Quy hoạch và tối ưu mạng 3g w CDMA luận văn tốt nghiệp đại học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: QUY HOẠCH VÀ TỐI ƯU MẠNG 3G W-CDMA Người hướng dẫn: ThS.NGUYỄN PHÚC NGỌC Sinh viên thực hiện: LÊ VĂN ĐOÀN Lớp: 47K-ĐTVT Vinh,05/2011 1 MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU .4 TÓM TẮT ĐỒ ÁN 6 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .7 DANH MỤC CÁC BẢNG 9 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .10 MỞ ĐẦU……………………………………………………………………16 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 17 1.1. Giới thiệu 17 1.2. Tổng quan về thông tin di động .18 1.2.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 .18 1.2.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 .20 1.2.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 .22 1.2.4. Hệ thống thông tin di động thế hệ 4 .24 1.3. Hệ thống thông tin di động 3G chủ yếu 25 1.3.1. Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ W-CDMA .25 1.3.2. Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ CDMA 2000 .26 1.4. Hệ thống thông tin di động GSM .28 1.4.1. Cấu trúc mạng GSM 28 1.4.2. Đa truy cập GSM .30 1.4.3. Sự phát triển của mạng GSM lên 3G .31 1.5. Kết luận chương 33 Chương 2. CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ 3 W-CDMA 34 2.1. Giới thiệu công nghệ W-CDMA .34 2.2. Cấu trúc mạng W-CDMA .36 2.3. Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN .38 2.3.1. Đặc trưng của UTRAN 39 2 2.3.2. Bộ điều chế mạng vô tuyến UTRAN .39 2.3.3. Node B .40 2.3.4. Cấu trúc cell .41 2.4. Giao diện vô tuyến 41 2.4.1. Giao diện UTRAN_CN,I .42 2.4.2. Giao diện RNC_RNC,I 43 2.4.3. Giao diện RNC_Node B,I 44 2.5. Mã hóa và điều chế BIT/SK,QPSK 44 2.5.1. Mã hóa .44 2.5.2. Điều chế BIT/SK và QPSK 46 2.6. Trải phổ trong W-CDMA .50 2.6.1. Các hệ thống thông tin trải phổ 50 2.6.2. Trải phổ và giải trải phổ trong DS-CDMA 51 2.6.3. Áp dụng DSSS cho CDMA .52 2.7. Điều khiển công suất .53 2.8. Các thông số lớp vật lý và quy hoạch tần số .53 2.8.1. Các thông số lớp vật lý 53 2.8.2. Quy hoạch tần số .54 2.8.3. Các kênh của W-CDMA 59 2.9. Kết luân chương 68 Chương 3. QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN W-CDMA .69 3.1. Giới thiệu chung về quy hoạch mạng vô tuyến 69 3.2. Khởi tạo quy hoach ( Định cỡ mạng ) .70 3.2.1. Sơ đồ khối quá trình định cỡ mạng 71 3.2.2. Phân tích quỹ năng đường truyền vô tuyến .72 3.2.3. Xác định bán kính và vùng phủ sóng Cell .80 3.2.4. Quy hoạch dung lượng và vùng phủ-lặp tối ưu 83 3.2.5. Định cỡ RNC 85 3.3. Quy hoạch vùng phủ và dung lượng chi tiết 87 3 3.4. Tối ưu mạng .88 3.4.1. Nguyên tắc 88 3.4.2. Tối ưu vùng phủ 89 3.4.3. Lựa chọn lại Cell ( Cell Reselection ) .91 3.5. Kết luận chương .92 KẾT LUẬN CHUNG 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO .94 4 LỜI NÓI ĐẦU Với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của thông tin di động trên thế giới với những ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin, trong dịch vụ và trong cuộc sống hằng ngày. Các kĩ thuật không ngừng được hoàn thiện đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng. Công nghệ điện thoại di động phổ biến nhất thế giới GSM đang gặp nhiều cản trở và sẽ sớm bị thay thế bằng những công nghệ tiên tiến hơn, hỗ trợ tối đa các dịch vụ như Internet, truyền hình . Các nhà khai thác mạng GSM có thể bắt đầu chuyển từ GSM sang 3G bằng cách nâng cấp hệ thống mạng lên GPRS (Dịch vụ vô tuyến chuyển mạch gói), tiếp theo là EDGE (tiêu chuẩn 3G trên băng tần GSM và hỗ trợ dữ liệu lên tới 384kbit) và UMTS (công nghệ băng thông hẹp GSM sử dụng truyền dẫn CDMA), và WCDMA Với cách nhìn nhận này, Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) đã và đang làm việc để hướng tới một chuẩn cho mạng di động tế bào mới thế hệ thứ tư 4G có tốc độ lên đến 32Mbps. 3G là một bước đột phá của ngành di động, bởi vì nó cung cấp băng thông rộng hơn cho người sử dụng. Điều đó có nghĩa sẽ có các dịch vụ mới và nhiều thuận tiện hơn trong dịch vụ thoại và sử dụng các ứng dụng dữ liệu như truyền thông hữu ích như điện thoại truyền hình, định vị và tìm kiếm thông tin, truy cập Internet, truyền tải dữ liệu dung lượng lớn, nghe nhạc và xem video chất lượng cao,…Truyền thông di động ngày nay đã và đang đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống. Việc vẫn có thể giữ liên lạc với mọi người trong khi di chuyển đã làm thay đổi cuộc sống riêng tư và công việc của chúng ta. Thế giới đang có 2 hệ thống 3G được chuẩn hóa song song tồn tại, một dựa trên công nghệ CDMA còn gọi là CDMA 2000, chuẩn còn lại do dự án 3rd Generation Partnership Project (3GPP) thực hiện. 3GPP đang xem xét tiêu chuẩn UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access TS. Tiêu chuẩn này có 2 sơ 5 đồ truy nhập vô tuyến. Một trong số đó được gọi là CDMA băng thông rộng (WCDMA). Xuất phát từ ý tưởng muốn tìm hiểu công nghệ W-CDMA và mạng W- CDMA em đã thực hiện đồ án: “Quy hoạch và tối ưu mạng 3G W-CDMA”. Đồ án này em trình bày 3 chương: Chương 1: Tổng quan về thông tin di động và hệ thống thông tin di động GSM Chương 2 : Công nghệ di động thế hệ ba W-CDMA, Chương 3 : Quy hoạch mạng W-CDMA. Trong quá trình làm đồ án khó tránh khỏi sai sót, em rất mong sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo và sự góp ý của các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn Th.S: Nguyễn Phúc Ngọc đã nhiệt tình hướng dẫn trong thời gian làm đồ án và các thầy cô giáo trong khoa Điện tử- Viễn thông đã giúp em hoàn thành đồ án này !. Vinh, tháng 5 năm 2011 Sinh viên thực hiện Lê Văn Đoàn 6 TÓM TẮT ĐỒ ÁN Trong đồ án này em đa trình bày về việc “Quy hoạch và tối ưu mạng 3G W-CDMA” với nội dung gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan về thông tin di động và hệ thống thông tin di động GSM Trình bày về lộ trình phát triển thông tin di động lên 4G, hướng phat triển lên 3G sử dụng công nghệ W-CDMA, CDMA 2000, cấu trúc của GSM và chức năng của từng phân hệ. Chương 2: Công nghệ di động thế hệ 3G W-CDMA Giới thiệu được công nghệ W-CDMA, cấu trúc mạng, mạng truy nhập vô tuyến UTRAN và giao diện vô tuyến. Giới thiệu được các kỹ thuật được sử dụng trong W-CDMA, các kênh của W-CDMA Chương 3: Quy hoạch mạng vô tuyến W-CDMA Chương này đã trình bày 3 pha trong quá trình quy hoạch mạng WCDMA: Khởi tạo quy hoạch (định cỡ mạng), quy hoạch chi tiết mạng, vận hành và tối ưu hóa mạng. Trong đó, phần định cỡ mạng được phân tích cụ thể và đưa ra sơ đồ khối quá trình định cỡ, cũng như các công thức tính toán, phân tích quỹ năng lượng đường truyền vô tuyến, bán kính và diện tích cell, quy hoạch dung lượng và vùng phủ. 7 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Lộ trình phát triển thông tin di động lên 4G 18 Hình 1.2. Đa truy nhập phân chia theo tần số 19 Hình 1.3. Đa truy nhập phân chia theo thời gian .21 Hình 1.4. Đa truy nhập phân chia theo mã 22 Hình 1.5. Quá trình phát triền lên 3G của 2 nhánh công nghệ chính 23 Hình 1.6. Định hướng phát triển công nghệ lên 4G .25 Hình 1.7. Quá trình phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA 25 Hình 1.8. Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh CDMA 2000 27 Hình 1.9. Cấu trúc mạng GSM………………………………… 28 Hình 1.10. Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên 3G 32 Hình 1.11. Quá trình nâng cấp GSM lên W-CDMA 32 Hình 2.1. Các dịch vụ đa phương tiện trong hệ TTDĐ thế hệ 3 35 Hình 2.2. Cấu trúc UMTS 36 Hình 2.3. Cấu trúc UTRAN .39 Hình 2.4. Cấu trúc cell UMTS .41 Hình 2.5. Mô hình tổng quát các giao diện vô tuyết của UTRAN 42 Hình 2.6. Mạch mã hóa vòng với đa thức sinh 45 Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý điều chế BPSK 47 Hình 2.8. Khoảng cách giữa hai tín hiệu BPSK 48 Hình 2.9. Trải phổ chuối trực tiếp (DSSS) 51 Hình 2.10. Quá trình trải phổ và giải trải phổ 52 Hình 2.11. Phân bố tần số cho WCDMA/FDD .55 Hình 2.12. Cấp phát băng tần WCDMA/FDD .56 Hình 2.13. Thí dụ cấp phát băng tần cho 5 nhà khai thác tại Anh .57 Hình 2.14. Cấp phát tần số cho sáu nhà khai thác tại Đức 58 Hình 2.15. Sơ đồ khối máy phát tuyến (a) và máy thu tuyến (b) .67 Hình 3.1. Quá trình quy hoạch mạng cho hệ thống TTDĐ thế hệ 3 70 8 Hình 3.2. Các tham số đầu vào và đầu ra trong quá trình định cỡ mang WCDMA 71 Hình 3.3. Các thành phần nhiễu tại trạm gốc .73 Hình 3.4. Các thành phân nhiễu tại thuê ba di động 76 9 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Tọa độ các điểm tín hiệu điều chế QPSK 49 Bảng 2.2. Các thông số lớp vật lý W-CDMA 54 Bảng 2.3. Cấp phát tần số 3G tại Việt Nam .58 Bảng 2.4. Danh sách các kênh logic 59 Bảng 2.5. Danh sách các kênh truyền tải .61 Bảng 2.6. Danh sách các kenh vật lý .62 Bảng 3.1. Ví dụ tính toán năng lượng truyền sóng đường lên .81 Bảng 3.2. Các giá trị K sử dụng cho tính toán vùng phủ sóng 83 Bảng 3.3. Ví dụ về dung lượng của một RNC .86 Bảng 3.4. Suy hao thâm nhập trong nhà/ngoài trời .86 10 . CDMA băng thông rộng (WCDMA). Xuất phát từ ý tưởng muốn tìm hiểu công nghệ W- CDMA và mạng W- CDMA em đã thực hiện đồ án: Quy hoạch và tối ưu mạng 3G W- CDMA TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: QUY HOẠCH VÀ TỐI ƯU MẠNG 3G W- CDMA Người hướng dẫn: ThS.NGUYỄN