Nghiên cứu mạng 3g và khả năng triển khai tại việt nam

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Tên đề tài: NGHIÊN CỨU MẠNG 3G VÀ KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI TẠI VIỆT NAM Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số: 60 52 70 Học viên: Đinh Trung Tiến Người hướng dẫn Khoa học: PGS.TS Nguyễn Quốc Trung THÁI NGUYÊN, 2010 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Tên đề tài: NGHIÊN CỨU MẠNG 3G VÀ KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI TẠI VIỆT NAM Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số: 60 52 70 Học viên: Đinh Trung Tiến Người hướng dẫn Khoa học: PGS.TS Nguyễn Quốc Trung Ngày giao đề tài: 20 - 01 - 2010 Ngày hoàn thành đề tài: 26 - - 2010 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN PGS.TS Nguyễn Quốc Trung Đinh Trung Tiến BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC Thái Nguyên, năm 2010 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN 1.1 Giới thiệu chung……………………………………………… 1.2 Xu hướng phát triển hệ thống thông tin di động giới……………………… 1.3 Các tổ chức chuẩn hoá 2.5 G 3G giới 1.3.1 Giới thiệu chung tổ chức chuẩn hoá 1.3.2 3GPP 1.3.3 3GPP2 10 1.3.4 Mối quan hệ 3GPP 3GPP2 ITU 11 1.4 Tình hình chuẩn hố 2,5G 3G 13 1.4.1 Mở đầu 13 1.4.2 Chuẩn hố cơng nghệ truy nhập vô tuyến 13 1.4.3 Phân tích hai nhánh cơng nghệ tiến lên 3G 15 1.4.3.1 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA 15 1.4.3.2 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ cdma2000 17 1.4.4 Tổng kết 19 CHƯƠNG TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WCDMA TRONG HỆ THỐNG UMTS 20 2.1 Nguyên lý CDMA 20 2.1.1 Nguyên lý trải phổ CDMA 20 2.1.2 Kỹ thuật trải phổ giải trải phổ 21 2.1.3 Kỹ thuật đa truy nhập CDMA 21 2.2 Một số đặc trưng lớp vật lý hệ thống WCDMA 23 2.2.1 Các mã trải phổ 23 2.2.2 Phương thức song công 24 2.2 Phân tập đa đường- Bộ thu RAKE 25 2.2.5 Các kênh giao diện vô tuyến UTRA FDD 26 2.2.6 Trạng thái cell 26 2.2.7 Cấu trúc Cell 28 2.3 Kiến trúc mạng 29 2.3.1 Kiến trúc hệ thống UMTS 29 2.3.2 Kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 32 a Bộ điều khiển mạng vô tuyến .33 b Nút B (Trạm gốc) …33 2.4 Tổng kết công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA hệ thống UMTS 37 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT VÀ CHUYỂN GIAO TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN 40 3.1 Giới thiệu chung quản lý tài nguyên vô tuyến hệ thốngWCDMA 40 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.1.1 Mục đích chung quản lý tài nguyên vô tuyến 40 3.1.2 Các chức quản lý tài nguyên vô tuyến RRM 40 a Điều khiển công suất 41 b Điều khiển chuyển giao 41 c Điều khiển thu nạp 41 d Điều khiển tải (điểu khiển nghẽn) .43 3.2 Điều khiển công suất 44 3.2.1 Giới thiệu chung 44 3.2.2 Điều khiển công suất nhanh 46 3.2.2.1 Độ lợi điều khiển công suất nhanh 46 3.2.2.2 Phân tập điều khiển công suất 47 3.2.2.3 Điều khiển công suất chuyển giao mềm 49 3.2.3 Điều khiển cơng suất vịng 52 3.2.3.2 Tính tốn chất lượng thu 53 3.2.3.3 Thuật tốn điều khiển cơng suất vịng ngồi 54 3.2.3.4 Các dịch vụ chất lượng cao 54 3.2.3.5 Giới hạn biến động điều khiển công suất 55 3.2.3.6 Đa dịch vụ 55 3.3 Chuyển giao 56 3.3.1 Khái quát chuyển giao hệ thống thông tin di động 56 3.3.1.1 Các kiểu chuyển giao hệ thống WCDMA 3G 57 3.3.1.2 Các mục đích chuyển giao 58 3.3.1.3 Các thủ tục phép đo đạc chuyển giao 59 3.3.2 Chuyển giao tần số 60 3.3.2.1 Chuyển giao mềm 60 a Nguyên lý chuyển giao mềm 60 b Các thuật toán chuyển giao mềm .63 c Các đặc điểm chuyển giao mềm 65 3.3.2.2 Đo đạc chuyển giao 66 3.3.2.3 Lợi ích liên kết chuyển giao mềm 69 3.3.2.4 Tổng phí chuyển giao mềm 71 3.3.2.5 Độ lợi dung lượng mạng chuyển giao mềm 73 3.3.3 Chuyển giao hệ thống WCDMA GSM 74 3.3.4 Chuyển giao tần số WCDMA 76 3.3.5 Tổng kết chuyển giao 77 3.4 Tổng kết 78 CHƯƠNG QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA VÀ ỨNG DỤNG QUY HOẠCH MẠNG WCDMA CỦA VINAPHONE CHO THÁI NGUYÊN 80 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4.1 Giới thiệu chung 80 4.2 Định cỡ mạng 81 4.2.1 Phân tích vùng phủ 82 4.2.1.1 Tính tốn quỹ đường truyền vô tuyến 83 4.2.2 Phân tích dung lượng 91 4.2.2.1 Tính tốn hệ số tải 91 a Hệ số tải đường lên 91 b Hệ số tải đường xuống .94 4.2.2.2 Hiệu suất phổ 98 4.2.2.3 Dung lượng mềm 99 a Dung lượng Erlang …99 b Các ví dụ dung lượng mềm đường lên 100 4.3 Quy hoạch vùng phủ dung lượng chi tiết 102 4.3.1 Dự đoán vùng phủ dung lượng lặp 102 4.3.2 Công cụ hoạch định 103 4.3.2.1 Sự lặp lại đường lên đường xuống 104 4.3.2.2 Mơ hình hố tiêu mức liên kết 104 4.4 Hướng triển khai công nghệ mạng 3G Việt Nam Quy hoạch mạng 3G Vinaphone Thái Nguyên ……… 105 4.5 Tối ưu mạng 111 4.6 Tổng kết 113 KẾT LUẬN 114 PHỤ LỤC A CÁC TỪ VIẾT TẮT 116 PHỤ LỤC B CÁC KÊNH UTRA 120 PHỤ LỤC C CÁC MƠ HÌNH TRUYỀN SĨNG 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO 126 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1- Thống kê tăng trưởng thị trường di động phân loại theo cơng nghệ Hình 1- Cấu trúc chức PCG TSG 3GPP Hình 1- Các họ công nghệ ITU-R chấp nhận 14 Hình 1- Q trình phát triển lên 3G nhánh cơng nghệ 15 Hình 1- Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng cơng nghệ WCDMA 16 Hình 1- Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh cdma2000 17 Hình 2- Quá trình trải phổ giải trải phổ 21 Hình 2- Các công nghệ đa truy nhập 22 Hình 2- Nguyên lý đa truy nhập trải phổ 22 Hình 2- Quá trình trải phổ trộn 23 Hình 2- Phân bố phổ tần cho UMTS châu Âu 24 Hình 2- Truyền sóng đa đường 25 Hình 2- Sơ đồ ánh xạ kênh khác 26 Hình 2- Các chế độ UE trạng thái điều khiển tài nguyên vơ tuyến 27 Hình 2- Cấu trúc cell UMTS 28 Hình 2- 10 Kiến trúc hệ thống UMTS mức cao 29 Hình 2- 11 Các thành phần mạng PLMN 30 Hình 2- 12 Kiến trúc UTRAN 32 Hình 3- Các vị trí điển hình chức RRM mạng WCDMA 41 Hình 3- Đường cong tải 42 Hình 3- Hiệu ứng gần-xa (điều khiển công suất đường lên) 44 Hình 3- Bù nhiễu bên cell (điều khiển công suất đường xuống) 44 Hình 3- Cơng suất phát thu nhánh 47 Hình 3- Cơng suất phát thu nhánh (công suất khoảng hở nhau) 48 Hình 3- Cơng suất tăng kênh phadinh với điều khiển công suất nhanh 48 Hình 3- Trơi cơng suất đường xuống chuyển giao mềm 50 Hình 3- Kiểm tra độ tin cậy điều khiển công suất đường lên UE chuyển giao mềm 50 Hình 3- 10 Tính tốn chất lượng vịng ngồi RNC 53 Hình 3- 11 Eb/N0 mục tiêu kênh ITU Pedestrian A, mã hoá/giải mã thoại AMR 54 Hình 3- 12 Điều khiển cơng suất vịng ngồi đường lên cho nhiều dịch vụ kết nối vật lý 56 Hình 3- 13 Các kiểu chuyển giao khác 58 Hình 3- 14 Các thủ tục chuyển giao 59 Hình 3- 15 Sự so sánh chuyển giao cứng chuyển giao mềm 61 Hình 3- 16 Nguyên lý chuyển giao mềm 63 Hình 3- 17 Thuật toán chuyển giao mềm IS-95A 63 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 3- 18 Thuật tốn chuyển giao mềm WCDMA 64 Hình 3- 19 Sự suy giảm nhiễu có chuyển giao mềm UL 66 Hình 3- 20 Thủ tục đo đạc chuyển giao tần số 67 Hình 3- 21 Mơ hình đo đạc chuyển giao tần số 68 Hình 3- 22 Sơ đồ lọc báo cáo đo đạc chuyển giao mềm 69 Hình 3- 23 Độ lợi chuyển giao mềm công suất phát đường lên 70 Hình 3- 24 Độ lợi chuyển giao mềm công suất phát đường xuống 71 Hình 3- 25 Tổng phí chuyển giao mềm 72 Hình 3- 26 Tổng phí chuyển giao mềm thông số Window_add 73 Hình 3- 27 Chuyển giao hệ thống GSM WCDMA 75 Hình 3- 28 Thủ tục chuyển giao hệ thống 75 Hình 3- 29 Nhu cầu chuyển giao tần số sóng mang WCDMA 76 Hình 3- 30 Thủ tục chuyển giao tần số 77 Hình 3- 31 Một ví dụ mơ hình chuyển giao 78 Hình 4- Quá trình quy hoạch mạng WCDMA 81 Hình 4- Tính tốn bán kính cell 90 Hình 4- Một ví dụ mối quan hệ vùng phủ dung lượng đường lên đường xuống 97 Hình 4- Ảnh hưởng công suất phát trạm gốc tới dung lượng vùng phủ đường xuống 98 Hình 4- Chia sẻ nhiễu cell WCDMA 99 Hình 4- Dung lượng mềm hàm số tốc độ bit cho kết nối thời gian thực 101 Hình 4- Q trình tính tốn vùng phủ dung lượng lặp 102 Hình 4- Tồn cảnh mạng 3G Vinaphone thành phố Thái Nguyên 108 Hình 4- Quá trình tối ưu mạng 110 Hình 4- 10 Đo đạc hiệu mạng 111 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Sau thời gian tiến hành học tập, nghiên cứu tìm hiểu tài liệu chun mơn có liên quan với hướng dẫn bảo nhiệt tình thầy giáo hướng dẫn, tơi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu mạng 3G khả triển khai Việt Nam” hoàn thành luận văn 90 tốt nghiệp theo mục tiêu 80 đề Các kết đạt luận văn bao gồm nội dung sau: 70 60 50 40 30 20 10 East West cấu trúc mạng thơng tin Tìm hiểu hệ thống thơng tin di động 3G nói chung North di động hệ ba W-CDMA nói riêng thử nghiệm triển khai giới Việt Nam Nó cho thấy ưu điểm trội hẳn so với hệ thống 2G như: tốc độ truyền 1st Qtr 2nd Qtr 3rd Qtr 4th Qtr số liệu cao hẳn, dung lượng cao hơn, bị ảnh hưởng nhiễu Tìm hiểu kỹ thuật trải phổ W-CDMA, công nghệ WCDMA, điều khiển công suất, để thoả mãn yêu chất lượng hệ thống 3G Dựa sở lý thuyết mô hình 3GPP đưa định hướng phát triển cho hệ thống thông tin di động Việt Nam lên 3G cụ thể mạng 2G GSM lên 3G W-CDMA Tuy vấn đề mang tính lý thuyết hi vọng ý kiến em góp phần vào phát triển chung hệ thống thông tin di động Việt Nam Qua đây, lần em xin cảm ơn thầy giáo, PGS,TS Nguyễn Quốc Trung Khoa Điện tử Viễn thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nhiệt tình giúp đỡ em hồn thành luận văn Vì thời gian có hạn, phương tiện tìm hiểu thiếu thốn, cộng với kinh nghiệm kiến thức thân nhiều hạn chế nên luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em xin trân trọng tiếp thu ý kiến đóng góp q báu thầy cô giáo bạn quan tâm tới vấn đề Học viên [Type text] Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Đinh Trung Tiến http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, cơng trình luận văn kết nghiên cứu riêng cá nhân dựa việc nghiên cứu tài liệu có liên quan Các số liệu kết trình bày luận văn trung thực luận văn khơng giống hồn tồn luận văn cơng trình có trước Thái Nguyên, ngày 26 tháng năm 2010 Tác giả luận văn Đinh Trung Tiến [Type text] Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ra đời vào năm 40 kỷ XX, thông tin di động coi thành tựu tiên tiến lĩnh vực thông tin viễn thông với đặc điểm thiết bị đầu cuối truy cập dịch vụ di động phạm vi vùng phủ sóng Thành cơng người lĩnh vực thông tin di động không dừng lại việc mở rộng vùng phủ sóng phục vụ thuê bao khắp nơi toàn giới, nhà cung cấp dịch vụ, tổ chức nghiên cứu phát triển công nghệ di động nỗ lực hướng tới hệ thống thơng tin di động hồn hảo, dịch vụ đa dạng, chất lượng dịch vụ cao 3G - Hệ thống thông tin di động hệ đích trước mắt mà giới hướng tới Từ thập niên 1990, Liên minh Viễn thông Quốc tế bắt tay vào việc phát triển tảng chung cho hệ thống viễn thông di động Kết sản phẩm gọi Thơng tin di động tồn cầu 2000 (IMT-2000) IMT-2000 khơng dịch vụ, đáp ứng ước mơ liên lạc từ nơi đâu vào lúc Để vậy, IMT-2000 tạo điều kiện tích hợp mạng mặt đất và/hoặc vệ tinh Hơn nữa, IMT-2000 đề cập đến Internet không dây, hội tụ mạng cố định di động, quản lý di động (chuyển vùng), tính đa phương tiện di động, hoạt động xuyên mạng liên mạng… Các hệ thống thông tin di động hệ xây dựng theo tiêu chuẩn GSM, IS95, PDC, IS-38 phát triển nhanh vào năm 1990 Trong tỷ thuê bao điện thoại di động giới, khoảng 863,6 triệu thuê bao sử dụng công nghệ GSM, 120 triệu dùng CDMA 290 triệu lại dùng FDMA TDMA Khi tiến tới 3G, hệ thống GSM CDMA tiếp tục phát triển TDMA FDMA chìm dần vào quên lãng Con đường GSM tới CDMA băng thông rộng (WCDMA) CDMA cdma2000 Tại Việt Nam, thị trường di động năm gần phát triển với tốc độ tương đối nhanh Cùng với ba nhà cung cấp dịch vụ di động lớn Vinaphone, Công Ty Viễn thông Quân đội (Vietel) Mobifone, S-fone, Công ty cổ phần Viễn thông Hà Nội,Viễn Thông Điện Lực Tổng cơng ty Viễn thơng Di động Tồn cầu (Beeline) tham gia vào thị trường di động hẳn tạo cạnh tranh lớn nhà cung cấp dịch vụ, đem lại lựa chọn phong phú cho người sử dụng Vì vậy, nhà cung cấp dịch vụ di động Việt Nam khơng sử dụng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Đinh Trung Tiến TDMA TPC Time Division Multiple Access Transmission Power Control TRHO Traffic Reason Handover U UE UL UMTS USIM UTRAN V VLR VoIP W WCDMA Đa truy nhập phân chia theo thời gian Điều khiển công suất phát Chuyển giao với lý lưu lượng User Equipment Uplink Universal Mobile Telecommunication System Thiết bị người sử dụng Đường xuống Hệ thống viễn thơng di động tồn cầu UMTS Subscriber Identify Module UMTS Terrestrial Radio Access Network Modul nhận dạng thuê bao UMTS Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS Visitor Location Registor Voice Over Internet Protocol Wideband Code Division Multiple Bộ đăng ký tạm trú Truyền thoại qua giao thức Internet Access rộng Kỹ thuật Điện tử - K11 129 Đa truy nhập phân chia theo mã băng Luận văn Thạc sỹ Đinh Trung Tiến PHỤ LỤC B CÁC KÊNH UTRA Lớp UTRA có ba loại kênh, chúng ánh xạ tới : kênh logic ánh xạ vào kênh vận chuyển ; kênh vận chuyển ánh xạ vào kênh vật lý • • Các kênh logic : BCCH Broadcast Control Channel – Kênh điều khiển quảng bá PCCH Paging Control Channel DCCH Dedicated Control Channel – Kênh điều khiển riêng CCCH Common Control Channel – Kênh điều khiển chung DTCH Dedicated Traffic Channel – Kênh lưu lượng riêng CTCH Common Traffic Channel – Kênh điều khiển tìm gọi – Kênh lưu lượng chung Các kênh vận chuyển: Có kiểu kênh vận chuyển – kênh chung kênh riêng DCH: Dedicated Transport Channel – Kênh vận chuyển riêng DCH mang thông tin riêng người sử dụng; liệu người sử dụng thông tinh điều khiển cho lớp lớp vật lý Chỉ có DCH hỗ trợ điểu khiển công suất chuyển giao mềm BCH: Broadcast Channel- Kênh quảng bá BCH phát quảng bá từ Node B, mang thơng tin cho tồn cell mà có mức cơng suất phát cao FACH: Forward Access Channel - Kênh truy nhập đường xuống FACH mang liệu điều khiển đường xuống, yêu cầu việc gửi liệu gói Một hệ thống có nhiều kênh FACH PCH: Paging Channel- Kênh tìm gọi Kênh đường xuống bao gồm thơng tin tìm gọi gửi từ mạng để thông báo cho thiết bị đầu cuối biết mạng muốn khởi tạo giao tiếp thông tin RACH: Random Access Channel – Kênh truy nhập ngẫu nhiên RACH thiết kế để mang thông tin điều khiển gửi lượng số liệu nhỏ qua CPCH: Uplink Common Packet Channel – Kênh gói chung đường lên Kênh tương tự kênh RACH, sử dụng để gửi liệu đường lên Kỹ thuật Điện tử - K11 130 Luận văn Thạc sỹ Đinh Trung Tiến việc truyền dẫn diễn lâu cấu trúc RACH Cùng với kênh RACH hình thành nên thành phần đối ngược kênh FACH DSCH: Downlink Shared Channel – Kênh chia sẻ đường xuống DSCH mang số liệu người sử dụng thơng tin điều khiển Đặc điểm kênh có tốc độ bit biến đổi sở khung đến khung khác DSCH liên kết với hay nhiều kênh riêng đường xuống • Kênh vật lý PCCPCH Primary Common Control Physical Channel – Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp SCCPCH Secondary Common Control Physical Channel – Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp PRACH Physical Random Access Channel – Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý DPDCH Dedicated Physical Data Channel – Kênh liệu vật lý riêng DPCCH Dedicated Physical Control Channel – Kênh điều khiển vật lý riêng PDSCH Physical Downlink Shared Channel – Kênh vật lý chia sẻ đường xuống PCPCH Physical Common Packet Channel – Kênh vật lý gói chung SCH Synchronisation Channel – Kênh đồng CPICH Common Pilot Channel – Kênh hoa tiêu chung AICH Acquisition Indication Channel – Kênh thị giành quyền PICH Paging Indication Channel – Kênh thị tìm gọi CSICH CPCH Status Indication Channel – Kênh thị trạng thái CPCH CD/CAICH Collision Detection/Channel Assignment Indicator Channel – Kênh thị ấn định kênh/ phát va chạm Kỹ thuật Điện tử - K11 131 Luận văn Thạc sỹ Đinh Trung Tiến PHỤ LỤC C CÁC MƠ HÌNH TRUYỀN SĨNG Mơ hình thực nghiệm Hata-Okumura Suy hao đường truyền trung bình L50 tính sau: *Vùng thị: L50 = 69.55 + 26.16logfc – 13.82loghb – a(hm) + (44.9 – 6.55loghb)logr Trong fc = tần số (MHz) L50 = suy hao đường truyền trung bình (dB) hb = độ cao Anten trạm gốc (dB) hm = hệ số hiệu chỉnh cho độ cao anten (dB) r = khoảng cách tính từ trạm gốc Mơ hình Hata áp dụng cho thông số phạm vi sau: 150 ≤ fc ≤ 1500MHz (1) 30 ≤ hb ≤ 200 m ≤ hm ≤ 10m ≤ r ≤ 20 m Trong a(hm) tính sau: + Đối với thành phố cỡ trung bình nhỏ : a(hm) = (1.1logfc – 0.7) hm – (1.56logfc – 0.8) (dB) + Đối với thành phố lớn: a(hm) = 8.29(log1.54hm)2 – 1.1 dB, với fc ≤ 200 MHz Hoặc a(hm) = 3.2(log11.75hm)2 – 4.79 dB, với fc ≥ 200 MHz *Vùng ngoại ô L50 = L50(đô thị) – [ log(fc/28)2 -5.4] dB *Vùng mở rộng (nông thôn): L50 = L50(đô thị) – 4.78(logfc)2 + 18.33logfc – 40.94 Db Mơ hình thực nghiệm Walfisch-Ikegami (hoặc COST 231) Mơ hình sử dụng để tính tốn suy hao đường truyền môi trường đô thị cho hệ thống tế bào θ Δhb hb Δhm hm hR Mơ hình truyền sóng Walfish-Ikegami (COST 231) Kỹ thuật Điện tử - K11 132 Luận văn Thạc sỹ Đinh Trung Tiến Mơ hình gồm thành phần: suy hao không gian tự do; suy hao nhiễu xạ tán xạ từ đỉnh mái nhà đến đường phố; suy hao đa tầng chắn L50 = Lf + Lrts + Lms Hoặc L50 = Lf Lrts + Lms ≤ Trong : Lf = suy hao không gian tự Lrts = suy hao nhiễu xạ tán xạ từ mái nhà đến đường phố Lms = suy hao đa tầng chắn Suy hao không gian tự xác định sau: Lf = 32.4 + 20logr +20logfc dB Suy hao tán xạ nhiễu xạ từ mái nhà đến đường phố tính sau: Trong : Lrts = -16.9 - 10logW +10logfc + 20log Δhm + L0 dB W = bề rộng đường phố (m) Δhm = hr – hm (m) 00 ≤ Φ ≤ 350 L0 = - 9.646 dB , L0 = 2.5 + 0.075( Φ - 35) dB , 350 ≤ Φ ≤ 550 L0 = + 0.114 ( Φ - 55) dB , 550 ≤ Φ ≤ 900 Trong : Φ = góc tương đối hợp máy đo động đường phố Suy hao đa tầng chắn tính sau: Lms = Lbsh + ka +kd logr + kflogfc - 9logb dB Trong đó: b = khoảng cách tồ nhà dọc theo đường truyền vơ tuyến (m) Lbsh = - 18log11 + Δhb, hb ≥ hr Lbsh = 0, hb hr , ka = 54 - 0.8hb r ≥ 500m, hb ≤ hr ka = 54 – 1.6 Δhbr, r < 500m , hb ≤ hr kd = 18 , hb < hr k d  18  15h b hb ≥ hr , h m , vùng thành phố cỡ trung bình vùng ngoại với kf = + 0.7 ( f c  ) 925 mật độ cối mức trung bình Kỹ thuật Điện tử - K11 133 Luận văn Thạc sỹ kf = + 1.5( Đinh Trung Tiến fc  ) , vùng đô thị 925 Chú ý : - Lbsh ka làm tăng suy hao đường truyền độ cao anten trạm gốc giảm - Các thơng số mặc định sử dụng cho mơ hình: b = 20 ÷ 50 (m) W = b/2 Φ = 900 Độ cao mái nhà = 3m mái dốc, 0m mái hr = x số tầng + Độ cao mái nhà Các mơ hình IMT-2000 IMT-2000 đưa mơ hình truyền sóng để tính tốn cơng nghệ truyền dẫn vô tuyến mở rộng cho phạm vi rộng đặc tính mơi trường bao gồm: Các thành phố lớn nhỏ, ngoại ô, vùng nhiệt đới, nông thôn, vùng hoang mạc IMT-2000 hoạt động mơi trường thích hợp như: bên văn phịng, outdoor-to-indoor mơi trường người bộ, môi trường xe cộ Các thông số mơ hình truyền sóng là: • Trễ trải rộng, cấu trúc biến đổi thống kê • Quy luật suy hao đường truyền hình học suy đường truyền vượt mức • Fading che bóng • Đặc tính fading đa đường, (Phổ Doppler, Rician Rayleigh) • Tần số hoạt động 3.1 Mơi hình bên văn phịng - Đặc trưng cell nhỏ, cơng suất phát thấp Trạm gốc người bên nhà Trễ trải rộng từ 35 – 460 ns - Suy hao môi trường tính sau: L50 = 37 + 30logr + 18.3 F [( F + ) / ( F +1)−0.46] Trong r = khoảng cách máy phát máy thu (m) F = Số tầng nhà đường truyền 3.2 Môi trường người Outdoor-to-Indoor - Đặc trưng môi trường cell nhỏ, công suất phát thấp; trạm gốc với độ cao anten thấp đặt trời, người sử dụng đường phố bên nhà nơi cư trú Tr trải rộng RMS từ 100 - 1800 ns - Suy hao đường truyền mơ hình tính sau: L50 = 40logr + 30logfc + 49 Kỹ thuật Điện tử - K11 134 Luận văn Thạc sỹ Đinh Trung Tiến dB Trong đó: fc = tần số sóng mang (MHz) r = khoảng cách tới trạm gốc 3.3 Môi trường xe cộ - Môi trường gồm cell lớn hơn, công suất phát lớn hơn.Trễ trải rộng từ 0.4 – 12 ms - Suy hao đường truyền tính sau: L50 = 40 (1 – x 10-2 Δhb )logr – (18log Δhb) + 21logfc + 80 dB Trong đó: r = khoảng cách trạm gốc trạm di động (km) fc= tần số sóng mang (MHz) Δhb = độ cao anten trạm gốc so với đỉnh mái nhà (m) Kỹ thuật Điện tử - K11 135 Luận văn Thạc sỹ Đinh Trung Tiến TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Đặng Đình Lâm, Chu Ngọc Anh, Nguyễn Phi Hùng, Hồng Anh,"Hệ thống thơng tin di động 3G xu hướng phát triển", NXB khoa học kỹ thuật 2008 [2] Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thông tin di động hệ thứ 3”, NXB Bưu điện, Hà Nội 2001 Phạm Công Hùng, "Bài giảng thông tin di động", Đại học Bách khoa Hà Nội, 2003 [5] Phạm Cơng Hùng, Nguyễn Hồng Hải, Tạ Vũ Hằng, Vũ Đức Thọ, Nguyễn Văn [4] Đức, " Giáo trình thơng tin di động", NXB khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2007 [6] Tập đồn Bưu Viễn thơng Việt Nam( 2008), "Đánh giá lựa chon tiêu chuẩn giao diện vô tuyến cho mạng 3G VNPT", Hà Nội 2008 [7] TS.Trịnh Anh Vũ, “Thông tin di động”, Trường Đại Học Công Nghệ ĐHQGHN,2006 [8] TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thông tin di động”, Học Viên Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng, 2005 [9] PGS.TS.Nguyễn Bích Lân, “Nghiên cứu tiền khả thi dự án thông tin di động hệ thứ ba IMT-2000 tổng công ty”, 2001 [10] Nguyễn Hải Yến (Dịch), “Hệ thống thông tin di động tương lai”, Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng, 2001 [11] Nguyễn Xuân Vinh, “Chiến lược thành công thị trường Viễn thông cạnh tranh”, Nhà xuất Bưu điện, Hà Nội, 2004 Tiếng Anh [12] Clint Smith and Daniel Collins, “3G Wireless Networks”, McGraw-Hill, 2002 [13] Harri Holma and Anti Toskala, “W-CDMA for UMTS”, Jonh Wiley & Sons, 2000 [14] Dr.Ramjee Prasad anh other, “Third Generation Mobile Communication Systems”, Artech House, 2000 [15] Heikki Kaaranen, Ari Ahtiainen, Lauri Laitinen, SiaMak Naghian, Valtteri Niemi,"UMTS netwrks Achitecture, mobility and services",John Wiley & Sons 2001, ISBN 0471-48654-X [16] Raymond Steele, Chin-Chun Lee, Peter Gould, "GSM, CdmaOne and 3G Systems" [17] Harri Holma and Antti Toskala, “WCDMA for UMTS- Radio Access for Third Generation Mobile Communications” Kỹ thuật Điện tử - K11 136 Luận văn Thạc sỹ Đinh Trung Tiến [18] VIJAY K.GARGIS, “95 CDMA and cdma2000” [19] Samuel C Yang, “3G cdma2000 Wireless System Engineering” [20] PH.D Thesis of Yue Chen – Queen Mary, University of London “Soft Handover Issues in Radio Resource Management for 3G WCDMA Networks” [21] www.3GPP.org [22] www.vnpt.com.vn [23] www.3gnewsroom.com [24] www.tapchibcvt.gov.vn [25] www.portal.vnpt.com.vn Kỹ thuật Điện tử - K11 137 Luận văn Thạc sỹ Đinh Trung Tiến MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN 1.1 Giới thiệu chung……………………………………………… 1.2 Xu hướng phát triển hệ thống thông tin di động giới……………………… 1.3 Các tổ chức chuẩn hoá 2.5 G 3G giới 1.3.1 Giới thiệu chung tổ chức chuẩn hoá 1.3.2 3GPP 1.3.3 3GPP2 10 1.3.4 Mối quan hệ 3GPP 3GPP2 ITU 11 1.4 Tình hình chuẩn hố 2,5G 3G 13 1.4.1 Mở đầu 13 1.4.2 Chuẩn hố cơng nghệ truy nhập vô tuyến 13 1.4.3 Phân tích hai nhánh cơng nghệ tiến lên 3G 15 1.4.3.1 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA 15 1.4.3.2 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ cdma2000 17 1.4.4 Tổng kết 19 CHƯƠNG TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WCDMA TRONG HỆ THỐNG UMTS 20 2.1 Nguyên lý CDMA 20 2.1.1 Nguyên lý trải phổ CDMA 20 2.1.2 Kỹ thuật trải phổ giải trải phổ 21 2.1.3 Kỹ thuật đa truy nhập CDMA 21 2.2 Một số đặc trưng lớp vật lý hệ thống WCDMA 23 2.2.1 Các mã trải phổ 23 2.2.2 Phương thức song công 24 2.2 Phân tập đa đường- Bộ thu RAKE 25 2.2.5 Các kênh giao diện vô tuyến UTRA FDD 26 2.2.6 Trạng thái cell 26 2.2.7 Cấu trúc Cell 28 2.3 Kiến trúc mạng 29 2.3.1 Kiến trúc hệ thống UMTS 29 2.3.2 Kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 32 a Bộ điều khiển mạng vô tuyến 33 b Nút B (Trạm gốc) 33 2.4 Tổng kết công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA hệ thống UMTS 37 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT VÀ CHUYỂN GIAO TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN 40 3.1 Giới thiệu chung quản lý tài nguyên vô tuyến hệ thốngWCDMA 40 3.1.1 Mục đích chung quản lý tài nguyên vô tuyến 40 3.1.2 Các chức quản lý tài nguyên vô tuyến RRM 40 a Điều khiển công suất 41 138 Kỹ thuật Điện tử - K11 Luận văn Thạc sỹ Đinh Trung Tiến b Điều khiển chuyển giao 41 c Điều khiển thu nạp 41 d Điều khiển tải (điểu khiển nghẽn) 43 3.2 Điều khiển công suất 44 3.2.1 Giới thiệu chung 44 3.2.2 Điều khiển công suất nhanh 46 3.2.2.1 Độ lợi điều khiển công suất nhanh 46 3.2.2.2 Phân tập điều khiển công suất 47 3.2.2.3 Điều khiển công suất chuyển giao mềm 49 3.2.3 Điều khiển cơng suất vịng ngồi 52 3.2.3.2 Tính tốn chất lượng thu 53 3.2.3.3 Thuật tốn điều khiển cơng suất vịng ngồi 54 3.2.3.4 Các dịch vụ chất lượng cao 54 3.2.3.5 Giới hạn biến động điều khiển công suất 55 3.2.3.6 Đa dịch vụ 55 3.3 Chuyển giao 56 3.3.1 Khái quát chuyển giao hệ thống thông tin di động 56 3.3.1.1 Các kiểu chuyển giao hệ thống WCDMA 3G 57 3.3.1.2 Các mục đích chuyển giao 58 3.3.1.3 Các thủ tục phép đo đạc chuyển giao 59 3.3.2 Chuyển giao tần số 60 3.3.2.1 Chuyển giao mềm 60 a Nguyên lý chuyển giao mềm .60 b Các thuật toán chuyển giao mềm .63 c Các đặc điểm chuyển giao mềm 65 3.3.2.2 Đo đạc chuyển giao 66 3.3.2.3 Lợi ích liên kết chuyển giao mềm 69 3.3.2.4 Tổng phí chuyển giao mềm 71 3.3.2.5 Độ lợi dung lượng mạng chuyển giao mềm 73 3.3.3 Chuyển giao hệ thống WCDMA GSM 74 3.3.4 Chuyển giao tần số WCDMA 76 3.3.5 Tổng kết chuyển giao 77 3.4 Tổng kết 78 CHƯƠNG QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA VÀ ỨNG DỤNG QUY HOẠCH MẠNG WCDMA CỦA VINAPHONE CHO THÁI NGUYÊN 80 4.1 Giới thiệu chung 80 4.2 Định cỡ mạng 81 4.2.1 Phân tích vùng phủ 82 4.2.1.1 Tính tốn quỹ đường truyền vô tuyến 83 4.2.2 Phân tích dung lượng 91 4.2.2.1 Tính tốn hệ số tải 91 a Hệ số tải đường lên 91 Kỹ thuật Điện tử - K11 139 Luận văn Thạc sỹ Đinh Trung Tiến b Hệ số tải đường xuống .94 4.2.2.2 Hiệu suất phổ 98 4.2.2.3 Dung lượng mềm 99 a Dung lượng Erlang …99 b Các ví dụ dung lượng mềm đường lên 100 4.3 Quy hoạch vùng phủ dung lượng chi tiết 102 4.3.1 Dự đoán vùng phủ dung lượng lặp 102 4.3.2 Công cụ hoạch định 103 4.3.2.1 Sự lặp lại đường lên đường xuống 104 4.3.2.2 Mơ hình hố tiêu mức liên kết 104 4.4 Hướng triển khai công nghệ mạng 3G Việt Nam Quy hoạch mạng 3G Vinaphone Thái Nguyên ……… 105 4.5 Tối ưu mạng 111 4.6 Tổng kết 113 KẾT LUẬN 114 PHỤ LỤC A CÁC TỪ VIẾT TẮT 116 PHỤ LỤC B CÁC KÊNH UTRA 120 PHỤ LỤC C CÁC MƠ HÌNH TRUYỀN SĨNG 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO 126 Kỹ thuật Điện tử - K11 140 Luận văn Thạc sỹ Đinh Trung Tiến DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1- Thống kê tăng trưởng thị trường di động phân loại theo công nghệ Hình 1- Cấu trúc chức PCG TSG 3GPP Hình 1- Các họ cơng nghệ ITU-R chấp nhận 14 Hình 1- Quá trình phát triển lên 3G nhánh cơng nghệ 15 Hình 1- Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA 16 Hình 1- Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh cdma2000 17 Hình 2- Quá trình trải phổ giải trải phổ 21 Hình 2- Các công nghệ đa truy nhập 22 Hình 2- Nguyên lý đa truy nhập trải phổ 22 Hình 2- Quá trình trải phổ trộn 23 Hình 2- Phân bố phổ tần cho UMTS châu Âu 24 Hình 2- Truyền sóng đa đường 25 Hình 2- Sơ đồ ánh xạ kênh khác 26 Hình 2- Các chế độ UE trạng thái điều khiển tài nguyên vô tuyến 27 Hình 2- Cấu trúc cell UMTS 28 Hình 2- 10 Kiến trúc hệ thống UMTS mức cao 29 Hình 2- 11 Các thành phần mạng PLMN 30 Hình 2- 12 Kiến trúc UTRAN 32 Hình 3- Các vị trí điển hình chức RRM mạng WCDMA 41 Hình 3- Đường cong tải 42 Hình 3- Hiệu ứng gần-xa (điều khiển công suất đường lên) 44 Hình 3- Bù nhiễu bên cell (điều khiển công suất đường xuống) 44 Hình 3- Cơng suất phát thu nhánh 47 Hình 3- Cơng suất phát thu nhánh (công suất khoảng hở nhau) 48 Hình 3- Cơng suất tăng kênh phadinh với điều khiển công suất nhanh 48 Hình 3- Trơi cơng suất đường xuống chuyển giao mềm 50 Hình 3- Kiểm tra độ tin cậy điều khiển công suất đường lên UE chuyển giao mềm 50 Hình 3- 10 Tính tốn chất lượng vịng ngồi RNC 53 Hình 3- 11 Eb/N0 mục tiêu kênh ITU Pedestrian A, mã hố/giải mã thoại AMR 54 Hình 3- 12 Điều khiển cơng suất vịng ngồi đường lên cho nhiều dịch vụ kết nối vật lý 56 Hình 3- 13 Các kiểu chuyển giao khác 58 Hình 3- 14 Các thủ tục chuyển giao 59 Hình 3- 15 Sự so sánh chuyển giao cứng chuyển giao mềm 61 Hình 3- 16 Nguyên lý chuyển giao mềm 63 Hình 3- 17 Thuật toán chuyển giao mềm IS-95A 63 Hình 3- 18 Thuật tốn chuyển giao mềm WCDMA 64 Hình 3- 19 Sự suy giảm nhiễu có chuyển giao mềm UL 66 Hình 3- 20 Thủ tục đo đạc chuyển giao tần số 67 Hình 3- 21 Mơ hình đo đạc chuyển giao tần số 68 Hình 3- 22 Sơ đồ lọc báo cáo đo đạc chuyển giao mềm 69 141 Kỹ thuật Điện tử - K11 Luận văn Thạc sỹ Đinh Trung Tiến Hình 3- 23 Độ lợi chuyển giao mềm công suất phát đường lên 70 Hình 3- 24 Độ lợi chuyển giao mềm công suất phát đường xuống 71 Hình 3- 25 Tổng phí chuyển giao mềm 72 Hình 3- 26 Tổng phí chuyển giao mềm thơng số Window_add 73 Hình 3- 27 Chuyển giao hệ thống GSM WCDMA 75 Hình 3- 28 Thủ tục chuyển giao hệ thống 75 Hình 3- 29 Nhu cầu chuyển giao tần số sóng mang WCDMA 76 Hình 3- 30 Thủ tục chuyển giao tần số 77 Hình 3- 31 Một ví dụ mơ hình chuyển giao 78 Hình 4- Quá trình quy hoạch mạng WCDMA 81 Hình 4- Tính tốn bán kính cell 90 Hình 4- Một ví dụ mối quan hệ vùng phủ dung lượng đường lên đường xuống 97 Hình 4- Ảnh hưởng công suất phát trạm gốc tới dung lượng vùng phủ đường xuống 98 Hình 4- Chia sẻ nhiễu cell WCDMA 99 Hình 4- Dung lượng mềm hàm số tốc độ bit cho kết nối thời gian thực 101 Hình 4- Q trình tính tốn vùng phủ dung lượng lặp 102 Hình 4- Toàn cảnh mạng thành phố Thái Nguyên 108 Hình 4- Quá trình tối ưu mạng 110 Hình 4- 10 Đo đạc hiệu mạng 111 Kỹ thuật Điện tử - K11 142 Luận văn Thạc sỹ Đinh Trung Tiến DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU Bảng 1- Các tham số UTRA FDD TDD, ARIB WCDMA FDD TDD Bảng 2- Quan hệ S/N số chip bị cắt bớt 24 Bảng 2- Tóm tắt thơng số WCDMA 38 Bảng 2- Các điểm khác W-CDMA cdma2000 39 Bảng 3- Giá trị Eb/N0 yêu cầu trường hợp có khơng có điều khiển cơng suất nhanh 46 Bảng 3- Công suất phát tương đối yêu cầu trường hợp có khơng có điều khiển cơng suất nhanh 46 Bảng 3-3 Các mức tăng công suất kênh ITU Pedestrian A đa đường với phân tập anten 49 Bảng 3- Kết mô dịch vụ AMR sử dụng điều khiển công suất vịng ngồi 52 Bảng 3- Các giá trị cửa sổ 71 Bảng 3- Tổng kết chuyển giao 77 Bảng 4- Giả định quỹ đường truyền máy di động……………………………………86 Bảng 4- Giả định quỹ đường truyền trạm gốc 86 Bảng 4- Quỹ đường truyền tham khảo cho dịch vụ thoại 12.2 kbps đa tốc độ 87 Bảng 4- Quỹ đường truyền dịch vụ thời gian thực tốc độ 144kbps 88 Bảng 4- Quỹ đường truyền tham khảo dịch vụ liệu phi thời gian thực 384 kbps 89 Bảng 4- Giá trị K theo cấu hình site 90 Bảng 4- Mối quan hệ dự trữ nhiễu yêu cầu ứng với tải đường lên 91 Bảng 4- Các thông số sử dụng tính tốn hệ số tải đường lên 93 Bảng 4- Các thơng số sử dụng việc tính tốn hệ số tải liên kết đơn 95 Bảng 4- 10 Quỹ đường truyền số giả định mô 97 Bảng 4- 11 Ví dụ tính tốn dung lượng mềm 101 Bảng 4- 12 Tính tốn dung lượng mềm đường lên 101 Bảng 4- 13 Các thông số sử dụng mô 105 Bảng 4- 14 Quỹ đường truyền dịch vụ thoại 8kbps 106 Bảng 4- 15 Sự phân bố người sử dụng 109 Bảng 4- 16 Thơng lượng cell, tải tổng phí chuyển giao mềm 109 Bảng 4- 17 Ảnh hưởng tốc độ trạm di động đến thông lượng xác suất phủ sóng 110 Bảng 4-18 Danh sách trạm 3G Vinaphone địa bàn tỉnh Thái Nguyên ………112 Kỹ thuật Điện tử - K11 143 ... toàn mạng đồng thời nhằm đảm bảo tài nguyên mạng sử dụng cách hiệu quả, nội dung ? ?Nghiên cứu mạng 3G khả triển khai Việt Nam? ?? tác giả chọn làm đề tài nghiên cứu cho luận văn tốt nghiệp Mục đích nghiên. .. triển khai mạng thông tin di động hệ thứ Việt Nam Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu đề tài thơng số bản, mơ hình hệ thống thông tin di động 3G - Phạm vi nghiên cứu: Đề tài nghiên. .. HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Tên đề tài: NGHIÊN CỨU MẠNG 3G VÀ KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI TẠI VIỆT NAM Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số: 60 52 70 Học viên: Đinh Trung Tiến