Nghiên cứu tính toán quy hoạch mạng vô tuyến trong hệ thống 3G sử dụng công nghệ WCDMA

- TRẦN NGỌC HƯNG Nghiên cứu tính toán quy hoạch mạng vô tuyến trong hệ thống 3G sử dụng công nghệ WCDMA LUẬN VĂN THAC SỸ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.
- NGUYỄN NAM QUÂN HÀ NỘI - 2010 1MỤC LỤC MỤC LỤC Mở đầu Danh mục từ viết tắt trong luận văn Danh sách bảng biểu Danh sách hình vẽ và đồ thị Chương Giới thiệu chung Chương 2: Tổng quan về hệ thống mạng WCDMA Giới thiệu chung Cấu trúc hệ thống của WCDMA Các kiểu kênh của mạng WCDMA Các kiểu kênh vật lý Các kiểu kênh truyền tải Các kiểu kênh logic Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS-UTRAN .
- Cấu trúc UTRAN Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC Nút B (trạm gốc UMTS Mô hình giao thức tổng quát đối với các giao diện mặt đất của UTRAN Các mặt đứng Mặt điều khiển Mặt người sử dụng Mặt điều khiển mạng truyền tải Mặt người sử dụng mạng truyền tải Các giao diện trong UTRAN Giao diện RNC-RNC và báo hiệu RNSNAP Giao thức Iur1: Hỗ trợ tính di động cơ sở giữa các RNC Giao thức Iur 2: Hỗ trợ lưu lượng kênh riêng Giao thức Iur3: Hỗ trợ lưu lượng kênh chung Iur4: Hỗ trợ quản lý tài nguyên toàn cầu Giao diện RNC-nút B và báo hiệu NBAP NBAP chung NBAP riêng Giao diện vô tuyến (Uu Giao diện UTRAN-CN, Iu Cấu trúc cho giao thức Iu CS Ngăn xếp giao thức mặt điều khiển Iu CS Ngăn xếp giao thức mặt điều khiển mạng truyền tải Iu CS Ngăn xếp giao thức mặt người sử dụng Cấu trúc giao thức cho Iu PS Ngăn xếp giao thức mặt điều khiển Iu PS Ngăn xếp giao thức mặt điều khiển mạng truyền tải Iu PS Ngăn xếp giao thức mặt người sử dụng Iu PS Giao thức RANAP Giao thức mặt người sử dụng Iu Thiết lập một cuộc gọi WCDMA/UMTS Các phiên số liệu gói ở WCDMA Một số mô hình phát triển cho mạng WCDMA Các đặc trưng quan trọng của WCDMA Mã hóa tiếng đa tốc độ thích ứng AMR Điều khiển công suất Chuyển giao Chương 3: Quy hoạch mạng vô tuyến trong hệ thống WCDMA Tính toán vùng phủ WCDMA Tính toán quỹ đường truyền vô tuyến Công suất phát của BS Công suất phát của thiết bị người dùng UE Tăng ích ănten BS Tăng ích ănten UE Suy hao cáp feeder Tăng ích xử lý Tỷ số Eb/No Dự trữ nhiễu (dự trữ tải Tạp âm nhiệt Hệ số tạp âm Độ nhạy máy thu Tăng ích chuyển giao mềm Dự trữ điều khiển công suất Suy hao đâm xuyên Dự trữ fading Tính toán vùng phủ của ô Mô hình Okmura-Hata Mô hình Walfisch/Ikegami Tính toán dung lượng trong WCDMA Tính toán dung lượng hướng lên Tính toán dung lượng hướng xuống Tính toán quy hoạch mạng đối với trường hợp cụ thế Chương 4: Quy hoạch mạng WCDMA sử dụng phần mềm mô phỏng Các thông số đầu vào mô phỏng Thiết lập các thông số mô phỏng Kết quả tính toán mô phỏng Chương 5: Kết quả tính toán và mô phỏng mạng 3G WCDMA EVNTelecom Kết quả tính toán mạng truy cập vô tuyến Một số kết quả mô phỏng và kiểm tra thực tế Kết luận Danh mục tài liệu tham khảo Mở đầu Hiện tại, ở Việt Nam đang có tất cả 7 nhà khai thác mạng thông tin di động mặt đất bao gồm cả công nghệ GSM và CDMA.
- Như vậy, thị trường mạng viễn thông tại Việt Nam đang phát triển rất nhanh, từng bước tiến tới khả năng cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng tốc độ cao.
- Điều này đòi hỏi việc quy hoạch và triển khai các hệ thống mạng cần phải được quan tâm nghiên cứu nhiều hơn nữa nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của các nhà khai thác mạng, đặc biệt là đối với việc quy hoạch và triển khai mạng 3G WCDMA đang bắt đầu được các nhà khai thác triển khai.
- Trên cơ sở thực tiễn đó và sau thời gian học tập và nghiên cứu trong khuôn khổ chương trình đào tạo thạc sỹ Điện tử Viễn thông tại trường đại học Bách Khoa Hà Nội, được sự hướng dẫn chu đáo, nhiệt tình của các thày, cô trong khoa Điện tử Viễn thông, Viện đào tạo sau đại học, đặc biệt là TS Nguyễn Nam Quân, tôi đã lựa chọn đề tài luận văn là “Nghiên cứu tính toán quy hoạch mạng vô tuyến trong hệ thống 3G sử dụng công nghệ WCDMA”.
- Chương 1 giới thiệu chung về quá trình phát triển của các thế hệ mạng di động mặt đất và các đặc tính cơ bản của các công nghệ hiện đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới cũng như tại Việt Nam.
- Chương 2 trình bày về các đặc tính cơ bản trong mạng di động sử dụng công nghệ WCDMA.
- Chương 3 tập trung nghiên cứu về phương pháp tính toán dung lượng cũng như vùng phủ của hệ thống mạng sử dụng công nghệ WCDMA, lựa chọn các thông số tính toàn phù hợp với điều kiện triển khai thực tế từng khu vực.
- Chương 4 trình bày phương pháp quy hoạch mạng thông qua các chương trình mô phỏng và một số kết quả mô phỏng chung.
- Transceiver TSL Time SLot Tx Transmit UDP User Datagram Protocol UE User Equipment UL UpLink UMTS Universal Mobile Telecommunications System U-plane User plane USIM UMTS User Indentity Module UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network Uu Radio interface between UTRAN and UE VLR Visitor Location Register VoIP Voice over IP WAP Wireless Application Protocol WCDMA Wideband Code Division Multiple Access WiMAX Worldwide interoperability for Microwave Access WLAN Wireless Local Area Network WWW World Wide Web 10Danh sách bảng biểu Bảng 1.1: Các đặc điểm kỹ thuật của GSM so với WCDMA Bảng 1.2: Các đặc điểm kỹ thuật của cdmaOne so với 3G CDMA IMT Bảng 2.1: Các thông số chủ yếu của WCDMA Bảng 3.1: Các lớp công suất của UE Bảng 3.2a: Giá trị Eb/No yêu cầu trong môi trường đường truyền tĩnh Bảng 3.2b: Giá trị Eb/No yêu cầu trong điều kiện truyền dẫn đa đường Bảng 3.3: Các tham số tính toán quỹ đường truyền Bảng 3.4: Các hằng số A và B trong mô hình Okumura – Hata Bảng 3.5: Các giả thiết hướng lên Bảng 3.6: Các giả thiết hướng xuống Bảng 3.7: Các tham số tính toán quỹ đường truyền hướng lên Bảng 3.8: Bán kính phủ sóng tương ứng với từng dịch vụ Bảng 3.9: Mật độ dịch vụ tương đương Bảng 3.10: Lưu lượng trung bình của dịch vụ Bảng 3.11: So sánh số lượng kênh yêu cầu tùy theo số lượng BS Bảng 4.1: Một số độ phân giải bản đồ thường dùng Bảng 5.1: Các dịch vụ giá trị gia tăng trên nền mạng 3G WCDMA Bảng 5.2: Vùng phủ tối đa của Node B Bảng 5.3: Số lượng thuê bao và trạm phát sóng tương ứng với từng tỉnh Danh sách hình vẽ và đồ thị Hình 1.1: Lộ trình phát triển của các hệ thống thông tin di động lên 3G Hình 2.1: Các phần tử của mạng UMTS Hình 2.2: Cách sắp xếp hai kênh truyền tải trên một kênh vật lý Hình 2.3: Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý Hình 2.4: Sắp xếp giữa các kênh logic và các kênh truyền tải Hình 2.5: Cấu trúc UTRAN Hình 2.6: Chức năng logic của RNC đối với một kết nối UTRAN của UE Hình 2.7: Mô hình giao thức tổng quát cho các giao diện mặt đất UTRAN Hình 2.8: Ngăn xếp giao thức cho giao diện Iur Hình 2.9: Ngăn xếp giao thức của giao diện Iub Hình 2.10: Kênh logic của nút B cho FDD Hình 2.11: Cấu trúc phân lớp của giao diện vô tuyến Hình 2.12: Cấu trúc giao thức Iu CS Hình 2.13: Cấu trúc giao thức Iu PS Hình 2.14: Thủ tục thiết lập cuộc gọi ở WCDMA Hình 2.15: Các ngăn xếp giao thức mặt điều khiển WCDMA GPRS Hình 2.16: Ngăn xếp giao thức mặt phẳng người sử dụng WCDMA GPRS Hình 2.17: Kiến trúc mạng phân bố phát hành 3GPP Hình 2.18: Kiến trúc phát hành 3GPP 5 cho IP đa phương tiện Hình 2.19: Cấu trúc giao diện vô tuyến của WCDMA Hình 2.20: Hiện tượng nghẽn công suất khi không có điều khiển công suất Hình 2.21: Điều khiển công suất trong CDMA Hình 2.22: Các loại vòng lặp điều khiển công suất trong CDMA Hình 2.23: Quá trình chuyển giao trong CDMA Hình 3.1: Quỹ đường truyền vô tuyến trong WCDMA Hình 3.3: Tăng ích xử lý đối với cách dịch vụ khác nhau Hình 3.3: Sự phụ thuộc của dự trữ nhiễu với tải của ô Hình 3.4: Mô hình Walfisch/Ikegami Hình 3.5 : Mối quan hệ giữa số lượng thuê bao và sự tăng tạp âm.
- Hình 3.6: Mô hình chuyển giao mềm với hai ô Hình 3.7: Mối quan hệ giữa công suất phát và số lượng người dùng cho phép .......87 Hình 4.1: Các bước thực hiện mô phỏng quy hoạch mạng Hình 4.2: Thông số của UE Hình 4.3: Thông số cấu hình của một ô tế bào Hình 4.4: Thông số mô hình đường truyền Hình 4.6: Các tham số hiệu ứng fading Hình 4.8: Thiết lập tốc độ dịch vụ Hình 4.9: Thiết lập loại dịch vụ Hình 4.10: Thiết lập thông số cho thiết bị đầu cuối Hình 4.11a: Vùng phủ dịch vụ chưa tối ưu Hình 4.11b: Vùng phủ dịch vụ tối ưu Hình 4.12a: Độ mạnh tín hiệu kênh Pilot Hình 4.12b: Độ mạnh tín hiệu kênh Pilot tối ưu Hình 4.13a: Tỷ số Ec/Io Hình 4.13b: Tỷ số Ec/Io tối ưu Hình 4.14: Khả năng chuyển giao Hình 4.15: Pilot pollution Hình 4.16a: Vùng phủ dịch vụ Hình 4.16b: Vùng phủ dịch vụ tối ưu Hình 4.17: Lưu lượng tải trên tưng ô Hình 5.1: Phân chia mạng vô tuyến EVNTelecom Hình 5.2: Bản đồ thực tế khu vực Hà Nội Hình 5.3: Kết quả mô phỏng tỷ số Ec/Io Hà Nội Hình 5.4: Kết quả kiểm tra thực tế Hà Nội Hình 5.2: Bản đồ thực tế khu vực Nam Định Hình 5.3: Kết quả mô phỏng tỷ số Ec/Io Hà Nội Hình 5.4: Kết quả kiểm tra thực tế Nam Định Chương 1 Giới thiệu chung Thông tin di động đã được đưa vào sử dụng đầu tiên ở Mỹ năm 1946, khi đó nó chỉ được sử dụng ở phạm vi thành phố, hệ thống này có 6 kênh sử dụng cấu trúc ô rộng với tần số 150 MHz.
- Mặc dù các khái niệm tế bào, các khái niệm trải phổ, điều chế số và các công nghệ hiện đại khác được biết đến hơn 50 năm trước đây, nhưng cho đến đầu những năm 1960 dịch vụ điện thoại di động tế bào mới xuất hiện trong các dạng ứng dụng.
- Các hệ thống di động đầu tiên này có ít tiện ích và có dung lượng rất thấp.Vào những năm 1980, hệ thống điện thoại di động tế bào điều tần song công sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số xuất hiện, đây là hệ thống tương tự hay còn gọi là hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G).
- Các hệ thống thông tin di động tế bào tương tự nổi tiếng nhất là: hệ thống di động tiên tiến (AMPS), hệ thống di động tiên tiến băng hẹp (NAMPS), hệ thống thông tin truy nhập toàn diện (TACS) và Hệ thống NTT.
- Hạn chế của các hệ thống này là: phân bố tần số hạn chế, dung lượng thấp, tiếng ồn khó chịu, không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn với khách hàng v.v.
- Giải pháp để loại bỏ các hạn chế trên là chuyển sang sử dụng kỹ thuật thông tin số sử dụng các dịch vụ đa truy nhập mới.
- Hệ thống đa truy nhập TDMA đầu tiên ra đời trên thế giới là GSM.
- GSM được phát triển từ năm 1982, CEPT quy định việc ấn định tần số dịch vụ viễn thông Châu âu ở băng tần 900MHz.
- Song song với sự phát triển của các hệ thống thông tin di động tế bào nói trên, các hệ thống thông tin di động hạn chế cho mạng nội hạt sử dụng máy cầm tay không dây số cũng được nghiên cứu phát triển.
- Hai hệ thống điển hình cho loại thông tin này là: DECT (Digital Enhanced cordless Telecoms) của châu Âu và PHS của Nhật cũng đã được đưa vào khai thác.
- Ngoài kỹ thuật TDMA, đến năm 1995, CDMA được đưa vào sử dụng ở một số nước.
- Các hệ thống thông tin di động kỹ thuật số nói trên, sử dụng phương pháp truy nhập TDMA như GSM (Châu Âu), PDC (Nhật) hoặc phương 15pháp truy nhập CDMA theo chuẩn năm 1995 ( CDMA-IS95) đều thuộc hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 (2G).
- Các hệ thống thông tin tế bào số có nhiều điểm nổi bật như chất lượng thông tin được cải tiến nhờ các công nghệ xử lý tín hiệu số khác nhau, nhiều dịch vụ mới (VD: các dịch vụ phi thoại), kỹ thuật mã hóa được cải tiến, tương thích tốt hơn với các mạng số và phát huy hiệu quả dải phổ vô tuyến.
- Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba IMT 2000 đã được nghiên cứu sử dụng.
- Khác với các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (tương tự) và thứ 2 (số), hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) có xu thế chuẩn hoá toàn cầu và khả năng cung cấp các dịch vụ cao, hỗ trợ sử dụng truy cập Internet, truyền hình và thêm nhiều dịch vụ mới khác.
- Để phân biệt với hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 còn được gọi là hệ thống thông tin di động băng rộng.
- Trên thế giới hiện có hai xu hướng phát triển lên 3G chính: Một hướng phát triển đi từ CDMA IS-95 lên CDMA 2000 3G-1x rồi đến CDMA 2000 1xEV-DO, 1x EV-DV, hướng phát triển còn lại xuất phát từ mạng GSM, có thể đi qua giai đoạn EDGE, sau đó phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA.
- Hình 1.1: Lộ trình phát triển của các hệ thống thông tin di động lên 3G

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt