Khóa luận Quy hoạch mạng 3G

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Vũ Trung Thông QUY HOẠCH MẠNG 3G KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Hệ Thống Viễn Thông HÀ NỘI - 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Vũ Trung Thông QUY HOẠCH MẠNG 3G KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Hệ Thống Viễn Thông Cán bộ hướng dẫn: Ths. Đinh Thị Thái Mai HÀ NỘI - 2010 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 Mục lục Mục lục …………………………………………………………………………1 Danh mục hình vẽ .................................................................................................... 4 Danh mục bảng biểu................................................................................................. 6 Bảng thuật ngữ viết tắt ............................................................................................. 7 LỜI MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 9 Chương 1. Tổng quan về quy hoạch mạng .......................................................... 11 1.1 Quá trình quy hoạch mạng vô tuyến................................................................ 12 1.1.1 Dung lượng...............................................................................................13 1.1.2 Vùng phủ sóng .........................................................................................14 1.1.3 Quy hoạch chất lượng dịch vụ .................................................................15 1.2 Thủ tục triển khai quy hoạch và tối đa dung lượng cũng như vùng phủ sóng. 15 1.2.1 Chuẩn bị ...................................................................................................15 1.2.2 Số lượng người dùng ................................................................................16 1.2.3 Quản lý quy hoạch mạng..........................................................................16 1.3 Phát triển kế hoạch thiết kế mạng.................................................................... 16 1.3.1 Phân tích lưu lượng ..................................................................................17 1.3.2 Mật độ lưu lượng......................................................................................17 1.3.3 Mức độ sử dụng mẫu và cung cấp dịch vụ..............................................19 1.4 Ước tính vùng phủ sóng di động ..................................................................... 20 1.4.1 Quỹ đường truyền ....................................................................................20 1.4.2 Độ lợi chuyển giao mềm ..........................................................................20 1.4.3 Vùng phủ bị giới hạn................................................................................20 1.4.4 Dung lượng bị giới hạn ............................................................................21 1.4.5 Hệ số tải....................................................................................................21 1.5 Mô hình ước tính tế bào................................................................................... 21 1.5.1 Diện tích phủ sóng ...................................................................................22 1.5.2 Diện tích phủ sóng và xác suất mất tín hiệu ............................................22 1.5.3 Xác suất vùng phủ của rìa cell .................................................................23 1.6 1.7 Phân tích thiết kế quy hoạch............................................................................ 24 Tối ưu hóa ........................................................................................................ 25 Chương 2. Quy hoạch vùng phủ sóng, dung lượng và chất lượng dịch vụ ......... 26 2.1 Quy hoạch vùng phủ sóng ............................................................................... 26 2.1.1 Ảnh hưởng của quỹ đường truyền lên vùng phủ sóng .............................26 2.1.2 Quỹ đường truyền xuống .........................................................................27 2.1.3 Mô hình truyền .........................................................................................29  1 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 2.1.4 Vùng phủ sóng so với dung lượng trong mối quan hệ với quỹ đường truyền .................................................................................................................38 2.1.5 Phân tập phát ............................................................................................39 2.1.6 Tính toán tham số dải ...............................................................................42 2.1.7 Tải và định kích cỡ cell ............................................................................45 2.1.8 Các ảnh hưởng đối với vùng phủ của cell do những thay đổi tham số ...45 2.1.9 Vùng phủ sóng chuẩn cho 3G ..................................................................46 2.1.10 Vùng phủ sóng với tốc độ bit khác nhau ..............................................47 2.1.11 Overhead cho các tốc độ bit khác nhau ................................................48 2.1.12 Cải tiến vùng phủ sóng .........................................................................49 2.1.13 Cải tiến vùng phủ sóng .........................................................................49 2.2 Quy hoạch về dung lượng................................................................................ 50 2.2.1 Lưu lượng truyền......................................................................................51 2.2.2 Hệ số tải đường lên ..................................................................................51 2.2.3 Ảnh hưởng của tạp âm .............................................................................52 2.2.4 Hệ số tải đường xuống .............................................................................53 2.2.5 Chuyển giao mềm ....................................................................................54 2.2.6 Dung lượng đường lên – đường xuống ....................................................55 2.2.7 Dung lượng đường xuống ........................................................................56 2.3 Cải tiến dung lượng ...................................................................................... 57 2.3.1 Bổ sung tần số ..........................................................................................57 2.3.2 Sectơ hóa ..................................................................................................58 2.3.3 Phân tập phát ............................................................................................58 2.3.4 Mã hóa tốc độ bit thấp..............................................................................58 2.4 Quy hoạch chất lượng dịch vụ ......................................................................... 59 2.4.1 Chất lượng dịch vụ ...................................................................................59 2.4.2 Khả năng dịch vụ .....................................................................................60 2.4.3 Chất lượng dịch vụ lớp lưu lượng ............................................................61 Chương 3. Tối ưu hóa mạng ................................................................................ 66 3.1 Quy hoạch giả định và lựa chọn vị trí ............................................................. 66 3.1.1 Quy hoạch giả định ..................................................................................66 3.2 Tính toán lưu lượng ......................................................................................... 74 3.2.1 Tính toán lưu lượng..................................................................................74 3.2.2 Đánh giá lưu lượng...................................................................................74 3.3 Cấu hình và tối ưu hóa ăng ten ........................................................................ 74 3.3.1 Cơ bản về vị trí và cấu hình ăngten..........................................................74 3.3.2 Cơ bản về tối ưu hóa và cấu hình ăng ten ................................................75 3.3.3 3G-hệ thống di động toàn cầu ..................................................................75 3.3.4 Ăng ten và các cấu hình vị trí...................................................................79 3.3.5 Tối ưu vị trí ..............................................................................................81 3.3.6 Độ nghiêng của ăngten .............................................................................84 3.3.7 Lắp đặt ăng ten .........................................................................................85  2 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 Chương 4. Mô phỏng tính toán ............................................................................ 88 4.1 Thiết kế vào tối ưu mạng ................................................................................. 88 4.1.1 Các thông số khi tính toán thiết kế hệ thống W-CDMA:.........................88 4.1.2 Điều kiện tối ưu tổng thể (tính toán thiết kế sơ bộ): ................................90 4.2 Lưu đồ thuật toán và kết quả mô phỏng .......................................................... 95 4.2.1 Chương trình tính toán .............................................................................97 Kết luận và hướng phát triển đề tài ...................................................................... 103 Tài liệu tham khảo................................................................................................ 105  3 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 Danh mục hình vẽ Hình 1: Quy trình bắt buộc trong quy hoạch và triển khai mạng lưới .............12 Hình 2 : Mô hình ước tính cell .........................................................................22 Hình 3 : Ước tính tối đa vùng phủ sóng cell - yếu tố tải .................................23 Hình 4: Đường cong liên quan đến các phần nhỏ của tổng diện tích ..............23 Hình 5: Quỹ đường truyền (a:Đường lên) và (b: Đường xuống). ....................28 Hình 6: Suy hao đường truyền và phạm vi của cell .........................................37 Hình 7: Vùng phủ sóng so với dung lượng (suy hao đường truyền tối đa với tải)..............................................................................................................................38 Hình 8: Phân tập đường xuống.........................................................................40 Hình 9: Vùng phủ sóng và đội lợi vùng phủ sóng với phân tập phát...............42 Hình 10:Vùng phủ với các tốc độ dữ liệu ........................................................46 Hình 11: Kênh điều khiển mức công suất cho tốc độ dữ liệu khác nhau.........48 Hình 12: Overhead với các tốc độ bit khác nhau ............................................49 Hình 13: Mô hình cell ATM ..........................................................................51 Hình 14: Tăng tạp âm đường lên......................................................................53 Hình 15: Ví dụ về QoS .....................................................................................60 Hình 16: Độ lợi đường xuống với phân tập TX ...............................................77 Hình 17: Phân tập 4 nhánh ...............................................................................78 Hình 18: OTOR  a: Dạng chuẩn, b: Ăng ten phân tập phân cực.................80 Hình 19: Độ lợi vùng phủ đường lên với phân tập RX ....................................81 Hình 20: Yêu cầu cô lập ...................................................................................83  4 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 Hình 21: Ăng- ten nghiêng 1: a) đồ thị lan truyền RF và B) 0° cơ khí và 0° điện ............................................................................................................................85 Hình 22: Ăng ten nghiêng 2: a) đồ thị lan truyền RF và B) 6° cơ khí và 6° điện ...................................................................................................................................86 Hình 23: Mô hình Walfisch-Ikegami. ..............................................................90 Hình 24: Lưu đồ thuật toán mô phỏng ...........................................................95 Hình 25: Sơ đồ thuật toán tối ưu số cell giữa dung lượng và vùng phủ ..........96 Hình 26: Giao diện chính của chương trình mô phỏng ....................................97 Hình 27: Suy hao đường truyền .......................................................................98 Hình 28: Mô hình truyền Hata- Okumura cho thành phố lớn ..........................99 Hình 29: Mô hình truyền Hata- Okumura cho thành phố nhỏ .........................99 Hình 30: Mô hình truyền Hata- Okumura cho nông thôn ..............................100 Hình 31: Mô hình truyền Walfishch-Ilegami cho thành phố lớn ...................101 Hình 32: Mô hình Walfishch-Ilegami cho thành phố nhỏ và trung bình ........101 Hình 33: Tính toán số trạm BTS tại Hà Nội ..................................................102  5 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 Danh mục bảng biểu Bảng 1: Các dịch vụ cơ bản...............................................................................19 Bảng 2: Mô hình truyền ....................................................................................29 Bảng 3: So sánh tổn hao đường truyền từ mô hình Hata và Walfisch-Ikegami34 Bảng 4: Các thông số quỹ đường truyền ...........................................................35 Bảng 5: Quỹ đường truyền ứng với tốc độ-12.2kbps........................................36 Bảng 6: Giả thuyết trạm gốc .............................................................................37 Bảng 7: Phân tập đường lên và đường xuống ...................................................40 Bảng 8: Các thông số dải...................................................................................42 Bảng 9:Thông số cụ thể.....................................................................................44 Bảng 10: Vùng phủ sóng chuẩn trong UMTS...................................................46 Bảng 11: Phạm vi phủ sóng với tốc độ khác nhau ...........................................47 Bảng 12 : Những tham số tính toán hệ số tải đường lên ...................................52 Bảng 13: Bảng danh sách các tham số ..............................................................54 Bảng 14: Dung lượng đường lên .......................................................................55 Bảng 15: Tính toán thông lượng được giả thiết ................................................56 Bảng 16: Lưu lượng dữ liệu /sector/ sóng mang trong các môi trường. ...........57 Bảng 17: Khả năng QoS ....................................................................................61 Bảng 18: Phạm vi phủ sóng với các mức dịch vụ .............................................67  6 QUY HOẠCH MẠNG 3G  Bảng thuật ngữ viết tắt  2010 71 Chữ viết tắt Từ tiếng anh Tiếng việt 2 ACI adjacent channel nterference nhiễu kênh lân cận 3 AMR adaptive multi-rate Đa tốc độ tương thích 4 ATM Asynchronous Transfer Mode) Giao thức truyền không đồng bộ 5 BCH broadcast channel Kênh quảng bá 6 BER Bit Error Ratio xác suất lỗi bit 7 CCQ Coverage, capacity, and quality (of service) Vùng phủ, dung lượng và chất lượng dịch vụ 8 CCTTT Consultative Committee for International Telegraph and Telephone Ủy ban Tư vấn Điện thoại - Điện tín quốc tế 9 CE channel element Phần tử kênh 10 CLP cell loss priority Ưu tiên mất mát tế bào 11 CN core network Mạng lõi 12 CODIT code division test bed Kiểm tra mã đa truy cập 13 COSSAP communications simulation and system analysis program Chương trình truyền thông mô phỏng và phân tích hệ thống 14 DPCCH dedicated physical control channel Kênh điều khiển vật lý dành riêng 15 DPDCH dedicated physical data channel Kênh lưu lượng vật lý dành riêng 16 EIRP effective isotropic radiated power Công suất bức xạ đẳng hướng 17 ERP effective radiated power Công suất bức xạ hiệu dụng 19 GDO general development order Thứ tự phát triển chng 20 GFC generic flow control Điều khiển dòng tổng quát 21 GPRS (General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp 22 GSM Global System for Mobile Communication) Hệ thống thông tin di động toàn cầu thế hệ thứ 2 24 HCS hierarchical cell structure Cấu trúc tế bào phân cấp 25 HEC header error control Kiểm soát lỗi lối vào 26 IFTF Internet Engineering Task Force Lực lượng quản lý kĩ thuật 27 IP Internet protocol Giao thức internet 28 ISS instruction set simulators Bộ cấu trúc mô phỏng 29 ITU International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 30 MUD 31 NOC 32 NOMC 33 NRT  multi-user detection network operations Centre Network operation and maintenance Centre non-real time operations and maintenance  tách sóng đa người dùng Trung tâm điều khiển mạng Trung tâm bảo dưỡng Không thời gian thực 34 35 36 38 39 OMC PCH PDH P-SCH QoS Centre paging channel plesiosynchronous hierarchy primary synchronization channel Quality of Service type of receiver utilizing multi- Mạng lưới trung tâm Kênh phân trang Chuẩn đồng bộ Kênh đồng bộ chính Chất lượng dịch vụ loại thiết bị thu sử dụng nhiều 40 RAKE 41 RAN 42 RF 43 RNC 44 RRM path propagation Radio Access Network Radio Frequency radio network controller radio resource management đường truyền mạng truy cập vô tuyến Tần số sóng vô tuyến Trạm điều khiển sóng vô tuyến mạng Điều khiển nguồn sóng Giao thức truyền tải thời gian 45 46 47 48 49 50 RTP RSVP RX SDH SIP SMS Real-time Transport Protocol Resource reservation protocol Receiving functionality/receiver Synchronous Digital Hierachy session initiation protocol short message service thực Giao thức dự trữ tài nguyên Chức năng nhận/ Nhận Hệ thống phân cấp số đồng bộ Giao Thức Khởi Tạo Phiên Dịch vụ gửi tin nhắn ngắn synchronous transport module 51 STM-1 52 TDMA 53 TOS 54 TRX number 1 Time Division Multiple Access type of service transmitter and receiver Transmitting Mô đun truyền đồng bộ -1 Đa truy cập phân chia theo thời gian Kiểu dịch vụ Truyền và nhận 55 56 57 58 TX UE VCI VPI W- functionality/transmitter User Equipment virtual channel identifier virtual path identifier Wideband Code Division Chức năng truyền/ truyền Thiết bị người dùng Bộ nhận dạng kênh ảo Đường dẫn ảo 59 CDMA Multiple Access Đa truy cập phân mã băng rộng  8 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh nhất và phục vụ con người hữu hiệu nhất. Để đáp ứng nhu cầu về chất lượng và dịch vụ ngày càng nâng cao, thông tin di động càng không ngừng được cải tiến. Tiền thân của 3G là hệ thống điện thoại 2G, như GSM, CDMA, PDC, PHS... GSM sau đó được nâng cấp lên thành GPRS, hay còn gọi là thế hệ 2,5G. Nước đầu tiên đưa 3G vào khai thác thương mại một cách rộng rãi là Nhật Bản.Từ năm 2006, mạng UMTS được nhiều quốc gia nâng cấp lên, với chuẩn HSPDA được xem như mạng 3.5G. Hiện giờ, HSPDA cho phép tốc độ truyền đường xuống đạt 21Mbps. Dài hơi hơn, một nhánh của tổ chức 3GPP lên kế hoạch phát triển mạng 4G, với tốc độ 100 Mbit/s đường xuống và 50 Mbit/s đường lên, dùng công nghệ giao diện vô tuyến dựa trên ghép kênh tần số trực giao. Việt Nam là 1 quốc gia khá phát triển về viễn thông. Hiện nay các nhà mạng của Việt Nam như Vinaphone, Viettel, Mobiphone cũng đang đi vào quy hoạch và khai thác mạng 3G. Vấn đề cấp bách hiện nay là quy hoạch và phát triển mạng như thế nào. Đây là một bài toán khá hóc búa với các nhà mạng. Trong khuôn khổ khoá luận, tác giả đi vào nghiên cứu quá trình