- Đơn vị lưu lượng Erlang: Một đơn vị lưu lượng Erlang là một mạch thông tin hoạt động trong một giờ.
200 100 0 180 160 140 120
Chiều cao antenBS:100m Chiều cao anten MS: 1,5m
1,5 GHz 900 MHz 450 MHz 1 10 100 Khoảng cách (km)
Hình 4.3 Quan hệ giữa suy hao đường truyền dẫn và vùng phủ sóng
- Cấp phục vụ (G0S): Đại lượng biểu thị số % cuộc gọi không thành công đối với hệ thống tiêu hao còn trong hệ thống đợi G0S là số % thuê bao thực hiện sự gọi trở lại. Đối với hệ thống hoạt động bình thường, cấp phục vụ được đánh giá bằng xác suất tắc nghẽn là 0,02 khi khởi tạo cuộc gọi trong giờ cao điểm. Đây là giá trị trị trung bình.
- Diện tích cell: sau khi tính được bán kính cell ta có thể xác định diện tích cell theo bảng sau
Loại cell Diện tích cell Diện tích sector
Tròn πR2 πR2/3
Lục giác 2.598R2 2.598R2/3
Bảng 4.2: Công thức tính diện tích cell
- BHCA (Busy Hour Call Attempts): Số lần gọi của thuê bao trong giờ cao điểm
- Hệ thống thông tin hoạt động theo kiểu tiêu hao: Giả thiết về hệ thống mà các thuê bao không hề gọi lại khi cuộc gọi không thành công.
- Hệ thống thông tin hoạt động theo kiểu đợi: Giả thiết về hệ thống mà các thuê bao sẽ kiên trì gọi lại cho đến khi thành công.
- Vùng phủ sóng: Hệ thống phải phục vụ một vùng nhất định. Tuy nhiên do địa hình phức tạp nên độ phủ sóng không được 100% với 2 lý do:
+ Công suất phát xạ phải rất mạnh để các máy thu ở địa điểm bị chắn khuất vẫn làm việc được. Như vậy giá thành thiết bị phải lớn và giá cước của thuê bao phải cao.
+ Công suất phát càng lớn thì càng khó kiểm soát sự giao thoa sóng giữa các máy thu phát cùng một tần số ở các cell lân cận. Việc tái sử dụng lại tần số là một đặc thù của mạng cellular. Khi số thuê bao tăng thì ta chia nhỏ thêm các cell và muốn có nhiều thuê bao được dùng chung một tần số thì công suất phải giảm nhỏ thích hợp.
Vì vậy các hệ thống thông tin cố gắng bao phủ 90% diện tích trong vùng bằng phẳng và 75% diện tích trong vùng đồi núi hoặc có nhiều vật che khuất.
- Tăng ích khi chia sector: là thông số bổ chính về mức can nhiễu tăng lên do các sector khác gây nên cho sector xét. Gọi là tăng ích khi chia sector vì việc tăng
sector làm tăng số người dùng. Khi số sector ở một mặt bằng tăng lên, thì mỗi sector nhỏ đi làm giảm can nhiễu mỗi sector gây ra cho sector khác. Nhưng số sector gây nhiễu cho sector xét lại tăng lên.
- Mật độ dân số: Đây là một đơn vị để xác định số lượng khách hàng tiềm năng có thể sẽ sử dụng dịch vụ trên một đơn vị diện tích.
4.1.3. Dung lượng kết nối vô tuyến
Hệ thống CDMA có lợi thế hơn hẳn so với các hệ thống khác như FDMA, TDMA đó là khả năng mở rộng dung lượng thuê bao. Dung lượng của hệ thống CDMA phụ thuộc vào điều kiện địa lý, mức nhiễu, các đặc tính truyền sóng và một số điều kiện khác. Để thiết kế tính toán số kênh của hệ thống WCDMA ta dùng phương pháp sau:
+ Tỷ số năng lượng tín hiệu trong mỗi bit với mật độ phổ công suất nhiễu (Eb/No) quyết định đặc tính kết nối giữa trạm gốc và đầu cuối . Mức tạp âm là sự kết hợp của tạp âm nền và nhiễu gây ra bởi đầu cuối của hệ thống khác. Vì vậy số lượng cuộc gọi đồng thời trong mỗi sector hoặc ô bị hạn chế bởi tỷ số Eb/No. Giới hạn của kênh lưu lượng vật lý kết nối giữa trạm gốc và trạm đầu cuối tính theo công thức sau:
N = S bochinh o o b G f I N E . 1 . 1 1 . R W ρ + + (4.15) Trong đó:
GS : Tăng ích dải quạt hó
bochinh o o b I N E + là tỷ số o o b I N E
+ trong điều kiện điều khiển công suất không hoàn hảo. bochinh o o b I N E + = ( ) 2 0 2 . e e I N E o b βσ + (4.16) Với: β : Hằng số có giá trị 0,1ln10
σe : Phương sai điều khiển công suất
W : Độ rộng dải tần sóng mang (Hz)
R :Tốc độ truyền (bps) ρ : Hệ số tích cực thoại
f : tỷ số năng lượng nhiễu từ cell khác đến cell xét
Giá trị N thay đổi phù hợp với các giá trị giả định của mỗi tham số. Vậy N tuỳ thuộc vào phương pháp và giả định tính toán để đánh giá hiệu năng có thể ứng dụng được trong môi trường hoạt động. Giá trị tính toán N ở trên là số lượng kênh lớn nhất có thể cho phép sử dụng để kết nối đồng thời giữa đầu cuối và sector hoặc Ommi- Cell trong trường hợp không có chuyển vị mềm.
Do đó số lượng kênh lưu lượng hoạt động trong mỗi sóng mang WCDMA được tính như sau:
Ns = N x tải của ô (cell) (4.17)
4.1.4 Suy giảm đường truyền lớn nhất cho phép
Suy giảm đường truyền lớn nhất cho phép xác định như sau:
La = Pm – Pmin + Gb – Lc – Lb – Lh (4.18)
Với :
Pmin = N0 + Fb + (Eb/N0’)req + 10lgB.
Trong đó :
La : Tổn hao đường truyền cho phép.
Pm : Công suất phát xạ hiệu dụng của MS.
Pmin : Cường độ tín hiệu tối thiểu yêu cầu.
Gb : Hệ số khuếch đại của Anten phát BS.
Lc : Tổn hao cáp Anten thu BS.
Lh : Tổn hao truy nhập tòa nhà.
B : Tốc độ bit (Bps)
N0 : Tạp âm nền của BS.
Fb : Hệ số tạp âm máy thu.
Eb/N0’ : Độ dự trữ cần thiết của anten phát BS.
4.2. So sánh hệ thống UMTS với hệ thống GSM 2G
GSM UMTS
Truyền sóng ở hai dải tần 900 và 1800MHz
Truyền sóng ở dải tần xấp xỉ 2GHz
Độ rộng băng tần kênh 200KHz Độ rộng băng tần kênh 5MHz Đặc tính lưu lượng đối xứng cả ở
đường lên và đường xuống.
Đặc tính lưu lượng bất đối xứng ở đường lên và đường xuống
+ tới 2Mbps với WCDMA/TDD Hệ số tái sử dụng tần số >3 Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1 Phương pháp đa truy nhập TDMA Phương pháp đa truy nhập CDMA Quy hoạch vô tuyến có tính chất tĩnh
với việc tăng lưu lượng.
Quy hoạch vô tuyến có tính chất động, bán kính vùng phủ sóng của cell phụ thuộc vào số người sử dụng trong cell đó
Dung lượng tính được cho bởi một cấu hình phần cứng nào đó
Dung lượng phụ thuộc vào mức dộ nhiễu, do vậy rất nhạy cảm với cấu hình mạng. Điều khiển công suất dựa trên các thuật
toán đơn giản
Điều khiển công suất là thiết yếu để khắc phục hiệu ứng gần xa.
Chuyển giao: chỉ có chuyển giao cứng Chuyển giao có 3 loại: Chuyển giao cứng, mềm và mềm hơn. Chuyển giao mềm và mềm hơn dựa trên đặc thù phân đoạn ô.
Bảng 4.3: So sánh giao diện vô tuyến giữa hệ thống WCDMA và GSM
CHƯƠNG 5
HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA W-CDMA
5.1 Giới thiệu
Trong khi các công nghệ di động thế hệ thứ 3 (3G) vẫn đang tìm kiếm các thị trường để đưa vào ứng dụng rộng rãi thì các nhà nghiên cứu đã bắt tay vào việc nghiên cứu công nghệ di động băng rộng thế hệ thứ tư (4G). 4G là một thế hệ tiếp theo của công nghệ hiện đang được sử dụng ở các mạng điện thoại di động có khả năng truyền tải các dữ liệu, âm thanh và hình ảnh với chất lượng cao. Với 4G, các nhà thiết kế kỳ vọng sẽ có thể cho phép các thiết bị di động chuyển vùng (roaming) tự động qua các công nghệ không dây khác nhau. Dự kiến, chuẩn 4G sẽ chính thức được thử nghiệm vào năm 2007. Hãng DoCoMo cho biết họ sẽ đưa vào khai thác thương mại công nghệ này trong năm 2009. Bài viết này đưa ra khái niệm về một
mạng vô tuyến toàn cầu và giới thiệu các công nghệ tiềm năng được ứng dụng trong mạng 4G tương lai.
Hình 5.1 Sự phát triển từ 3G lên 4G
5.2 HSDPA (3.5G)
HSDPA là một phương thức truyền tải dữ liệu theo phương thức mới. Đây được coi là sản phầm của dòng 3.5G. công nghệ này cho phép dữ liệu download về máy điện thoại có tốc độ tương đương với tốc độ đường truyền ADSL.
HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), gói đường truyền tốc độ cao, là một sản phẩm của công nghệ 3G cho phép các mạng hoạt động trên hệ thống UMTS có khả năng truyền tải dữ liệu với tốc độ cao hơn hẳn. Công nghệ HSDPA hiện nay cho phép tốc độ download đạt đến 1.8, 3.6, 7.2 và 14.4 Mbit/giây, và trong tương lai gần, tốc độ hiện nay có thể được nâng lên gấp nhiều lần. Khi đó, các mạng cung cấp có thể được nâng cấp thành Evolved HSPA, cho phép tốc độ download đạt đến 42 Mbit/giây. Với những ưu thế vượt trội đó, HSDPA đang trở thành một công nghệ được nhiều nhà cung cấp quan tâm phát triển.
- Công nghệ HSDPA
HSDPA là một phương thức truyền tải dữ liệu theo phương thức mới. Đây được coi là sản phẩm của dòng 3.5G. công nghệ này cho phép dữ liệu download về máy điện thoại có tốc độ tương đương với tốc độ đường truyền ADSL, vượt qua những cản trở cố hữu về tốc độ kết nối của một chiếc điện thoại thông thường. Đây là giải pháp mang tính đột phá về mặt công nghệ và được phát triển trên cơ sở của hệ thống 3G W-CDMA.
HSDPA có tốc độ truyền tải dữ liệu lên tối đa gấp 5 lần so với khi sử dụng công nghệ W-CDMA. Về mặt lý thuyết, HSDPA có thể đạt tốc độ truyền tải dữ liệu lên tới 8-10 Mbps (Megabit/giây). Mặc dù có thể truyền tải bất cứ dạng dữ liệu nào, song mục tiêu chủ yếu của HSDPA là dữ liệu dạng video và nhạc.
HSDPA được phát triển dựa trên công nghệ W-CDMA, sử dụng các phương pháp chuyển đổi và mã hóa dữ liệu khác. Nó tạo ra một kênh truyền dữ liệu bên trong W-CDMA được gọi là HS-DSCH (High Speed Downlink Shared Channel), hay còn gọi là kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao. Kênh truyền tải này hoạt động hoàn toàn khác biệt so với các kênh thông thường và cho phép thực hiện download với tốc độ vượt trội. Và đây là một kênh chuyên dụng cho việc download. Điều đó cũng có nghĩa là dữ liệu sẽ được truyền trực tiếp từ nguồn đến điện thoại. Song quá trình ngược lại, tức là truyền dữ liệu từ điện thoại đến một nguồn tin thì không thể thực hiện được khi sử dụng công nghệ HSDPA. Công nghệ này có thể được chia sẻ giữa tất cả các user có sử dụng sóng radio, sóng cho hiệu quả download nhanh nhất.
Ngoài HS-DSCH, còn có 3 kênh truyền tải dữ liệu khác cũng được phát triển, gồm có HS-SCCH (High Speed Shared Control Channel – kênh điều khiển dùng chung tốc độ cao), HS-DPCCH (High Speed Dedicated Physical Control Channel – kênh điều khiển vật lý dành riêng tốc độ cao) và HS-PDSCH (High Speed Downlink Shared Channel – kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao). Kênh HS-SCCH thông báo cho người sử dụng về thông tin dữ liệu sẽ được gửi vào các cổng HS- DSCH.
Trong năm 2007, một số lượng lớn các nhà cung cấp dịch vụ di động trên toàn thế giới đã bắt đầu bán các sản phẩm USB Modem có chức năng kết nối di động băng thông rộng. Ngoài ra, số lượng các trạm thu phát HSDPA trên mặt đất cũng tăng nhanh để đáp ứng nhu cầu thu phát dữ liệu. Được giới thiệu là có “tốc độ lên tới 3.6 Mbit/giây”, song đây chỉ là con số có thể đạt được trong điều kiện lý tưởng. Do vậy, tốc độ đường truyền sẽ không nhanh như mong đợi, đặc biệt là trong điều kiện phòng kín.
Hình 5.2 phát triển từ W-CDMA lên 4G
Super 3G hay còn gọi là công nghệ LTE(Long Term Evolution) đang được chuẩn hóa bởi tổ chức 3GPP(3rd Generation Partnership Project), các thông số kỹ thuật cốt lõi của Super 3G đã được phê chuẩn. Super 3G với ưu điểm truyền dữ liệu có độ trễ thấp và nâng cao hiệu qủa sử dụng phổ tần số, là 1 bước tiến dài so với chuẩn HSDPA(tốc độ tối đa 14Mb/giây) và HSUPA(tốc độ tối đa 5,7Mb/giây) của mạng W-CDMA, công nghệ nguyên thủy của truyền dữ liệu gói 3G. Super 3G được
đánh giá đã đạt đến 3,9G, đã tiến đến rất gần trên con đường phát triển mạng băng thông rộng di động tốc độ cao tiên tiến thế hệ thứ 4, thế hệ 4G. Docomo đã và đang tiếp tục thử nghiệm, cải tiến Super 3G trên môi trường không dây thực gần phòng thí nghiệm R&D của họ, ở vùng Yokosuka nằm ở phía Nam Tokyo kể từ tháng 2 rồi. Cuộc thử nghiệm sử dụng 4 hệ thống anten MIMO (Multiple-Input Mutiple-Output) cho trạm phát tín hiệu và trạm tiếp nhận di động với băng thông rộng 20MHz, băng thông tối đa theo chuẩn công nghệ Super 3G. Họ tiếp tục thử nghiệm khả năng truyền tải kết nối giữa các trạm, chức năng của các ứng dụng ở môi trường trong nhà lẫn ngòai trời.
Bảng 5.1so sánh thông số kỹ thuật các công nghệ 3G
3G LTE là một công nghệ di động mới đang được phát triển và chuẩn hóa bởi 3GPP (The Third Generation Partnership Project). Dự án được bắt đầu từ cuối năm 2004, nhằm đảm bảo tính cạnh tranh của mạng 3G trong vòng 10 năm tới. Mặc dù 3GPP đã phát triển HSPA để tăng tốc độ dữ liệu (tốc độ tối đa có thể là 14.4 Mbps), nhưng 3G HSPA vẫn không thể cung cấp tốt những dịch vụ như video, TV di động.... Đứng trước sự ra đời và cạnh tranh của WiMAX cũng như nhu cầu cung cấp dịch vụ băng thông rộng ngày càng cao, 3GPP buộc phải phát triển 3G LTE để có thể đứng vững.
3G LTE hứa hẹn sẽ cho tốc độ dữ liệu truyền trên kênh xuống (downlink) lớn hơn 100 Mbps và trên kênh lên (uplink) lớn hơn 50 Mbps. Giống như WiMAX, 3G LTE dựa trên nền gói IP do đó sẽ không còn chuyển mạch kênh như trong các thế hệ 2G, 3G hiện tại. Kiến trúc mạng của 3G LTE sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời. Tuy nhiên mạng 3G LTE vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàng với mạng 3G và 2G. Điều này hết sức quan trọng cho nhà cung cấp mạng triển khai 3G LTE mà không cần thay đổi toàn bộ cơ sở hạ tầng mạng đã có. 3G LTE sử dụng công nghệ đa truy cập OFDMA cho kênh xuống và SC-FDMA cho kênh lên và nó vẫn dựa trên công nghệ ăng-ten MIMO để đạt tốc độ truyền dự liệu cao như mong muốn.
- Cạnh tranh giữa WiMAX và 3G LTE
Hình 5.3 sự phát triển của W-CDMA so với Wimax
WiMAX là một khao khát gia nhập vào thị trường thông tin di động của cộng đồng công nghệ thông tin. WiMAX là thuật ngữ được bắt đầu nhắc đến từ những năm 2000, với mục đích ban đầu chỉ hướng đến thị trường Internet băng rộng ở các vùng hẻo lánh. Tiếp theo, WiMAX hướng đến cung cấp giải pháp Internet băng rộng di động. Kể từ đó, nó được xem như là một đối thủ cạnh tranh của mạng thông tin di động 3G và bây giờ là 3G LTE. Nếu đặt WiMAX vào vị trí cạnh tranh với mạng thông tin di động, biết rằng mạng thông tin di động ngày nay có khoảng hơn 2,6 tỉ thuê bao trên thế giới, rõ ràng WiMAX gặp nhiều khó khăn để tìm kiếm thị phần của mình.
Lợi điểm của WiMAX so với 3G LTE là WiMAX đã sẵn sàng để được triển khai dịch vụ rộng khắp : thiết bị mạng WiMAX đã hoàn thiện, thiết bị đầu cuối WiMAX sẽ có mặt trong năm tới trong khi đó 3G LTE phải đợi thêm vài năm nữa. WiMAX vừa cung cấp giải pháp cố định vừa cung cấp giải pháp di động băng rộng với chi phí triển khai thấp hơn so với triển khai một mạng 3G/3G LTE hoàn toàn