Quy hoạch mạng 4G LTE : Luận văn ThS. Kỹ thuật điện tử - viễn thông: 60 52 02 03

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỖ CHUNG HIẾU QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE Ngành: Công Nghệ Điện Tử - Viễn Thông Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60520203 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG HÀ NỘI – 2014 TÓM TẮT LUẬN VĂN Mặc dù phân chia tần số trực giao (OFDM) là kỹ thuật mới, đề xuất cuối năm 1960, gần kỹ thuật xử lý tín hiệu tốt làm cho OFDM trở nên thực tế Công nghệ mạng không dây 802.11 là công nghệ thành công sử dụng kĩ thuật OFDM để truyền tín hiệu qua kênh khơng dây OFDM chuyển đổi kênh tần số có chọn lọc vào tập tần số phẳng với kênh truyền song song Các sóng mang có tách biệt tần số tối thiểu cần thiết để trì tính trực giao dạng sóng theo miền thời gian tương ứng, phổ tín hiệu tương ứng với sóng mang khác chồng lên tần số Do đó, băng thơng sử dụng hiệu Nếu hiểu biết kênh có sẵn máy phát tín hiệu phát OFDM thích nghi để phù hợp với kênh Mạng 4G - LTE (Long Term Evolution) sử dụng công nghệ OFDM với kênh tần số băng rộng chia cho vài kênh có sóng mang sử dụng để truyền liệu tốc độ cao cho nhiều người dùng với dịch vụ khác [1] Hiện nay, LTE kích hoạt số thiết bị di động smartphones , laptops, tablets, … giúp người dùng truy nhập Internet với tốc độ cao và sử du ̣ng đa dịch vụ Về mặt kỹ thuật , LTE có thể hoạt động dải tần rộng từ 1.4Mhz lên đến 20Mhz, cải thiện dung lượng và vùng phủ hệ thống, hỗ trợ truyền đa anten (MIMO), giảm chi phí đường truyền và tích hợp với hệ thống mạng di động tồn sẵn Các bài toán liên quan đến quy hoạch mạng LTE đưa nhằm xây dựng mạng LTE đạt hiệu cao, tối ưu hóa vận hành Trong quy hoạch lưu lượng với tối đa hóa thơng lượng vùng phủ sóng xem xét so với bài tốn lưu lượng mạng trước 2G/3G, thơng lượng mạng LTE khơng phụ thuộc vào diện tích vùng phủ sóng, số lượng dân cư (hay mật độ dân cư vùng) mà phụ thuộc vào loại dịch vụ sử dụng, chất lượng dịch vụ (QoS) mạng yêu cầu, là phụ thuộc vào giải thuật lập lịch sử dụng Mục đích luận văn là xem xét việc chia xẻ nguồn tài nguyên vô tuyến cho người dùng theo yêu cầu dịch vụ và QoS mạng khác Bốn giải thuật lập lịch (chỉ thị chất lượng kênh (CQI), Round Robin, Proportional Fair và tốc độ Craving Greedy (RCG)) sử dụng để cung cấp nguồn tài nguyên vô tuyến và tham chiếu nhằm phân tích thơng lượng độ trễ (tham số QoS) và mức độ công người dùng (yêu cầu dịch vụ), cho thấy ảnh hưởng số người dùng, loại dịch vụ, chất lượng dịch vụ và giải thuật lập lịch tới thông lượng mạng LTE Hiệu mạng (thông lượng) phân tích dựa kết mơ MATLAB Nhằm đáp ứng cho việc triển khai LTE Việt Nam, luận văn nghiên cứu về: “Quy hoạch mạng 4G LTE” sau hoàn thành nhìn tổng quan lưu lượng mạng 4G LTE, nội dung luận văn chia thành bốn (04) chương sau: Chương I: Tổng quan LTE Chương II: Ước lượng dung lượng kênh LTE Chương III: Quy hoạch lưu lượng LTE Chương IV: Tính tốn mơ quy hoạch dung lượng LTE Kết luận và đưa đề xuất tương lai cho vấn đề thực tiếp theo, đồng thời liệt kê nguồn tài liệu tham khảo thực luận văn Chương 1.Tổng quan LTE 1.1 Giới thiệu Mạng truyền thông không dây là ngành có phát triển nhanh ngành cơng nghiệp truyền thơng Vì vậy, ln chiếm quan tâm phương tiện truyền thông và ý công chúng Hệ thống di động trải qua tăng trưởng theo cấp số nhân năm qua Thật vậy, điện thoại di động trở thành ngành kinh doanh quan trọng mà cịn là phần khơng thể thiếu sống hàng ngày hầu phát triển Sự tăng trưởng bùng nổ năm gần hệ thống mạng không dây với gia tăng máy tính xách tay, máy tính bảng và điện thoại thông minh tương lai tươi sáng cho mạng không dây, hai là hệ thống độc lập và là phần sở hạ tầng mạng lớn Tuy nhiên, nhiều thách thức kỹ thuật việc thiết kế mạng không dây mạnh mẽ mà mang lại hiệu cần thiết để hỗ trợ cho ứng dụng phát triển Hình 1.1: Sự phát triển hệ thống TDMA OFDM 1.2 Các vấn đề 1.2.1 Kiến trúc mạng Kiến trúc LTE là kiến trúc phẳng, thể hình 1.2 Tương tự với HSDPA và HSUPA, thơng minh để đưa vào BS (hay eNodeB) Các chức liên quan vô tuyến nằm enodeB, so với HSDPA và HSUPA, có thêm tính là RLC (Radio Link Control), RRC (Radio Control Resource) và PDCP (Packet Data Convergence Protocol) Hình 1.2: Tổng thể kiến trúc E-UTRAN 1.2.2 Giao diện vô tuyến Đa truy nhập dựa việc sử dụng SC-FDMA với tiền tố vòng (Cyclic Prefixed) đường lên và đường xuống OFDMA SC-FDMA với điều chế M-QAM kết hợp với việc bổ sung tiền tố vịng Cơng nghệ này mang lại số lợi ích mà nhờ có tiền tố vịng nhiễu kí hiệu (ISI) giảm xuống nhiều hay loại bỏ, cho phép máy thu với cân có độ phức tạp thấp Ngay PAR chi phối điều chế sử dụng và SCFDMA có khả đạt hiệu suất tương tự OFDMA, giả thiết sử dụng cân 1.3 Lớp vật lý LTE 1.3.1 Giới thiệu Lớp vật lý LTE thiết kế để cung cấp truyền liệu gói tốc độ cao, độ trễ thấp,với công nghệ truy cập vô tuyến tối ưu hóa và khả giao diện vơ tuyến cải thiện Có khả truy cập internet khơng dây băng thông rộng và dịch vụ cung cấp công nghệ này 1.3.2 Mục tiêu lớp vật lý LTE Yêu cầu đặt cho tốc độ liệu đỉnh cho đường xuống là 100Mbps và đường lên là 50Mbps với phổ là 20MHz, biểu diễn hiệu suất phổ 2.5bit/s/Hz cho đường lên và hiệu suất phổ 5bit/s/Hz cho đường xuống, tăng tốc độ bít biên vùng phủ sóng Hỗ trợ di chuyển với tốc độ lên đến 350km/h, chí lên đến 500km/h Trên mặt phẳng điều khiển: Giảm thời gian để thiết bị đầu cuối (UE) chuyển từ trạng thái nghỉ sang trạng thái kết nối với mạng, và bắt đầu truyền thông tin kênh truyền Thời gian này phải nhỏ 100 ms Trên mặt phẳng sử dụng: Khả độ trễ 10ms để cung cấp dịch vụ tương tác thời gian thực video chất lượng cao, hội nghị truyền hình, chơi game, … Dải tần vơ tuyến LTE có khả mở rộng từ 1.25MHz, 2.5MHz, 5MHz, 10MHz, 20MHz dẫn đến linh hoạt việc sử dụng băng thông cách hiệu và cho phép tồn với tiêu chuẩn khác Như LTE cung cấp hiệu suất phổ đến lần HSPA Release 1.3.3 Cấu trúc khung LTE 1.3.3.1 Cấu trúc khung Type-1 Cấu trúc khung Type-1 thiết kế để phân chia tần song công (FDD) và cấu trúc khung Type-2 thiết kế để phân chia thời gian song công (TDD) Khung Type-1 có thời gian kéo dài 10ms bao gồm 20 khe kích thước nhau, khe 0.5ms Mỗi khung (sub-frame) có khe, khungvơ tuyến có 10 khung Trong chế độ FDD, nửa số khung sử dụng cho đường xuống và nửa sử dụng cho đường lên 1.3.3.2 Cấu trúc khung Type-2 Cấu trúc khung Type-2 thích hợp với TDD, khung vô tuyến bao gồm nửa khung có thời gian 5ms giống hệt Mỗi nửa khung chia làm khung có thời gian 1ms Mỗi khung bình thường gồm khe 0.5ms Các loại khung đặc biệt bao gồm trường Downlink Pilot Timeslot (DwPTS), GP (Guard Period) và Uplink Pilot Timeslot (UpPTS) Bảy cấu hình UL-DL hỗ trợ với loại (10ms và 5ms) chuyển đổi chu kì DL sang UL Trong loại 5ms chuyển đổi chu kì DL sang UL, khung đặc biệt sử dụng nửa khung Trong loại 10ms chuyển đổi chu kì DL sang UL, khung đặc biệt sử dụng nửa khung Đối với truyền dẫn đường xuống khung đặc biệt 0, và DwPTS dành riêng UpPTS và khung bên cạnh khung đặc biệt dành riêng cho thông tin đường xuống 1.3.4 Tài nguyên vật lý cấu trúc khe thời gian Trong khe thời gian cho trước, tín hiệu truyền xem lưới tần số-thời gian, nơi mà yếu tố tài nguyên (RE) lưới tương ứng với sóng mang ODFM Số lượng sóng mang xác định băng thông truyền tải Đối với tiền tố vịng, khe thời gian chứa bảy kí hiệu OFDM và trường hợp tiền tố vòng mở rộng, kí hiệu OFDM nằm khe khe thời gian 1.3.5 Cấu trúc tín hiệu đường xuống LTE Để thực giải điều chế đường xuống LTE, ước lượng kênh cần thiết thiết bị thu cuối Trong trường hợp phát kí hiệu tham chiếu biết trước thêm vào lưới tân số OFDM để ước lượng kênh Những tín hiệu này gọi là tín hiệu tham chiếu đường xuống LTE Đối với miền thời gian, tín hiệu tham chiếu gắn vào khe điểm thứ và cuối thứ ba lưới tài ngun, đó, tín hiệu tham chiếu chèn trên sáu sóng mang miền tần số Để ước lượng kênh xác toàn lưới và giảm nhiễu ước tính kênh, phép nội suy và tính trung bình chiều thời gian-tần số cần thiết nhiều ký hiệu tham chiếu Mỗi tín hiệu tham chiếu truyền từ anten để đánh giá chất lượng kênh tương ứng với đường dẫn chế đa anten áp dụng Trong trường hợp này, tín hiệu tham chiếu ánh xạ vào sóng mang khác lưới tài nguyên cho anten khác để giảm giao thoa Các yếu tố nguồn lực sử dụng để truyền tín hiệu tham khảo antenna-1 khơng tái sử dụng cho antenna-2 để truyền liệu 1.3.6 Thông số đường xuống LTE LTE có khả mở rộng băng thơng, số lượng sóng mang cũg thay đổi giữ khoảng cách sóng mang lên đến 15kHz Tùy thuộc vào trễ lan truyền, loại chiều dài tiền tố vòng (ngắn và mở rộng) phép sử dụng Nó nhằm mục đích hỗ trợ trường hợp khác nhau, nhà, đô thị, ngoại ô và nông thôn cho loại điều kiện di động (thấp và cao) thiết bị di động đầu cuối khác nhau, từ 350km/h đến 500km/h Trong sử dụng cấu hình FDD cấu trúc khung và thông số sử dụng đường lên và đường xuống Các thơng số này tóm tắt bảng 1.3.7 Kỹ thuật đa anten Kỹ thuật đa anten sử dụng nhiều anten máy phát và/hoặc máy thu kết hợp với xử lý tín hiệu thích ứng để cung cấp xử lý mảng thông minh, kết hợp phân tập khả ghép kênh không gian hệ thống không dây Trước đây, hệ thống truyền tín hiệu, anten thơng thường khai thác miền thời gian và tần số Hiện nay, với hệ thống đa anten khai thác thêm miền chiều không gian Nhờ việc sử dụng mơ hình khơng gian với kỹ thuật đa anten đáp ứng yêu cầu LTE; cải thiện vùng phủ sóng (khả cho tế bào lớn hơn), nâng cao dung hệ thống (số người sử dụng/cell di động), chất lượng dịch vụ (QoS) và tốc độ mong muốn đạt có cách sử dụng kỹ thuật đa anten Kỹ thuật đa anten tích hợp vào thông số kỹ thuật LTE yêu cầu ví dụ như tốc độ liệu đỉnh người dùng đạt không dùng chế đa anten Các liên kết vô tuyến bị ảnh hưởng tượng fading gây nhiễu người nhận Bằng cách áp dụng nhiều anten máy phát phía người nhận, nhiều đường tín hiệu radio thành lập anten truyền và nhận Bằng cách này, cho dù nhiều đường khác chịu ảnh hưởng fading, nhờ kĩ thuật phân tập không gian mà ảnh hưởng fading giảm xuống truyền tin máy phát tới máy thu Để đường khơng tương quan với nhau, vị trí tương đối anten cấu hình đa anten nên đặt xa Cho dù fading tương quan hay không tương quan cần thiết phụ thuộc vào làm với cấu hình đa anten (phân tập, hướng búp sóng và ghép kênh khơng gian) Nhìn chung, kỹ thuật đa anten chia thành loại tùy thuộc vào lợi ích khác Chương II Ước lượng dung lượng kênh LTE 2.1 Mơ hình đường xuống LTE Để cung cấp mô tả chi tiết đường xuống LTE, mơ hình hệ thống dựa mơ hình đa anten phát và OFDM là yếu tố chương này Sự kết hợp cơng nghệ mới, ví dụ MIMOOFDM sử dụng để thực yêu cầu giao diện vô tuyến LTE Kỹ thuật MIMO coi là phương pháp quan trọng để cung cấp hiệu băng thông cần thiết và tốc độ liệu cao phát triển hệ thống thông tin di động tương lai Mặt khác, OFDM là mơ hình truyền đa sóng mang đặc biệt, hấp dẫn để thực điều chế đa sóng mang để chống ISI môi trường fading đa đường với hiệu suất phổ cao cho đường xuống LTE OFDM sử dụng nhiều tín hiệu chồng chéo sử dụng trực giao tín hiệu sóng mang để đạt hiệu suất phổ cao và tốc độ liệu cao Các mơ hình đường xuống LTE sử dụng mơ và mơ tả hình với hai anten truyền và hai anten nhận Ánh xạ bit sang ký hiệu Bộ chuyển đổi nối tiếp sang song song Mapping tài nguyên vật lý Zero Padding IFFT CP Anten Mapping FFT Xóa bỏ CP Anten DeMapping Ánh xạ bit sang ký hiệu Chèn vào pilot Ánh xạ bit sang ký hiệu Tính tốn BRE Bộ chuyển đổi song song sang nối tiếp Dị tìm MIMO De-Mapping tài nguyên vật lý Ước lượng kênh Trích xuất pilot Zero UnPadding Ánh xạ bit sang ký hiệu 10 Hình 2.1: Mơ hình hệ thống đường xuống LTE với MIMO 2x2 2.2 Mơ hình truyền sóng 2.2.1 Giới thiệu Ngay từ xuất hiện, thông tin liên lạc không dây có yêu cầu cao kênh di động có fading Lý cho tầm quan trọng này là mô hình kênh cần thiết cho việc phân tích, thiết kế và triển khai hệ thống thông tin liên lạc cho việc truyền thông tin tin cậy hai bên Mơ hình kênh quan trọng để thử nghiệm, tối ưu hóa thơng số và hiệu hệ thống thông tin liên lạc Hiệu và độ phức tạp xử lý thuật tốn tín hiệu, thiết kế anten thu phát thông minh, … sử dụng hệ thống thông tin di động tương lai, phụ thuộc nhiều vào phương pháp thiết kế, sử dụng để mơ hình hóa kênh fading di động Vì vậy, kiến thức kênh fading di động là điều kiện tiên cho việc thiết kê trung tâm hệ thống thơng tin liên lạc khơng dây Những khó khăn việc mơ hình hóa kênh khơng dây là q trình truyền sóng phức tạp Một tín hiệu truyền đến máy thu thông qua chế lan truyền khác thể hình 2.2 Các chế lan truyền liên quan đến chế sau: - Không gian tự tầm nhìn lan truyền - Phản xạ tương tác sóng điện từ với mặt phẳng và bề mặt nhẵn có kích thước lớn so với bước sóng sóng điện từ tiếp xúc - Nhiễu xạ gây uốn cong sóng điện từ xung quanh góc tòa nhà - Khuếch tán tán xạ tiếp xúc với đối tượng có bề mặt khơng - Lan truyền qua vật thể hấp thụ phần lượng 11 Hình 2.2: Lan truyền tín hiệu thông qua đường khác cho thấy tượng lan truyền đa đường 2.2.2 Kênh đa đường Chiều dài đường truyền khác gây trễ lan truyền khác nhau.Tùy thuộc vào khâu khác nhau, nhiễu tín hiệu đa đường tương tác triệt tiêu máy thu.Sự phân bổ cường độ kênh mô tả hàm phân phối phụ thuộc vào môi trường truyền sóng Nhiễu đa đường nghiêm trọng là fading Rayleigh, khơng có đường tầm nhìn trực tiếp (LOS) Một kênh vơ tuyến mơ tả là băng hẹp băng rộng tùy thuộc vào đặc tính kênh và thời gian ký hiệu Do chế lan truyền, đáp ứng xung kênh đa đường bao gồm loạt xung lan truyền thời gian tần số Nếu khác biệt thời gian xung và xung cuối là nhỏ so với thời gian ký hiệu, hệ thống gọi là hệ thống băng hẹp Nếu khác biệt thời gian xung và xung cuối là lớn so với thời gian ký hiệu, hệ thống gọi là hệ thống băng rộng Đặc tính đáp ứng xung hệ thống băng rộng thường sử dụng để mô tả hoạt động kênh đa đường 2.2.3 Các thơng số truyền sóng Cách xử lý kênh đa đường cần phải đặc tả nhằm mơ hình hóa kênh Các khái niệm lan truyền Doppler, thời gian liên kết và trễ 12 truyền và dải thông phù hợp sử dụng để mô tả mặt kênh đa đường 2.2.4 Mơ hình kênh tiêu chuẩn Mơ hình kênh tiêu chuẩn phát triển cách thiết lập khung làm việc cho mơ hình kênh chung và tìm kiếm tập hợp thơng số cần xác định cho mô tả kênh Phương pháp khác để thiết lập phép đo và trích xuất giá trị thông số và phân bố thống kê Khi thiết kế LTE, yêu cầu khác xem xét; yêu cầu hiệu suất thiết bị người dùng đầu cuối (UE) và trạm sở (EnodeB) là phần quan trọng tiêu chuẩn LTE, yêu cầu RRM (quản lý tài nguyên vô tuyến) để đảm bảo tài ngun ln sẵn có và sử dụng cách hiệu để cung cấp cho người dùng cuối chất lượng dịch vụ mong muốn, yêu cầu hiệu suất RF tạo thuận lợi cho tồn LTE với hệ thống khác (ví dụ 2G, 3G) Các mơ hình kênh tiêu chuẩn đóng vai trị quan trọng việc đánh giá yêu cầu này Trong phần tiếp theo, số mơ hình kênh tiêu chuẩn thảo luận và sử dụng việc thiết kế và phát triển hệ thống UMTS-LTE 2.3 Ước lượng kênh LTE 2.3.1 Giới thiệu Ước lượng kênh là phần quan trọng thiết kế máy thu sử dụng hệ thống thông tin di động Hiệu kênh thông tin truyền phải ước lượng để khôi phục lại thông tin truyền cách xác Ước lượng hiệu ứng kênh dựa mơ hình kênh lan truyền vơ tuyến Máy thu phục hồi thơng tin truyền theo dõi kênh lan truyền vô tuyến khác 2.3.2 Hỗ trợ thử nghiệm ước lượng kênh 13 Quá trình hỗ trợ thử nghiệm ước lượng kênh bao gồm hai bước; thống kê ước lượng kênh OFDM bao gồm ký hiệu tham khảo tính cách sử dụng phương pháp thống kê Squares (LS) và và ước lượng Minimum Mean Squares (MMSE) Mơ hình ước lượng kênh hỗ trợ thử nghiệm khác sử dụng cho ước lượng hiệu ứng kênh tín hiệu truyền Phản hồi kênh liệu sóng mang xác định nội suy Các nội suy sử dụng cho mục đích ước lượng tuyến tính, nội suy miền khối thời gian bắt nguồn từ thống kê và xác định quan điểm 2.3.3 Cân Sau ước tính đáp ứng xung kênh, cân giúp khôi phục liệu nhận Do miền thời gian tích chập, sóng mang nhận khối liệu OFDM bị bóp méo biên độ và thay đổi theo pha Điều này bội số hệ số kênh phức tạp sóng mang Cân thực để chống lại hiệu ứng tác nhân truyền đạt kênh đa đường sóng mang ký hiệu OFDM Chúng ta xét đến hai lựa chọn cân bằng; cân miền thời gian và cân miền tần số 14 Chương III Quy hoạch lưu lượng LTE 3.1 Định cỡ mạng LTE Định cỡ là giai đoạn đầu quy hoạch mạng Nó cung cấp ước tính số phần tử mạng công suất yếu tố Mục đích việc định cỡ là ước tính số trạm vô tuyến gốc cần thiết để hỗ trợ tải lưu lượng truy cập quy định khu vực 3.1.1 Định cỡ tế bào mạng không dây Định cỡ là phần trình quy hoạch tổng thể, bao gồm quy hoạch chi tiết và tối ưu hóa mạng di động khơng dây Quy hoạch là trình lặp lặp lại bao gồm thiết kế, tổng hợp và thực Mục đích toàn chương này là cung cấp phương pháp để thiết kế mạng di động khơng dây mà đáp ứng yêu cầu đặt người dùng Quá trình này sửa đổi để phù hợp với mạng di động không dây nào Đây là trình quan trọng việc triển khai mạng di động Hình 3.1: Quá trình quy hoạch mạng khơng dây nói chung 3.1.2 Định cỡ truy cập mạng LTE Mục tiêu định cỡ truy cập mạng LTE là ước tính mật độ site yêu cầu và cấu hình site cho khu vực quan tâm Quy hoạch truy cập mạng LTE ban đầu bao gồm RLB, ước lượng công suất cell, ước lượng số lượng eNodeB, truy cập cổng (MME/UPE), cấu hình phần cứng và thiết bị giao diện khác Phần này tập trung vào vấn đề liên quan đến định cỡ LTE 3.2 Quy hoạch vùng phủ sóng quỹ đường truyền vô tuyến 15 Quy hoạch vùng phủ là bước q trình định cỡ Nó cung cấp cho ước lượng tài nguyên cần thiết để cung cấp dịch vụ khu vực triển khai với thơng số hệ thống định Nó đưa đánh giá tài nguyên cần thiết để bao phủ khu vực xem xét, mà máy phát và máy thu “nghe” Nói cách khác, khơng cần quan tâm đến QoS trình này Quy hoạch vùng phủ bao gồm đánh giá RLB đường lên và đường xuống Suy hao đường truyền tối đa tính tốn dựa mức độ nhiễu sóng gây lưu lượng Mức tối thiểu suy hao đường truyền tối đa hướng đường lên và đường xuống chuyển thành bán kính cell, cách sử dụng mơ hình lan truyền thích hợp với khu vực triển khai RLB là thành phần cần ý bài toán quy hoạch vùng phủ Quy hoạch vùng phủ sóng LTE với quỹ đường truyền là phương pháp sử dụng để tính tốn SINR yêu cầu, ảnh hưởng nhiễu và cuối là tính tốn số lượng site vùng phủ 3.3 Quy hoạch dung lượng 3.3.1 Quy hoạch dung lượng LTE Quy hoạch dung lượng điều chế, mã hóa chương trình Suy hao đường truyền (quy hoạch vùng phủ sóng) cho phép suy hao đường truyền tối đa và phạm vi tối đa cell, quy hoạch vùng phủ sóng đưa vào nhiễu sóng cách cung cấp mơ hình phù hợp LTE đưa cơng suất mềm hệ thống tiền nhiệm 3G Vì gia tăng nhiễu giao thoa và nhiễu sóng cách tăng số lượng người dùng, làm giảm độ che phủ sóng cell và buộc bán kính cell trở nên nhỏ Trong LTE, số dung lượng là phân phối SINR cell Để cho đơn giản, truy cập mạng LTE giả định giới hạn phạm vi phủ sóng hướng đường lên và dung lượng đường xuống 16 3.3.2 Định cỡ thơng lượng di động trung bình Mục tiêu bài tốn quy hoạch cơng suất là để có ước lượng số site dựa yêu cầu công suất Yêu cầu dung lượng quy định nhà mạng dựa lưu lượng dự đoán họ Thơng lượng cell trung bình là cần thiết để tính tốn dung lượng dựa số site Đánh giá xác là dung lượng cell đưa cách chạy mơ Từ đó, định cỡ thường thực cách sử dụng bảng tính Exel, giải pháp tốt để lấy thông lượng cell là ánh xạ trực tiếp phân phối SINR thu từ mô MCS trực tiếp vào thông qua sử dụng kết mức độ liên kết thích hợp 3.3.3 Ước lượng lưu lượng truy cập yếu tố vượt q Băng thơng đưa cung cấp công suất định Phần phức tạp là việc phân tích cao điểm loại thuê bao và hồ sơ lưu lượng khác Các kết cần thiết là yếu tố vượt qua mô tả mức độ ghép kênh số lượng người dùng chia sẻ số lượng kênh công suất định Các đầu vào chính: - Kết hợp lưu lượng và phân tích cao điểm - Mật độ thuê bao - Khối lượng liệu tài khoản - Tốc độ truyền đạt đỉnh và trung bình - Hồ sơ lưu lượng hàng ngày 17 Chương IV Tính tốn mơ quy hoạch dung lượng LTE Quy hoạch dung lượng là bài toán quy hoạch mạng sử dụng nhằm xác định thơng lượng tối đa vùng phủ sóng có, giảm thiểu tắc nghẽn mạng Quy hoạch dung lượng cịn ảnh hưởng đến kích thước vùng phủ sóng ảnh hưởng mật độ dân cư vùng, loại dịch vụ mà dân cư vùng phủ sóng sử dụng Tuy nhiên với mạng hệ sau thơng lượng mạng cịn phụ thuộc vào nhiều yếu tố nêu chương II và phương pháp lập lịch nữa, bài tốn thơng lượng cho LTE tính tốn 4.1 Dung lượng kênh Tại đầu vào hệ thống truyền thông, ký hiệu nguồn rời rạc ánh xạ vào chuỗi ký hiệu kênh Các ký hiệu kênh này truyền qua kênh khơng dây có chất ngẫu nhiên Ngoài ra, nhiễu ngẫu nhiên thêm vào ký hiệu kênh Nói chung, có hai đầu vào khác dẫn đến đầu tương tự, hỗn loạn đầu Để tránh tình trạng này, tập hợp không xáo trộn chuỗi đầu vào phải chọn cho với sác xuất cao, có chuỗi đầu vào gây đầu cụ thể Nó xây dựng lại chuỗi đầu vào đầu với xác suất lỗi không đáng kể Đo lường thông tin truyền và nhận với xác suất lỗi không đáng kể gọi là dung lượng kênh Nhưng cách đơn giản hóa, để xác định đo lường khả kênh, giả định kênh hỗ trợ tối đa bit C khe thời gian, C là dung lượng kênh định lý Shannon-Hartley 4.1.1 Định luật Shannon-Hartley Trong lý thuyết thông tin, định luật Shannon-Hartley là ứng dụng định lý nhiễu mã hóa kênh cho trường hợp điển hình vấn đề kênh thơng tin liên lạc liên tục tương tự nhiễu Gaussian Kết thiết lập số lượng tối đa kỹ thuật liệu số 18 khơng lỗi (nghĩa là thơng tin) truyền qua liên kết thông tin liên lạc với băng thơng xác định có mặt nhiễu giao thoa Giới hạn Shannon dung lượng Shannon kênh truyền thông là tốc độ tối đa truyền tải thông tin lý thuyết kênh Định luật Shannon-Hartley thiết lập dung lượng kênh băng thông hữu hạn kênh liên tục nhiễu Gaussian C = B.log2(1 + SNR) 4.1.2 Dung lượng outage Một phép đo khác dung lượng kênh thường sử dụng là dung lượng outage Dung lượng outage là dung lượng kênh kết hợp với xác suất outage - xác xuất lỗi, mát Khi đó, dung lượng coi là biến ngẫu nhiên phụ thuộc vào đáp ứng kênh tức thời và trì khoảng thời gian khơng đổi (dừng) suốt thời gian phát khối thơng tin có chiều dài hữu hạn, mã hóa Nếu dung lượng kênh giảm xuống dung lượng outage khơng có khả giải mã khối thông tin truyền mà khơng có lỗi với chế mã hóa nào dùng Xác suất mà dung lượng thấp so với dung lượng outage (Coutage) ký hiệu là là q và thể cơng thức tốn học sau: P{C < Coutage} = q Biểu thức xác định giới hạn là xác suất (q hữu hạn) mà dung lượng kênh thấp so với dung lượng outage Ta viết biểu thức giới hạn dưới, xác định cho trường hợp mà giá trị xác suất hữu hạn (1-q) cho dung lượng kênh cao dung lượng outage: P{C > Coutage} = (1−q) 4.2 Chương trình mơ MATLAB 4.2.1 Mơ tả mơ hình mơ 19 Để thực mơ tính tốn quy hoạch dung lượng LTE, giải thuật lập lịch Round Robin (RR), tỷ lệ công (Proportional Fair - PF), thị chất lượng kênh (Channel Quanlity Indicator - CQI) sử dụng Các giải thuật này có tiêu chí riêng tùy thuộc vào yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS), độ phức tạp bài toán hay ảnh hưởng chất lượng kênh truyền tin… Ngoài ra, dung lượng kênh ràng buộc điều kiện mạng LTE nêu chương II luận văn Chương trình mơ giới hạn số điều kiện nêu Các thuật toán thực và so sánh dựa tiêu chí thơng lượng Thuật tốn CQI sử dụng tham chiếu đạt kết tốt dung lượng hệ thống CQI truyền lập lịch người sử dụng có SNR lớn nhất, người sử dụng có SNR cao (nhiễu fading thấp) xếp truyền tất thời gian, người khác có SNR thấp (hay bị ảnh hưởng fading sâu) không dự kiến truyền Cơ chế lập lịch CQI đưa để phù hợp với chế truyền điều chế mã hóa thích nghi (ACM) LTE Thơng lượng dựa lập lịch CQI cao chế lập lịch nào khác có thể, hoàn toàn bỏ qua công người dùng Trong môi trường khơng dây, kênh người sử dụng khác nhiều khoảng cách từ người dùng khác tới EnodeB là khác và biến động fading đa đường người dùng khác Tuy nhiên điều quan tâm là đạt dung lượng tối đa bao nhiêu, có người sử dụng truyền tải thời điểm nào sóng mang cấp Người dùng phải có tín hiệu mạnh thời điểm cụ thể, so với mức dung lượng trung bình nhận tất người dùng 20 Chương trình mơ cịn xác định thơng lượng với kịch sau: a) Tất người dùng sử dụng dịch vụ thoại (UGS) với thông lượng trung bình 16 kb/s, có tốc độ bít lỗi cho phép BER ~ 10-2 b) Tất người dùng sử dụng dịch video (dựa file clip) với thông lượng trung bình 64 kb/s, có tốc độ bít lỗi cho phép BER ~ 10-5(rtPS) c) Tỷ lệ người dùng sử dụng dịch vụ giả định với 10% người dùng truyền video; 80% người dùng truyền tải giọng nói và 10% người dùng truyền liệu tốc độ phân phối theo hàm exprnd(30), với tốc độ trung bình 30Kb khe thời gian (UGS, rtPS và BE Thông số mô quy hoạch dung lượng Time slots 100 Sub-carriers 16 Tc 1000 Người dùng đến 200 Rates (Kb time slot) 16, 64 và exprnd(30) Mobile Speed (km/h) 4.2.2 Kết mô Với thông số bảng và mơ hình hệ thống giải thích, thiết lập khác người dùng mơ MATLAB, kết thể sau: 21 Hình 4.1: Thơng lượng hệ thống với các kịch a), b), c) Hình 4.2: Xác suất outage theo trễ theo kịch a), b) c) 22 KẾT LUẬN Luận văn thực việc xem xét quy hoạch lưu lượng LTE dựa ảnh hưởng đáp ứng kênh người dùng, giải thuật lập lịch có cho mạng LTE, ảnh hưởng số lượng người dùng và loại dịch vụ và ảnh hưởng QoS sử dụng mạng LTE Tuy nhiên, cịn có nhiều cơng việc thực hiện, tiếp tục tương lai để đáp ứng và làm rõ bài tốn quy hoạch lưu lượng mạng LTE Các vấn đề là: -Các kết mô thực với 100 khe thời gian (vì thời gian mơ hạn chế) Vì tăng số lượng khe thời gian mơ phỏng, hi vọng giá trị có kết xác - Kịch phức tạp với số người dùng lớn và đáp ứng kênh khác cho kết luận và phân tích xác kết luận thuật tốn thơng lượng và độ trễ, đồng thời tính thực tế cao 23 ... lượng mạng 4G LTE, nội dung luận văn chia thành bốn (04) chương sau: Chương I: Tổng quan LTE Chương II: Ước lượng dung lượng kênh LTE Chương III: Quy hoạch lưu lượng LTE Chương IV: Tính tốn mô quy. .. giải thuật lập lịch tới thông lượng mạng LTE Hiệu mạng (thơng lượng) phân tích dựa kết mô MATLAB Nhằm đáp ứng cho việc triển khai LTE Việt Nam, luận văn nghiên cứu v? ?: ? ?Quy hoạch mạng 4G LTE? ??... gian và cân miền tần số 14 Chương III Quy hoạch lưu lượng LTE 3.1 Định cỡ mạng LTE Định cỡ là giai đoạn đầu quy hoạch mạng Nó cung cấp ước tính số phần tử mạng cơng suất yếu tố Mục đích việc định