Hình 2 .30 Điều chế thích nghi
Hình 2.35 Các loại chuyển giao
Chuyển giao cùng tần số (intra-frequency) được thực hiện giữa các cell trong cùng một eNodeB. Chuyển giao khác tần số (intra-frequency) được thực hiện giữa các cell thuộc các eNodeB khác nhau.
UE sẽ thực hiện trên dự đoán đo lường RSRP (Reference Signal Receive Power) và RSRQ (Reference Signal Receive Quality) dựa trên tín hiệu tham khảo RS (Reference Signal) nhận được từ cell đang phục vụ và từ cell ảnh hưởng mạnh nhất. Giải thuật chuyển giao dựa trên giá trị RSRP và RSRQ, chuyển giao được thiết lập khi các thông số này từ cell ảnh hưởng cao hơn cell đang phục vụ.
Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan
Ở WCDMA, chúng ta dùng CPICH RSCP để quyết định chuyển giao thì ở LTE ta sẽ dùng RSRP. RSRP là cơng suất thu tín hiệu tham khảo, nó là trung bình cơng suất của tất cả các thành phần tài nguyên (mang tín hiệu tham khảo) qua tồn bộ băng thơng. Nó có thể được đo lường ở tín hiệu OFDM mang tín hiệu tham khảo. Đo lường RSRP cung cấp cường độ tín hiệu cụ thể của cell. Đo lường này được sử dụng làm ngõ vào cho chuyển giao và quyết định chọn lại cell. RSSI được định nghĩa như tổng công suất băng rộng nhận được quan sát bởi UE từ tất cả các nguồn, bao gồm cell phục vụ và cell không phục vụ, can nhiễu kênh và nhiễu nhiệt trong băng thông đo lường cụ thể. RSSI không được báo cáo khi đo lường mà nó được xem là ngõ vào để tính tốn RSRQ. Việc đo lường RSRQ cung cấp chất lượng tín hiệu của cell cụ thể. Giống như RSRP, việc đo lường này được dùng để xác định các ứng cử viên cell theo chất lượng tín hiệu của chúng. Đo lường này được sử dụng như ngõ vào của chuyển giao và quyết định chọn lại cell, đo lường RSRP không cung cấp đủ độ tin cậy cho quyết định chuyển giao. RSRQ được định nghĩa là tỷ số N.RSRP/RSSI trong đó N là số RB của băng thơng đo lường RSSI của LTE. Việc đo lường này cả tử số và mẫu số phải được thực hiện với cùng số RB. Trong khi RSRP chỉ ra độ mạnh tín hiệu, RSRQ bổ sung mức can nhiễu bởi vì nó bao gồm RSSI. Vì vậy RSRQ cho phép kết hợp giữa cường độ tín hiệu với can nhiễu để báo cáo một cách hiệu quả.
Khi thực hiện đo lường để chuyển giao thì độ chênh lệch mức RSRP và RSRQ phải ở một mức chênh lệch mới quyết định chuyển giao. Đối với 2 cell cùng tần số, độ chênh lệch RSRP từ +/- 2 dB đến +/- 3 dB, độ chênh lệch RSRQ từ +/- 2,5 đến 4 dB. Đối với 2 cell khác tần số thì độ chênh lệch RSRP là +/- 6 dB, độ chênh lệch RSRQ từ +/- 3 đến 4 dB.
2.8 Điều khiển công suất [3]
Ở WCDMA, ta sử dụng điều khiển công suất cả đường lên và đường xuống. Nhưng đối với LTE, chỉ cần sử dụng điều khiển công suất đường lên. Điều khiển công suất đường lên trong hệ thống thơng tin di động với các mục đích quan trọng sau: nó cân bằng cơng suất phát đối với QoS yêu cầu, tối thiểu can nhiễu và tăng tuổi thọ pin của thiết bị đầu cuối.
Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan
Để đạt được các mục đích này, điều khiển công suất đường lên phải thích nghi với các đặc tính của kênh truyền vơ tuyến, bao gồm tổn hao, che bóng, fading nhanh, cũng như can nhiễu đến từ các user khác - ở trong vòng một cell hay ở các cell lân cận.
Đòi hỏi cho việc quản lý can nhiễu ở đường lên ở LTE khá là khác so với WCDMA. Ở WCDMA, đường lên không trực giao và việc quản lý can nhiễu đầu tiên là can nhiễu giữa các user khác nhau trong cùng một cell. Các user đường lên ở WCDMA chia sẻ cùng tài nguyên về thời gian - tần số và chúng tạo ra can nhiễu tăng trên nhiễu nhiệt tại bộ thu của NodeB. Điều này được biết như “Rise over Thermal” (RoT), và nó phải được điều khiển cẩn thận và được chia sẻ giữa các user. Tăng tốc độ dữ liệu ở đường lên cho user ở WCDMA thì giảm được hệ số trải phổ và tăng công suất phát tương ứng.
Nhưng ngược lại, ở hướng lên LTE thì dựa trên trực giao, việc quản lý can nhiễu giữa các user trong cùng một cell thì ít quan trọng hơn ở WCDMA. Thay đổi tốc độ dữ liệu đường lên ở LTE thì băng thơng phát thay đổi và thay đổi MCS, trong khi công suất phát trên đơn vị băng thơng (chẳng hạn như PSD) có thể khơng đổi đối với một MCS.
Hơn nữa, ở WCDMA điều khiển công suất được thiết kế với truyền dẫn liên tục cho các dịch vụ chuyển mạch kênh, trong khi ở LTE, lập biểu nhanh cho các UE được áp dụng tại khoảng thời gian 1ms. Điều này được phản ánh trong thực tế là điều khiển cơng suất ở WCDMA được dự đốn với vịng lặp trì hỗn là 0,67 ms và bước điều khiển công suất thông thường là +/- 1 dB . Trong khi đó LTE cho phép bước điều khiển công suất rộng hơn (khơng phải dự đốn), với vịng lặp trì hỗn khoảng 5 ms. Kỹ thuật điều khiển công suất ở LTE kết nối cả vịng hở và vịng kín. Hồi tiếp vịng kín chỉ cần thiết để bù cho trường hợp UE ước lượng công suất phát không thỏa mãn.
2.8.1 Điều khiển cơng suất vịng hở [8]
Điều khiển cơng suất vịng hở ước lượng tổn hao đạt được sau khi đo lường RSRP và tính tốn cơng suất phát dựa trên phương trình sau:
Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan
PPUSCH = min {Pmax , 10log10M + P0 + α.PL} (2.2)
Hình 2.36: Điều khiển cơng suất vịng hở
2.8.2 Điều khiển cơng suất vịng kín [8]
UE sẽ điều chỉnh công suất phát của mình dựa trên lệnh TCP. Lệnh TCP được phát dựa bởi eNodeB đến UE, dựa trên SINR mong muốn và SINR mà eNodeB thu được. Trong hệ thống điều khiển cơng suất vịng kín , bộ thu đường lên tại eNodeB ước lượng SINR của tín hiệu thu và nó so sánh với giá trị SINR mong muốn. Khi SINR thu được thấp hơn SINR mong muốn, lệnh TCP được phát đến UE yêu cầu tăng công suất phát. Ngược lại, lệnh TCP sẽ yêu cầu UE giảm công suất phát.
Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan Hình 2.37: Điều khiển cơng suất vịng kín
Thích ứng nhanh được áp dụng quanh điểm hoạt động vòng hở để tạo thành điều khiển cơng suất vịng kín. Điều này có thể điều khiển can nhiễu và tinh chỉnh công suất để phù hợp với điều kiện kênh truyền (bao gồm fading nhanh). Tuy nhiên, do tính trực giao ở đường lên của LTE, điều khiển cơng suất vịng kín của LTE không cần sử dụng điều khiển công suất vịng kín nhanh như áp dụng đối với ở WCDMA (để tránh vấn đề gần xa). Thay đổi băng thông phát cùng với việc thiết lập MSC để đạt được đến tốc độ dữ liệu phát mong muốn.
Delta- MCS: cho phép cơng suất trên khối tài ngun thích nghi theo tốc độ phát dữ liệu thơng tin. Cơng suất phát địi hỏi trên khối tài ngun là (2 k.BPRE – 1). Trong đó BPRE là tỷ số số bit thơng tin trên thành phần tài nguyên RE trong một RB, k là hệ số tỷ lệ và giá trị thích hợp cho k là 1.25 đối với công suất offset phụ thuộc vào MCS.
Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan
Chương 2 đã khái quát được cấu trúc mạng 4 GLTE, các đặc tính kỹ thuật và
các kỹ thuật sử dụng trong LTE. Mạng LTE có ưu điểm vượt trội so với 3G về tốc độ, thời gian trễ nhỏ, hiệu suất sử dụng phổ cao cùng với việc sử dụng băng thông linh hoạt, cấu trúc đơn giản nên giá thành giảm. Để tạo nên các ưu điểm đó, LTE đã phối hợp nhiều kỹ thuật, trong đó, nó sử dụng kỹ thuật OFDMA ở đường xuống. Các sóng mang trực giao với nhau, do đó tiết kiệm băng thông, tăng hiệu suất sử dụng phổ tần và giảm nhiễu ISI. Cùng với các ưu điểm đó thì OFDM có khuyết điểm là sự thăng giáng đường bao lớn dẫn đến PAPR lớn, khi PAPR lớn thì địi hỏi các bộ khuếch đại cơng suất tuyến tính cao để tránh làm méo dạng tín hiệu, hiệu suất sử dụng cơng suất thấp vì thế đặc biệt ảnh hưởng đối với các thiết bị cầm tay. Do đó, LTE sử dụng kỹ thuật SC-FDMA cho đường lên. Cùng với các kỹ thuật đó, LTE cịn hổ trợ MIMO, MIMO là một phần tất yếu của LTE để đạt được yêu cầu về thông lượng và hiệu quả sử dụng phổ. Cùng với các kỹ thuật này, chương 2 cịn trình bày về lập biểu phụ thuộc kênh, thích ứng đường truyền, HARQ với kết hợp mềm. Chuyển giao trong LTE, và chuyển giao giữa LTE với các mạng khác. Đồng thời để cân bằng công suất phát đối với QoS yêu cầu, tối thiểu can nhiễu và tăng tuổi thọ pin của thiết bị đầu cuối, điều khiển công suất đường lên được sử dụng ở LTE, điều khiển cơng suất kết hợp cả vịng hở và vịng kín, nhưng do tính trực giao ở đường lên của LTE nên tránh được vấn đề gần xa (vấn đề điển hình trong điều khiển cơng suất của WCDMA) và vì thế ở LTE không cần sử dụng điều khiển cơng suất vịng kín nhanh.
Từ việc tìm hiểu khái quát công nghệ LTE và các vấn đề liên quan, ta tiến hành
Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE
CHƯƠNG 3 : QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE VÀ ÁP DỤNG CHO TP.HCM
Quy hoạch mạng LTE cũng giống như quy hoạch mạng 3G. Ở hệ thống di động 4G, đường lên và đường xuống là bất đối xứng. Do vậy, một trong hai đường sẽ thiết lập giới hạn về dung lượng hoặc vùng phủ sóng. Việc tính tốn quỹ đường truyền và phân tích nhiễu khơng phụ thuộc vào loại cơng nghệ sử dụng. Mục đích của pha định cỡ là để ước lượng số lượng các trạm cần sử dụng, cấu hình trạm và số lượng các phần tử mạng để dự báo giá thành đầu tư cho mạng. Chương này chúng ta sẽ tìm hiểu về quỹ đường truyền của LTE, các mơ hình truyền sóng để phục vụ cho quá trình ước lượng số eNodeB của mạng theo điều kiện tối ưu 1, và số trạm eNodeB theo điều kiện tối ưu 2 để từ đó ta quyết định được số eNodeB cần thiết cho vùng cần quy hoạch.
3. 1 Khái quát về quá trình quy hoạch mạng LTE
Hình 3. 1: Khái quát về quá trình quy hoạch mạng LTE
Quy hoạch mạng LTE cũng bao gồm ba bước : định cỡ hay còn gọi là khởi tạo, quy hoạch chi tiết, vận hành và tối ưu hóa mạng.
Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE
3. 2 Dự báo lưu lượng và phân tích vùng phủ
3. 2. 1 Dự báo lưu lượng
Việc quy hoạch mạng phải dựa trên nhu cầu về lưu lượng. Do đó dự báo lưu lượng là bước đầu tiên cần thực hiện trong quá trình quy hoạch mạng.
Dự báo số thuê bao : Đối với thị trường cần phục vụ, cần phải đánh giá tổng
số thuê bao. Lý tưởng có thể chia việc đánh giá cho từng tháng để có thể thấy được xu thế phát triển thuê bao. Điều này là cần thiết vì khi qui hoạch ta cần tính dự phịng cho tương lai. Nếu có thể cung cấp các dịch vụ khác nhau, thì cần dự báo cho từng loại dịch vụ. Chẳng hạn nhà khai thác có thể chọn tổ hợp các dịch vụ nào đó gồm chỉ tiếng, tiếng và số liệu hoặc chỉ số liệu. Ngồi ra các dịch vụ số liệu cũng có thể được chia thành các dịch vụ và các thiết bị khác nhau. Chẳng hạn, dịch vụ số liệu chỉ giới hạn ở trình duyệt web, hoặc cả trình duyệt web lẫn email và một số các dịch vụ khác như không gian web. Dịch vụ số liệu cũng có thể là các dịch vụ đo lường từ xa. Dự báo cần được thực hiện cho từng kiểu người sử dụng.
Dự báo sử dụng lưu lượng tiếng: Dự báo sử dụng dịch vụ tiếng bao gồm
việc đánh giá khối lượng lưu lượng tiếng do người sử dụng dịch vụ tiếng trung bình tạo ra. Để việc dự báo chính xác ta cần cung cấp dữ liệu đánh giá cho từng tháng. Dữ liệu tiếng bao gồm phân bố lưu lượng: từ MS đến cố định, từ MS đến MS và từ MS đến E-mail. Đối với từ MS đến cố định cần phân thành : phần trăm nội hạt và đường dài. Vì vậy ta cần có số liệu về số cuộc gọi trên một thuê bao trung bình ở giờ cao điểm và thời gian giữ trung bình (MHT: mean hold time) trên cuộc gọi. Thơng thường ta chỉ có thơng số về số phút sử dụng (MoU: minutes of using) của thuê bao/cuộc gọi. Trong trường hợp này nhóm dự báo bộ phận thiêt kế phải chuyển thành việc sử dụng trong giờ cao điểm.
Dự báo sử dụng lưu lượng số liệu: Ta cần phân loại những người sử dụng
dịch vụ số liệu và dự báo cho từng kiểu người sử dụng cũng như khối lượng thông lượng số liệu. Ta cũng cần dự báo khi nào thì thơng lượng bắt đầu và khi nào thì nó kết thúc.
Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE
Dự phòng tương lai : Ta không thể chỉ qui hoạch mạng cho các dự kiến trước mắt mà cần qui hoạch mạng cho các dự kiến tương lai để không phải thuờng xuyên mở rộng mạng. Ngoài ra việc dự phòng tương lai cũng cho phép mạng cung cấp lưu lượng bổ sung trong trường hợp sự tăng trưởng thuê bao lớn hơn thiết kế hoặc sự thay đổi đột ngột lưu lượng tại một thời điểm nhất định. Về lý do kinh doanh, dự phòng tương lai cũng cần thiết để đưa ra các kế hoạch định giá mới cho phép thay đổi đáng kể số thuê bao hay hình mẫu sử dụng.
3. 2. 2 Phân tích vùng phủ
Để quy hoạch mạng vơ tuyến cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư, bước tiếp theo ta cần khảo sát các chi tiết: nơi nào cần phủ sóng và các kiểu phủ sóng cần cung cấp cho các vùng này.
Thơng thường ta sẽ ưu tiên phủ sóng trước tiên ở các khu vực quan trọng như: các vùng thương mại, các vùng có mật độ dân cư đông đúc, các đường cao tốc chính... dựa trên bản đồ mật độ dân cư. Dựa trên bản đồ dân cư cho phép ta dự đoán được lưu lượng người sử dụng, điều kiện môi trường truyền sóng, các ảnh hưởng của nó lên mơ hình truyền sóng để có thể đưa ra lựa chọn cho các hệ số hiệu chỉnh môi trường và thâm nhập toà nhà.
3. 3 Quy hoạch chi tiết [9]
Theo điều kiện tối ưu 1: bán kính cell được xác định dựa trên quỹ đường truyền và mơ hình truyền sóng thích hợp, kết hợp với diện tích cần phủ sóng ta tính được số eNodeB được lắp đặt. Theo điều kiện tối ưu 2: dựa trên quy hoạch vùng phủ ta cũng xác định được số eNodeB. Số eNodeB cuối cùng cần thiết lắp đặt cho một vùng cần phủ sóng là số eNodeB lớn hơn.
3. 3. 1 Quy hoạch vùng phủ
Đối với mạng di động tế bào, ước lượng vùng phủ được dùng để quyết định vùng phủ của mỗi trạm gốc, nó đưa ra một vùng tối đa có thể được bao phủ bởi trạm gốc. Nhưng nó khơng cần thiết xác lập một kết nối giữa UE và trạm gốc. Tuy nhiên, trạm gốc có thể phát hiện được UE trong vùng bao phủ của nó.
Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE
3. 3. 1. 1 Quỹ đường truyền [2]
Tính tốn quỹ đường truyền ước lượng suy hao tín hiệu cho phép cực đại (pathloss) giữa di động và trạm gốc. Tổn hao lớn nhất cho phép cho ta ước lượng vùng phủ của cell lớn nhất với mơ hình kênh truyền phù hợp. Với vùng bao phủ của cell sẽ cho ta tính tốn được số trạm gốc được sử dụng để bao phủ vùng địa lý mong muốn. Tính tốn quỹ đường truyền cũng được dùng để so sánh quan hệ về vùng phủ của các hệ thống khác nhau. Mối quan hệ quỹ đường truyền chỉ ra hệ thống vô tuyến LTE mới sẽ thực hiện tốt như thế nào khi nó được triển khai trong các trạm gốc đã tồn tại của hệ thống GSM và WCDMA.