Mục đích của Luận văn là nghiên cứu các vấn đề lý thuyết tổng quan cơ bản về hệ thống và mạng 4G LTE. Hiểu rõ, nắm chắc vấn đề thiết kế 4G LTE của mạng di động VinaPhone, đánh giá được chất lượng và vùng phủ sóng 4G sau khi phát sóng trạm e-NodeB. Mời các bạn cùng tham khảo!
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG - NGHIÊM ĐÌNH TOẢN QUY HOẠCH, TỐI ƯU MẠNG DI ĐỘNG 4G TẠI VNPT BẮC NINH Chuyên ngành : Kỹ thuật viễn thông Mã số : 8.52.02.08 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI– NĂM 2020 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS NGUYỄN CHIẾN TRINH Phản biện 1: TS NGÔ ĐỨC THIỆN Phản biện 2: PGS.TS ĐỖ QUỐC TRINH Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: 09 30 ngày 20 tháng 06 năm 2020 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng 1 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Tập đồn Bưu Viễn thơng Việt Nam (VNPT) Bộ Thông tin Truyền thông cấp Giấy phép cung cấp dịch vụ viễn thông 4G Theo đó, Tập đồn VNPT triển khai địa bàn tỉnh Bắc Ninh Xuất phát từ nhu cầu công tác cá nhân, mong muốn nghiên cứu để tối ưu thiết bị có triển khai trạm Với lý nêu trên, đề tài chọn “Quy hoạch, tối ưu mạng di động 4G VNPT Bắc Ninh” Tổng quan vấn đề nghiên cứu LTE chuẩn cho công nghệ truyền thông liệu không dây tiến hóa chuẩn GSM/UMTS Mục tiêu LTE tăng dung lượng tốc độ liệu mạng liệu không dây cách sử dụng kỹ thuật điều chế DSP phát triển vào đầu kỷ 21 Một mục tiêu cao thiết kế lại đơn giản hóa kiến trúc mạng thành hệ thống dựa IP với độ trễ truyền dẫn tổng giảm đáng kể so với kiến trúc mạng 3G Giao diện không dây LTE khơng tương thích với mạng 2G 3G, phải hoạt động phổ vô tuyến riêng biệt Các mạng di động Việt Nam gồm: Viettel, VinaPhone, MobiFone tiếp tục thực triển khai 4G Cụ thể, mạng di động VinaPhone sử dụng công nghệ WCDMA/3G - GSM/2G - 4G LTE, nên việc tối ưu trạm có, triển khai 4G LTE sở kế thừa sở hạ tầng mạng, hạ tầng nhà trạm có sẵn hồn tồn thuận lợi có tính khả thi cao, giảm thiểu thay đổi, sử dụng công nghệ nhằm đảm bảo tốc độ truyền số liệu mà không cần thay đổi toàn sở hạ tầng mạng có Do vậy, đề tài tập trung xây dựng “Quy hoạch, tối ưu mạng di động 4G VNPT Bắc Ninh” Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu vấn đề lý thuyết tổng quan hệ thống mạng 4G LTE Hiểu rõ, nắm vấn đề thiết kế 4G LTE mạng di động VinaPhone, đánh giá chất lượng vùng phủ sóng 4G sau phát sóng trạm e-NodeB 2 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tượng: Mạng di động 4G LTE Phạm vi nghiên cứu: Quy hoạch, tối ưu mạng di động 4G VNPT Bắc Ninh Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: Đọc, hiểu, rút kiến thức bản, nâng cao Phương pháp thực tế: Tham gia vào trình triển khai thực tế, tối ưu, lắp đặt phát sóng, đo kiểm vùng phủ sóng sau phát sóng trạm e-NodeB Kết cấu luận văn: Ngoài mục lời cảm ơn, lời cam đoan, mục lục luận văn trình bày gồm phần sau: Chương 1: Tổng quan mạng 4G/ LTE Chương 2: Các kỹ thuật 4G/ LTE Advanced Chương 3: Quy hoạch, tối ưu mạng di động 4G VinaPhone Bắc Ninh CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG 4G/LTE 1.1 Giới thiệu công nghệ LTE, LTE Advanced Mạng di động 4G hệ mạng 3G [11], IEEE đặt nhằm phân biệt với chuẩn mạng trước (2G/3G) Những tiêu chuẩn mạng 4G ITU thức thiết lập vào tháng năm 2008 LTE (tiếng Anh: Long Term Evolution; tiếng Việt: Tiến hóa dài hạn) xem đường quan trọng tiến tới công nghệ di động hệ thứ (4G) 4G LTE chuẩn cho truyền thông không dây tốc độ liệu cao dành cho điện thoại di động thiết bị đầu cuối liệu LTE nhận định tồn giai đoạn đầu 4G, IMT Advance Hiện nay, nhiều nước giới, phiên chuẩn LTE hoàn thành tâm điểm ý chuyển sang tiến hóa cơng nghệ này, LTE-Advanced 1.2 Mục tiêu thiết kế mạng di động 4G 3GPP đặt yêu cầu cao cho LTE bao gồm giảm chi phí cho bit thơng tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt băng tần có tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với cá giao tiếp mở giảm đáng kể lượng tiêu thụ thiết bị đầu cuối [7, 9] Mục tiêu cụ thể bảng 1.1 Bảng 0.1 Mục tiêu thiết kế LTE - Bắt đầu dịch vụ dựa - Cơ sở hạ tầng dịch vụ khả - Triển khai nhanh dịch vụ - Các dịch vụ cao cấp nhờ nâng cao - Kết nối chuyển giao linh hoạt nhiều hệ chất lượng tính mạng thống truy nhập - Tốc độ truyền dẫn cao - Dung lượng hệ thống -100Mb/s (môi trường di động), 1Gb/s (môi trường nhà) - Chi phí - Gấp 10 lần hệ thống 3G - 1/10 đến 1/100 bit truyền - Thời gian trễ - 50ms tối ưu 1.2.1 Tiềm mạng lưới Yêu cầu đặt đạt tốc độ liệu đỉnh cho đường xuống 100Mbit/s đường lên 50Mbit/s, hoạt động phân bố phổ 20MHz [4] Khi mà phân bố phổ hẹp tốc độ liệu đỉnh tỉ lệ theo LTE hỗ trợ chế độ FDD TDD 1.2.2 Hiệu suất mạng lưới Các mục tiêu thiết kế công hệ thống LTE xác định lưu lượng người dùng, hiệu suất phổ, độ linh động, vùng phủ sóng MBMS Mục tiêu hiệu suất phổ rõ, thuộc tính hiệu suất phổ định nghĩa lưu lượng hệ thống theo tế bào tính theo bit/s/MHz/ơ 1.2.3 Kiến trúc mạng lưới khả mở rộng, nâng cấp Nguyên tắc cho việc thiết kế kiến trúc LTE RAN đưa 3GPP [10]: - Dựa gói, lưu lượng lớp thoại thời gian thực hỗ trợ - Tối thiểu hóa diện “những hư hỏng cục bộ” mà khơng cần tăng chi phí cho đường truyền - Đơn giản hóa tối thiểu hóa số lượng giao tiếp giới thiệu 1.2.4 Quản lý tài nguyên vô tuyến Những yêu cầu quản lý tài nguyên vô tuyến chia sau: Hỗ trợ nâng cao cho QoS đầu cuối đến đầu cuối, hỗ trợ hiệu cho truyền dẫn lớp cao hỗ trợ cho việc chia sẻ tải quản lý sách thơng qua công nghệ truy cập vô tuyến khác 1.3 Các thông số lớp vật lý LTE Advanced LTE hỗ trợ tốc độ đỉnh tức thời tăng đáng kể Tốc độ định cỡ tùy theo kích thước phổ ấn định LTE đảm bảo tốc độ số liệu đỉnh tức thời đường xuống lên đến 100Mbit/s băng thông cấp phát cực đại 20MHz (5bps/Hz) tốc độ đỉnh đường lên 50 Mbit/s băng thông cấp phát cực đại 20MHz (2,5bps/Hz) Băng thông LTE cấp phát linh hoạt từ 1,25 MHz lên đến 20 MHz (gấp bốn lần băng thông 3G-UMTS) Các mục tiêu tốc độ số liệu đỉnh nói đặc tả UE tham chuẩn gồm: (1) khả đường xuống với hai anten UE, (2) khả đường lên với anten UE 1.3.1 Dịch vụ LTE Advanced Qua việc kết nối đường truyền tốc độ cao, băng thông linh hoạt, hiệu suất phổ cao giảm thời gian trễ gói, LTE hứa hẹn cung cấp nhiều dịch vụ đa dạng 5 Đối với khách hànglà cá nhân có thêm nhiều ứng dụng dịng liệu lớn, tải chia sẻ vide, nội dung đa phương tiện Đối với khách hàng doanh nghiệp, truyền tập tin lớn với tốc độ cao, chất lượng video hội nghị tốt, … 1.3.2 Tình hình triển khai 4G Việt Nam Theo số liệu thống kê tháng 5/2018, Việt Nam có 123 triệu thuê bao di động, khoảng 20,8 triệu thuê bao 4G, chiếm 40% tổng số thuê bao di động băng rộng 3G, 4G Dự báo 4G Việt Nam tăng trưởng đạt đỉnh vào năm 2024 Từ đến 2023, ước tính mức độ tiêu dùng liệu 4G tăng lần Trong năm 2019, Bộ TT&TT tích cực tháo gỡ khó khăn để cấp phép băng tần bổ sung cho 4G Theo kế hoạch, Viettel bổ sung thêm gần 10.000 trạm BTS 4G băng tần 2100MHz vừa Bộ TT&TT cấp phép cho 15 tỉnh/thành phố lớn, có nhu cầu sử dụng data cao như: Hà Nội, TPHCM, Đà Nẵng, Hải Phòng, Quảng Ninh…Thời gian lắp đặt dự kiến hoàn thành toàn Quý II/2019 Hãng Ericsson vừa công bố Báo cáo di động tháng 6/2019 hãng (Ericsson Mobility Report), cho thấy dung lượng liệu tháng máy smartphone tăng từ 3,6GB lên tới 17GB với tỷ lệ tăng trưởng CAGR 29% Đông Nam Á châu Đại Dương Nguyên nhân số lượng thuê bao 4G LTE tăng mạnh, người dùng trẻ tuổi thay đổi thói quen xem video di động 4G LTE tiếp tục công nghệ truy cập chiếm ưu đến năm 2024 khu vực 1.4 Kết luận chƣơng Trong chương luận văn sâu vào nghiên cứu, tìm hiểu giới thiệu tổng quan mạng 4G/LTE bao gồm mục tiêu thiết kế, tiềm công nghệ, hiệu suất hệ thống, thông số lớp vật lý, dịch vụ LTE, tình hình triển khai mạng di động 4G Việt Nam Những nội dung nghiên cứu cho thấy dựa cơng nghệ 4G/LTE với đặc tính trội tốc độ, băng thông,…các doanh nghiệp viễn thông Việt Nam tập trung nghiên cứu, triển khai rộng rãi nước tiền đề, tảng cho việc triển khai dịch vụ data, video nhà mạng, đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ ngày cao khách hàng 6 CHƢƠNG CÁC KỸ THUẬT TRONG 4G/LTE ADVANCED 2.1 Cấu trúc mạng 4G LTE thiết kế để hỗ trợ cho dịch vụ chuyển mạch gói, đối lập với chuyển mạch kênh truyền thống Hình 2.1 mơ tả chi tiết cấu trúc 4G/LTE [1] Hình 2.1 Cấu trúc LTE 2.1.1 Cấu trúc SAE LTE Quá trình nghiên cứu phát triển UMTS lên 3G phát triển tiến dần đến 4G việc đưa công nghệ HSPA LTE cho phần vô tuyến SAE cho phần mạng LTE không đề cập quanh tiến triển việc truy cập vơ tuyến thơng qua E-UTRAN (Evolved-UTRAN), kết hợp với phương diện cải tiến “không vô tuyến” thuật ngữ SAE bao gồm mạng lõi gói cải tiến EPC [4] Các thành phần mạng lõi EPC [2] bao gồm: Cổng phục vụ (Serving Gateway S – GW) Cổng mạng liệu gói P-GW Thực thể quản lý tính di động MME Chức sách quy định tính phí PCRF Máy chủ quản lý thuê bao thường trú HSS 2.1.2 Cấu trúc LTE liên kết với mạng khác Kiến trúc hệ thống 4G LTE/SAE tương tác với mạng 2G 3G GPRS/UMTS EPS [10] hỗ trợ kết nối chuyển giao với mạng dùng kĩ thuật truy cập vô tuyến khác GSM, UMTS, CDMA2000 WIMAX 7 2.2 Các kênh giao diện vô tuyến 4G 2.2.1 Kênh logic Kênh logic giao diện vô tuyến 4G định nghĩa thơng tin mang bao gồm: Kênh điều khiển quảng bá (BCCH); Kênh điều khiển tìm gọi (PCCH); Kênh lưu lượng riêng (DTCH); Kênh lưu lượng đa phương (MTCH) 2.2.2 Kênh truyền tải Kênh truyền tải mạng thông tin di động 4G, bao gồm kênh sau: Kênh quảng bá (BCH); Kênh tìm gọi (PCH); Kênh chia sẻ đường xuống (DL-SCH); Kênh đa phương (MCH) 2.2.3 Kênh vật lý Các kênh vật lý sử dụng cho liệu người dùng bao gồm: Kênh vật lý chia sẻ đường xuống (PDSCH); Kênh vật lý điều khiển đường xuống (PDCCH); Kênh vật lý quảng bá (PBCH); Kênh vật lý chia sẻ đường lên (PUSCH); Kênh vật lý điều khiển đường lên (PUCCH) 2.3 Kiến trúc giao thức 4G Ở 4G/LTE chức RLC chuyển vào eNodeB, chức PDCP với mã hóa chèn tiêu đề Vì vậy, giao tức liên quan lớp vô tuyến chia trước UTRAN NodeB RNC chuyển thành UE eNodeB 2.3.1 Mặt phẳng người sử dụng Điều khiển liệu suốt trình chuyển giao 2.3.2 Mặt phẳng điều khiển Có chức điều khiển tầng truy cập, chịu trách nhiệm thiết lập thông báo vơ tuyến, cấu hình tất lớp thấp sử dụng báo hiệu RRC eNodeB UE 2.4 Chuyển giao Chuyển giao phương tiện cần thiết để thuê bao di chuyển mạng 8 2.4.1 Mục đích chuyển giao Lý chuyển giao kết nối vô tuyến không thỏa mãn tiêu chuẩn định Do UE UTRAN thực công việc để cải thiện kết nối 2.4.2 Trình tự chuyển giao Chuyển giao tần số (intra-frequency) thực ô cell (Cellular) eNodeB Chuyển giao khác tần số (intra-frequency) thực cell thuộc eNodeB khác Trình tự chuyển giao hai cell LTE thực qua pha sau: Pha đo lường; Pha định; Pha thực 2.4.3 LTE Advanced đa sóng mang MIMO siêu cao Trung tâm LTE ý tưởng kỹ thuật đa anten sử dụng để tăng vùng phủ sóng khả lớp vật lý [6] Các chế độ gồm: Đơn đầu vào đơn đầu (SISO); Đơn đầu vào đa đầu (SIMO); Đa đầu vào đơn đầu (MISO); Đa đầu vào đa đầu (MIMO) Hiện nay, tính LTE-Advanced kỹ thuật cộng gộp sóng mang, kỹ thuật MIMO với cặp anten tải xuống cặp anten tải lên, kỹ thuật truyền chuyển tiếp, kỹ thuật điều khiển giảm can nhiễu tăng cường tế bào, kỹ thuật phối hợp đa điểm 2.4.4 Mơ hình đường xuống LTE kịch đa ô Kỹ thuật chuyển giao thuật toán chuyển giao hay định chuyển giao thực mơ hình đường xuống LTE kịch đa ô cho người dùng di chuyển eNodeB Hai thành phần có liên quan đến là: Bộ xử lý chuyển giao MME/Gateway Hệ thống truyền dẫn đường xuống LTE dựa kỹ thuật OFDM 2.5 Kết luận chƣơng Chương khái quát cấu trúc mạng 4G, đặc tính kỹ thuật giới thiệu khái niệm, mục đích trình tự chuyển giao mạng 4G Ngồi cịn khái qt hóa mơ hình đa (mơ hình sử dụng để xét chuyển giao) 9 Mạng 4G có ưu điểm vượt trội so với 3G tốc độ, thời gian trễ nhỏ, hiệu suất sử dụng phổ cao với việc sử dụng băng thông linh hoạt, cấu trúc đơn giản nên giảm giá thành Để tạo nên ưu điểm đó, nhờ việc sử dụng kỹ thuật OFDMA đường xuống Cùng với kỹ thuật trênLTE hỗ trợ MIMO, MIMO phần tất yếu LTE để đạt yêu cầu thông lượng hiệu sử dụng phổ 10 CHƢƠNG QUY HOẠCH, TỐI ƢU MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G VINAPHONE TẠI BẮC NINH 3.1 Khái qt tình hình trị, kinh tế xã hội tỉnh Bắc Ninh Bắc Ninh tỉnh nằm vùng kinh tế trọng điểm phía Bắc Với diện tích 822,7 km2, dân số 1.368.840 người, mật độ dân số 1,664 người/km² Tỉnh có đơn vị hành chính, bao gồm: Thành phố Bắc Ninh, thị xã Từ Sơn huyện: Tiên Du, Yên Phong, Thuận Thành, Quế Võ, Gia Bình Lương Tài với 126 đơn vị hành cấp xã, có 94 xã, 26 phường thị trấn 3.2 Khái quát trạng mạng thông tin di động 2G/3G/4G VinaPhone Bắc Ninh Công nghệ thông tin di động 4G VNPT Bắc Ninh triển khai địa bàn tỉnh Bắc Ninh công nghệ 4G LTE Huawei (Trung Quốc) Năm 2017, VNPT Bắc Ninh [14] lắp đặt 65 trạm eNodeB lắp đặt địa điểm có mật độ dân cư cao thành phố Bắc Ninh Đến nay, VNPT Bắc Ninh có khoảng 50.000 thuê bao động 4G hoạt động thường xuyên mạng 4G VNPT Bắc Ninh Mạng truy nhập cấp tỉnh mơ tả hình đây: Hình 3.1 Sơ đồ khối mạng tổng thể truy nhập tỉnh Bắc Ninh 11 Tồn viễn thơng tỉnh quản lý khai thác, sử dụng 5.800 km cáp quang loại [14] Với 16 Ring CSG tốc độ cao 10Gbps, lực mạng truyền tải xử lý chuyển mạch nội tỉnh với 09 Ring truyền tải đường trục băng rộng, tốc độ Ring lên tới 50Gb/s Một số nhận xét đánh giá: Khả mạng 4G chưa đáp ứng hết nhu cầu khách hàng sốlượng trạm 4G hạn chế, khu dân cư vùng sâu, vùng xa số huyện cònchưa phủ sóng mạng 4G Trong nhu cầu khách hàng sử dụng mạng 4G Bắc Ninh lớn; Đặc biệt khu công nghiệp, làng nghề, đường cao tốc địa bàn tỉnhBắc Ninh 3.3 Quy hoạch triển khai mạng 4G Vinaphone Bắc Ninh Mục đích quy hoạch mạng vơ tuyến để tối đa vùng bao phủ mạng cung cấp dung lượng mong muốn thời điểm Quy trình phương pháp quy hoạch chung cho mạng di động 4G LTE gồm: B1- Khởi tạo phân tích vùng phủ: Bao gồm dự báo lưu lượng phân tích vùng phủ B2- Quy hoạch chi tiết: Cần áp dụng hai điều kiện tối ưu sau cho tính toán quy hoạch mạng, để xác định số trạm eNodeB cần lắp đặt B3- Vận hành tối ưu hóa mạng: Các mơ hình truyền đề xuất mơ hình truyền sóng Hata-Okumura, mơ hình Walfish-Ikegami Q trình vận hành mạng diễn ta thường xuyên công việc quy hoạch, thiết kế, thiết lập tối ưu mạng Quy trình thực tối ưu mạng mơ tả hình sau: 12 Hình3.2.Quy trình thực tối ƣu 3.3.1 Quy hoạch, định cỡ mạng truyền tải cho 4G Quy hoạch dung lượng Tính số eNodeB tính khía cạnh dung lượng: Số eNodeB = OVERALLDATARATE SITECAPACI TY (3.7) Tính tốn cellthroughput: 1frame = 10ms = 10subframe =20 times slot timeslot =0.5ms= kí tự OFDM với normal CP kí tự OFDM với CP mở rộng 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 Sử dụng MIMO2x2 cho tốc độ liệu 2x100.8=201.6 Mbps Sử dụng mã hóa bảo vệ ¾ ta có tốc độ 0.75x201.6= 115 Mbps Để tính tốn cellthroughput trước tiên ta xét tốc độ bit đỉnh (peak bit rate) (3.8) 13 Bảng 3.1 Tốc độ bit đỉnh tƣơng ứng với tốc độ mã hóa băng thơng Tốc độ bit đỉnh sóng mang con/băng thơng MCS Kỹ thuật anten sử dụng 72/1.4 Mhz 180/3.0 Mhz 300/5.0 Mhz 600/10 Mhz 1200/20 Mhz OPSK ⁄ Dòng đơn 0.9 2.2 3.6 7.2 14.4 16QAM ⁄ Dòng đơn 1.7 4.3 7.2 14.4 28.8 16QAM ⁄ Dòng đơn 2.6 6.5 10.8 21.6 43.2 64 QAM ⁄ Dòng đơn 3.9 9.7 16.2 32.4 64.8 64 QAM ⁄ Dòng đơn 5.2 13.0 21.6 43.2 86.4 64 QAM ⁄ 2x2 MIMO 7.8 19.4 32.4 64.8 129.6 64 QAM 2x2 MIMO 10.4 25.9 43.2 86.4 172.8 Tương ứng với MCS tốc độ bit đỉnh mức SINR, ta xét điều kiện kênh truyền AWGN nên SNR dùng thay cho SINR, tốc độ bit đỉnh xem dung lượng kênh Dựa vào công thức dung lượng kênh Shannon: Cl = BW log2(l+SNR) Ta suy SNR:SNR = 2(C1/BW1)ˉ ˡ (lần) Từ SNR tìm ta tính thơng lượng cell (cell throughput) qua cơng thức: C = FxBWxlog2(l+SNR) Băng thơng cấu hình tính theo cơng thức sau : BW = NSC N S N RB Tsub (3.9) Tính tốn Overalldatarate tính tốn theo cơng thức sau: Overalldatarate = Số user x Tốc độ bit đỉnh x Hế số OBF (3.10) Trong hệ số OBF = 20 Các thơng số đầu vào tính dung lượng phần tử mạng (eNobeB) gồm:Băng thơng dựa cấu hình sử dụng băng thơng cung cấp ta tính chi phí tổn hao băng thơng đưa băng thông khả dụng Các thông số đầu tính tốn dung lượng phần tử mạng (eNobeB): Từ dung lượng phần tử tác xác định số lượng đầu cuối đáp ứng đồng thời (dựa tốc độ số liệu yêu cầu Rsub tải trung bình Lbh …) 14 Với ước lượng người dùng ta tính số site cần lắp đặt.Ta tính dung lượng tổng cần đáp ứng (số site*dung lượng site eNodeB) N N =N = (3.13) 3.3.2 Quy hoạch định cỡ mạng vô tuyến cho 4G Mục đích cung cấp cấu trúc mạng chung, High Level Network Design cho dự án 3G/ 4G LTE VinaPhone Bắc Ninh Quỹ đường truyền: Tính tốn quỹ đường truyền ước lượng suy hao tín hiệu cho phép cực đại (pathloss) di động trạm gốc Tổn hao lớn cho phép cho ta ước lượng vùng phủ cell lớn với mơ hình kênh truyền phù hợp Tính tốn quỹ đường lên cho LTE Thơng số, cơng thức sử dụng để tính tốn quỹ đường truyền lên cho LTE: - Công suất máy phát (PTxm): - Khuếch đại anten (Gm): - Tổn hao phi nối (Lfm) - Tổn hao thể (Lbody): Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương (EIRPm): Có đơn vị dBm tính tốn theo công thức sau: EIPRm = PTxm + Gm + Lfm – Lbody (3.14) Hệ số tạp âm máy thu (NF): Công suất tạp âm nhiệt đầu vào máy thu (Ni): Có đơn vị dBm tínhtốn cơng thức sau: Ni = 30 + 10lgk + 10log290K + 10lgB (3.15) Công suất tạp âm máy thu (Ni): Có đơn vị dBm tính tốn theocơng thức sau: N=Ni + NF (3.16) Dự trữ nhiễu (Mi): dự trữ nhiễu LTE nhỏ dự trữ nhiễu WCDMA tín hiệu đường lên trực giao Nó có đơn vị dB cógiá trị nằm khoảng từ 1-10 dB Tổng tạp âm nhiễu + giao thoa (N + I): Có đơn vị dBm tính tốn theo cơng thức sau : (N + I)(dBm) = N + Mi (3.17) Tỷ số SNR yêu cầu (SNRr): Được lấy từ mô Có đơn vị dB Độ nhạy máy thu hiệu dụng (Pmin): Có đơn vị dB xác định theo công thức sau: Pmin = (N + I) (dBm) + SNRr (dB) (3.18) 15 Khuếch đại anten trạm gốc (Gb): Phụ thuộc vào kích cỡ anten số sector Có giá trị từ 15 đến 21 dBi Đơn vị dBi Tổn hao phi nối (Lf): Tổn hao phía trạm gốc Có đơn vị dB Khuếch đại MHA (GMHA): Là khuếch đại tháp anten, đơnvị dB Tổn hao đường truyền cực đại cho phép (Lmax): Có đơn vị dB tính tốn theo cơng thức sau:Lmax = EIRPm – Pmin + Gb – Lf + GMHA (3.19) Tính tốn quỹ đường lên cho LTE Ví dụ quỹ đường truyền lên LTE cho 64kbps với máy thu trạm gốc anten Bảng 3.2 Ví dụ quỹ đƣờng truyền lên LTE Máy phát (đầu cuối di động) Công suất phát (dBm) 24,0 PTxm Khuếch đại anten (dBi) 0,0 Gm Tổn hao phi + nối(dB) 0,0 Lfm Suy hao thể MS đường lên (dB) 0,0 Lbody Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương (dBm) 24,0 EIRPm = PTxm+ Gm - Lfm - Lb Máy thu (BS) Hệ số tạp âm máy thu trạm gốc (dB) 2,0 NF Công suất tạp âm nhiệt đầu vào máy thu (dBm) -118,4 Ni=30+10lgk+10lg290K+10lg (360KHz) Công suất tạp âm nềnmáy thu (dBm) -116,4 N = Ni + NF Dự trữ nhiễu (dB) 2,0 Mi Tổng tạp âm + giao thoa (dBm) -114,4 (N + I) (dBm) = N + Mi Tỷ số SNR yêu cầu (dB) -7 SNRr , từ mô Độ nhạy máy thu (dBm) -121,4 Pmin= (N + I) (dBm) + SNRr Khuếch đại anten (dBi) 18,0 Gb Tổn hao phi + nối trạm gốc 2,0 Lf 16 Khuếch đại MHA (dB) 2,0 GMHA Tổn hao đường truyềncực đại (dB) 163,4 Lmax=EIRPm-Pmin+Gb+GMHA-Lf Bảng 3.3 Ví dụ quỹ đƣờng xuống LTE Máy phát (trạm gốc) Công suất phát (dBm) 46,0 PTxb Khuếch đại anten (dBi) 18,0 Gb Tổn hao phi + nối 2,0 Lf Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương (dBm) 62,0 EIRPm = PTxm+ Gb - Lf Hệ số tạp âm máy thu (dB) 7,0 NF Công suất tạp âm nhiệt đầu vào máy thu (dBm) -104,5 Ni=30+10lgk+10lg290K+10lg(9MHz) Công suất tạp âm máy thu (dBm) -97,5 N = Ni + NF Dự trữ nhiễu (dB) 3,0 Mi Bổ sung nhiễu kênh điều khiển 1,0 Mcch Tổng tạp âm + giao thoa (dBm) -93,5 (N + I) (dBm) = N + Mi + Mcch Tỷ số SNR yêu cầu (dB) -10 SNRr , từ mô Độ nhạy máy thu (dBm) -103,5 Pmin= (N + I) (dBm) + SNRr Khuếch đại anten (dBi) 0,0 Gb Tổn hao phi + nối (dB) 0,0 Lfm Suy hao thể (dB) 0,0 Lbody Tổn hao đường truyền cực đại (dB) 165,5 Lmax=EIRPb - Pmin+ Gm - Lf - Lbody Máy thu (đầu cuối di động) Quy hoạch vùng phủ: - Tính suy hao cực đại cho phép từ việc tính tốn quỹ đường truyền Tính tốn theo mơ hình Walfisch – Ikegamy ta tính được: Suy hao cực đại cho phép đường lên: 159.9 dB Suy hao cực đại cho phép đường xuống: 162.2 dB 17 - Tính số trạm BS dựa theo bán kính phục vụ BS diện tích phủ sóng cell Tính bán kính cell: Tần số làm việc (f): 1800 MHz Với điều kiện địa hình, dân số mức độ phát triển huyện thành phố thuộc tỉnh Bắc Ninh nên ta có thơng số sau: Độ rộng đường phố (w) : 15 m Khoảng cách tòa nhà (b) : 35 m Độ cao trung bình tịa nhà (hr) : 15 m Độ cao anten mobile (hm) : 1,5 m Độ cao trung bình anten BS (hb) : 30 m Góc tới tia sóng từ tòa nhà đến mặt đường: b/2 ≈ 20 độ Sử dụng kết suy hao cực đại cho phép đường lên đường xuống tương ứng là: 163.4 dB 165.4 dB ta tính được: Suy hao cực đại cho phép đường lên: 159.9 dB Suy hao cực đại cho phép đường xuống: 162.2 dB Quy hoạch dung lượng Bắc Ninh: Tính tốn dung lượng mạng trước quy hoạch lại: Áp dụng công thức: Số eNodeB = OVEEALLDATARATE SITECAPACI TY Trong đó: Sitecapacity bội số thơng lượng cell (cellthroughput) tùy thuộc vào cấu hình cell site Bắc Ninh đưa vào sử dụng330 eNodeB Áp dụng công thức N N ta có: N =N x =3x = 1100 (thuê bao) Ntotal =Nsub x Nsite =1100x330= 363.000 (thuê bao) Như vậy, quy hoạch 330 trạm eNodeB 4G Bắc Ninh đáp ứng 363.000 thuê bao truy cập lúc,thực tế khó xảy ra, lý thuyết chưa đạt, theo báo cáo viễn thơng Bắc Ninh địa có khoảng 18 74.275 thuê bao di động 4G, với tốc độ phát triển 15% năm Ví dụ khu vực KCN Sam Sung – Yên Phong có trạm eNode 4G số người truy cập đồng thời 5500 thuê bao, thường xuyên xảy tượng nghẽn mạng, rớt mạng, mạng yếu * Tính tốn dung lượng mạng sau quy hoạch lại: Tinh chỉnh cell throughput: Giả sử mạng lưới sử dụng: loại site có sector, MSC (mã hóa điều chế) kiểu 64 QAM ¾, kỹ thuật anten sử dụng 2x2Mimo, băng thông hệ thống 20MHz Ntotal =Nsub Nsite =2200 330= 726.000 (thuê bao) Như với việc điều chỉnh MSC (mã hóa điều chế) kiểu 64 QAM ¾, kỹ thuật anten sử dụng 2x2Mimo, băng thông hệ thống 20MHz Vậy tốc độ bit đỉnh = 64,8MHz (đề xuất sử dụng modun phát quang cơng xuất ≥ 1.25Gbps để tăng băng thơng lên 20Mhz) Thì lượng th bao truy cập lúc tồn tỉnh tăng gấp đơi Song mở rộng băng thơng tồn tỉnh tốn kém, cần đo kiểm tiêu Kpi điểm có tượng nghẽn mạng, rớt mạng cao điểm Để đưa giải pháp điều chỉnh thông lượng cell, kiểm tra phần cứng eNodeB, công suất phát, thông số anten, kiểm tra neighbor đưa định thêm bớt neighbor Áp dụng lý thuyết tính tốn, ta tính số eNode cho vùng cụ thể dựa quy hoạch dựa thực tế địa bàn tỉnh Bắc Ninh sau: Năm Số BS thực tế Số BS đƣợc tính tốn 72255 382 330 9844 14544 108 95 Từ Sơn 8640 12764 40 33 Yên Phong 7436 10985 61 54 Quế Võ 5205 7689 47 40 Tiên Du 4892 7227 40 36 Thuận Thành 4415 6522 37 30 Đơn vị 2015 2020 Số thuê bao Số thuê bao Tỉnh Bắc Ninh 48910 Bắc Ninh 19 Lương Tài 4318 6379 26 22 Gia Bình 4160 6145 23 20 3.3.3 Thiết kế, quy hoạch lắp đặt cell chi tiết cho e-NodeB Để đáp ứng nâng cao chất lượng dịch vụ nhà mạng cần thiết phải quy hoạch triển khai femtocell Lắp đặt thiết bị Femtocell Về kết nối: Mỗi thiết bị smallcell có cổng quang cổng điệntốc độ Gb) Mơ hình kêt nối: Có thể đấu nối chuỗi thiết bị smallcell với cổng quang cổng điện lên cổng thiết bị Switch Vùng phủ sóng: Về chất thiết bị tích hợp tương đương trạm 4G Tuy nhiên thiết bị femtocell phủ sóng hướng (tương đương anten thiết bị macro distribute 4G thông thường) Cụ thể, khu công nghiệpYên Phong – Bắc Ninh lắp đặt thử nghiệm tất 10 Femtocell: thiết bị triển khai công ty SamSung SEV thiết bị triển khai công ty SamSung Display thiết bị triển khai Ngô Xá – xã Long Châu thiết bị triển khai Mẫn Xá – xã Long Châu Theo số liệu lấy từ báo cáo Trung tâm Điều hành Thông tin VNPT Bắc Ninh kiểm tra độ khả dụng Femtocell trước sau đưa vào sử dụng Mẫn Xá – xã Long Châu thể Bảng 3.4 Bảng 3.4.Kiểm tra độ khả dụng Femtocell KPI name Yêu cầu Trƣớc sử dụng Sau sử dụng Giá trị Đánh giá Giá trị Đánh giá So sánh trƣớc sau sử dụng RRC connection ESR (all service) (%) ≥ 99 99.95 Đạt 99.95 Đạt Tương đương ERAB setup Success Rate (%) ≥ 99 99.95 Đạt 99.95 Đạt Tương đương 20 Data call setup Success Rate (%) ≥ 99 99.11 Đạt 99.28 Đạt Cải thiện Call drop Rate (%) ≤ 1.2 0.08 Đạt 0.02 Đạt Cải thiện Intra Freq Handover HO Success Rate (%) ≥ 99 99.98 Đạt 99.98 Đạt Tương đương Inter Frequency HO Success Rate (%) ≥ 98 99.49 Đạt 99.49 Đạt Tương đương Inter RAT HO out Success Rate (%) ≥ 90 92.06 Đạt 98.81 Đạt Cải thiện Độ sẵn sàng % RSCP> 100dBm ≥ 95 96.06 Đạt 98.8 Đạt Cải thiện Used downlink Resource Block ≤ 70 34.26 Đạt 34.07 Đạt Tương đương Used uplink Resource Block ≤ 70 10.58 Đạt 10.51 Đạt Tương đương Kết KPI 4G trước sau sử dụng Femtocell đạt tiêu chuẩn, có tiêu cải thiện: Data call setup Success Rate % (tỷ lệ thiết lập gọi thành công) Call drop Rate % (tỷ lệ gọi vị rớt) Inter RAT HO out Success Rate % (kết nối chuyển giao liên mạng) Độ sẵn sàng % RSCP> -100dBm 3.3.4 Đo kiểm vùng phủ sóng, đánh giá chất lượng mạng lưới sau phát sóng trạm e-NodeB * Việc đo kiểm giám sát KPI thực OMC DriveTest Trong hệ thống trước, mạng lõi quản lý RNC, RNC quản lý trạm BS BS lại quản lý UE Vì UE chuyển qua vùng RNC khác phục vụ, mạng lõi biết đến RNC phục vụ UE, chuyển giao điều khiển RNC.Nhưng E-UTRAN, mạng lõi thấy chuyển giao.Ở WCDMA, dùng CPICH RSCP để định chuyển giao LTE ta dùng RSRP * Giám sát qua OMC thực cách liên tục, thống kê đầy đủ KPI, phát cố 3.3.5 Tối ưu, lắp đặt trạm e-NodeB tận dụng hạ tầng có sẵn Q trình tối ưu bao gồm bước: Chuẩn bị, Thu thập liệu, Phân tích liệu tiến hành tối ưu 21 Quy trình lắp đặt mơ tả hình 3.3 Hình 3.3 Sơ đồ khối bƣớc triển khai trạm SRAN Sau áp dụng, tính tốn thực việc quy hoạch, tối ưu mạng di động 4G VNPT Bắc Ninh, đề tài thu số kết khả quan: - Tối ưu hóa tham số hệ thống - Đo kiểm Driving test theo route gồm TPO 03 huyện TSN, TDU, YPG trước tối ưu sau tối ưu; Đo kiểm trường, đánh giá xử lý chất lượng mạng vị trí PAKH đo kiểm xử lý badcell địa bàn toàn tỉnh - Tunning vùng phủ dựa vào phân tích logfile đo kiểm đưa tổng số 208 CRs gồm 106 CRs 2G, 45 CRs 3G, 57CRs 4G; Thực hiệu chỉnh tối ưu vùng phủ sóng địa bàn tồn tỉnh tổngsố 208 CRs đó: 106 CRs 2G, 45 CRs 3G, 57CRs- 4G Thực Crs điều chỉnh E-tilt 25 cell 4G tối ưu vùng phủ sóng trênOMC - Xử lý cảnh báo HW/badcell tồn phát sinh địa bàn tỉnh; Phối hợp xử lý trạm BTS/NodeB có cảnh báo truyền dẫn chất lượng truyền dẫn kém: 12 NodeB EnodeB; Xử lý trạm có chất lượng HW gây suy giảm chất lượng theo yêu cầu RNOC: Xử lý 13 cell có HW bị PB, IOI Như vậy, sau thực tối ưu, đảm bảo tiêu đặt theo kế hoạch, kết tối ưu thu số kết khả quan tóm tắt lại sau: Thứ nhất, tối ưu vùng phủ sóng: đề tài thực tunning vùng phủ 4G khu vực TPO huyện Tiên DU, Từ Sơn, Yên Phong, Các tiêu KPI vùng phủ ổn định cải thiện sp với trước tối ưu Trước tối ưu, tầng ứng dụng 4G throughout DL (kbpd) >5000 throughout UL (kbpd) >5000 đạt 89.78% 22 94.76%, sau tối ưu cải thiện rõ rệt lên tới 90.13% 96.19% Tương tự thế, trước tối ưu, 4G mean Throughput DL (Mbps) Throughput UL (Mbps) 21.8% 31.9%; sau tối ưu đạt 24.36% 33.9% Thứ hai, việc tối ưu KPI hệ thống trì cải thiện số KPI so với trước tối ưu Thứ ba, đề tài xử lý HW/Badcell tồn phát sinh xử lý cách báo HW/truyền dẫn, CLK diệt 46 badcell 4G đạt tỷ lệ xử lts 76% so với trước tối ưu Cuối cùng, đề tài hoàn thành việc kiểm tra xử lý điểm đen địa bàn toàn tỉnh 3.4 Kết luận chƣơng Nội dung chương trình bầy kết nghiên cứu việc triển khai thực tế mạng di động 4G VinaPhone Bắc Ninh, từ quy hoạch, định cỡ, thiết kế High Level Design - Low Level Design, lắp đặt, phát sóng đo kiểm chất lượng mạng 4G Do đặc thù đường lên đường xuống mạng 4G bất đối xứng, hai đường thiết lập giới hạn dung lượng vùng phủ sóng Việc tính tốn quỹ đường truyền phân tích nhiễu khơng phụ thuộc vào loại cơng nghệ sử dụng, cấu hình trạm số lượng phần tử mạng để dự báo giá thành đầu tư cho mạng Qua phân tích thấy để quy hoạch vùng phủ ta cần dựa vào quỹ đường truyền mơ hình truyền sóng cụ thể, kết hợp với diện tích cần phủ sóng Mặt khác việc triển khai mạng 4G phần lớn thực hạ tầng nhà trạm, cột BTS sẵn có dùng cho thiết bị 2G/3G Do việc thiết kế vị trí lắp đặt anten, tủ nguồn, fidơ, thiết bị cần phải thiết kế tính tốn chi tiết để vừa đảm bảo chất lượng vùng phủ, đồng thời phải thuận lợi công tác vận hành, khai thác Một số KV không cải thiện nhiều vùng hở cần ý bổ sung NewSite/Remote cho phù hợp với điều kiện địa tỉnh 23 KẾT LUẬN Luận văn trình bày đặc điểm kỹ thuật hệ thống LTE bao gồm mục tiêu thiết kế, tiềm công nghệ, hiệu suất hệ thống, thông số lớp vật lý, dịch vụ LTE Những nội dung nghiên cứu cho thấy 4G công nghệ với đặc tính kỹ thuật ưu việt Do doanh nghiệp viễn thông Việt Nam tập trung nghiên cứu triển khai thử nghiệm làm tiền đề cho việc triển khai rộng rãi toàn quốc Qua tham số phân tích trên, với ưu điểm vượt trội mạng 4G tốc độ, băng thông làm tảng cho việc triển khai dịch vụ liệu, video nhà mạng, đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ ngày cao khách hàng Các kết nghiên cứu cho thấy 4G có ưu điểm vượt trội so với 3G tốc độ, thời gian trễ, hiệu suất sử dụng phổ với việc sử dụng băng thông linh hoạt, cấu trúc đơn giản nên giảm giá thành Việc nghiên cứu công nghệ LTE đặc tính kỹ thuật tiền đề để tiến hành thiết kế quy hoạch mạng di động 4G VinaPhone Bắc Ninh, từ khâu quy hoạch, định cỡ, thiết kế High Level Design - Low Level Design, lắp đặt, phát sóng đo kiểm chất lượng mạng 4G Với đặc thù mạng 4G phần lớn triển khai tảng trạm BTS 2G/3G có sẵn Tuy nhiên công suất, vùng phủ trạm 2G, 3G, 4G khác nên cần có khảo sát cách tiếp cận phù hợp thiết kế quy hoạch mạng để đưa giải pháp tối ưu chất lượng vùng phủ chi phí Và kết đạt khuôn khổ nội dung luận văn Do hạn chế kiến thức thời gian nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Vì em mong nhận ý kiến đóng góp thầy giáo để luận văn hồn thiện ... việc quy hoạch, tối ưu mạng di động 4G VNPT Bắc Ninh, đề tài thu số kết khả quan: - Tối ưu hóa tham số hệ thống - Đo kiểm Driving test theo route gồm TPO 03 huyện TSN, TDU, YPG trước tối ưu sau tối. .. thành phố Bắc Ninh Đến nay, VNPT Bắc Ninh có khoảng 50.000 thuê bao động 4G hoạt động thường xuyên mạng 4G VNPT Bắc Ninh Mạng truy nhập cấp tỉnh mô tả hình đây: Hình 3.1 Sơ đồ khối mạng tổng... tin di động 2G/3G /4G VinaPhone Bắc Ninh Công nghệ thông tin di động 4G VNPT Bắc Ninh triển khai địa bàn tỉnh Bắc Ninh công nghệ 4G LTE Huawei (Trung Quốc) Năm 2017, VNPT Bắc Ninh [14] lắp đặt