Tính toán vùng phủ cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 lte (tt)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - ĐINH THẾ SƠN TÍNH TỐN VÙNG PHỦ CHO HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 4-LTE LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2013 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - ĐINH THẾ SƠN TÍNH TỐN VÙNG PHỦ CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 4-LTE Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 60.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS NGUYỄN PHẠM ANH DŨNG HÀ NỘI – 2013 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Tác giả luận văn ĐINH THẾ SƠN ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC HÌNH VẼ xi DANH MỤC BẢNG BIỂU xi LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LTE GIỚI THIỆU .2 1.1 Mục đích phƣơng pháp tiếp cận .5 1.2 Thế hệ 3GPP (LTE) định cỡ 1.2.1 Yêu cầu cho LTE 1.2.2 Công nghệ đa truy nhập 1.2.2.1 OFDMA DL 1.2.2.2 SC-FDMA cho UL 13 1.3 Khả mở rộng băng thông 14 1.4 Kiến trúc mạng LTE 14 1.5 Giao diện E-UTRAN 16 CHƢƠNG ĐỊNH CỠ MẠNG LTE .19 2.1 MỞ ĐẦU .19 2.1 CÁC MƠ HÌNH TỔN TRUYỀN SĨNG THỰC NGHIỆM CƠ SỞ 21 2.3 Mơ hình truyền sóng Okumura-Hata 22 2.3.2 2.4 Mơ hình truyền sóng Walsfisch-Ikegami .25 ĐỊNH CỠ MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 30 2.4.1 Các đầu vào cho định cỡ .30 2.4.2 Các đầu trình định cỡ mạng đa truy nhập .31 2.4.3 Quá trình định cỡ mạng đa truy nhập .32 2.5 ƢỚC TÍNH SỐ LƢỢNG THUÊ BAO .35 2.6 PHÂN TÍCH PHỦ SĨNG 38 iii 2.7 NHIỄU TRONG MẠNG ĐA TRUY NHẬP LTE 45 2.8 QUY HOẠCH TẦN SỐ 47 2.8.1 Các dải tần số đƣợc quy định cho 3G UMTS LTE 47 2.8.2 Phƣơng pháp quy hoạch tần số cho LTE 48 2.8.2.1 Nguyên lý sở 49 2.8.2.2 Phân tích thừa số tái sử dụng .51 2.8.2.3 Ấn định công suất SFR .53 2.9 NGHIÊN CỨU TÌNH HUỐNG CỤ THỂ (CASE STUDY) 53 2.9.1 Tính tốn tổn hao cực đại từ trạm gốc đến máy di động cự ly phủ sóng 53 2.9.2 Tính tốn tổn hao cực đại từ máy di động đến trạm gốc 59 2.9.3 Thí dụ minh họa so sánh tính tốn quỹ đƣờng truyền cho hệ thống thơng tin di động .61 CHƢƠNG 3- ĐỊNH CỠ LƢU LƢỢNG VÀ CÔNG CỤ ĐỊNH CỠ LTE .69 3.1 Qui hoạch lƣu lƣợng LTE 69 3.2 Tính tốn thơng lƣợng trung bình .70 3.3 Ƣớc lƣợng lƣu lƣợng yêu cầu yếu tố vƣợt .72 3.4 Phƣơng pháp cấu trúc .73 3.5 Định cỡ đầu vào 74 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT .87 KẾT LUẬN .87 KIẾN NGHỊ 87 THAM KHẢO 88 iv DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Nghĩa tiếng Việt Từ viết tắt 1G One Generation Cellular Hệ thống thông tin di động hệ thứ 2G Second Generation Cellular Hệ thống thông tin di động hệ thứ hai 3G Third Generation Cellular Hệ thống thông tin di động hệ thứ ba 4G Four Generation Cellular Hệ thống thông tin di động hệ thứ tƣ 3GPP Third Generation Partnership Project Dự án hợp tác hệ A ACK Acknowledgement Tín hiệu xác nhận AMC Adaptive Modulation and Coding Mã hóa điều chế tƣơng thích ARQ Automatic Repeat-reQuest Yêu cầu phát lại tự động B BBERF Bearer binding and event reporting function Chức thiết lập ràng buộc kênh mang báo cáo kiện BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BLER Block Error Rate Tỷ lệ lỗi khối BW Bandwidth Băng thông C CA Carrier Aggreation Kết hợp sóng mang CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã v CINR Carrier to Interference Noise Ratio Tỷ số sóng mang so với nhiễu CoMP Cooperative Multipoint Tx/Rx Phát nhận đa điểm phối hợp CRS Common Reference Symbols Tín hiệu tham chuẩn chung D DeNB Donor eNodeB Nút B phát triển dẫn DTCH Dedicated Traffic Channel Kênh lƣu lƣợng riêng DCS1800 Digital Cellular System 1800 Hệ thống di động tổ ong số 1800 DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng DL Dowcủa tài nguyên thành phần tài nguyên (RE), bao gồm sóng mang khoảng thời gian ký tự OFDM Một RB bao gồm 84 RE (tức x12) trƣờng hợp chiều dài CP thông thƣờng 72 RE (6x12) trƣờng hợp chiều dài CP mở rộng Bảng 3.2 quan hệ băng thơng kênh truyền số sóng mang Băng thông kênh truyền 1.4 10 15 20 Số khối tài nguyên 15 25 50 75 100 Số sóng mang yêu cầu 180 300 600 900 1200 72 Tốc độ (number of bits in a sub-frame) = 100RBs x 12 sub-carriers x slots x modulation symbols x bits = 100800 bits Do tốc độ liệu 100.8 Mbps Nếu sử dụng MIMO 4x4 tốc độ liệu 4x108.8=403 Mbps Nếu sử dụng mã hóa bảo vệ ¾ ta có tốc độ 0.75x403= 302 Mbps Để tính tốn cell throughput trƣớc tiên ta xét tốc độ bit đỉnh (peak bit rate) Tƣơng ứng với mức MCS (điều chế mã hóa) với có kết hợp MIMO 78 hay không tạo tốc độ bit đỉnh khác Tốc độ bit đỉnh đƣợc tính theo cơng thức sau: Tốc độ bit đỉnh= số lƣợng kí tự/slot số bit kí tự số RB 12 slot Đối với loại điều chế khác mang số bit ký tự khác QPSK mang bit/ký tự, 16QAM mang 4bit/ký tự 64QAM mang 6bit/ký tự 2x2 MIMO gấp đôi tốc độ bit đỉnh QPSK ½ (tốc độ mã hóa ½) mang 1bps/Hz, với 64QAM không sử dụng tốc độ mã hóa với 2x2 MIMO mang 12bps/Hz Mỗi băng thơng định có số sóng mang tƣơng ứng cho băng thơng: 72 sóng mang 1.4 MHz, 180 3MHz, băng thông 5MHz, 15MHz, 20MHz tƣơng ứng 300, 600 1200 sóng mang Tốc độ đỉnh lý thuy ết cao xấp xỉ 170 Mbps sử dụng 64QAM, 2x2 MIMO Nếu sử dụng 4x4 MIMO, tốc độ đỉnh gấp đôi 340 Mbps Số ký tự subframe thƣờng 14 ký tự tƣơng ứng với slot ký tự Bảng 3.3 Tốc độ bit đỉnh băng thơng theo mơ hình điều chế Kỹ thuật Tốc độ bit đỉnh sóng mang / băng thông anten sử 72/1.4 180/3.0 300/5.0 600/10 1200/20 dụng MHz MHz MHz MHz MHz Dòng đơn 2 14 16QAM1/2 Dòng đơn 7 14 28 16QAM3/4 Dòng đơn 6 10 21 43 64QAM3/4 Dòng đơn 9 16 32 64 64QAM4/4 Dòng đơn 13 21 43 86 64QAM3/4 2x2 19 32 64 129 10 25 43 86 172 MCS QPSK1/2 MIMO 64QAM4/4 2x2 79 MIMO Tƣơng ứng với MCS tốc độ bit đỉnh mức SINR, ta xét điều kiện kênh truy ền AWGN nên SNR đƣợc dùng thay cho SINR, tốc độ bit đỉnh đƣợc xem nhƣ dung lƣợng kênh Dựa vào công thức dung lƣợng kênh Shannon: C1 = BW1 * log2(1+SNR) (49) SNR = 2(C1/BW1)-1 (lần) (50) Ta suy đƣợc SNR : Trong BW1 băng thơng hệ thống (chẳng hạn nhƣ MHz, 3MHz…20MHz) Từ SNR tìm đƣợc ta tính thơng lƣợng cell (cell throughput) qua cơng thức sau: C = F.BW.log2(1+SNR) (51) Trong BW băng thơng cấu hình chiếm 90% băng thông kênh truyền băng thông kênh truyền từ 3-20 MHz Đối với băng thông kênh truyền 1.4 MHz, băng thông truyền chiếm 77% băng thông kênh truyền Vì triển khai kênh truyền 1.4 MHz, hiệu suất sử dụng phổ thấp so với băng thơng 3MHz Băng thơng cấu hình đƣợc tính theo cơng thức sau: BW= 𝑁𝑠𝑐 𝑁𝑠 𝑁𝑟𝑏 𝑇𝑠𝑢𝑏 (51) Nsc số sóng mang khối tài nguyên (RB), Nsc = 12Ns số ký tự OFDM subframe Thông thƣờng 14 ký tựnếu sử dụng CP thông thƣờng Nrb số khối tài nguyên (RB) tƣơng ứng với băng thông hệ thống (băng thông kênh truyền) Chẳng hạn nhƣ băng thông kênh truyền MHz có RB đƣợc phát 80 Hình 3.3 Quan hệ băng thơng kênh truyền băng thơng cấu hình Tính tốn overalldatarate Overalldatarate đƣợc tính tốn theo cơng thức sau: Overalldatarate = Số user x Tốc độ bit đỉnh x Hế số OBF (52) Với hệ số OBF = 20 Bảng 3.4 Giá trị băng thơng cấu hình tương ứng với băng thông kênh truyền Băng thông kênh truy ền Số RB định cho Băng thơng cấu hình (MHz) băng thông kênh truyền 1.4 1.08 15 2.7 25 4.5 10 50 15 75 13.5 20 100 18 ... Generation Cellular Hệ thống thông tin di động hệ thứ 2G Second Generation Cellular Hệ thống thông tin di động hệ thứ hai 3G Third Generation Cellular Hệ thống thông tin di động hệ thứ ba 4G Four Generation...HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - ĐINH THẾ SƠN TÍNH TỐN VÙNG PHỦ CHO HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 4- LTE Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 60.52.02.08... QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LTE GIỚI THIỆU .2 1.1 Mục đích phƣơng pháp tiếp cận .5 1.2 Thế hệ 3GPP (LTE) định cỡ 1.2.1 Yêu cầu cho LTE 1.2.2 Công nghệ đa