Hệ thống mạch vòng vô tuyến nội hạt wll

ĐẠI HOC Q U Ố C GIA HA NỌI KHOA CƠNG NGHỆ TRẦN THIỆN HỒNG HẸ■ THONG MẠCH VONG ■ v ô TUYẾN NỘI HẠT WLL ■ ■ CHUYÊN NGÀNH : ĐỈỆN TỬ - VIỄN THÔNG MÃ SỐ : 20700 LUẬN VĂN THẠC s ĩ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : GS TS PHAN ANH V - L ô / SU HÀ NỘI - 2002 MỤC LỤC CHƯƠNG I - CÁC PHƯƠNG THỨC ĐA THÂM NHẬP VÔ TUYÊN 1.1 Mở đầu 1.2 Đa thâm nhập phân chia theo tần sô FDMA 1.2.1 Nguyên l ý 1.2.2 Nhiễu giao thoa kênh lân cận .9 1.3 Đa thâm nhập phân chia theo thời gianTDMA 11 1.3.1 Nguyên lý T D M A 11 1.3.2 Tạo c ụ m 11 1.3.3 Thu c ụ m 13 1.3.4 Đổng 15 1.4 Đa thâm nhập phân chia theo mã CDMA 17 1.4.1 C D M A theo chuỗi trực tiếp (DS-CDMA) 17 1.4.2 CD M A theo chuỗi nhẩy tần (FH -CD M A ) 32 CHƯƠNG II - THƯ PHÁT TRONG HỆ THỐNG CDMA 2.1 T quan 36 2.2 Thủ tục phát/thu tín hiệu 36 2.3 K ênh CDM A kênh C D M A băng rộng (W -C D M A ) đường xu ống 37 2.3.1 Kênh pilot 38 2.3.2 Kênh b ộ 38 2.3.3 Kènh tìm gọi 40 2.3.4 Kênh lưu lượng 41 2.3.5 Bộ điểu ch ế 44 2.4 K ênh CDM A đường 46 2.4.1 Kênh truy n h ậ p 46 2.4.2 Kênh lưu lượng 48 2.5 K hoảng cách kênh độ lệch tần sỏ 52 2.6 Điều khiển công suất C D M A 55 2.7 Các tham số điều ch ế 59 2.7.1 Mã hoá xo ắ n 60 2.7.2 Lặp bít 61 2.7.3 Ghép xen k hối 62 2.7.4 Ngẫu nhiên h o 62 2.7.5 Các mã trực giao 63 2.7.6 Điéu chế trực giao 63 2.7.7 Các mã dài 64 2.7.8 Trải phổ trực tiếp 65 2.7.9 Lọc bans tần sở 65 2.7.10 Đổng tín hiệu C D M A 66 2.8 Kết luận 66 CHƯƠNG III - TỔNG QUAN VỀ WLL 3.1 Đặt ván đề 68 3.2 Đặc điểm chung hệ thông W L L 69 3.2.1 Cấu hình hệ thống 69 3.2.2 Các giao diện 70 3.2.3 So sánh hệ thống W LL với hệ thống truyền th ống 78 CHƯƠNG IV - HỆ THỐNG MẠCH VÒNG VỔ TUYÊN NỘI HẠT ( DM A STAREX-800 PHẨN : B S C 81 4.1 Tổng quan 81 4.1.1 Khái q u t Tiêu chuẩn va đặc tính .83 4.2 Cáu trúc 85 4.2.1 Cấu hình mạng khối phán cứng 85 4.2.2 Câu hình phần m ề m : 87 4.3 Chức BSC hệ thống ST A R E X -800 89 4.3.1 Các chức nân lĩ liên quan đến xử lvC D M A 89 4.3.2 Giao tiếp mans V5.2 91 4.3.3 Chức liên quan tới vận hành báo d ưỡns 93 PHẦN : B T S .94 4.1 T q uan 94 4.1.1 Khái quát 94 4.1.2 Đặc tính hệ thống 95 4.2 Câu trúc 100 4.2.1 Cấu hình phần cứng 100 4.2.2 Cấu hình phần m ề m 108 4.3 Các chức B T S 110 4.3.1 Chức điều khiển gợi 10 4.3.2 Chức quản lý tài nguyên gọi 10 4.3.3 Chức nạp số liệu 110 4.3.4 Chức bảo dưỡng vận hà n h 111 4.3.5 Lỗi, xử lý cánh báo chức điều khiển 111 4.3.6 Chức kiểm tra 111 4.3.7 Chức kiểm tra tải 112 4.3.8 Chức thống kê đo lường 112 4.4 Kết luận 112 CH Ư Ơ M ; V - I II 11.1 LẠP HÊ THỐN vò t u y è h n ò i liại W L L 1 Chương Thiết lập hệ thông WI J, sử dụng STAREX800 cho ĐIỈOG Iỉà Nội có mà cịn bị giới hạn can nhiễu tổng Để đạt cực đại dung lượng, phải tối thiểu hố tổng cơng suất phát để giảm can nhiễu tổng Ngồi kênh có chất lượng phục vụ cao xác suất tắc nghẽn phải thấp nên số người dùng bị hạn chế, mạng cellular thường có GOS = 2% Dưới trình bày phương pháp tính dung lượng cực đại dải quạt đơn cell áp dung cho hệ thống ta Dung lượng cực Năng lượng bit Eb cần đạt mức cao mật độ nhiễu tổng thể lo để nhận bit truyền Năng lượng b i t : (5.3.1) : p cồng suất tín hiệu nhận anten trạm gốc (5.3.2) : N số người dùng w độ rộng băng tần kênh Từ (5.3.1) (5.3.2), ta : (5.3.3) (5.3.4) ỉ lệ thống mạch vịng vơ tuyến nội hạt W LL ií< i ị Ui ' / Da\ I I I I i'ỉ Iu/) h c ỉ h o ỉ i í Ị V\ L L MCthtỉiạ S I A R L X S U O ( K> 1)1 l ụ c J l l a /V(3/ iaCTLiaiìđunn hác nhất,• Dunu N hi ánl; hươne hoi lich cưc CT hro'n.L! o • *-• tiLMii! lỌCELP : O n a n co m 's Code Excited Linear Prediction ), tạp am nhiệt va nhicu / cell khác dó (5.3.4) trớ thành : )P A N, ir ỉruiiì-ỉ (hí : (5.3.5) p la hệ số truns bình tích cực tiếng \ tạp âm nhiệt Dung krone cực đại có thê đạt trons nhữns điều kiện cho vạy cỏnu suất p vo cùnơ lớn tạp nhiệt Sau biến đổi, ta : E -/V + / o o p \ R b IV R_ Eb I V ¥ \p( /V - ) IV (5.3.6) Dunii lượna cực đại vơ lớn, điều nàv tưrms ứns với mẫn số cua vẽ phài phươnn trình (5.3.6) tức : V f / o /' í I± 1p ( N W i (5.3.7) ha\ : II' \ i - R \ /V _ Eh J Lr A -ỉ () () y (5.3.8) Đe lính xác nữa, ta phải dưa vào hai thõni: số hiệu : thịne sỏ ki (lẽn SƯ k h o n g h o n háo c ủ a điêu khiển c ỏ n s suat \;a ihỏim so hịỏiì !hị can nhi ct Ị iỊÍữa dái quại tro ne BTS Vậy ta có : ( Hill \ /.//> / a ; t i l l i n g / u 1 ,ii d im V S I : ' ( ) ( lie D l ! ( ) ( , Í 1(1 ; \ ( > ! II - - - - - io - I \ t ! - , ° - bo chinh +Ị đỏ (1 bõ h ' h- h lý tư n ẹ ° (5.3.10) tỷ s ố N h i ễ u - ! - T p đ iể u VV/R t n g )2 Tín hiẻ u f ỉơ / \ ^0 + : í 7— ■ ố -! \ tr o n g (5.3.y I / /•, ị) :\ ' G t ă n ơe p h o ì ig ích ích k h iể n x dải cô n s n h iệ t suất lý quạt sai đ iể u hoa k h iể n c ô n ỉĩ suất p hang so = 0.1 In 10 Với ma Ihiết hộ thống ta : w = l 228.800 Hz R = 9.600 bps p = 0,4 o, = 2.5 í'= 0.65 h = 0.1 In 10 f y < N + í0) = f õ d B G„ = 2.4/3 (3 dái quạt 120 ) thi : K1y(N.1+ l l,)ll, ỉlthiní! = 7,22dB Vạ\ du; ILL lươn>2 cực : N = [( i ::%Ní)0i /V>.onn X ÍƯ~V- ' )| Ih ĩhi 7/: V 12.4/3] X ; ■/' ■ ■ i ■ ỉu \ I i: :h ti! u /./ I IS < ' i m ' , ! l i u í Ì Ú Ị ' ill- li l t 'l l ' ' w l í • ứ i ỉ i u i Ị i S l W R E X S i H i ị - h i i f ) l l ( H i H N ộ i \ í 1'0,4| X i / i 1+0,65 ] * 31 Tuy nhicn duim lirọìm thực tẽ' la : 31 x75% ~ 23 Néu oe >s = 2C( theo barm Erl anil B dunìĩ lượnu cực thực lé cho mỏi dài Ị i i ạt la 12.2f> Er lang Bảng 5.1 Thống ké phàn bở thuê bao STT Tên vùns Phàn bố thuê bao 45 9f Phân loại môi trường Ngoai ố < BHCA/ Thuê bao 1,40 ! Xuân Thủv Thượng Đình 30 % Đô thị 1,30 Hoa Lạc 25 °k Nôn tí thơn 1,35 _- ( lìa thiết : -Tý số E.ýỊ, đảm bảo theo điều kiện truvền sóim để FER dại cĩược Ì CA - Sị MS sector giống - Thời han trunso bình osoi 60s - ( n thiết tons số thuê bao 10.000 phán bố theo Bán a 5.1 T ăns ích dải quạt hố (3 dải) 2,4 ■ GOS la c/c M c sổ ch u yê n g ia o m ề m 1,4 (4 % th u ê bao đư ợc c h u y ể n s ia o m é m BTS) Tính tốn cho 17///" Xuân Thủy : ■ s thué hao : 10.000 X 45°/( = 4.500 - Duni! Iượne cán iruyền = (BHCA/Thuê bao) X (Số thuê bao) X (Lizth oọi/3.600) = i \ 4.500 X (60/3.600) = 105 Erlans = 0.02? Erlanu/thuẽ bao - Dune ỉượnc cán thiết kê cà chuyển giao = d u ns lượnII cán truvén X hệ so chi!ven Iiiao mém = 105 X 1,4 = 142 Erlans - So dái q u t can (m ỏi dài quạ t 12.26 E r l a n s ) : 142/1 2,2 = 1.5N dai quai ■ So ccỉi r n (mỏi cell dái q u t ) : 1.58/2,4 - cell III I ỉ II >! I n ỉti 1'í ỉ \ H i'.t'i: r.í'1 hi II 11 L I 119 í h ii\n r.: I h w t lụ p lie ihòhsỉ I M /./ M f t l i u i ^ X I ĂREXSíH) ch( I O l l i j i i H i t N ọ i Tiuh loan CÌ10 Yiuig T lu to n g Đ ìn h : Sơ - tim e hao : 0 0 X % = 0 Du n” lượn a cán truyền = (BHCA/Thuê hao) X (Sò thuê bao) X (tilth g ọ i / (>()()) - 1,3 X 0 X ( / 0 ) = 65 E r l a n g = E r l a n g / t h u é bao ■ Dune lượng ván thiết kể cá chuyến ciao = dung lượng cần truyèn X hè so chu vén mao = 65 X 1,4 = 91 ErlansO • J ‘ZD Số dải quạt cần (mỗi dái quạt 12,26 Erlang) : 91/12,26 = 7,4 dải quạt - Số cell cần (mỗi cell dải quạt) : 7,4/2,4 ~ cell Tinh toán cho vùng Hua Lạc : - Sô th u ê bao : 10.000 X 25% = 2.500 - Dung lượns cần truyền = (BHCA/Thuê bao) X (Sỗ thuc bao) X (tgtb g o i / 0 ) = 1,35 X 0 X ( / 0 ) = ,2 E r la n g = = 0.0225 Erlans/thuê bao - D u n s lượng vần thiết kể c huyển giao = dung lưựiiíỊ cán truyền X hệ số c h u y ế n giao m ề m - 56 ,2 X 1,4 = 78,7 E r l a n g - Số dài quạt cần (mỗi dải quạt 12,26 Erlang) : 78,75/12,26 = 6,4 dải quạt So cell cán (mỗi cell dải quạt) : 6,4/2,4 ^ cell Bản g 5.2 Tóm tắt kết qua tính tốn dung lượng Phân bố thuê bao 45 c/c Số thuê bao 4.500 Dune lượng (Erlang) 105,00 Duns lượng kể CG (Erlang) 142.00 Số cell cần Thượna Đình 30 cr 3.000 65.00 91,00 -) I lòa Lạc 25 % 2.500 56.25 78.75 Tên vùng Xuân Thủy 5.4 T í n h tốn c n g su ấ t p h t G i a t h iết (ch o v ù n g X u â n t h ủ y ) : 'ỈVmiu cónụ suất thu MS (Vmỉíì Nit thu tai MS : //(' n iiích \ ịny vị tiiw r n ộ i lull : P R = - 95 dBm kênh lưu lượn li : Per = - 105 dBm kênh pilot :p - - ! 00 dBm u 120 i ' l i i f i I'll;.: \ : T h i l l I 11 l i e th o u , s \ \ :L L Mf t i l i ng S l'A R L X S O O e lm D I I ( J ( i I h i / V í ’/ kênh nhắn tin : P Rpr = - IlOdBm kênh dồng : P Re = - 115 Số k ê n h vô tu vốn tron gG cell : N IIn,,, Ict / = 23 Hẹ số tích cực thoại : p = 0,5 Hẹ số táisử duns tần số : f = 0,65 Suy hao cáp lọc máv phát BS : L = 2,5 dB Suy hao cáp lọc máy thu MS : I = () dB J Tã nơ ích an ten phát BS : G - 1.2 dB T ăn c ích anten thu MS : g = dB Suy hao đườns truyền dBm : LD = 140 đB Pha đinh chuẩn lo sa : A = dB Tạp âm máy thu BS : N = dB Tạp ám máv thu MS : n = dB Tốc độ bít kênh lưu lượng hướng xuống : BT = 9.600 l oc độ bít kênh pilot hướng xuống : Bp = 19.200 bps Tốc độ bít kênh nhắn tin hướng xuống : Bp0 = 9.600 bps Tốc độ bít kênh hướiiíỉ xuốniĩ : Bp = 1.200 bps : w = 2 8 0 MHz Đô rô ns1 l u i u l.L ( I n t o n e : I lac! h i p III1 t h i my, w L i Sli limit ' S I ARLXH(H) t i h Ì >ll( >( I I I d AV’/ kênh 20 Mât đô tap nhiệt MS + 10 ■ ■I No = KTB = 10lg(290 X X I x ' ; + Nmax + 30 21 T ỷ số : 11 23 24 = PĨR - 10lgBRT - với kênh lưu lượng - lg [ ° 1lT + dB -7.14 dB 3.81 dB 7.92 dB Rp - e b/(N + Ip) - PpR — 10 lg B RP — với kênh pilot - lg [ °'1ip + c' No] RpG = Eb/(N + IpG) = Tín/(Tạp+ Nhiễu) đối " pPGR — 'lOlgBppe — với kênh nhắn tin - lg [ °-1 ,pG + ° No] T ỷ số : 30 ■• i T ín/(Tạp+ Nhiễu) đối T ỷ số : dB m /H z : RT = E B/(N + lT) = T ín /(T p + N h iễ u ) đối T ỷ số : -165.98 Rs = EB/(No + Is) = Tín/(Tạp+ Nhiễu) đối = pSR với kênh - lg [ °’1ls + OJNo] ”1 OÌQBrs - 5.4.2 H n g lên (MS - BS) B ả n g 5.4 K ế t q u a t í n h tố n h n g lè n c h o v ù n g X u â n T h ủ y s tt Các thõng sô Công suất thu kênh lưu Cỏn Kết + lg ( /f - ) i = lg [ °'1ilNT + dB m /H z + 11u0 ° 11OUTTJ1 Mật đỏ tap nhiệt tai BS n- = 10lg(290x1, x + Nmax H r liii’ii: I,-hit'll v ò n r õ ltiVt'11 Ill'll h ụ t u /./ + 30 - -6 10 - ) -168.98 dB m /H z !/ ; ( /ỉ!í< /; 'i ! UJP ill' l l i i - l i W'l ;i thông rin di ctộnạ sỏ Cellular, NXB Giáo dục Tổng cục BĐ - T o n s công ty BCVTVN (1998), CD M A - C sở rliâno till vô tu y e n , NXB Bưu điện T o n s cục BĐ - Tổnơ công tv BCVTVN (1998), CD M A - Nạnxèn lý íhơnẹ tin trải p h ổ , NXB Bưu điện Tổng cục BĐ - Tổnu côns ty BCVTVN (1^97), Vô tuyến chuyến tiếp, NXB Khoa học Kỹ thuật