần thiết Với đặc thù tính mẻ hệ thống WCDMA, để xây dựng toán tối ưu trình định cỡ khó phụ thuộc nhiều tham số khác nhau, thông tin dự báo nhu cầu dung lượng mang tính tương đối Do vậy, xem xét toán gần tối ưu trình lặp Ở bước lặp, khởi tạo, hệ số tải giả thiết tối đa 75% (giá trị tối đa thực tế), sau giảm dần để cân với hệ số tải thực tế Khi hệ số tải đạt khoảng (20-30)% giá trị tốt 4.1.5 Định cỡ RNC(Radio network Control) Hầu hết mạng di động lớn, điều khiển mạng vô tuyến RNC khả xử lý lưu lượng toàn mạng Vì vậy, mạng chia thành khu vực, khu vực đặt quản lý RNC Mục tiêu việc định cỡ RNC xác định số RNC cần để xử lý lưu lượng định Có số nhân tố ảnh hưởng đến dung lượng RNC sau: • Số lượng cell cực đại (một cell xác định tần số mã ngẫu nhiên hóa) • Số lượng BTS cực đại RNC • Lưu lượng cực đại giao diện Iub 110 • Số lượng loại giao diện (ví dụ: STM-1, E1) Ví dụ dung lượng RNC với cấu khác nhau: Ví dụ dung lượng RNC Lưu lượng Iub Cấu Các giao diện khác Số BTS Số cell (Mbps) STM-1 E1 48 128 384 4*4 6*16 85 192 576 4*4 8*16 122 256 768 4*4 10*16 159 256 960 4*4 12*16 196 384 1152 4*4 14*16 Số lượng RNC cần thiết để kết nối đến số cell định tính theo công thức sau: numRNCs numCells cellsRNC fillrate_1 (4.38) Trong đó: numCells: số lượng cell vùng thực việc định cỡ cellsRNC: số lượng cell cực đại mà RNC có khả hỗ trợ fillrate_1: hệ số sử dụng để dự phòng cho dung lượng cực đại Số lượng RNC cần thiết để kết nối đến số BTS định tính theo công thức sau: numRNCs = numBTSs (4.39) btsRNC fillrate_2 Trong đó: numBTSs: số BTS khu vực cần định cỡ btsRNC: số BTS cực đại kết nối đến RNC 111 fillrate_2: hệ số sử dụng để dự phòng cho dung lượng cực đại Dựa dung lượng dự tính, có nhiều phương pháp định cỡ RNC sau: • Lưu lượng hỗ trợ (giới hạn định cỡ RNC): thể dung lượng thiết bị quy hoạch mạng, thông thường quy hoạch cho lớn dung lượng yêu cầu • Lưu lượng yêu cầu (giới hạn định cỡ RNC): giá trị lưu lượng trung bình thực tế toàn mạng • Giao diện truyền dẫn Iub: định cỡ RNC để phục vụ N trạm, tổng dung lượng giao diện truyền dẫn Iub phải lớn N lần dung lượng trạm 4.2 QUY HOẠCH CHI TIẾT Việc quy hoạch chi tiết thực sử dụng phần mềm quy hoạch mạng Ở đây, ta phân tích phần mềm mô tĩnh, thực tế thuê bao không di động nhiên thuê bao có tốc độ khác 4.2.1 Phân tích suy hao đường truyền mô truyền dẫn Mô hình truyền sóng Suy hao tuyến Độ cao hiệu dụng anten LOS NLOS Tham số điều chỉnh Địa hình Hình thái Hướng học phố Hình 4-6Các thành phần mô truyền sóng Trong trình quy hoạch mạng, mô truyền dẫn sử dụng để tính cường độ trường tín hiệu máy phát vùng tính toán Trong cell vĩ mô, giả thiết máy phát đỉnh mái nhà máy thu mặt đất Sự 112 truyền lan sóng vô tuyến từ phát đến thu tính toán không đơn giản nhiều trở ngại cấu trúc kênh phức tạp Trong cell vi mô, việc tính toán đơn giản thường có đường tín hiệu mạnh Trong quy hoạch cell vĩ mô, môi trường truyền dẫn phức tạp khoảng cách từ máy phát đến máy thu lớn đường truyền sóng khó xác định Trong điều kiện sử dụng mô thực nghiệm bán thực nghiệm có hiệu Những mô sử dụng tham số tự hệ số điều chỉnh khác điều chỉnh số liệu đo Các mô thực nghiệm sử dụng có hiệu điều kiện môi trường gần máy phát ảnh hưởng đến truyền sóng 4.2.2 Các mô truyền dẫn Phần giới thiệu mô truyền dẫn sử dụng rộng rãi, mô HataOkumura Walfisch-Ikegami Những mô thực nghiệm phương tiện cho việc tính toán suy hao truyền dẫn 4.2.2.1 Mô Hata-Okumura Mô Hata-Okumura quan hệ thực nghiệm rút từ báo cáo kỹ thuật Okumura cho phép sử dụng kết vào công cụ tính toán Báo cáo Okumura bao gồm chuỗi lưu đồ sử dụng để lập mô thông tin vô tuyến Dựa đo lường thực Y.Okumura Tokyo tần số 1920 MHz, đo lường vừa khớp với mô toán học M.Hata Trong mô này, ban đầu suy hao đường truyền tính cách tính hệ số điều chỉnh Anten cho vùng đô thị hàm khoảng cách trạm gốc, trạm di động tần số Hệ số đưa vào suy hao không gian tự Kết điều chỉnh hệ số cho độ cao anten trạm gốc trạm di động Ngoài ra, hệ số điều chỉnh cấp cho hướng phố, vùng ngoại ô, vùng mở địa không Các biểu thức toán học sử dụng mô Hata-Okumura để xác định tổn hao trung bình L: Lp= 69,55 + 26,16lgfc – 13,82lghb – a(hm) + (44,9 – 6,55lghb)lgr 113 dB (4.40) Trong đó: fc: tần số hoạt động (MHz); Lp: tổn hao trung bình hb: độ cao anten trạm gốc (m); hm:độcao anten trạm di động (m) r : bán kính cell (khoảng cách từ trạm gốc) (km) a(hm): hệ số hiệu chỉnh cho độ cao anten di động (dB) Dải thông số sử dụng cho mô Hata là: 150 ≤ fc ≤ 1500 MHz; 30 ≤ hb ≤ 200 m; ≤ hm ≤ 10 m; ≤ r ≤ 20 km a(hm) tính sau: )Đối với thành phố nhỏ trung bình: a(hm) = (1,11lgfc -0,7)hm – (1,56lgfc – 0,8)dB (4.41) ) Đối với thành phố lớn: a(hm) = 8.29(lg1,54hm)2 – 1,1 dB fc ≥ 200 MHz(4.42) hay: a(hm) = 3,2(lg11,75hm)2 – 4,97 dB fc ≥ 400 MHz (4.43) Như bán kính cell tính : lg r = [L p ] − 69,55 − 26,16 lg f c + 13,82 lg hb + a(hm ) 44,9 − 6,55 lg hb (4.44) ) Vùng ngoại ô: Với vùng ngoại ô hệ số hiệu chỉnh suy hao so với vùng thành phố là: ⎡⎛ ⎛ f ⎞ ⎞ ⎤ c ⎟ ⎟ − 5,4⎥ (dB) ⎢⎣⎜⎝ ⎝ 28 ⎠ ⎟⎠ ⎥⎦ Lno = Lp - ⎢⎜ lg⎜ (4.45) ) Vùng nông thôn: Với vùng nông thôn hệ số hiệu chỉnh suy hao so với vùng thành phố là: Lnt(dB)= Lp – 4,78.(lgfc)2 +18,33(lgfc) - 40,94 (dB)(4.46) 4.2.2.2 Mô Walfisch - Ikegami + Mô Walfisch-Ikegami (hay COST 231) sử dụng để đánh giá tổn hao đường truyền môi trường thành phố cho hệ thống thông tin tổ ong (cellular) dải 114 tần 800-2000 MHz Mô sử dụng châu Âu cho hệ thống GSM số mô truyền Mỹ Mô Walfisch-Ikegami chứa phần tử: tổn hao không gian tự do; nhiễu xạ mái nhà-phố tổn hao tán xạ; tổn hao nhiều vật chắn + Mô Walfisch-Ikegami dựa vào giả thiết truyền lan sóng truyền mái nhà trình nhiễu xạ Các tòa nhà nằm đường thẳng máy phát máy thu Hướng di chuyển φ Sóng tới Máy di động d hb Tòa nhà hr w b hm Mặt đường Anten trạm di động Hình 4-7Các tham số mô Walfisch-Ikegami Các biểu thức sử dụng cho mô sau: hay Lp= Lf + Lrts + Lmsd (4.47) Lp = Lf Lrts + Lmsd ≤ (4.48) đó: Lf : tổn hao không gian tự Lrts: nhiễu xạ mái nhà - phố tổn hao tán xạ Lmsd: tổn hao vật che chắn - Tổn hao không gian tự Lf xác định: Lf = 32,4 +20lgr + 20lgfc (dB) (4.49) - Nhiễu xạ mái nhà - phố tổn hao phân tán tính sau: Lrts = (-16,7) -10lgW + 10lgfc + 20lg∆hm + Lori (dB) đó: W: độ rộng phố (m); ∆hm= hr - hm (m); ⎧ Lori = ⎨ ⎩ 115 (4.50) -9,646 (dB) ≤ Ф ≤ 55 (độ) 2,5 + 0,075(Ф-55) (dB) 55 ≤ Ф ≤ 90 (độ) Trong đó: Ф góc đến so với trục phố - Tổn hao vật che chắn: Lmsd = Lbsh + ka + kdlgr + kflgfc – 9lgb (4.51) Trong đó: b: khoảng cách tòa nhà dọc theo đường truyền vô tuyến (m) ⎧− 18 lg(1 + ∆hb ), hb > hr Lbsh = ⎨ ⎩0, hb < hr ⎧54, (hb > hr ) ⎪ ka = ⎨54 − 0,8hb, (r ≥ 500m, hb ≤ hr ) ⎪54 − 1,6∆h r , (r < 500m, h ≤ h ) b b r ⎩ 15∆hb ⎧ , hb ≥ hr ⎪18 − ∆hm kd = ⎨ ⎪18, h < h b r ⎩ ⎛ f ⎞ k f = + 1,5⎜ c − 1⎟ với thành phố lớn ⎝ 925 ⎠ ⎛ f ⎞ k f = + 0,7⎜ c − 1⎟ với thành phố trung bình ⎝ 925 ⎠ Với trường hợp tia nhìn thẳng (LOS): Lp = 42,6 + 26lgr+ 20lgfc (4.52) Với trường hợp tia không nhìn thẳng (NLOS): Lp = 32,4 + 20lgr + 20lgfc + Lrts + Lmsd (4.53) Như bán kính cell tính theo mô Walfisch – Ikegami : lg r = L p − Lori − Lbsh + 10 lg W − 20 lg ∆hm − k a + lg b − (30 + k f )lg f c − 15,7 (20 + k d ) Dải thông số cho mô Walfisch-Ikegami phải thỏa mãn: 116 (4.54) 800 ≤ fc ≤ 2000 MHz; ≤ hb ≤ 50 m; ≤ hm ≤ m; 0,02 ≤ r≤ km Có thể sử dụng giá trị mặc định sau cho mô : b = 20 ÷ 50m; W = b/2; Ф = b/2 Nóc nhà = m cho nhà có độ cao m cho nhà phẳng hr = x (số tầng) + nhà Ta tính toán tổn hao đường truyền từ mô Hata Walfisch-Ikegami theo số liệu so sánh kết quả: fc = 880 MHz hr = 30 m hm = 1,5 m Ф = 90 độ hb = 30 m b = 30 m nhà = m W = 15 m So sánh tổn hao đường truyền từ mô Hata Walfisch-Ikegami Khoảng cách Tổn hao đường truyền, dB (km) Mô Hata Mô Walfisch-Ikegami 126,16 139,45 136,77 150,89 142,97 157,58 147,37 162,33 150,79 166,01 Tổn hao đường truyền dự đoán theo mô Hata thấp 13-16 dB so với mô Walfisch-Ikegami Tuy nhiên, mô Hata bỏ qua ảnh hưởng độ rộng đường phố, nhiễu xạ phố tổn hao tán xạ Các ảnh hưởng xét đến mô Walfisch-Ikegami 117 4.2.3 Lặp đường lên đường xuống Ở đây, ta phân tích phương pháp thuật toán phân tích lặp pha quy hoạch chi tiết mạng vô tuyến 3G bao gồm: yêu cầu đa dịch vụ Q0S, điều khiển công suất phát nhanh đường lên xuống, chuyển giao mềm mềm hơn, chuyển giao kết hợp, kênh truyền dẫn đa đường, tốc độ đầu cuối Mục đích trình lặp đường lên để cấp phát công suất phát cho trạm di động để mức tạp âm, xuyên âm giá trị độ nhạy trạm gốc hội tụ Các công suất phát trung bình trạm gốc tới trạm di động xác định cho đáp ứng yêu cầu Eb/N0 trạm gốc Các công suất phát trung bình trạm di động dựa độ nhạy trạm gốc, liệu tốc độ trạm di động, suy hao tuyến tới trạm di động Các công suất phát so sánh với công suất cho phép phát MS, vượt giới hạn coi vượt ngưỡng (ngừng thông tin) Sau dự tính lại nhiễu, giá trị tải độ nhạy cho BS ấn định Nếu hệ số tải đường lên cao giới hạn thiết lập, MS chuyển dịch cách ngẫu nhiên cell có tải cao đến sóng mang khác bị vượt ngưỡng Một cách để xác định vấn đề công nghệ WCDMA lặp UL xem chúng phụ thuộc vào BS mà MS nối tới, để chọn lựa BS phục vụ tốt Tương tự UL, mục đích lặp DL gán công suất phát BS cho kết nối sử dụng MS, tất MS nhận tín hiệu 4.2.4 Hậu xử lý - Dự báo vùng phủ mạng phân tích kênh chung Phần thực việc đánh giá xác suất vùng phủ phân tích kênh chung riêng UMTS:UL DCH, DL DCH, P-CPICH,BCH, FACH PCH Trong tất phân tích thực với giả thiết trạng thái nhiễu cố định Điều có nghĩa phân bố lưu lượng xác định giả thiết lặp DL UL hội tụ Một MS kiểm tra di chuyển qua tất điểm bên vùng tất MS khác phục vụ đóng góp vào nhiễu MS kiểm tra không ảnh hưởng lên trạng thái nhiễu, tỷ số nhiễu cell khác / nội cell không thay đổi tổng công suất phát BS phục vụ trước vòng lặp 118 4.3 TỐI ƯU MẠNG Tối ưu mạng trình phân tích cấu hiệu mạng nhằm cải thiện chất lượng mạng tổng thể đảm bảo tài nguyên mạng sử dụng cách có hiệu Giai đoạn đầu trình tối ưu định nghĩa thị hiệu Chúng gồm kết đo hệ thống quản lý mạng số liệu đo thực tế để xác định chất lượng dịch vụ Với giúp đỡ hệ thống quản lý mạng ta phân tích hiệu khứ, dự báo tương lai Mục đích phân tích chất lượng mạng cung cấp cho nhà khai thác nhìn tổng quan chất lượng hiệu mạng, bao gồm việc lập kế hoạch trường hợp đo trường đo hệ thống quản lý mạng để lập báo cáo điều tra Đối với hệ thống 2G, chất lượng dịch vụ gồm: thống kê gọi bị rớt phân tích nguyên nhân, thống kê chuyển giao kết đo lần gọi thành công Còn hệ thống 3G có dịch vụ đa dạng nên cần đưa định nghĩa chất lượng dịch vụ Trong hệ thống thông tin di động hệ ba việc tối ưu hóa mạng quan trọng mạng hệ ba cung cấp nhiều dịch vụ đa dạng Điều chỉnh tự động phải cung cấp câu trả lời nhanh cho điều khiển thay đổi lưu lượng mạng Trong giai đoạn đầu trình xây dựng mạng WCDMA có số thông số điều chỉnh tự động cần phải trì trình tối ưu hóa hệ thống GSM 119 KẾT LUẬN Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di động hệ thứ ba nhanh chóng triển khai Đối với nhà khai thác mạng di động đích triển khai nhanh hiệu hệ thống thông tin di động CDMA băng rộng (WCDMA) theo chuẩn IMT-2000 Xuất phát từ định hướng này, em thực đề tài “HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG W-CDMAVÀ HÀNH TRÌNH TỪ GSM LÊN 3G” • Thành công đề tài - Đã giới thiệu tổng quan phát triển mạng di động WCDMA - Tìm hiểu tổng quan phần cứng mạng WCDMA - Tìm hiểu đường truyền dẫn vô tuyến, phương pháp trải phổ, kênh vô tuyến, kiểu lập lịch gói WCDMA - Tìm hiểu bước lên 3G từ GSM - Phân tích yêu cầu nguyên tắc thực quy hoạch mạng WCDMA ứng với đặc trưng, cấu trúc địa lý vùng cụ thể, đưa công thức tính toán dung lượng, vùng phủ đánh giá chất lượng dịch vụ với mô thực nghiệm cụ thể Hata-Okumura Walfisch-Ikegami • Hạn chế đề tài - Hạn chế lớn đề tài ứng dụng cho toán cụ thể, việc lấy số tham số nhà cung cấp thiết bị, phần lớn tham số khác lấy theo giá trị điển Điều dẫn đến kết thiết kế dừng mức định cỡ mạng sơ - Ngoài ra, việc tính toán sử dụng mô Walfisch-Ikegami chưa tính đến tổn hao chưa xét cho môi trường nhà (indoor) kết chưa tính cho dịch vụ truyền liệu • Hướng phát triển đề tài 120 Trong thực tế việc triển khai hệ thống thông tin cần có thêm bước chạy thử, hiệu chỉnh dựa kết đo đạc thực tế Trong thời gian tới, em tiếp tục nghiên cứu, tìm hiểu tiếp hạn chế từ tìm cách khắc phục tối ưu để nâng cao chất lượng dịch vụ mạng 121 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng,Thông tin di động hệ thứ , Nhà xuất Bưu Điện, 2002 [2] Vũ Đức Thọ, Tính toán mạngthông tin di động số cellular , Nhà xuất Giáo Dục [3] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Lý thuyết trải phổ ứng dụng, Nhà xuất bưu điện, 2000 [4] Tạp chí Bưu Chính Viễn Thông , Nhà xuất bưu điện [5] Dr.Ramjee Prasad and others, Third Generation Mobile Communication Systems, Artech House, 2000 [6] Harri Holma and Anti Toskala, W-CDMA for UMTS , Jonh Winley and Sons, 2000 [7] PGS, TS Nguyễn Quốc Bình, Tổng quan thông tin di động hệ thống GSM – Nhà xuất Quân Đội Nhân Dân, 2002 [8] Jonathan P.Castro, The UMTS Network and Radio Access Technology [9] http://WWW.3GPP.org 122 ... Từ hệ thống thông tin di động tương tự hệ thứ đến hệ thống thông tin di động số hệ thứ hai, hệ thống thông tin băng rộng hệ thứ ba tiếp tục triển khai phạm vi toàn cầu hệ thống thông tin di động. .. cầu động lực để phát triển hệ thống thông tin di động tốc độ cao Do hệ thống bắt đầu xuất trở thành kỹ thuật trung gian độ sang hệ thống thông tin di động hệ ba Sau mục tiêu mà hệ thống thông tin. .. tăng dịch vụ thông tin di động nên từ đầu năm 90 người ta tiến hành nghiên cứu hệ thống thông tin di động hệ thứ ba ITU-R tiến hành công tác tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thông tin di động toàn cầu