MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ 10 DANH MỤC BẢNG 11 CHƯƠNG .12 TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ VÀ TIÊU12 CHUẨN IMT-2000 12 1.1 Những đặc thù thông tin di động 12 1.2 Lịch sử phát triển thông tin di động 14 1.2.1 Hệ thống thông tin di động hệ thứ 15 1.2.2 Hệ thống thông tin di động hệ thứ hai 17 1.2.3 Hệ thống thông tin di động hệ thứ ba 19 1.2.3.1 Hoàn cảnh đời 19 1.2.3.2 Mục tiêu 20 1.3 Lộ trình phát triển từ hệ thống thông tin di động hệ thứ sang hệ thứ ba .21 1.4 Yêu cầu hệ thống thông tin di động hệ ba 22 1.4.1 Các yêu cầu chung: 22 1.4.2 Các tiêu chuẩn xây dựng IMT-2000: 23 CHƯƠNG .25 CÁC CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN TRONG WCDMA .25 2.1 Công nghệ trải phổ W-CDMA (IMT-2000 CDMA-DS) 26 2.1.1 Nguyên lý trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-CDMA) 26 2.1.2 Ứng dụng ưu điểm công nghệ W-CDMA hệ thống di động 28 2.1.2.1 Điều chỉnh công suất phát (TPC) 28 2.1.2.2 Khả tái sử dụng tần số 28 2.1.2.3 Cung cấp linh hoạt dịch vụ với tốc độ truyền dẫn thay đổi 29 2.1.2.4 Thu hiệu tín hiệu đa đường nhờ kỹ thuật thu RAKE .30 2.1.2.5 Chuyển giao mềm (phân tập trạm gốc) có tham gia máy di động .30 2.2 Các công nghệ truyền dẫn W- CDMA 31 2.2.1 Ấn định mã trải phổ hai lớp điều chế trải phổ .31 2.2.2 Tìm nhận ô 33 A Phương pháp tìm nhận ô theo ba bước 34 B Tìm nhận ô lân cận thời gian thông tin chế độ tích cực 34 C Tìm nhận ô lân cận chế độ rỗi 35 2.2.3 Truy nhập ngẫu nhiên 36 2.2.4 Các công nghệ để thoả mãn yêu cầu chất lượng khác truyền dẫn đa tốc độ 36 A Kiểm soát lỗi 36 B Phối hợp tốc độ 36 C TPC nhanh dựa phép đo SIR 37 2.2.5 Phân tập đa dạng 40 A Kỹ thuật thu RAKE .42 B Kỹ thuật chuyển giao mềm 44 2.3 Các công nghệ để tăng dung lượng đường truyền 49 2.3.1 Phân tập dàn anten thích ứng .50 A Cấu hình phân tập dàn anten thích ứng 50 B Cấu hình khối thu CAAAD 52 2.4 Kiến trúc hệ thống UMTS 54 2.5 Kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN .58 2.5.1 Bộ điều khiển mạng vô tuyến 59 2.5.2 Nút B (Trạm gốc) 60 CHƯƠNG .62 CẤU TRÚC MẠNG 2G HIỆN TẠI VÀ LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN 3G 62 3.1 Cấu trúc hệ thống thông tin di động 2G – GSM 62 3.1.1 Phân hệ trạm gốc BSS: 62 3.1.2 Phân hệ chuyển mạch (SS) 63 Phân hệ chuyển mạch bao hàm chức chuyển mạch hệ thống GSM, bao gồm sở liệu cần thiết vê số liệu thuê bao quản lý di động Chức quản lý thông tin mạng GSM mạng truyền thông khác .63 3.1.3 Sơ đồ vị trí trạm BTS Viettel địa bàn tỉnh Phú Thọ 68 3.2 So sánh hệ thống thông tin di động 3G WCDMA với hệ thống 2G 68 3.3 Lộ trình phát triển hệ thống từ 2G lên 3G 69 3.4 Lộ trình phát triển từ hệ thống di động GSM 2G lên WCDMA 3G 70 3.5 Tổng kết công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA hệ thống UMTS 73 CHƯƠNG .75 CÁC YÊU CẦU THIẾT KẾ ĐỐI VỚI HỆ THỐNG VÔ TUYẾN W-CDMA 75 VÀ NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CẤU TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI 75 ĐỘNG 3G PHÙ HỢP VỚI XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG VIỄN .75 THÔNG VIETTEL 75 4.2 Các yêu cầu mục tiêu thiết kế hệ thống vô tuyến W-CDMA 75 4.2.1 Mục tiêu thiết kế hệ thống vô tuyến W-CDMA sở GSM 75 4.2.2 Các yêu cầu kĩ thuật thực chuyển đổi sở hệ thống GSM 78 4.3 Cấu trúc hệ thống theo phương án chuyển đổi từ GSM .80 4.3.1 HSCSD 80 4.3.2 GPRS 81 a Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS 81 b Triển khai GPRS cho mạng di động Viettel 83 4.3.3 EDGE 85 4.3.4 UTRAN-3G (WCDMA) 86 4.4 Quy hoạch định cỡ mạng thông tin di động hệ (WCDMA) 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 119 LỜI MỞ ĐẦU Sự đời hệ thống thông tin di động GSM bước nhảy vọt lĩnh vực thông tin, mang lại cho người sử dụng nhiều lợi ích khó phủ nhận Cùng với phát triển kỹ thuật đại, đổi công nghệ, thông tin di động ngày đổi theo chiều hướng tích cực Trong tiến trình phát triển không ngừng đó, xu hướng triển khai 3G xu hướng tất yếu dần triển khai nhiều nước giới Trong thập kỷ vừa qua bùng nổ Internet thập kỷ tới bùng nổ mạng di động 3G dịch vụ Cùng với việc cho phép kết nối nơi, lúc, Internet khả mạng 3G 3G mang tới nhiều tiện ích, ứng dụng khả di động cho Internet Các dịch vụ xuất nhắn tin đa phương tiện, dịch vụ định vị, dịch vụ thông tin cá nhân, vui chơi giải trí, dịch vụ ngân hàng, toán điện tử phát triển mạnh Việt Nam, hệ thống thông tin di động hệ thứ ba nhanh chóng triển khai Để theo kịp xu chung giới tiến tới mạng hệ sau 3G cung cấp dịch vụ mới, việc nghiên cứu để triển khai, chuyển đổi sang mạng 3G Việt Nam cần thiết Đối với nhà khai thác mạng di động Việt Nam chủ yếu sử dụng công nghệ GSM đích 3G hệ thống thông tin di động CDMA băng rộng (W-CDMA).Xuất phát từ mục đích đó, đồ án tốt nghiệp Em thực “QUY HOẠCH MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G PHÙ HỢP VỚI XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG VIỄN THÔNG VIETTEL” Đồ án gồm chương: Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin di động hệ tiêu chuẩn IMT-2000 Chương 2: Các công nghệ truyền dẫn vô tuyến WCDMA Chương 3: Cấu trúc mạng 2G lộ trình phát triển 3G Chương 4: Các yêu cầu thiết kế hệ thống vô tuyến W-CDMA nghiên cứu xây dựng cấu trúc mạng thông tin di động 3G phù hợp với xu hướng phát triển mạng viễn thông Viettel Do nội dung tìm hiểu tương đối rộng, điều kiện thời gian kiến thức có hạn, nên chắn đồ án tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận bảo thầy cô giáo ý kiến đóng góp bạn đọc để đồ án xác đầy đủ phong phú Để hoàn thành đồ án này, cố gắng thân phải kể đến đóng góp nhiều người Đặc biệt Em xin gửi lời cảm ơn tới Thầy giáo Th.s Đỗ Huy Khôi, tận tình hướng dẫn suốt trình làm đồ án Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Bộ môn Điện tử Viễn thông Khoa Công nghệ thông tin Đại học Thái Nguyên người dạy dỗ em suốt thời gian học tập trường Thái Nguyên tháng năm 2007 Sinh viên Nguyễn Thế Luân DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 3G 3GPP A AMPS ARIB AuC ACI B BER BoD BPSK BTS BSS C CAMEL CDMA Third Generation Third Generation Global Partnership Project Thế hệ Dự án hội nhập toàn cầu hệ Advanced Mobile Phone System Association of Radio Industry Board Authentication Center Adjacent Channel Interference Hệ thống điện thoại di động tiên tiến (Mỹ) Hiệp hội công nghiệp vô tuyến Nhật Bản Trung tâm nhận thực Hệ thống chống nhiễu kênh kề Bit Error Rate Bandwidth on Demand Binary Phase Shift Keying Base Tranceiver Station Base Station Controler Tốc độ lỗi bit Băng thông theo yêu cầu Khoá dịch pha nhị phân Trạm gốc Trạm điều khiển sở Customised Application for Mobile Network Enhance Logic Code Division Multiple Access Công nghệ IN nâng cấp Truy nhập phân chia theo mã CN CRC CRNC CSPDN CCI Core Network Cylic Redundancy Check Controlling RNC Circuit Switched Public Data Network Common Channel Interference CPICH Common Pilot Channel D DL DRNC DQPSK DS DTX E EDGE EIR Eb/No Ec/Io EMI F FDD FDMA FCC FEC FER FM FSK Mạng lõi Mã vòng kiểm tra dư thừa Bộ RNC phụ trách điều khiển Mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh Hệ thống số chống nhiễu kênh chung Kênh hoa tiêu chung Downlink Drift RNC Differential Quardrature Phase Phase Shift Keying Direct Sequence Discontinuous Transmission Đường xuống Bộ RNC điều khiển trôi Khoá dịch pha cầu phương vi phân Enhanced Data Rates for Evolution Equipment Identify Register Energy of a bit / Noise Energy of a chip/ Interference Environment Mobile Interference Các tốc độ liệu tăng cường cho tiến hoá Thanh ghi nhận dạng thiết bị Năng lượng bít/tạp âm Năng lượng chip/nhiễu Nhiễu môi trường di động Frequency Division Duplex Phương thức song công phân chia theo tần số Đa truy nhập phân chia theo tần số Frequency Division Multiple Access Federal Communications Commission Forward Error Correction Frame Error Rate Frequency Modulation Frequency Shift Keying Chuỗi trực tiếp Truyền dẫn gián đoạn Ủy ban viễn thông liên bang Mỹ Hiệu chỉnh lỗi thuận Tỷ lệ lỗi khung Điều tần Khoá dịch tần (điều tần kỹ thuật số) G GGSN GPRS GPS GSM GOS H HLR HSDPA HO HSCSD I IMT2000 ID IP ITU Iub Iur IMTS IMS ISDN Gateway GPRS Support Node General Packet Radio Service Global Positioning System Global System for Mobile Telecommunication Grade of Service Nút hỗ trợ cổng GPRS Dịch vụ vô tuyến gói chung Hệ thống định vị toàn cầu Hệ thống viễn thông di động toàn cầu Cấp dịch vụ Home Location Registor High Speed Downlink Packet Access Handover High Speed Circuit Switched Data Bộ đăng ký thường trú Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao Chuyển giao Kĩ thuật truyền liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao International Mobile Telecommunication 2000 IDentification International Protocol International Telecommunication Union Thông tin di động toàn cầu 2000 Improved Mobile Telephone Service IP Multimedia Subsystem Integrated Service Digital Network Nhận dạng Giao thức Internet Liên hợp viễn thông quốc tế Giao diện RNC nút B Giao diện RNC Dịch vụ điện thoại di động công cộng tiên tiến(Mỹ) Phân hệ đa phương tiện sở IP Mạng số đa dịch vụ tích hợp M ME MSC MAI MAP MS MSC N NMT NTT NSS O OVSF P PN PCS PSTN PLMN Q QPSK QoS R RNC RNS RAN RF Mobile Equipment Mobile Service Switching Centre Multi Access Interference Mobile Application Part Mobile Staion Mobile Services Switching Center Thiết bị di động Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện Nordic Mobile Telephone Nippon Telegraph and Telephone Corporation Network Switching System Chuẩn điện thoại di động Bắc Âu Tập đoàn điện thoại điện báo Nippon(Nhật) Hệ thống chuyển mạch mạng Orthogonal Variable Spreading Factor Hệ số trải phổ biến đổi trực giao Pseudo Noise Personal Communications Services Public Switched Telephone Network Public Land Mobile Network Giả tạp âm Dịch vụ truyền thông cá nhân Quardrature Phase Phase Shift Keying Quality of Service Khoá dịch pha cầu phương Radio Network Controller Radio Network subsystem Radio Access Network Radio Frequency Bộ điều khiển mạng vô tuyến Phân hệ mạng vô tuyến Mạng truy nhập vụ tuyến Tần số vụ tuyến (cao tần) Nhiễu đa truy cập Phần ứng dụng di động Trạm di động Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng Mạng di động mặt đất công cộng Chất lượng dịch vụ S SHO SIR SMS SNR SS7 SS SMR SGSN T TDD TDMA Soft Handover Signal to Interference Ratio Short Messaging Service Signal to Noise Ratio System no.7 Switching System Specialized Mobile Radio Serving GPRS Support Node Chuyển giao mềm Tỷ số tín hiệu nhiễu Dịch vụ nhắn tin ngắn Tỷ số tín hiệu tạp âm Báo hiệu kênh chung số Hệ thống chuyển mạch Tần số Radio chuyên dụng Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS Time Division Duplex Phương thức song công phân chia theo thời gian Đa truy nhập phân chia theo thời gian Tổ chức truy cập hệ thống viễn thông diện rộng(Anh) Tăng ngưỡng Hệ thống thông tin truy nhập toàn diện Giảm ngưỡng (tín hiệu) Kênh truyền tải Time Division Multiple Access TACS Total Access Communication System T_ADD Threshold Add TACS Total Access Communication System T_DROP Threshold Drop TrCH Transparent Channel U UE UL UMTS User Equipment Uplink Universal Mobile Telecommunication System USIM UMTS Subscriber Identify UTRAN Module UMTS Terrestrial Radio Access Network Thiết bị người sử dụng Đường xuống Hệ thống viễn thông di động toàn cầu Modul nhận dạng thuê bao UMTS Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS V VLR VAS VPN Bộ đăng ký tạm trú Dịch vụ giá trị gia tăng Mạng riêng ảo Visitor Location Registor Value Added Service Virtual Private Network W WCDMA Wideband Code Division Multiple Access WAP Wiless Applycation Protocal Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng Giao thức ứng dụng không dây DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hình 1.2 Hình1.3 Hình1.4 Hình 2.1(a) Hình 2.1(b) Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 (a) Lặp lại nhóm tế bào vùng dịch vụ Sơ đồ khối hệ thống thông tin di động hệ thứ Mô hình cấu trúc mạng thông tin di động GSM Sự phát triển hệ thống thông tin di động từ hệ đến Phía phát hệ thống trải phổ DS-CDMA Phía thu hệ thống trải phổ DS-CDMA Nhiễu từ BTS lân cận Đường truyền trình chuyển giao mềm Sơ đồ khái quát trình trải phổ phức Lưu đồ tìm nhận ô theo ba bước Thuật toán tìm nhận ô tốc độ cao chế độ rỗi Trích bỏ kênh TrCH mã hóa Turbo Các chức điều chỉnh công suất đường truyền Hình 2.8 (b) thực trạm gốc Các chức điều chỉnh công suất đường truyền thực Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11 Hình 2.12 Hình 2.13 Hình 2.14 Hình 2.15 Hình 2.16 Hình 2.17 Hình 2.18 Hình 2.19 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 4.1 Hình 4.2 Hình 4.3 máy di động Các loại phân tập W-CDMA Máy thu quét (Rake receiver) Chuyển giao mềm hai trạm gốc Tín hiệu trải phổ đường truyền W-CDMA Quá trình chuyển giao Nguyên lý phương pháp phân tập dàn anten thích ứng Sơ đồ khối tổng quát hệ thống phân tập dàn anten thích ứng Cấu hình khối thu CAAAD Kiến trúc hệ thống UMTS mức cao Các thành phần mạng PLMN Kiến trúc UTRAN Mô hình hệ thống thông tin di động 2G-GSM Cấu trúc tổng thể mạng GSM (2G) Viettel Sơ đồ vị trí trạm BTS Viettel địa bàn tỉnh Phú Thọ Lộ trình phát triển từ GSM lên WCDMA Tuỳ chọn phương án chuyển đổi từ GSM Tác động mã hoá kênh HSCSD Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS 10 Tổn hao nhà (dB) 0,0 u Tổn hao truyền sóng cho phép đối 139,9 v=r-s+t-u với vùng phủ ô (dB) Bảng 4.6: Quỹ đường truyền tham khảo dịch vụ liệu không thời gian thực 384 kbps (3km/h, người sử dụng trời, kênh phương tiện kiểu A, không chuyển giao mềm) Từ quỹ đường truyền trên, bán kính ô tính toán cho mô hình truyền dẫn cho trước, ví dụ mô hình Okumura-Hata mô hình UMTS dành cho kênh người kênh phương tiện Mô hình truyền dẫn mô tả truyền dẫn tín hiệu trung bình môi trường cho phép tình toán tổn hao đường truyền cực đại cho phép theo dB thành bán kính ô cực đại theo km Ví dụ cho mô hình Okumura-Hata cho ô macro đô thị với độ cao anten trạm di động 1,5m tần số sóng mang f=2000MHz L=158,235-13.820.log10(hBTS)+ [44,9-6,55.log(hBTS)]log10(R) Trong : (4.1) L: tổn hao đường truyền cực đại (dB) hBTS: độ cao anten trạm gốc R: bán kính ô(km) Đối với vùng ngoại ô, ta sử dụng hệ số hiệu chỉnh vùng phủ bổ xung 8dB tổn hao đường truyền cực đại là: L=150,235-13.820.log10(hBTS)+ [44,9-6,55.log(hBTS)]log10(R) (4.2) Đối với mô hình UMTS công thức cho kênh người (4.3) kênh phương tiện (4.4) sau: L=49+30.log10(f) +40.log10(R) (4.3) L=80+21.log10(f) – 18.log10(deltaHb) + 40(1-0.004deltaHb)log10(R) (4.4) Trong đó: deltaHb độ cao chênh lệch anten BTS chiều cao trung bình nhà, thông thường deltaHb=15m 105 Sau tính kích thước ô, diện tích vùng phủ tính toán sau Chú ý diện tích vùng phủ phụ thuộc cấu hình phân đoạn trạm gốc Diện tích vùng phủ ô có cấu trúc lục giác tính sau: S=K.R2 Trong đó: S diện tích vùng phủ, R bán kính ô, K số Bảng 4.7 liệt kê số giá trị K Cấu hình ô Omni 2- sector 3-sector 6-sector K 2,6 1,3 1,95 2,6 Bảng 4.7: Giá trị K cho tính toán diện tích ô Tính toán hệ số tải Giai đoạn hai việc định cỡ tính toán khối lượng lưu lượng cần hỗ trợ đài trạm Khi hệ số tái sử dụng tần số hệ thống WCDMA 1, thông thường hệ thống bị giới hạn nhiễu giao diện không gian nhiễu dung lượng ô cung cấp phải dự tính Hệ số tải đường lên Hiệu suất sử dụng phổ tần lý thuyết ô hệ thống WCDMA tính toán từ phương trình tải, Trước hết định nghĩa Eb/No, tỷ số lượng bít người sử dụng chia cho mật độ phổ tạp âm (Eb/No)j = Độ lợi xử lý người sử dụng j × Tín hiệu người sử dụng Tổng công suất thu (trừ tín hiệu mong muốn) (4.5) Có thể viết lại sau: (Eb Pj W No ) j = v j R j I total −Pj (4.6) W: tốc độ chíp 106 Pj: công suất tín hiệu thu từ người sử dụng j Vj: Hệ số tích cực thoại người sử dụng j Rj: Tốc độ bít người sử dụng j Itotal: Tổng công suất thu băng rộng bao gồm tạp âm trạm gốc Giải phương trình 4.6 cho Pj ta được: Pj = 1+ (Eb w N o )j R j v j I total (4.7) Chúng ta định nghĩa Pj=Lj.Itotal hệ số tải Lj cho kết nối Lj = 1+ (E b W / N ) j R jνj (4.8) Tổng công suất nhiễu thu trừ tạp âm nhiệt viết tổng công suất thu tất N người sử dụng ô: N N j =1 j =1 I total − PN = ∑ Pj = ∑ L j I total (4.9) Tăng tạp âm định nghĩa tỷ số tổng công suất thu băng rộng tạp âm nhiệt: EN = Tăng tạp âm =Itotalo/PN (4.10) Sử dụng công thức (4.9) ta có (4.11) (4.11) EN = I total = PN N 1− ∑ Lj = 1 − ηUL j =1 Với hệ số tải ηUL định nghĩa sau: N η UL = ∑ L j j =1 107 (4.12) Khi ηUL gần tới 1, tương ứng với tăng tạp âm tiến tới vô hạn hệ thống đạt đến dung lượng cực Thêm vào, hệ số tải, nhiễu người sử dụng ô khác phải quan tâm qua tỷ số nhiễu từ ô khác, i Nhiễu từ ô khác i= Nhiễu nội ô = Và hệ số tải đường lên viết sau: (4.13) Để đơn giản trình tính toán hệ số tải đường lên tính toán gần theo công thức sau: N N j =1 j =1 η UL = ( + i ) ∑ L j = ( + i ) ∑ N η UL = ( + i ) ∑ j =1 (E 1+ w b (E (4.14) w b ) N o j R jv j (4.15) ) N o j Rjv j Từ công thức (4.15) ta có tăng tạp âm dự tính là: -10log10(1-ηUL) Dự trữ nhiễu quỹ đường truyền đường lên phải tăng tạp âm quy hoạch cực đại Eb//No yêu cầu nhận từ mô mức đường truyền từ phép đo Tỷ số bao gồm hiệu điều khiển công suất vòng kín chuyển giao mềm Hiệu chuyển giao mềm xác định kết độ lợi phân tập macro so với Eb/No đường truyền đơn Tỷ số nhiễu ô khác nhiều nội ô, i phụ thuộc vào môi trường ô, cách ly ô (macro/micro, thành phố/nông thôn) mẫu anten (anten vô hướng/ 3secto/6secto) Định nghĩa N Các giá trị khuyến nghị Số người sử dụng ô 108 νj Hệ số tích cực tiếng cho 0,67 cho tiếng, giả thiết 50% tích cực tiếng người sử dụng j lớp vật thông tin điều khiển bổ xung DPCCH lý DTX cho liệu Eb/ Tỉ số lượng bit Phụ thuộc vào dịch vụ, tốc độ bit, kênh pha N0 với mật độ phổ công suất đinh đa đường, tốc độ MS, phân tập anten tạp âm cần thiết để đáp thu… ứng chất lượng quy định dB, thoại 12,2 kbps trời dịch vụ Tạp âm gồm 1,5 dB, liệu 144 kbps thời gian thực tạp âm nhiệt nhiễu quy W đổi dB, liệu 384 kb/s không thời gian thực Tốc độ chip 3,84 Mcps WCDMA Rj i Tốc độ bit người sử dụng j Phụ thuộc vào dịch vụ Tỷ số nhiễu từ ô khác đến ô macro với anten vô hướng mặt ngang 55% ô xét nhìn từ máy thu BTS Bảng 4.8: Các thông số sử dụng để tính toán hệ số tải đường lên Tuy nhiên, ưu điểm bật WCDMA hỗ trợ đồng thời loại hình dịch vụ, đặc biệt dịch vụ bít thấp trung bình Do tính toán tải ta phải tính toán cho tải hỗn hợp η = η voice + η RTdata + η NRTdata (4.16) Hệ số tải đường xuống Hệ số tải đường xuống xác định tương tự đường lên Mặc dù công thức có khác biệt: N ηUL = ∑ v j j =1 [ Eb N o (1 − α j ) + i j w Rj 109 ] (4.17) Định nghĩa K Các giá trị khuyến nghị Số kết nối ô = số người sử dụng×(1+bổ xung cho chuyển giao mềm) υi Hệ số tích cực tiếng cho người sử dụng 0,67 cho tiếng, giả thiết 50% i lớp vật lý tích cực tiếng thông tin điều khiển bổ xung DPCCH DTX Eb/ Tỉ số lượng bit với mật độ Phụ thuộc vào dịch vụ, tốc độ N0 phổ công suất tạp âm cần thiết để đáp bit, kênh pha đinh nhiều đường, ứng chất lượng quy định dịch vụ tốc độ MS, phân tập anten Tạp âm gồm tạp âm nhiệt nhiễu quy thu… đổi B Bằng tốc độ chip Rc W-CDMA 3,84 Mcps Ri Tốc độ bit người sử dụng i Phụ thuộc vào dịch vụ α Hệ số trực giao trung bình ô Kênh xe ô tô ITU A: ~60% Kênh người ITU A: ~90% β Tỷ số nhiễu trung bình từ ô khác đến ô ô macro với anten vô hướng xét nhìn từ máy thu BTS mặt ngang 55% cho tiếng 65% cho liệu Bảng 4.9: Các thông số sử dụng để tính toán tải đường xuống Với tăng tạp âm tính theo công thức: E/N = –10log10(1-ηDL) So với công thức tải đường lên, tham số quan trọng αi, hệ số trực giao WCDMA sử dụng mã trực giao đường xuống để phân biệt người sử dụng truyền dẫn đa đường trực giao trì MS thu tín hiệu trạm gốc Tuy nhiên có trải trễ đủ lớn kênh vô tuyến, MS xem phần tín hiệu từ trạm gốc nhiễu đa truy cập Sự trực giao tương ứng với người sử dụng trực giao hoàn hảo, thông thường 110 hệ số trực giao từ 0,4÷0,9 kênh đa đường Trong đường xuống, tỷ lệ nhiễu từ ô khác nhiễu nội ô, i phụ thuộc vào vị trí người sử dụng i khác cho ngưới sử dụng j Khi lập mô hình nhiễu đường xuống, ảnh hưởng chuyển giao mềm mô hình hoá có kết nối bổ xung ô Phần bổ xung chuyển giao mềm xác định tổng số kết nối chia cho tổng số người sử dụng ô trừ “1” Đồng thời, cần xét đến độ lợi chuyển giao mềm so với Eb/No đường truyền đơn liên quan Độ lợi này, hay gọi độ lợi kết nối phân tập macro, nhận từ kết phân tích, mô mức hệ thống đường truyền độ lợi đánh giảm Eb/No yêu cầu cho thuê bao Phân tích phủ sóng Tại số vùng, phủ sóng vấn đề thời điểm đưa UMTS yêu cầu mang tính bước Tuy nhiên, từ góc độ dịch vụ, đề cập phần đầu chương này, để phục vụ cho trường hợp kinh doanh thực tế, mạng thông thường bắt đầu với phủ sóng 50% diện tích dân số Do vậy, vấn đề phủ sóng phụ thuộc nhiều vào chiến lược dịch vụ Nhìn từ góc độ thiết kế mạng, điều có nghĩa vùng phủ sóng nhà tốt cho dịch vụ tốc độ cao yêu cầu vị trí đặt trạm dày đặc vùng đô thị với giới hạn hướng xuống dày đặc vùng nông thôn với giới hạn hướng lên Nhìn từ góc độ ta thấy phủ sóng dung lượng có tính hoán đổi giai đoạn đầu dịch vụ UMTS Phủ sóng hướng xuống (DL) hướng lên (UL): Phủ sóng hướng xuống phụ thuộc chủ yếu vào tải công suất phát giữ không đổi số MS hoạt động tăng BTS cho trước, nơi mà tất chia sẻ công suất chung Điều có nghĩa phủ sóng hướng xuống giảm theo hàm số lượng MS tốc độ truyền dẫn chúng Tốc độ truyền dẫn có nghĩa phần công suất phụ trội cung cấp vùng phủ sóng tốt cho tốc độ cao đường xuống 111 Các yếu tố khác có ảnh hưởng đến giá trị Eb/No hướng lên là: phân tập đa đường, tăng ích phân tập macro, kỹ thuật xử lý tín hiệu BTS tiên tiến, phân tập anten thu Như nói phần trước, hướng xuống ta tăng dần công suất cần thiết, nhờ tăng vùng phủ tốc độ cao Tuy nhiên, điều không hướng lên MS có công suất giới hạn Ví dụ, máy thu phát cầm tay có khả phát trung bình 21 dBm có công suất tối đa 26 27 dBm; công suất tối đa với giả thiết MS tăng thêm đến dBm BTS nhờ vào độ nhạy thu cao, phân tập anten hệ sô tạp âm thấp Các đầu cuối liệu tốc độ cao hay đầu cuối liệu nói chung có tỉ số Eb/No thấp dB Do đó, phủ sóng hướng xuống cho tốc độ cao phụ thuộc vào hiệu suất khuếch đại công suất, định cỡ cell hướng lên, tải cell lân cận đề cập phần trước Phân tích dung lượng Trong WCDMA, dung lượng có tác động với đường lên đường xuống Trong trường hợp đầu ta phân tích với vùng đông dân cư cho tốc độ cao số lượng thuê bao cao Trong trường hợp thứ hai, ta phân tích với vùng nông thôn phủ sóng cho dịch vụ tốc độ cao Mặt khác, tính bất đối xứng lưu lượng, thông tin tải xuống nhiều thông tin tải lên Do đó, dung lượng hướng xuống quan trọng thời điểm bắt đầu UMTS Định cỡ giao diện RNC Định cỡ giao diện RNC cần xét đến số lượng nút B kiểu dịch vụ với dự báo số lượng thuê bao số liệu lưu lượng thuê bao Định cỡ giao diện Iub Lưu lượng trung bình nút B cho ta lưu lượng tổng dựa số liệu thống kê tổng hợp loại dịch vụ, lưu lượng chuyển giao mềm phần mào đầu, lưu lượng báo hiệu lưu lượng vận hành bảo trì O&M Do đó, để xác định lưu lượng tổng qua giao diện Iub, trước hết ta phải xem xét lưu lượng tập trung đỉnh tính toán thống kê có xét đến tham số dịch vụ, ví dụ số 112 lượng thuê bao (Si), tốc độ bít thuê bao (Ri), thời gian phiên truyền (ti), thời gian phiên truyền (1/λi), hệ số tích cực αi, cộng với phần mào đầu báo hiệu dự phòng O&M Ở ta giả thiết tỉ số lưu lượng đỉnh lưu lượng trung bình tương ứng với hệ số burstiness β Sau ta tính PDF(Ra) CDF(Ra) tổng thể, Ra tốc độ bít tập hợp để xác định xác suất ngừng hoạt động cho giá trị tốc độ bít người dùng Sau đó, ta thu tập giá trị xác suất ngừng hoạt động, giá trị tương ứng với tốc độ bít người dùng Rb Cuối ta xác định dung lượng kênh cách gắn giá trị xác suất ngừng hoạt động chung P0 cho dịch vụ i - Lưu lượng tổng giao diện Iub: Lưu lượng tổng cộng giao diện Iub từ lưu lượng thông tin người dùng, lưu lượng chuyển giao mềm, hệ số burstiness phần mào đầu dự phòng cho báo hiệu Các giả thiết điển hình cho dự phòng bao gồm: O&M = 10%, báo hiệu = 20% mào đầu ATM = 40% lưu lượng người dùng đỉnh giao diện Iub Tóm lại, ta xác định lưu lượng Iub tổng cộng sau: Lưu lượng Iub tổng cộng = lưu lượng trung bình x β (1 + 0,4 + 0,2 + 0,1) Dung lượng RNC Thông thường giao diện Iub, Iu, Iur hỗ trợ đủ dự phòng dung lượng, phần mào đầu để không vượt tốc độ đỉnh Do tham số cho việc định cỡ RNC bao gồm số lượng nút B vùng phủ sóng, lưu lượng trung bình vùng Từ tham số thứ ta có: RNCNo_node_B = Tổng số nút B/Số nút B mà RNC phục vụ Và tham số thứ hai cho phép ta tính khả thông lượng, RNCthroughput = max{[CSavg/X1], [PSavg/Y1]} Ban đầu, ta xác định giá trị RNCthroughput từ giá trị lưu lượng PS CS trung bình phân bố đồng vùng xét 113 4.5 Đề xuất cho mạng 3G phù hợp xu hướng phát triển mạng viễn thông Viettel Hiện Viettel xây dựng xong GPRS, việc phát triển lên 3G tương lai cần phải quan tâm đến vấn đề sau : 4.5.1 Các vấn đề cần quan tâm pha (từ 2G lên 2.5G) * Ảnh hưởng việc triển khai GPRS dung lượng thoại mạng GSM Trong GSM lúc tất kênh vô tuyến sử dụng GPRS thiết kế để truyền liệu gói qua phần tài nguyên vô tuyến không sử dụng thoại để tăng tính hiệu hệ thống Tuy nhiên, việc triển khai GPRS mạng GSM có, tác động xấu đến chất lượng thoại dung lượng thoại Với giá trị ngưỡng SIR 10 dB, tăng thêm kênh sử dụng cho GPRS, xác xuất liên lạc dịch vụ thoại GSM tăng thêm 5%-10% Tương ứng, vùng dịch vụ cell giảm 10-20% Khi có nhiều kênh sử dụng cho GPRS vùng dịch vụ cell giảm đáng kể Do đó, tất kênh không sử dụng thoại dùng cho GPRS Như vậy, dung lượng lại hệ thống có phải đánh giá xác để không ảnh hưởng đến dịch vụ thoại có * Định cỡ mạng vô tuyến triển khai GPRS Để triển khai GPRS GSM định cỡ mạng vô tuyến cần phải quan tâm đến dung lượng, vùng phủ, chất lượng dịch vụ Một số phương pháp nhằm giảm thiểu vấn đề nhiễu GPRS ảnh hưởng GPRS lên dịch vụ thoại đề xuất sau: * Bổ xung thêm phổ tần: Phương pháp phụ thuộc nhiều vào sách cấp phép quản lý phổ tần nhà nước * Khai thác băng tần hiệu 114 * Điều khiển công suất BTS: Làm giảm nhiễu thoại tương lai tăng hiệu sử dụng phổ tần cách sử dụng đặc tính điều khiển công suất trạm BTS cao cấp * Phát triển dịch vụ Đây giai đoạn giúp cho khách hàng có thời gian làm quen với dịch vụ số liệu Chính vậy, việc phát triển dịch vụ số liệu giai đoạn có vai trò quan trọng định thành công hệ thống 3G sau 4.5.2 Các vấn đề cần quan tâm khác pha (2.5G lên 3G) * Mạng thông tin di động NGN Mạng thông tin di động có vai trò mạng truy nhập cấu trúc tổng thể NGN Với lợi việc triển khai mới, mạng thông tin di động 3G tiên phong việc phát triển NGN coi mạng NGN thu nhỏ với khả quản lý, điều khiển xuyên suốt cung cấp nhiều loại hình dịch vụ, cố định di động, cho thấy hội tụ mạng di động cố định Trong tương lai, với phát triển đầy đủ NGN, quyền điều khiển quản lý mạng di động nhường cho mạng NGN chung, mạng thông tin di động đơn giản trở thành giao diện truy nhập vô tuyến Chính vậy, mạng lõi thông tin di động phải đảm bảo thích ứng với lớp lõi/truyền tải NGN * Quản lý chất lượng dịch vụ Khi triển khai IP mạng di động, yêu cầu đặt phải đảm bảo QoS cho loại lưu lượng khác thoại, video loại dịch vụ thương mại điện tử, ngân hàng điện tử Để đáp ứng yêu cầu đặt này, giao thức TCP cho lớp truyền tải giao thức IP cho lớp mạng phải cải tiến * Chức an toàn bảo mật Để đảm bảo an toàn bảo mật cho thương mại điện tử IP-VPN giải pháp kỹ thuật tốt Thực chất, IP-VPN mạng cho phép bảo đảm số đối tượng xác định cán thuộc công ty định, kết nối truyền gói IP với qua mạng Có ba phương pháp chủ yếu 115 để triển khai mạng IP-VPN: Thứ sử dụng qua lớp phương án IP qua Frame Relay, IP qua ATM Phương pháp thứ hai phương pháp đóng gói sử dụng IP Tunnel IPsec IP di động Phương pháp cuối phương pháp gán nhãn, ví dụ MPLS * Đặc tính kết nối vô tuyến So với hữu tuyến, kết nối vô tuyến có tốc độ bit thấp mức lỗi bit BER cao Khi sử dụng giao thức lớp truyền tải TCP giao thức lớp mạng IP vốn thiết kế cho hữu tuyến nên không đảm nhiệm chức phát lại giao thức cần phải cải tiến giảm nhẹ ảnh hưởng đặc tính kết nối vô tuyến * Tính di động đầu cuối Giải pháp cho tính di động đầu cuối kết hợp điều khiển quản lý di động mạng di động với định tuyến IP chế đường ngầm qua mạng IP Một giải pháp khác nâng cấp mạng di động để quản lý gói IP phương án IP di động IP cellular 116 KẾT LUẬN Nghiên cứu vấn đề lý thuyết công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA hệ thống thông tin di động UMTS vấn đề thực tiễn lộ trình triển khai hệ thống di động 3G mạng viễn thông Viettel nội dung đồ án Đồ án đưa đề xuất phương án công nghệ, tập trung xác định phương án chuyển đổi phù hợp cho phần mạng lõi mạng truy nhập vô tuyến, đặc biệt phân tích kỹ bước chuyển đổi dựa công nghệ 2G-GSM hệ thống khai thác rộng khắp Việt Nam mạng viễn thông Viettel Để có đề xuất kỹ thuật chi tiết cho phương án công nghệ, đồ án tổng hợp tình hình đưa nhận định cụ thể bối cảnh chung 3G giới Việt Nam thời điểm dự kiến bắt đầu triển khai Từ bối cảnh chung đó, có hai giải pháp để phát triển từ hệ thống thông tin di động lên 3G là: • Trước tiên triển khai hệ thống trung gian 2,5G • Chuyển thẳng lên 3G: chấp nhận mạo hiểm để làm chủ công nghệ tích luỹ kinh nghiệm triển khai thương mại hệ thống Mỗi giải pháp có đặc trưng riêng, nhiên với ưu giải pháp triển khai hệ thống trung gian 2,5G như: đảm bảo bước đầu đáp 117 ứng nhu cầu loại hình dịch vụ, đảm bảo an toàn đầu tư (hoàn toàn sử dụng lại phần tử chức cũ mạng như: quản lý di động, nhận thực thuê bao, kiểm soát dịch vụ…), kích thích nhu cầu khách hàng yếu tố định đảm bảo hiệu kinh tế cho nhà khai thác triển khai 3G thực Trên thực tế giải pháp nhiều nhà khai thác nước sử dụng giải pháp mà mạng viễn thông Viettel thực thông qua công nghệ GPRS Trên kết luận đề xuất mạng thông tin di động hệ thứ 3, phù hợp với xu hướng phát triển nhà khai thác GSM (2G) nói chung mạng viễn thông Viettel nói riêng Qua đây, lần Em xin cảm ơn Thầy giáo Th.s Đỗ Huy Khôi hướng dẫn giúp đỡ Em hoàn thành đồ án Vì thời gian có hạn với kinh nghiệm, kiến thức thân nhiều hạn chế nên tránh khỏi thiếu sót Em xin trân trọng tiếp thu ý kiến đóng góp thầy giáo bạn đọc quan tâm đến vấn đề Thái Nguyên, tháng năm 2007 Sinh viên thực Nguyễn Thế Luân 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO • Giáo trình Thông tin di động - Trịnh Anh Vũ • Thông tin di động số - Vũ Đức Thọ • Thông tin di động hệ Tập 1, Tập - Nguyễn Phạm Anh Dũng • Hệ thống thông tin di động 3G xu hướng phát triển – Đặng Đình Lâm • W-CDMA and cdma2000 for 3G Mobile Networks- M.R Karim&M Sarraf • WCDMA for UMTS Radio Access for Third Generation Mobile Communications - John Wiley and Sons • GSM.System.Engineering – Artech • Website: www.3GPP.org • Website: www.tapchibcvt.gov.vn • Website: www.diendandientu.com • Website: www9.ttvnol.com • Website: www.manguon.com 119 [...]... Điều này làm cho hệ thống thông tin di động khác rất nhiều so với hệ thông tin cố định ( hữu tuyến hoặc vô tuyến) 1.2 Lịch sử phát triển của thông tin di động Để có bức tranh toàn cảnh, ngắn gọn về thông tin di động ta điểm lại những mốc phát triển quan trọng trong lịch sử Có thể chọn lịch sử phát triển thông tin di động của nước Mỹ làm điển hình: Năm 1946: Dịch vụ điện thoại di động công cộng lần đầu... tích hợp nhiều mạng khác nhau trong một cơ sở hạ tầng cũng được đặt ra từ những năm 90 Từ năm 1995: Chính phủ mỹ đã cấp giấy phép trên dải tần 1800>2100MHz, hứa hẹn sự phát triển mới cho các dịch vụ thông tin cá nhân (PCS) Năm 2000: Tổ chức viễn thông quốc tế (ITU) đã tiến hành tiêu chuẩn hoá cho hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT-2000_hệ thống thông tin di động thứ 3 1.2.1 Hệ thống thông tin di động. .. thoại tương đương với chất lượng thoại hữu tuyến • Hiệu suất phổ tần cao hơn • Tính bảo mật cao 20 1.3 Lộ trình phát triển từ hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất sang thế hệ thứ ba Hình1 4: Sự phát triển của hệ thống thông tin di động từ thế hệ 1 đến 3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai ra đời đã khắc phục được nhiều nhược điểm của thế hệ một Xu thế chung của công nghệ di động là phải đáp... Dịch vụ di động Phân loại Dịch vụ di động Dịch vụ thông tin định vị Dịch vụ chi tiết Di động đầu cuối/ di động cá nhân/ di động dịch vụ - Theo dõi di động/ theo dõi di động thông minh - Dịch vụ âm thanh chất lượng cao (16 - 64 kbps) Dịch vụ âm thanh - Dịch vụ truyền thanh AM (32 - 64 kbps) - Dịch vụ truyền thanh FM (64 - 144 kbps) - Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình (64 - 144 kbps) Dich vụ viễn thông. .. tối đa khi tín hiệu phát của máy di động được thu bởi BTS có tỷ số tín hiệu trên nhiễu ở mức yêu cầu tối thiểu nhờ việc điều khiển công suất phát ở máy di động Chất lượng thông tin của máy di động sẽ giảm nếu tín hiệu của máy di động được thu bởi BTS quá yếu Nếu tín hiệu của máy di động quá khoẻ thì chất lượng thông tin của máy di động sẽ được cải thiện nhưng nhiễu tới các máy di động khác cùng sử dụng... Đường xu ng: (2110 - 2200) MHz • Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến: - Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến - Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông • Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau: - Trong công sở - Ngoài đường - Trên xe - Vệ tinh • Có thể hỗ trợ các dịch vụ như: - Môi trường thường trú ảo (VHE) trên cơ sở mạng thông minh, di động. .. toán di n tích ô Các thông số sử dụng để tính toán hệ số tải đường lên Các thông số được sử dụng để tính toán tải đường xu ng CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3 VÀ TIÊU CHUẨN IMT-2000 1.1 Những đặc thù của thông tin di động Nói đến thông tin di động là nói đến việc liên lạc thông qua sóng điện từ (vì vừa như vậy mới liên lạc vừa di chuyển được, và cho tới ngày nay loài người chưa phát. .. hướng W-CDMA (NTT Docomo, J-Phone) và CDMA 2000 (KDDI) 1.4 Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ ba 1.4.1 Các yêu cầu chung: Thông tin di động thế hệ ba phải là hệ thống thông tin di động cho các dịch vụ di động truyền thông cá nhân đa phương tiện Hộp thư thoại sẽ được thay thế bằng bưu thiếp điện tử được lồng ghép với hình ảnh và các cuộc thoại thông thường trước đây sẽ được bổ sung các hình... thời 1000 thuê bao mà chưa sử dụng lại tần số Dưới đây là sơ đồ khối của hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM (Global System for Mobile communication) 17 Hình1 3: Mô hình cấu trúc mạng thông tin di động GSM Ưu điểm: Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai ra đời nhằm giải quy t những hạn chế của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất Do sử dụng kĩ thuật số mà có những ưu điểm sau: Sử dụng kỹ... thập kỷ 2000, điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao di n vô tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba WCDMA là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai sử dụng công nghệ TDMA như GSM, PDC, IS-136 cdma2000 là sự phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động thế hệ hai sử dụng công nghệ CDMA: IS-95 CHƯƠNG 2 CÁC CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN ... tốt nghiệp Em thực QUY HOẠCH MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G PHÙ HỢP VỚI XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG VI N THÔNG VIETTEL” Đồ án gồm chương: Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin di động hệ tiêu chuẩn... chuyển đổi sang mạng 3G Vi t Nam cần thiết Đối với nhà khai thác mạng di động Vi t Nam chủ yếu sử dụng công nghệ GSM đích 3G hệ thống thông tin di động CDMA băng rộng (W-CDMA) .Xu t phát từ mục đích... Thông tin di động toàn cầu 2000 Improved Mobile Telephone Service IP Multimedia Subsystem Integrated Service Digital Network Nhận dạng Giao thức Internet Liên hợp vi n thông quốc tế Giao di n