L ỜI CAM Đ OAN
2.4 Công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA trong hệ thống UMTS
WCDMA là công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng sử dụng cho phần giao diện vô tuyến cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 UMTS. Các thông số nổi bật đặc trưng cho WCDMA như sau:
WCDMA là hệ thống đa truy nhập phân chia theo mã trải phổ dãy trực tiếp băng rộng DS-CDMA, nghĩa là các bit thông tin được trải ra trong một băng tần rộng bằng cách nhân dữ liệu người dùng với các bit giả ngẫu nhiên (gọi là chip), các bit này xuất phát từ các mã trải phổ CDMA. Để hỗ trợ tốc độ bit cao (lên tới 2Mbps), cần sử dụng các kết nối đa mã và hệ số trải phổ khác nhau.
WCDMA có tốc độ chip là 3.84 Mcps dẫn đến băng thông của sóng mang xấp xỉ 5MHz, nên được gọi là hệ thống băng rộng. Băng thông rộng của sóng mang WCDMA hỗ trợ các tốc độ dữ liệu cao của người dùng và đem lại những lợi ích hiệu suất xác định, như là tăng khả năng phân tập đa đường.
WCDMA hỗ trợ mô hình hoạt động cơ bản: Chế độ song công phân chia theo tần số FDD và song công phân chia theo thời gian TDD (Time Division Duplex). Trong chế độ FDD, các tần số sóng mang 5MHz khác nhau sẽ được sử
dụng cho đường lên và đường xuống, trong khi ở chế đố TDD, chỉ có 1 sóng mang 5MHz được sử dụng bằng cách chia sẻ miền thời gian cho các đường lên và đường xuống.
WCDMA hỗ trợ hoạt động của các trạm gốc dị bộ, khác với hệ thống đồng bộ IS-95, nên không cần chuẩn thời gian toàn cầu, như là GPS, Việc triển khai các
trạm gốc micro và trạm gốc indoor sẽ dễ dàng hơn khi nhận tín hiệu mà không cần GPS.
WCDMA áp dụng kỹ thuật tách sóng kết hợp trên cả đường lên và đường xuống dựa vào việc sử dụng kênh hoa tiêu. Mặc dù được sử dụng trên đường xuống IS-95, nhưng việc sử dụng tách sóng kết hợp trên đường lên trong hệ thống WCDMA là mới, có khả năng tăng tổng thể dung lượng và vùng phủ sóng của
đường lên. Bảng 2.1 sau đây tóm tắt các thông số chính của WCDMA.
Bảng 2.1 Tóm tắt các thông số chính của WCDMA
Phương thức đa truy nhập DS-CDMA
Phương thức song công FDD/TDD
Việc đồng bộ trạm gốc Hoạt động không đồng bộ
Tốc độ chip 3,84Mcps
Chiều dài khung 10ms
Ghép các dịch vụ Nhiều dịch vụ với yêu cầu chất lượng khác nhau được ghép xen trên một kết nối
Khái niệm đa tốc độ Hỗ trợ tốc độ trải phổ khác nhau và đa mã
Tách sóng Tách sóng kết hợp sử dụng đại diện kênh pilot hoặc kênh pilot chung
2.5 Kết luận
Chương này đã trình bày tổng quan về công nghệ vô tuyến WCDMA, các kỹ
thuật trong WCDMA như kỹ thuật trải phổ, công nghệ đa truy nhập, điều khiển công suất và chuyển giao trong quản lý tài nguyên vô tuyến. WCDMA là công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng sử dụng cho phần giao diện vô tuyến cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 UMTS với các thông số đặc trưng như trải phổ
trực tiếp DS-CDMA, tốc độ chip là 3.84 Mcps, băng thông của sóng mang xấp xỉ
Chương 3: QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN 3G WCDMA 3.1 Giới thiệu tổng quan về quy hoạch mạng 3G WCDMA
3.1.1 Đặc điểm quy hoạch mạng vô tuyến 3G WCDMA
Mục đích của quá trình quy hoạch mạng vô tuyến
- Về dung lượng: Quy hoạch mạng để hỗ trợ lưu lượng thuê bao với độ trễ
và tỉ lệ nghẽn thấp.
- Về vùng phủ: Quy hoạch mạng giúp mạng có khả năng sẵn sàng cung cấp dịch vụ trong toàn bộ vùng dự kiến cho khách hàng.
- Về chất lượng dịch vụ: liên quan tới dung lượng và vùng phủ, quy hoạch mạng giúp đáp ứng các yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS.
- Về chi phí: Quy hoạch mạng cho phép triển khai mạng với hiệu quả kinh tế khi cung cấp dịch vụ và mở rộng mạng sau này.
Công nghệ 3G WCDMA có nhiều đặc điểm mới và khác với 2G GSM, nên việc quy hoạch mạng có nhiều yêu cầu mới:
- Môi trường đa dịch vụ (các dịch vụ chuyển mạch kênh như thoại, các dịch vụ chuyển mạch gói như kết nối internet, mobile tivi) có các yêu cầu tốc độ kết nối, yêu cầu chất lượng dịch vụ khác nhau. Quá trình quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA đa dịch vụ là một quá trình hoàn thiện kết hợp dung lượng với chất lượng và vùng phủ.
- Tất cả các thành phần phụ thuộc tần số phải được cập nhật, xem xét đến trong suốt quá trình quy hoạch mạng (như là Anten, cáp, khuếch đại công suất, bộ lọc...)
- Giao diện vô tuyến trong WCDMA: việc quy hoạch dung lượng và vùng phủ sóng phải kết hợp với nhau; ảnh hưởng của điều khiển công suất nhanh (xét trong trường hợp MS di chuyển chậm) tới các việc định cỡ
phải được xem xét đến khi quy hoạch mạng; quy hoạch tải chuyển giao mềm.
- Hoạt động liên mạng (Interworking) giữa 2G và 3G phải được quy hoạch: Có thể có các site cùng tồn tại cả BTS 2G, Node B 3G, chuyển giao giữa hệ thống 2G và 3G, tính liên tục của dịch vụ giữa 2G và 3G.
- Tất cả các Cell WCDMA có thể sử dụng cùng tần số nên hệ số tái sử
dụng bằng một.
Khác nhau giữa quy hoạch mạng GSM và WCDMA
- Mạng WCDMA phục vụ người dùng với nhiều dịch vụ khác nhau, với các tốc độ kết nối, yêu cầu chất lượng khác nhau, các đặc điểm dịch vụ
này phải được xem xét trong quá trình quy hoạch.
- Đặc điểm băng rộng WCDMA (5MHz) so với GSM (200kHz) yêu cầu các tiêu chuẩn mới trong mô hình môi trường truyền dẫn.
- Quy hoạch mạng GSM và WCDMA khác nhau trong quy hoạch vùng phủ sóng và dung lượng. Trong GSM, vùng phủ sóng được quy hoạch sau khi mạng được định cỡ, quy hoạch dung lượng và tần số được tiến hành đồng thời. Trong WCDMA, vùng phủ sóng và dung lượng được quy hoạch đồng thời, các yêu cầu dung lượng và phân bố lưu lượng ảnh hưởng đến vùng phủ sóng, quy hoạch tần số và mã có thểđược thực hiện riêng biệt.
3.1.2 Chiến lược quy hoạch vô tuyến cho mạng 3G WCDMA
Chiến lược quy hoạch mạng vô tuyến cho 3G WCDMA phải được xây dựng trước khi quy hoạch mạng được triển khai. Sơ đồ (Layout) tổng thể của mạng vô tuyến và con đường phát triển phải được xác định đểđạt được cấu hình mạng tối ưu về chất lượng, dung lượng, vùng phủ sóng và chi phí.
Nếu xây dựng mạng WCDMA đi lên từ mạng GSM/GPRS, hoặc CDMA2000, trước hết cần phân tích cấu trúc mạng vô tuyến GSM/GPRS, hoặc CDMA2000 đã tồn tại để bố trí sử dụng lại các site/nhà trạm lắp đặt Node B, hạ tầng truyền dẫn và phân tích yêu cầu của mạng WCDMA cho vùng quy hoạch nhất định.
Bước tiếp theo là đưa ra topo mạng (chiều cao an ten, mật độ site) phải được xác định đểđịnh ra môi trường truyền sóng và ấn định những nguyên tắc quy hoạch mạng:
- Xác định các dịch vụ cung cấp trong WCDMA, các dịch vụ cho phép trong mạng GSM/GPRS, CDMA.
- Phủ sóng liên tục bất cứ nơi nào triển khai để duy trì mức dịch vụổn định - Tiếp cận theo hướng xây dựng đồng site, đồng sector cho mạng hoạt
động ở chếđộ hai chếđộ GSM/WCDMA.
- Chiến lược Interworking giữa GSM và WCDMA cần được chú ý đến khi mạng hoạt động ở hai chếđộ GSM/WCDMA.
3.1.3 Quá trình quy hoạch mạng vô tuyến 3G WCDMA
Mục tiêu tổng thể của quá trình quy hoạch mạng vô tuyến là tối đa hóa vùng phủ sóng và dung lượng trong khi đáp ứng các thông số KPI (Key performance indicator) và chất lượng dịch vụ QoS.
Quá trình quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA bao gồm các pha: định cỡ
mạng, hoạch định dung lượng và vùng phủ chi tiết, vận hành và tối ưu mạng. Quá trình được chỉ ra trong hình vẽ 3.1.
Hình 3.1 Quá trình quy hoạch mạng WCDMA
Trong quá trình quy hoạch mạng, các pha có các đầu vào và đầu ra tương ứng. Mỗi pha yêu cầu các chức năng bổ sung nhưđo môi trường truyền sóng, định nghĩa
các thông số hiệu năng KPI... Trong hệ thống thông tin tổ ong WCDMA, các kết nối vô tuyến hoạt động trên cùng tấn số sóng mang (carrier), nên số lượng người dùng đồng thời ảnh hưởng trực tiếp đến nhiễu nền của máy thu. Do đó trong mạng 3G WCDMA, pha quy hoạch mạng không thể tách rời quy hoạch vùng phủ sóng và dung lượng. Trong pha ban đầu của quá trình quy hoạch mạng (định cỡ mạng) cung cấp một sựđánh giá ban đầu nhanh nhất về kích cỡ của mạng như số site, cấu hình trạm gốc, các thành phần mạng và dung lượng của các thành phần để có dự báo về
chi phí và vốn đầu tư cho dự án xây dựng mạng. Trong pha quy hoạch chi tiết, từ
kết quả của pha định cỡ và số thuê bao dự tính để xác định lưu lượng, cấu hình site, quy hoạch chi tiết dung lượng và vùng phủ sóng, quy hoạch mã và các thống số
mạng. Trong pha tối ưu, từ việc đo đạc lưu lượng, kiểm tra các thông số mạng KPI, vùng phủ, dung lượng để tiến hành điều chỉnh, tối ưu các thông số mạng, tối ưu vùng phủ, dung lượng. Vệc tối ưu có thểđược thực hiện bằng cách điều khiển nhiễu dưới dạng anten phù hợp, chọn các thông số cấu hình site, sự chọn lựa vị trí, hay chỉnh độ nghiêng anten (down tilt).
Trong mạng WCDMA, mức lưu lượng phải được xem xét liên tục trong quá trình quy hoạch:
- Phân bổ lưu lượng giữa dịch vụ thoại và dữ liệu nên được ước tính ở mỗi vùng phủ sóng của trạm gốc BS một cách chính đến mức có thể.
- Vị trí người dùng nên được biết một cách chính xác có thể. (Điều này khó dựđoán).
- Các vùng điểm nóng về lưu lượng từng vùng cũng nên được chỉ ra. - Vị trí các trạm gốc BS nên được chọn tại vùng điểm nóng về lưu lượng. Khi mạng đi vào hoạt động, có thể quan sát hiệu suất của hệ thống qua việc đo
đạc các thông số và kết quả các thông số đo được sẽ sử để hiển thị và tối ưu hóa mạng. Quá trình quy hoạch và tối ưu hóa mạng có thể thực hiện một cách tự động bằng cách sử dụng các công cụ thông minh và các phần tử mạng. Thông thường trong giai đoạn triển khai mạng ta thấy không thể tối ưu hệ thống như lúc quy hoạch mạng. Có rất nhiều nguyên nhân buộc phải thay đổi quy hoạch: không thể đặt
Node-B đúng vị trí, nảy sinh các vấn đề về vùng phủ và chất lượng kết nối và tối
ưu… Cuối cùng cần phản hồi kết quả thống kê và đo đạc được trong quá trình khai thác mạng liên quan đến điều chỉnh quy hoạch, mở rộng vùng phủ, dung lượng và nhu cầu dịch vụ trên cơ sở thực tế cho nhóm kỹ thuật chịu trách nhiệm thiết kế. Hình 3.2 trình bày quá trình quy hoạch và phát triển mạng.
Hình 3.2 Quá trình quy hoạch và phát triển mạng
3.1.4 Khởi tạo quy hoạch
Pha khởi tạo quy hoạch mạng (định cỡ mạng) là pha đầu tiên của quá trình quy hoạch, cung cấp những đánh giá đầu tiên và nhanh chóng nhất về các thành phần mạng và dung lượng của chúng. Định cỡđược thực hiện cho cả mạng truy cập vô tuyến lẫn mạng lõi. Mục tiêu của pha định cỡ mạng là tính toán mật độ site và cấu hình site yêu cầu trên cơ sở những yêu cầu của nhà khai thác cho một vùng mong muốn để dự báo chi phí dự án và các đầu tư liên quan. Định cỡ phải thực hiện
được các yêu cầu về vùng phủ, dung lượng và chất lượng phục vụ: Vùng phủ: - Vùng phủ sóng. - Thông tin về loại vùng phủ sóng. - Điều kiện truyền sóng. Dung lượng: - Phổ sẵn có.
- Dựđoán sự tăng trưởng số thuê bao. - Thông tin mật độ lưu lượng.
Chất lượng dịch vụ (QoS):
- Xác suất vị trí các vùng (khả năng phủ sóng). - Xác suất nghẽn.
- Thông lượng người sử dụng đầu cuối.
Các bước chính trong quá trình định cỡ mạng truy cập vô tuyến WCDMA như sau:
Tính toán vùng phủ sóng
- Phân tích vùng phủ sóng.
- Phân tích quỹ năng lượng đường truyền vô tuyến. - Xác định bán kính và diện tích cell.
Phân tích dung lượng
- Quy hoạch dung lượng và vùng phủ.
- Định cỡ thiết bị Node B, bộđiều khiển mạng vô tuyến (RNC)...
Việc quy hoạch dung lượng và vùng phủ phải được xem xét đồng thời do dung lượng và vùng phủ có quan hệ chặt chẽ với nhau. Khi mạng đi vào hoạt động, có thể tính toán hiệu năng mạng bằng các phép đo và các kết quả đo được sử dụng
để hiển thị và tối ưu hóa hiệu năng của mạng. Quá trình định cỡ mạng WCDMA
được thể hiện trong hình 3.3.
Đầu vào của quá trình là các yêu cầu về dung lượng, vùng phủ, chất lượng dịch vụ. Đầu ra là các thông số quỹ đường truyền vô tuyến, diện tích cell, dung lượng, số trạm gốc, số phần tử RNC. Môi trường đa dịch vụ và yêu cầu dung lượng không đối xứng ở đường lên và đường xuống đòi hỏi quá trình định cỡ mạng WCDMA phức tạp hơn so với quá trình định cỡ mạng GSM. Sự khác nhau chính là tính toán quỹ đường truyền và phân tích phủ sóng phải được thực hiện cho từng dịch vụ. Hơn nữa, dung lượng yêu cầu cũng ảnh hưởng đến dự trữ nhiễu trong tính toán quỹ đường truyền. Do đó dung lượng và vùng phủ phải được xem xét đồng thời trong pha ban đầu của quá trình định cỡ mạng
3.1.4.1 Tính toán vùng phủ sóng
a. Phân tích vùng phủ
Quá trình phân tích vùng phủ vô tuyến là quá trình thực hiện khảo sát các địa
điểm cần phủ sóng và kiểu vùng phủ sóng cần cung cấp cho các địa điểm này. Các loại vùng phủ sóng thông thường như: các vùng thương mại, các vùng dân số có mật độ dân số cao, và các đường cao tốc chính. Do vậy cần phải có các thông tin về
các vùng cần phủ sóng. Các thông tin có thể dựa trên bản đồ như: mật độ dân cư, vùng đó là thành phố, ngoại ô, nông thôn, vùng nào là khu thương mại, khu công nghiệp…
Mục đích của quá trình khảo sát này bao gồm:
- Đảm bảo cung cấp một dung lượng phù hợp cho các vùng này.
- Biết được đặc điểm truyền sóng của vùng để xác định môi trường truyền sóng vì mỗi môi trường sẽ có tác động trực tiếp đến mô hình truyền sóng. Tùy thuộc vào kiểu môi trường mà có thể có các mức phủ sóng khác nhau. Ví dụ: đối với các vùng ngoại ô và thành thị thì cung cấp các vùng phủ trong nhà. Tuy nhiên, đối với các vùng có đường cao tốc thì chỉ cần đến vùng phủ trong xe. Còn các vùng phủ khác thì chỉ cần cung cấp các vùng phủ ngoài trời. Đối với các hệ
thống GSM khảo sát các nhân tố này đã có thể bắt tay vào thiết kế. Nhưng đối với các hệ thống WCDMA thì cần phải xem xét thêm kiểu dịch vụ sẽ cung cấp hoặc có sẵn trong vùng.
Các thông tin về vùng phủ sẽ được dùng để chuẩn bị quy hoạch vùng phủ
ban đầu. Thông thường quy hoạch vùng phủ sóng WCDMA thường quan tâm đến các loại hình phủ sóng như trong bảng 3.1.
Bảng 3.1 Các loại hình vùng phủ sóng phổ biến
Vùng phủ sóng Đặc điểm
Đô thị dông dân Thông thường đây là khu vực đông dân cư với nhiều nhà cao tầng, là khu trung tâm với văn phòng và các trung tâm mua sắm, giải trí , nhà ga...
Đô thị Thông thường đây là các khu vực đường phố và cây xanh xen kẽ một vài tòa nhà cao tầng, các tòa nhà cao tầng cách xa nhau
Ngoại ô Khu ngoại ô với các nhà vườn, công viên, khu nghỉ dưỡng