Tối ưu mạng 4G luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

Tối ưu mạng 4G Tối ưu mạng 4G Tối ưu mạng 4G luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - BÙI CÔNG SƠN TỐI ƯU MẠNG 4G LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Hà Nội – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - BÙI CÔNG SƠN TỐI ƯU MẠNG 4G LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN VĂN KHANG Hà Nội - 2019 LỜI CAM ĐOAN Luận văn nghiên cứu thực hướng dẫn Thầy giáo Phó Hiệu Trưởng PGS.TS Nguyễn Văn Khang Các thơng tin, số liệu sử dụng trích dẫn đầy đủ nguồn tài liệu, kết phân tích luận văn trung thực Luận văn không trùng với đề tài nghiên cứu khoa học Hà nội, Ngày tháng Tác giả i năm 2019 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến tất thầy cô môn Điện tử -Viễn thông, thầy cô Viện điện tử-Viễn thơng, nhiệt tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức suốt thời gian học tập trường, tảng giúp thực đề tài tốt nghiệp Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Phó Hiệu Trưởng PGS.TS Nguyễn Văn Khang tận tình hướng dẫn, bảo suốt thời gian làm luận văn, giúp tơi có hướng đắn để hồn thành luận văn Một lần xin chân thành cảm ơn! Hà Nội ngày tháng 03 năm 2019 Học viên Bùi Công Sơn ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH vi DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC VIẾT TẮT x LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Mục tiêu: .2 1.2 Nội dung kết 1.3 Sự phát triển từ mạng 1g đến mạng 5g .2 1.4 Hệ thông thông tin di động thứ (1G) .3 1.5 Hệ thống thông tin di động thứ (2G) 1.6 Hệ thống thông tin di động hệ thứ (3G) .5 1.7 Giới thiệu công nghệ 4G (LTE) .6 1.7.1 Mục tiêu đời cuả LTE .6 1.8 Giới thiệu 5G 10 KẾT LUẬN CHƯƠNG 18 CHƯƠNG 2: MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G 19 2.1 Cấu trúc mạng 4G 19 2.1.1 Thiết bị người dùng (UE) 20 2.1.2 EnodeB (Evolved NodeB): 21 2.1.3 MME (Mobility Management Entrity): 22 2.1.4 Các chức Serving Gateway(S-GW) gồm: .22 2.1.5 PCRF (Policy and Charging Resource Function) 23 2.1.6 Băng tần triển khai LTE 23 2.1.7 So sánh với cấu trúc mạng 3G tại: 25 2.2 Cấu trúc vật lý LTE FDD 25 2.2.1 Cấu trúc khung liệu LTE 26 iii 2.2.2 Kỹ thuật đa truy nhập đường Dowlink OFDMA .28 2.2.3 Kỹ thuật đa truy nhập đường lên SC-FDMA(Single Carrier FDMA) .31 2.2.4 kỹ thuật Cyclic Prefix chống lại hiệu ứng đa đường 32 2.2.5 Công nghệ MIMO (Multiple Input-Multiple Output) 34 2.2.6 Khái nghiệm MIMO 35 2.2.7 Cơ chế hoạt động 36 2.2.8 Ưu nhược diểm sử dụng MIMO 4G LTE so với 3G WCDMA .37 2.3 Các loại kênh LTE .38 2.3.1 Kênh Logic .38 2.3.2 Kênh Transport 39 2.4 Kênh Vật lý .41 2.4.1 PBCH (Physical Broadcast Channel) .41 2.4.2 PCFICH (Physical Control Format Indicator Channel) 42 2.4.3 PHICH (Physical Hybrid Indicator Channel) 44 2.4.4 PDCCH (Physical Downlink Control Channel) .47 2.4.5 PDSCH (Physical Downlink Shared Channel) 51 2.4.6 PUCCH (Physical Uplink Control Channel: kênh điều khiển đường lên vật lý……… 56 2.4.7 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel): Kênh chia sẻ hướng lên vật lý 62 2.4.8 PRACH (Physical Random Access Channel) 65 KẾT LUẬN CHƯƠNG 74 CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP TỐI ƯU THAM SỐ VÙNG PHỦ SÓNG CHO MẠNG 4G CỦA VIETTEL 75 3.1 Mục tiêu giải pháp tối ưu vùng phủ: .75 3.2 Yêu cầu: 75 3.3 Chỉ tiêu vùng phủ sóng 4G .75 3.4 Thiết kế vùng phủ 4G 76 3.4.1 Thiết kế danh định dịch vụ vô tuyến 76 3.4.2 Khảo sát thực tế, thiết kế call off .77 3.5 Tối ưu tham số hệ thống 4G Viettel .77 iv 3.5.1 Tham số khai báo chế độ Idle mode 4G 77 3.5.2 Tham số khai báo điều khiển truy nhập 4G: 83 3.5.3 Bộ tham số điều khiển chuyển giao 4G sang 4G .85 3.5.4 Bộ tham số interworking 4G-3G-2G .91 3.6 Tối ưu vùng phủ cho mạng 4G Viettel 94 3.6.1 Hiện trạng vùng phủ khu vực thành phố Bắc Giang-Tỉnh Bắc Giang 94 KẾT LUẬN CHƯƠNG 99 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG 101 4.1 Công cụ mô 101 4.2 Kịch mô 101 4.3 Thực mô : chọn network -> Prediction chọn new .107 4.3.1 Cửa số thiết lập thuộc tính .109 4.4.2 Coverage by transmitter 111 4.4.3 Thiết kế vị trí trạm mới, mơ đo kiểm thực tế: 112 4.5 Mô vùng phủ 4G 112 4.5.1 Mô giải pháp lên trạm phát sóng 4G 112 4.5.2 Mô giải pháp di dời trạm EBG00313 phát sóng 114 4.5.3 Mơ giải pháp di dời vị trí danh định 116 KẾT LUẬN CHƯƠNG 118 KẾT LUẬN 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO 120 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cơng nghệ di động qua thời kỳ từ 1G đến 5G Hình 1.2 Mạng di động hệ 5G đưa vào năm 2020 11 Hình 1.3 Tốc độ mà mạng 5G tải xuống 12 Hình 1.4 Mơ hình trạm HAPS 13 Hình 1.5 Mơ hình trạm HAPS tương lai ( ảnh: Internet) 14 Hình 2.1 Thành phần mạng di động 4G 20 Hình 2.3 So sánh cấu trúc mạng 3G 4G 25 Hình 2.4 Cấu trúc liệu FDD 26 Hình 2.5 Cấu trúc Resource Element 27 Hình 2.6 Thành phần tham chiếu Physical Resource block .27 Hình 2.7 Các kỹ thuật truy nhập 28 Hình 2.8 Đồ thị khoảng cách sóng mang OFDMA 29 Hình 2.9 Biểu đồ tính trực giao OFDMA 30 Hình 2.10 Độ rộng sub-carrier 32 Hình 2.11 Phản xạ môi trường truyền 33 Hình 2.12 Tiền tố Cyclic Prefix .34 Hình 2.13 Antenna thu phát MIMO 35 Hình 2.14 Cơ chế hoạt động MIMO 37 Hình 2.15 Kênh logic .38 Hình 2.16 Ánh xạ kênh truyền tải hướng lên tới kênh vật lý .40 Hình 2.17 Vị trí PBCH khung LTE 42 Hình 2.18 Minh họa liên quan CFI số OFDM symbol dành cho PDCCH 42 Hình 2.19 Minh họa vị trí PCFICH, BW 1.4MHz, PCI 44 Hình 2.20 So sánh vị trí miền thời gian thiết lập PHICH Duration Normal……… 46 Hình 2.21 Vị trí PHICH theo ví dụ minh họa 47 Hình 2.22 Minh họa vị trí PDCCH khung LTE 49 Hình 23 Minh họa phân vùng search space PDCCH (Giả sử có tổng cộng 43 CCE)……… 50 vi Hình 2.24 Cách đọc liệu PDCCH search space 51 Hình 2.25.Minh họa chế cấp phát tài nguyên Resource Allocation Type 53 Hình 2.26 Resource allocation type 54 Hình 2.27 Distributed VRB - Localized VRB 56 Hình 2.28 Cơ chế lập lịch Uplink 57 Hình 2.29 PUCCH Format 1/1a/1b 60 Hình 2.30 Sơ đồ xử lý lớp vật lý PUCCHformat 2/2a/2b (normal CP, CQI only)…… 61 Hình 2.31 Sắp xếp format PUCCH .62 Hình 2.32 Minh họa RB PUSCH multiplexing control data bit 65 Hình 2.33 Ví trí kênh PRACH cấu trúc preamble .65 Hình 2.34 Các loại preamble format 66 Hình 2.35 Thông số liên quan tới PRACH preamble format 66 Hình 36 Phân loại preamble group 72 Hình 3.1 Chiến lược khai báo interworking HNI, HCM, phủ thủ 61 tỉnh kv nơng thơn có 3G cosite cho vùng full F3 .92 Hình 3.2 Chiến lược khai báo interworking HNI, HCM, phủ thủ 61 tỉnh kv nông thơn có 3G cosite cho vùng full F2 .93 Hình 3.3 Chiến lược khai báo interworking HNI, HCM, phủ thủ 61 tỉnh khu vực nơng thơn có 3G cosite cho vùng lại (full F1, lốm đốm Fx (x ≥2) .94 Hình 3.4 Mơ khu vực thành phố Bắc Giang 95 Hình 3.5 Khoanh mô 95 Hình 3.6 Khu vực sóng 96 Hình 3.7 Nhiễu 97 Hình 3.8 Sai feeder 97 Hình 3.9 Overshooting .98 Hình 4.1 Mơ 107 Hình 4.2 Chọn Tab Prediction .108 Hình 4.3 Chọn tab coverage 109 Hình 4.4 Chọn tab Display .109 vii Hình 4.5 Điều chỉnh Transparent 110 Hình 4.6 Kết mơ 110 Hình 4.8.Kết mơ trạm phát sóng 4G 113 Hình 4.9 Kết mơ di dời trạm phát sóng .115 Hình 4.10 Kết mơ di dời vị trí danh định .117 viii Gía trị mặc Tham số định Inter-technology UL Noise Rise (dB) AAS Usage (DL) (%) Angular distributions of interference Độ tăng tạp âm công nghệ đường lên Tỉ lệ tải lưu lượng user hỗ trợ smart antenna/ tổng tải đường xuống Phân bố góc mật độ phổ cơng suất lưu 10 lượng đường xuống mô Monte carlo (AAS) Number of Users (DL) Number of Users (UL) Số lượng user đường xuống Số lượng user đường lên Max Number of Số lượng user tối đa Users Max number of intra-technology 16 neighbours Max number of inter-technology 16 neighbours Comments Number Giải thích ý nghĩa Số lượng cell neighbor cơng nghệ LTE tối đa Số lượng cell neighbor công nghệ khác tối đa omments of Required PRACH Số lượng PRACH RSI RSI PRACH Sequences Root Chuỗi PRACH logic định cho cell 106 Gía trị mặc Tham số PRACH định RSI Allocation Status Not Allocated Giải thích ý nghĩa Trạng thái định PRACH RSI 4.3 Thực mô : chọn network -> Prediction chọn new Hình 4.1 Mơ Converage by transmitter : Tính tốn vùng phủ trạm Coverage by Signal Level : Tính tốn mức tín hiệu lớn vị trí Overlapping zones: Vùng chồng lấn cell 107 Hình 4.2 Chọn Tab Prediction 108 + Chọn network  Prediction chọn new  Coverage by Signal Level 4.3.1 Cửa số thiết lập thuộc tính + Tab General : tên mô + Resolution : Độ phân giải, đo Việt Nam mà Vietttel sử dụng độ phân giải 20m Độ phân giải nhỏ vùng phủ vẽ chi tiết, máy tính chạy lâu Hình 4.3 Chọn tab coverage + Tab Conditions: thơng số để mặc định + Tab Display: Thiết lập màu theo mức tín hiệu để dễ quan sát đánh giá + Thiết lập dải màu tự động Chọn Action Shading Hình 4.4 Chọn tab Display 109 Cửa số thiết lập màu tự động Sau thiết lập dải màu sau: Hình 4.5 Điều chỉnh Transparent -> Sau cho OK, Trong thư mục Prediction xuất mô vừa tạo * Properties : Thay đổi thiết lập * Calculate: Để tiến hành mô + Để bắt đầu chạy vùng phủ theo mức tín hiệu (Coverage by Signal level ) chọn Calculate Chờ máy tính tiến hành tính tốn, kết mô vùng phủ sau: Hình 4.6 Kết mơ 110 + Nhìn đồ ta nhận định vùng lõm, vùng sóng tốt sóng yếu + Có thể đánh giá trạng vùng phủ thông qua qn số thống kê vùng phủ (% diện tích có mức thu tốt, % diện tích sóng yếu) 4.4.2 Coverage by transmitter + Mô để xác định giới hạn vùng phủ cell, theo nguyên lý điểm cường độ tính hiệu cell mạnh điểm thuộc vùng phủ cell + Để dễ dàng quan sát đánh giá, cần đổi màu vùng phủ transmitter thông qua đổi màu hiển thị transmitte Vào network  Prediction  Properties, tab DisplayDisplayDisplay Type chọn Automatic Bảng 4.7 Transmitter Kết transmitter có màu khác Tạo mô Coverage by transmistter Vào Tab Network  Prediction 111 4.4.3 Thiết kế vị trí trạm mới, mô đo kiểm thực tế: Thiết kế vị trí 4G Cơng Độ STT Mã trạm Mã cell Khu vực Long Lat cao Loại anten anten EBG00775 EBG007751 SubUrban 106.130575 21.252494 33 EBG00775 EBG007752 SubUrban 106.130575 21.252494 33 EBG00775 EBG007753 SubUrban 106.130575 21.252494 33 EBG00775 EBG007754 SubUrban 106.130575 21.252494 33 EBG00775 EBG007755 SubUrban 106.130575 21.252494 33 EBG00775 EBG007756 SubUrban 106.130575 21.252494 33 Băng tần Azimuth Tilt Anten CommScope 4G Anten CommScope 4G Anten CommScope 4G Anten CommScope 4G Anten CommScope 4G Anten CommScope 4G 1800 100 33 1800 240 33 1800 330 33 1800 100 33 1800 240 33 1800 330 33 4.5.1 Mô giải pháp lên trạm phát sóng 4G Thực mơ phần mềm Attol đo kiểm đánh giá chất lượng 112 phát (dBm) 4.5 Mô vùng phủ 4G mạng 4G thực tế khu vực dự kiến lên trạm suất Hình ảnh vùng phủ đo kiểm/mơ (khu vực nông thôn) EBG00775 Đo kiểm 4G thực tế (suy hao -16Db), Mức thu - VP ban đầu chưa ps ngưỡng indoor -117 ngdBm 117dBm Vùng phủ bổ sung trạm Hình 4.8.Kết mơ trạm phát sóng 4G 113 Kết đánh giá giải pháp lên trạm  Kết  Sau phát sóng trạm EBG00775, mơ phần mềm Atoll cho ta kết sau: Phần trăm diện tích vùng phủ tốt lên từ 84,12% lên từ 98,58% phần trăm số dân, phủ tăng lên từ 82,56 % lên 96,21% so với lúc trạm chưa phủ sóng  Đánh giá:  Thực triển khai giải pháp lên trạm 4G cần thiết để xử lý vùng lõm với bán kính khoảng 600m, khắc phục khu vực khoảng 400 hộ dân bị lõm Đảm bảo mức thu nhà lớn -117dBm tốc độ download đạt ≥3Mbps 4.5.2 Mô giải pháp di dời trạm EBG00313 phát sóng  Hiện trạm BGG0313 Viettel phát sóng kho đạn Quân đoàn 2, Do khu vực kho đạn mở rộng để xây dựng, Tổng cục tác chiến gửi công văn thông báo cho đơn vị Viettel di chuyển trạm khu vực kho đạn, Viettel tìm vị trí ngồi kho đạn cách vị trí cũ 194m Độ cao ban đầu 42m nâng độ cao cột 48m Mô vị trí trạm EBG00313  Mã trạm cũ EBG00313 sau di dời sang vị trí mới, đổi thành mã trạm EBG00816  Trong q trình mơ kết hợp với đo kiểm chất lượng thực tế cho ta thấy, hướng cell khu vực xa trạm phát số vị trí điểm lõm nhỏ, thực giải pháp nâng độ cao cột lên từ 42m lên độ cao cột 48m để xử lý vùng lõm nhỏ xung quanh cell, mơ hình ảnh bên dưới: 114 Hình ảnh vùng phủ đo kiểm/mơ (khu vực nơng thôn) EBG00313 Logfile đo kiểm 4G (suy hao - VP trạm ngưỡng indoor -117 13dB) dBm VP trạm ngưỡng indoor -117 VP di dời trạm ngưỡng indoor -117 dBm, độ cao 39m dBm, độ cao 45m Hình 4.9 Kết mơ di dời trạm phát sóng Kết đánh giá giải pháp di dời trạm EBG00313  Kết quả: Thực giải pháp di chuyển trạm mô phần mềm Attol ta kết sau:  Về mặt địa lý cho ta vùng phủ rộng tăng từ 99,82% lên 99,89%  Về số dân phủ tăng lên từ 97,37% lên 98,34%  Đánh giá: Sau thực giải pháp di dời trạm sang vị trí mới, khu vực chất lượng mạng tốt so với vị trí ban đầu, xử lý số điểm lõm 115 nhỏ cell, giải pháp mang lại khả thi đảm bảo chất lượng mạng cho khu vực 4.5.3 Mơ giải pháp di dời vị trí danh định Hiện trạng trạm BGG0650 địa chỉ: Thôn Tân Văn 2-Tân Dĩnh-Lạng GiangBắc Giang Vị trí trước đề xuất thiết kế danh định lằm khu vực đất tranh chấp đất quốc phịng xã, khơng tiếp tục thi cơng vị trí Do đo phải thiết kế trạm sang vị trí mới, cách vị trí ban đầu 192m, thiết kế độ cao cột dây co 48m, giữ nguyên độ cao so với thiết kế ban đầu 116 Mơ di dời vị trí danh định trạm EBG00650 Hình ảnh vùng phủ đo kiểm/mơ (khu vực nông thôn) EBG00650 Logfile đo kiểm 4G tại(suy hao - VP trạm chưa ps ngưỡng indoor 13dB) 117 dBm VP vị trí ban đầu độ cao 48m ngưỡng indoor -117 dBm VP di dời trạm ngưỡng indoor -117 dBm, độ cao 48m Hình 4.10 Kết mơ di dời vị trí danh định Kết đánh giá giải pháp di dời vị trí danh định  Kết quả: Sau thực giải pháp di dời vị trí danh định, từ kết mô phần mềm Attol cho ta kết  Diện tích vùng phủ tăng nhẹ từ 99,32% lên 99,37, cho ta vùng phủ trạm rộng so với vị trí danh định ban đầu  Số dân phủ tăng lên từ 97,28% lên 98,28%  Đánh giá: Thực giải pháp di dời sang vị trí mới, tiêu chí vùng phủ khu vực phủ dân tốt vị trí ban đầu, giải pháp khả thi thực 117 KẾT LUẬN CHƯƠNG  Nắm công cụ mô Viettel sử dụng phần mềm Attol  Chuẩn bị kịch bản: Các liệu đầu vào cho việc thực mô  Các bước thực mô  Thực mô giải pháp, đánh giá hiệu giải pháp 118 KẾT LUẬN Công nghệ mạng 4G, 5G công nghệ mới, tiếp tục nghiên cứu triển khai toàn giới, với khả truyền tải tốc độ cao, kiến trúc mạng đơn giản, sử dụng băng tần hiệu hồn tồn thích ứng với hệ thống trước GSM WCDMA, dự mạng toàn IP, LTE trở thành hệ thống thông tin di động tồn cầu Vì việc tìm hiểu cơng nghệ 4G 5G thực cần thiết có ý nghĩa thực tế Trong luận văn em đề cập tổng quan công nghệ mạng 4G, trọng tâm bao gồm:  Chương 1: Phần mở đầu  Tìm hiểu trình phát triển hệ thống thông tin di động nay, giới thiệu công nghệ mạng 4G 5G  Chương 2:  Tìm hiểu mạng thơng tin di động 4G, Nắm bắt cấu trúc khối chức năng, cấu trúc vật lý  Chương 3:  Tìm hiểu giải pháp tối ưu tham số vùng phủ cho mạng 4G Viettel  Chương 4:  Mô vùng phủ đánh giá giải pháp nâng cao chất lượng di vụ di động mở rộng vùng phủ sóng  Hướng nghiên cứu đề tài tiếp tục nghiên cứu công nghệ 5G tương lai năm 2020 đến 2025 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].https://www.rfpage.com/evolution-of-wireless-technologies-1g-to-5g-inmobile-communication/ [2].https://tintuc.viettelstore.vn/mang-5g-se-nhanh-hon-4g-toi-40-lan [3].https://www.tmit.bme.hu/sites/default/files/LTE_SCFDMA [4].http://www.sharetechnote.com/html/FrameStructure_DL.html #PhysicalChannels_and_Signals_in_RadioFrame [5].LTE/SAE Network Architecture [6].LTE - Physical Downlink & Uplink Channel [7].LTE- Overview and Deployment Consideration 80-W2691 Rev A [8].IMTS Improved Mobile Telephone Service [9].http://www.sharetechnote.com/ [10].http://lteuniversity.com/ [11].9400 LTE RAN Radio Principles Description [12].LTE Performance&Optimization LTE Call flows [13].L13A radio network functionality [14].Best Practices-LTE Call Flows 120 ... - BÙI CÔNG SƠN TỐI ƯU MẠNG 4G LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN VĂN KHANG Hà Nội - 2019 LỜI CAM ĐOAN Luận văn tơi nghiên cứu thực... khác biệt tốc độ download upload liệu, mạng thông tin di động hệ thứ so với mạng di động hệ thứ Chính tơi chọn đề tài luận văn tốt nghiệp đề tài ? ?tối ưu mạng 4G ” CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Mục tiêu:...  Giới thiệu hệ mạng thông tin di động từ 1G đến 5G  Các ưu nhược điểm hệ thống thông tin di động 18 CHƯƠNG 2: MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G 2.1 Cấu trúc mạng 4G  Cấu trúc mạng 4G chia thành vùng