Nghiên cứu giải pháp dùng chung hạ tầng trạm cột thông tin di động bts trên địa bàn tỉnh hải dương (tt)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - Lê Thái Sơn NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP DÙNG CHUNG HẠ TẦNG TRẠM/CỘT THÔNG TIN DI ĐỘNG (BTS) TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH HẢI DƯƠNG Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60.52.70 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2013 Luận văn hồn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Minh Dân Phản biện 1: …………………………………………………………………………… Phản biện 2: ………………………………………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng MỞ ĐẦU Phát triển trạm thu, phát sóng thơng tin di động BTS nhu cầu doanh nghiệp viễn thông nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ ngày đòi hỏi cao Tuy nhiên, việc phát triển đồng loạt dẫn đến không theo quy hoạch, số vị trí chưa phát triển dễ dàng hơn, vị trí mà doanh nghiệp khác phát triển khó khăn Bài tốn đặt doanh nghiệp phải dùng chung hạ tầng với nhau, chia sẻ cho lợi ích chung Tuy nhiên có thuận lợi khó khăn triển khai nội dung Một số thuận lợi việc dùng chung hạ tầng trạm thu, phát sóng thơng tin di động: Chia sẻ hạ tầng để “giảm rủi ro, tăng hiệu quả" Doanh nghiệp (DN) cung cấp dịch vụ di động dùng chung BTS khơng bảo đảm an tồn cho người dân, mỹ quan cho thị mà cịn góp phần không nhỏ thực tiết kiệm nguồn lực cho DN đồng thời giảm khiếu kiện người dân liên quan đến việc dựng cột BTS Để bảo đảm an tồn, cảnh quan thị Một số khó khăn việc dùng chung hạ tầng trạm thu, phát sóng thông tin di động: Việc chủ động việc phát triển hạ tầng doanh nghiệp bị hạn chế cần phải đợi doanh nghiệp khác có nhu cầu sử dụng vị trí hay khơng Khi treo nhiều thiết bị phát sóng BTS nhiều doanh nghiệp cột dẫn tới việc tranh giành vị trí treo cao để thuận lợi vùng phủ sóng đơn vị mình, tất nhiên ứng với vị trí treo có mức giá khác tùy thuộc vào vị trí ưu tiên… Tuy việc dùng chung hạ tầng có chủ trương triển khai, đến chưa có khung giá thuê Đó nguyên dẫn đến trường hợp nâng giá thuê, tranh chấp rút thiếu phối hợp Đặc biệt với DN nhỏ thuê lại hạ tầng, họ chịu lép vế đàm phán giá tính tốn giá th khơng hợp lý, họ lại quay trở lại tự đầu tư xây dựng hạ tầng riêng mình, lần lại gây lãng phí, ảnh hưởng đến mỹ quan thị Mỗi trạm phát sóng BTS có đặc tính kỹ thuật, vị trí, độ cao trạm thường doanh nghiệp sở hữu tự quy định Các doanh nghiệp khác thường khó tác động nên việc sở hữu chung khó thể xảy Nội dung luận văn gồm chương: Chương I: Hiện trạng hạ tầng trạm BTS Chương 1, luận văn đưa số khái niệm liên quan đến trạm thu, phát sóng thơng tin di động (BTS), khái quát trạng hạ tầng trạm BTS địa bàn tỉnh Hải Dương Phân tích tồn tại/hạn chế việc phát triển trạm BTS nay, yếu tố tích cực thúc đẩy nhanh q trình dùng chung hạ tầng nói chung, hệ thống trạm/cột BTS nói riêng thời gian tới hạn chế làm cản trở trình dùng chung hạ tầng, từ xác định nguyên nhân giải pháp cho nguyên nhân Chương II: Lựa chọn phương án dùng chung hạ tầng Chương 2, luận văn đưa nguyên tắc chung việc dùng chung trạm BTS sở xác định vùng phủ (bán kính R), xác định dung lượng phục vụ trạm BTS Chương đưa phương án quy hoạch cell (mỗi cell trạm BTS), có phân tích đối tượng liên quan ảnh hưởng đến việc quy hoạch trạm BTS Trong xây dựng trạm BTS dựa vào mật độ dân số diện tích phục vụ Trên sở dự báo xu hướng phát triển nhu cầu sử dụng điện thoại dịch vụ kèm theo địa bàn tỉnh Hải Dương đưa phương hướng phát triển huyện, thị xã, thành phố địa bàn Việc lựa chọn phương án xây dựng hạ tầng dùng chung đề cập đến như: thành lập doanh nghiệp; doanh nghiệp đầu tư xây dựng sử dụng chung hạ tầng; tỉnh đầu tư xây dựng Mỗi phương án có ưu điểm hạn chế định, qua có lựa chọn thích hợp Cuối cùng, chương đưa số lựa chọn việc phân chia trạm BTS theo vùng khác nhằm vừa đảm bảo chất lượng phục vụ số lượng trạm BTS cho đảm bảo lợi ích kinh tế phát triển hạ tầng doanh nghiệp Chương III: Đề xuất quy trình triển khai cấp phép hạ tầng dùng chung Chương 3, luận văn đề cập đến quy trình triển khai cấp phép xây dựng trạm BTS triển khai xây dựng, bước để doanh nghiệp thực Bên cạnh đó, chương nêu lên thuận lợi khó khăn việc dùng chung hạ tầng trình phát triển hạ tầng để cung cấp dịch vụ cho khách hàng Điều giúp cho doanh nghiệp xác định vấn đề gặp phải, xác định đâu thuận lợi để phát huy, đâu khó khăn cần phải khắc phục nhằm có hướng giải tốt triển khai Kết luận hướng phát triển đề tài Đề tài đánh giá nội dung làm được, hạn chế mà đề tài chưa cập đến chí phạm vi nghiên cứu đề tài chưa rộng phủ đến nội dung Từ xác định hướng nghiên cứu đề tài sau muốn phát triển lên cao CHƯƠNG I: HIỆN TRẠNG HẠ TẦNG TRẠM BTS I Khái niệm - Trạm thu phát gốc BTS Bao gồm thiết bị thu phát, anten xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vơ tuyến Một phận quan trọng BTS TRAU (Transcoder and rate adapterunit): Khối chuyển đổi mã thích ứng tốc độ TRAU thiết bị mà trình mã hóa giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM tiến hành, TRAU phận BTS, đặt cách xa BTS chí nhiều trường hợp đặt BSC MSC - Bộ điều khiển trạm gốc BSC Có nhiệm vụ quản lý tất giao diện vơ tuyến thông qua lệnh điều khiển từ BTS MS, chủ yếu lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến quản lý chuyển giao Một BSC trung bình quản lý tới vài chục BTS phụ thuộc vào lưu lượng BTS - Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động MSC Tổng đài di động MSC thực chức chuyển mạch cho thuê bao di động thông qua trường chuyển mạch MSC quản lí việc thiết lập gọi, điều khiển cập nhật vị trí thủ tục chuyển giao MSC Việc cập nhật vị trí thuê bao cho phép tổng đài di động MSC nhận biết vị trí thuê bao di động trình tìm gọi trạm di động MS MSC có tất chức tổng đài cố định tìm đường, định tuyến, báo hiệu,… Điều khác biệt tổng đài mạng cố định ( PSTN, ISDN, …) MSC MSC thực xử lý cho thuê bao di động, thực chuyển vùng cell - Khối thích ứng chuyển đổi mã (TRAU-Transcode/Rate Adapter Unit) TRAU thiết bị mà q trình mã hố giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM tiến hành, thực thích ứng tốc độ trường hợp truyền số liệu TRAU phận BTS, đặt cách xa BTS chí cịn đặt BSC MSC - Cell (tế bào hay ô) Cell đơn vị sở mạng, trạm di động MS tiến hành trao đổi thông tin với mạng qua trạm thu phát gốc BTS BTS trao đổi thông tin qua sóng vơ tuyến với tất trạm di động MS có mặt Cell - Phân hệ trạm gốc (BSS - Base Station Subsystem) BSS giao diện trực tiếp với trạm di động MS thiết bị BTS thông qua giao diện vô tuyến Mặt khác BSS thực giao diện với tổng đài phân hệ chuyển mạch SS Tóm lại, BSS thực đấu nối MS với tổng đài nhờ đấu nối người sử dụng trạm di động với người sử dụng viễn thông khác BSS phải điều khiển, đấu nối với phân hệ vận hành bảo dưỡng OSS - Quản lý thuê bao: Bao gồm hoạt động quản lý đăng ký thuê bao Nhiệm vụ nhập xoá thuê bao khỏi mạng Đăng ký thuê bao phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ tính bổ sung Nhà khai thác thâm nhập thơng số nói Một nhiệm vụ quan trọng khác khai thác tính cước gọi gửi đến thuê bao Khi HLR, SIM-Card đóng vai trị phận quản lý thuê bao - Quản lý thiết bị di động: Quản lý thiết bị di động đăng ký nhận dạng thiết bị EIR thực EIR lưu trữ toàn liệu liên quan đến trạm di động MS EIR nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra tính hợp lệ thiết bị Trong hệ thống GSM EIR coi thuộc phân hệ chuyển mạch NSS II Hiện trạng trạm BTS địa bàn tỉnh Hiện trạng theo công nghệ - Công nghê 2G: Vinaphone, Viettel, Mobifone trạng hạ tầng mạng phát triển tương đối hoàn thiện: bán kính phục vụ bình qn trạm thu phát sóng khoảng 1,4 ÷ 2,2 km/trạm Vietnamobile, Gmobile, S-fone: số lượng thuê bao hạn chế chủ yếu tập trung khu vực cac phường, thị trấn trung tâm cac huyện; nên cac doanh nghiệp chủ yếu tập trung phat triển hạ tầng; bán kính phục vụ bình qn trạm thu phát sóng khu vực nơng thơn khoảng 3,4 ÷ 6,7 km/trạm - Cơng nghê 3G: Đang trình triển khai xây dựng cung cấp dịch vụ Hiện địa bàn tỉnh có 520 trạm thu phát sóng 3G, chủ yếu xây dựng lắp đặt khu vực phường thành phố/thị xã, trung tâm huyện số khu vực nơng thơn Hầu hết trạm thu phát sóng 3G xây dựng, lắp đặt sở sử dụng chung sở hạ tầng với hạ tầng trạm 2G Hiện trạng theo doanh nghiệp Mạng Vinaphone: có 189 vị trí trạm thu phat sóng di động, ban kính phuc vu binh quân 2,12 km/trạm Mạng Mobifone: có 169 vị trí trạm thu phat sóng di động, ban kính phuc vu binh quân 2,24 km/trạm Mạng Viettel: có 405 vị trí trạm thu phat sóng di động, ban kính phuc vu binh quân1,45 km/trạm Mạng Gmobile: 55 vị trí trạm thu phat sóng di động, ban kính phuc vu binh quân 3,93 km/trạm Mạng S-fone: 19 vị trí trạm thu phat sóng di động, ban kính phuc vu binh quân 6,69 km/trạm Mạng Vietnamobile: 71 vị trí trạm thu phat sóng di động, ban kính phuc vu binh quân 3,46 km/trạm Vinaphone, Mobifone, Viettel trạng hạ tầng mạng phát triển tương đối hoàn thiện: khu vực thành phố Hải Dương bán kính phục vụ bình qn trạm BTS khoảng 0,9 ÷ 1,2 km; khu vực huyện, thị xã bán kính phục vụ bình qn từ 1,6 ÷ 2,9 km; đảm bảo phủ sóng tới khu vực dân cư Nhu cầu phát triển hạ tầng mạng giai đoạn tới chủ yếu nhằm mục đích phát triển mạng 3G nâng cao chất lượng mạng lưới S-fone, Vietnamobile, Gmobile…đang trình xây dựng, phát triển hạ tầng mạng Do số lượng thuê bao hạn chế chủ yếu tập trung khu vực thành phố, thị xa, thị trấn, trung tâm huyện; nên doanh nghiệp chủ yếu tập trung phát triển hạ tầng khu vực này; khu vực nông thôn hạ tầng chưa phát triển rộng khắp; bán kính phục vụ bình qn trạm BTS khoảng 3,1 ÷ 7km Nhu cầu phát triển hạ tầng doanh nghiệp giai đoạn tới chủ yếu nhằm mục đích mở rộng vùng phủ sóng, nâng cao chất lượng dịch vụ Hiện trạng sử dụng chung hạ tầng trạm/cột BTS - Vinaphone có 54 vị trí trạm chiếm tỷ lệ 29% tổng số vi trí trạm BTS doanh nghiệp xây dựng tỉnh - Mobifone có 49 vị trí trạm chiếm tỷ lệ 29% tổng số vi trí trạm BTS doanh nghiệp xây dựng tỉnh - S-fone có 10 trạm chiếm tỷ lệ 59% tổng số vị trí trạm BTS doanh nghiệp - Vietnamobile có vị trí trạm chiếm tỷ lệ 3% tổng số vị trí trạm BTS doanh nghiệp - Viettel Gmobile chưa sử dụng chung sở hạ tầng với doanh nghiệp khác Tỷ lệ sử dụng chung sở hạ tầng mạng thông tin di động doanh nghiệp khác với đạt khoảng 14% III Phân tích số tồn việc phát triển trạm BTS Trên thực tế, câu hỏi đặt là: Số lượng trạm BTS phân bổ cho địa phương có hạn, nhà đầu tư trước chiếm vị trí trước cịn nhà đầu tư đến sau nào? Để đảm bảo tối ưu hóa mạng tổ ong phát sóng, trạm BTS giáp ranh địa phương phân bổ nào? Với nhu cầu đảm bảo phục vụ lượng thuê bao di động ngày tăng nhanh chóng việc ứng dụng công nghệ di động hệ 3G, 4G lượng trạm BTS phân bổ có đủ không ? Trong thời gian tới, theo chủ trương Nhà nước xu hướng phát triển tất yếu, số lượng nhà mạng phép thiết lập hạ tầng mạng khơng tăng, chí có xu hướng giảm dần để đạt tiêu lý tưởng đến nhà mạng thiết lập hạ tầng năm 2020 Các nhà cung cấp dịch di động tham gia vào thị trường không cấp giấy phép thiết lập hạ tầng mạng truy nhập vô tuyến mà phải hợp tác sử dụng hạ tầng truy nhập vơ tuyến sẵn có nhà mạng trước để cung cấp, kinh doanh dịch vụ Do đó, phát triển trạm BTS cần ưu tiên vị trí xây dựng cho nhà mạng chưa triển khai khu vực thu phát sóng để đảm bảo mạng thơng tin di động có tối thiểu 01 cơng trình trạm BTS Đồng thời, cho phép việc san sẻ linh hoạt khu vực thu phát sóng sát số lượng trạm BTS, nhằm đảm bảo hiệu sử dụng vị trí chất lượng phủ sóng IV Kết luận chương Chương 1, luận văn đưa số khái niệm liên quan đến trạm thu, phát sóng thơng tin di động (BTS), khái qt trạng hạ tầng trạm BTS địa bàn tỉnh Hải Dương Những tồn tại/hạn chế việc phát triển trạm BTS đánh giá cách khách quan trung thực, yếu tố tích cực thúc đẩy nhanh q trình dùng chung hạ tầng nói chung, hệ thống trạm/cột BTS nói riêng thời gian tới hạn chế làm cản trở trình dùng chung hạ tầng, từ xác định nguyên nhân giải pháp cho nguyên nhân CHƯƠNG II: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN DÙNG CHUNG HẠ TẦNG I Phân tích nguyên tắc dùng chung trạm BTS Xác định vùng phủ (bán kính R) trạm BTS Xác định vùng phủ xác định vị trí tối ưu lắp đặt BTS để vùng phủ sóng tốt theo nhu cầu trình lập kế hoạch Đặc biệt trường hợp quỹ hạ tầng cho lắp đặt BTS khó khăn Đối với mạng lưới giới hạn dung lượng, cần xem xét yêu cầu dung lượng Sử dụng phần mềm để thiết kế vùng phủ với thông tin đầu vào đồ số địa hình, địa vật, mơ hình truyền sóng Bên cạnh đó, thiết lập tham số như: tần số, loại cell macro hay micro, độ cao an ten…Vùng phủ lý thuyết xây dựng dựa đồ mơ hình truyền sóng, nên độ xác so với thực tế phụ thuộc vào tham số đầu vào Xác định dung lượng phục vụ trạm BTS Trong trình phát triển mạng, tăng cường dung lượng mạng nhu cầu cấp thiết Tuy nhiên, cần xác định dung lượng cần tăng để phù hợp với giai đoạn phát triển mạng phù hợp với yêu cầu mặt kỹ thuật kinh tế Lưu lượng kênh vô tuyến đường trục Trong lĩnh vực giao thông vận tải, đường trục nhiều xe cộ đến nơi Hiệu sử dụng đường trục lớn nhiều so với đường cụt (chỉ nối với xã vùng sâu chẳng hạn) Nếu liên lạc vô tuyến kênh vơ tuyến dành riêng PRM (Private Mobile Radio), phần lớn thời gian kênh vơ tuyến khơng sử dụng Tài nguyên kênh vô tuyến hạn chế, nên phải quản lý phạm vi quốc gia quốc tế Từ đó, xu hướng kênh vơ tuyến đường trục dùng chung Hệ thống thông tin di động cellular áp dụng kênh vô tuyến đường trục: Mỗi BTS có số kênh vơ tuyến dùng chung cho nhiều người Tỷ lệ người dùng số kênh dùng chung cao hiệu sử dụng đường trục cao Hiệu suất sử dụng phổ tần số lại cao tần số mà dùng lại nhiều lần cell cách xa Trong hệ thống viễn thông, lưu lượng tin tức truyền dẫn qua kênh thông tin Lưu lượng th bao tính theo cơng thức: A= C *t 3600 Trong đó: C : số gọi trung bình một thuê bao t : thời gian trung bình cho gọi A : lưu lượng thơng tin th bao (tính Erlang) Theo số liệu thống kê điển hình thì: C = : trung bình người có gọi t = 120s : thời gian trung bình cho gọi phút ⇒A= * 120 ≈ 33 mErlang/người sử dụng 3600 Như vậy, để phục vụ cho 1000 thuê bao ta cần lưu lượng 33 Erlang Cấp độ dịch vụ - GoS (Grade of Service) Nếu kênh bị chiếm tồn thời gian, kênh đạt dung lượng cực đại Erl Vì người sử dụng truy cập kênh vô tuyến theo kiểu ngẫu nhên, nên tránh khỏi khoảng thời gian để trống kênh vơ tuyến đó, kênh vơ tuyến không đạt dung lượng lý tưởng (1 Erl) Khi số người dùng tăng lên, số gọi qua kênh tăng, nên thơng lượng tăng lên.Có thể xảy tình nhiều người dùng đồng thời truy cập kênh vơ tuyến, có người dùng kênh, người khác bị tắc nghẽn Hình 01 Lưu lượng: Muốn truyền, truyền, nghẽn Lưu lượng muốn truyền = Lưu lượng truyền + Lưu lượng nghẽn Offered Traffic = Carried Traffic + Blocked Traffic Để kênh đường trục có chất lượng phục vụ cao xác suất nghẽn phải thấp Vậy nên số người dùng phải bị giới hạn, tức lưu lượng muốn truyền phải giữ dung lượng kênh Nếu chấp nhận cấp phục vụ thấp hơn, tức xác suất nghẽn lớn hơn, tương ứng tăng dung lượng muốn truyền (tăng số người dùng) GoS nghĩa với xác suất nghẽn: Lưu lượng muốn truyền: A (lưu lượng muốn truyền) Lưu lượng bị nghẽn : A*GoS (lưu lượng đi) Lưu lượng truyền : A*(1 - GoS) (lưu lượng phát ra) Theo thống kê cho thấy th bao cá nhân khơng nhận tắc nghẽn hệ thống mức 10% Tuy nhiên để mạng hoạt động với hiệu suất cao mạng cellular thường có GoS = % nghĩa tối đa 2% lưu lượng bị nghẽn, tối thiểu 98% lưu lượng truyền Mơ hình ERLANG B: Đây mơ hình hệ thống thơng tin hoạt động theo kiểu tiêu hao Thuê bao không gọi lại gọi không thành Đồng thời giả thiết rằng: Xác suất gọi phân bố theo luật ngẫu nhiên Poisson, số người dùng lớn so với số kênh dùng chung, khơng có kênh dự trữ dùng riêng, gọi bị nghẽn không gọi lại Hình 02 Xác suất nghẽn GoS Mơ hình Erlang B mơ hình thích hợp cho mạng GSM Từ cơng thức tốn học, người ta lập bảng Erlang B cho tiện dụng (phần Phụ lục) Ta tính tốn khả phục vụ trung bình trạm thu, phát BTS theo cấu hình áp dụng Giả thiết đặt ra: - Lưu lượng thuê bao di động: 0,025 Erlang (lưu lượng th bao bận; theo tính tốn tối ưu thiết kế mạng lưới) - Cấp độ phục vụ: GoS = 2% (98% lưu lượng truyền đi, khoảng 2% lưu lượng bị nghẽn) - Mạng sử dụng để tính dung lượng: GSM Xác định dung lượng phục vụ loại trạm BTS: *.Với cấu hình 2/2/2: Một sector có 02 thu phát (TRX) Số khe thời gian (TS): * = 16 (TS) Thông thường cell có phân bổ sau: TS cho kênh BCCH, TS cho kênh SDCCH (có thể (với Nokia số kênh SDCCH