Công nghệ w CDMA và giải pháp nâng cấp mạng GSM lên w CDMA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÙI THỊ THANH HƯỜNG CÔNG NGHỆ WCDMA VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG GSM LÊN WCDMA Chuyên ngành : Kỹ thuật Điện tử Viễn thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS Phạm Minh Việt Hà Nội – 2010 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG 13 DANH MỤC HÌNH VẼ 14 CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G - UMTS .18 1.1 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 18 1.1.1 Tổng quan hệ thống thông tin di động 3G 18 1.1.2 Các yêu cầu hệ thống 3G 19 1.1.3 Công nghệ 3G cho Việt Nam 20 1.1.3.1 Lựa chọn đường lên 3G cho Việt Nam 20 1.1.3.2 Phân bổ tần số cho 3G Việt Nam : 22 1.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G – UMTS 23 1.2.1 Giới thiệu chung UMTS 23 1.2.2 Phát triển từ GSM lên UMTS / WCDMA 24 1.2.2.1 Mạng di động hệ thứ – GSM 24 1.2.2.2 Kết hợp UMTS GSM 26 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG W-CDMA 29 2.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WCDMA 29 2.2 KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG WCDMA 33 2.2.1 Kỹ thuật đa truy nhập CDMA .34 2.2.1.1 Các kỹ thuật đa truy nhập 34 2.2.1.2 Kỹ thuật đa truy nhập CDMA 34 2.2.2 Nguyên lý trải phổ WCDMA 38 2.3 QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN TRONG WCDMA 42 2.3.1 Điều khiển công suất WCDMA 43 2.3.1.1 Điều khiển cơng suất vịng hở 45 2.3.1.2 Điều khiển cơng suất vịng kín 45 2.3.2 Chuyển giao WCDMA 48 2.3.2.1 Chuyển giao mềm 49 2.3.2.2 Chuyển giao mềm – Soft HO .50 2.3.2.3 Chuyển giao liên tần số liên hệ thống .53 2.4 KỸ THUẬT XỬ LÝ SỐ VÀ TRUYỀN DẪN 55 2.4.1 Môi trường truyền dẫn vô tuyến 55 2.4.2 Phân tập: 57 2.4 Bộ thu RAKE: 60 2.4.4 Anten thông minh: 64 CHƯƠNG 3: CẤU TRÚC MẠNG UMTS .71 3.1 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 2G VÀ 2,5G: 72 3.1.1 Hệ thống GSM .72 3.1.2 Dịch vụ vơ tuyến gói chung GPRS 74 3.1.3 EDGE – Cải thiện tốc độ số liệu cho GSM 77 3.2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG UMTS 78 3.2.1 Cấu trúc chung hệ thống UMTS 78 3.2.2 UE – Thiết bị người sử dụng: 82 3.2.3 Cấu trúc UTRAN UMTS 84 3.2.3.1 Các đặc tính chung UTRAN .84 3.2.3.2 Các thành phần UTRAN .85 3.2.4 Mạng lõi CN .88 3.3 GIẢI PHÁP CHO MẠNG TRUYỀN DẪN BACKHAUL 88 3.3.1 Mạng truyền dẫn hệ thống GSM .88 3.3.2 Cải thiện hiệu mạng backhaul 91 3.3.2.1 Sử dụng công nghệ truyền dị ATM 91 3.3.2.2 Tối ưu dải thông mạng backhaul GSM 93 3.3.3 Lựa chọn mạng backhaul thích hợp .95 3.3.3.1 Sử dụng đường E1 kết nối trực tiếp cho Iub .96 3.3.3.2 Kết hợp GSM/UMTS với phân đoạn E1 .97 3.3.3.3 Mạng backhaul kết hợp GSM/UMTS ATM .98 3.3.3.4 Kết hợp GSM/UMTS với PSAX 99 CHƯƠNG 4: QUY HOẠCH MẠNG WCDMA CỦA VIETTEL TẠI THÁI BÌNH 101 4.1 GIỚI THIỆU CHUNG 101 4.2 MÔ TẢ VẤN ĐỀ 101 4.3 Quy hoạch mạng WCDMA Viettel Thái Bình 103 4.3.1 Điều kiện tối ưu tổng thể (tính tốn thiết kế sơ bộ): 103 4.2.2 Điều kiện tối ưu cho trạm (thiết kế chi tiết): 109 KẾT LUẬN .112 TÀI LIỆU THAM KHẢO 113 LỜI CAM ĐOAN Trong kỳ làm đồ án tốt nghiệp, em tìm hiểu đề tài đồ án qua kiến thức giảng dạy, sách tham khảo, trang tạp chí trang web em hồn thành đồ án với đề tài “Công nghệ WCDMA giải pháp nâng cấp mạng GSM lên WCDMA” Em xin cam đoan đồ án không chép đồ án có từ trước Hà Nội, ngày tháng năm 2010 Người cam đoan Bùi Thị Thanh Hường DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Tiếng Anh Tiếng Việt 3G 3rd Generation Thế hệ thứ ba 3GPP Third Generation Partnership Project Dự án hội nhập hệ 3GPP2 Third Generation Partnership Project Dự án hội nhập hệ thứ hai 8-PSK Phase Shift Keying Điều chế dịch pha trạng thái A AAL ATM Adaptation Layer Lớp thích ứng ATM ACI Adjacent Channel Interference Nhiễu kênh lân cận ADSL Asymmetric DigitalSubscriber Line Đường dây thuê bao số bất đối xứng AMPS Advanced Mobile Phone Service Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến AMR Adaptive Multirate Đa tốc độ thích nghi ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền không đồng AuC Authentication Center Trung tâm nhận thực ANSI American National Standards Institute Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ B BER Bit Error Rate Tỉ số bit lỗi BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế dịch pha nhị phân BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc C CAMEL Customized Application for Mobile Ứng dụng tùy chọn cho logic network Enhanced Logic nâng cao mạng di động CES Circuit Emulation Service Dịch vụ mô mạch CCI Co-channel interference Nhiễu đồng kênh CDMA Code Division Multi Access Đa truy nhập phân chia theo mã C/I Carrier to Inteference Ratio Tỉ lệ sóng mang nhiễu CN Core Network Mạng lõi CRC Cyclic Redundance Check Kiểm tra dư vòng CRNC Controlling RNC RNC điều khiển CS Circuit-Switched Chuyển mạch kênh CSCF Call State Control Function Chức điều khiển trạng thái gọi D DRNC Drift RNC RNC trôi DS Direct Sequence Chuỗi trải phổ trực tiếp DXC Digital Cross Connect Bộ kết nối số EC Echo Bộ triệt tiếng vọng EDGE Enhanced Data Rates for GSM Cải thiện tốc độ số liệu cho Evolution phát triển GSM EFR Enhanced full-rate Tốc độ nâng cao EFC Enhanced Full Rate Codec Mã hóa tốc độ nâng cao EIR Equipment Identify Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị ETSI European Telecommunication Standa Viện tiêu chuẩn viễn thông Institude Châu Âu E F FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multi Access Đa truy nhập phân chia theo tần số FER Frame Error Rate tỉ số khung lỗi FPLMTS Future Public Land Mobile Telephon Hệ thống điện thoại di động System mặt đất Cơng cộng tương lai FR Full Rate Tồn tốc FHSS Frequency – Hopping SS Trải phổ nhảy tần GSM/EDGE Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến G GERAN GSM/EDGE GGSN Gateway GPRS Support Node Nút mạng hỗ trợ GPRS cổng GMM GPRS Mobility Management Quản lý mềm dẻo GPRS GMSC Gateway MSC MSC cổng GMSK Gaussian Minimum Shift Keying Điều chế dịch pha cực tiểu Gaussian GPRS General Packet Radio Services Dịch vụ vơ tuyến gói chung GPS Global Position System Hệ thống định vị toàn cầu GSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin di động Communications toàn cầu HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú HO handover Chuyển giao HR Half Rate Bán tốc độ HSCSD High Speed Circuit Schitched Data Số liệu chuyển mạch kênh H tốc độ cao HSDPA High-speed Downlink Packet-data Truy nhập liệu gói đường Access xuống tốc độ cao IMA Inverse Multiplexing over ATM Ghép kênh chéo qua ATM IM IP Multimedia Miền IP đa phương tiện I IMT-2000 International Mobile Viễn thông di dộng quốc tế Telecommunications-2000 2000 IN Intelligent Network Mạng thông minh IP Internet Protocol Giao thức Internet IS-95 Interim Standard-95 Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA Mỹ ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số dịch vụ tích hợp ISUP ISDN User Part Đối tượng sử dụng ISDN ITU International Telecommunication Liên hiệp viễn thông quốc tế Union IWF InterWorking Function Chức kết nối mạng LAN Local Area Network Mạng cục LPF Low Pass Filter Bộ lọc thông thấp Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi L M MAC trường MAI Multiple Access Interference Nhiễu đa truy nhập MC Multi-Carrier Đa sóng mang ME Mobile Equiment Thiết bị di động MGCF Media Gateway Control Function MGW Media Gateway Cổng media MMS Multimedia Messaging Services Dịch vụ nhắn tin đa phương Chức điều khiển cổng media tiện MRF Media Resource Function Chức nguồn media MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile Switching Service Center Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSS Mobile Satellite System Nghiệp vụ lưu động qua vệ tinh N NSS Network Switching Subsystem Phân hệ mạng chuyển mạch Operation Maintenance Center GPRS Hệ thống quản lý khai thác O OMCG GPRS OSS Operation and Support Subsystem Phân hệ vận hành hỗ trợ OFDMA Orthogonal Frequency Division Đa truy nhập phân chia theo Multiple Access tần số trực giao PCU Packet Control Unit Khối điều khiển gói liệu PDC Personal Digital Cellular Hệ thống tổ ong số cá nhân PDN Packet Data Network Mạng số liệu gói PDSN Packet Data Service Node Nút dịch vụ số liệu gói PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công P cộng PN Pseudorandom Noise Giả tạp âm PS Packet-switched Chuyển mạch gói PSAX PacketStar Cổng phương tiện đa dịch vụ PSDN Packet Switched Data Network Mạng số liệu chuyển mạch gói PSPDN Packet Switched Public Data Networ Mạng số liệu cơng cộng chuyển mạch gói PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng Q 10 QoS Quality of Srervice Chất lượng dịch vụ QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điều chế dịch pha cầu phương R RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RANAP RAN Application Part Phần ứng dụng RAN RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNS Radio Network Subsystem Hệ thống mạng vô tuyến RRM Radio Resource Management Quản lý tài nguyên vô tuyến RSS Radio SubSystem Phân hệ vô tuyến Space Division Multi Access Đa truy nhập phân chia theo S SDMA không gian SF Spectrum Factor hệ số trải phổ SGSN Serving GPRS Support Node Nút mạng hỗ trợ dịch vụ GPRS SID Silence Descritor Mô tả im lặng SIM Subscriber Identity Module Modun nhận dạng thuê bao SIR Signal to Interference Ratio Tỉ số tín hiệu can nhiễu SMS Short Message Service Dịch vụ tin nhắn SMSC Short Message Service Center Trung tâm dịch vụ tin nhắn SRNC Serving RNC RNC phục vụ SS Spread Spectrum Kỹ thuật trải phổ STM Synchronous Transfer Mode Phương thức truyền đồng Terminal Adaption Function Chức thích ứng đầu T TAF cuối TCH Traffic Channel Kênh lưu lượng TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian 11 Tất lưu lượng GSM UMTS truyền thông qua mạng backhaul ATM, lưu lượng GSM truyền qua lớp AAL1 CES lưu lượng UMTS truyền qua AAL2 Ưu điểm: - Cùng mạng backhaul ATM sử dụng cho GSM UMTS - Một mạng backhaul làm đơn giản hóa mạng quản lý, tối ưu chi phí vận hành - Tận dụng ưu điểm ghép kênh thống kê cho lưu lượng UMTS Nhược điểm: - Các kênh GSM truyền thông qua lớp AAL1 CES, chiếm băng thông nhiều khoảng 13% so với kênh TDM, nên việc tăng dung lượng đường kênh thuê riêng điều tất yếu - Không thể nghép kênh thống kê ATM cho lưu lượng UMTS GSM – dải thông cho GSM phân bổ cố định cho kênh ATM 3.3.3.4 Kết hợp GSM/UMTS với PSAX nxE1 UMTS UMTS RNC STM – nxE1 E1 GSM, E1 PSAX Multiple E1s GSM, PSAX nxE1 nxE1 UMTS E1 nxE1 BSC GSM, UMTS Hình 20: Mạng backhaul kết hợp GSM/UMTS với PSAX 99 Sử dụng đặc tính nén thoại GSM PSAX, thoại GSM truyền thông qua AAL2 Thêm AAL2 dịch vụ thoại UMTS AAL5 dịch vụ liệu GSM/UMTS, việc sử dụng PSAX mạng backhaul kết hợp GSM/UMTS cho phép tận dụng ưu điểm ghép kênh thống kê, đảm bảo tính tối ưu cao cho dải thơng truyền dẫn mạng backhaul Ưu điểm: - Một mạng bachhaul ATM cho GSM UMTS làm đơn giản hóa mạng quản lý, tối ưu chi phí vận hành - Khả nén thoại GSM góp phần tiết kiệm dải thơng - Giải hiệu qua vấn đề “khai tử GSM” - Thuận lợi cho tương lai – truyền dẫn IP cấu trúc 3GPP Release5 Kết luận: Chương ba trình bày giải pháp mạng lưới phát triển từ GSM lên UMTS Các giải pháp tập trung vào cấu trúc mạng lưới chọn lựa mạng truyền dẫn backhaul thích hợp, ngồi cịn đề cập tới thiết kế quy hoạch mạng cho UMTS Cấu trúc mạng lưới GSM UMTS khác chủ yếu phần truy nhập vơ tuyến UTRAN bổ sung mới, cịn phần mạng lõi CN xây dựng nguyên tắc kế thừa Chương ba đề xuất giải pháp để nâng cao chất lượng dung lượng mạng truyền dẫn backhaul đưa bốn mơ hình mạng truyền dẫn kết hợp GSM UMTS Mỗi giải pháp mơ hình có ưu nhược điểm khác nhau, tùy điều khiện yêu cầu cụ thể nhà thiết kế lựa chọn giải pháp phù hợp hiệu Phần cuối chương đề cập tổng quát vấn đề liên quan tới quy hoạch mạng lưới UTMS với vấn đề tính tốn suy hao, quỹ đường truyền, định cỡ nút mạng…Tùy nhà cung cấp dịch vụ di động sở hạ tầng mạng mà lựa chọn giải pháp phù hợp để xây dựng UMTS kết hợp với GSM cách hiệu dung lượng chất lượng 100 CHƯƠNG 4: QUY HOẠCH MẠNG WCDMA CỦA VIETTEL TẠI THÁI BÌNH 4.1 GIỚI THIỆU CHUNG Thái Bình chia thành huyện thành phố với tổng diện tích 1.542km2, dân số 1.902.400 người (số liệu năm 2009) Theo thống kê số liệu mạng thông tin di động Viettel tỉnh Thái Bình: tổng số thuê bao 2G 3G 1.339.800 thuê bao, có 1.217.614 thuê bao 2G 22.076 thuê bao 3G.Các thiết bị mạng 3G Viettel sử dụng tỉnh Thái Bình thiết bị hãng sản xuất Erricson Đơn vị Dân số Diện tích Thành phố Thái Bình 210.000 67,7 Huyện Đơng Hưng 246.335 191,7639 Huyện Hưng Hà 254.774 200,2 Huyện Kiến Xương 223.179 199,21 Huyện Quỳnh Phụ 239.800 205,6 Huyện Thái Thụy 266.000 270,3 Huyện Tiền Hải 204.200 225,9 Huyện Vũ Thư 224.832 195,162 Tỉnh Thái Bình 1.869.120 1.555,8359 Bảng 1: Dân số diện tích tỉnh Thái Bình 4.2 MƠ TẢ VẤN ĐỀ Chất lượng hệ thống vô tuyến WCDMA kết tính tốn 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 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 101 Sử dụng phương trình tính dung lượng cực đường truyền hướng lên phương trình xác suất tắc nghẽn cho phép tính gần dung lượng hệ thống Tuy nhiên, phương trình khơng có tham số kể đến kích thước cell, cự ly cell, không kể đến hiệu chuyển giao mềm Để giải vấn đề có mơ hình thực nghiệm dựa dự đoán tổn hao truyền sóng trình bày chương trước mơ hình Hata-Okumura WalfischIkegami Trong đồ án sử dụng mơ hình Walfisch-Ikegami cho phương án tính tốn thiết kế mơ hình thích hợp với điều kiện mơi trường thị Việt Nam Vùng phủ sóng tính tốn dựa diện tích cần phủ sóng bán kính cell cách áp dụng mơ hình Walfisch-Ikegami gọi điều kiện tối ưu Điều kiện tối ưu chất lượng dịch vụ dung lượng phục vụ hệ thống tính tốn dựa phương trình tính dung lượng cực đường truyền phương trình xác suất tắc nghẽn Kích cỡ hệ thống kết tối ưu điều kiện Các thơng số tính toán thiết kế hệ thống WCDMA: − Số lượng thuê bao phục vụ − Lưu lượng thuê bao − Cấp dịch vụ GoS − BHCA (Busy Hour Call Attempt): số thử bận − Phân loại kiểu gọi: − Phần trăm gọi hệ thống mạng PSTN − Phần trăm gọi nội hệ thống − Các thông số thiết kế hệ thống vô tuyến: − Tỉ lệ lỗi khung (FER: Frame Error Rate) cho phép %? − Mức dịch vụ RNC PSTN (%) − Mức dịch vụ BS RNC (%) − Kiểu mã hóa − El/No hướng lên, hướng xuống ?(dB) − Hệ số tích cực (%) 102 − Hiệu tái sử dụng tần số − Tải cell (%) − Dự trữ che khuất (dB) − Nhiễu tải cell hay hệ số tăng ích cell (dB) − Suy hao ảnh hưởng vật thể (dB) − Khuếch đại chuyển giao mềm (SHOF: Soft handoff) (dB) − Suy hao hấp thụ (dB) − Công suất đầu máy phát BS/MS (dBm) − Nhiễu BS/MS (dB) − Suy hao lọc máy phát (dB) − Hệ số khuếch đại Anten: Anten BS MS (dB) − Khuếch đại thu phân tập BS (dB) 4.3 Quy hoạch mạng WCDMA Viettel Thái Bình 4.3.1 Điều kiện tối ưu tổng thể (tính tốn thiết kế sơ bộ) a Điều kiện tối ưu 1: Tính số trạm BS dựa theo bán kính phục vụ BS diện tích vùng cần phủ sóng Trong mơ hình Walfisch-Ikegami, suy hao đường truyền mơi trường thị mạng tế bào hình vẽ 4.3, theo đó, tổng suy hao đường truyền L gồm thành phần chính: suy hao khơng gian tự do, nhiễu xạ Lrts (rooftop-to-street loss), suy hao che chắn Lmsd (multiscreen loss) ⎧⎪ L f + Lrts + Lmsd , L =⎨ ⎪⎩ L f , Lrts + Lmsd ≥ (4.1) Lrts + Lmsd < 103 Hướng di chuyển φ Sóng tới Máy di động d hb Tòa nhà hr w b hm Mặt đường Anten trạm di động Tòa nhà Tòa nhà Trạm di động Φ Tịa nhà Tịa nhà Hình 4.2 Mơ hình Walfisch-Ikegami * Tính tốn với thơng số sau: − Tốc độ bit cho phép (R) : 9,6 Kbps (9,6 ≤R ≤ 2000Kbps) − Tần số làm việc (f) : 880 MHz − Công suất phát hiệu dụng BS (Pm) : 36 dBm − Hệ số tăng ích (khuếch đại) anten (Gb) − Suy hao cáp anten BS (Lc) − Tạp âm máy thu (Fb) − Sai số với anten phân tập BS (Eb/It) : 6.8 dB − Tạp âm trạm BS (N0) : -174 dBm/Hz − Độ rộng đường phố (w) : 15 m − Khoảng cách tòa nhà (b) : 35 m − Độ cao trung bình tịa nhà (hr) : 15 m − Độ cao anten mobile (hm) − Độ cao trung bình anten NodeB (hb) : 30 m : 15 dBi : 2,5 dB : dB : 1,5 m 104 Góc tới tia sóng từ tòa nhà đến mặt đường: b/2 ≈ 20 độ Bán kính cell r (theo mơ hình Walfisch-Ikegami): 0,02 – km * L f : Suy hao không gian tự L f = 32,45 + 20 lg r km + 20 lg f (4.2) MHz Trong đó, rkm bán kính cell (km) fMHz tần số phát BS (MHz) * Lrts : Suy hao tán xạ nhiễu xạ Lrts = -16,9 - 10lgw + 10lgfMHz + 20lg(hr - hm) + Lori (4.3) Trong đó, w bề rộng trung bình đường khu đô thị (m) hr chiều cao trung bình tịa nhà khu thị (m) Lori sai số tán xạ nhiễu xạ, xác định bởi: -9,646 ⎧ Lori = ⎨ 2,5 +⎩0,075(Ф-55) (dB) ≤ Ф ≤ 55 (độ) (dB) 55 ≤ Ф ≤ 90 (độ) Với φ (độ) góc tạo tia sóng tới mặt đường điểm thu sóng, φ = 28.25° th× Lori =0 * Lmsd : Suy hao che chắn Lmsd = Lbsh + ka + kd lgrkm + kf lgfMHz – 9lgb (4.4) Trong đó: - Lbsh suy hao che khuất anten đặt cao tòa nhà xác định bởi: ⎧− 18 lg(1 + hb − hr ), Lbsh = ⎨ ⎩0, hb>hr hb ≤ hr Với hb chiều cao anten trạm gốc so với mặt đường hr chiều cao nhà so với mặt đường - ka đại lượng phụ thuộc vào suy hao che chắn Lmsd bán kính rkm cell, xác định bởi: ⎧54, ⎪⎪ ka = ⎨54 − 0,8(hb − hr ), ⎪ ⎪⎩54 − 1,6 r km (hb − hr ), 105 hb > hr rkm ≥ 0,5, hb ≤ hr rkm < 0,5, hb ≤ hr - kd đại lượng phụ thuộc vào suy hao che chắn Lmsd độ cao tòa nhà khu vực đặt anten BS, xác định bởi: ⎧18, ⎩18 − 15(hb − hr ) / hr , hb ≤ hr kd = ⎨ hb > hr - k f đại lượng phụ thuộc vào mật độ (vùng ngoại thành phố) tần số fMHz làm việc, xác định bởi: ⎧⎪4 + 0.7 ( f MHz 925 − 1) , kf = ⎨ ⎪⎩4 + 1.5 ( f MHz 925 − 1) , cho vùng ngoại ô cho vùng thành phố Từ cơng thức (4.1), (4.2), (4.3) (4.4) ta tính tổng suy hao đường truyền theo mơ hình Walfisch-Ikegami Mặt khác suy hao đường truyền trung bình tính sau: L = Pm − S m + Gb − Lc (dB ) (4.5) Để đảm bảo dự trữ che tối, tổn hao đường truyền = L - Ec (4.6) Để đảm bảo dự trữ cho tổn hao thể / định hướng tổn hao tán xạ, tổn hao đường truyền cho phép = L – Ec – Lct - Ltx (4.7) Trong đó, - Pm :cơng suất hiệu dụng trạm gốc (dBm) - Gb : hệ số tăng ích anten (hệ số khuếch đại) (dBi) - Lc : suy hao cáp anten thu trạm gốc (dB) - Ec: độ dự trữ che tối (dB) - Lct: tổn hao thể (dB) - Ltx: tổn hao tán xạ (dB) - Sm : cường độ tín hiệu tối thiểu yêu cầu (dB) xác định bởi: Sm = (Eb)min + 10lgR Với (dBm) R: tốc độ bit ( Eb ) : lượng bit tối thiểu ( Eb ) = NT + Eb It (dBm/Hz) Eb : sai số với anten phân tập trạm gốc (dBm/Hz) It 106 NT : tạp âm nhiệt trạm gốc (dBm/Hz) NT = N + Fb N : tạp âm nhiệt trạm gốc (dBm/Hz) Fb : tạp âm nhiệt máy thu (dB) Từ công thức (4.1), (4.2), (4.3), (4.4), (4.5), (4.6) (4.7) ta tính bán kính cell r = 4,2195 km Dựa vào diện tích vùng cần phủ sóng, ta có số lượng cell (số trạm BS) dự kiến Diện tích cell lục giác tính theo cơng thức: S=2,6rr=46,3 km Số cell để phủ sóng tỉnh Thái Bình là: Ncell = Diện tích tỉnh Thái Bình/Diện tích cell=34 cell b Điều kiện tối ưu 2: Tính số trạm BS dựa vào khả dung lượng BS số lượng thuê bao dự kiến phục vụ Tính tốn với thơng số sau: BHCA / thuê bao: 2,5 – Thời hạn trung bình gọi: 90s Hệ số tăng ích anten sector (3 sector): 2,4 Hệ số chuyển giao mềm: 1,2 – 1,4 Khả lưu thoại NodeB/sector ta lấy 27,5 Erlang/NodeB/sector (số liệu dựa vào thiết bị hãng Erricson mà Viettel sử dụng) Giới hạn lưu lượng/RNC Số lượng trung bình/RNC Thoại (Erl) Số liệu (Mbps) NodeB Carrier 25,200 4,500 313 1,125 25,200 3,000 208 750 Ericsson 27,500 2,000 177 715 80,400 8,040 480 1800 67,000 6,700 400 1500 61,200 3,910 234 876 30,150 3,015 180 675 50,000 3,500 205 819 Vendor ZTE Huawei Nokia Bảng 2: Thông số RNC số vendor 107  Số cell cần thiết = số sector / độ tăng ích chia sector - Số sector = (dung lượng * hệ số chuyển giao mềm)/khả lưu thoại sector - Dung lượng = (BHCA/thuê bao) * số thuê bao phục vụ * (thời gian trung bình gọi/3600) Như vậy, số cell cần thiết điều kiện tối ưu giải pháp xác định bởi: Max {(số cell) điều kiện tối ưu 1, (số cell) điều kiện tối ưu } Ta có bảng 4.3 tính số lượng sector cell theo dung lượng BTS: Khu vực (quận) BHC Số thuê Dung Hệ số A/sub bao dự lượng cần chuyển kiến phục (Erlang) giao mềm vụ (SHOF) Dung Số Số cell lượng kể sector (3 sector/ SHOF cell) TP Thái Bình 10530 789.75 1.4 1105.65 40.2055 17 Huyện Đông Hưng 2.5 1800 112.5 1.3 146.25 5.31818 Huyện Hưng Hà 2.5 1142 71.375 1.4 99.925 3.63364 Huyện Kiến Xương 1968 147.6 1.4 206.64 7.51418 Huyện Quỳnh Phụ 2.5 1376 86 1.3 111.8 4.06545 Huyện Thái Thụy 2.5 1945 121.563 1.4 170.188 6.18864 Huyện Tiền Hải 2.5 1418 88.625 1.3 115.213 4.18955 Huyện Vũ Thư 2.5 2007 125.438 1.4 175.613 6.38591 Tổng 22186 36 Bảng 3: Số lượng sector cell theo dung lượng BTS Æ Số BS cần thiết Max {34, 36} = 36 NodeB Như vậy, qui hoạch mạng W-CDMA Thái Bình cần lắp đặt 35 NodeB 108 4.2.2 Điều kiện tối ưu cho trạm (thiết kế chi tiết) Phần tính tốn chọn vị trí trạm BS, lựa chọn cấu hình cho NodeB tham số khác Vị trí BS phải đảm bảo yêu cầu dung lượng phục vụ vùng phục vụ tính tốn phần Do địa hình tỉnh Thái Bình tương đối phẳng, dân cư tập trung đông thàn phố thị trấn lân cận, số lượng lớn trạm NodeB tập trung thành phố thị trấn Với số lượng trạm trên, dung lượng hệ thống cung cấp 36cell x sector x 25 Erlang/sector = 2700 Erlang, so với dung lượng cần thiết 2099,7344 Erlang a Tính tốn số lượng luồng E1 kết nối từ BS đến RNC: BS RNC MSC Giao tiÕp Iu Giao tiÕp Iub Hình4.3 Mơ hình kết nối đơn giản Sử dụng mơ hình kết nối hình 4.4: Các tham số hệ thống: - Lưu lượng trung bình/thuê bao: 0,05 Erl - Tải xử lý hệ thống < 75% - Số lượng thuê bao tham gia dịch vụ truyền liệu: 20% - GoS: 2% - Mobile to PSTN: 35% - PSTN to Mobile: 35% - Mobile to Mobile: 30% 109 Giả sử thuê bao BS quận phân bố có xác suất chiếm kênh nhau, sector có số lượng người dùng số người dùng phân bố sector - Giao diện NodeB RNC: giao diện Iub Hiện có nhiều lựa chọn cho đường kết nối BS RNC ¾ Sử dụng hồn tồn đường E1 Luồng E1 (2Mbps), khe 64kbps dành cho báo hiệu điều khiển (khe 15, 16, 31), khe 64kbps dành cho đồng (khe 0), khe 16 Kbps khe 64 Kbps, lại dành cho kênh lưu lượng Trong mạng 2G luồng E1 dùng kết nối BTS BSC, với kết nối sử dụng luồng E1 Trong mạng 3G tốc độ truyền dẫn lên tới tối đa 2Mbps, cần sử dụng tối thiểu luồng E1 cịn phải kể đến trừ hao control plane loại overhead Cụ thể mạng 3G Viettel nâng cấp lên HSDPA với tốc độ lý thuyết 14,4Mbps thực tế đo tối đa khoảng 7Mbps Do kết nối NodeB RNC sử dụng tới luồng E1 (8Mbps) ¾ Sử dụng đường FE – Fast Ethernet FE có tốc độ tới 100Mbps, kết nối NodeB RNC thực tế không sử dụng hết lượng này, tốc độ phù thuộc vào phần khai nhà cung cấp, 8Mbps 10Mpbs Do FE có chuẩn 10Mbps 100Mbps, nhà cung cấp dịch vụ khai theo thơng số 10Mbps ¾ Sử dụng Hybrid Iub Sử dụng Hybrid Iub, số traffic HSDPA interactive/background truyền IP cịn traffic signalling, voice, R99 sử dụng E1 Thực tế triển khai 3G Thái Bình, Viettel dùng phương pháp thứ 2, tức sử dụng luồng FE để kết nối NodeB RNC để tiến lên mạng All IP tương lai.Mỗi kết nối NodeB đến RNC sử dụng luồng FE, tổng luồng FE sử dụng 36 luồng (tương ứng với 36 NodeB) 110 b Tính tốn khả phục vụ BSC Hiện tại, hệ thống WCDMA mạng Viettel sử dụng 01 RNC, xét lực RNC bảng sau: Tham số Khả Sử dụng Dung lượng (sub) 40.000 22.076 Traffic (Erl) 36.000 975 Số BTS lớn điều khiển (BTS) 160 35 Số sector lớn điều khiển 168 84 Khả kết nối đến BTS (E1) 64 32 Bảng 4: Năng lực RNC Như vậy, RNC đủ khả đáp ứng hệ thống mở rộng, không cần bổ sung RNC Kết luận: Chương đưa mơ hình lý thuyết để tính tốn, thiết kế, định cỡ mạng WCDMA , cụ thể thành phố Thái Bình với tiêu chí tối ưu hóa phương diện vùng phủ sóng dung lượng hệ thống vơ tuyến Trong tính tốn thiết kế cụ thể này, ngồi việc tối ưu tiêu chí vùng phủ sóng dung lượng hệ thống cịn tính đến việc tối ưu phương diện kinh tế dựa sở mạng trạng Đó định vị vị trí NodeB lắp có tận dụng sở hạ tầng có (nhà trạm, cột anten, truyền dẫn, nguồn điện, v.v ) nhằm giảm thiểu chi phí đầu tư Trong tính tốn thực tế, ngồi việc lấy số tham số nhà cung cấp thiết bị, phần lớn tham số khác lấy theo giá trị điển hình Điều dẫn đến kết thiết kế dừng mức định cỡ mạng sơ Tuy nhiên, thực tế việc triển khai hệ thống thông tin (lắp mở rộng) cần có thêm bước hiệu chỉnh, tối ưu mạng sau lắp đặt, chạy thử dựa kết đo đạc thực tế Ngồi ra, việc tính tốn sử dụng mơ hình Walfisch-Ikegami chưa tính đến tổn hao chưa xét cho môi trường nhà (indoor) kết chưa tính cho dịch vụ truyền liệu 111 KẾT LUẬN Tóm tắt kết nghiên cứu Các nghiên cứu chung hệ thống thông tin di động 3G hệ thống 3G/UMTS trình bày chương 1, với nội dung trình bày sau: - Giới thiệu đặc điểm chung yêu cầu hệ thống 3G - Con đường nâng cấp lên 3G hệ thống di động Việt Nam - Giới thiệu hệ thông thông tin di động 3G/UMTS - Con đường phát triển từ GSM lên UMTS với giải pháp tổng quát mạng lưới, kỹ thuật, dịch vụ Chương trình bày giải pháp kỹ thuật nâng cấp lên UMTS, bao gồm: - Các đặc điểm chung công nghệ WCDMA - Kỹ thuật trải phổ, giải trải phổ đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng theo công nghệ DS – CDMA hệ thống WCDMA - Kỹ thuật xử lý số mã hóa, đan xen, phối hợp tốc độ, AMR dạng phân tập WCDMA phân tập vi mô, phân tập vĩ mơ,… - Các hình thức điều khiển cơng suất chuyển giao WCDMA Chương trình bày giải pháp mạng lưới, bao gồm: - Cấu trúc mạng lưới mạng lõi mạng truy nhập vô tuyến UMTS xây dựng hạ tầng mạng lưới vốn có GSM/GPRS/EDGE - Các phương pháp cải thiện mạng truyền dẫn backhaul mơ hình mạng truyền dẫn backhaul tích hợp GSM UMTS Chương trình bày vấn đề quy hoạch mạng 3G Viettel tỉnh Thái Bình Hướng nghiên cứu Trên sở kết nghiên cứu đề tài, em xin đề xuất số điểm hướng nghiên cứu phát triển tiếp theo: - Nghiên cứu mơ hình truyền sóng WCDMA áp dụng điều kiện thực tế Việt Nam - Xây dựng quy trình thiết kế chi tiết tối ưu mạng vô tuyến UMTS WCDMA thực tế triển khai - Tiếp tục nghiên cứu hệ 3G tồn IP cơng nghệ ứng dụng cho thông tin di động hệ thứ (4G) 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đỗ Trọng Tuấn, “ Slide giảng Thông tin di động ”, 2007 Phạm Cơng Hùng tác giả, “ Giáo trình thơng tin di động ”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2007 Tổng cơng ty bưu viễn thông Việt Nam – Trung tâm bưu điện, “Thông tin di động hệ 3”, Nhà xuất bưu điện, 2001 B.Walke, B.R.Seidenberg, M.P.Althoff, “UMTS The Fundamentals”, John Wiley & Sons, 2003 Harri Holma and Antti Toskala, “ WCDMA FOR UMTS ”, John Wiley & Sons, 2007 http:// www tapchibcvt.gov.vn/, truy cập cuối ngày 9/7/2010 http://www.rfd.gov.vn/, truy cập cuối ngày 2/9/2010 http://vietteltelecom.vn/, truy cập cuối ngày 10/9/2010 113 ... đề tài: " Công nghệ W-CDMA giải pháp nâng cấp mạng GSM lên W-CDMA" Luận văn tập trung vào giải pháp để triển khai 3G – UMTS đồng thời GSM, cụ thể giải pháp xây dựng mạng lưới, giải pháp triển... thông minh 27 Giải pháp triển khai 2G Giải pháp mạng lưới 3G Giải pháp dịch vụ Hình 4: Các giải pháp phát triển từ 2G lên 3G ¾ Giải pháp mạng lưới: - Về phần mạng lõi: chủ yếu kế thừa từ GSM, đồng... cấp để mạng có 20 MHz Tính đến thời điểm tháng 6/2010 tất mạng trúng tuyển công bố cung cấp dịch vụ 3G đến người sử dụng Việc lựa chọn công nghệ số nhiều công nghệ 3G để cấp phép triển khai mạng