Đề tài Giải pháp quy hoạch mạng vô tuyến UMTS 3G và áp dụng triển khai cho mạng VinaPhone khu vực thành phố Đà Nẵng

MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 1xEV- DO 3G 3GPP 3GPP2 1x Evolution – Data Optimized Third Generation Third Generation Global Partnership Project Third Generation Global Partnership Project 2 Pha 1- Tối ưu dữ liệu Thế hệ 3 Dự án hội nhập toàn cầu thế hệ 3 A. AGC AMR AMPS Automatic Gain Control Adaptive Multi-Rate codec Advanced Mobile Phone System Bộ điều khiển tăng ích tự động Bộ mã hoá và giải mã đa tốc độ thích nghi Hệ thống điện thoại di động tiên tiến (Mỹ) B. BHCA BER BLER BPSK BSIC BTS Busy Hour Call Attempts Bit Error Rate Block Error Rate Binary Phase Shift Keying Base station identity code Base Tranceiver Station Số cuộc gọi trong giờ bận Tốc độ lỗi bit. Tốc độ lỗi Block Khoá dịch pha nhị phân. Mã nhận dạng trạm gốc Trạm gốc C. CDG CDMA CN CRC The CDMA Development Group Code Division Multiple Access Core Network Cylic Redundancy Check Nhóm phát triển CDMA Truy nhập phân chia theo mã Mạng lõi Mã vòng kiểm tra dư thừa D. DL DSSS Downlink Direct Sequence Spread Spectrum Đường xuống Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp E. EDGE EIRP ETSI Enhanced Data Rates for Evolution Equivalent Isotropic Radiated Power European Telecommunication Standard Institute Các tốc độ dữ liệu tăng cường cho sự tiến hoá Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương Viện chuẩn hoá viễn thông Châu Âu F. FDD FDMA FER Frequency Division Duplex Frequency Division Multiple Access Frame Error Rate Phương thức song công phân chia theo tần số Đa truy nhập phân chia theo tần số Tỷ số lỗi khung G. GGSN GPRS GP GPS GSM Gateway GPRS Support Node General Packet Radio Service Gain Processer Global Positioning System Global System for Mobile Telecommunication Nút hỗ trợ cổng GPRS Dịch vụ vô tuyến gói chung. Độ lợi xửlý Hệ thống định vị toàn cầu. Hệ thống viễn thông di động toàn cầu H. HLR HSDPA HSUPA HO Home Location Registor High Speed Downlink Packet Access High Speed Uplink Packet Access Handover Bộ đăng ký thường trú Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao Truy nhập gói lên xuống tốc độ cao Chuyển giao I. IMT-2000 IMT- MC IP ITU Iub Iur International Mobile Telecommunication 2000 IMT- Multicarrier Internet Protocol International Telecommunication Union Thông tin di động toàn cầu 2000 IMT đa sóng mang. Giao thức Internet Liên hợp viễn thông quốc tế. Giao diện giữa RNC và nút B Giao diện giữa 2 RNC. K. KPI Key performace Indicator Bộ chỉ thị hiệu năng chính. L. LOS Line of sight Tầm nhìn thẳng M. ME MMS MGW MPLS MIMO MSC MSS Mobile Equipment Multimedia Messaging Service Media Gateway Multiprotocol Label Switching Multi input multi output Mobile Service Switching Centre MSC server Thiết bị di động Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện Nút cổng của Softswitch Chuyển mạch nhãn đa giao thức Đa phân tập Anten In/Out Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động. Nút chuyển mạch của Softswitch O. OFDM OMC Orthogonal frequency-division multiplexing Operation Mainternance Center Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Trung tâm điều hành quản lý khai thác P. PCU PN PPS-IN Packet Control Unit Pseudo Noise Prepaid System - Interligent Network Đơn vị điều khiển gói Giả tạp âm Hệ thống điều khiển thuê bao trả trước IN Q. QPSK Quardrature Phase Phase Shift Keying Khoá dịch pha cầu phương. R. RAM RAT RNC RNS RRC RRM Radio Access Mode Radio Access Technology Radio Network Controller Radio Network subsystem Radio Resoure Control protocol Radio Resouse Management Chế độ truy nhập vô tuyến. Công nghệ truy nhập vô tuyến. Bộ điều khiển mạng vô tuyến. Phân hệ mạng vô tuyến Giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến Thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến. S. SFN SCP SDP SGSN SHO SIP SIR SMS SNR STP System Frame Number Service Control Point Service Data Point Serving GPRS Support Node. Soft Handover Session Initiation Protocol Signal to Interference Ratio Short Messaging Service Signal to Noise Ratio Signaling Transfer Point Số hiệu khung hệ thống. Nút hỗ trợ điều khiển dịch vụ trong PPS-IN Nút hỗ trợ điều khiển dữ liệu trong PPS-IN Nút hỗ trợ GPRS phục vụ Chuyển giao mềm. Giao thức khởi tạo phiên Tỷ số tín hiệu trên nhiễu Dịch vụ nhắn tin ngắn. Tỷ số tín hiệu trên tạp âm Điểm chuyển tiếp báo hiệu T. TDD TDMA TPC TSC Time Division Duplex Time Division Multiple Access Transmission Power Control Trantsit/Gateway Center Phương thức song công phân chia theo thời gian Đa truy nhập phân chia theo thời gian Điều khiển công suất phát Trung tâm chuyển tiếp cuộc gọi U. UE UL UMTS  USIM UTRAN User Equipment Uplink Universal Mobile Telecommunication System UMTS Subscriber Identify 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 VOIP Visitor Location Registor Voice Over Internet Protocol Bộ đăng ký tạm trú Truyền thoại qua giao thức Internet. W. WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3-1 Các loại hình phủ sóng phổ biến 47 Bảng 3-2 Các loại loại dịch vụ chính của WCDMA 47 Bảng 3-3 Giá trị SFM thông dụng. 51 Bảng 3-4 Thông số giả định của MS. 52 Bảng 3-5 Thông số giả định của Node-B. 52 Bảng 3-6 Thông số độ cao anten theo vùng phủ sóng. 52 Bảng 3-7 Giá trị K theo cấu hình site. 53 Bảng 3-8 Bảng tính R-Cell tham khảo. 53 Bảng 3-9 Tính lưu lượng hệ thống tham khảo 1 57 Bảng 3-10 Tính lưu lượng hệ thống tham khảo 2 58 Bảng 3-11 Tính lưu lượng hệ thống tham khảo 3 58 Bảng 4.1 Minh họa số liệu phát triển thuê bao mạng Vinaphone trong các năm vừa qua 65 Bảng 4.2 Thống kế mạng vô tuyến GSM Vinaphone 68 Bảng 4.3 Dung lượng mạng lõi 70 Bảng 4.4 Dự kiến triển khai vùng phủ sóng 3G của Vinaphone 73 Bảng 4.5 Kế hoạch triển khai kỹ thuật công nghệ 74 Bảng 4.6 Quy mô mạng lưới 3G trong 15 năm 75 Bảng 5.1 Dự báo phát triển thuê bao mạng Vinaphone Tp Đà Nẵng 88 Bảng 5.2 Dự kiến loại hình phủ sóng 3G và dịch vụ trên địa bàn Tp Đà Nẵng 88 Bảng 5.3 Dự kiến số lượng Node-B triển khai tại Tp Đà Nẵng 89 Bảng 5.4 Mô hình traffic Model dự kiến của mạng Vinaphone 90 Bảng 5.5 Số Node-B lắp đặt dự kiến pha 1 91 Bảng 5.6 Cấu hình 134 Node-B dự kiến pha 1 91 Bảng 5.7 Số Node-B lắp đặt dự kiến pha 2 91 Bảng 5.8 Dự kiến Node-B lắp đặt triển khai cho pha 2 92 Bảng 5.9 Cấu hình Node-B dự kiến pha 2 92 Bảng 5.10 Lắp đặt thiết bị truyền dẫn tạo RING liên HOST 95 Bảng 5.11 Lắp đặt quang cho các Node-B 96 Bảng 5.12 Lắp đặt thiết bị truyền dẫn tại các CSND 97 Bảng 5.13 Lắp đặt thiết bị Viba 97 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1-1 Quá trình phát triển lên 3G của 2 nhánh công nghệ chính 8 Hình 1-2 Định hướng phát triển công nghệ 4G 9 Hình 1-3 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA 11 Hình 1-4 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh CDMA 2000. 12 Hình 1.5 Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R99 16 Hình 1.6 Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R4 17 Hình 1.7 Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R5 19 Hình 1.8 Mô hình cung cấp dịch vụ sử dụng giao thức SIP trên IMS 20 Hình 2-1 Quá trình trải phổ và giải trải phổ 23 Hình 2-2 Các công nghệ đa truy nhập 24 Hình 2-3 Nguyên lý của đa truy nhập trải phổ 24 Hình 2-4 Phân bố phổ tần cho UMTS châu Âu. 26 Hình 2-5 Sơ đồ ánh xạ giữa các kênh khác nhau. 27 Hình 2-6 Cấu trúc cell UMTS. 28 Hình 2-7 Cấu trúc tổng thể hệ thống UMTS/GSM. 29 Hình 2-8 Các vị trí điển hình của các chức năng RRM trong mạng WCDMA 32 Hình 2-9 Sự so sánh giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm. 35 Hình 2-10 Chuyển giao giữa các hệ thống GSM và WCDMA. 36 Hình 2-11 Thủ tục chuyển giao giữa các hệ thống. 37 Hình 2-12 Nhu cầu chuyển giao giữa các tần số sóng mang WCDMA 38 Hình 2-13 Thủ tục chuyển giao giữa các tần số. 38 Hình 2-14 Đường cong tải 39 Hình 3-1 Quá trình quy hoạch và triển khai mạng WCDMA 43 Hình 3-2 Quá trình tính bán kính vùng phủ sóng 46 Hình 3-3 Vùng phủ sóng của cell theo các loại dịch vụ khác nhau. 48 Hình 3-4 Ảnh hưởng của SFM đến vùng phủ sóng. 51 Hình 4.1 Mô tả thiết bị 3G dùng chung sở hạ tầng 2G 77 Hình 4.2 Phương án sử dụng anten cho 3G 78 Hình 4.3 Mô tả khái quát việc dùng chung feeder 79 Hình 4.4 Mô tả dùng chung thiết bị nguồn 80 Hình 4.5 Mô tả dùng chung nhà trạm 81 MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Thông tin liên lạc là một nhu cầu của bất kỳ một xã hội phát triển nào. Để đáp ứng nhu cầu liên lạc ngày càng cao của xã hội, thông tin di động đã được nghiên cứu và phát triển từ rất sớm, bắt đầu với các hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ analog, cho đến nay các mạng di động sử dụng công nghệ số đang được ứng dụng rộng rãi và phát triển vô cùng mạnh mẽ. Một xu hướng rõ nét trong lĩnh vực thông tin di động hiện nay là các nhà cung cấp dịch vụ ngoài việc mở rộng dung lượng khai thác hiện có thì việc áp dụng nghiên cứu cũng như xác định lộ trình phát triển công nghệ để tăng cường khả năng cung cấp đa dịch vụ tốt hơn đến khách hàng ngày càng được quan tâm nhiều hơn. Trong đó 3G - Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 chính là giải pháp công nghệ tiên tiến đang được các nhà khai thác mạng triển khai. Tại Việt Nam, trải qua hơn hai thập kỷ phát triển, cho đến nay cả nước đã có 7 nhà khai thác dịch vụ thông tin di động sử dụng công nghệ GSM và CDMA. Điều đó minh chứng cho cho sự phát triển không ngừng của hạ tầng mạng thông tin di động trong nước trong xu thể hội nhập và thể hiện sự cạnh tranh khốc liệt trong lĩnh vực này. Thực tế phát triển thị trường tại Việt Nam cho thấy, đến nay các mạng di động sử dụng công nghệ GSM đang chiếm ưu thế tuyệt đối về số lượng khách hàng với 56,5 triệu thuê bao trên tổng số 63,5 triệu thuê bao di động (số liệu của Tạp chí Khoa học kỹ thuật và kinh tế Bưu điện). Với số lượng thuê bao phát triển lớn mạnh như vậy trong thời gian qua cùng với việc cạnh tranh khốc liệt giữa các nhà khai thác dịch vụ thông tin di động thì hạ tầng mạng thông tin di động 2G & 2,5G đã được khai thác tối đa cho các dịch vụ truyền thống. Do vậy để có hạ tầng mạng thích hợp cung cấp các dịch vụ trên nền IP/Internet, các dịch vụ truyền thông đa phương tiện multimedia, các dịch vụ gia tăng mới, các dịch vụ hội tụ Di động-Cố định…, nhất là dịch vụ truyền tiếng nói dưới dạng gói VoIP và đủ điều kiện cho phép hạ giá thành cung cấp các dịch vụ này nhằm tăng tính cạnh tranh với các doanh nghiệp viễn thông khác thì bắt buộc cần phải có những bước chuyển đổi, phát triển, nâng cấp hạ tầng đối với mạng di động hiện tại là điều tất yếu và hết sức cấp thiết. Cùng hòa chung với sự tăng trưởng mạnh không ngừng của phát triển kinh tế xã hội Việt Nam nói chung và thị trường viễn thông nói riêng, trong những năm qua với nhiều bước phát triển vượt bậc đã đưa mạng VinaPhone cùng với Mobile-Phone, Viettel trở thành các nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động lớn tại Việt Nam về quy mô phát triển thuê bao cũng như hạ tầng mạng: tổng số thuê bao toàn mạng VinaPhone đến hết năm 2008 là 15,5 triệu thuê bao cùng với hạ tầng mạng lớn mạnh gồm: 30 tổng đài, 135 BSC và trên 9.000 BTS. Với xu thế chung phát triển thuê bao di động tại Việt Nam và nhu cầu tăng cao về các dịch vụ di động Multimedia ...của khách hàng trong thời gian đến, mạng VinaPhone trên toàn quốc nói chung và khu vực Tp Đà Nẵng nói riêng cần phải gấp rút thực hiện nâng cấp và xây dựng hạ tầng mạng 3G theo định hướng NGN-Mobile. Việc nghiên cứu tìm hiểu và đưa ra giải pháp quy hoạch thiết kế chi tiết hệ thống vô tuyến UMTS-3G trong thời gian ngắn là vô cùng cấp thiết đối với việc kinh doanh và phát triển của mạng VinaPhone trong thời gian đến. Và công tác quy hoạch thiết kế chi tiết sẽ giúp VinaPhone tối ưu về mặt tài nguyên xử lý hệ thống, tối ưu về mặt khai thác vận hành bảo dưỡng, chi phí đầu tư mạng 3G và phù hợp với quy hoạch tối ưu hóa mạng phân vùng thiết bị 2G. Đề tài “Giải pháp quy hoạch mạng vô tuyến UMTS 3G và áp dụng triển khai cho mạng VinaPhone khu vực Tp Đà Nẵng” sẽ đáp ứng được nhu cầu thiết thực trong phát triển mạng VinaPhone nói chung và khu vực Tp Đà Nẵng nói riêng, đưa ra dịch vụ 3G sớm nhất có thể là điều rất quan trọng và tác động trực tiếp đến thương hiệu, uy tín, năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp. 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu, tìm hiểu và đánh giá hiện trạng mạng VinaPhone nói chung và khu vực Tp Đà Nẵng nói riêng. Dự báo nhu cầu tăng trưởng thuê bao 3G của mạng VinaPhone - Nghiên cứu giải pháp quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến UMTS 3G. - Triển khai quy hoạch cụ thể mạng truy nhập vô tuyến UMTS 3G cho mạng VinaPhone khu vực Tp Đà Nẵng. 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU a) Đối tượng nghiên cứu: - Mạng truy nhập vô tuyến VinaPhone khu vực Tp Đà Nẵng - Lý thuyết tổng quan truy nhập vô tuyến WCDMA và các đặc điểm liên quan: điều khiển công suất và chuyển giao trong quản lý tài nguyên vô tuyến.. - Lý thuyết quy hoạch hệ thống truy nhập WCDMA và kỹ thuật thiết kế vùng phủ sóng, thiết kế lưu lượng. b) Phạm vi nghiên cứu : - Nghiên cứu lý thuyết về quy hoạch mạng vô tuyến UMTS 3G, thiết kế vùng phủ sóng, thiết kế lưu lượng, định cỡ hệ thống, truyền dẫn. - Nghiên cứu hiện trạng dung lượng vô tuyến mạng VinaPhone, khả năng và giải pháp triển khai nâng cấp lên 3G. - Qua nghiên cứu, tìm hiểu, đưa ra kết quả quy hoạch mạng vô tuyến 3G VinaPhone khu vực Tp Đà Nẵng. 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu lý thuyết, tìm hiểu các thông số liên quan đến quy hoạch và thiết kế mạng vô tuyến UMTS 3G như: quỹ công suất đường truyền cho các loại dịch vụ, hệ số tải, thông lượng cell…Đưa ra lưu đồ thuật toán tính các thông số liên quan đến việc thiết kế vùng phủ sóng, đồng thời xây dựng chương trình mô phỏng tính toán. - Khảo sát vùng sóng theo yêu cầu thực tế cũng như tình hình kinh tế, xã hội, tình hình phát triển mạng viễn thông trên địa bàn Tp Đà Nẵng, kết hợp với định hướng phát triển và hiện trạng của mạng VinaPhone. Trên cơ sở đó, dự báo và tính toán nhu cầu dung lượng để định cỡ mạng nhằm phục vụ cho việc xây dựng cấu hình mạng. Sau khi định cỡ mạng, quy hoạch vùng phủ sẽ đi đến quy hoạch chi tiết, tính toán số lượng các node, chọn vị trí đặt trạm và dự kiến phương án truyền dẫn cho các node. 5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Lý thuyết về quy hoạch mạng vô tuyến UMTS 3G cũng như các mô hình mạng thông tin di động 3G đã được nghiên cứu và chuẩn hóa rộng rãi trên toàn thế giới. Tuy nhiên việc áp dụng vào thực tế tại mỗi quốc gia, ứng với mỗi nhà khai thác lại không thể áp dụng theo một lộ trình cứng nhắc nào, điều đó tùy thuộc vào hoàn cảnh cụ thể, vào điều kiện phát triển của thị trường và thị phần của nhà khai thác đó. Đối với mạng VinaPhone, do lượng khách hàng ngày càng tăng cả về số lượng và nhu cầu dịch vụ, việc triển khai quy hoạch chi tiết mạng vô tuyến UMTS 3G áp dụng các giải pháp kỹ thuật cũng cần có các nghiên cứu và đánh giá dựa trên đặc điểm cụ thể của từng vùng, đề tài này chính là một trong những nghiên cứu công tác quy hoạch đánh giá, nhằm triển khai xây dựng hệ thống truy nhập vô tuyến mới vào thực tế một cách bài bản, hiệu quả, không chỉ đáp ứng nhu cầu trước mắt mà còn là nhu cầu phát triển lâu dài theo lộ trình và định hướng nhất định. Kết quả của đề tài chính là một đề án chi tiết nhằm triển khai mạng vô tuyến UMTS 3G sát với thực tế cho mạng VinaPhone khu vực Tp Đà Nẵng trong thời gian gần nhất, do đó mang tính thực tiễn cao. 6. KẾT CẤU CỦA DE TAI: De tai bao gồm 5 chương, với nội dung tóm tắt như sau: Chương 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Chương này sẽ giới thiệu khái quát sự phát triển của hệ thống thông tin di động và xu hướng phát triển trong giai đoạn đến. Trong đó sẽ tập trung nghiên cứu lịch sử phát triển và các đặc trưng cơ bản của hệ thống UMTS 3G và xu hướng phát triển của mạng Vinaphone lên 3G. Chương 2: HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS 3G Chương này sẽ giới thiệu khái quát mạng truy nhập vô tuyến UMTS 3G, trong đó sẽ tập trung trình bày những vấn đề lý thuyết liên quan đến công nghệ WCDMA, hệ thống vô tuyến UMTS 3G và những đặc trưng của công nghệ WCDMA, điểu khiển công suất và điều khiển chuyển giao trong quản lý tài nguyên vô tuyến WCDMA Chương 3: MÔ HÌNH THIẾT KẾ TÍNH TOÁN QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN UMTS 3G. Chương này trình bày về bài toán thiết kế quy hoạch và xây dựng hệ thống vô tuyến UMTS 3G theo các thông số và đặc trung riêng của hệ thống. Từ đó xây dựng chương trình mô phỏng việc tính toán chi tiết vùng phủ sóng và dung lượng hệ thống. Chương 4: HIỆN TRẠNG VINAPHONE VÀ ĐỊNH HƯỚNG TRIỂN KHAI MẠNG VÔ TUYẾN UMTS 3G Với sự giúp đỡ của Công ty Dịch vụ viễn thông VinaPhone, mà đặc biệt là Ban 3G-NGN, chương này sẽ cung cấp các số liệu thực tế của toàn mạng VinaPhone tính đến hết tháng 6/2009. Từ đây sẽ đưa ra các định hướng phát triển mạng vô tuyến UMTS 3G cho mạng VinaPhone trong giai đoạn 2009-2023. Chương 5: QUY HOẠCH VÔ TUYẾN UMTS 3G MẠNG VINAPHONE KHU VỰC TP ĐÀ NẴNG Khảo sát cụ thể yêu cầu thực tế qua tình hình kinh tế, xã hội, tình hình phát triển mạng viễn thông trên địa bàn Tp Đà Nẵng, kết hợp với định hướng phát triển và hiện trạng của mạng VinaPhone. Trên cơ sở đó, dự báo và tính toán nhu cầu dung lượng, vùng phủ để xây dựng thiết kế chi tiết mạng truy nhập vô tuyến UMTS 3G mạng VinaPhone khu vực Tp Đà Nẵng. Chương 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 THÔNG TIN DI ĐỘNG – SƠ LƯỢC PHÁT TRIỂN Hệ thống thông tin di động theo lộ trình phát triển đến nay có các thế hệ sau: - Thế hệ thứ nhất – 1G: Hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ đa truy nhập theo tần số (FDMA) là hệ thống tế bào tương tự dung lượng thấp và chỉ có dịch vụ thoại, tồn tại là các hệ thống NMT (Bắc Âu), TACS (Anh), AMPS (Mỹ). Đến những năm 1980 đã trở nên quá tải khi nhu cầu về số người sử dụng ngày càng tăng lên. Lúc này, các nhà phát triển công nghệ di động trên thế giới nhận định cần phải xây dựng một hệ thống tế bào thế hệ 2 mà hoàn toàn sử dụng công nghệ số. Đó phải là các hệ thống xử lý tín hiệu số cung cấp được dung lượng lớn, chất lượng thoại được cải thiện, có thể đáp ứng các dịch truyền số liệu tốc độ thấp. - Thế hệ thứ hai – 2G: Các hệ thống 2G gồm: GSM (Global System for Mobile Communication - Châu Âu), hệ thống D-AMPS (Mỹ) sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA, IS-95 ở Mỹ và Hàn Quốc sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA băng hẹp. Do tính chuẩn hóa và tương thích qui mô vùng. Nhiều mạng 2G đã gặt hái được thành công đáng kể về cả giải pháp kỹ thuật cũng như hiệu quả kinh doanh. Một trong số này là sự thành công của hệ thống GSM vầ đây chính là một thành công lớn hơn mong đợi. Đến năm năm 1999, để tăng thông lượng truyền để phục vụ nhu cầu truyền thông tin trên mạng di động 2G, GPRS đã ra đời. GPRS đôi khi được xem như là 2,5G. Tốc độ truyền data rate của GPRS đã cải tiến tốc độ truyền tăng lên gấp 3 lần so với GSM, tức là 20-30Kbps. GPRS cho phép phát triển dịch vụ WAP và Internet (email) tốc độ thấp. Tiếp theo sau, năm 2000, EDGE đã ra đời với khả năng cung ứng tốc độ lên được 250 Kbps (trên lý thuyết). EDGE còn được biết đến như là 2,75G (trên đường tiến tới 3G) Mặc dù hệ thống thông tin di động 2G được coi là những tiến bộ đáng kể nhưng vẫn gặp phải các hạn chế sau: Tốc độ thấp và tài nguyên hạn hẹp. Vì thế cần thiết phải chuyển đổi lên mạng thông tin di động thế hệ tiếp theo để cải thiện dịch vụ truyền số liệu, nâng cao tốc độ bit và tài nguyên được chia sẻ… Mặt khác, khi các hệ thống thông tin di động ngày càng phát triển, không chỉ số lượng người sử dụng điện thoại di động tăng lên, mở rộng thị trường mà người sử dụng còn đòi hỏi các dịch vụ tiên tiến hơn không chỉ là các dịch vụ cuộc gọi thoại truyền thống và dịch vụ số liệu tốc độ thấp hiện có trong mạng hiện tại. Nhu cầu của thị trường có thể phân loại thành các lĩnh vực như: Dịch vụ dữ liệu máy tính, dịch vụ viễn thông, dịch vụ nội dung số như âm thanh hình ảnh. Những lý do trên thúc đẩy các tổ chức nghiên cứu phát triển hệ thống thông tin di động trên thế giới tiến hành nghiên cứu và đã áp dụng trong thực tế chuẩn mới cho hệ thống thông tin di động: Thông tin di động 3G - Thế hệ thứ ba – 3G: định hướng thiết lập một hệ thống thông tin di động toàn cầu. Từ nhu cầu thực tiễn cần phải phát triển lên 3G, các nhà cung cấp dịch vụ mạng đã đưa ra các tiêu chí chung để phát triển lên mạng di động 3G như sau: - Hệ thống phải được chuẩn hóa hoàn toàn; các giao diện chính phải được chuẩn hóa và mở; - Hệ thống phải bổ sung cho hệ thống hiện tại trên mọi khía cạnh; - Multimedia và tất cả các thành phần của multimedia phải được hệ thống hỗ trợ; - Truy nhập radio của 3G phải cung cấp khả năng băng rộng; - Các dịch vụ đối với người dùng đầu cuối độc lập với chi tiết công nghệ, và hạ tầng mạng không giới hạn đưa ra dịch vụ. Vậy nên phải tách biệt platform công nghệ với dịch vụ sử dụng platform đó. Ý tưởng chính yếu ẩn chứa sau 3G là chuẩn bị một hạ tầng vạn năng có khả năng tải các dịch vụ hiện tại và tương lai. Hạ tầng phải được thiết kế sao cho những đổi thay và tiến triển công nghệ có thể được mạng hỗ trợ không gây ra một bất ổn nào đối với các dịch vụ sử dụng cấu trúc mạng hiện tại. Để làm được vậy, 3G tách biệt công nghệ truy cập, công nghệ truyền tải, công nghệ dịch vụ (điều khiển đấu nối) và những ứng dụng người dùng. Hiện tại có nhiều chuẩn công nghệ cho 2G nên sẽ có nhiều chuẩn công nghệ 3G đi theo, tuy nhiên trên thực tế chỉ có 2 tiêu chuẩn quan trọng nhất đã có sản phẩm thương mại và có khả năng được triển khai rộng rãi trên toàn thế giới là WCDMA (FDD) và CDMA 2000. WCDMA được phát triển trên cơ sở tương thích với giao thức của mạng lõi GSM (GSM MAP), một hệ thống chiếm tới 65% thị trường thế giới. Còn CDMA 2000 nhằm tương thích với mạng lõi IS-41, hiện chiếm 15% thị trường. Quá trình phát triển lên 3G cũng sẽ tập trung vào 2 hướng chính này, có thể được tóm tắt trong hình 1-1. Hình 1-1 Quá trình phát triển lên 3G của 2 nhánh công nghệ chính - Thế hệ thứ tư – 4G: Các nhà cung cấp dịch vụ và người dùng đều luôn mong muốn và hướng tới các công nghệ không dây có thể cung cấp được nhiều loại hình dịch vụ hơn với tính năng và chất lượng dịch vụ cao hơn. Với cách nhìn nhận này, Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) đã và đang làm việc để hướng tới một chuẩn cho mạng di động tế bào mới thế hệ thứ tư 4G. ITU đã lên kế hoạch để có thể cho ra đời chuẩn này một vài năm tới. Công nghệ này sẽ cho phép thoại dựa trên IP, truyền số liệu và đa phương tiện với tốc độ cao hơn rất nhiều so với các công nghệ của mạng di động hiện nay. Về lý thuyết, theo tính toán dự kiến tốc độ truyền dữ liệu có thể lên tới 288 Mb/s. Cho đến hiện nay, chưa có một chuẩn nào rõ ràng cho 4G được thông qua. Tuy nhiên, những công nghệ phát triển cho 3G hiện nay sẽ làm tiền đề cho ITU xem xét để phát triển cho chuẩn 4G. Các sở cứ quan trọng để ITU thông qua cho chuẩn 4G đó chính là từ hỗ trợ của các công ty di động toàn cầu; các tổ chức chuẩn hóa và đặc biệt là sự xuất hiện của ba công nghệ cho việc phát triển mạng di động tế bào LTE (Long-Term Evolution), UMB (Ultramobile Broadband) và WiMAX II (IEEE 802.16m). Ba công nghệ này có thể được xem là các công nghệ tiền 4G. Chúng sẽ là các công nghệ quan trọng giúp ITU xây dựng các phát hành cho chuẩn 4G trong thời gian tới.  Hình 1-2 Định hướng phát triển công nghệ 4G Sau đây xem xét ba công nghệ được xem là các công nghệ tiền 4G, đó là các công nghệ làm sở cứ để xây dựng nên chuẩn 4G trong tương lai, gồm:  - LTE (Long-Term Evolution) Tổ chức chuẩn hóa công nghệ mạng thông tin di động 3G UMTS 3GPP bao gồm các tổ chức chuẩn hóa của các nước châu Á, châu Âu và Bắc Mỹ đã bắt đầu chuẩn hóa thế hệ tiếp theo của mạng di động 3G là LTE. LTE được xây dựng trên nền công nghệ GSM, vì thế nó dễ dàng thay thế và triển khai cho nhiều nhà cung cấp dịch vụ. Nhưng khác với GSM, LTE sử dụng phương thức ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM). LTE sử dụng phổ tần một cách thích hợp và mềm dẻo, nó có thể hoạt động ở băng tần có độ rộng từ 1,25MHz cho tới 20MHz. Tốc độ truyền dữ liệu lớn nhất về lý thuyết của LTE có thể đạt tới 250Mb/s khi độ rộng băng tần là 20MHz. LTE khác với các công nghệ tiền 4G khác như WiMAX II ở chỗ nó chỉ sử dụng đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao ở hướng lên, còn ở hướng xuống nó sử dụng đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang để nâng cao hiệu quả trong việc điều khiển công suất và nâng cao thời gian sử dụng pin cho thiết bị đầu cuối của khách hàng.  - UMB (Ultra Mobile Broadband): Tổ chức chuẩn hóa công nghệ thông tin di động 3G CDMA2000 3GPP2 (3rd Generation Partnership Project 2) được thành lập và phát triển bởi các tổ chức viễn thông của Nhật, Trung Quốc, Bắc Mỹ và Hàn Quốc đã đề xuất phát triển UMB. Thành viên của 3GPP2, Qualcomm là người đi đầu trong nỗ lực phát triển UMB, mặc dù công ty này cũng chú tâm cả vào việc phát triển LTE.  UMB dựa trên CDMA có thể hoạt động ở băng tần có độ rộng từ 1,25MHz đến 20MHz và làm việc ở nhiều dải tần số. UMB được đề xuất với tốc độ truyền dữ liệu lên tới 288Mb/s cho luồng xuống và 75Mb/s cho luồng trên với độ rộng băng tần sử dụng là 20MHz. Công nghệ này sẽ cung cấp kết nối thông qua các sóng mang dựa trên đa truy nhập phân chia theo mã CDMA.  - IEEE 802.16m (WiMAX II): Như chúng ta đã biết, WiMAX hay chuẩn 802.16 ban đầu được xây dựng cho mục đích chính là cung cấp các dịch vụ mạng cố định. Chuẩn IEEE 802.16e được phát triển thêm tính năng di động từ các chuẩn WiMAX trước đó. IEEE 802.16 là một chuỗi các chuẩn do IEEE phát triển, chúng hỗ trợ cả cố định và di động, là công nghệ truyền thông, truy nhập diện rộng, nó cũng được gọi với một tên khác là WiMAX. WiMAX hoạt động trong dải tần từ 10GHz đến 66 GHz. IEEE 802.16m hay còn gọi là WiMAX II là công nghệ duy nhất trong các công nghệ tiền 4G được xây dựng hoàn toàn dựa trên công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA. WiMAX II được phát triển lên từ chuẩn IEEE 802.16e. Công nghệ WiMAX II sẽ hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu lên tới 100Mb/s cho các ứng dụng di động và có thể lên tới 1Gb/s cho các người dùng tĩnh. Khoảng cách truyền cho WiMAX II sẽ khoảng 2 km ở môi trường thành thị và là khoảng 10 km cho các khu vực nông thôn. 1.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G THEO 2 NHÁNH CÔNG NGHỆ CHÍNH: 1.2.1 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA WCDMA là một tiêu chuẩn thông tin di động 3G của IMT-2000 được phát triển chủ yếu ở Châu Âu với mục đích cho phép các mạng cung cấp khả năng chuyển vùng toàn cầu và để hỗ trợ nhiều dịch vụ thoại, dịch vụ đa phương tiện. Các mạng WCDMA được xây dựng dựa trên cơ sở mạng GSM, tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có của các nhà khai thác mạng GSM. Quá trình phát triển từ GSM lên WCDMA qua các giai đoạn trung gian, có thể được tóm tắt trong sơ đồ sau đây: Hình 1-3 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA - GPRS: GPRS cung cấp các kết nối số liệu chuyển mạch gói với tốc độ truyền lên tới 171,2Kbps (tốc độ số liệu đỉnh) và hỗ trợ giao thức Internet TCP/IP và X25, nhờ vậy tăng cường đáng kể các dịch vụ số liệu của GSM. Công việc tích hợp GPRS vào mạng GSM hiện tại là một quá trình đơn giản. Một phần các khe trên giao diện vô tuyến dành cho GPRS, cho phép ghép kênh số liệu gói được lập lịch trình trước đối với một số trạm di động. Còn mạng lõi GSM được tạo thành từ các kết nối chuyển mạch kênh được mở rộng bằng cách thêm vào các nút chuyển mạch số liệu Gateway mới, được gọi là GGSN và SGSN. GPRS là một giải pháp đã được chuẩn hoá hoàn toàn với các giao diện mở rộng và có thể chuyển thẳng lên 3G về cấu trúc mạng lõi. - EDGE: Hệ thống 2,5G tiếp theo đối với GSM là EDGE. EDGE áp dụng phương pháp điều chế 8PSK, điều này làm tăng tốc độ của GSM lên 3 lần. EDGE là lý tưởng đối với phát triển GSM, nó chỉ cần nâng cấp phần mềm ở trạm gốc. Nếu EDGE được kết hợp cùng với GPRS thì khi đó được gọi là EGPRS. Tốc độ tối đa đối với EGPRS khi sử dụng cả 8 khe thời gian là 384kbps. - WCDMA: WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là một công nghệ truy nhập vô tuyến được phát triển mạnh ở Châu Âu. Hệ thống này hoạt động ở chế độ FDD & TDD và dựa trên kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS- Direct Sequence Spectrum) sử dụng tốc độ chip 3,84Mcps bên trong băng tần 5MHz. WCDMA hỗ trợ trọn vẹn cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói tốc độ cao và đảm bảo sự hoạt động đồng thời các dịch vụ hỗn hợp với chế độ gói hoạt động ở mức hiệu quả cao nhất. Hơn nữa WCDMA có thể hỗ trợ các tốc độ số liệu khác nhau, dựa trên thủ tục điều chỉnh tốc độ. 1.2.2 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ CDMA 2000. Hệ thống CDMA 2000 gồm một số nhánh hoặc giai đoạn phát triển khác nhau để hỗ trợ các dịch vụ phụ được tăng cường. Nói chung CDMA 2000 là một cách tiếp cận đa sóng mang cho các sóng có độ rộng n lần 1,25MHz hoạt động ở chế độ FDD. Nhưng công việc chuẩn hoá tập trung vào giải pháp một sóng mang đơn 1,25MHz (1x) với tốc độ chip gần giống IS-95. CDMA 2000 được phát triển từ các mạng IS-95 của hệ thống thông tin di động 2G, có thể mô tả quá trình phát triển trong hình vẽ sau: Hình 1-4 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh CDMA 2000. - IS-95B: IS-95B hay CDMA One được coi là công nghệ thông tin di động 2,5G thuộc nhánh phát triển CDMA 2000, là một tiêu chuẩn khá linh hoạt cho phép cung cấp dịch vụ số liệu tốc độ lên đến 115Kbps - CDMA 2000 1xRTT: Giai đoạn đầu của CDMA2000 được gọi là 1xRTT hay chỉ là 1xEV-DO, được thiết kế nhằm cải thiện dung lượng thoại của IS-95B và để hỗ trợ khả năng truyền số liệu ở tốc độ đỉnh lên tới 307,2Kbps. Tuy nhiên, các thiết bị đầu cuối thương mại của 1x mới chỉ cho phép tốc độ số liệu đỉnh lên tới 153,6kbps. -CDMA 2000 1xEV-DO: 1xEV-DO được hình thành từ công nghệ HDR (High Data Rate) của Qualcomm và được chấp nhận với tên này như là một tiêu chuẩn thông tin di động 3G vào tháng 8 năm 2001 và báo hiệu cho sự phát triển của giải pháp đơn sóng mang đối với truyền số liệu gói riêng biệt. Nguyên lý cơ bản của hệ thống này là chia các dịch vụ thoại và dịch vụ số liệu tốc độ cao vào các sóng mang khác nhau. 1xEV-DO có thể được xem như một mạng số liệu “xếp chồng”, yêu cầu một sóng mang riêng. Để tiến hành các cuộc gọi vừa có thoại, vừa có số liệu trên cấu trúc “xếp chồng” này cần có các thiết bị hoạt động ở 2 chế độ 1x và 1xEV-DO. - CDMA 2000 1xEV-DV: Trong công nghệ 1xEV-DO có sự dư thừa về tài nguyên do sự phân biệt cố định tài nguyên dành cho thoại và tài nguyên dành cho số liệu. Do đó CDG (nhóm phát triển CDMA) khởi đầu pha thứ ba của CDMA 2000 bằng các đưa các dịch vụ thoại và số liệu quay về chỉ dùng một sóng mang 1,25MHz và tiếp tục duy trì sự tương thích ngược với 1xRTT. Tốc độ số liệu cực đại của người sử dụng lên tới 3,1Mbps tương ứng với kích thước gói dữ liệu 3.940 bit trong khoảng thời gian 1,25ms. - CDMA 2000 3x(MC- CDMA ): CDMA 2000 3x hay 3xRTT đề cập đến sự lựa chọn đa sóng mang ban đầu trong cấu hình vô tuyến CDMA 2000 và được gọi là MC-CDMA (Multi carrier) thuộc IMT-MC trong IMT-2000. Công nghệ này liên quan đến việc sử dụng 3 sóng mang 1x để tăng tốc độ số liệu và được thiết kế cho dải tần 5MHz (gồm 3 kênh 1,25Mhz). Sự lựa chọn đa sóng mang này chỉ áp dụng được trong truyền dẫn đường xuống. Đường lên trải phổ trực tiếp, giống như WCDMA với tốc độ chip hơi thấp hơn một ít 3,6864Mcps (3 lần 1,2288Mcps). 1.3. MẠNG UMTS 3G VÀ ĐỊNH HƯỚNG CÔNG NGHỆ MẠNG VINAPHONE 1.3.1 Định hướng công nghệ & dịch vụ theo tiêu chuẩn châu Âu do 3GPP qui định áp dụng cho mạng Vinaphone Chuẩn 3GPP qui định phát triển công nghệ và cấu trúc mạng GSM 2G truyền thống phát triển lên UMTS 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA với xu hướng sử dụng truyền tải TDM tiến đến một mạng "All IP" theo trình tự phiên bản: 3GPP R99, 3GPP R4, 3GPP R5 và 3GPP R6. Mạng Vinaphone trong giai đoạn hơn 13 năm qua đã đầu tư trở thành mạng GSM 2,5G và là phần đầu trong quá trình chuẩn hoá 3 GPP. Vì vậy Lựa chọn định hướng tiến triển thông tin di động lên 3G cho mang Vinaphone theo tiêu chuẩn châu Âu do 3GPP khuyến nghị vì: - Chuẩn ETSI cho thông tin di động GSM đồng nhất cho các nước châu Âu đã có thể sử dụng để toàn cầu hóa thông tin mobile định hướng 3G; - Mạng VINAPHONE đang theo chuẩn GSM/ETSI – châu Âu đó là GSM 900/1800. - UMTS thừa hưởng nhiều phần tử chức năng từ GSM hiện tại. Nên việc tận dụng các thiết bị đang có trên mạng sẽ đem lại nhiều thuận lợi lớn cho Vinaphone . 1.3.2 Nội dung chủ yếu các phiên bản tiêu chuẩn 3GPP ETSI là tổ chức tiêu chuẩn thông tin di động GSM trong những năm 1980 và 1990. ETSI còn xây dựng cấu trúc chuẩn hóa mạng GPRS. Chuẩn cuối cùng ETSI xây dựng năm 1998. 3GPP thành lập năm 1998 là tổ chức kết hợp của các tổ chức tiêu chuẩn hóa: châu Âu, Nhật, Nam Triều tiên, Mỹ và Trung quốc. Mục đích chuẩn hóa hệ thống thông tin di động 3G theo định hướng: - Phần truy nhập vô tuyến sử dụng WCDMA và TD-CDMA; - Phần core: phát triển từ GSM, kế thừa những những tiêu chuẩn ETSI do SMG xây dựng. Đến năm 2001, sau khi hoàn thành phiên bản 3GPP R99, 3GPP chia thành hai tổ chức: - 3GPP: xây dựng các tiêu chuẩn phát triển mạng core, dịch vụ, cấu trúc hệ thống, truy cập radio WCDMA và TD-CDMA; - ETSI SMG: phát triển truy nhập radio GSM và EDGE. Trong đó 3GPP xây dựng các bộ tiêu chuẩn trên cơ sở năm. Phiên bản đầu tiên là 3GPP Release 99 (3GPP R99). Đến nay 3GPP đã có 04 phiên bản đã và đang được các nhà khai thác trên thế giới áp dụng: - 3GPP release 99 (3GPP R99): chính thức được áp dụng từ tháng 3/2001; - 3GPP release 4 (3GPP R4): chính thức được áp dụng từ tháng 9/2002; - 3GPP release 5 (3GPP R5): tháng 12/2003 đang được áp dụng; - 3GPP release 6 (3GPP R6): bổ sung những điểm thiếu trong IMS 3GPP R5 và đưa thêm vào một số features mới; tiến tới một mạng truyền tải “All IP”. Nội dung cơ bản từng phiên bản 3GPP qui định như sau: 1.3.2.1 GPP R99 a) Những yêu cầu chính Tập trung vào sự đang hiện diện của mạng GSM, có 02 yêu cầu đặt ra là: - Mạng UMTS phải tương thích với mạng GSM đang tồn tại; - Hai mạng UMTS và GSM phải có khả năng làm việc tương tác. Truy nhập vô tuyến WCDMA là điểm mấu chốt nhất mà 3GPP R99 giải quyết. Thêm vào đó, UTRAN cũng được đưa ra với giao diện Iu. So sánh với các giao diện A và Gb trong GSM, 3GPP R99 đạt được hai điểm cơ bản: - Transcoding cho speech trên Iu được core đảm nhiệm thay cho BTS trong GSM; - Mã hóa số liệu di động ở mức cell trên giao diện Iu được RNC đảm nhận thay cho SGSN đối với GPRS. Vậy đơn giản, mạng 3G R99 là hệ thống mạng GSM-based. Đó là một mạng GSM có hai mạng truy cập và hai mạng truy cập cung cấp lưu lượng có tốc độ khác nhau cho cả hai miền core CS và PS. b) Cấu hình kỹ thuật 3GPP đưa ra một phương pháp truy nhập vô tuyến mới WCDMA. Thiết bị vô tuyến WCDMA không tương thích với thiết bị vô tuyến GSM nên phải đưa bổ sung một hệ thống thiết bị mới đó là RNC và Node-B. Phần mạng vô tuyến WCDMA gọi là UTRAN. Một yêu cầu chính cho UMTS là hoạt động tương tác GSM/UMTS. Ví dụ ‘handover’ từ GERAN sang UTRAN và ngược lại. Yêu cầu này được thực hiện bởi: - Thứ nhất: hướng downlink, giao diện air GSM được được phát triển để có thể quảng bá thông tin sóng WCDMA. Cũng như vậy downlink của radio WCDMA cũng quảng bá thông tin về sóng GSM; - Thứ hai: nhằm giảm thiểu đầu tư, các chuẩn 3GPP yêu cầu 2G MSC/VLR GSM phải làm việc được với UTRAN. Hình 1.5 Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R99 Các điểm quan trọng của phần Core trong 3GPP R99, gồm: - Các node core trong miền CS như MSC/VLR và HLR/AuC/EIR phải thay đổi vì phải sử lý đồng thời cả thuê bao 2G và 3G. - Với miền PS: tên và số lượng các node mạng GPRS giống trong 2G, nhưng chức năng SGSN thì rất khác. Trong 2G, SGSN đảm nhiệm chức năng quản lý di động (MM) cho nối mạch gói số liệu. Trong 3G chức năng MM được RNC và SGSN san sẻ. Nghĩa là miền PS không quản lý sự thay đổi cell của thuê bao trong UTRAN mà là RNC. 1.3.2.2 3GPP R4 a) Những yêu cầu chính Chưa có IMS, chỉ ấn định những thay đổi trong miền CS core UMTS – tách luồng dữ liệu người dùng ra khỏi các cơ chế điều khiển cùng một số khía cạnh khác, chủ yếu như sau: - Chức năng điều khiển sử dụng MSC Server. Chức năng chuyển mạch dữ liệu người sử dụng dùng MGW; - IP transport cho các giao thức mạng core; - IP hóa cho giao diện Gb miền PS; b) Cấu hình kỹ thuật - MSC miền CS trong GSM truyền thống được 3GPP R4 tách riêng chức năng điều khiển – sử dụng MSC Server với chức năng nối mạch vận chuyển lưu lượng – sử dụng MGW. - MSC Server và MGW có quan hệ “một-nhiều”. Một MSC Server có thể điều khiển nhiều MGW. - Về cơ bản 3GPP R4 không cung cấp, cải thiện thêm dịch vụ. - Cấu trúc 3GPP R4 bắt đầu đưa IP vào hệ thống Core CS. Cấu trúc softwsitch tạo bởi MSC Server – MGW tạo tiền đề định hướng “transport All IP”. Giảm chi phí truyền dẫn, phân lớp cấu trúc chức năng; định hướng phát triển dịch vụ độc lập với hạ tầng mạng. Hình 1.6 Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R4 Điểm quan trọng nhất trong 3G R4 là: - 3G R4 là động thái IP hóa toàn bộ miền CS. Truyền tải cũng IP/ATM, chuyển mạch cũng IP/ATM. Công nghệ SOFTSWITCH được đưa vào nhằm mục đích này. Công nghệ SOFTSWITCH tách MSC cổ điển thành: + MSC-Server là phần tử điều khiển, nối IP giao thức MEGACO đến + Media Gateway – là phần tử chuyển mạch dịch vụ người dùng. Dịch vụ người dùng là dịch vụ có trên miền chuyển mạch kênh CS truyền thống, nhưng lại dùng chuyển mạch IP/ATM. 1.3.2.3 3GPP R5 a) Những yêu cầu chính - Đưa IMS vào mạng UMTS, cung cấp cơ chế và tổ chức multimedia. IP và các giao thức trên IP cũng sẽ được sử dụng làm cơ chế điều khiển. Dữ liệu người dùng về cơ bản cũng dựa trên IP. IP cũng được sử dụng làm giao thức truyền thay thế SS7, một giao thức chính đang dùng trong dịch vụ chuyển mạch kênh. - 3GPP R5 đưa IMS vào tiêu chuẩn hóa. IMS được hỗ trợ bởi cấu trúc tiêu chuẩn độc lập dựa trên IP và được nối với các mạng thoại và số liệu hiện tại cho cả người sử dụng mạng cố định (như PSTN, ISDN, Internet) và mobile (như GSM, CDMA). - Kiến trúc IMS có khả năng thiết lập truyền thông IP peer-to-peer với tất cả các lient với yêu cầu chất lượng dịch vụ. Thêm vào khả năng quản lý phiên làm việc, kiến trúc IMS cũng có các chức năng địa chỉ, mà đó là điều cần thiết để tổ chức dịch vụ (như đăng ký, bảo mật, cước, điều khiển truyền thông, roaming). IMS sẽ tạo nên trái tim của mạng core. 3GPP R5 cũng đã chuẩn hóa cơ chế dịch vụ IP multimedia dựa trên SIP. SIP chứa các chức năng phần tử logic, mô tả phương cách nối các phần tử, đưa ra các giao thức và các thủ tục. b) Cấu hình kỹ thuật Hình 1.7 Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R5 Những điểm chính tập trung vào: - Vận chuyển IP trên toàn bộ hệ thống mạng từ BS đến network border gateway; - Đưa IMS vào để bắt đầu ứng dụng các dịch vụ multimedia; - Hợp nhất giao diện mở giữa các mạng truy cập và mạng core khác nhau; - Đạt được năng lực cao trên giao diện vô tuyến UTRAN hướng downlink. 3G R5 đơn giản hóa cấu trúc mạng cho phép các giao thức truyền tải sử dụng hiệu quả hơn so với 3G R4, IP hóa toàn bộ truyền tải làm đơn giản hóa cấu trúc truyền tải. Về dịch vụ, IMS đóng vai trò chính trong 3G R5 và trong cả những phát triển dịch vụ tương lai. Trong pha này, 3GPP khuyến nghị vô tuyến UTRAN triển khai công nghệ HSDPA – tăng tốc độ số liệu downlink nhằm cung cấp hiệu quả các dịch vụ “không đối xứng” (tải số liệu downlink lớn hơn uplink nhiều). c) IMS Một mạng 3G UMTS hoàn thiện qua 3G R99, R4 đã cung cấp được một hạ tầng mạng truyền tải IP linh hoạt cho các terminal sử dụng GPRS, EDGE, và WCDMA cho các dịch vụ số liệu. IMS là một giải pháp phát triển tách biệt nhưng IMS làm hạ tầng cho phép triển khai cung cấp dịch vụ trên nhiều hạ tầng mạng khác nhau. Một trong số đó là mạng 3G UMTS. Hình 1.8 Mô hình cung cấp dịch vụ sử dụng giao thức SIP trên IMS IMS cung cấp một cơ chế nối mạch nối các terminal sử dụng IP. Hình I.5, IMS dùng giao thức SIP trên miền PS điều khiển phiên cung cấp các dịch vụ multimedia. Qua IP và qua IMS , người dùng sử dụng terminal IP thiết lập các nối mạch với các Server Dịch vụ khác nhau để nhận dịch vụ, và đặc biệt, dùng các dịch vụ IP giữa các máy đầu cuối. Þ Lúc này phát triển dịch vụ 3G là phát triển các ứng dụng Aplication Server trên nền IMS. 1.3.2.4 3GPP R6 3GPP R6 bổ xung những điểm thiếu trong IMS 3GPP R5 và đưa thêm vào một số features mới được định hình rõ ràng. Những nội dung khác chỉ là xu hướng. Xu hướng phát triển các phiên bản 3GPP cao hơn R5 bao gồm: - Hoàn thiện IP hóa toàn mạng UMTS; - Triển khai công nghệ truy cập HSUPA cho WCDMA nhằm nâng khả năng uplink cho các dịch dùng IP - Nghiên cứu đa truy nhập và các mạng hoạt động tương tác định hướng hội tụ. 1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG Mới thực sự phát triển trong vòng 20 năm, nhưng những bước tiến trong công nghệ cũng như trong sự phát triển thị trường của mạng di động cho thấy thông tin di động là một nhu cầu thiết yếu và quan trọng đối với người dùng. Đến nay, điện thoại di không chỉ dùng để gọi điện, nhắn tin SMS mà còn có thể gửi và nhận MMS, email; lưu các tệp âm thanh, hình ảnh, dữ liệu cùng chức năng nghe nhạc, giải trí; lướt web, xem TV trực tuyến… Các nhà cung cấp dịch vụ và người dùng đều luôn mong muốn và hướng tới các công nghệ không dây có thể cung cấp được nhiều loại hình dịch vụ hơn với tính năng và chất lượng dịch vụ cao hơn. Qua đó các giai đoạn phát triển các thế hệ thông tin di động từ 1G, 2G, 3G và 4G trong tương lai đều gắn chặt với nhu cầu của người dùng thông qua các tốc độ dịch vụ của các thế hệ. Hiện nay, phần lớn các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới đều lên kế hoạch thực hiện 4G cho các vùng đô thị, nơi mà có nhiều các tổ chức, công ty cũng như số lượng khách hàng lớn - các đối tượng mà luôn mong muốn các dịch vụ chất lượng tốt và tốc độ truyền dữ liệu cao. Tuy nhiên, trước mắt các nhà đầu tư sẽ tiếp tục cung cấp các dịch vụ 3G cũng như 3,5G và nó được xem như là quá trình thực hiện từng bước cho 4G. Điều này không chỉ giúp họ tiếp tục mở rộng vùng phủ sóng, gia tăng số lượng khách hàng và giúp thu hồi vốn đã đầu tư cho 3G. Với người dùng, họ có thể chuyển dễ dàng sang công nghệ 4G, bởi đơn giản với họ đó chỉ là sự mở rộng các ứng dụng của mạng 3G hay 3,5G mà họ đang dùng. Chương 2. HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS 2.1. NGUYÊN LÝ CDMA 2.1.1. Nguyên lý trải phổ CDMA Theo nguyên lý dung lượng kênh truyền của Shannon được mô tả trong (1.1), thì dung lượng kênh truyền có thể được tăng lên bằng cách tăng băng tần kênh truyền. (1.1) Trong đó B là băng thông (Hz), C là dung lượng kênh (bit/s), S là công suất tín hiệu và N là công suất tạp âm. Vì vậy, với một tỉ số S/N cụ thể, dung lượng tăng lên nếu băng thông sử dụng để truyền tăng. CDMA là công nghệ thực hiện trải tín hiệu gốc thành tín hiệu băng rộng trước khi truyền đi. Tỷ số độ rộng băng tần truyền thực với độ rộng băng tần của thông tin cần truyền được gọi là độ lợi xử lý (GP ) hoặc là hệ số trải phổ. hoặc (1.2) Trong đó Bt :là độ rộng băng tần truyền thực tế Bi : độ rộng băng tần của tín hiệu mang tin B : là độ rộng băng tần RF R : là tốc độ thông tin Mối quan hệ giữa tỷ số S/N và tỷ số Eb/I0 (trong đó Eb là năng lượng trên một bit và I0 là mật độ phổ năng lượng tạp âm) thể hiện trong công thức sau : (1.3) Do vậy, với một yêu cầu Eb/I0 xác định và độ lợi xử lý càng cao, thì tỷ số S/N yêu cầu càng thấp. Đối với hệ thống CDMA đầu tiên là CDMA IS-95, băng thông truyền dẫn là 1,25MHz và về sau trong hệ thống WCDMA, băng thông truyền khoảng 5MHz. 2.1.2. Kỹ thuật trải phổ và giải trải phổ Trải phổ và giải trải phổ là hoạt động cơ bản nhất trong các hệ thống DS-CDMA. Dữ liệu người sử dụng giả sử là chuỗi bit được điều chế BPSK có tốc độ là R. Hoạt động trải phổ chính là nhân mỗi bit dữ liệu người sử dụng với một chuỗi n bit mã, được gọi là các chip. Ở đây, ta lấy n=8 thì hệ số trải phổ là 8, nghĩa là khi thực hiện điều chế trải phổ BPSK thì kết quả tốc độ dữ liệu sẽ là 8xR và có dạng xuất hiện ngẫu nhiên như là mã trải phổ. Việc tăng tốc độ dữ liệu lên 8 lần đáp ứng việc mở rộng (với hệ số là 8) phổ của tín hiệu dữ liệu người sử dụng được trải ra. Tín hiệu băng rộng này sẽ được truyền qua các kênh vô tuyến đến đầu cuối thu. Hình 2-1 Quá trình trải phổ và giải trải phổ Trong quá trình giải trải phổ, các chuỗi chip/dữ liệu người sử dụng trải phổ được nhân từng bit với cùng các chip mã 8 đã được sử dụng trong quá trình trải phổ. Như trên hình vẽ tín hiệu người sử dụng ban đầu được khôi phục hoàn toàn. 2.1.3. Kỹ thuật đa truy nhập CDMA Một mạng thông tin di động là một hệ thống nhiều người sử dụng, trong đó một số lượng lớn người sử dụng chia sẻ nguồn tài nguyên vật lý chung để truyền và nhận thông tin. Dung lượng đa truy nhập là một trong các yếu tố cơ bản của hệ thống. Trong lịch sử thông tin di động đã tồn tại các công nghệ đa truy nhập khác nhau : TDMA, FDMA và CDMA. Sự khác nhau giữa chúng được chỉ ra trong hình 2-2. Hình 2-2 Các công nghệ đa truy nhập Trong hệ thống CDMA, các tín hiệu cho người sử dụng khác nhau được truyền đi trong cùng một băng tần tại cùng một thời điểm. Mỗi tín hiệu người sử dụng đóng vai trò như là nhiễu đối với tín hiệu của người sử dụng khác, do đó dung lượng của hệ thống CDMA gần như là mức nhiễu và không có con số lớn nhất cố định nên dung lượng của hệ thống CDMA được gọi là dung lượng mềm. Hình 2-3 chỉ ra một ví dụ làm thế nào 3 người sử dụng có thể truy nhập đồng thời trong một hệ thống CDMA. Hình 2-3 Nguyên lý của đa truy nhập trải phổ Tại bên thu, người sử dụng 2 sẽ giải trải phổ tín hiệu thông tin của nó trở lại tín hiệu băng hẹp, chứ không phải tín hiệu của bất cứ người nào khác. Bởi vì sự tương quan chéo giữa mã của người sử dụng mong muốn và các mã của người sử dụng khác là rất nhỏ. Độ lợi xử lý và đặc điểm băng rộng của quá trình xử lý đem lại nhiều lợi ích cho các hệ thống CDMA, như hiệu suất phổ cao và dung lượng mềm. Tuy nhiên, tất cả những lợi ích đó yêu cầu việc sử dụng kỹ thuật điều khiển công suất một cách nghiêm ngặt và chuyển giao mềm nhằm để tránh cho tín hiệu của người sử dụng này che thông tin của người sử dụng khác. 2.2. MỘT SỐ ĐẶC TRUNG LỚP VẬT LÝ TRONG MẠNG TRUY NHẬP WCDMA 2.2.1. Phương thức song công. Hai phương thức song công được sử dụng trong kiến trúc WCDMA: Song công phân chia theo thời gian (TDD) và song công phân chia theo tần số (FDD). Phương pháp FDD cần hai băng tần cho đường lên và đường xuống. Phương thức TDD chỉ cần một băng tần. Thông thường phổ tần số được bán cho các nhà khai thác theo các dải có thể bằng 2x10MHz hoặc 2x15MHz cho mỗi bộ điều khiển. Mặc dù có một số đặc điểm khác nhau nhưng cả hai phương thức đều có tổng hiệu suất gần giống nhau. Chế độ TDD không cho phép giữa máy di động và trạm gốc có trễ truyền lớn, bởi vì sẽ gây ra đụng độ giữa các khe thời gian thu và phát. Vì vậy mà chế độ TDD phù hợp với các môi trường có trễ truyền thấp, cho nên chế độ TDD vận hành ở các pico cell. Một ưu điểm của TDD là tốc độ dữ liệu đường lên và đường xuống có thể rất khác nhau, vì vậy mà phù hợp cho các ứng dụng có đặc tính bất đối xứng giữa đường lên và đường xuống, chẳng hạn như Web browsing. Trong quá trình hoạch định mạng, các ưu điểm và nhược điểm của hai phương pháp này có thể bù trừ. Luận văn này chỉ tập trung nghiên cứu chế độ FDD. Hình dưới đây chỉ ra sơ đồ phân bố phổ tần số của hệ thống UMTS Châu Âu. Hình 2-4 Phân bố phổ tần cho UMTS châu Âu. 2.2.2. Dung lượng mạng Kết quả của việc sử dụng công nghệ đa truy nhập trải phổ CDMA là dung lượng của các hệ thống UMTS không bị giới hạn cứng, có nghĩa là một người sử dụng có thể bổ sung mà không gây ra nghẽn bởi số lượng phần cứng hạn chế. Hệ thống GSM có số lượng các liên kết và các kênh cố định chỉ cho phép mật độ lưu lượng lớn nhất đã được tính toán và hoạch định trước nhờ sử dụng các mô hình thống kê. Trong hệ thống UMTS bất cứ người sử dụng mới nào sẽ gây ra một lượng nhiễu bổ sung cho những người sử dụng đang có mặt trong hệ thống, ảnh hưởng đến tải của hệ thống. Nếu có đủ số mã thì mức tăng nhiễu do tăng tải là cơ cấu giới hạn dung lượng chính trong mạng. Việc các cell bị co hẹp lại do tải cao và việc tăng dung lượng của các cell mà các cell lân cận nó có mức nhiễu thấp là các hiệu ứng thể hiện đặc điểm dung lượng xác định nhiễu trong các mạng CDMA. Chính vì thế mà trong các mạng CDMA có đặc điểm “dung lượng mềm”. Đặc biệt, khi quan tâm đến chuyển giao mềm thì các cơ cấu này làm cho việc hoạch định mạng trở nên phức tạp. 2.2.3. Các kênh giao diện vô tuyến UTRA FDD Giao diện vô tuyến UTRA FDD có các kênh logic, chúng được ánh xạ vào các kênh chuyển vận, các kênh chuyển vận lại ánh xạ vào kênh vật lý. Hình vẽ sau chỉ ra sơ đồ các kênh và sự ánh xạ của chúng vào các kênh khác. Hình 2-5 Sơ đồ ánh xạ giữa các kênh khác nhau. 2.2.4. Cấu trúc Cell. Trong suốt quá trình thiết kế của hệ thống UMTS cần phải chú ý nhiều hơn đến sự phân tập môi trường của người sử dụng. Các môi trường nông thôn ngoài trời, đô thị ngoài trời, hay đô thị trong nhà được hỗ trợ bên cạnh các mô hình di động khác nhau gồm người sử dụng tĩnh, người đi bộ đến người sử dụng trong môi trường xe cộ đang chuyển động với vận tốc rất cao. Để yêu cầu một vùng phủ sóng rộng khắp và khả năng roaming toàn cầu, UMTS đã phát triển cấu trúc lớp các miền phân cấp với khả năng phủ sóng khác nhau. Lớp cao nhất bao gồm các vệ tinh bao phủ toàn bộ trái đất; Lớp thấp hơn hình thành nên mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN. Mỗi lớp được xây dựng từ các cell, các lớp càng thấp các vùng địa lý bao phủ bởi các cell càng nhỏ. Vì vậy các cell nhỏ được xây dựng để hỗ trợ mật độ người sử dụng cao hơn. Các cell macro đề nghị cho vùng phủ mặt đất rộng kết hợp với các micro cell để tăng dung lượng cho các vùng mật độ dân số cao. Các cell pico được dùng cho các vùng được coi như là các “điểm nóng” yêu cầu dung lượng cao trong các vùng hẹp (ví dụ như sân bay…). Những điều này tuân theo 2 nguyên lý thiết kế đã biết trong việc triển khai các mạng tế bào: các cell nhỏ hơn có thể được sử dụng để tăng dung lượng trên một vùng địa lý, các cell lớn hơn có thể mở rộng vùng phủ sóng. Hình 2-6 Cấu trúc cell UMTS. 2.3 CẤU TRÚC HỆ THỐNG VÔ TUYẾN UMTS Một hệ thống UMTS sau khi được nâng cấp và mở rộng từ hệ thống GSM hiện có thì cấu trúc hệ thống có thể được mô tả tổng quan như sau: UMTS/GSM Network GMSC HLR EIR AUC SCF SMS- IWMSC AN CN External Networks UE D MSC E, G SMS- GMSC MSC BSC BTS Um SIM MT Abis A ISDN PSTN PSPDN CSPDN PDN: -Intranet -Extranet -Internet BSS Note: Not all interfaces shown and named F Gr GGSN Gd, Gp, Gn+ SGSN SGSN Gb Gf Gn+ H RNC BS Uu Iur USIM ME RNC BS Uu USIM ME Iub Iub Iu Cu Cu RNS RNS UTRAN MGW Hình 2-7 Cấu trúc tổng thể hệ thống UMTS/GSM. Trong đó UTRAN bao gồm một hay nhiều phân hệ mạng vô tuyến (RNS), một RNS là một mạng con trong UTRAN và bao gồm một bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) và một hay nhiều Node-B. Các yêu cầu chính để thiết kế kiến trúc, giao thức và chức năng UTRAN: - Tính hỗ trợ của UTRAN và các chức năng liên quan: Yêu cầu tác động đến thiết kế của UTRAN là các yêu cầu hỗ trợ chuyển giao mềm (một thiết bị đầu cuối kết nối tới mạng thông qua 2 hay nhiều cell đang hoạt động) và các thuật toán quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến đặc biệt của WCDMA. - Làm tăng sự tương đồng trong việc điều khiển dữ liệu chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh với một ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến duy nhất và với việc sử dụng cùng một giao diện cho các kết nối từ UTRAN đến miền chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh của mạng lõi. - Làm tăng tính tương đồng với GSM. - Sử dụng kiểu chuyển vận trên cơ sở IP như là cơ cấu chuyển vận thay thế trong UTRAN kể từ Release 5 trở đi. - Các thiết bị UTRAN với chi phí CAPEX và OPEX được tiết kiệm tối đa. Đồng thời các thiết bị UTRAN được thiết kế module hóa và và có tính linh hoạt hợp lý cho việc mở rộng dung lượng trong tương lai. Hệ thống UTRAN có khả năng nâng cấp lên phiên bản phần mềm cao hơn mà chỉ gây ra tác động rất nhỏ tới hoạt động thông thường của hệ thống. 2.3.1 Node-B Node-B là một thuật ngữ sử dụng trong UMTS để biểu thị BTS (trạm thu phát gốc) và sử dụng công nghệ WCDMA trên đường vô tuyến. Cũng như trong tất cả các hệ thống tổ ong UMTS và GSM, Node B thực hiện việc thu phát tần số vô tuyến để liên lạc trực tiếp với các máy di động di chuyển tự do xung quanh nó. Một cách truyền thống, các Node B có những chức năng tối thiểu về thu phát vô tuyến và được điều khiển bởi RNC (Radio Network Controller). Việc sử dụng công nghệ WCDMA cho phép một cell thuộc một Node B hoặc các Node B khác nhau cùng được quản lý bởi các RNC khác nhau để chồng lên nhau và vẫn sử dụng một tần số giống nhau (trên thực tế, toàn bộ mạng có thể dùng chỉ một cặp tần số). Node B bao gồm các loại cấu hình: Macro Indoor, Macro Outdoor, Mini Indoor, Mini outdoor, Micro Indoor, Micro Outdoor, Pico,... 2.3.2 RNC (Radio Network Control) RNC là một thành phần trong mạng truy nhập vô tuyến UTMS. RNC về cơ bản có những chức năng giống BSC trong hệ thống BSS GSM: - Trung gian giữa trạm gốc (Node B trong UMTS) và hệ thống mạng lõi; - Điều khiển cuộc gọi vô tuyến (quản lý tài nguyên vô tuyến, điều khiển và quản lý chuyển giao cuộc gọi …); RNC được kết nối đến: - Mạng lõi, qua giao tiếp Iu. - Các Node B qua giao tiếp Iub. Một Node B thực hiện giao tiếp vô tuyến với một hoặc nhiều cell. - Một số RNC lân cận qua giao tiếp Iur. 2.3.3 Các giao diện mở cơ bản của UMTS - Giao diện Cu: Đây là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện này tuân theo tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh. - Giao diện Uu: Đây là giao diện vô tuyến WCDMA. Uu là giao diện mà UE truy cập được với phần cố định của hệ thống và đây là phần giao diện mở quan trọng nhất trong UMTS. - Giao diện Iu: Giao diện này kết nối UTRAN tới mạng lõi. Tương tự như các giao diện tương thích trong GSM như là giao diện A (đối với chuyển mạch kênh) và Gb (đối với chuyển mạch gói). Giao diện Iu đem lại cho các bộ điều khiển UMTS khả năng xây dựng được UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau. - Giao diện Iur: Giao diện mở Iur hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau và vì thế bổ sung cho giao diện mở Iu. - Giao diện Iub: Iub kết nối một Node B và một RNC. UMTS là một hệ thống điện thoại di động mang tính thương mại đầu tiên mà giao diện giữa bộ điều khiển và trạm gốc được chuẩn hoá như là một giao diện mở hoàn thiện. Giống như các giao diện mở khác, Iub thúc đẩy hơn nữa tính cạnh tranh giữa các nhà sản xuất trong lĩnh vực này. 2.4 CÁC CHỨC NĂNG TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN 2.4.1 Giới thiệu về quản lý tài nguyên vô tuyến WCDMA Việc quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) trong mạng UTMS có nhiệm vụ cải thiện việc sử dụng nguồn tài nguyên vô tuyến. Các mục đích của công việc quản lý tài nguyên vô tuyến RRM có thể tóm tắt như sau : - Đảm bảo QoS cho các dịch vụ khác nhau. - Duy trì vùng phủ sóng đã được hoạch định. - Tối ưu dung lượng hệ thống. Đối với các mạng 3G, việc phân bổ tài nguyên và định cỡ quá tải của mạng không còn khả thi nữa do các nhu cầu khó dự đoán trước và các yêu cầu khác nhau của các dịch vụ khác nhau. Vì thế, quản lý tài nguyên bao gồm 2 phần: đặt cấu hình và đặt lại cấu hình tài nguyên vô tuyến, cụ thể: - Việc đặt cấu hình tài nguyên vô tuyến có nhiệm vụ phân phát nguồn tài nguyên một cách hợp lý cho các yêu cầu mới đến hệ thống để cho mạng không bị quá tải và duy trì tính ổn định. Tuy nhiên, nghẽn có thể xuất hiện trong mạng 3G vì sự di chuyển ngẫu nhiên của người sử dụng. - Việc đặt lại cấu hình có nhiệm vụ cấp phát lại nguồn tài nguyên trong phạm vi của mạng khi hiện tượng nghẽn bắt đầu xuất hiện. Chức năng này có nhiệm vụ đưa hệ thống bị quá tải trở về lưu lượng tải mục tiêu một cách nhanh chóng và có thể điều khiển được. Quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến có thể chia thành các chức năng sau: Điều khiển công suất, chuyển giao, điều khiển thu nhận, điều khiển tải và lập lịch cho gói tin. Hình 2-8 Các vị trí điển hình của các chức năng RRM trong mạng WCDMA 2.4.2 Điều khiển công suất Các mục tiêu của điều khiển công suất có thể tóm tắt như sau : - Khắc phục hiệu ứng gần-xa trên đường lên. - Tối ưu dung lượng hệ thống bằng việc điều khiển nhiễu. - Làm tăng tối đa tuổi thọ pin của đầu cuối di động. Mục tiêu của việc sử dụng điều khiển công suất là khác nhau trên đường lên và đường xuống. Các mục tiêu của điều khiển công suất có thể tóm tắt như sau : - Khắc phục hiệu ứng gần-xa trên đường lên. - Tối ưu dung lượng hệ thống bằng việc điều khiển nhiễu. - Làm tăng tối đa tuổi thọ pin của đầu cuối di động. Có 3 kiểu điều khiển công suất trong các hệ thống WCDMA: Điều khiển công suất vòng mở, điều khiển công suất vòng kín và điều khiển công suất vòng bên ngoài. - Điều khiển công suất vòng mở (Open-loop power control) Điều khiển công suất vòng mở được sử dụng trong hệ thống UMTS FDD cho việc thiết lập năng lượng ban đầu cho MS. MS sẽ tính suy hao đường truyền giữa các trạm gốc và MS bằng cách đo cường độ tín hiệu nhận được bằng cách sử dụng mạch điều khiển độ tăng ích tự động (AGC). Tuỳ theo sự tính toán suy hao đường truyền này, MS có thể quyết định công suất phát đường lên của nó. Điều khiển công suất vòng mở có ảnh hưởng lớn trong hệ thống TDD bởi vì đường lên và đường xuống là tương hỗ, nhưng không ảnh hưởng nhiều trong các hệ thống FDD bởi vì các kênh đường lên và đường xuống hoạt động trên các băng tần khác nhau và hiện tượng Fading Rayleigh trên đường lên và đường xuống độc lập nhau. Vậy điều khiển công suất vòng mở chỉ có thể bù một cách tượng trưng suy hao do khoảng cách. Đó là lý do tại sao điều khiển công suất vòng mở chỉ được sử dụng như là việc thiết lập năng lượng ban đầu trong hệ thống FDD. - Điều khiển công suất vòng kín (Fast power Control) Điều khiển công suất vòng khép kín, được gọi là điều khiển công suất nhanh trong các hệ thống WCDMA, có nhiệm vụ điều khiển công suất phát của MS (đường lên) hay là công suất của trạm gốc (đường xuống) để chống lại Fading của các kênh vô tuyến và đạt được chỉ tiêu tỷ số tín hiệu trên nhiễu SIR đã được thiết lập bởi điều khiển công suất vòng ngoài. Chẳng hạn như trên đường lên, trạm gốc so sánh SIR nhận được từ MS với SIR mục tiêu trong mỗi khe thời gian (0,666ms). Nếu SIR nhận được lớn hơn mục tiêu, Node-B sẽ truyền một lệnh TPC “0” đến MS thông qua kênh điều khiển riêng đường xuống. Nếu SIR nhận được thấp hơn mục tiêu, Node-B sẽ truyền một lệnh TPC “1” đến MS. Bởi vì tần số của điều khiển công suất vòng kín rất nhanh nên có thể bù được Fading nhanh và cả Fading chậm. -Điều khiển công suất vòng ngoài Điều khiển công suất vòng ngoài cần thiết để giữ chất lượng truyền thông với các mức yêu cầu bằng cách thiết lập mục tiêu cho điều khiển công suất vòng kín nhanh thực hiện. Mục đích của nó là cung cấp chất lượng yêu cầu. Tần số của điều khiển công suất vòng bên ngoài thường là 10-100Hz. Điều khiển công suất vòng ngoài so sánh chất lượng nhận được với chất lượng yêu cầu. Thông thường, chất lượng được định nghĩa là tỷ lỗi bit mục tiêu xác định (BER) hay tỷ số lỗi khung (FER). Mối quan hệ giữa SIR mục tiêu và mục tiêu chất lượng tuỳ thuộc vào tốc độ di động và hiện tượng đa đường. Nếu chất lượng nhận tốt hơn, có nghĩa là mục tiêu SIR đủ cao để đảm bảo QoS yêu cầu. 2.4.3 Điều khiển chuyển giao. 2.4.3.1 Chuyển giao trong cùng tần số. - Chuyển giao mềm: Chuyển giao mềm chỉ có trong công nghệ CDMA. So với chuyển giao cứng thông thường, chuyển giao mềm có một số ưu điểm. Tuy nhiên, nó cũng có một số các hạn chế về sự phức tạp và việc tiêu thụ tài nguyên tăng lên. Trong phần này sẽ trình bày nguyên lý của chuyển giao mềm. - Nguyên lý chuyển giao mềm. Chuyển giao mềm khác với quá trình chuyển giao cứng truyền thống. Đối với chuyển giao cứng, một quyết định xác định là có thực hiện chuyển giao hay không và máy di động chỉ giao tiếp với một BS tại một thời điểm. Đối với chuyển giao mềm, một quyết định có điều kiện được tạo ra là có thực hiện chuyên giao hay không lại tuỳ thuộc vào sự thay đổi cường độ tín hiệu kênh hoa tiêu từ hai hay nhiều trạm gốc có liên quan, một quyết định cứng cuối cùng sẽ được tạo ra để giao tiếp với duy nhất 1 BS. Điều này thường diễn ra sau khi tín hiệu đến từ một BS chắc chắn sẽ mạnh hơn các tín hiệu đến từ BS khác. Trong thời kỳ chuyển tiếp của chuyển giao mềm, MS giao tiếp đồng thời với các BS trong tập hợp tích cực (Tập hợp tích cực là danh sách các cell hiện đang có kết nối với MS). Hình 2-9 Sự so sánh giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm. - Độ lợi liên kết chuyển giao mềm Mục đích đầu tiên của chuyển giao mềm là để đem lại một sự chuyển giao không bị ngắt quãng và làm cho hệ thống hoạt động tốt. Điều đó chỉ có thể đạt được nhờ 3 lợi ích của cơ cấu chuyển giao mềm như sau: - Độ lợi phân tập vĩ mô: độ lợi ích phân tâp nhờ Fading chậm và sự sụt đột ngột của cường độ tín hiệu do các nguyên nhân chẳng hạn như sự di chuyển của MS vòng quanh một góc. - Độ lợi phân tập vi mô: Độ lợi phân tập nhờ Fading nhanh. - Việc chia sẻ tải đường xuống: Một MS khi chuyển giao mềm thu công suất từ nhiều Node-B, điều đó cho thấy công suất phát lớn nhất đến MS trong khi chuyển giao mềm X-way được nhân với hệ số X, nghĩa là vùng phủ được mở rộng. Ba lợi ích này của chuyển giao mềm có thể cải thiện vùng phủ và dung lượng mạng WCDMA. 2.4.3.2 Chuyển giao giữa các hệ thống WCDMA và GSM. Các chuẩn WCDMA và GSM hỗ trợ chuyển giao cả hai đường giữa WCDMA và GSM. Sự chuyển giao này có thể sử dụng cho mục đích phủ sóng và cân bằng tải. Tại pha ban đầu khi triển khai WCDMA, chuyển giao tới hệ thống GSM có thể sử dụng để giảm tải trong các tế bào GSM. Mô hình này được chỉ ra trong hình 3-27. Khi lưu lượng trong mạng WCDMA tăng, thì rất cần chuyển giao cho mục đích tải trên cả đường lên và đường xuống. Chuyển giao giữa các hệ thống được khởi xướng tại RNC/BSC và từ góc độ hệ thống thu thì chuyển giao giữa các hệ thống tương tự như chuyển giao giữa các RNC hay chuyển giao giữa các BSC. Thuật toán và việc khởi xướng này không được chuẩn hoá. Hình 2-10 Chuyển giao giữa các hệ thống GSM và WCDMA. Thủ tục chuyển giao như hình 2-9. Việc đo đạc chuyển giao giữa các hệ thống không hoạt động thường xuyên nhưng sẽ được khởi động khi có nhu cầu thực hiện chuyển giao giữa các hệ thống. Việc khởi xướng chuyển giao là một thuật toán do RNC thực hiện và có thể dựa vào chất lượng (BLER) hay công suất phát yêu cầu. Khi khởi xướng đo đạc, đầu tiên UE sẽ đo công suất tín hiệu của các tần số GSM trong danh sách lân cận. Khi kết quả đo đạc đó được gửi tới RNC, nó ra lệnh cho MS giải mã nhận dạng trạm gốc (BSIC) của cell GSM ứng cử tốt nhất. Khi RNC nhận được BSIC, một lệnh chuyển giao được gửi tới MS. Hình 2-11 Thủ tục chuyển giao giữa các hệ thống. 2.4.3.3 Chuyển giao giữa các tần số trong WCDMA. Hầu hết các bộ vận hành UMTS đều có 2 hoặc 3 tần số FDD có hiệu lực. Việc vận hành có thể bắt đầu sử dụng một tần số, sau đó cần để tăng dung lượng, một vài tần số có thể sử dụng được chỉ ra trong hình 2-10. Một vài tần số được sử dụng trong cùng một site sẽ tăng dung lượng của site đó hoặc các lớp micro và macro được sử dụng các tần số khác nhau. Chuyển giao giữa các tần số sóng mang WCDMA cần sử dụng phương pháp này. Trong chuyển giao này, chế độ nén cũng được sử dụng trong việc đo đạc chuyển giao giống như trong chuyển giao giữa các hệ thống. Thủ tục chuyển giao giữa các tần số được chỉ ra trong hình 2-11. MS cũng sử dụng thủ tục đồng bộ WCDMA giống như chuyển giao trong tần số để nhận dạng cell có tần số mục tiêu. Thời gian nhận dạng cell chủ yếu phù thuộc vào số các cell và số các thành phần đa đường mà MS có thể thu được giống như trong chuyển giao cùng tần số. Hình 2-12 Nhu cầu chuyển giao giữa các tần số sóng mang WCDMA Hình 2-13 Thủ tục chuyển giao giữa các tần số. 2.4.4 Điều khiển thu nạp Nếu tải giao diện vô tuyến được cho phép tăng lên một cách liên tục thì vùng phủ sóng của cell bị giảm đi dưới giá trị đã hoạch định (gọi là “cell breathing”) và QoS của các kết nối đang tồn tại không thể đảm bảo. Nguyên nhân của hiệu ứng “cell breathing” là vì đặc điểm giới hạn nhiễu của các hệ thống CDMA. Vì thế, trước khi thu nhận một kết nối mới, điều khiển thu nạp cần kiểm tra xem việc nhận kết nối mới sẽ không ảnh hưởng đến vùng phủ sóng hoặc QoS của các kết nối đang hoạt động hay không. Điều khiển thu nạp chấp nhận hay từ chối yêu cầu thiết lập một truy nhập vô tuyến trong mạng truy nhập. Chức năng điều khiển thu nạp được đặt trong bộ điều khiển RNC, nơi mà lưu giữ thông tin vể tải của các số cell do nó quản lý. Thuật toán điều khiển thu nạp tính toán việc tải tăng lên do sự thiết lập thêm đối tượng sẽ gây ra trong mạng truy nhập vô tuyến. Việc tính toán tải được áp dụng cho cả đường lên và đường xuống. Đầu cuối yêu cầu có thể được chấp nhận chỉ khi điều khiển thu nạp trong cả 2 chiều chấp nhận, nếu không thì nó bị từ chối bởi vì nhiễu quá mức có thể tăng thêm trong mạng. Nhìn chung các chiến lược điều khiển thu nạp có thể chia thành hai loại: chiến lược điểu khiển thu nạp dựa vào công suất băng rộng và chiến lược điều khiển thu nạp dựa vào thông lượng. Người sử dụng mới sẽ không được chấp nhận nếu mức nhiễu tổng thể mới tạo ra cao hơn giá trị mức ngưỡng Ithreshold, cụ thể: + Từ chối: Itotal-old + DI > Ithreshold + Chấp nhận : Itotal-old + DI < Ithreshold Giá trị ngưỡng giống với độ tăng nhiễu đường lên lớn nhất và có thể được thiết lập bởi việc quy hoạch mạng vô tuyến. Hình 2-14 Đường cong tải Trong chiến lược điều khiển thu nạp dựa vào thông lượng, người sử dụng mới không được thu nhận truy nhập vào mạng nếu toàn bộ tải mới gây ra cao hơn giá trị ngưỡng: + Từ chối : htotal-old + DL > hthreshold + Chấp nhận : htotal-old + DL < hthreshold Tương tự đối với chiến lược điều khiển thu nạp dựa vào công suất như sau: + Từ chối : Ptotal-old + DPtotal > Pthreshold + Chấp nhận : Ptotal-old + DPtotal < Pthreshold Chú ý rằng việc điều khiển thu nạp được áp dụng một cách tách biệt trên cả đường lên và đường xuống. Và ở mỗi hướng có thể sử dụng các chiến lược điều khiển thu nạp khác nhau. 2.4.5 Điều khiển tải (điểu khiển nghẽn) Đây là một công cụ quan trọng của chức năng quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến để đảm bảo cho hệ thống không bị quá tải và duy trì tính ổn định. Nếu hệ thống được quy hoạch một cách hợp lý và công việc điều khiển thu nạp hoạt động tốt, các tình huống quá tải gần như sẽ bị loại trừ. Tuy nhiên, trong mạng di động, sự quá tải ở một nơi nào đó là không thể tránh khỏi vì các tài nguyên vô tuyến được ấn định trước trong mạng. Khi quá tải được xử lý bởi điều khiển tải hay còn gọi là điều khiển nghẽn thì hoạt động điều khiển này sẽ trả lại cho hệ thống tải mục tiêu đã chọn được đưa ra trong quá trình quy hoạch mạng một cách nhanh chóng và có khả năng điều khiển được. Các hoạt động điều khiển tải để làm giảm hay cân bằng tải bao gồm: - Từ chối các lệnh công suất tới trên đường xuống nhận từ MS. - Giảm chỉ tiêu Eb/I0 đường lên sử dụng bởi điều khiển công suất nhanh đường lên. - Thay đổi kích cỡ của miền chuyển giao mềm để phục vụ nhiều người sử dụng hơn. - Chuyển giao tới sóng mang WCDMA khác (mạng UMTS khác hay mạng GSM). - Giảm thông lượng của lưu lượng dữ liệu gói (các dữ liệu phi thời gian thực). - Ngắt các cuộc gọi trên một đường điều khiển. Hai hoạt động đầu tiên là các hoạt động nhanh được thực hiện bên trong BS. Các hoạt động này có thể diễn ra trong một khe thời gian, nghĩa là với một tần số 1,5KHz, cung cấp một quyền ưu tiên cho các dịch vụ khác nhau. Hoạt động thứ 3 thay đổi kích cỡ của miền chuyển giao mềm có một lợi ích đặc biệt đối với mạng giới hạn đường xuống. Các phương pháp điều khiển tải khác thì chậm hơn. Chuyển giao bên trong băng tần và chuyển giao bên trong hệ thống có thể khắc phục được hiện tượng quá tải bằng cách cân bằng tải. Hoạt động cuối cùng là ngắt các người sử dụng dịch vụ thời gian thực (như là thoại hay dữ liệu chuyển mạch kênh) để giảm tải. Hoạt động này chỉ được sử dụng chỉ khi tải của toàn bộ mạng vẫn rất lớn thậm chí sau khi các hoạt động điều khiển tải khác vừa có tác dụng để giảm quá tải. Giao diện vô tuyến WCDMA và yêu cầu tăng của lưu lượng phi thời gian thực trong mạng 3G đem lại nhiều sự lựa chọn các hoạt động khả thi để điều khiển tình huống quá tải và vì thế nhu cầu cắt những người sử dụng dịch vụ thời gian thực để giảm quá tải rất hiếm xảy ra. 2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG Hệ thống truy nhập vô tuyến UMTS 3G dựa trên công nghệ truy nhập băng rộng phân chia theo mã WCDMA và đến nay hệ thống này đã được chuẩn hóa và sử dụng rộng rãi trên thế giới. Trong đó kiến trúc hệ thống truy nhập vô tuyến 3G (UTRAN) gồm một hay nhiều phân hệ mạng vô tuyến (RNS), một RNS là một mạng con trong UTRAN và bao gồm một bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) và một hay nhiều Node-B. Quản lý tài nguyên vô tuyến là bài toán quan trọng khi thiết kế bất kỳ hệ thống thông tin di động, đặc biệt là trong hệ thống tế bào sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA. Chương này đã trình bày các chức năng cơ bản của quản lý tài nguyên vô tuyến trong hệ thống WCDMA, trong đó điều khiển công suất và điều khiển chuyển giao là các chức năng đặc biệt quan trọng so với các hệ thống thông tin di động trước đó. Chương 3 MÔ HÌNH THIẾT KẾ TÍNH TOÁN QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN UMTS 3G 3.1 GIỚI THIỆU VỀ QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN 3.1.1 Nguyên lý chung Quá trình quy hoạch mạng vô tuyến được tiến hành trên cơ sở yêu cầu của các thông số được thiết lập và là công việc phức tạp nhất trong việc quy hoạch mạng. Công việc quy hoạch mạng vô tuyến bao gồm: định cỡ mạng, quy hoạch lưu lượng & vùng phủ chi tiết và tối ưu mạng. Quá trình quy hoạch và triển khai mạng được chỉ ra trong hình vẽ 3-1. Trong pha quy hoạch ban đầu (định cỡ mạng) cung cấp một sự đánh giá ban đầu nhanh nhất về kích cỡ của mạng và dung lượng của các thành phần. Định cỡ mạng phải thực hiện được các yêu cầu của nhà khai thác về vùng phủ, dung lượng và chất lượng dịch vụ. Trong pha quy hoạch chi tiết, mật độ site đã định cỡ được xử lý trên bản đồ số để giới hạn về mặt vật lý các thông số của mạng. Ngoài ra việc tối ưu có thể được thực hiện bằng cách điều khiển nhiễu dưới dạng anten phù hợp, cấu hình site, sự chọn lựa vị trí, hay đặt nghiêng anten. Hơn nữa, các chỉ tiêu của mạng có thể tiến đến gần hơn các mục tiêu yêu cầu bằng cách sử dụng bộ khuếch đại MHA (mast head amplifier) hay các các loại phân tập. Khi mạng đi vào hoạt động, có thể quan sát hiệu suất của hệ thống qua việc đo đạc các thông số và kết quả các thông số đo được sẽ sử để hiển thị và tối ưu hóa mạng. Quá trình quy hoạch và tối ưu hóa mạng có thể thực hiện một cách tự động bằng cách sử dụng các công cụ thông minh và các phần tử mạng. Thông thường trong giai đoạn triển khai mạng ta thấy không thể tối ưu hệ thống như lúc quy hoạch mạng. Có rất nhiều nguyên nhân buộc phải thay đổi quy hoạch: không thể đặt Node-B đúng vị trí, nảy sinh các vấn đề về vùng phủ và chất lượng kết nối và tối ưu… Cuối cùng cần phản hồi kết quả thống kê và đo đạc được trong quá trình khai thác mạng lien quan đến điều chỉnh quy hoạch, mở rộng vùng phủ, dung lượng và nhu cầu dịch vụ trên cơ sở thực tế cho nhóm kỹ thuật chịu trách nhiệm thiết kế Hình 3-1 Quá trình quy hoạch và triển khai mạng WCDMA 3.1.2 Một số đặc điểm cần lưu ý trong quy hoạch mạng 3.1.2.1 Dự báo Dự báo là bước đầu tiên và quan trọng trong quá trình quy hoạch và triển khai thành công một hệ thống thông tin di động. Tùy theo việc quy hoạch mạng là mới hay phát triển từ nền tảng mạng hiện có mà dự báo nhu cầu dịch vụ có thể thực hiện khác nhau. Dự báo bao gồm: - Dự báo nhu cầu dịch vụ/thuê bao: Mục tiêu chính của dự báo thuê bao là đánh giá tổng số thuê bao trong thị trường cần phục vụ. Đối với mạng WCDMA có khả năng cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau cho từng đối tượng khác nhau nên cần tiến hành theo từng kiểu thuê bao. Dự báo có thể chia thành các bước sau: + Xác định mục tiêu dự báo: gồm các mục tiêu như nhu cầu dân cư, nhu cầu cơ quan, vùng mục tiêu (tỉnh/thành phố hay toàn quốc), khuông khổ dự báo (5năm, 10 năm , 15 năm…) + Xác định số liệu cần thu thập: Mật độ điện thoại, điều tra dân số, điều tra về doanh nghiệp, mức thu nhập, tốc độ tăng trưởng, quy hoạch phát triển tỉnh/thành phố. + Phân tích xu hướng của nhu cầu: xu hướng phát triển của nhu cầu đối với các dịch vụ phân tích theo các quan điểm: mật độ điện thoại, các đặc điểm riêng của vùng và so sánh với các quốc giá khác.. + Phương pháp dự báo: có thể thực hiện theo một phương pháp hoặc kết hợp các phương pháp. Thông thường có 02 phương pháp là: dự báo theo chuỗi thời gian và theo mô hình hóa. - Dự báo lưu lượng: Dự báo lưu lượng là bước đầu tiên cần thực hiện trong quá trình quy hoạch mạng. Dự báo lưu lượng có thể dựa trên cơ sở xu thế của các mạng di động khác đã được khai thác. Dự báo lưu lượng bao gồm dự báo sử dụng lưu lượng voice và data. - Dự phòng cho tương lai: Trong thực tế cho thấy sự phát triển nhanh của thuê bao và các dịch vụ mới khiến các nhà khai thác mạng luôn phải đối mặt với các khó khăn không nhỏ. Do đo việc quy hoạch cho tương lai là rất cần thiết và rất quan trọng để tránh việc mở rộng thường xuyên, bởi vì dự phòng cho phép cung cấp lưu lượng bổ sung trong trường hợp thuê bao tăng trưởng nóng hay sự đột biến về lưu lượng tại một thời điểm. 3.1.2.2 Quy hoạch vùng phủ vô tuyến Nhiệm vụ chính của phấn tích vùng phủ là làm thế nào để xác định được: nơi nào cần phủ sóng, kiểu phủ sóng mỗi vùng. Thông thường ta cần phủ sóng trước hết các khu vực quan trọng: Các khu thương mại, khu công nghiệp, vùng có mật độ dân cư cao. Vè thế cần hiểu rõ mật độ dân cư, phân biệt ranh giới các vùng: thành phố, ngoại ô, nông thôn, khu thương mại, khu công nghiệp, nhà ở… Đối với hệ thống thông tin di động 3G ngoài các tiêu chí trên, ta cần phải xét đến: các loại dịch vụ cần cung cấp ở vùng đang xét và vùng phủ sóng hiệu dụng của cell sẽ chịu ảnh hưởng của tốc độ số liệu. Sau khi đã nắm được yêu cầu vùng phủ, tiếp theo ta tiến hành quy hoạch vùng phủ thông qua xem xét các yếu tố sau: Lựa chọn mô hình truyền sóng, tính quỹ đường truyền, quy hoạch vị trí cell. Trong đó quy hoạch vị trí cell là bước quan trọng trong việc quy hoạch hệ thống WCDMA bởi vì nó sẽ đảm bảo mỗi trạm thu phát xây dựng sẽ đáp ứng được các tiêu chí chất lượng đề ra, tránh việc xây dựng ở các vị trí không đảm bảo. 3.1.2.3 Nhiễu từ nhiều nhà khai thác khác Trong môi trường có nhiều mạng UMTS hoạt động với các tần số gần nhau, tín hiệu có thể gây nhiễu lẫn nhau làm ảnh hưởng đến chất lượng, vùng phủ và dung lượng mạng. Nhiễu này được gọi là nhiễu kênh lân cận và để tránh nhiễu có thể sử dụng các biện pháp sau: - Đặt anten Node-B lý tưởng: - Giảm độ nhạy máy thu - Điều chỉnh khoảng cách giữa các sóng mang. - Chuyển giao gữa các tần số. 3.2 QUY HOẠCH ĐỊNH CỠ MẠNG Định cỡ mạng vô tuyến WCDMA là một quá trình quy hoạch ban đầu nhờ đó mà cấu hình của mạng và quy mô các thiết bị mạng được tính toán dựa vào các yêu cầu của nhà khai thác. Các yêu cầu của nhà khai thác liên quan đến các đặc điểm sau: - Vùng phủ: + Vùng phủ sóng. + Thông tin về loại vùng phủ sóng. + Điều kiện truyền sóng. - Dung lượng: + Phổ sẵn có. + Dự đoán sự tăng trưởng số thuê bao. + Thông tin mật độ lưu lượng. - Chất lượng dịch vụ (QoS): + Xác suất vị trí các vùng (khả năng phủ sóng). + Xác suất nghẽn. + Thông lượng người sử dụng đầu cuối. Mục tiêu của pha định cỡ mạng là tính toán mật độ site và cấu hình site yêu cầu cho các vùng phủ quan tâm. Trong đó bao gồm các bước cụ thể sau: 3.2.1 Tính toán vùng phủ sóng Trên cơ sở phân tích vùng phủ sóng, tính toán quỹ đường truyền theo hướng Uplink hoặc downlink, ta tính bán kính cell vùng phủ sóng theo mô hình sau: Hình 3-2 Quá trình tính bán kính vùng phủ sóng 3.2.1.1 Phân tích vùng phủ Quá trình phân tích vùng phủ vô tuyến là thực hiện khảo sát các địa điểm cần phủ sóng và kiểu vùng phủ cần cung cấp cho các địa điểm này. Các loại vùng phủ thông thường được xét như: các vùng thương mại-du lịch, các vùng dân số có mật độ dân số cao và các đường cao tốc chính. Do vậy cần phải có các thông tin về các vùng cần phủ sóng. Các thông tin có thể dựa trên bản đồ, các số liệu thống kê, dự báo như: mật độ dân cư (thành phố, ngoại ô, nông thôn), khu thương mại-du lịch, khu công nghiệp… Mục đích của quá trình khảo sát này bao gồm: - Để đảm bảo cung cấp một dung lượng phù hợp cho các vùng này - Biết được đặc điểm truyền sóng của vùng để xác định môi trường truyền sóng vì mỗi môi trường sẽ có tác động trực tiếp đến mô hình truyền sóng. Các thông tin về vùng phủ sẽ được dùng để chuẩn bị bước quy hoạch vùng phủ ban đầu. Thông thường quy hoạch vùng phủ sóng WCDMA thường quan tâm đến các loại hình phủ sóng sau: Bảng 3-1 Các loại hình phủ sóng phổ biến Vùng phủ sóng Đặc điểm Dense urban (Đô thị đông đúc) Thông thường đây là khu vực đông dân cư với nhiều nhà cao tầng, là khu trung tâm với văn phòng và các trung tâm mua sắm, giải trí, nhà ga… Urban (Đô thị) Thông thường đây là các khu vực đường phố và cây xanh xen kẽ một vài tòa nhà cao tầng, các tòa nhà cao tầng cách xa nhau Sub Urban (Ngoại ô) Khu ngoại ô với các nhà vườn và công viên, khu nghỉ dưỡng… Rural (nông thôn) Khu vực nông thôn Một yếu tố nữa cũng ảnh hưởng đến vùng phủ sóng là xác định vùng phủ theo dịch vụ. Như đã biết hệ thống WCDMA là hệ thống đa truy nhập dịch vụ với cấu trúc đa kênh có thể sử dụng được nhiều dịch vụ. Một số dịch vụ chính thường dùng trong hệ thống truy nhập WCDMA: Bảng 3-2 Các loại loại dịch vụ chính của WCDMA Kiểu kênh Dịch vụ hỗ trợ CS 12.2K Voice CS 64K Video Phone PS 64K Email, Web PS 384K Email, Web ,Video Streaming, Mobil TV HSPA Best Effort service  Ứng với mỗi loại hình dịch vụ sẽ có bán kính phục vụ tương ứng phụ thuộc vào mã trải phổ, công suất phát cực đại và chất lượng dịch vụ yêu cầu. Tùy theo mỗi khu vực và dự báo nhu cầu sử dụng dịch vụ thì sẽ có các bán kính phục vụ khác nhau, chẳng hạn như hình dưới đây sẽ mô tả bán kính tối đã của các loại dịch vụ (ứng trường hợp dịch vụ sử dụng liên tục) Hình 3-3 Vùng phủ sóng của cell theo các loại dịch vụ khác nhau. Từ các yêu cầu về vùng phủ theo nhu cầu dịch vụ và kiểu vùng phủ, vấn đề tiếp theo trong việc định cỡ mạng là tính quỹ đường truyền vô tuyến. Quỹ đường truyền vô tuyến đặc trưng cho từng loại dịch vụ, tức là mỗi loại dịch vụ yêu cầu một quỹ đường truyền nhất định đảm bảo đáp ứng các yêu cầu đặt ra. 3.2.1.2 Tính toán quỹ đường truyền vô tuyến. Cũng giống như các hệ thống thông tin di động tế bào khác, quỹ đường truyền trong hệ thống WCDMA dùng để tính toán suy hao đường truyền cho phép lớn nhất để tính toán vùng phủ (tính bán kính cell) của một trạm gốc và trạm di động. Các thành phần để tính suy hao cho phép lớn nhất của tín hiệu từ trạm phát đến trạm thu gọi là quỹ đường truyền. Quỹ đường truyền tổng quát cho cả đường lên và đường xuống bao gồm các thành phần sau: (a) Công suất máy phát (dBm): (a1) Công suất máy phát trung bình trên một kênh lưu lượng (dBm): là giá trị trung bình của công suất phát tổng trên một chu trình truyền dẫn với công suất phát cực đại lúc bắt đầu phát. (a2) Công suất máy phát cực đại trên một kênh lưu lượng (dBm): công suất tổng cộng tại đầu ra của máy phát cho một kênh lưu lượng đơn. (a3) Công suất máy phát tổng cộng cực đại (dBm): tổng công suất phát cực đại của tất cả các kênh. (b) Tổn hao do ghép, giắc cắm và do cáp(máy phát) (dB): suy hao tổng cộng của tất cả các thành phần của hệ thống truyền dẫn giữa đầu ra của máy phát và đầu vào anten. (c) Tăng ích anten phát (dBi): tăng ích cực đại của anten phát trong mặt phẳng ngang (xác định theo dB so với một vật phát xạ đẳng hướng). (d) EIRP của máy phát (dBm): (d1) EIRP của máy phát trên một kênh lưu lượng (dBm): tổng công suất đầu ra máy phát cho một kênh (dBm), các suy hao do hệ thống truyền dẫn (-dB) và tăng ích anten máy phát (dBi) theo hướng bức xạ cực đại. (d2). EIRP của máy phát: tổng của công suất máy phát của tất cả các kênh (dBm), các suy hao do hệ thống truyền dẫn (-dB), và tăng ích anten phát (dBi). (e). Tăng ích anten thu (dBi): tăng ích tối đa của anten thu trong mặt phẳng ngang; nó được xác định theo dB so với một vật phát xạ đẳng hướng. (f). Tổn hao do bộ chia, đầu nối và do cáp (Máy thu) (dB): bao gồm các tổn hao của tất cả các thành phần trong hệ thống truyền dẫn giữa đầu ra của anten thu và đầu vào của máy thu . (g). Hệ số tạp âm máy thu (dB): hệ số tạp âm của hệ thống thu tại đầu vào máy thu. (h) (H). Mật độ tạo âm nhiệt, N0(dBm/Hz): công suất tạp âm trên một Hz tại đầu vào máy thu. Lưu ý rằng (h) là đơn vị logarit còn (H) là theo đơn vị tuyến tính. (i) (I). Mật độ nhiễu máy thu I0 (dBm/Hz): công suất nhiễu trên một Hz tại đầu vào máy thu. Nó tương ứng với tỷ số công suất nhiễu trong dải trên độ rộng băng tần. Lưu ý (i) là theo đơn vị logarit và (I) theo đơn vị tuyến tính. Mật độ nhiễu máy thu I0 đối với đường xuống là công suất nhiễu trên một Hz tại máy thu MS ở biên giới vùng phủ sóng, trong một cell phía trong. (j) Mật độ tạp âm nhiễu hiệu dụng tổng cộng (dBm/Hz): tổng logarit của mật độ tạp âm máy thu và hệ số tạp âm máy thu cộng số học với mật độ nhiễu máy thu. (k). Tốc độ thông tin (10log10(Rb)) (dBHz): tốc độ bit của kênh theo (dBHz); việc lựa chọn Rb phải phù hợp với các giả thiết Eb. (l) Tỷ số Eb/(N0+I0) yêu cầu (dB): tỷ số giữa năng lượng thu được của một bít thông tin trên mật độ công suất nhiễu và tạp âm hiệu dụng cần thiết để thoả mãn được các mục tiêu về chất lượng. (m). Độ nhạy máy thu (j+k+l) (dBm): mức tín hiệu cần đạt được tại đầu vào máy thu để có được tỷ số Eb/(N0+I0) yêu cầu. (n) Độ lợi/ Suy hao chuyển giao (dB): độ lợi/suy hao (÷) do việc chuyển giao để duy trì độ tin cậy cụ thể tại biên giới cell. (o) Tăng ích (độ lợi) phân tập (dB): tăng ích hiệu dụng đạt được nhờ sử dụng các kỹ thuật phân tập. Nếu tăng ích phân tập đã được gộp trong Eb/(N0+I0), thì nó sẽ không được đưa thêm ở đây. (o’) Các tăng ích khác (dB): các tăng ích phụ, ví dụ như đa truy nhập phân tập theo không gian có thể tạo thêm tăng ích anten. (p) Độ dự trữ phadinh chuẩn Log (dB): được xác đinh tại biên giới cell đối với các cell riêng lẻ ứng với độ dự trữ yêu cầu để cung cập xác suất phủ sóng xác định trên các cell riêng lẻ. (q). Suy hao đường truyền tối đa (dB): suy hao tối đa để cho phép để máy thu có thể thu được tín hiệu từ máy phát tại biên giới cell: Suy hao tối đa = d1–m+(e-f)+o+o’+n-p (r). Bán kính tối đa, Rmax (km): được tính toán cho mỗi hoàn cảnh triển khai, nó được xác định bằng bán kính ứng với suy hao tối đa. Trong WCDMA, có một số các thông số đặc biệt trong quỹ đường truyền mà không được sử dụng trong hệ thống truy nhập vô tuyến của GSM, đó là: - Độ dự trữ nhiễu: Độ dữ trữ nhiễu là một hàm số của tổng cộng tải trong cell. Tải của cell và hệ số tải tác động nên vùng phủ, nên cần phải có độ dự trữ nhiễu. Nếu cho phép tải trong hệ thống càng lớn, độ dữ trữ nhiễu cần thiết cho đường lên càng lớn và vùng phủ càng nhỏ. Giá trị tải tổng cộng có ảnh hưởng trực tiếp đến vùng phủ cell và vì thế mà ảnh hưởng gián tiếp đến chất lượng của các dịch vụ. Quan hệ giữa hệ số tải và độ dự trữ nhiễu như sau: - Độ dự trữ Fading chậm và độ lợi chuyển giao mềm: Chuyển giao mềm hay ứng cung cấp một độ lợi chống lại Fading chậm bằng cách giảm độ dự trữ Fading chuẩn log yêu cầu. Do trên thực tế Fading chậm một phần không tương quan giữa các cell và bằng cách thực hiện chuyển giao, máy di động có thể chọn lựa một liên kết thông tin tốt hơn. Hơn nữa, chuyển giao mềm đem lại một độ lợi phân tập bổ sung chống lại Fading nhanh bằng cách giảm Eb/N0 tuỳ theo liên kết vô tuyến đơn do tác dụng của việc kết hợp phân tập macro. Việc dự trữ Fading chậm theo yêu cầu sẽ đánh giá được xác xuất vùng phủ sóng như sau: Fngưỡng Hàm xác xuất vùng phủ: P COVERAGE (x) = P [F(x) > Fngưỡng ] Received Signal Level [dBm] Xác xuất bao phủ SFM yêu cầu Không có SFM Có SFM Hình 3-4 Ảnh hưởng của SFM đến vùng phủ sóng. Thông thường trong các hệ thống WCDMA, thì SFM có giá trị và ảnh hưởng đến hiệu suất vùng phủ như sau: Bảng 3-3 Giá trị SFM thông dụng. Dense urban Urban Suburban Rural Hiệu suất phủ sóng 95% 95% 90% 90% Shadow fading Margin, dB 6 6,06 4,1 3,8 - Độ dự trữ Fading nhanh (khoảng hở điều khiển công suất): Một số khoảng hở cần cho công suất phát của trạm di động để duy trì việc điều khiển công suất hợp lý. Thông số này được áp dụng một cách đặc biệt cho MS di chuyển chậm mà tại đó điều khiển công suất nhanh có thể bù Fading nhanh một cách hiệu quả. Ngoài ra đê tính toán quỹ đường truyền vô tuyến, cần quan tâm đến các giả định thông số như suy hao, độ lợi, công suất phát…điển hình như các thông số sau: Bảng 3-4 Thông số giả định của MS. Thoại & Data tốc độ thấp Data tốc độ cao Công suất phát lớn nhất 21-22 dBm 24 dBm Tăng ích anten 0 dBi 2 dBi Suy hao cơ thể 3 dB 0 dB Bảng 3-5 Thông số giả định của Node-B. Hình dạng nhiễu 2,1 dB tại tần số 2,1GHz Tăng ích anten 18 dBi E0/N0 yêu cầu CS 12,2: 4,3 dB (GoS: 0,01%) CS 64: 2,8 dB (GoS: 0,01%) PS 64: 1,4 dB (BLER: 1%) PS 128 : 1 dB (BLER: 1%) PS 384 : 1,5 dB (BLER: 1%) Suy hao cáp 0,5 dB khi sử dụng TMA 3 dB khi không sử dụng TMA Ngoài ra yếu tố anten ảnh hưởng đến quỹ công suất đường truyền chính là độ cao anten. Thông thường khi thực hiện lắp đặt hệ thống WCDMA từ hệ thống 2G hiện có thì anten thường được lắp đặt chung với cột anten của hệ thống 2G, với cơ sở hạ tầng hiện có của các mạng di động tại Việt Nam thì độ cao anten của hệ thống mới theo loại vùng phủ sẽ có giá trị như sau: Bảng 3-6 Thông số độ cao anten theo vùng phủ sóng. Loại vùng phủ Độ cao Anten Dense Urban 25~30 m Urban 30~35 m Suburban 35~40 m 3.2.1.3 Tính toán bán kính cell. Sau khi tính được suy hao đường truyền lớn nhất và có được độ dữ trữ fading chậm cần thiết thì bán kính cell R có thể được tính cho mô hình truyền sóng đã biết, chẳng hạn như mô hình Okumura-Hata, Walfish-Ikegami. Khi bán kính phú sóng của cell được xác định thì có thể tính được diện tích phủ sóng của cell (phụ thuộc vào cấu hình Sector của Node-B) theo công thức : S = K . R2 Với K là hệ số ứng với số Sector trong cell có giá trị như sau: Bảng 3-7 Giá trị K theo cấu hình site. Cấu hình site Vô hướng 2 Sector 3 Sector 6 Sector K 2,6 1,3 1,95 2,6 Từ các thông số và đặc điểm đã nêu trên, ta có một mô hình tính toán quỹ đường truyền vô tuyến tương ứng với các loại dịch vụ khác nhau và từ đó đưa ra được bán kính cell phù hợp. Dưới đây mô tả một ví dụ tham khảo về cách tính R (cell) dựa trên các yêu cầu về độ phủ sóng cho các loại dịch vụ tương ứng với từng loại vùng phủ khác nhau của khu vực thành phố, cụ thể: Bảng 3-8 Bảng tính R-Cell tham khảo. Scenarios Dense Urban Urban Suburban Link Budget Formula Continuous coverage service CS64 CS64 CS12,2 a Tx Max. NodeB transmit power(dBm) 43 43 43 Max. TCH transmit power (dBm) 22 22 22 b Cable loss Tx (dB) 0 0 0 c Body loss Tx (dB) 0 0 0 d Antenna gain Tx (dBi)  0 0 0 e EIRP (dBm) 22 21 21 f = b – c - d + e Rx Antenna gain Rx (dBi) 18 18 18 g Cable loss Rx (dB) 0,5 0,5 0,5 h Body loss Rx (dB) 0 0 0 i Noise figure (dB) 2,1 2,1 2,1 j=h+1.6 Required Eb/No (dB) 2,8 2,8 4,3 k Receiver sensitivity (dBm) -121,04 -121,04 -126,74 l = -174+j+k+10*log10(a*1000) Target load 50% 50% 50% M Interference margin (dB) 3,01 3,01 3,01 n= -10*log10(1-m) Fast fading margin (dB) 1,8 1,8 1,8 o Penetration loss (dB) 19 15 10 q Area coverage probability 0,95 0,95 0,9 Slow fading margin (dB) 6 6,06 4,1 r Path loss (dB) 130,73 135,17 146,83 S = f+g–I–l–n–o–q-r Cell radius NodeB antenna height (m) 30 35 35 Propagation model used Cost 231-Hata Cost 231-Hata Cost 231-Hata Cell radius (km) 0,53 0,93 3,42 3.2.2 Phân tích dung lượng 3.2.2.1 Giới thiệu mô hình tính toán dung lượng Erlang-B Dựa vào quỹ đường truyền và sử dụng mô hình truyền sóng phù hợp sẽ tính được vùng phủ ban đầu. Tuy nhiên đây chỉ là một phần quy hoạch ban đầu. Bước tiếp theo là việc quy hoạch là tính toán dung lượng của hệ thống tối đa từ đó xem xét có hiệu quả để hỗ trợ tải hay dung lượng dự kiến ban đầu không. Thực tế không thể đạt được tải cell bằng 100% lý tưởng mà tải cell chỉ đạt được khoảng 60%-70%. Nếu thực chưa đạt yêu cầu thì cần phải quay lại bước ban đầu để định cỡ bổ sung thêm số trạm hoặc thực hiện nâng cấp/mở rộng thêm dung lượng tại các trạm sao cho đảm bảo được chi phí đầu tư mà vẫn thỏa mãn được các yêu cầu kỹ thuật đạt ra. Một mô hình tính toán dung lượng thiết bị cần thiết nhằm thỏa mãn được nhu cầu dịch vụ của thuê bao với giá thành triển khai lắp đặt càng nhỏ đó chính là kỹ thuật lưu lượng. Kỹ thuật lưu lượng viễn thông nghiên cứu việc tối ưu cấu trúc mạng và điều chỉnh số lượng thiết bị được xác định trên cơ sở lưu lượng. Trong phạm vi đề tài, ta sẽ đi vào tìm hiểu ứng dụng mô hình lưu lượng Erlang-B. Mô hình Erlang-B được mô tả bởi các yếu tố sau: - Cấu trúc: có n kênh đồng nhất hoạt động song song và được gọi là một nhóm đồng nhất. - Chiến lược: Một cuộc gọi đến hệ thống được chấp nhận nếu có ít nhất một kênh rỗi. Nếu hệ thống bận thì cuộc gọi sẽ bị từ chối mà không gây một ảnh hưởng nào sau đó. - Lưu lượng: Lưu lượng phát sinh được định nghĩa là tỉ số giữa cuộc gọi trung bình trên cường độ phục vụ trung bình. Khi đó lưu lượng của một thuê bao A được tính theo công thức sau: (4.3) Trong đó: A: lưu lượng thuê bao A n: số cuộc gọi trung bình trong một giờ T: thời gian trung bình của một cuộc gọi tính bằng giây (s) Giả sử tính lưu lượng của thuê bao A có trung bình 1 cuộc gọi 15 phút trong một giờ, khi đó lưu lượng của thuê bao A sẽ là: + n = 1 + T = 15 x 60s = 900 (s) => - Một số định nghĩa cho mô hình Erlang: + Hệ thống tiêu hao: Đây là hệ thống mà các thuê bao sẽ bị từ chối thực hiện cuộc gọi khi hệ thống đầy tải + Hệ thống theo kiểu đợi: Đây là hệ thống mà các thuê bao sẽ được chờ thực hiện cuộc gọi khi hệ thống đầy tải. + Đơn vị lưu lượng: Erlang là đơn vị đo mật độ lưu lượng. Một Erl mô tả tổng lưu lượng trong một giờ. + Cấp độ phục vụ (GoS): là đại lượng thể hiện số % cuộc gọi không thành công đối với hệ thống tiêu hao. Còn trong hệ thống đợi thì GoS là số % cuộc gọi thực hiện chờ gọi lại. 3.2.2.2 Các phương pháp chuyển đổi lưu lượng hệ thống UMTS theo mô hình Erlang Trong khuôn khổ của luận văn, chỉ xin trình bày cách chuyển đổi lưu lượng từ các loại hình dịch vụ khác nhau ra đơn vị Erlang, cụ thể như sau: - Lưu lượng dịch vụ thoại: Giả sử theo thống kê trung bình một tháng thuê bao gọi thoại là 240 phút. Khi đó để tính lưu lượng bình quân lưu lượng thoại trên mỗi thuê bao sẽ thực hiện như sau: + Số ngày thực hiện cuộc gọi thường xuyên trong tháng là: 22 ngày + Số phút bình quân trong ngày sẽ là: + Bình quân trong ngày có 8h bận nên số phút bình quân của một thuê bao trong 1h bận là: + Lưu lượng bình quân của một thuê bao sẽ là: - Lưu lượng dịch vụ data: Giả sử theo thống kê trung bình một tháng thuê bao thực hiện dịch vụ data với dung lượng gồm: 20MB Uplink với tốc độ 64 kbps và 50MB Downlink với các tốc độ 64 kbps, 128 kbps & 384 kbps. + Đối với Uplink: data bình quân trong giờ bận của một thuê bao sẽ là: + Đối với Downlink: data bình quân trong giờ bận của một thuê bao sẽ là: Khi sẽ thực hiện chia theo từng dịch vụ như sau: Dịch vụ (kbit/s) MB trên thuê bao trong một tháng Kbit/s trên thuê bao trong giờ bận 64k 20 MB 0.2586 kbit/s 128k 20 MB 0.2586 kbit/s 384k 10 MB 0.1293 kbit/s - Chuyển đổi dung lượng các dịch vụ sang đơn vị Erlang: ta có công thức chuyển đổi qua lại của quan hệ này như sau: Kbit/s = Erlang x tốc độ dịch vụ x Activity Factor Chẳng hạn ta có lưu lượng bình quân của dịch vụ CS 64 của một thuê bao là 0,182 kbit/s, AF=1. Lúc đó lưu lượng Erlang của mạng có 100K thuê bao cho dịch vụ CS 64 sẽ là: 3.2.2.3 Định cỡ dung lượng mạng Phần này sẽ trình bày tính toán sơ bộ dung lượng mạng theo yêu cầu ban đầu tương ứng với số lượng thuê bao đã được dự báo trước, cụ thể gồm: - Dự báo và xác định số thuê bao tối đa của mạng / khu vực - Tùy theo mô hình lưu lượng/thuê bao thì khi tính toán số kết nối (connection-Erlang) sẽ khác nhau cho mỗi loại dịch vụ - Sau khi có được dung lượng mạng tiến hành tính bình quân dung lượng của một Site và xác định dung lượng bình quân của một Site. Trong đó số lượng Site là số site đã tính được trong pha định cỡ vùng phủ sóng. Dưới đây mô tả một ví dụ tham khảo về cách tính dung lượng hệ thống (Erl) cho 100.000 thuê bao dựa trên các yêu cầu lưu lượng các loại dịch vụ tương ứng khác nhau của thuê bao tại khu vực thành phố, cụ thể: - Ta có lưu lượng hướng downling bình quân của của hệ thống 100 Ksub như sau: Bảng 3-9 Tính lưu lượng hệ thống tham khảo 1 Dịch vụ hướng Downlink Lưu lượng / thuê bao Tổng cộng lưu lượng mạng Voice 12,2k 22,7 mErlang 2270 Erlangs CS 64k 0,182 kbit/s 18,2 Mbit/s PS 64k 0,2586 kbit/s 25,86 Mbit/s PS 128k 0,2586 kbit/s 25,86 Mbit/s PS 384k 0,1293 kbit/s 12,93 Mbit/s - Chuyển đổi toàn bộ lưu lượng mạng sang đơn vị Erlang: Bảng 3-10 Tính lưu lượng hệ thống tham khảo 2 Dịch vụ hướng Downlink Lưu lượng / thuê bao Tổng cộng lưu lượng mạng Tổng cộng Erlang hoặc Connection % Connection Voice 12,2k 22,7 mErlang 2270 Erlangs 2270 54,7 % CS 64k 0,182 kbit/s 18,2 Mbit/s 284,4 6,8 % PS 64k 0,2586 kbit/s 25,86 Mbit/s 1010,2 24,3 % PS 128k 0,2586 kbit/s 25,86 Mbit/s 505,1 12,2 % PS 384k 0,1293 kbit/s 12,93 Mbit/s 84,2 2,0 % - Giả sử có 20 Connection trên một cell, ta có phân bổ số Connection trên cell và throughput cho các dịch vụ như sau: Bảng 3-11 Tính lưu lượng hệ thống tham khảo 3 Dịch vụ % Downlink Connection Phân bổ connection Throughput (kbit/s) Voice 12,2k 54,7 % 10,9 80,0 CS 64k 6,8 % 1,4 87,6 PS 64k 24,3 % 4,9 124,5 PS 128k 12,2 % 2,4 124,5 PS 384k 2,0 % 0,4 62,3 3.3 QUY HOẠCH VÙNG PHỦ VÀ DUNG LƯỢNG CHI TIẾT Phần này sẽ trình bày việc hoạch định chi tiết vùng phủ và dung lượng. Trong pha hoạch định cỡ ban đầu đã xác định được số lượng Site và cấu hình sơ bộ của mạng. Đến pha hoạch đinh chi tiết, cần dữ liệu truyền thực tế từ các vùng đã hoạch định, cùng với mật độ người sử dụng được dự báo và lưu lượng người sử dụng. Các thông tin về các site trạm gốc đang tồn tại cũng cần để tận dụng các sự đầu tư cho các site đã có. Đầu ra của hoạch định chi tiết vùng phủ và dung lượng là vị trí trạm gốc, cấu hình và các thông số. Cụ thể việc quy hoạch vùng phủ và dung lượng chi tiết theo các bước sau: 1/ Dự báo và xác định phân bố thuê bao tại từng khu vực cụ thể. 2/ Sau khi có được bình quân dung lượng của một Site ở pha định cỡ, tiến hành tính toán lại tải cell theo số lượng thuê bao phân bố cụ thể tại site. Nếu tải của Site đáp ứng yêu cầu theo dung lượng đã định trước thì xem như đạt yêu cầu. Nếu khác thì cần phải tính lại như tăng số Site hoặc nâng cấp mở rộng dung lượng Site. 3/ Sau khi có được dung lượng của site theo dung lượng phục vụ thuê bao ở trên. Tiến hành lựa chọn vị trí site và các thông số của Site. Một số thông tin về các Site cần đưa ra trong quá trình này như sau: - Vị trí của Site gồm: tọa độ, địa chỉ, loại vùng phủ yêu cầu - Xác định được nhu cầu dịch vụ - Khảo sát hiện trạng vùng phủ và vùng phủ yêu cầu lên bản đồ - Thiết kế mạng: cấu hình mạng và dung lượng mạng truy nhập, dung lượng các giao diện kết nối… - Lựa chọn thiết bị: Cấu hình trạm, anten, phụ trợ… 3.4 TỐI ƯU MẠNG Tối ưu mạng là một quá trình để cải thiện toàn bộ chất lượng mạng khi đã thử nghiệm bởi các thuê bao di động và đảm bảo rằng các nguồn tài nguyên mạng được sử dụng một cách hiệu quả. Quá trình tối ưu bao gồm: - Đo đạc hiệu năng (các chỉ tiêu kỹ thuật). - Phân tích các kết quả đo đạc. - Điều chỉnh mạng. Giai đoạn đầu của quá trình tối ưu mạng là định nghĩa các tiêu chí hiệu năng chính bao gồm các các kết quả đo ở hệ thống quản lý mạng và số liệu đo ngoài hiện trường hay bất kỳ thông tin khác có thể sử dụng để xác định chất lượng dịch vụ. Tiếp theo, việc phân tích các kết quả đo đạc nhằm mục đích phân tích chất lượng mạng để cung cấp cho nhà khai thác một bức tranh tổng quan về chất lượng và hiệu quả sử dụng. Phân tích chất lượng và báo cáo bao gồm việc lập kế hoạch về các trường hợp đo tại hiện trường và đo bằng hệ thống quản lý mạng. Sau khi đã đặc tả các chỉ tiêu chất lượng dịch vụ và đã phân tích số liệu thì có thể lập ra báo cáo điều tra. Đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 2, thì chất lượng bao gồm: thống kê các cuộc gọi bị rớt, phân tích nguyên nhân bị rớt, thống kê chuyển giao và kết quả đo các lần gọi thành công. Các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 có các dịch vụ rất đa dạng nên cần phải đưa ra các định nghĩa mới về chất lượng dịch vụ. Với sự trợ giúp của hệ thống quản lý và vận hành bảo dưỡng mạng (OSS) có thể phân tích thống kê hiệu suất mạng trong một khoảng thời gian đã sử dụng, hiện tại và dự báo cho tương lai. Ngoài ra, có thể phân tích hiệu suất thông qua các thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến RRM và các thông số của chúng KPI điển hình như: tổng công suất phát trạm gốc, tổng phí chuyển giao mềm; tốc độ ngắt cuốc gọi; trễ dữ liệu gói... Sau đó tiến hành so sánh KPI với các giá trị mục tiêu sẽ chỉ ra các vấn đề tồn tại của mạng để có thể tiến hành điều chỉnh mạng. Việc điều chỉnh mạng bao gồm: cập nhật các thông số RRM (ví dụ các thông số chuyển giao; các công suất kênh chung; số liệu gói); thay đổi hướng anten trạm gốc, có thể điều chỉnh hướng anten trạm gốc bằng bộ điều khiển từ xa trong một số trường hợp (như khi vùng chồng lấn với cell lân cận quá lớn, nhiễu cell cao và dung lượng hệ thống thấp). 3.5 CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG 3.5.1 Lưu đồ thuật toán 3.5.2 Giao diện chương trình 3.5.3 Tính toán mô phỏng Tham khảo kết quả tính toán quy hoạch cho mạng vô tuyến UMTS 3G Vinaphone khu vực Tp Đà Nẵng ở chương 5 và phụ lục 3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG Quy hoạch mạng thông tin di động 3G WCDMA là vấn đề hết sức quan trọng, nó ảnh hưởng đến khả năng cung cấp dịch vụ, hiệu quả kinh tế đối với nàh khai thác. Đây là việc khá phức tạp và sự kết hợp hài hòa giữa nhiều yếu tố. Trong khuôn khổ chương này không thể trình bày hết các yếu tố mà chỉ đưa ra các vấn đề cốt lõi mang tính định hướng, gợi mở cho các nhà hoạch định khi quy hoạch mạng WCDMA, trong đó quá trình định cỡ mạng được trình bày tương đối chi tiết bằng việc phân tích tính toán quỹ đường truyền vô tuyến để đưa ra được số trạm gốc, phạm vi phủ sóng của Node-B hay bán kính của cell. Việc phân tích dung lượng bao gồm việc đưa ra mô hình lưu lượng và cách chuyển đổi các loại dịch vụ khác nhau cũng như phương pháp tính dung lượng mạng vô tuyến. Và cuối cùng là đưa ra một chương trình tính toán mô phỏng quy hoạch mạng đưa ra các kết quả theo yêu cầu như: bán kính cell, số lượng Site, dung lượng mạng/Site.. Chương 4 HIỆN TRẠNG MẠNG VINAPHONE VÀ ĐỊNH HƯỚNG TRIỂN KHAI MẠNG UMTS 3G 4.1 TỔNG QUAN MẠNG VINAPHONE 4.1.1 Tình hình phát triển của Vinaphone năm 2008 Cùng hòa chung với sự tăng trưởng mạnh không ngừng của phát triển kinh tế xã hội Việt Nam nói chung và thị trường viễn thông nói riêng, trong những năm qua Công ty Dịch vụ Viễn thông đã có nhiều phát triển vượt bậc đưa mạng Vinaphone cùng với Mobile-Phone, Viettel trở thành các mạng cung cấp dịch vụ thông tin di động lớn tại Việt Nam về quy mô phát triển thuê bao cũng như hạ tầng mạng: trong năm 2008 đã phát triển mới thêm 7.477.600 thuê bao, đầu tư mới hơn 3000 BTS để mở rộng vùng phủ sóng và sẵn sàng triển khai công nghệ EDGE, 5.000K thuê bao cho phần Core. Vinaphone cũng đã cung cấp thêm đầu số thứ 4 là 0125 (03 đầu số hiện có là 091, 094 và 0123). Đặc biệt với sự ra đời của dịch vụ G-Phone đã đáp ứng nhu cầu của khách hàng và khắc phục được những hạn chế về địa hình, về đầu tư xây dựng hạ tầng mạng tại vùng nông thôn, miền núi, hải đảo và có mức giá cước phù hợp với khách hàng có thu nhập thấp. Tính đến cuối năm 2008, tổng số thuê bao thực hiện đang hoạt động trên mạng của Vinaphone lên con số gần 15,5 triệu thuê bao (chiếm 23,4% tổng thị phần so với các mạng còn lại), trên 9.000 BTS phủ sóng toàn bộ 63/63 tỉnh thành với nhiều loại hình dịch vụ cung cấp phong phú phù hợp với mọi đối tượng sử dụng: dịc