Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án: “Quy hoạch mạng 4G LTE”. Đồ án này em trình bày 4 chương, với nội dung chính là chương 3 và gồm có : Chương 1 :Tổng quan về mạng 4G LTE Chương 2 :Giao diện vô tuyến mạng 4G LTE Chương 3:Mô hình thiết kế tính toán quy hoạch mạng 4G LTE Chương 4 : Tiềm năng phát triển của 4G LTE trên thế giới và Việt Nam.
LỜI NĨI ĐẦU Thơng tin di động số ngày phát triển mạnh mẽ giới với ứng dụng rộng rãi lĩnh vực thông tin, dịch vụ sống ngày Các kĩ thuật khơng ngừng hồn thiện đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng Để đáp ứng nhu cầu băng thông lớn, tốc độ ngày cao người 3G phát triển lên 4G ngày trở lên vơ cấp thiết Có nhiều định nghĩa khác 4G, có định nghĩa theo hướng cơng nghệ, có định nghĩa theo hướng dịch vụ Đơn giản nhất, 4G hệ mạng thông tin di động không dây 4G giải pháp để vượt lên giới hạn điểm yếu mạng 3G Thực tế, vào năm 2002, 4G khung nhận thức để thảo luận yêu cầu mạng băng rộng tốc độ siêu cao tương lai mà cho phép hội tụ với mạng hữu tuyến cố định 4G thể ý tưởng, hy vọng nhà nghiên cứu trường đại học, viện, công ty Motorola, Qualcomm, Nokia, Ericsson, Sun, HP, NTT DoCoMo nhiều công ty viễn thông khác với mong muốn đáp ứng dịch vụ đa phương tiện mà mạng 3G đáp ứng Xuất phát từ ý tưởng muốn tìm hiểu cơng nghệ mạng 4G LTE em thực đồ án: “Quy hoạch mạng 4G LTE” Đồ án em trình bày chương, với nội dung chương gồm có : Chương :Tổng quan mạng 4G LTE Chương :Giao diện vơ tuyến mạng 4G LTE Chương 3:Mơ hình thiết kế tính tốn quy hoạch mạng 4G LTE Chương : Tiềm phát triển 4G LTE giới Việt Nam Trong trình làm đồ án khó tránh khỏi sai sót, em mong dẫn thầy giáo góp ý bạn để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy, TS Nguyễn Phạm Anh Dũng thầy cô giáo giúp em hoàn thành đồ án ! Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2010 Người thực Nguyễn Thị Hồng Doanh Nguyễn Thị Hồng Doanh- D06VT2 i MỤC LỤC CHƯƠNG :TỔNG QUAN VỀ MẠNG 4G LTE I CHƯƠNG : TIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN CỦA 4G LTE TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM I CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ MẠNG 4G LTE X 1.1 TỔNG QUAN LTE X 1.2 YÊU CẦU CHO LTE .XI 1.3 KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP XII 1.3.1 OFDMA cho DL xii Hình 1.4 OFDMA phân chia sóng mang theo phân bố (đan xen) xvi 1.4 DFTS-OFDM VÀ SC-FDMA TRONG 4G LTE XVI 1.4.1 DFTS-OFDM .xvi Hình 1.6 Các sơ đồ xếp sóng mang con: a) xếp khoanh vùng, b) xếp phân bố .xviii Hình 1.7 Sự khác việc truyền ký hiệu số liệu theo thời gian OFDM DTFTOFDM: a) điều chế QPSK, b) truyền dẫn OFDM, c) truyền dẫn DFTS-OFDM .xx 1.4.2 SC-FDMA xx Hình 1.8 SC-FDMA sở DFTS-OFDM: a) ấn định băng thông nhau, .xx Hình 1.9 Các phương pháp xếp sóng mang cho nhiều người sử dụng xxi 1.5 KIẾN TRÚC MẠNG .XXI 1.6 GIAO DIỆN E- UTRAN XXIII 1.7 HIỆU SUẤT PHỔ TẦN .XXIV 1.8 SO SÁNH LTE VÀ WIMAX .XXV 1.9 CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN TRIỂN KHAI XXVII 1.10 TỔNG KẾT XXVIII CHƯƠNG II: GIAO DIỆN VÔ TUYẾN 4G LTE .XXVIII 2.1 CÁC VẤN ĐỀ TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN BĂNG RỘNG XXVIII 2.1.1 Các hạn chế truyền dẫn vô tuyến băng rộng giải pháp .xxviii 2.2 LẬP BIỂU, THÍCH ỨNG ĐƯỜNG TRUYỀN VÀ HARQ XXIX 2.2.1 Nguyên lý chung xxix Hình 2.1 Quan hệ lập biểu phụ thuộc kênh, thích ứng đường truyền HARQ .xxxii 2.2.2 Lập biểu xử lý phát lại HSDPA NodeB xxxii Hình 2.2 Nguyên lý lập biểu nút B HSDPA .xxxiii Hình 2.3 Nguyên lý xử lý phát lại nút B xxxiv 2.3 CÁC GIAO THỨC VÀ CÁC KÊNH TRÊN GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA 4G LTE XXXIV 2.3.1 Các giao thức giao diện vô tuyến xxxiv Hình 2.5 Ngăn xếp giao thức giao diện vơ tuyến LTE .xxxiv 2.3.2 Các kênh giao diện vô tuyến 4G LTE xxxv Hình 2.6 Các kênh logic, kênh truyền tải, kênh vật lý xếp kênh logic lên kênh truyền tải, kênh truyền tải lên kênh vật lý xxxvi Nguyễn Thị Hồng Doanh- D06VT2 ii 2.3.3 Cấu trúc tài nguyên truyền dẫn xxxvi Hình 2.7 Lưới tài nguyên thời gian-tần số sở LTE (độ dài CP bình thường) xxxvi Hình 2.8 Lưới tài nguyên truyền dẫn không gian thời gian LTE lớp cho trường hợp CP bình thường xxxviii Bảng 2.1 Các thông số truyền dẫn OFDM LTE xxxviii Bảng 2.2 Các thông số khối tài nguyên (RB) vật lý xxxix 2.4 QUY HOẠCH TẦN SỐ CHO 4G LTE XL Bảng 2.3 Các băng tần LTE xli 2.5 TỔ CHỨC KÊNH TẦN SỐ TRONG LTE .XLII 2.5.1 Băng thông kênh cấu hình băng thơng truyền dẫn xlii xliii Hình 2.10 Định nghĩa băng thơng kênh Bchannel cấu hình băng thơng truyền dẫn Bconfig xliii Bảng 2.4 Cấu hình băng thông truyền dẫn Bconfig LTE xliii 2.5.2 Sắp xếp kênh tần số xliv 2.6 ĐIỀU CHẾ TRONG 4G LTE .XLIV 2.6.1 Xử lý kênh truyền tải xliv Hình 2.11 Xử lý khối truyền tải đường xuống xlv Hình 2.12 Xử lý kênh truyền tải đường lên xlvii 2.7 BÁO HIỆU ĐIỀU KHIỂN L1/L2 XLVII 2.7.1 Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống xlvii Hình 2.13 Chuỗi xử lý cho báo hiệu điều khiển đường xuống L1/L2 xlviii 2.7.2 Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường lên xlviii Hình 2.14 Ghép số liệu báo hiệu điều khiển đường lên L1/L2 trường hợp truyền dẫn đồng thời UL-SCH điều khiển L1/L2 .l 2.8 QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG 4G LTE .L 2.8.1 Vùng đeo bám, TA l Hình 2.15 Vùng theo bám (TA) .li 2.8.2 Chuyển giao nội LTE .li Hình 2.16 Chuẩn bị chuyển giao lii Hình 2.17 Thực chuyển giao lii Hình 2.18 Hồn thành chuyển giao .liii 2.8.3 Đo chuyển giao liii 2.8.4 Chuyển giao hệ thống liii Hình 2.19 Tổng quan chuyển giao từ LTE đến UTRAN/GERAN liv 2.9 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG LTE LIV Hình 2.20 Cơng suất đường lên LTE với thay đổi tốc độ .lv 2.10 Tổng kết lv CHƯƠNG III: MƠ HÌNH THIẾT KẾ TÍNH TỐN QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE LVI 3.1 GIỚI THIỆU VỀ QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN LVI 3.1.1 Nguyên lý chung lvi 3.1.2 Một số đặc điểm cần lưu ý quy hoạch mạng lvii 3.2 QUY HOẠCH ĐỊNH CỠ MẠNG LIX Nguyễn Thị Hồng Doanh- D06VT2 iii 3.2.1 Định cỡ mạng truy nhập LTE .lix 3.2.3 Tiến trình định cỡ LTE lxi 3.3 CÁC MƠ HÌNH TRUYỀN SĨNG LXIII 3.3.1 Mơ hình Hata – Okumura lxiv 3.3.2 Mơ hình Walfsch – Ikegami lxv 3.4 QUY HOẠCH VÙNG PHỦ VÀ QUỸ ĐƯỜNG TRUYỀN LXVIII 3.4.1 Quỹ đường truyền lxix 3.4.2 Rút phương trình tính tốn suy hao truyền sóng cực đại cho phép .lxxi 3.4.3 SINR yêu cầu lxxiv 3.4.4 Nhiễu lxxvii Bảng 3.1 Dự trữ nhiễu theo phương pháp nội suy đường thẳng lxxviii 3.4.5 Tính tốn số site dựa vào vùng phủ lxxix 3.5 QUY HOẠCH DUNG LƯỢNG LXXX 3.5.1 Quy hoạch dung lượng LTE .lxxx 3.5.2 Tính tốn thơng lượng cell trung bình lxxxi 3.5.3 Ước tính lưu lượng yêu cầu yếu tố overbooking lxxxii 3.5.4.Dung lượng dựa vào số site lxxxiii 3.5.5 Dung lượng người đánh giá lxxxiv Bảng 3.3 Đánh giá dung lượng .lxxxv 3.6 ĐẦU RA ĐỊNH CỠ LXXXV Bảng 3.5 Thống kê đầu sau quy hoạch lxxxvii 3.7 TÍNH TỐN TỐI ƯU CHO CELL THỰC TẾ VÀ SO SÁNH VỚI HỆ THỐNG GSM, WCDMA LXXXVIII 3.7.1 Lập cơng cụ đơn giản tính tốn quỹ đường truyền cho 4G LTE lxxxviii 3.7.1.1 Tính tốn vùng phủ .xciii 3.8 KẾT LUẬN CHƯƠNG .XCIV CHƯƠNG IV: TIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN CỦA 4G LTE TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM .XCV 4.1 CÁC TRIỂN VỌNG CHO CÔNG NGHỆ LTE TRÊN THẾ GIỚI XCV 4.2 TƯƠNG LAI KHƠNG CỊN XA CHO MẠNG 4G LTE XCVI 4.3 HIỆN TRẠNG MẠNG VÔ TUYẾN VINAPHONE VIỆT NAM XCVII 4.3.1 Tổ chức mạng vô tuyến xcvii 4.3.2 Dung lượng mạng vô tuyến .xcvii Bảng 4.1 Thống kế mạng vô tuyến GSM Vinaphone 99 4.4 LTE ĐÃ BẮT ĐẦU ĐƯỢC THỬ NGHIỆM Ở VIỆT NAM 100 4.5.KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .102 TÀI LIỆU THAM KHẢO .103 Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống truyền dẫn OFDM Error: Reference source not found Hình 1.2.Tín hiệu OFDM rời rạc (sau PS) miền thời gian miền tần số Error: Reference source not found Nguyễn Thị Hồng Doanh- D06VT2 iv Hình 1.3 OFDMA phân chia sóng mang theo vùng: a) đường xuống, b) đường lên Error: Reference source not found Hình 1.4 OFDMA phân chia sóng mang theo phân bố (đan xen) .Error: Reference source not found Hình 1.5 Sơ đồ khối băng gốc hệ thống truyền dẫn DFTS-OFDM Error: Reference source not found Hình 1.6 Các sơ đồ xếp sóng mang con: a) xếp khoanh vùng, b) xếp phân bố Error: Reference source not found Hình 1.7 Sự khác việc truyền ký hiệu số liệu theo thời gian OFDM DTFT-OFDM: a) điều chế QPSK, b) truyền dẫn OFDM, c) truyền dẫn DFTS-OFDM .Error: Reference source not found Hình 1.8 SC-FDMA sở DFTS-OFDM: a) ấn định băng thơng nhau, Error: Reference source not found Hình 1.9 Các phương pháp xếp sóng mang cho nhiều người sử dụng Error: Reference source not found Hình 1.10 Kiến trúc hệ thống cho mạng 4G LTE/ SAE cho EUTRAN LTE Error: Reference source not found Hình 1.11 Giao diện E-UTRAN Error: Reference source not found Hình 1.12 Lộ trình phát triển LTE công nghệ khác .Error: Reference source not found Hình 2.1 Quan hệ lập biểu phụ thuộc kênh, thích ứng đường truyền HARQ .Error: Reference source not found Hình 2.2 Nguyên lý lập biểu nút B HSDPA Error: Reference source not found Hình 2.3 Nguyên lý xử lý phát lại nút B Error: Reference source not found Hình 2.4 Kiến trúc mạng 4G LTE Error: Reference source not found Hình 2.5 Ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến LTE Error: Reference source not found Hình 2.6 Các kênh logic, kênh truyền tải, kênh vật lý xếp kênh logic lên kênh truyền tải, kênh truyền tải lên kênh vật lý Error: Reference source not found Hình 2.7 Lưới tài nguyên thời gian-tần số sở LTE (độ dài CP bình thường) .Error: Reference source not found Hình 2.8 Lưới tài nguyên truyền dẫn không gian thời gian LTE lớp cho trường hợp CP bình thường Error: Reference source not found Hình 2.9 Cấu trúc khe: Một khung bao gồm hai khe độ dài Mỗi khe bao gồm sáu bảy khối OFDM (đường xuống) DFTS-OFDM (đường lên) cho trường hợp CP bình thường CP mở rộng .Error: Reference source not found Hình 2.10 Định nghĩa băng thơng kênh Bchannel cấu hình băng thơng truyền dẫn Bconfig Error: Reference source not found Hình 2.11 Xử lý khối truyền tải đường xuống .Error: Reference source not found Nguyễn Thị Hồng Doanh- D06VT2 v Hình 2.12 Xử lý kênh truyền tải đường lên Error: Reference source not found Hình 2.13 Chuỗi xử lý cho báo hiệu điều khiển đường xuống L1/L2 Error: Reference source not found Hình 2.14 Ghép số liệu báo hiệu điều khiển đường lên L1/L2 trường hợp truyền dẫn đồng thời UL-SCH điều khiển L1/L2 Error: Reference source not found Hình 2.15 Vùng theo bám (TA) Error: Reference source not found Hình 2.16 Chuẩn bị chuyển giao Error: Reference source not found Hình 2.17 Thực chuyển giao Error: Reference source not found Hình 2.18 Hồn thành chuyển giao Error: Reference source not found Hình 2.19 Tổng quan chuyển giao từ LTE đến UTRAN/GERAN Error: Reference source not found Hình 2.20 Cơng suất đường lên LTE với thay đổi tốc độ Error: Reference source not found Hình 3.1 Quá trình quy hoạch triển khai mạng 4G LTE Error: Reference source not found Hình 3.2 Q trình tính bán kính vùng phủ sóng Error: Reference source not found Hình 3.3 Định cỡ mạng LTE Error: Reference source not found Hình 3.4 Suy hao đường truyền theo bán kính với mơ hình Hata Error: Reference source not found Hình 3.5 Các tham số mơ hình Walfisch-Ikegami .Error: Reference source not found Hình 3.6 Suy hao đường truyền theo bán kính với mơ hình Walfsch-Ikegami Error: Reference source not found Hình 3.7 Các yếu tố ảnh hưởng dung lượng LTE Error: Reference source not found Hình 3.8 Hàm phổ công suất G Error: Reference source not found Hình 3.9 Dự trữ nhiễu nhận hàm tải .Error: Reference source not found Hình 3.10 Ba loại site khác nhau( Omni, sector, sector) Error: Reference source not found Hình 3.11 Các bước tính tốn bán kính cell số site Error: Reference source not found Hình 3.12 Mơ hình Hata-Okumura cho loại địa hình Error: Reference source not found Hình 3.13 Mơ hình Waflsch- Ikegami Error: Reference source not found Hình 3.14 Tính quỹ đường truyền cho đường lên LTE .Error: Reference source not found Hình 3.15.Tính quỹ đường truyền cho đường xuống LTE Error: Reference source not found Nguyễn Thị Hồng Doanh- D06VT2 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 So sánh thông số tốc độ hiệu suất sử dụng phổ tần LTE đường xuống HSDPA Error: Reference source not found Bảng 1.2 So sánh thông số tốc độ hiệu suất sử dụng phổ tần LTE đường lên HSDPA Error: Reference source not found Bảng 1.3 Yêu cầu thời gian gián đoạn, LTE-GSM LTE- WCDMA .Error: Reference source not found Bảng 2.3 Các băng tần LTE Error: Reference source not found Bảng 2.4 Cấu hình băng thơng truyền dẫn Bconfig LTE .Error: Reference source not found Bảng 3.1 Dự trữ nhiễu theo phương pháp nội suy đường thẳng Error: Reference source not found Bảng 3.2 Thông lượng đường xuống cho LTE Error: Reference source not found Bảng 3.3 Đánh giá dung lượng Error: Reference source not found Bảng 3.4 Dự đoán đầu qua năm Error: Reference source not found Bảng 3.5 Thống kê đầu sau quy hoạch Error: Reference source not found Bảng 3.6 Thí dụ tính quỹ đường truyền đường lên cho GSM, HSPA LTE Error: Reference source not found Bảng 3.7 Quỹ đường truyền đường xuống cho GSM, HSPA LTE .Error: Reference source not found Bảng 3.8 Các giá trị để tính tốn diện tích Error: Reference source not found Bảng 3.9 Tính tốn cự ly diện tích phủ sóng gồm đoạn ô Error: Reference source not found Bảng 4.1 Thống kế mạng vô tuyến GSM Vinaphone Error: Reference source not found Nguyễn Thị Hồng Doanh- D06VT2 vii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT STT 10 11 12 13 14 15 THUẬT NGỮ 3GPP CCCH aGW CDF BW FDMA GSM CDMA CN DCCH AWGN CP BCCH DL DSCH TIẾNG ANH TIẾNG VIỆT 3rd Generation Partnership Project Common Control Channel Access Gateway Cumulative Distribution Function Bandwidth Frequency Division Multiple Access Global System for Mobile Code Division Multiple Access Core Network Dedicated Control Channel Add White Gaussian Noise Cyclic Prefix Broadcast Control Channel Downlink Downlink Shared Channel Dự án nghiên cứu mạng hệ thứ Kênh điều khiển chung Cổng truy nhập Nguyễn Thị Hồng Doanh- D06VT2 viii Hàm mật độ xác suất Băng thông Đa truy nhập phân chia theo tần số Hệ thống di động toàn cầu Đa truy nhập phân chia theo mã Mạng lõi Kênh điều khiển riêng Nhiễu Gauss trắng cộng Tiền tố vòng Kênh điều khiển quảng bá Đường xuống Kênh chia sẻ đường xuống 16 DTCH 17 18 E- UTRAN EPC 19 20 21 22 23 STT 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 ETSI FDD HS-DSCH HS-PDSCH HARQ THUẬT NGỮ MCM MCS MHA MTCH OOB PCCH PS QAM QoS QPSK RAN RB RLB RNC RRC SAE SC-FDMA SINR SNR TTI (Dedicated Traffic Channel Enhanced – UMTS Terrestrial Radio Access Network Evolved Packet Core European Telecommunications Standard Institute Frequency Division Duplex High Speed Downlink Shared Channel High Speed Physical Downlink Shared Channel Hybrid ARQ TIẾNG ANH Multicarrier Modulation Modulation and Coding Scheme mast head amplifier Multicast Traffic Channel Out of Band Paging Control Channel Packet Switched Quadrature Amplitude Modulation Quality of Service Quadrature Phase Shift keying Radio Access Network Resource Block Radio Link Budget Radio Network Controller Radio Resource Control System Architecture Evolution Single Carrier-Frequency Division Multiple Access Signal to Interference and Noise Ratio Signal to Noise Ratio Transmission Time Interval Nguyễn Thị Hồng Doanh- D06VT2 ix Kênh lưu lượng riêng Mạng truy nhập vơ tuyến mặt đất tăng cường lõi gói phát triển Viện chuẩn hóa viễn thơng châu Âu Song cơng theo tần số Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao Kênh chia sẻ đường xuống vật lý tốc độ cao ARQ lai ghép MS TIẾNG VIỆT Điều chế đa sóng mang Lập lịch mã hóa điều chế Khuếch đại tháp anten Kênh lưu lượng riêng Ngoài băng Kênh điều khiển tìm gọi Chuyển mạch gói Điều chế biên độ cầu phương Chất lượng dịch vụ Khóa chuyển pha cầu phương Mạng truy nhập vô tuyến Khối nguồn Quỹ đường truyền Điều khiển mạng vô tuyến Điều khiển nguồn vô tuyến Phát triển kiến trúc hệ thống Đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang Tỷ số tính hiệu chia cho nhiễu cộng tạp âm Tỷ số tín hiệu tạp âm Khoảng thời gian truyền dẫn 44 UMTS 45 46 47 48 49 UPE MAC MBMS PDF PHY Universal Mobile Telecommunication System User Plane Entity Medium Access Control Multimedia Broadcast Multicast Service Probability Distribution Function Physical Layer Hệ thống viễn thơng di động tồn cầu Thực thể mặt phẳng người dùng Điều khiển truy nhập môi trường Dịch vụ đa phương tiện quảng bá Hàm phân bố xac suất Lớp vật lý CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ MẠNG 4G LTE Như thấy, nghiên cứu, nắm bắt phát triển hệ thống thông tin di động 4G yêu cầu cần thiết nay, phù hợp với xu phát triển chung nghành viễn thông Chương giải vấn đề chung 4G LTE 1.1 Tổng quan LTE LTE bắt đầu tiếp tục công việc phát triển hệ thống di động 3G với Work Shop phát triển node truy nhập vô tuyến RAN, ngày 2-3 tháng 11 năm 2004 Toronto, Canada Work Shop mở tạo quan tâm tổ chức, thành viên hay thành viên 3GPP, nhà khai thác, nhà sản xuất tổ chức nghiên cứu đưa 40 ý kiến đóng góp, nhận định đề nghị cho việc phát triển mạng truy nhập vô tuyến Để cung cấp dịch vụ liệu cao giảm giá thành cho vận hành khai thác việc nghiên cứu tập trung vào dịch vụ hỗ trợ cung cấp từ miền PS gồm: • Tăng dung lượng hệ thống giảm giá thành bít, tận dụng phổ 2G 3G có sẵn • Tốc độ liệu đỉnh tức thời đường xuống 100 Mbps 20 Mhz phổ cấp phát cho đường xuống (5bps/hz) • Tốc độ liệu đỉnh tức thời đường lên 50 Mbps 20 Mhz phổ cấp phát cho đường lên (2.5bps/hz) • Vùng phủ lớn việc cung cấp liệu cao vùng đất rộng mềm dẻo sử dụng dải tần có sẵn dải tần Nguyễn Thị Hồng Doanh- D06VT2 x Hình 3.12 Mơ hình Hata-Okumura cho loại địa hình Hình 3.13 Mơ hình Waflsch- Ikegami Nguyễn Thị Hồng Doanh- D06VT2 lxxxix Hình 3.14 Tính quỹ đường truyền cho đường lên LTE Hình 3.15.Tính quỹ đường truyền cho đường xuống LTE Dưới ta áp dụng cơng thức tính tổn hao truyền sóng cực đại cho hệ thống thơng tin di động Tính tốn thưc cho đường lên (từ MS đến BTS) cơng suất phát MS độ nhạy máy thu so với BTS Bảng 3.6.trình bày thí dụ kết tính tốn quỹ đường truyền từ máy di động đến trạm gốc (đường lên) cho hệ thống thông tin di động GSM, HSPA LTE Nguyễn Thị Hồng Doanh- D06VT2 xc Bảng 3.6 Thí dụ tính quỹ đường truyền đường lên cho GSM, HSPA LTE Đường lên GSM HSPA LTE Tốc độ số liệu (kbps) 12,2 64 64 Công suất phát cực đại (dBm) 33,0 23 23 Khuếch đại anten phát (dBi) 0,0 0,0 0,0 G1 Tổn hao phiđơ (dB) 0,0 0,0 0,0 Lph1 Tổn hao connectơ (dB) 0,0 0,0 0,0 Lrf1 Tổn hao tổng (dB) 3,0 0,0 0,0 L1=Lph1+Lrf1+Lbody Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương cực đại (dBm) 30 23,0 23,0 EIRPmax = PTxmax+G1-L1 Máy phát di động Máy thu trạm gốc HSPA LTE Hệ số tạp âm máy thu (dB) - 2,0 2,0 Băng thông (dBHz) - 65,8 55,6 NF Băng thông HSPA 3,84 MHz Băng thông LTE 2RB=360KHz Công suất tạp âm nhiệt máy thu (dBm) - Dự trữ nhiễu (dB) - Nhiễu+ tạp âm (dBm) - -103,2 -116,4 N+MI - -17,3 ρ req,3 [dB], từ mô SNRreq Độ nhạy máy thu hiệu dụng (dBm) -114 -106,2 -116,4 3,0 18,0 -7 MI -120,5 -122,4 Pmin= N+MI+ρ req,3 Dự trữ phađinh nhanh (dB) 0,0 Khuếch đại anten thu (dBi) 1,0 N =-174+ NF+10lgB 1,8 18,0 Nguyễn Thị Hồng Doanh- D06VT2 0,0 18,0 xci Mf-F , Để dự trữ cho điều khiển cơng suất vịng kín G2 Tổn hao connectơ phiđơ 0,0 (dB) 0,0 0,0 L2 Độ lợi chuyển giao mềm 0,0 (dB) 2,0 0,0 Tổn hao đường truyền cực 162 đại cho phép (dB) 161,7 163,4 Lmax= EIRPmax-Pmin+G2 – L2 -Mf-F+GSHO * Trong LTE RB=180kHz Bảng 3.7 trình bày thí dụ kết tính tốn quỹ đường truyền từ trạm gốc đến máy di động (đường xuống) cho hệ thống thông tin di động GSM, HSPA LTE Bảng 3.7 Quỹ đường truyền đường xuống cho GSM, HSPA LTE Đường xuống GSM HSPA LTE Tốc độ số liệu (kbps) 12,2 1024 1024 44,5 46 46 45 45 Máy phát trạm gốc Công suất phát cực đại (dBm) Công suất dành cho số liệu (dBm) 20% tổng công suất dành cho điều khiển, nên: 10lg(104,6.0,8) Khuếch đại anten phát (dBi) 18,0 18,0 18,0 G1 Tổn hao phiđơ (dB) 2,0 2,0 2,0 Lph1 Tổn hao connectơ (dB) 0,0 0,0 0,0 Lrf1 Tổn hao tổng (dB) 2,0 2,0 2,0 L1=Lph1+Lrf1 Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương cực đại (dBm) 60,5 61,0 61,0 EIRPmax = PTxmax+G1-L1 Máy thu di động HSPA LTE Hệ số tạp âm máy thu (dB) - Băng thông (dBHz) - 7,0 65,8 Nguyễn Thị Hồng Doanh- D06VT2 7,0 69,5 xcii NF Băng thông LTE 50RB*=9MHz Công suất tạp âm nhiệt máy thu (dBm) - Dự trữ nhiễu (dB) - 4,0 4,0 Nhiễu+ tạp âm (dBm) - -97,2 -93,5 N+MI SINR yêu cầu (dB) - -5,2 -9 ρ req,3 [dB], từ mô Độ nhạy máy thu hiệu dụng (dBm) -104 -101,2 -97,5 N =-174+ NF+10lgB MI -102,4 -102,5 Pmin= N+MI-Gp+ρ req Dự trữ phađinh nhanh (dB) 0,0 0,0 0,0 Mf-F , khơng điều khiển cơng suất vịng kín cho HSDPA Khuếch đại anten thu (dBi) 0.0 0,0 0,0 G2 Tổn hao connectơ phiđơ (dB) 0,0 0,0 0,0 Lphi2+Lrf2 Độ lợi chuyển giao mềm (dB) 0,0 0,0 0,0 GHO không chuyển giao mềm cho HSDPA hệ thống khác khơng có chuyển giao mềm Tổng tổn hao máy thu 3,0 0,0 0,0 Độ lợi chuyển giao mềm (dB) 0,0 0,0 0,0 Tổn hao thể [dB] 3,0 0 163,4 163,5 Tổn hao đường truyền cực 161,5 đại cho phép (dB) L2=Lph2+Lrf2+Lbody GHO không chuyển giao mềm cho HSDPA Lmax= EIRPmax-Pmin+G2 – L2 -Mf-F+GSHO * Trong LTE RB=180kHz 3.7.1.1 Tính tốn vùng phủ Từ kết tính tốn tổn hao truyền sóng cực đại nói ta tính tốn cự ly phủ sóng diện tích phủ sóng cách sử dụng mơ hình tổn hao truyền sóng xét phần Các hạn chế mơ hình liên quan đến khoảng cách từ BTS, chiều cao hiệu dụng anten BTS, chiều cao anten MS tần số sóng mang Một số đại diện điển hình mơi trường tổ ong macro mơ hình Waflsch- Ikegami với chiều cao anten BTS 25m, chiều cao anten MS 1,5m tần số sóng mang 1950 MHz sau: Lp=138,5+35,7.lgR Nguyễn Thị Hồng Doanh- D06VT2 (3.48) xciii Đối với ngoại ô ta sử dụng thừa số hiệu chỉnh bổ sung 8dB nhận tổn hao truyền sóng cực đại cho phép sau: Lp=130,5+35,7.lgR (3.49) Sau tính bán kính phủ sóng R, ta tính diện tích phủ sóng ô cầu hình lục giác sau: S=K.R2 (3.50) Bảng 3.8 Các giá trị để tính tốn diện tích Cấu hình Omni Hai đoạn Ba đoạn ô Sáu đoạn ô K 2,6 1,3 1,95 2,6 Kết tính tốn cự ly phủ sóng diện tích phủ sóng dựa tổn hao truyền sóng cực đại tính cho bảng 3.9 Bảng 3.9 Tính tốn cự ly diện tích phủ sóng gồm đoạn ô Thông số ô Hệ thống 2G GSM 161,5 161,7 163,4 R [km] 4,4 4,465 S [km2] 37,75 38,9 48,75 R [km] 7,4 7,5 8,35 S [km2] Ngoại ô 4G LTE Lmax [dB] Nội thành 3G HSPA 107 109,7 136 3.8 Kết luận chương Quy hoạch mạng thông tin di động 4G LTE vấn đề quan trọng, ảnh hưởng đến khả cung cấp dịch vụ, hiệu kinh tế nàh khai thác Đây việc Nguyễn Thị Hồng Doanh- D06VT2 xciv phức tạp kết hợp hài hòa nhiều yếu tố đặc biệt 4G LTE giai đoạn quy chuẩn thử nghiệm Trong khuôn khổ chương khơng thể trình bày hết yếu tố mà đưa vấn đề cốt lõi mang tính định hướng, gợi mở cho nhà hoạch định quy hoạch mạng CHƯƠNG IV: TIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN CỦA 4G LTE TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 4.1 Các triển vọng cho công nghệ LTE giới Nhận thấy tiềm to lớn công nghệ này, ngành cơng nghiệp di động đồn kết xung quanh hệ thống LTE với hầu hết công ty viễn thông hàng đầu giới: Alcatel- Lucent, Ericsson, France Telecom/Orange, Nokia, Nokia Siemens Networks, AT&T, T-Mobile, Vodafone, China Mobile, Huawei, LG Electronics, NTT DoCoMo, Samsung, Signalion, Telecom Italia, ZTE Kế hoạch thử nghiệm triển khai công nghệ công ty hợp tác thúc đẩy, dự kiến vào khoảng năm 20092010 thương mại hóa đến với người dùng.Mạng NTT DoCoMo Nhật tiên phong đặt mục tiêu khai trương dịch vụ vào năm 2009 Các mạng Verizon Wireless, Vodafone, China Mobile tuyên bố hợp tác thử nghiệm LTE vào năm Việc triển khai sở hạng tầng cho LTE bắt đầu vào nửa sau năm 2009 kế hoạch cung cấp dịch vụ bắt đầu vào năm 2010 Nguyễn Thị Hồng Doanh- D06VT2 xcv Với việc dành số lượng giấy phép sử dụng băng tần 700 MHz thứ sau Verizon, mạng AT&T lên kế hoạch sử dụng băng tần cho LTE Hãng tuyên bố có đủ băng thơng 20 MHz dành cho LTE để phủ sóng 82% dân số 100 thành phố hàng đầu Mỹ Như mạng chiếm thị phần lớn Mỹ chọn LTE giải pháp tiến lên 4G Mạng Telstra úc gần xác nhận phát triển theo hướng LTE Hãng TeliaSonera, nhà cung cấp lớn cho thị trường Bắc Âu vùng Baltic cam kết sử dụng công nghệ LTE cho thị trường Ngày 11/6/2008, theo Financial Times, cổ phiếu Nortel, nhà sản xuất viễn thông tiếng Canada, tăng 13% hãng tuyên bố tập trung nỗ lực nghiên cứu không dây vào cơng nghệ LTE thay cơng nghệ đối thủ WiMAX 4.2 Tương lai khơng cịn xa cho mạng 4G LTE Vào ngày 19/12/2007, hãng Nokia Siemens Networks công bố thử nghiệm thành công công nghệ LTE với tốc độ lên đến 173 Mb/s môi trường đô thị với nhiều thuê bao lúc Trên băng tần 2,6 GHz với 20MHz băng thông, tốc độ vượt xa tốc độ yêu cầu 100 Mbps Giám đốc kỹ thuật hãng, ông Stephan Scholz phát biểu: "Khi giới tiến gần đến số tỉ thuê bao vào năm 2015, theo tiên đốn chúng tơi, nhà cung cấp dịch vụ di động phải sử dụng tất băng tần với cấu trúc mạng đơn giản hiệu chi phí cao để phục vụ lưu lượng liên lạc cao 100 lần Cuộc thử nghiệm thực tế chứng minh ban đầu quan trọng cho khái niệm LTE" Cuộc gọi thoại điện thoại LTE trình diễn vào Hội nghị Thế giới di động (Mobile World Congress) tổ chức vào tháng 2/2008 Barcelona, Tây Ban Nha Vào tháng vừa qua, mạng NTT DoCoMo thử nghiệm LTE đạt đến tốc độ 250Mbps Tại triển lãm viễn thông quốc tế gần đây, nhà sản xuất Huawei, Motorola, Ericsson biểu diễn LTE với ứng dụng xem tivi chất lượng cao HDTV, chơi đấu game online Các thử nghiệm trình diễn chứng tỏ khả tuyệt vời công nghệ LTE khả thương mại hóa LTE đến gần Trước đây, muốn truy cập liệu, bạn phải cần đường dây cố định để kết nối Trong tương lai khơng xa với LTE, bạn truy cập tất dịch vụ lúc nơi Nguyễn Thị Hồng Doanh- D06VT2 xcvi di chuyển: xem phim chất lượng cao, điện thoại thấy hình, chơi game trực tuyến, tải sở liệu v.v Và nhớ: với tốc độ siêu tốc 4.3 Hiện trạng mạng vô tuyến vinaphone Việt Nam 4.3.1 Tổ chức mạng vô tuyến - Mạng di động Vinaphone sử dụng công nghệ GSM, GPRS, EGDE - Băng tần độ rộng băng tần sử dụng + Băng tần số 900MHz: Đoạn băng tần phát trạm gốc: 935,1MHz ÷ 943,5 MHz Đoạn băng tần thu trạm gốc: 890,1 MHz ÷ 898,5 MHz + Băng tần số 1800MHz: Đoạn băng tần phát trạm gốc: 1805 MHz ÷ 1825 MHz Đoạn băng tần thu trạm gốc: 1710 MHz ÷ 1730 MHz - Qua 13 năm khai thác, hệ thống vô tuyến (BSS) mạng Vinaphone nhà cung cấp thiết bị tối ưu hóa phân vùng phục vụ, cụ thể gồm: Motorola, Alcatel, Ericsson, Huawei, Siemens - Phủ sóng tất thành phố, thị xã, thị trấn, trục đường quốc lộ nối liền khu kinh tế trọng điểm khu công nghiệp, dịch vụ, du lịch quan trọng, khu vực cửa khẩu, hải đảo quan trọng kinh tế, an ninh, quốc phịng, - Độ rộng phủ sóng 2G theo diện tích sở hạ tầng Vinaphone: Vùng phủ sóng 2G theo diện tích (tính theo km2) Quận/Huyện chi tiết sau: + Tổng diện tích vùng phủ sóng 2G tồn quốc: 227.495 km2 + Vùng phủ sóng 2G theo diện tích: 68,69 % 4.3.2 Dung lượng mạng vơ tuyến Hệ thống vô tuyến mạng Vinaphone bao gồm nhà khai thác phân bổ tổng thể dung lượng cho khu vực tỉnh/thành toàn quốc sau (số lượng tính hết dự án triển khai năm 2008): Nguyễn Thị Hồng Doanh- D06VT2 xcvii Nguyễn Thị Hồng Doanh- D06VT2 xcviii Chương IV: Tiềm phát triển 4G LTE giới Việt Nam Bảng 4.1 Thống kế mạng vô tuyến GSM Vinaphone Vùng thiết bị 2G Khu vực BSC/PCU BTS Số BTS Số TRX Erlang TK BSC PCU TP Hà Nội 18 18 568 8.272 33.088 12 tỉnh miền Bắc 76 76 2.052 15.42 68.797 Alcatel 16 tỉnh miền Bắc 34 2.227 20.27 90.740 Ericsson tỉnh Bắc trung 6 682 6.591 31.244 Motorola tỉnh miền Trung 14 13 831 6.776 30.633 tỉnh Nam Trung 12 12 1.321 8.506 36.035 TP Hồ Chí Minh 22 22 579 8.849 40.131 tỉnh Đông Nam 30 30 1.381 13.24 62.360 Tây Ninh 2 134 804 3.296 28 28 1.933 18.79 88.631 11.70 BTS 107.5 35 TRX 484.956 Erlang Motorola Huawei Motorola Siemens Huawei 13 tỉnh Tây Nam Duyên Hải 206 BSC / Tổng cộng 169 PCU 120.000 TRX Những đặc điểm hệ thống vô tuyến mạng Vinaphone: - Đến cuối năm 2008, Vinaphone thực quy hoạch lắp đặt đồng thiết bị hệ thống BSS tối ưu hóa mạng cho khu vực theo nhà cung cấp - Các trạm BTS thông thường có TRX/BTS Đối với trạm thành phố/khu đông dân cư thông thường sử dụng BTS dualband 900/1800 MHz Chương IV: Tiềm phát triển 4G LTE giới Việt Nam - Có thể cung cấp nhiều dạng dịch vụ có mạng Vinaphone dịch vụ GPRS/EDGE, AMR, HR… - Có khả nâng cấp lên công nghệ 3G theo định hướng phát triển mạng Vinaphone phù hợp với xu hướng phát triển công nghệ thông tin di động giới 4.4 LTE bắt đầu thử nghiệm Việt Nam Ngay sau Bộ Thông tin Truyền thông cấp giấy phép thử nghiệm dịch vụ công nghệ 4G, Tập đồn Bưu Viễn thơng Việt Nam (VNPT) nỗ lực khẩn trương triển khai lắp đặt thành công trạm BTS công nghệ LTE Việt Nam vào dịp Đại lễ 10/10/2010 VNPT năm doanh nghiệp Bộ Thông tin Truyền thông cấp giấy phép thử nghiệm dịch vụ công nghệ 4G với thời hạn giấy phép năm Ngay sau có giấy phép này, VNPT khẩn trương tiến hành thực Dự án thử nghiệm cung cấp dịch vụ vô tuyến băng rộng công nghệ LTE (Long Term Evolution), công nghệ Tiền 4G Chỉ sau 39 ngày nỗ lực triển khai với ủng hộ quan quản lí nhà nước, hơm qua (10/10), trạm BTS công nghệ LTE lắp đặt Đây không trạm BTS công nghệ LTE Việt Nam mà khu vực nước Đông Nam Á Trạm BTS công nghệ LTE đặt nhà Internet, lô 2A, làng Quốc tế Thăng Long, Cầu Giấy, Hà Nội (trụ sở cơng ty Điện tốn truyền số liệu VDC) Với tốc độ truy cập Internet lên đến 60 Mb/giây, dịch vụ truy cập Internet vô tuyến LTE hứa hẹn mang tới cho khách hàng ứng dụng địi hỏi băng thơng lớn video, HDTV, giải trí trực tuyến, Việc VNPT, nhà cung cấp dịch vụ Internet hàng đầu với 70% thị phần internet Việt Nam, hồn thành đưa vào phát sóng trạm BTS công nghệ LTE đánh dấu bước tiến lớn khả làm chủ công nghệ VNPT, đồng thời góp phần thực mục tiêu Chương trình Quốc gia Ứng dụng CNTT Chính phủ Thử nghiệm trình diễn Ericsson cho thấy, mạng di động LTE đạt tới tốc độ tải xuống 81 Mbps, tải lên 20 Mbps Chiều ngày 8/10/2010, Ericsson Việt Nam vừa phối hợp với Cục Tần số VTĐ( Bộ TT&TT) để giới thiệu trình diễn cơng nghệ LTE trước đại diện Bộ TT&TT Chương IV: Tiềm phát triển 4G LTE giới Việt Nam mạng di động Việt Nam Chuyên gia Ericsson cho biết, tốc độ dịch vụ ADSL cung cấp Việt Nam trung bình từ 1,5 Mbps – Mbps, cơng nghệ LTE có tốc độ lý tưởng lên đến 80 Mbps Chuyên gia Ericsson cho biết, đợt trình diễn cơng nghệ lần quan quản lý mạng di động Việt Nam có nhìn tổng quan dịch vụ cơng nghệ LTE Việc trình diễn thực tầng 10 tịa nhà Cục Tần số Vơ tuyến điện với việc diễn truyền số liệu thiết lập gọi 4G từ xe ô tô lắp mạng LTE Với tốc độ cơng nghệ LTE cho phép xem phim HD điện thoại di động hình TV lớn Tuy nhiên, việc trình diễn lần chạy hết ứng dụng LTE có trạm gốc đặt Việt Nam kết nối với mạng lõi đặt Thụy Điển Tây Ban Nha (cách Việt Nam khoảng 8000 km) nên độ trễ tương đối lớn Chuyên gia Ericsson cho biết, mặt gọi 4G bình thường gần khơng khác 2G 3G Việc trình diễn cho nhều người thấy 4G cung cấp dịch vụ từ dịch vụ truyền thống thoại, hay đến dịch vụ hội tụ video, truyền hình tương tác… triển khai mạng LTE Lần thử nghiệm này, Ericsson thử nghiệm công nghệ LTE băng tần 2,3 GHz – 2,4 GHz Ericsson thử nghiệm tốc độ Down/Upload công nghệ LTE cách cho di chuyển xe có gắn cột thu sóng với cột phát sóng cố định để nhấn mạnh cho dù có thường xuyên phải di chuyển xa trạm phát sóng tốc độ Down/Upload cơng nghệ LTE cao Chương IV: Tiềm phát triển 4G LTE giới Việt Nam 4.5.Kết luận hướng phát triển đề tài Như phân tích tương lai cho cơng nghệ 4G LTE khơng cịn xa việc tính tốn quy hoạch mạng vơ quan trọng Đề tài cung cấp đầy đủ mặt lý thuyết cho toán quy hoạch bao gồm: - Tổng quan mạng 4G LTE -Giao diện vô tuyến mạng - Tính tốn quy hoạch mạng 4G LTE - Tiềm phát triển mạng 4G LTE giới Việt Nam Tuy nhiên thời gian kiến thức có hạn nên đề tài cịn tồn nhiều vấn đề chưa giải tính số site dựa vào quỹ đường truyền, chưa mô toán lưu lượng…nên hướng phát triển đề tài hồn thiện tốn quy hoạch lưu lượng giao diện Chương IV: Tiềm phát triển 4G LTE giới Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Abdul Basit, Syed, “ Dimensioning of LTE Network Description of Models and Tools, Coverage and Capacity Estimation of 3GPP Long Term Evolution”, 20/2/2009 [2] Dahlman, Parkvall, Skold and Beming, “3G Evolution: HSPA and LTE for Mobile Broadband, Academic Press, Oxford, UK, 2007” [3] 3GPP TR 25813, “Evolved Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) and Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN); Radio Interface Protocol Aspects (Release 7)”,3/2006 [4] 3GPP TR 36.201, “Long Term Evolution LTE Physical layer’ General Description (Release 8)”, 9/2007 [5]TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Lộ trình phát triển thơng tinh di động từ 3G lên 4G”, Giáo trình học viện CNBCVT, 2008 [6]TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Bài giảng môn thơng tin di động”,học viện cơng nghệ bưu viễn thông [7] Sergey E Lyshevski , “Engineering and Scientific Computations Using MATLAB” [8] Stefania Sesia and others, “LTE the UMTS Long term Evolution, From Theory to Practice,” 2009 [9] Harri Toma and Antti Toskala, “LTE for UMTS OFDM and SC- FDMA Based Radio Access”,2009 [10] Erick Dahlman and others, “3G Evolution: HSPA and LTE for Mobile Broadband, Academic Press”, second edition 2008 ... TÍNH TỐN QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE LVI 3.1 GIỚI THIỆU VỀ QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN LVI 3.1.1 Nguyên lý chung lvi 3.1.2 Một số đặc điểm cần lưu ý quy hoạch mạng ... VỀ MẠNG 4G LTE I CHƯƠNG : TIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN CỦA 4G LTE TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM I CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ MẠNG 4G LTE X 1.1 TỔNG QUAN LTE X 1.2 YÊU CẦU CHO LTE. .. trước cho 4G LTE, tiếp cơng nghệ đa truy nhập với OFDMA cho đường lên SC- FDMA cho đường xuống Tiếp đó, mơ hình mạng đưa nhìn tổng quan kiến trúc mạng 4G LTE Phần so sánh giống khác Wimax 4G LTE cung