Các kênh của hệ thống UMTS được chia thành các loại kênh sau đây:
- Kênh vật lý (PhCH): Kênh mang số liệu trên giao diện vô tuyến. Mỗi PhCH có một trải phổ mã định kênh duy nhất để phân biệt với kênh khác. Một người sử
kênh PhCH dành riêng cho một UE còn kênh chung được chia sẻ giữa các UE trong một ô.
- Kênh truyền tải (TrCH): Kênh do lớp vật lý cung cấp cho lớp 2 để truyền số
liệu. Các kênh TrCH được sắp xếp lên các PhCH.
- Kênh logic (LoCH): Kênh được lớp con MAC của lớp 2 cung cấp cho lớp cao hơn. Kênh LoCH được xác định bởi kiểu thông tin mà nó truyền.
2.2.4.1Các kênh logic
Nói chung các kênh logic (LoCH: Logical Channel) được chia thành hai nhóm: các kênh điều khiển (CCH: Control Channel) để truyền thông tin điều khiển và các kênh lưu lượng (TCH: Traffic Channel) để truyền thông tin của người sử dụng.
- Các kênh điều khiển bao gồm:
• Kênh điều khiển quảng bá (BCCH): Kênh đường DL, phát quảng bá thông tin của hệ thống .
• Kênh điều khiển tìm gọi (PCCH): Kênh đường DL, phát quảng bá thông tin tìm gọi.
• Kênh điều khiển riêng (DCCH): Kênh hai chiều, phát thông tin điều khiển giữa một UE và mạng.
• Kênh điều khiển chung (CCCH): Kênh hai chiều, phát thông tin điều khiển giữa nhiều UE và mạng.
- Các kênh lưu lượng bao gồm:
• Kênh lưu lượng riêng (DTCH): Kênh hai chiều, dành riêng cho một UE để
truyền thông tin người dùng.
• Kênh lưu lượng chung (CTCH): Kênh hai chiều, truyền thông tin của một UE cho một, một nhóm hoặc tất cả người dùng.
2.2.4.2Các kênh truyền tải
Các kênh truyền tải bao gồm:
- Kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH): Kênh chung đường UL, để phát thông tin
điều khiển và số liệu người dùng.
- Kênh dành riêng (DCH): Kênh hai chiều ấn định riêng cho người dùng đề phát số liệu.
- Kênh quảng bá (BCH): Kênh chung đường DL để phát thông tin quảng bá. - Kênh truy nhập đường xuống (FACH): Kênh chung đường DL để phát thông
tin điều khiển và số liệu người dùng.
- Kênh tìm gọi (PCH): Kênh chung đường DL để phát tín hiệu tìm gọi.
Sự chuyển đổi giữa kênh logic và kênh truyền tải được biểu diễn ở Hình 2-7:
Hình 2- 7 Chuyển đổi giữa các kênh logic và kênh truyền tải
2.2.4.3Các kênh vật lý
Một kênh vật lý được coi là tổ hợp của tần số, mã ngẫu nhiên, mã định kênh và cả pha tương đối (đối với đường lên). Kênh vật lý (Physical Channel) bao gồm các kênh vật lý riêng (DPCH: Dedicated Physical channel) và kênh vật lý chung (CPCH: Common Physical Channel).
- Các kênh vật lý riêng bao gồm:
• Kênh vật lý số liệu riêng (DPDCH): Mang dữ liệu từ UE tới Node B.
• Kênh vật lý điều khiển riêng (DPCCH): Mang thông tin điều khiển tử UE tới Node B.
- Các kênh vật lý chung bao gồm:
• Kênh kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp (PCCPCH): Mang thông tin quảng bá của hệ thống.
• Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp (SCCPCH): Mang thông tin của kênh tìm gọi và kênh truy nhập cho phép.
• Kênh đồng bộ (SCH): Dùng để đồng bộ khe thời gian, đồng bộ khung và tìm kiếm mã Scambling.
• Kênh vật lý chia sẻ đường xuống (PDSCH): Dùng để mang kênh truyền tải DSCH.
• Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên (PRACH): Dùng để mang kênh truyền tải RACH.
• Kênh vật lý gói chung (PCPCH): Dùng để mang kênh truyền tải CPCH.
• Kênh chỉ thị bắt (AICH): Sử dụng để điều khiển truy nhập ngẫu nhiên của PRACH.
• Kênh chỉ thị tìm gọi (PICH): mang thông tin để tìm kiếm một UE.
Chuyển đổi giữa kênh truyền tải và kênh vật lý được biểu diễn như Hình 2-8:
Chương III
Quy hoạch mạng vô tuyến cho hệ thống WCDMA
Cũng giống như quá trình triển khai mạng vô tuyến trong các hệ thống 2G, việc triển khai mạng vô tuyến WCDMA có thểđược chia làm ba giai đoạn chính. Đầu tiên, mạng cần được tính toán, quy hoạch với những giả thiết đầu bài thiết kếđể có thểđưa ra được các thông số chính cần thiết cho quá trình triển khai mạng như quy mô mạng, dung lượng, vùng phủ cũng như các loại dịch vụ mà mạng sẽ cung cấp. Sau đó là triển khai mạng dựa trên các tính toán và thiết kếở bước đầu tiên, cuối cùng là lúc bắt đầu quá trình tối ưu mạng sau khi đã triển khai nhằm đảm bảo mạng sẽ hoạt động tốt khi chính thức đưa vào hoạt động. Trong giới hạn của luận văn, chúng ta sẽ chỉ tập trung nghiên cứu giai đoạn đầu tiên của việc triển khai hệ thống mạng vô tuyến WCDMA đó là tính toán vùng phủ,dung lượng và cuối cùng là ước lượng số lượng các trạm thu phát sóng của hệ thống để đưa ra được một phương án tối ưu trong quá trình quy hoạch mạng. Sau khi kết thúc giai đoạn này, ta có thể tính được một cách tương đối chính xác mật độ trạm thu phát sóng cần thiết và cấu hình của các trạm tại các vùng quan tâm.
- Các yêu cầu về phủ sóng - Các yêu cầu về dung lượng - Các yêu cầu về chất lượng - Kiểu vùng, môi trường truyền sóng vô tuyến...
Định cỡ mạng - Hoạch định vùng phủ và dung lượng - Tính toán thông số chất lượng của mạng - Tối ưu - Số lượng trạm gốc. - Cấu hình trạm gôc. - Chọn lựa sites - Chọn cấu hình trạm gốc - Các thông số cụ thể của cell cho các thuật toán RRM. - Vùng phủ và dung lượng của mạng.
- Thông số QoS của mạng.
Các thông số RRM điều chỉnh Thông số chất lượng mạng
đo được
Đầu vào Đầu ra
Hình 3- 1 Quá trình quy hoạch mạng
toán vùng phủ và dung lượng phải được tính toán đồng thời và cân bằng vì việc tăng vùng phủ sẽ làm tăng nhiễu, ảnh hưởng đến dung lượng của hệ thống còn việc giảm nhiễu có thể làm giảm vùng phủ của hệ thống. Ngoài ra, sự đa dạng của các dịch vụ
cung cấp cũng yêu cầu quá trinh quy hoạch cần phải tính toán đến một số chỉ tiêu tương ứng với từng dịch vụ. Đối với mỗi dịch vụ, các chỉ tiêu về chất lượng dịch vụ
QoS sẽđược thiết lập cho phù hợp, trong thực tế các yêu cầu này sẽ quyết định mật độ
trạm.
3.1 Tính toán vùng phủ của mạng
Trong phần này, chúng ta sẽ tập trung nghiên cứu về quỹ đường truyền vô tuyến trên cả hướng lên và hướng xuống của WCDMA. Kết quả của việc tính toán này cho ta biết được tổn hao đường truyền lớn nhất cho phép, từ đó sẽ quyết định được phạm vi hoạt động của một ô tế bào và tính được số trạm thu phát sóng cần thiết. Có một số điểm khác của WCDMA trong việc tính toán quỹ đường truyền so với các hệ
thống truy nhập vô tuyến dựa trên TDMA/FDMA như GSM. Nó bao gồm dự trữ sự
thay đổi nhiễu, dự trự fadinh nhanh, việc tăng công suất phát trong điều khiển công suất và hệ số khuếch đại chuyển giao mềm.
Trong quá trình tính toán, ta cần phải sử dụng một số giả thiết cũng như mô hình tính toán đã được chấp nhận rộng rãi trên thế giới. Các giả thiết này tập trung vào một số kịch bản tương ứng với từng vùng triển khai mạng. Sự chính xác trong việc tính toán phụ thuộc vào các giả thiết và các thông số trong mô hình tính toán. Một giả
thiết quan trọng nữa khi tính toán là sựđồng nhất các thông số trên tất cả các ô tế bào của mạng. Tuy nhiên, trong thực tế khi một mạng được triển khai, sự đồng nhất giữa các ô là khó có thểđạt được do nhiễu thay đổi đối với mỗi người dùng và mỗi ô bởi vì sự khác nhau giữa các nhà sản xuất thiết bị người dùng (UE), việc điều khiển công suất không hoàn hảo, các điều kiện kênh truyền khác nhau, các cấu hình thông số vô tuyến (RF) khác nhau và các tốc độ bit của từng loại dịch vụ khác nhau.
3.1.1 Tính toán quỹđường truyền vô tuyến
Việc tính toán quỹ đường truyền có thể được định nghĩa một cách đơn giản là việc tính toán tất cả các tổn hao cũng như tăng ích của tất cả các phần tử trong liên kết
truyền tin. Nó sẽ tính toán vùng phủ và dung lượng hệ thống bằng cách xem xét và phân tích tất cả các loại nhân tố ảnh hưởng trong đường truyền của cả tín hiệu hướng lên và hướng xuống, sau đó sẽ thu được tổn hao đường truyền lớn nhất cho phép của liên kết đối với một số lượng cuộc gọi cho phép nào đó.
Hình 3- 2 Quỹđường truyền vô tuyến trong WCDMA
3.1.1.1Đánh giá suy hao đường truyền
Giá trị suy hao đường truyền lớn nhất theo đường lên được tính toán theo công thức:
LUL=PUE + GBS + GUE – Lf + GSHO – Mpc – Mf – Mi-UL – Lp – Lb – SBS
Giá trị suy hao đường truyền lớn nhất theo đường xuống được tính toán theo công thức:
LDL=PBS – Lf + GBS + GUE + GSHO – Mpc – Mf – Mi-DL – Lp – Lb – SUE
Trong đó:
- LUL: Suy hao đường truyền theo đường lên (dB). - LDL: Suy hao đường truyền theo đường xuống (dB). - PUE: Công suất phát của UE (dB).
- GBS ,GUE: Hệ số tăng ích của antenna trên NodeB và của UE (dBi). - Lf: Suy hao do feeder.
- GSHO: Tăng ích chuyển giao mềm (dB). - Mpc: Dự trữđiều khiển công suất.
- Mi-UL,Mi-DL: Dự trữ nhiễu theo đường lên và đường xuống (liên quan
đến dung lượng thiết kế của hệ thống). - Lp: Suy hao do đâm xuyên.
- Lb: Suy hao do cơ thể.
- SBS, SUE: Độ nhạy thu của antenna trên NodeB và của UE.
3.1.1.2Công suất phát của Node B
Trong hệ thống WCDMA, công suất phát của NodeB là một tham số hệ thống, nó khác nhau đối với các dịch vụ riêng biệt. Nó được quyết định để phù hợp với từng loại dịch vụ và vùng phủ của dịch vụ. Thông thường công suất phát tối đa của BS là 43 dBm (20W).
Để đảm bảo hoạt động thông thường các kênh dùng chung không được vượt quá 25% tổng công suất phát của một cell trong mọi trường hợp (kể cả có kênh điều khiển dịch vụ HSDPA, HS - SCCH).
Công suất của kênh hoa tiêu CPICH trong khoảng từ 5% tới 10% tổng công suất phát của 1 cell (giá trị thường được sử dụng là 8%), các kênh còn lại có công suất phát phụ thuộc vào kênh hoa tiêu.
Các bảng sau chỉ ra mức công suất phát của các kênh dùng chung:
Bảng 3- 1 Công suất các kênh dùng chung khi không có dịch vụ HSDPA
Kênh truyền Cấu hình công suất Hiệu suất hoạt động
Kênh hoa tiêu CPICH 8% tổng công suất phát 100%
Kênh chính điều khiển vật lý dùng chung sơ cấp PCCPCH
-3,1dB so với kênh hoa tiêu 90% Kênh phụđiều khiển vật lý dùng
chung thứ cấp SCCPCH
-1.25 dB so với kênh hoa tiêu 100% Kênh đồng bộ chính PSCH -1.8dB so với kênh hoa tiêu 10% Kênh đồng bộ phụ SSCH -3.5dB so với kênh hoa tiêu 10%
Bảng 3- 2 Công suất các kênh dùng chung khi có dịch vụ HSDPA
Kênh truyền Cấu hình công suất Hiệu suất hoạt động
Kênh hoa tiêu CPICH 8% tổng công suất phát 100%
Kênh chính điều khiển vật lý dùng chung sơ cấp PCCPCH
Kênh phụđiều khiển vật lý dùng chung thứ cấp SCCPCH
-0.25 dB so với kênh hoa tiêu 100% Kênh đồng bộ chính PSCH -1.8dB so với kênh hoa tiêu 10% Kênh đồng bộ phụ SSCH -3.5dB so với kênh hoa tiêu 10% Kênh chỉ thị tìm gọi PICH -7dB so với kênh hoa tiêu 96% Kênh chỉ thị bắt AICH -7 dB so với kênh hoa tiêu 6.7%
Công suất của kênh điều khiển dịch vụ HSDPA được thêm vào kênh điều khiển vật lý phụ SCCPCH.
Ví dụ: với công suất phát của kênh hoa tiêu là 35,1 dBm (8% của 40W) khi đó với dịch vụ HSDPA công suất phát của kênh điều khiển vật lý phụ SCCPCH là 34,8dBm trong đó 33,8dBm dành cho SCCPCH còn 1dBm dành cho HS-SCCH. Hình vẽ dưới đây mô tả phân bố chi tiết công suất của các kênh logic:
Hình 3- 3 Công suất phát của của các kênh logic
3.1.1.3Công suất phát của UE
Bảng 3-3 thể hiện công suất phát tối đa cho mỗi lớp UE và sai số cho phép tương ứng. Một thiết bị UE thoại (phone) thường thuộc lớp 3 hoặc lớp 4. Trong khi đó, một thiết bị UE dữ liệu (data card) thường là lớp 3. Nếu trong mạng sử dụng phối hợp
phát thấp nhất có thểđối với lớp đó, có tính đến cả sai số, ví dụ như là 19 dBm đối với UE lớp 4. Hiện tại, ta sử dụng 21 dBm để tính toán cho mạng WCDMA thông thường và 24 dBm khi tính toán đối với dịch vụ HSDPA.
Bảng 3- 3 Các lớp công suất của UE
3.1.1.4Hệ số tăng ích của anten
Hệ số tăng ích của anten là một trong những chỉ số quan trọng của anten. Nó cho biết khả năng tập chung năng lượng của anten theo một hướng nào đó.
• Hệ số tăng ích của anten Node B:
Trên thực tế, các loại anten khác nhau có hệ số tăng ích khác nhau có thểđược lựa chọn để phù hợp với các khu vực và các yêu cầu vùng phủ khác nhau. Thông thường trong các vùng dân cư lớn và vừa, người ta thường sử dụng anten có hệ số tăng ích là 17 dBi.
• Hệ số tăng ích của anten UE:
Do đặc điểm của UE là thiết bị di động được thiết kế nhỏ gọn, không có anten ngoài nên hệ số tăng ích thường là 0 dBi.
3.1.1.5Suy hao do feeder
Suy hao do kết nối có thể bị gây ra bởi nhiều nguyên nhân: tổn hao do feeder, tổn hao mối nối v.v.. Trong sốđó đáng kể nhất là suy hao gây bởi feeder. Sự suy hao của feeder có thể làm giảm mức thu và làm nhỏ lại bán kính phủ sóng của Node B. Vì vậy, các bộ khuếch đại phát có thể được sử dụng hạn chế ảnh hưởng của sự suy hao feeder.
Trong thực tế người ta thường sử dụng 2 loại feeder với suy hao như sau:
- Feeder 5/4-inch: có suy hao trung bình 4.5 dB/ 100m.
3.1.1.6Suy hao do cơ thể
Suy hao do cơ thể là suy hao gây nên do để thiết bị UE gần cơ thể người. Đối với các dịch vụ thoại, suy hao do cơ thể thường là 3dB. Còn đối với các dịch vụ số
liệu, suy hao do cơ thể xấp xỉ bằng 0dB do các dịch vụ số liệu thường là đọc và xem nên UE thường được để xa khỏi cơ thể con người.
3.1.1.7Tăng ích xử lý
Thuật ngữ tăng ích sử lý miêu tả độ lợi đạt được khi trả phổ tín hiệu băng hẹp trên phổ tần băng rộng. Độ lợi này là tỉ số giữa tốc độ chip với tốc độ dịch vụ.
Về cơ bản độ rộng băng tần sóng mang là 5MHz, tuy nhiên tín hiệu không được trải phổ trên toàn bộ băng tần của sóng mang. Thực tế hệ thống WCDMA được trải phổ trên một khoảng 3.84MHz (). Hệ thống còn cho phép khả năng điều chỉnh băng thông trải phổ trên băng thông của sóng mang khi cần.
Tăng ích xử lý có thểđược tính theo công thức:
Trong đó R là tốc độ của dịch vụ có đơn vị là Kbps.
Về cơ bản trong hệ thống WCDMA ngoài dịch vụ HSDPA thì có một số dịch vụ cơ bản với tốc độ như sau: 12,2 Kbps (thoại); 64 Kbps (video); 128 Kbps và 384