Tính toán công suất giải quyết bài toán tắt nghẽn trong hệ thống thông tin di động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM PHÒNG ĐÀO TẠO SAU I HC NGNH K THUT IN T à á LUN VN THẠC SĨ ĐỀ TÀI: TÍNH TỐN CƠNG SUẤT GIẢI QUYẾT BÀI TỐN TẮT NGHẼN TRONG HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG GVHD : TS ĐỖ HỒNG TUẤN HVTH : DUƠNG THANH LIÊM Tháng 07/2009 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS ĐỖ HỒNG TUẤN Ký tên: Cán chấm nhận xét 1: PGS TS PHẠM HỒNG LIÊN Ký tên: Cán chấm nhận xét 2: TS PHAN HỒNG PHƯƠNG Ký tên: Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬNVĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 27 tháng 09 năm 2009 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH Độc lập – Tự – Hạnh phúc Tp HCM, ngày tháng năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: DƯƠNG THANH LIÊM Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 04/11/1980 Nơi sinh: Bạc Liêu Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử MSHV: 01408374 I - TÊN ĐỀ TÀI TÍNH TỐN CƠNG SUẤT GIẢI QUYẾT BÀI TỐN TẮT NGHẼN TRONG HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG II - NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG - Xây dựng qui trình cụ thể, mơ hình tốn học khoa học cho phương pháp điều chỉnh công suất Xác định mức cơng suất cần điều chỉnh thích hợp cho cell nghẽn cell lân cận Xây dựng phần mềm MobileCom2009 làm công cụ hỗ trợ cho việc tính tốn nhanh chóng, xác Ứng dụng phương pháp điều chỉnh công suất để chống nghẽn cho mạng Vinaphone III - NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/02/2009 IV - NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/07/2009 V - HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS ĐỖ HỒNG TUẤN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày tháng năm 2009 TRƯỞNG PHÒNG ĐT-SĐH TRƯỞNG KHOA QL CHUYÊN NGÀNH LỜI CẢM ƠN Tôi chân thành cảm ơn thầy TS Đỗ Hồng Tuấn tận tình hướng dẫn, tạo điều thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Tơi chân thành cảm ơn quý thầy cô Khoa Điện-Điện tử trường Đại học Bách khoa Tp.HCM, người truyền đạt kiến thức, định hướng nghiên cứu khoa học suốt khóa học Cuối xin cảm ơn gia đình bạn bè giúp đỡ, động viên tơi suốt trình học tập nghiên cứu Xin trân trọng ghi nhớ Dương Thanh Liêm [ \ MỤC LỤC Chương 1: Giới thiệu Tóm tắt 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Phạm vi nghiên cứu 1.3 Lý chọn đề tài 1.4 Bố cục luận văn Chương 2: Tính tốn mạng thơng tin di động Cellular 2.1 Lý thuyết lưu lượng định cỡ kênh 2.2.1 Lưu lượng kênh vô tuyến đường trục 2.1.2 Cấp độ dịch vụ - GoS (Grade of Service) 2.1.3 Hiệu suất sử dụng trung kế (đường trục) 11 2.2 Tính tốn truyền sóng thơng tin di động Cellular 11 2.2.1 Tổn hao đường truyền sóng vơ tuyến .11 2.2.1.1 Tính tốn lý thuyết .12 2.2.1.2 Các mơ hình lan truyền sóng thơng tin di động 16 2.2.2 Vấn đề Fading 19 2.2.3 Ảnh hưởng nhiễu C/I C/A .21 2.2.3.1 Nhiễu đồng kênh C/I 21 2.2.3.2 Nhiễu kênh lân cận C/A .23 2.2.3.3 Một số biện pháp khắc phục 24 2.3 Tính tốn quỹ đường truyền cho hệ thống GSM .26 2.3.1 Tính tốn suy hao đường truyền tối đa cho phép 26 2.3.1.1 Tính tốn độ tăng ích Anten .26 i 2.3.1.2 Tính tốn cơng suất xạ đẳng hướng tổng EIRP 28 2.3.1.3 Tính tốn độ tăng ích máy thu .32 2.3.1.4 Tính tốn độ tăng ích hệ thống 34 2.3.1.5 Tính tốn độ dự trữ fading 34 2.3.1.6 Suy hao đường truyền cực đại cho phép 36 2.3.2 Tính tốn vùng phủ sóng theo mơ hình Okumura-Hata 37 2.4 Qui hoạch tần số 38 2.4.1 Tái sử dụng lại tần số 38 2.4.2 Các mẫu tái sử dụng tần số 41 2.4.2.1 Mẫu tái sử dụng tần số 3/9 42 2.4.2.2 Mẫu tái sử dụng tần số 4/12 44 2.4.2.3 Mẫu tái sử dụng tần số 7/21 45 2.5 Kết luận 48 Chương 3: Một số chế độ hoạt động thuê bao di động 3.1 Quá trình chọn Cell .49 3.1.1 Thủ tục chọn cell 49 3.1.1.1 No SIM-Stored BA List .49 3.1.1.2 SIM-Stored BA List .50 3.1.2 Tính tốn chọn cell 50 3.1.2.1 Các thông số ảnh hưởng đến chọn cell 50 3.1.2.2 Thông số chọn cell C1 51 3.1.2.3 Thông số chọn cell C2 53 3.2 Quá trình chuyển giao .58 3.2.1 Khởi tạo thủ tục Handover 58 3.2.2 Tính tốn Handover 61 3.3 Kết luận 66 ii Chương 4: Một số phương phát giải tắc nghẽn điều chỉnh công suất 4.1 Định vị cell nghẽn (Hotspot) .67 4.2 Phương pháp điều chỉnh công suất cell Hotspot trạm lân cận 67 4.2.1 Lưu đồ tính toán 68 4.2.2 Tính tốn cell Hotspot 70 4.2.2.1 Tính toán lưu lượng vùng phủ ước lượng cell Hotspot 70 4.2.2.2 Tính tốn cơng suất cell Hotspot 74 4.2.3 Tính tốn cell lân cận 76 4.2.3.1 Tính tốn lưu lượng cell lân cận 76 4.2.3.2 Tính tốn cơng suất cell lân cận 79 4.2.4 Tính tốn nhiễu đồng kênh C/I 81 4.3 Phương pháp cell Hotspot kết hợp trạm lưu động 82 4.4 Phương pháp điều chỉnh công suất cell Hotspot kết hợp trạm lưu động (Spliting cell) .85 4.5 Phương pháp điều chỉnh công suất cell Hotspot cell lân cận kết hợp trạm lưu động .90 4.6 Phương pháp điều chỉnh công suất cell Hotspot cell lân cận kết hợp trạm lưu động (Spliting cell) .90 4.7 Kết luận 91 Chương : Minh họa công tác giải tắc nghẽn điều chỉnh công suất mạng Vinaphone 5.1 Thông số mạng thực tế 92 5.2 Thực điều chỉnh công suất 97 5.2.1 Tính tốn lưu lượng vùng phủ ước lượng cell bị nghẽn 97 5.2.2 Tính tốn lưu lượng vùng phủ ước lượng cell lân cận 105 5.2.3 Tính tốn nhiễu đồng kênh C/I .115 5.2.4 Tính tốn chọn Cell 116 iii 5.2.5 Tính tốn Handover 119 5.2.6 Kết nhận qua mô thực tế 120 5.3 Kết luận hướng phát triển 127 Mục lục i Danh mục iv Phụ lục v Tài liệu tham khảo viii Sơ yếu lý lịch xi iv [ \ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2-1: Lưu lượng: Muốn truyền, truyền, nghẽn .9 Hình 2-2: Xác suất nghẽn GoS 10 Hình 2-3: Truyền sóng trường hợp coi mặt đất phẳng 13 Hình 2-4: Vật chắn tầm nhìn thẳng 14 Hình 2-5: Biểu đồ cường độ trường OKUMURA 15 Hình 2-6: Shaddowing 20 Hình 2-7: Fading Rayleigh 20 Hình 2-8: Tỷ số nhiễu đồng kênh C/I 22 Hình 2-9: Ví dụ lập kế hoạch tần số không nhảy tần 25 Hình 2-10: Ví dụ lập kế hoạch tần số dùng nhảy tần tổng hợp SFH Vinaphone 25 Hình 2-11: Anten đẳng hướng 26 Hình 2-12: Anten dipole nửa bước sóng 27 Hình 2-13: Búp sóng Anten thực tế (Practical antenna) .27 Hình 2-14: Búp sóng 27 Hình 2-15: Suy hao Phiđơ Connector 29 Hình 2-16: Bộ tách ghép Combiner 30 Hình 2-17 : Phân tập không gian 33 Hình 2-18: Xác xuất vị trí thu tín hiệu MS vùng phủ cell 35 Hình 2-19: Mảng mẫu gồm cells 39 Hình 2-20: Khoảng cách tái sử dụng tần số 40 Hình 2-21: Sơ đồ tính C/I 40 Hình 2-22: Mẫu tái sử dụng lại tần số 3/9 43 Hình 2-23: Mẫu tái sử dụng lại tần số 4/12 45 Hình 2-24: Mẫu tái sử dụng tần số 7/21 .47 Hình 3-1: Macrocell Microcell 56 Hình 3-2: Handover 58 Hình 3-3: Khởi tạo thủ tục Handover 58 Hình 3-4: Quyết định chuyển giao_Handover Decision 60 iv Hình 3-5: Qui trình xử lý handover 61 Hình 3-6: Các thơng số dẫn tới handover 62 Hình 3-7: Handover margin 64 Hình 3-8: Ví dụ tính tốn handover 65 Hình 4-1: Mơ hình tính toán .68 Hình 4-2: Cluster có cell 70 Hình 4-3: Phân bố tần số thêm cho cell nghẽn 83 Hình 4-4: Mơ hình Hostpot kết hợp trạm lưu động 84 Hình 4-5: Cell Hostpot giảm công suất phát 1/3 86 Hình 4-6: Cell Hostpot kết hợp trạm lưu động (Spliting cell) 86 Hình 4-7: MS lấy sóng cell nghẽn .87 Hình 4-8: MS lấy sóng trạm lưu động 88 Hình 4-9: MS lấy sóng trạm lưu động 89 Hình 4-10: Cell Hostpot cell lân cận kết hợp trạm lưu động 90 Hình 4-11: Cell Hostpot trạm lân cận kết hợp trạm lưu động 91 Hình 5-1: Cơng cụ tính tốn vùng phủ sóng theo mơ hình Okumura-Hata cho cell Xuan-Thanh1_DNI .96 Hình 5-2: Cơng cụ tính tốn vùng phủ sóng theo mơ hình Okumura-Hata cho cell Xuan-Thanh1_DNI .97 Hình 5-3: Cơng cụ tính tốn cơng suất dự báo cho cell Xuan-Thanh1_DNI 104 Hình 5-4: Bản đồ khu vực Bàu Sen Xuân Tân 106 Hình 5-5: Vùng phủ mô cell Xuan-Thanh1_DNI cell Xuan-Lap2_DNI 106 Hình 5-6: Cơng cụ tính tốn vùng phủ sóng cell lân cận theo mơ hình Okumura-Hata 110 Hình 5-7: Cơng cụ tính tốn cơng suất dự báo cell Xuan-Lap2_DNI 114 Hình 5-8: MS chọn cell Xuan-Thanh1_DNI 117 Hình 5-9: MS chọn cell Xuan-Lap2_DNI 118 Hình 5-10: MS chọn cell Xuan-Lap2_DNI (Sau điều chỉnh công suất) 119 v ... Chương TÍNH TỐN MẠNG THƠNG TIN DI ĐỘNG CELLULAR Tính Tốn Cơng Suất Giải Quyết Bài Tốn Tắt Nghẽn Trong Hệ Thống Thơng Tin Di Động GVHD: TS Đỗ Hồng Tuấn Như biết vấn đề truyền sóng thơng tin di động. .. lượng hệ thống thông tin vô tuyến Chương 19 HVTH: Dương Thanh Liêm Tính Tốn Cơng Suất Giải Quyết Bài Tốn Tắt Nghẽn Trong Hệ Thống Thông Tin Di Động GVHD: TS Đỗ Hồng Tuấn Fading chuẩn Loga: trạm di. .. động (450÷2200 MHz) Chương 18 HVTH: Dương Thanh Liêm Tính Tốn Cơng Suất Giải Quyết Bài Tốn Tắt Nghẽn Trong Hệ Thống Thông Tin Di Động GVHD: TS Đỗ Hồng Tuấn 2.2.2 Vấn đề Fading Chất lượng hệ thống