Tổng quan về hệ thống di động 3g

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG DI ĐỘNG 3G XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA THỊ TRƯỜNG DI ĐỘNG Thị trường di động những năm trở lại đây đang phát triển ngày một sôi động hơn, thể hiện qua sự phát triển của các nhà khai thác và cung cấp dịch vụ, sự lớn mạnh không ngừng của các hãng sản xuất thiết bị, và sự gia tăng số lượng thuê bao di động. Hiện nay có hơn 580 mạng GSM đang hoạt động hơn 200 nước-vùng lãnh thổ trên Thế giới, thêm vào đó là số lượng lớn người sử dụng hệ thống PDC của Nhật, các chuẩn D-AMPS và CDMA. Như vậy có tới 49% thuê bao GSM, và nhu cầu sử dụng các dịch vụ đa truyền thông trên môi trường di động như MMS, điện thoại hình, hội nghị truyền hình, trao đổi dữ liệu, gửi và nhận ảnh chất lượng cao, truy nhập LAN, truy nhập Internet, Intranet... là rất lớn, do đó giải pháp nâng cấp GSM lên 3G là tất yếu. Theo bản báo cáo mới nhất của Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU), trong năm 2010 số lượng thuê bao điện thoại di động toàn cầu sẽ chạm ngưỡng 5 tỉ, nhờ vào sự phát triển vượt bậc của các dòng điện thoại thông minh trong thời gian gần đây, và sự tăng trưởng mạnh từ các dịch vụ viễn thông tại các quốc gia đang phát triển. Theo ITU, số lượng thuê bao toàn cầu đã đạt khoảng 600 triệu trong năm 2009, và con số này đã lên tới 1 tỉ thuê bao tính tới thời điểm hiện nay. Ông Hamadoun Toure - Tổng thư ký ITU cho biết "Ngay cả trong cuộc khủng hoảng kinh tế toàn cầu vừa diễn ra, ITU vẫn thấy rằng nhu cầu liên lạc của người dùng vẫn không hề giảm, mà trái lại nó còn có xu hướng tăng lên". Dự đoán đến cuối năm 2010 số lượng thuê bao toàn cầu sẽ đạt khoảng 4,6 tỉ. Theo Bộ  Thông tin và Truyền thông cho biết thì Bộ chỉ cấp giấy phép 3G cho bốn nhà khai thác. Tiêu chí quan trọng để được cấp giấy phép 3G là tài chính và đầu tư (các mạng phải chứng minh đủ vốn để đầu tư vào mạng lưới, cơ sở hạ tầng 3G trong 15 năm, với chi phí không dưới 1 tỷ USD); kỹ thuật và nghiệp vụ (chứng minh đủ  trình độ, năng lực triển khai mạng nhanh nhất, phủ sóng rộng nhất, kể cả những vùng sâu, vùng xa, bảo đảm an ninh quốc phòng...); kinh doanh thương mại (tổ chức tốt hệ thống bán hàng, phân phối, có mức giá phù hợp, kế hoạch kinh doanh hiệu quả); nhân lực - đào tạo (có đội ngũ cán bộ đủ trình độ để triển khai cung cấp dịch vụ). Năm 2009, là năm chứng kiến sự thay đổi lớn nhất của viễn thông di động khi các doanh nghiệp đã chính thức thương mại hóa các dịch vụ 3G. Theo đó, VinaPhone đã chính thức cung cấp dịch vụ 3G từ tháng 10 năm 2009, MobiFone ra mắt 3G vào tháng 12. Còn Viettel cũng bắt đầu thử nghiệm sóng 3G tại 18 tỉnh thành cả nước từ đầu tháng 12. Phát triển 3G là đồng nghĩa với việc phát triển các dịch vụ gia tăng và nội dung số. Tính đến hết năm 2009, con số thuê bao 3G mới khoảng 100.000. BMI dự báo trong năm 2010, các dịch vụ 3G vẫn chưa hứa hẹn sự bùng nổ do nhu cầu của người sử dụng là chưa nhiều và chi phí dịch vụ 3G hiện còn ở mức cao. Hiện tại, Chính phủ khuyến khích phát triển các dịch vụ viễn thông mới và cho phép các nhà cung cấp dịch vụ bắt tay, chia sẻ hạ tầng mạng. Đây sẽ là những yếu tố làm tăng tính cạnh tranh và thị trường phát triển nhanh hơn.BMI dự báo, con số thuê bao 3G sẽ đạt khoảng 4,5 triệu thuê bao vào năm 2013, chỉ chiếm khoảng 2% so với tổng số thuê bao di động hiện nay. Công ty nghiên cứu này cho rằng con số thuê bao 3G sẽ tăng cao hơn trong những năm tới nếu các nhà mạng mạnh tay cắt giảm thuê bao ảo. Năm 2009, doanh nghiệp viễn thông đã đầu tư rất mạnh cho 3G sau khi 4 doanh nghiệp được cấp phép triển khai 3G  từ tháng 8/2009 là Viettel, VinaPhone, MobiFone và liên doanh EVN & Hanoi Telecom. Các mạng di động đã cam kết đầu tư tối thiểu là 33.822 tỉ đồng (khoảng 2 tỉ đô la Mỹ) cho việc triển khai 3G ngay trong 3 năm đầu tiên. Ngoài ra, các mạng di động cũng phải đặt cọc số tiền là 8.100 tỉ đồng. Bộ Thông tin và Truyền thông cho hay tính đến hết năm 2009, các doanh nghiệp viễn thông đã đầu tư khoảng 60 ngàn tỉ đồng cho việc xây dựng và phát triển hạ tầng mạng. Thông tin do Information Telecoms and Media - World Cellular Information Service, dự báo về sự phát triển số lượng thuê bao 3G UMTS toàn cầu như sau: Hình 1. 1 : Dự báo phát triển số lượng thuê bao 3G UMTS toàn cầu. Không chịu ngồi yên trước sự phát triển đang hết sức nhanh chóng của thị trường di động Thế giới, thị trường di động Việt Nam trong vài năm trở lại đây cũng có những bước tiến rất đáng chú ý. Rõ nhất có lẽ là sự ra đời của hàng loạt các nhà cung cấp dịch vụ mới sử dụng công nghệ CDMA là S-Phone, EVN Telecom, làm cho thị phần di động của nước ta được chia nhỏ hơn và trở nên nhộn nhịp hơn. Trong khi đó các nhà cung cấp GSM là Mobiphone, Vinaphone, Viettel (Hiện tại mạng di động Viettel đã đạt số lượng hơn 10 triệu thuê bao), HT mobile (HT mobile chuyễn qua công nghệ GSM từ cuối 2007) và Gtel vẫn tiếp tục mở rộng mạng và tăng cường chất lượng dịch vụ nhằm cạnh tranh với các dịch vụ đa dạng mà các mạng CDMA có thể cung cấp. Nằm trong lộ trình đó thì lựa chọn lên 3G của các mạng GSM là cần thiết khi các mạng CDMA triển khai lên 2000 1x EV-DO. Hình 1. 2: Thị phần di động Việt Nam Và mới đây nhất là 2 nhà mạng mới được đưa vào khai thác ở nước ta đó là mạng VietnamMobile và mạng Beeline. Trong đó thì nhà mạng VietnamMobile đã ra mắt chính thức vào ngày 8/4/2009 và cho biết 4 điểm nổi trội trong dịch vụ di động mà họ đặt kỳ vọng sẽ hút khách hàng và cạnh tranh với các đối thủ khác trên thị trường đó là: Cách tính cước đơn giản nhất; chất lượng mạng tốt; mạng lưới phân phối khác biệt và dịch vụ chăm sóc khách hàng cũng khác biệt.Còn về nhà mạng Beeline (Công ty cổ phần Viễn thông di Động Toàn cầu (Gtel Mobile)) thì đưa ra mắt vào giữa tháng 7/2009 với bước khởi đầu thật đáng kỳ vọng. Chỉ sau 2 tháng 20 ngày từ khi giới thiệu sản phẩm, Beeline đã tạo lập “kỷ lục” mới trên chặng đường khẳng định sự lớn mạnh, với những con số ấn tượng về thuê bao và khách hàng, hơn 2 triệu sim phân phối ra thị trường, trong đó 1 triệu sim đã kích hoạt tính đến ngày 26.9 vừa qua. 1.2. CÁC YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI HỆ THỐNG 3G Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 WCDMA phải đáp ứng được nhu cầu sử dụng các dịch vụ truyền thông đa phương tiện (multimedia), với nhu cầu sử dụng nhiều hơn MMS thay cho SMS, Videophone thay cho thoại thông thường, nhu cầu truy cập internet, check mail trên di động,…Để đáp ứng được các dịch vụ đó, hệ thống mới phải đảm bảo một số yêu cầu sau: Mạng phải là mạng băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện, nghĩa là mạng phải đảm bảo được tốc độ bit lên tới 2 Mbps phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của máy đầu cuối: 2 Mbps dự kiến cho các dịch vụ cố định, 384 kbps khi đi bộ và 144 kbps khi đang di chuyển tốc độ cao. Mạng phải có khả năng cung cấp độ rộng băng tần (dung lượng) theo yêu cầu. Điều này xuất phát từ việc thay đổi tốc độ bit của các dịch vụ khác nhau. Ngoài ra cần đảm bảo đường truyền vô tuyến không đối xứng, chẳng hạn với tốc độ bit cao ở đường xuống và tốc độ bit thấp ở đường lên hoặc ngược lại. Mạng phải cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu, nghĩa là đảm bảo các kết nối chuyển mạch cho thoại, các dịch vụ video và các khả năng số liệu gói cho các dịch vụ số liệu. Chất lượng dịch vụ phải không thua kém chất lượng dịch vụ mạng cố định, nhất là đối với thoại. Mạng phải có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là gồm cả thông tin vệ tinh. Tiêu chuẩn 3G của IMT-2000 Bộ phận tiêu chuẩn của ITU-R đã xây dựng các tiêu chuẩn cho IMT-2000, mở rộng đáng kể khả năng cung cấp dịch vụ và bao phủ một vùng rộng lớn các môi trường thông tin. Mục đích của IMT-2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng cũng đồng thời đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) vào những năm 2000. Thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) xây dựng trên cơ sở IMT-2000 đã được đưa vào hoạt động từ năm 2001. Các hệ thống 3G cung cấp rất nhiều dịch vụ viễn thông bao gồm: thoại, số liệu tốc độ bit thấp và bit cao, đa phương tiện, video cho người sử dụng làm việc cả ở môi trường công cộng lẫn tư nhân (vùng công sở, vùng dân cư, phương tiện vận tải). Các tiêu chí chung để xây dựng IMT-2000 bao gồm: Sử dụng dải tần qui định quốc tế 2GHz: Đường lên: (1885 - 2025) MHz. Đường xuống: (2110 - 2200) MHz. Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến: Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến. Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông. Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau: Trong công sở. Ngoài đường. Trên xe. Vệ tinh. Có thể hỗ trợ các dịch vụ như: Môi trường thường trú ảo (VHE) trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu. Đảm bảo chuyển mạng quốc tế. Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói. Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện. Môi trường hoạt động của IMT-2000 được chia thành bốn vùng với các tốc độ bit Rb phục vụ khác nhau: Vùng 1: trong nhà, picocell, Rb = 2 Mbps. Vùng 2: thành phố, microcell, Rb = 384 kbps. Vùng 3: ngoại ô, macrocell, Rb = 144 kbps. Vùng 4: toàn cầu, global, Rb = 9,6 kbps. Để xây dựng tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 tiếp sau của GSM, tổ chức 3GPP đã được hình thành dưới sự điều hành của ITU, bao gồm các thành viên: + ETSI: Châu Âu. ; + TTA: Hàn Quốc. + ARIB, TTC: Nhật.; + T1P1: Mỹ. Chuẩn vô tuyến WCDMA do 3GPP xây dựng đã được lấy là chuẩn cho hệ thống 3G WCDMA - thế hệ tiếp theo của 2G GSM mà ta sẽ xem xét ở đây. Hướng phát triển 3G tại Việt Nam lấy theo chuẩn của Châu Âu với dải tần qui định là 2GHz như được trình bày ở trên. Các dịch vụ do ITM-2000 cung cấp được tổng kết ở bảng dưới đây: Bảng 1. 1: Phân loại các dịch vụ trong IMT-2000. Kiểu Phân loại Dịch vụ chi tiết Dịch vụ di động Dịch vụ di động Di động đầu cuối/ di động cá nhân/ di động dịch vụ. Dịch vụ thông tin định vị Theo dõi di động/ theo dõi di động thông minh. Dịch vụ Viễn thông Dịch vụ âm thanh - Dịch vụ âm thanh chất lượng cao (16 - 64 kbps). - Dịch vụ truyền thanh AM (32 - 64 kbps). - Dịch vụ truyền thanh FM (64 - 144 kbps). Dịch vụ số liệu - Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình (64 - 144 kbps). - Dịch vụ số liệu tốc độ tương đối cao (144 kbps - 2 Mbps). - Dịch vụ số liệu tốc độ cao (≥ 2 Mbps). Dịch vụ đa phương tiện - Dịch vụ video (384 kbps). - Dịch vụ ảnh động (384 kbps - 2 Mbps). - Dịch vụ ảnh động thời gian thực (≥ 2 Mbps). Dịch vụ Internet Dịch vụ Internet đơn giản Dịch vụ truy nhập Web (384 kbps - 2 Mbps). Dịch vụ Internet thời gian thực Dịch vụ Internet (384 kbps - 2 Mbps). Dịch vụ Internet đa phương tiện Dịch vụ Website đa phương tiện thời gian thực (≥ 2 Mbps). Mô hình tổng quát mạng 3G theo IMT-2000 như sau: Vùng thiết bị đầu cuối Vùng mạng lõi TE di động TE di động TE di động TE di động Mạng truy nhập - Phát quảng bá thông tin truy nhập hệ thống. - Phát và thu vô tuyến. - Điều khiển truy nhập vô tuyến. UIM UIM Mạng lõi - Điều khiển cuộc gọi. - Điều khiển chuyển mạch dịch vụ. - Điều khiển tài nguyên quy định. - Quản lý dịch vụ. - Quản lý vị trí. - Quản lý nhận Vùng mạng truy nhập Các dịch vụ ứng dụng Vùng các dịch vụ ứng dụng Hình 1. 3: Mô hình mạng 3G IMT-2000 1.3. LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ THẾ HỆ HAI ĐẾN THẾ HỆ BA 1.3.1. Mở đầu Có nhiều con đường đưa nhà khai thác mạng phát triển lên 3G hoặc là phát triển qua giai đoạn trung gian 2,5G hoặc là phát triển thẳng lên 3G. Phương thức phát triển mạng qua thế hệ 2,5G chủ yếu đặt ra với các nước, các công ty đã phát triển mạng 2G hoặc có vốn nhỏ. Hai công nghệ giao diện vô tuyến chiếm ưu thế đều hướng theo con đường thẳng nhất có thể để lên 3G. Nhà khai thác GSM có thể chọn một vài sự kết hợp GSM, GPRS, EDGE và tiến lên WCDMA để hình thành UMTS, nghĩa là lộ trình sẽ là: GSM đến GPRS đến EDGE đến WCDMA. Còn nhà khai thác CDMA One có sự chọn lựa CDMA 2000 1x, 1xEV-DO, 1xEV-DV và 3x (cũng thông qua quá trình từ IP đơn giản (Simple IP) lên IP di động (Mobile IP)) và cụ thể lộ trình là: CDMA One (IS-95A/B) đến CDMA 2000 1x EV/EV DO/EV DV đến cdma2000 3x. Còn phương thức tiến thẳng lên 3G thường áp dụng đối với những công ty, những nhà khai thác mới có giấy phép 3G. Ý tưởng nằm sau phương thức này là làm tăng khả năng cạnh tranh và đảm bảo sự phục vụ tốt hơn cho khách hàng. Các công ty mới sẽ ứng dụng luôn mạng 3G. 1.3.2. Lộ trình phát triển từ hệ thống cdmaOne thế hệ hai lên cdma 2000 thế hệ ba Công nghệ cdma2000 do tổ chức 3GPP2 chuẩn hoá cdma2000 được phát triển từ tiêu chuẩn CDMA của Qualcom là IS-95 hay cdmaOne. Theo hướng này có thể phát triển lên 3G mềm dẻo hơn do: Các nhà khai thác cdmaOne không cần phổ mới. 3x có khả năng cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn UMTS. 1xRTT - hỗ trợ gói IP (giống GPRS). 1xEV - Thêm chuyển mạch mềm/ gateway thoại. 3x - Tốc độ dữ liệu giao diện vô tuyến gấp 3 lần. IS-95 IS-95B Tèc ®é tèi ®a115.2kbps cdma2000 3x Tèc ®é tèi ®a 2Mbps 1xEV 1xEV-DO 1xEV-DV 1993 2002 2000 1998 cdma2000 1x Tèc ®é tèi ®a 307.2kbps Dung l­îng tho¹i t¨ng gÊp ®«i IS-95A 1995 Hình 1. 4: Lộ trình phát triển từ cdmaOne lên cdma2000 thế hệ ba 1.3.2.1. Hệ thống thông tin di động cdmaOne Hình 1. 5: Hệ thống cdmaOne 1.3.2.2. Hệ thống thông tin di động cdma2000 1x Hình 1. 6: Hệ thống cdma2000 1X Nút dịch vụ dữ liệu gói PDSN: Thiết lập, duy trì và kết thúc các phiên truyền với máy di động. Hỗ trợ các dịch vụ đơn giản và mobile IP. Quản lý, nhận thực, tính cước (AAA) đối với máy di động. Sử dụng giao thức RADIUS. Định tuyến các gói giữa máy di động và các mạng dữ liệu bên ngoài. Thu thập dữ liệu sử dụng và chuyển tới server AAA. AAA: Authentication: nhận thực gắn với PPP và các kết nối mobile IP. Authorization: hồ sơ dịch vụ và quản lý phân phối các khoá bảo mật. Tính cước: dữ liệu sử dụng phục vụ tính cước. Máy chủ mạng thường trú Mobile IP: Theo dõi vị trí của thuê bao mobile IP khi thuê bao chuyển từ mạng này sang mạng khác. Nhận các gói thay cho nút di động khi nút này đang gắn với mạng ngoài và phân phát gói dữ liệu đến điểm kết nối hiện tại của máy di động. Để phát triển từ IS-95 lên 1x: Chỉ cần nâng cấp các khối và phần mềm/phần cứng. Không cần thay đổi anten. Chỉ cần nâng cấp phần mạng có nhu cầu nâng cao dung lượng và tốc độ dữ liệu. Các giai đoạn phát triển cdma2000 1x: Pha 1: 1xEV-DO (Data Only / Data Optimized): chỉ tối ưu cho lưu lượng dữ liệu gói và đã được thương mại hoá vào cuối năm 2001. Pha 2: 1xEV-DV (Data and Voice): cung cấp lưu lượng dữ liệu gói phi thời gian thực và lưu lượng thoại thời gian thực, tiêu chuẩn đã được hoàn tất vào tháng 6 năm 2002. 1.3.3. Lộ trình phát triển từ hệ thống GSM thế hệ hai lên WCDMA thế hệ ba 1.3.3.1. Các yêu cầu đặt ra để đáp ứng nhu cầu của người sử dụng Về kết nối: Không chỉ kết nối giữa các thuê bao với nhau mà còn kết nối từ các thuê bao đến các nhà cung cấp dịch vụ, các công ty..., trong đó nhiều nhất là kết nối tới các nhà cung cấp dịch vụ Internet, các mạng Internet. Về tốc độ: Đối với thoại, chỉ cần 8 kbit/s thay vì 13 kbit/s, hay tốc độ thấp hơn GSM hiện tại. Đối với số liệu, mạng phải đáp ứng được tốc độ tùy ý theo yêu cầu của người sử dụng và việc thanh toán cước phí phải được tính theo số lượng thông tin (số lượng các gói - packet). Có thể tổng quát các giai đoạn chuyển đổi này trong hình 1.7 Hình 1. 7: Lộ trình phát triển từ GSM lên WCDMA Hệ thống thông tin di động 2G GSM Hình 1. 8: Cấu trúc mạng GSM Giai đoạn đầu của quá trình phát triển GSM là phải đảm bảo dịch vụ số liệu tốt hơn. Tồn tại hai chế độ dịch vụ số liệu: chuyển mạch kênh (CS: Circuit Switched) và chuyển mạch gói (PS: Packet Switched) như sau: Các dịch vụ số liệu chế độ chuyển mạch kênh đảm bảo: Dịch vụ SMS. Số liệu dị bộ cho tốc độ 14,4 kbit/s. Fax băng tiếng cho tốc độ 14,4 kbit/s. Các dịch vụ số liệu chế độ chuyển mạch gói đảm bảo: Chứa cả các dịch vụ của chế độ chuyển mạch kênh. Dịch vụ Internet, E-mail… Sử dụng chức năng IWF/PSDN như: Cổng vào cho mạng số liệu gói. IWF/PSDN có thể đặt tại MSC hay BSC hay độc lập. Để thực hiện kết nối vào mạng IP, ở giai đoạn này có thể sử dụng giao thức ứng dụng vô tuyến WAP. 1.3.3.2. Hệ thống thông tin di động 2,5G Dịch vụ vô tuyến gói chung – GPRS GPRS là một dịch vụ số liệu chuyển mạch gói trên cơ sở hạ tầng GSM. Công nghệ chuyển mạch gói được đưa ra để tối ưu việc truyền số liệu cụm và tạo điều kiện truyền tải cho một lượng dữ liệu lớn. Về mặt lý thuyết, GPRS có thể cung cấp tốc độ số liệu lên đến 171 kbps ở giao diện vô tuyến, mặc dù các mạng thực tế không bao giờ có thể đạt được tốc độ này (do cần phải dành một phần dung lượng cho việc hiệu chỉnh lỗi trên đường truyền vô tuyến). Trong thực tế, giá trị cực đại của tốc độ chỉ cao hơn 100 kbps một chút với tốc độ khả thi thường vào khoảng 40kbps hoặc 50 kbps. Tuy nhiên, các tốc độ nói trên cũng lớn hơn nhiều so với tốc độ cực đại ở GSM. Vì lúc đầu GSM được thiết kế cho lưu lượng chuyển mạch kênh, nên việc đưa dịch vụ chuyển mạch gói vào đòi hỏi phải bổ sung thêm thiết bị cho mạng. Mạng GPRS kết nối với các mạng số liệu công cộng như IP và mạng X.25. Nút hỗ trợ GPRS phục vụ (SGSN) và nút hỗ trợ GPRS cổng (GGSN) thực hiện nhận và truyền các gói số liệu giữa các MS và các thiết bị đầu cuối số liệu cố định của mạng số liệu công cộng (PDN). Nút GGSN còn cho phép truyền nhận các gói số liệu đến các MS ở các mạng thông tin di động GSM khác. Giao diện vô tuyến của GPRS sử dụng các tính năng cơ bản của giao diện vô tuyến GSM. Như vậy, cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói đều có thể sử dụng cùng sóng mang. Tuy nhiên, mạng đường trục của GPRS được thiết kế sao cho nó không phụ thuộc vào giao diện vô tuyến. Quản lý mạng (NMS) ISDN PSDN PSPDN X25 CSPDN MS BSC GMSC BSS NSS MSC/VLR A BTS TRAU HLR/AuC/EIR V A S I N Um Gb Thay đổi HW& SW cho GPRS Mạng lõi gói GPRS SGSN GGSN Mạng dữ liệu khác Internet Hình 1. 9 : Cấu trúc hệ thống GPRS Tóm lại, từ GSM phát triển lên GPRS: Thực hiện Mới Node mạng lõi chuyển mạch gói (SGSN, GGSN) Giao diện mới Gb giữa BSC-SGSN Điều chỉnh Phần cứng và phần mềm BSC Giữ nguyên Mạng lõi chuyển mạch kênh (MSC/HLR/AuC) Giao diện vô tuyến (MS-BTS) Giao diện vô tuyến (BSC-MSC) Cải thiện tốc độ số liệu cho phát triển GSM - EDGE Công nghệ EDGE là một bước cải tiến của chuẩn GSM, TDMA-136 để đạt đến tốc độ truyền dữ liệu theo yêu cầu di động vô tuyến thế hệ 3, nhưng vẫn giữ nguyên cấu trúc của mạng cũ bằng cách thay đổi kỹ thuật điều chế vô tuyến kết hợp với dịch vụ chuyển mạch vô tuyến gói chung. Giao diện EDGE tận dụng tốc độ bit cao hơn tốc độ trên hệ thống di động hiện thời. Để tăng tốc độ bit trên giao diện vô tuyến, một phương thức điều chế mới được đưa ra. 8-PSK là phương thức được lựa chọn vì nó cung cấp tốc độ dữ liệu cao, hiệu quả phổ cao và độ phức tạp lắp đặt vừa phải. Mục đích là tái sử dụng các dạng dịch vụ dữ liệu GSM thông thường. Bằng việc tái sử dụng cấu trúc của GPRS, dịch vụ chuyển mạch gói được cung cấp với giao diện vô tuyến trong đó tốc độ bit biến đổi từ 11,2 kbps đến 69,2 kbps trên một khe thời gian. Các dịch vụ chuyển mạch thông thường được hỗ trợ với tốc độ trên giao diện vô tuyến đạt đến 28,8 kbps. Đối với tất cả các dịch vụ, sử dụng đa kênh thời gian được hỗ trợ để thu được 8 lần tốc độ bit cung cấp bởi 1 khe thời gian đơn, tạo nên tốc độ đỉnh đối với chuyển mạch gói là 554 kbit/s. Quản lý mạng (NMS) ISDN PSDN PSPDN X25 CSPDN MS Gb BSC GMSC NSS MSC/VLR A BTS TRAU HLR/AuC/EIR V A S I N Lõi mạng gói E-GPRS SGSN GGSN Mạng dữ liệu khác Internet Um Hình 1. 10 : Cấu trúc mạng EDGE Từ GPRS phát triển lên EDGE: Thực hiện Mới Điều chế, mã hóa. Máy thu, phát vô tuyến. Điều chỉnh Phần cứng và phần mềm. Giữ nguyên Độ rộng băng sóng mang. Quy hoạch mạng vô tuyến. Bất lợi của EDGE ở chỗ tỉ lệ mã hoá tăng lên làm tăng nhiều độ phức tạp khi sử dụng mạch trung hoà tối ưu. Tỉ lệ bit tăng lên so với GSM/GPRS chuẩn cũng giảm độ thô đối với tính rời rạc thời gian và vận tốc di chuyển của thuê bao di động. EDGE cũng có thể xem xét như một giải pháp kỹ thuật cho các nhà khai thác không sở hữu bất kỳ một giấy phép nào về UMTS. 1.3.3.3. Hệ thống thông tin di động 3G – W CDMA UMTS là hệ thống viễn thông di động toàn cầu của châu Âu dựa trên công nghệ WCDMA. Mục đích của UMTS là cung cấp cho người sử dụng thông tin cá nhân truy cập vào dải băng rộng để sử dụng các dịch vụ mới. UMTS cung cấp thông tin cá nhân di động multimedia định hướng. Đồng thời UMTS cung cấp dịch vụ roaming toàn cầu. UMTS được thương mại hóa ở Nhật và ở châu Âu. Ở Nhật, mấu chốt của UMTS là mang lại dung lượng cho thoại. Ở châu Âu, mấu chốt là tăng yêu cầu của các dịch vụ multimedia và khả năng sử dụng các ứng dụng dữ liệu tốc độ cao. UMTS kết hợp các công nghệ mới với hệ thống và các dịch vụ của GSM hiện tại. ERC đã qui định phổ mới trên băng tần số 2GHz đối với mặt đất. Phổ này bao gồm: Băng tần kép (1920-1980 MHz + 2110-2170 MHz). Băng tần đơn (1900-1920 MHz + 2010-2025 MHz). Có hai chế độ được định nghĩa là FDD và TDD. Cả hai chế độ đều là CDMA băng rộng (WCDMA) với độ rộng kênh vô tuyến là 5 MHz và đã được phát triển nhằm sử dụng tối đa hiệu quả và lợi ích của CDMA. Hình 1. 11: Sử dụng phổ UMTS TD/CDMA được sử dụng trên băng tần đơn. Lợi ích của TD/CDMA là khả năng quản lý lưu lượng không song công (lưu lượng giữa đường lên và đường xuống khác nhau). Bởi TD/CDMA có đường lên và đường xuống ở trên cùng một băng tần chỉ phân cách về mặt thời gian, nên đối với việc truyền số liệu không cân bằng giữa đường lên và đường xuống, hiệu quả phổ của TD/CDMA sẽ cao hơn so với WCDMA (ấn định hai băng tần riêng cho đường lên và đường xuống). Lấy Internet là một ví dụ điển hình, rất nhiều thông tin được tải xuống từ các trang WEB mà rất ít thông tin được gửi đi. Tổng quát, từ 2,5G (GPRS/EDGE) phát triển lên UMTS: Thực hiện Mới Giao diện vô tuyến WCDMA (UE, Node B) Giao diện mạng truy nhập vô tuyến RAN (Iub (Node B-RNC) và Iur (RNC-RNC)) Giao diện mạng lõi: Iu (MSC-RNC và SGSN-RNC) Điều chỉnh MSC và SGSN cho giao diện Iu Giữ nguyên Mạng lõi chuyển mạch kênh (HLR-AuC) Mạng lõi chuyển mạch gói (GGSN) So sánh hai tiêu chuẩn WCDMA và cdma2000 Những điểm giống nhau: Đều dựa trên công nghệ trải phổ trực tiếp. Đều đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của IMT-2000. + Duy trì hỗ trợ các dịch vụ truyền thống. + Hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao, dữ liệu gói và truy nhập IP. Những điểm khác nhau được chỉ ra ở bảng sau: Bảng 1. 2: So sánh CDMAOne và CDMA2000 1X Các thông số WCDMA cdma2000 Phương thức truy nhập và ghép kênh Không có chế độ đa sóng mang Có chế độ đa sóng mang Băng thông 5 MHz Nx1,25 MHz (N=1,3,6,9,12) Tốc độ chip 3,84 Mcps N x 1,2288 Mcps (N=1,3,6,9,12) Điều chế QPSK (cho cả hai hướng) QPSK (BTS-MS), BPSK (MS-BTS) Cấu trúc khung tín hiệu 10 ms đối với lớp vật lý 10, 20, 40, 80 ms đối với lớp truyền dẫn 5 ms đối với báo hiệu 20, 40, 80 đối với lớp vật lý Mã hóa kênh Dùng mã có hệ số trtải phổ biến thiên trực giao (OVSF), từ 4 - 256 bit Dùng mã Walsh, từ 4 - 128 bit Mã nhận dạng đối với sector Dùng 512 mã ngẫu nhiên hóa, mỗi mã nhận dạng một sector riêng biệt. Dùng chung một mã PN ngắn, nhưng sử dụng 512 giá trị PN offset khác nhau để nhận dạng các sector khác nhau. Mã nhận dạng MS Dùng mã ngẫu nhiên hóa, gắn bởi séc tơ để nhận dạng MS Dùng chung một mã PN dài, tạo ra các giá trị PN offset khác nhau theo số seri thiết bị của MS để nhận dạng các MS khác nhau. Hoạt động giữa các Cell Các Cell thu phát không cần đồng bộ Các Cell thu phát được đồng bộ theo GPS Điều khiển công suất 1500 lần/ giây 800 lần/ giây Nhà cung cấp Ericsson, Nokia, Nortel, Motorola, Alcatel, Lucent... Qualcomm, Lucent, Nortel, Motorola, Samsung, Ericsson... CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ WCDMA CỦA MOBIFONE 2.1. TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG MOBIFONE Công ty Thông tin di động Việt Nam (Vietnam Mobile Telecom Services Company - VMS), là doanh nghiệp nhà nước hạng một trực thuộc Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt nam (VNPT). Được thành lập vào ngày 16 tháng 4 năm 1993, VMS là doanh nghiệp đầu tiên khai thác dịch vụ thông tin di động GSM 900/1800 với thương hiệu MobiFone. Đánh dấu cho sự khởi đầu của ngành thông tin di động Việt Nam. Lĩnh vực hoạt động chính của MobiFone là tổ chức thiết kế xây dựng, phát triển mạng lưới và triển khai cung cấp dịch vụ mới về thông tin di động có công nghệ, kỹ thuật tiên tiến hiện đại và kinh doanh dịch vụ thông tin di động công nghệ GSM 900/1800 trên toàn quốc. Ngày 19 tháng 5 năm 1995, Công ty Thông tin di động đã ký Hợp đồng hợp tác kinh doanh (BCC) có hiệu lực trong vòng 10 năm với Tập đoàn Kinnevik/Comvik (Thụy điển). Đây là một trong những hợp đồng hợp tác kinh doanh có hiệu quả nhất tại Việt Nam. Thông qua hợp đồng hợp tác kinh doanh BCC, MobiFone đã tranh thủ được các nguồn lực quan trọng để xây dựng, vận hành mạng lưới và cung cấp dịch vụ thông tin di động đầu tiên tại Việt Nam, đó là: vốn, công nghệ, kinh nghiệm quản lý, kinh doanh, đào tạo nguồn nhân lực. Trong suốt 15 năm qua, Mobifone luôn là mạng di động dẫn đầu tại Việt Nam về cả số lượng thuê bao lẫn chất lượng dịch vụ. Tính đến tháng 4/2008, Mobifone đã có hơn 15 triệu thuê bao, và phấn đấu trong năm nay sẽ đạt được 21 triệu thuê bao cùng doanh thu khoảng trên 16.000 tỉ đồng. Mobifone cũng đặt mục tiêu trong năm tới đạt 30 triệu thuê bao, và năm 2010 là 34 triệu thuê bao di động.  Chiều 13/8, MobiFone đã chính thức nhận giấy phép 3G từ Bộ Thông tin và Truyền thông. Giấy phép chính thức có hiệu lực từ ngày 15/9. Cũng kể từ thời điểm này, các cam kết về triển khai 3G của MobiFone chính thức có hiệu lực.Theo đúng cam kết trong hồ sơ thi tuyển, MobiFone sẽ phủ sóng 100% đô thị đông dân thuộc 63 tỉnh thành phố trên toàn quốc sau 3 tháng kể từ ngày chính thức nhận giấy phép.Dự kiến vào thời điểm chính thức cung cấp, MobiFone sẽ hoàn thành việc lắp đặt và phát sóng 2.400 trạm BTS 3G và trong vòng 3 năm sẽ hoàn thành lắp đặt khoảng 7.700 trạm BTS 3G (tên kỹ thuật là Node B). Mobifone không ngừng nổ lực xây dựng cơ sở hạ tầng và tiềm lực vững chắc , sẵn sàng cho hội nhập và cạnh tranh trên thị trường thông tin di động . Với đội ngũ hơn 3000 cán bộ công nhân viên của Mobifone luôn sẵn sàng đáp ứng nhanh nhất và hiệu quả nhất của khách hàng. 2.2. KỸ THUẬT TRẢI PHỔ Tín hiệu sau trải phổ chiếm một độ rộng băng truyền dẫn lớn hơn gấp nhiều lần độ rộng băng tối thiểu cần thiết để truyền thông tin đi. Sự trải phổ được thực hiện bởi tín hiệu trải phổ được gọi là mã trải phổ, mã trải phổ này độc lập với dữ liệu. Tại phía thu, việc nén phổ (khôi phục lại thông tin ban đầu) được thực hiện bởi sự tương quan giữa tín hiệu thu được với bản sao đồng bộ của mã trải phổ sử dụng ở phía phát. Trong các hệ thống thông tin việc sử dụng hiệu quả băng tần là vấn đề được quan tâm hàng đầu. Các hệ thống được thiết kế sao cho độ rộng băng tần càng nhỏ càng tốt. Trong W-CDMA để tăng tốc độ truyền dữ liệu, phương pháp đa truy cập kết hợp TDMA và FDMA trong GSM được thay thế bằng phương pháp đa truy cập phân chia theo mã CDMA hoạt động ở băng tần rộng (5MHz) gọi là hệ thống thông tin trải phổ. Đối với các hệ thống thông tin trải phổ (SS : Spread Spectrum) độ rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng trước khi được phát. Tuy độ rộng băng tần tăng lên rất nhiều nhưng lúc này nhiều người sử dụng có thể dùng chung một băng tần trải phổ, do đó mà hệ thống vẫn sử dụng băng tần có hiệu quả đồng thời tận dụng được các ưu điểm của trải phổ. Ở phía thu, máy thu sẽ khôi phục tín hiệu gốc bằng cách nén phổ ngược với quá trình trải phổ bên máy phát. Có ba phương pháp trải phổ cơ bản sau : Trải phổ dãy trực tiếp (DSSS : Direct Sequence Spreading Spectrum) : Thực hiện trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ chip cao hơn rất nhiều so với tốc độ bit. Trải phổ nhảy tần (FHSS : Frequency Hopping Spreading Spectrum): Hệ thống FHSS thực hiện trải phổ bằng cách nhảy tần số mang trên một tập các tần số. Mẫu nhảy tần có dạng mã ngẫu nhiên. Tần số trong khoảng thời gian một chip TC được cố định không đổi. Tốc độ nhảy tần có thể thực hiện nhanh hoặc chậm, trong hệ thống nhảy tần nhanh nhảy tần thực hiện ở tốc độ cao hơn tốc độ bit của bản tin, còn trong hệ thống nhảy tần thấp thì ngược lại. Trải phổ nhảy thời gian (THSS : Time Hopping Spreading Spectrum) : Thực hiện trải phổ bằng cách nén một khối các bit số liệu và phát ngắt quảng trong một hay nhiều khe thời gian. Mẫu nhảy tần thời gian sẽ xác định các khe thời gian được sử dụng để truyền dẫn trong mỗi khung. Trong hệ thống DSSS, tất cả các người sử dụng cùng dùng chung một băng tần và phát tín hiệu của họ đồng thời. Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên chính xác để lấy ra tín hiệu bằng cách nén phổ. Các tín hiệu khác xuất hiện ở dạng nhiễu phổ rộng, công suất thấp giống tạp âm. Trong các hệ thống FHSS và THSS mỗi người sử dụng được ấn định một mã ngẫu nhiên sao cho không có cặp máy phát nào dùng chung tần số hoặc khe thời gian, như vậy các máy phát sẽ tránh bị xung đột. Nói cách khác DSSS là kiểu hệ thống lấy trung bình, FHSS và THSS là kiểu hệ thống tránh xung đột. Hệ thống thông tin di động công nghệ W CDMA chỉ sử dụng DSSS nên ta chỉ xét kỹ thuật trải phổ DSSS. 2.2.1. Nguyên lý trải phổ DSSS Trải phổ dãy trực tiếp (DSSS : Direct Sequence Spreading Spectrum) : Thực hiện trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ chip cao hơn rất nhiều so với tốc độ bit Tốc độ chip tín hiệu giả ngẫu nhiên và tốc độ bit được tính theo công thức sau : RC = 1/TC (2.1) Rb = 1/Tb (2.2) Trong đó : RC : tốc độ chip tín hiệu giả ngẫu nhiên. Rb : tốc độ bit. TC : thời gian một chip. Tb : thời gian một bit. Tb = Tn Tb = Tn Tc Tb : Thời gian một bit của luồng số cần phát Tn : Chu kỳ của mã giả ngẫu nhiên dùng cho trải phổ TC : Thời gian một chip của mã trải phổ Hình 2.1 : Cấu trúc trải phổ chuỗi trực tiếp Hình 2.2. Mô hình trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) 2.2.2. Dãy giả ngẫu nhiên Các chỉ tiêu ngẫu nhiên : Tín hiệu ngẫu nhiên là tín hiệu không thể xác định đuợc chính xác sự biến đổi tiếp theo của tín hiệu, chỉ có sự miêu tả bằng các phương pháp thống kê. Tuy nhiên tín hiệu giả ngẫu nhiên thì không hoàn toàn ngẫu nhiên. Nó là các tín hiệu có chu kỳ xác định và có thể dự đoán trước được ở cả phía thu và phía phát. Đối với các đối tượng trái phép thì sự xuất hiện của nó là ngẫu nhiên. Trong các hệ thống thông tin di động các mã trải phổ được xét là các mã nhị phân nên ta chỉ xét đến dãy mã nhị phân . Gồm những chỉ tiêu như sau : Tính cân đối : Trong mỗi chu kỳ của dãy mã, số bit 1 và số bít 0 khác nhau nhiều nhất là một đơn vị . Tính chạy : Một bước chạy được định nghĩa là các dãy bít cùng loại. Sự xuất hiện của một bít khác loại được xem như là bắt đầu của một bước chạy mới. Trong số bước chạy của một chu kỳ, để thỏa mãn tính chạy cần có số bước chạy có độ dài là 1, số bước chạy có độ dài là 2, bước chạy có độ dài là 3, … và , 2.3. HỆ THỐNG WCDMA 2.3.1. Cấu trúc hệ thống W CDMA WCDMA (UMTS) là tiến hoá của GSM, để cung cấp khả năng cho hệ thống WCDMA có thể có hai giải pháp cho giao diện vô tuyến: Ghép song công phân chia theo tần số (FDD: Frequency Division Duplex) và ghép song công phân chia theo thời gian (TDD: Time Division Duplex). Cả hai giao diện này đều sử dụng trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-CDMA). Giải pháp thứ nhất sẽ được triển khai rộng rãi còn giải pháp thứ hai sẽ được triển khai cho các ô nhỏ Micro và Pico. Giải pháp FDD sử dụng hai băng tần 5MHz với hai sóng mang phân cách nhau 190 MHz: Đường lên có băng tần nằm trong dải phổ từ 1920 MHz đến 1980 MHz, đường xuống có băng tần nằm trong dải phổ từ 2110 MHz đến 2170 MHz. Mặc dù 5 MHz là độ rộng băng danh định, ta cũng có thể chọn độ rộng băng từ 4,4 MHz đến 5 MHz với nấc tăng là 200 KHz. Việc chọn độ rộng băng đúng đắn cho phép ta tránh được nhiễu giao thoa nhất là khi khối 5 MHz tiếp theo thuộc nhà khai thác khác. USIM ME UE NodeB RNC RNC Iub Iur UTRAN MSC/VLR GMSC HLR SGSN GGSN PLMN, PSTN, ISDN... Internet, X25 CN Các mạng ngoài Uu Iu NodeB NodeB NodeB Cu Hình 2.3: Cấu trúc các phần tử của mạng UMTS Giải pháp TDD sử dụng có tần số nằm trong dải 1900 đến 1920 MHz và từ 2010 đến 2025 MHz; ở đây đường lên và đường xuống sử dụng chung một băng tần. Nhìn trên sơ đồ ta có thể thấy hệ thống gồm các thành phần chính là: + Mạng lõi (CN: Core Network): thực hiện các chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi và kết nối số liệu. + Mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access network) để thực hiện các chức năng liên quan đến vô tuyến. + Ngoài ra để hoàn thiện hệ thống còn có thiết bị người sử dụng UE (User equipment) thực hiện giao diện người sử dụng với hệ thống. Thiết bị di động UE bao gồm: ME ( Mobile Equipment: Thiết bị di động): là đầu cuối vô tuyến được sử dụng cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu. USIM ( UMTS Subscriber Identity Module: Modun nhận dạng thuê bao UMTS ) : Là một thẻ thông minh để nhận dạng các thuê bao. UTRAN: bao gồm một hay nhiều hệ thống con mạng vô tuyến (RNS- Radio Network Subsystem). Một RNS là một mạng con trong UTRAN, gồm một bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC và một hay nhiều nút B. Các RNC có thể được nối với nhau qua giao diện Iur. RNC kết nối với các nút B bằng giao diện Iub. - Node B để chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu. Nó thực hiện xử lí lớp 1 của giao diện vô tuyến (Mã hoá kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ) và tham gia quản lí tài nguyên vô tuyến như điều khiển công suất vòng trong. Nút B tương đương với BTS trong GSM. - Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) sở hữu và điều khiển các tài nguyên vô tuyến ở trong vùng của mình (Các nút B nối với nó). Nó giao diện với CN và kết cuối giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC-Radio Resource Control), giao thức này định nghĩa các bản tin và các thủ tục giữa MS và UTRAN. Nó đóng vai trò như BSC trong GSM. Mạng lõi CN : Bộ ghi định vị thường trú ( HLR - Home Location Register ): lưu giữ các số liệu cố định của thuê bao di động trong mạng như USIM, các thông tin liên quan tới việc cung cấp các dịch vụ viễn thông, không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao và chứa các thông tin về thuê bao như : trạng thái cuộc gọi, trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng…Thường HLR là một máy tính đứng riêng, không có khả năng chuyển mạch nhưng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao. Một chức năng con của HLR là nhận dạng trung tâm nhận thực thuê bao AUC. Trung tâm chuyển mạch / Bộ ghi định vị tạm trú ( MSC/VLR - Mobile Switching Center / Visitor Location Register ): VLR Là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ở vùng phục vụ của MSC. Mỗi MSC có một VLR, thường thiết kế VLR ngay trong MSC. Ngay cả khi UE lưu động vào một vùng MSC mới. VLR liên kết với MSC sẽ yêu cầu số liệu về MS từ HLR. Đồng thời HLR sẽ được thông báo rằng MS đang ở vùng MSC nào. Nếu sau đó UE muốn thực hiện một cuộc gọi, VLR sẽ có tất cả các thông tin cần thiết để thiết lập một cuộc gọi mà không cần hỏi HLR, có thể coi VLR như một HLR phân bố. VLR chứa thông tin chính xác hơn về vị trí UE ở vùng MSC. Nhưng khi thuê bao tắt máy hay rời khỏi vùng phục vụ của MSC thì các số liệu liên quan tới nó cũng hết giá trị. Vì vậy, có thể gọi VLR là hệ thống lưu giữ “ Hộ khẩu tạm trú ” của các thuê bao vãng lai. MSC thường là một tổng đài điều khiển và quản lý một số RNC. MSC thực hiện các chức năng chuyển mạch chính, tạo kết nối và xử lý cuộc gọi đến những thuê bao của nó, một mặt MSC giao tiếp với RNC và mặt khác giao tiếp với mạng ngoài qua GMSC Tổng đài di động cổng GMSC (Gateway MSC): Tất cả các cuộc gọi vào cho mạng UMTS sẽ được định tuyến cho tổng đài vô tuyến cổng GMSC. Nếu một người nào đó ở mạng cố định PSTN muốn thực hiện một cuộc gọi đến một thuê bao di động của mạng UMTS. Tổng đài tại PSTN sẽ kết nối cuộc gọi này đến GMSC rồi mới kết nối với MSC. GMSC sẽ phải tìm ra vị trí của UE cần tìm. Điều này được thực hiện bằng cách hỏi HLR nơi MS đăng ký. HLR sẽ trả lời, khi đó MSC này có thể định tuyến lại cuộc gọi đến MSC cần thiết. Khi cuộc gọi đến MSC này, VLR sẽ cho biết chi tiết hơn về vị trí của MS. Như vậy có thể nối thông một cuộc gọi ở mạng UMTS có sự khác biệt giữa thiết bị vật lý và đăng ký thuê bao. Điểm hỗ trợ GPRS cổng GGSN (Gateway GPRS Support Node) : có chức năng giống như GMSC nhưng liên quan đến dịch vụ chuyển mạch gói PS (Packet Switch). Điểm hỗ trợ dịch vụ GPRS - SGSN ( Serving GPRS Support Node) : có chức năng giống như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói. Các mạng ngoài có thể được chia làm hai nhóm : Các mạng chuyển mạch kênh CS ( Circuit Switch ) : các mạng này đảm bảo các kết nối chuyển mạch theo các kênh giống như các dịch vụ điện thoại. ISDN và PSTN là các thí dụ về các mạng chuyển mạch kênh. Các mạng chuyển mạch gói PS (Packet Switch) : các mạng này đảm bảo các kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói như Internet chẳng hạn. Các giao diện của mạng Iu : là giao diện này nối UTRAN với CN giống như giao diện tương ứng của GSM : A (chuyển mạch kênh) và Gb (chuyển mạch gói). Giao diện Iu cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau. Cu : là giao diện thông minh nối ME và USIM. Giao diện này tuân theo một khuôn dạng tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh. Iur: giao diện này cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau. Iub: giao diện kết nối nút B với 1 RNC, UMTS là một hệ thống điện thoại di động đầu tiên trong đó giao diện của bộ điều khiển và trạm gốc được tiêu chuẩn hoá như một giao diện hoàn toàn. Giống như các giao diện khác, Iub mở cho phép động viên sự cạnh tranh giữa các nhà sản xuất trong lĩnh vực này. Uu: là giao diện vô tuyến của WCDMA. Uu là giao diện mà qua đó UE truy nhập các phần tử cố định của hệ thống và vì nó là giao diện mở quan trọng nhất ở UMTS, và chắc chắn sẽ có nhiều nhà sản xuất UE hơn so với sản xuất các phần tử mạng. 2.3.2. Kiến trúc phân lớp trong WCDMA Xét tổng thể, các hệ thống cdma one, cdma 2000, WCDMA đều xây dựng dựa trên mô hình OSI, trợ giúp chức năng của lớp vật lý, lớp kết nối dữ liệu và lớp mạng. Lớp vật lý có nhiệm vụ truyền dẫn từng bit qua kênh vô tuyến. Lớp liên kết dữ liệu thực hiện việc chuyển không có lỗi các bit 0 và 1 từ lớp vật lý lên lớp mạng. Lớp liên kết dữ liệu phân dữ liệu thành các khung (độ dài khung tuỳ thuộc theo chuẩn của cdmaOne, cdma2000 hay W-CDMA) rồi truyền theo trình tự, phát hiện lỗi khi nhận khung từ phía đối phương để yêu cầu đối phương truyền lại khung và thực hiện truyền lại khung nếu bên đối phương yêu cầu. Lớp mạng nhận thông tin, biến đổi chúng thành các gói và định hướng các gói tới đích. Lớp mạng còn làm nhiệm vụ điều khiển tuyến cho các gói và đảm trách xử lý cuộc gọi. Trong hệ thống này, các ứng dụng báo hiệu thông tin trực tiếp với lớp mạng. Các lớp trên là rỗng. Tương tự các ứng dụng lưu lượng (thoại hoặc số liệu) thông tin trực tiếp với lớp vật lý. Do đó chỉ có lớp vật lý là trợ giúp cho ứng dụng lưu lượng. Báo hiệu Mạng Tuyến Vật lý Vật lý Thoại và dữ liệu Mạng Tuyến Vật lý Vật lý Thoại và dữ liệu Báo hiệu Hình 2. 4: Phân lớp tổng quan WCDMA 2.3.3. Lớp vật lý trong WCDMA Kênh truyền tải được truyền dẫn nhờ kênh vật lý. Kênh vật lý được tổ chức dưới dạng các siêu khung, khung vô tuyến, khe thời gian. Lý thuyết của cấu trúc khung phân cấp này cũng giống phần nào lớp khung GSM TDMA. Tuy nhiên, nếu với GSM, mỗi người sử dụng TDMA có một vị trí khe thời gian riêng thì trong W-CDMA, số người có thể sử dụng đồng thời phụ thuộc vào tốc độ bit yêu cầu của thuê bao và hệ số trải phổ của chúng. Các mức di động có thể phát liên tục hoặc gián đoạn ở mọi khe thời gian. Siêu khung (720 ms) Khung radio #1 Khung radio #2 Khung radio #72 Khe #1 Khe #2 Khe #3 Khe #16 10 ms 0,625 ms 720 ms Hình 2.5: Cấu trúc kênh vật lý của UTRAN/IMT-2000 Siêu khung UTRA/ITM-2000 gồm 72 khung vô tuyến với 16 khe thời gian trong mỗi khung. Độ dài mỗi khe thời gian là 0,625ms, tạo ra 10ms và 720ms độ dài cho khung vô tuyến và siêu khung tương ứng. Trên đường xuống của UTRAN, kênh DPDCH và DPCCH được nối bằng cách ghép thời gian. Trên đường lên, chúng được xếp ghép thành các nhánh module I và Q. Ở chế độ FDD, kênh vật lý đường xuống được định nghĩa bởi mã trải phổ và tần số của nó. Trái lại, ở chế độ TDD, một kênh vật lý được xác định bởi mã trải phổ, tần số và khe thời gian của nó. 2.3.4. Các kênh truyền tải trong WCDMA Kênh truyền tải riêng (DCH) Kênh truyền tải chung Kênh riêng (DCH) (UL/DL) Kênh quảng bá (BCH) (DL). Kênh truy nhập đường xuống (FACH) (DL). Kênh tìm gọi (PCH) (DL). Kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH) (UL). Kênh gói chung đường lên (CPCH) (UL). Kênh đường xuống dùng chung (DSCH) (DL). UL= UpLink : đường lên. DL= DownLink : đường xuống. Trong UTRAN số liệu được tạo ra ở các lớp cao được truyền tải lên đường vô tuyến bằng các kênh truyền tải bằng cách sắp xếp các kênh này lên các kênh vật lý khác nhau. Lớp vật lý được yêu cầu để hỗ trợ các kênh truyền tải với các tốc độ bit thay đổi nhằm cung cấp các dịch vụ với độ rộng băng tần theo yêu cầu và để ghép nhiều dịch vụ trên cùng một kết nối. Mỗi kênh truyền tải đều đi kèm với một chỉ thị khuôn dạng truyền tải TFI (Transport Format Indicator) tại mọi thời điểm khi các kênh truyền tải nhận được số liệu từ mức cao hơn. Lớp vật lý kết hợp thông tin TFI từ các kênh truyền tải khác nhau và chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải TFCI (Transport Format Combination Indicator). TFCI được phát trên kênh điều khiển để thông báo cho máy thu rằng kênh nào đang tích cực trong khung hiện thời. Thông báo này không cần thiết khi sử dụng cơ chế phát hiện khuôn dạng kênh truyền tải mà BTFD (Blind Transport Format Detection) được thực hiện bằng kết nối với các kênh riêng đường xuống. Máy thu giải mã TFCI, chuyển nó đến lớp cao hơn cho từng kênh trong tất cả các truyền tải đang tích cực trong kết nối. Hình 3.7 cho thấy việc sắp xếp hai kênh truyền tải lên một kênh vật lý và cung cấp chỉ thị lỗi cho từng khối truyền tải. Một kênh vật lý điều khiển và một hay nhiều kênh vật lý số liệu tạo nên một kênh truyền tải đa hợp được mã hoá ( CCTrCh : Coded Composite Transport Channel). Có thể có nhiều kênh CCTrCh trên một kết nối cho trước nhưng trong trường hợp này chỉ có một kênh điều khiển vật lý được phát. Có hai kiểu kênh truyền tải: Các kênh riêng và các kênh chung. Điểm khác nhau giữa chúng là: Kênh chung là tài nguyên được chia sẻ cho tất cả hoặc một nhóm người sử dụng trong ô, còn tài nguyên kênh riêng được ấn định để dành riêng cho một người sử dụng duy nhất. Hình 2. 6: Sắp xếp kênh truyền tải lên kênh vật lý * Kênh truyền tải riêng Kênh truyền tải riêng duy nhất là kênh riêng (DCH = Dedicated Channel). Kênh truyền tải riêng mang thông tin từ các lớp trên lớp vật lý riêng cho một người sử dụng, bao gồm số liệu cho dịch vụ hiện thời cũng như thông tin điều khiển lớp cao. Lớp vật lý không thể nhận biết nội dung thông tin được mang trên kênh DCH, vì thế thông tin điều khiển lớp cao và số liệu được xử lý như nhau. Các thông số của lớp vật lý do UTRAN thiết lập có thể thay đổi giữa số liệu và điều khiển. Kênh truyền tải mang cả số liệu dịch vụ ( khung tiếng ) và thông tin điều khiển lớp cao (các lệnh chuyển giao, báo cáo đo đạc từ UE). Nhờ việc hỗ trợ tốc độ bit thay đổi và ghép kênh mà ở WCDMA không cần kênh truyền tải tách biệt cho số liệu và điều khiển như GSM. Kênh truyền tải riêng được đặc trưng bởi các tính năng như : điều khiển công suất nhanh, thay đổi tốc độ số liệu nhanh theo từng khung và khả năng phát đến một phần ô hay đoạn ô bằng cách thay đổi hướng anten của hệ thống anten thích ứng. Các kênh riêng hỗ trợ chuyển giao mềm. * Các kênh truyền tải chung UTRA định nghĩa 6 kiểu kênh truyển tải chung. Các kênh này có một số điểm khác với các kênh trong thế hệ thứ hai, chẳng hạn truyền dẫn gói ở các kênh chung và một kênh dùng chung đường xuống để phát số liệu gói. Các kênh chung không có chuyển giao mềm nhưng một số kênh có điều khiển công suất nhanh. * Kênh quảng bá BCH ( Broadcast Channel ) Là một kênh được sử dụng để phát các thông tin đặc thù UTRAN hoặc ô. Trong một mạng, thông thường số liệu quan trọng nhất là các mã truy nhập ngẫu nhiên và các khe thời gian có thể cấp phát hay các kiểu phân tập phát được sử dụng cho các kênh khác ở một ô cho trước. Vì UE chỉ có thể đăng ký đến một ô nên nó có thể giải mã kênh quảng bá do đó cần phát kênh này ở công suất khá cao để phủ sóng đến tất cả mọi người sử dụng trong ô. Tốc độ thông tin trên kênh quảng bá bị giới hạn bởi khả năng giải mã số liệu của kênh quảng bá của các UE tốc độ thấp. Điều này dẫn đến việc sử dụng tốc độ số liệu thấp và cố định cho kênh quảng bá UTRAN. * Kênh truy nhập đường xuống FACH ( Forward Access Channel ) Mang thông tin điều khiển đến các UE nằm trong một ô cho trước. Các số liệu gói cũng có thể phát trên kênh FACH. Trong một ô có thể có nhiều FACH. Một FACH cần có tốc độ bít đủ thấp để tất cả các UE thu được. FACH không sử dụng điều khiển công suất nhanh và các bản tin được phát phải chứa thông tin nhận dạng để đảm bảo thu đúng. * Kênh tìm gọi PCH ( Paging Channel ) ( Downlink ) Là một kênh truyền tải đường xuống mang số liệu liên quan đến thủ tục tìm gọi, chẳng hạn khi mạng muốn khởi đầu thông tin với UE. Khi một cuộc gọi đến UE, mạng sẽ phát bản tin tìm gọi đến tất cả các ô thuộc vùng định vị nơi có UE cần tìm. Tuỳ theo cấu hình hệ thống, bản tin tìm gọi có thể phát trong một ô hoặc trong hàng trăm ô. UE phải có khả năng thu được thông tin tìm gọi trong toàn bộ vùn phủ của ô. Việc thiết kế kênh tìm gọi ảnh hưởng đến công suất tiêu thụ của UE ở chế độ chờ. UE càng ít điều chỉnh máy thu của mình để thu bản tin tìm gọi thì pin của nó ở chế độ chờ càng lâu. * Kênh truy nhập ngẫu nhiên RACH (Random Access Channel ) Là kênh truyền tải đường lên được sử dụng để mang thông tin điều khiển từ UE như: yêu cầu thiết lập một kết nối. Cũng có thể dùng kênh này để phát đi các cụm nhỏ số liệu gói từ UE. Để hoạt động đúng, hệ thống phải thu được kênh này từ toàn bộ vùng phủ ô. Vì vậy, tốc độ số liệu thực tế phải đủ thấp. * Kênh gói chung đường lên CPCH ( Common Packet Channel ) Là mở rộng của kênh RACH để mang số liệu của người dùng phát theo gói trên đường lên. FACH ở đường xuống cùng với kênh này tạo nên một cặp kênh để truyền số liệu. Các điểm khác nhau căn bản của kênh này so với RACH là việc sử dụng điều khiển công suất nhanh, cơ chế phát hiện tranh chấp trên cơ sở vật lý và thủ tục giám sát trạng thái CPCH. So với một hoặc hai khung bản tin RACH, truyền dẫn CPCH đường lên có thể kéo dài nhiều khung. Kênh đường xuống dùng chung DSCH (Downlink Shared Channel ) Là kênh được sử dụng để mang thông tin của người sử dụng hoặc thông tin điều khiển chung cho nhiều người. Nó gần giống kênh FACH nhưng có hỗ trợ sử dụng điều khiển công suất nhanh cũng như tốc độ bit thay đổi theo khung. Không cần thiết phải thu được kênh này trong toàn bộ vùng phủ của ô và có thể sử dụng các chế độ khác nhau của các phương pháp phân tập phát được sử dụng cho kênh DCH đường xuống liên kết. Kênh này luôn liên kết với DCH đường xuống. 2.3.5. Cấu trúc cell Vùng định vị được chia thành một số ô. Ô là vùng bao phủ vô tuyến được mạng định danh bằng nhận dạng ô toàn cầu (CGI – Cell Global Indentify). Trạm di động tự nhận dạng một ô bằng cách sử dụng mã nhận dạng trạm gốc (BSIC). Hình 2.7: Phân vùng một vùng phục ụ MSC thành các vùng định vị và các ô LA4 LA3 LA1 LA2 Cell MS VLR Trong suốt quá trình thiết kế của hệ thống UMTS cần phải chú ý nhiều hơn nữa đến sự phân tập của môi trường của người sử dụng. Các môi trường nông thôn ngoài trời, đô thị ngoài trời, đô thị trong nhà được hổ 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 mạng vô tuyến mặt đất UTRAN . Mỗi lớp được xây dựng từ các cell, các lớp càng thấp các vùng địa lí bao phủ bởi các cell càng nhỏ. Vì vậy các cell nhỏ được xây dựng để hổ 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 nhưng 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 lí, các cell lớn hơn có thể mở rộng vùng phủ sóng . 2.3.6. Dung lượng mạng Kết quả của việc sử dụng công nghệ đa truy nhập trải phổ W CDMA là dung lượng của các hệ thống UMTS không bị giới hạn cứng, có nghĩa là một người 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 W CDMA. Chính vì thế mà trong các mạng W CDMA có đặc điểm “dung lượng mềm ”. Đăc biệt khi quan tâm đến chuyển giao mềm thì các cơ cấu này làm cho việc hoạch định mạng trở nên phức tạp . CHƯƠNG 3 QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA CỦA MẠNG MOBIFONE 3.1. GIỚI THIỆU Chương này sẽ nêu tổng quan về quy mạng vô tuyến cho hệ thống thông tin di động thế hệ ba bao gồm : định kích cỡ, quy hoạch lưu lượng và phủ sóng, tối ưu hóa mạng. Quá trình quy hoạch mạng vô tuyến bao gồm các bước như hình 3.1. Hình 3.1: Quá trình quy hoạch mạng W CDMA Giai đoạn định kích cỡ sẽ đưa ra dự tính số đài trạm, số trạm gốc, cấu hình các trạm gốc và các phân tử mạng khác trên cơ sở các yêu cầu của nhà khai thác và truyền sóng trong vùng. Định cỡ phải thực hiện được các yêu cầu của nhà khai thác về vùng phủ, dung lượng và chất lượng phục vụ. Dung lượng và vùng phủ liên quan chặt chẽ trong mạng di động vì thế phải được xem xét đồng thời khi định cỡ mạng . Trước hết trong chương này chúng ta sẽ xét tổn hao đường truyền cùng với các mô hình truyền sóng để tinh toán tổn hao này, sau đó định cỡ mạng . Phần tiếp theo trình bày chi tiết quy hoạch vùng phủ và dung lượng cùng với công cụ W CDMA. Khi quy hoạch chi tiết, bản đồ truyền sóng thực tế và các dự tính lưu lượng của nhà khai thác phải có ở từng vùng. Vị trí của các BTS và các thông số mạng được lựa chọn bởi công cụ quy hoạch và người quy hoạch. Dung lượng và vùng phủ sau khi quy hoạch chi tiết được phân tích từng ô. Khi mạng đi vào hoạt động, có thể quan trắc hiệu năng của nó bằng các phép đo và các kết quả đo có thể được sử dụng để hiển thị và tối ưu hóa hiệu năng của mạng. Vì không thể đoạn băng bảo vệ quá rộng giữa các hệ thống băng rộng nên khi thiết kế các hệ thống này ta cần phải xét đến nhiễu giữa các kênh lân cận . 3.2. DỰ BÁO LƯU LƯỢNG Việc quy hoạch phải dựa trên nhu cầu lưu lượng. Dự báo lưu lượng là bước đầu tiên trong quy trình quy hoạch mạng. Dự báo lưu lượng có thể được thực hiện trên cở sở xu thế phát triển lưu lượng các mạng được khai thác. Trong trường hợp được khai thác lần đầu, việc dự báo lưu lượng phải dựa trên sự đánh giá một số yếu tố như: Sự phát triển kinh tế xã hội, thu nhập bình quân đầu người, mật độ điện thoại di động (thế hệ hai), số lượng thuê bao internet trung bình và các số liệu tương tự khác cần phục vụ . 3.2.1. Dự báo số thuê bao Đối với thị trường cần phục vụ, cần phải đánh giá tổng số thuê bao. Lý tưởng có thể việc chia đánh giá cho từng tháng để có thể được xu thế phát triển thuê bao. Điều này thật cần thiết vì khi quy hoạch ta cần dự phòng cho tương lai. Nếu có thể cung cấp các dịch vụ khác nhau, thì cần dự báo cho từng loại thuê bao liên quan đến từng loại dịch vụ. Chẳng hạn nhà khai thác có thể chọn cung cấp tổ hợp các dịch vụ nào đó gồm chỉ tiếng, tiếng và số liệu hoặc chỉ số liệu. Ngoài ra các dịch vụ số liệu cũng có thể được chia thành các dịch vụ và các thiết bị cần thiết bị khác nhau . 3.2.2. Dự báo việc sử dụng lưu lượng tiếng Dự báo sử dụng dịch vụ tiếng bao gồm việc đánh giá khối lượng lưu lượng tiếng do người sử dụng dịch vụ tiếng trung bình tạo ra. Dữ liệu tiếng bao gồm phân bố lưu lượng: từ MS đến cố định, từ MS đến MS, và từ MS đến email. Đối với từ MS đến cố định cần phân thành: % nội hoạt và đường dài. Do đó cần có số liệu về số cuộc gọi trên một thuê bao trung bình ở giờ cao điểm và thời gian giữ trung bình(MHT : Mean Hold Time) trên cuộc gọi. Thường ta chỉ có thông số về số phút sử dụng của thuê bao/cuộc gọi. Trong trường hợp này nhóm dự báo bộ phận thiết kế phải chuyển thành việc sử dụng trong giờ cao điểm (busy hour) theo công thức : Sự sử dụng trong giờ cao điểm/thuê bao = (MoU/tháng) * (% trong các ngày làm việc)*(% trong giờ cao điểm)/(số ngày làm việc/tháng) (3.1) Nhân kết quả này với tổng số thuê bao sẽ thu được tổng nhu cầu Erlang trong giờ cao điểm. Đó là một yêu cầu rất quan trọng trong quá trình định cỡ mạng. Ngoài ra, một số phần tử bị giới hạn bởi quá trình thiết lập cuộc gọi nên cũng cần xác định tổng số trong các lần thử gọi trong giờ cao điểm BHCA (Busy Hour Call Attempt) xác định như sau : BHCA = (Lưu lượng tính theo Erlang) * (3600)/(MHT tính theo giây) (3.2) 3.2.3. Dự báo việc sử dụng lưu lượng số liệu Như đã nói ở trên, ta cần phân loại những người sử dụng dịch vụ số liệu và dự báo cho từng kiểu người sử dụng cũng như khối lượng thông lượng số liệu. Ta cũng cần dự báo khi nào thì thông lượng bắt đầu và khi nào thì nó kết thúc. Đối với từng kiểu người sử dụng và dịch vụ ta cần thực hiện phân tích tương tự để xác định sử dụng trong giờ cao điểm. Sau đó, ta cần bổ sung thêm lưu lượng cho tính cụm hay một số đỉnh sử dụng trong giờ cao điểm. Sự bổ sung này sẽ phụ thuộc vào khối lượng dự phòng tương lai trong 12 tháng, thì có nghĩa là hệ thống đã được chủ định định cỡ vượt quá yêu cầu ngay từ đầu và khi này sự bổ sung thêm la loãng phí. Mặt khác nếu dự phòng trong tương lai ít, ta cần bổ sung thêm 25% cho các đỉnh lưu lượng số liệu. 3.3. DỰ PHÒNG TƯƠNG LAI Để khỏi phải thường xuyên mở rộng mạng thi khi quy hoạch mạng phải đáp ứng được các dự kiến trước mắt cũng như cho các dự kiến tương lai. Ngoài ra việc dự phòng tương lai cũng cho phép mạng cung cấp lưu lượng bổ sung trong trường hợp sự tăng trưởng thuê bao lớn hơn thiết kế hoặc sự thay đổi đột biến lưu lượng tại một thời điểm nhất định. Về lý do kinh doanh, dự phòng tương lai cũng cần thiết kế đưa ra các kế hoạch định giá mới cho phép thay đổi đáng kể số thuê bao hay hình mẫu sử dụng. 3.4. SUY HAO ĐƯỜNG TRUYỀN CHO PHÉP Để xác định vùng phủ cực đại của ô nhà thiết kế phải tính toán tổn hao đường truyền cực đại cho phép đảm bảo cường độ tín hiệu phù hợp ở biên giới ô cho chất lượng tiếng chấp thuận trên 90% vùng phủ. Tổn hao đường truyền cho phép là hiệu số giữa công suất phát xạ hiệu dụng của máy phát và cường độ tín hiệu tối thiểu cần thiết ở máy thu cho chất lượng tiếng chấp thuận. Các thành phần xác định tổn hao đường truyền được gọi là quỹ năng lượng đường truyền. Để tính tổn hao cực đại cho phép ta sử dụng công thức sau : Lp = D – O + P – Q – R – S –T (3.3) Trong đó : LP : Suy hao đường truyền cho phép. D : Chỉ số EIRP của trạm di động (D = A – C). A : Công suất trạm di động. C : Tổn hao cơ thể. O : Độ nhạy trạm gốc thu (O = K – M + N). K : Tổng số nhiễu và tạp âm ảnh hưởng (K = I + J). I : Công suất tạp âm trạm gốc thu ( I = G + 10.ln(H)). G : Mật độ tạp âm trạm gốc thu ( G = E + F). E : Mật độ tạp âm nhiệt. F : Hệ số tạp âm trạm gốc thu. H : Tốc độ Chip. L : Tốc độ Bit. J : Độ dự trữ nhiễu. M : Độ lợi xử lý ( M = 10.ln(H/K)). N : Eb/N0 Cần thiết ( Độ dự trữ cần thiết của anten phát BS). P : Độ lợi Anten trạm gốc. Q : Suy hao cáp Anten trạm gốc. R : Suy hao tán xạ. S : Suy hao trong xe. T : Độ lợi chuyển giao mềm. 3.4.1. Xác định kích thước ô Sau khi tính được suy hao đường truyền cực đại ta tính được bán kính ô (R) cực đại thoả mãn yêu cầu truyền nhận thông tin dựa vào các mô hình truyền sóng. Do đặc điểm truyền sóng không ổn định, nên các mô hình truyền sóng đều mang tính thực nghiệm. Dưới đây ta xét hai mô hình truyền sóng được sử dụng rộng rãi là mô hình Hata – Okumura và Walfsch – Ikegami. 3.4.2. Các mô hình truyền sóng 3.4.2.1. Mô hình Hata – Okumura Hầu hết các công cụ truyền sóng sử dụng một dạng biến đổi của mô hình Hata. Mô hình Hata là quan hệ thực nghiệm được rút ra từ báo cáo kỹ thuật của Okumura cho phép sử dụng các kết quả vào các công cụ tính toán. Các biểu thức được sử dụng trong mô hình Hata để xác định tổn hao trung bình : · Vùng thành phố Lp= 69,55+26,16.lgfc –13,28.lghb – a(hm) + (44,9-6,55.lghb).lgR (dB) (3.4) Trong đó : fc : Tần số hoạt động (MHz); Lp : Tổn hao cho phép. hb : Độ cao anten trạm gốc (m); R : Bán kính ô (km). a(hm) : Hệ số hiệu chỉnh cho độ cao anten di động (dB) Dải thông số sử dụng cho mô hình Hata là : hb200m hm10m Hệ số hiệu chỉnh a(hm) được tính như sau: Đối với thành phố lớn: a(hm) =8,29.(lg1,54hm)2 - 1,1 (dB) với fc 200MHz (3.5) a(hm) =3,2.(lg11,75hm)2 - 4,97 (dB) với fc 400MHz (3.6) Đối với thành phố nhỏ và trung bình a(hm) = (1,1.lgfc – 0,7).hm –(1,56.lgfc –0,8) (dB) (3.7) Như vậy bán kính ô được tính : (3.8) · Vùng ngoại ô Với vùng ngoại ô hệ số hiệu chỉnh suy hao so với vùng thành phố là : Lno = Lp + 2 (dB) (3.9) · Vùng nông thôn Với vùng nông thôn hệ số hiệu chỉnh suy hao so với vùng thành phố là : Lnt = Lp + 4,78.(lgfc)2 -19,33(lgfc) + 40,49 (dB) (3.10) 3.4.2.2. Mô hình Walfsch – Ikegami Mô hình này được sử dụng để đánh giá tổn hao đường truyền ở môi trường thành phố cho hệ thống thông tin di động tổ ong. Mô hình này chứa các phần tử: suy hao không gian tự do (Lf ), nhiễu xạ mái nhà, tổn hao tán xạ (Lrts) và tổn hao nhiều vật chắn(Lms). Tổn hao cho phép trong mô hình này được tính như sau : Lcp = Lf + Lrts + Lms (3.11) Với tổn hao không gian tự do được xác định như sau : (3.12) Trong đó : fc : Tần số hoạt động; R : Bán kính cell. Nhiễu xạ mái nhà phố và tổn hao tán xạ được tính : (3.13) Trong đó : Lo : Hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc định hướng của đường phố. W : Độ rộng phố; : Góc đến so với trục phố hr : Độ cao nhà; hm : Độ cao Anten trạm di động. hm = hr – hm (m); (3.15) Tổn hao vật chắn : (3.16) Trong đó : b : Khoảng cách giữa các toà nhà dọc theo đường truyền vô tuyến (m) , hb là độ cao anten BS ka = 54 – 0,8.hb với thành phố lớn với thành phố trung bình Như vậy bán kính cell tính theo mô hình Walf – Ikegami là : (3.17) Mô hình Hata bỏ qua ảnh hưởng của độ rộng phố, nhiễu xạ phố và các tổn hao tán xạ còn mô hình Walf – Ikegami có xét đến các ảnh hưởng này nên bán kính cell tính theo mô hình Hata lớn hơn so với mô hình Walf ở cùng một tổn hao cho phép. 3.5. ĐỊNH CỠ MẠNG Định cỡ mạng truy nhập vô tuyến WCDMA là một quá trình quy hoạch ban đầu nhờ đó mà cấu hình của mạng và tổng các thiết bị mạng được tính toán, dựa vào các yêu cầu của nhà vận hành mạng. Các yêu cầu của nhà vận hành mạng 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 định cỡ mạng là tính toán mật độ site và cấu hình site yêu cầu cho các vùng phủ quan tâm. Các hoạt động quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến RAN bao gồm: Tính toán quỹ liên kết vô tuyến (RLB), phân tích vùng phủ, đánh giá dung lượng và cuối cùng là tính toán cho tổng số các thiết bị phần cứng trạm gốc, các site và bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC), các thiết bị tại các giao diện khác nhau và phần tử mạng lõi (như là các vùng chuyển mạch kênh và các vùng chuyển mạch gói ). 3.5.1. Phân tích vùng phủ Quá trình phân tích vùng phủ vô tuyến thực hiện khảo sát các địa điểm cần phủ sóng và kiểu dịch vụ cần cung cấp cho các địa điểm này. Thông thường ta cần phủ sóng trước hết ở các vùng quan trọng như: các vùng thương mại, các vùng 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 mật độ dân cư: vùng nào là thành phố, ngoại ô, nông thôn, vùng nào là khu thương mại, khu công nghiệp… Hình 3.2: Các kiểu môi trường phủ sóng trong hệ thống UMTS. Mục đích của quá trình khảo sát này là: 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 khcá nhau đến quá trình truyền sóng. Phụ thuộc vào kiểu môi trường mà có thể có các mức phủ sóng khác nhau. Ví dụ: đối với các vùng ngoại ô và thành thị thì cung cấp các vùng phủ trong nhà. Tuy nhiên, đối với các vùng có đường cao tốc thì chỉ cần đến vùng phủ trong xe. Còn các vùng phủ khác thì chỉ cần cung cấp các vùng phủ ngoài trời. Đối với các hệ thống GSM khảo sát các nhân tố này đã có thể bắt tay vào thiết kế. Nhưng đối với các hệ thống WCDMA thì cần phải xem xét thêm kiểu dịch vụ sẽ cung cấp hoặc có sẵn trong vùng. Các thông tin về vùng phủ sẽ được dùng để chuẩn bị quy hoạch vùng phủ ban đầu. Trước khi quy hoạch vùng phủ cần phải quan tâm đầu tiên đến 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. 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 tổn hao đường truyền cực đại cho phép để tính toán vùng phủ (tính bán kính cell ). Các thành phần để tính tổn hao đường truyền cực đại cho phép của tín hiệu từ trạm phát đến trạm thu gọi là quỹ đường truyền truyền (chú ý: đối với đường lên máy phát là MS, máy thu là BS; đối với đường xuống: máy phát là BS, máy thu là MS). 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 dữ 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. Độ dự trữ phadinh 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 đi bộ di chuyển chậm mà tại đó điều khiển công suất nhanh có thể bù phadinh nhanh một cách hiệu quả. Đối với cell lân cận thì lại tăng thêm nhiễu bởi vì phadinh nhanh trong các kênh là không tương quan. Các giá trị thông thường của độ dự trữ phadinh nhanh là 2.0 - 5.0dB đối với các MS di chuyển chậm. Độ lợi chuyển giao mềm Chuyển giao mềm hay cứng cung cấp một độ lợi chống lại phadinh chậm bằng cách giảm độ dự trữ phadinh chuẩn log yêu cầu. Do trên thực tế phadinh 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 phadinh nhanh bằng cách giảm Eb/N0 tuỳ theo liên kết vô tuyến đơn do tác dụng của việc kết hợp phân tập macro. Tổng độ lợi là một hàm số của tốc độ máy di động và phụ thuộc vào thuật toán kết hợp phân tập được sử dụng trong bộ thu và hiện trạng trễ kênh. Sau đây sẽ đưa ra các ví dụ về quỹ liên kết cho các dịch vụ UMTS điển hình: dịch vụ thoại 12.2kbps sử dụng bộ mã hoá, giải mã thoại đa tốc độ thích nghi AMR, dịch vụ dữ liệu thời gian thực 144 kbps và dịch vụ dữ liệu phi thời gian thực 384kbps trong môi trường tế bào macro đô thị với mức tăng nhiễu đường lên là 3dB. Độ dữ trữ nhiễu 3dB được sử dụng cho mức tăng công suất đường lên. Các giả định trong quỹ đường truyền của các bộ thu và phát được chỉ ra trong bảng 3.1và 3.2. Bảng 3. 1: Giả định quỹ đường truyền của máy di động Đầu cuối thoại Đầu cuối dữ liệu Công suất phát lớn nhất 21dBm 24 dBm Tăng ích anten 0dBi 2dBi Suy hao cơ thể 3dB 0dB Bảng 3. 2: Giả định về quỹ đường truyền của trạm gốc Hình dạng nhiễu 5dB Tăng ích của Anten 18 dBi (trạm gốc 3 sector) Eb/N0 yêu cầu Thoại : 5.0dB Dữ liệu thời gian thực 144 kbps: 1.5 dB Dữ liệu phi thời gian thực 384kbps: 1.0 dB Suy hao cáp 2.0 dB Quỹ đường truyền trong bảng 3-3 được tính toán cho tốc độ thoại 12.2 kbps đối với người sử dụng trong xe bao gồm suy hao trong xe là 8.0dB. Trường hợp này không sử dụng độ dữ trữ phadinh bởi vì tại tốc độ 120kbps điều khiển công suất nhanh không thể bù phadinh. Giả sử Eb/N0 yêu cầu là 5.0dB. Eb/N0 yêu cầu tuỳ thuộc vào tốc độ bit, dịch vụ và hiện trạng đa đường, tốc độ di động, các thuật toán bộ thu và cấu trúc anten trạm gốc. Đối với máy di động tốc độ thấp, Eb/N0 yêu cầu thấp nhưng lại đòi hòi độ dữ trữ phadinh nhanh. Bảng 3.3: Quỹ đường truyền tham khảo cho dịch vụ thoại 12.2 kbps đa tốc độ (120km/h, người sử dụng ở trong xe ô tô, kênh Verhicular A với chuyển giao mềm) Dịch vụ thoại 12.2kbps (120 km/h, trong xe hơi) Trạm phát (máy di động) Công suất phát lớn nhất của MS [W] 0.125 Công suất phát lớn nhất của MS [dBm] 21.0 a Độ tăng ích của anten MS [dBi] 0.0 b Suy hao cơ thể [dB] 3.0 c Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) [dBm] 18.0 d =a+b-c Trạm thu (Trạm gốc) Mật độ tạp âm nhiệt [dBm/Hz] -174.0 e Dạng nhiễu bộ thu trạm gốc [dB] 5.0 f Mật độ tạp âm bộ thu [dBm/Hz] -169.0 g=e+f Công suất tạp âm bộ thu [dBm] -103.2 h=g+10*log(3840000) Độ dữ trữ nhiễu [dB] 3.0 i Tạp âm hiệu dụng tổng cộng + nhiễu [dBm] -100.2 j =h+i Độ lợi xử lý [dB] 25.0 k=10*log (3840/12.2) Eb/N0 yêu cầu [dB] 5.0 l Độ nhạy thu [dBm] -120.2 m =l-k+j Độ tăng ích anten trạm gốc [dBi] 18.0 n Suy hao cáp bên trong trạm gốc [dB] 2.0 o Độ dự trữ phadinh nhanh [dB] 0.0 p Suy hao đường truyền lớn nhất [dB] 154.2 q = d - m + n - o - p Các thành phần khác Độ dữ trữ phadinh normal log [dB] 7.3 r Độ lợi chuyển giao mềm [dB], nhiều cell 3.0 s Suy hao do ở trong xe [dB] 8.0 t Suy hao truyền sóng được phép đối với phạm vi của cell [dB] 141.9 u = q - r + s-t Bảng 3.4 chỉ ra quỹ đường truyền cho các dịch vụ thời gian thực 144kbps khi xác suất vị trí ở bên trong nhà là 80% được cung cấp bởi các trạm gốc ngoài trời. Bảng 3.4 chỉ ra rằng quỹ đường truyền của dịch vụ dữ liệu thời gian thực 144 kbps chỉ khác với dịch vụ thoại 12.2 kbps về độ lợi xử lý, công suất phát máy di động cao hơn, và Eb/N0 yêu cầu thấp hơn. Hơn nữa, khoảng hở là 4.0dB được dự trữ cho điều khiển công suất nhanh có thể bù cho phadinh tại tốc độ 3km/h. Giả sử suy hao thâm nhập toà nhà bình quân là 15dB. Bảng 3.4: Quỹ đường truyền của các dịch vụ thời gian thực tốc độ 144kbps (vận tốc di động 2km/h, người sử dụng trong nhà được phục vụ bởi BS ngoài trời, kênh Vehicular A, với chuyển giao mềm) Dịch vụ dữ liệu 144kbps Trạm phát (máy di động) Công suất phát lớn nhất của MS [W] 0.25 Công suất phát lớn nhất của MS [dBm] 21.0 a Độ tăng ích của anten MS [dBi] 2.0 b Suy hao cơ thể [dB] 0.0 c Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) [dBm] 26.0 d =a+b-c Trạm thu (Trạm gốc) Mật độ tạp âm nhiệt [dBm/Hz] -174.0 e Dạng nhiễu bộ thu trạm gốc [dB] 5.0 f Mật độ tạp âm bộ thu [dBm/Hz] -169.0 g=e+f Công suất tạp âm bộ thu [dBm] -103.2 h=g+10*log(3840000) Độ dữ trữ nhiễu [dB] 3.0 i Tạp âm hiệu dụng tổng cộng + nhiễu [dBm] -100.2 j =h+i Độ lợi xử lý [dB] 14.3 k=10*log (3840/144) Eb/N0 yêu cầu [dB] 1.5 l Độ nhạy thu [dBm] -113.0 m =l-k+j Độ tăng ích anten trạm gốc [dBi] 18.0 n Suy hao cáp bên trong trạm gốc [dB] 2.0 o Độ dự trữ phadinh nhanh [dB] 4.0 p Suy hao đường truyền lớn nhất [dB] 151.0 q = d - m + n - o - p Các thành phần khác Độ dữ trữ phadinh normal log [dB] 4.2 r Độ lợi chuyển giao mềm [dB], nhiều cell 2.0 s Suy hao do ở trong xe [dB] 15.0 t Suy hao truyền sóng được phép đối với phạm vi của cell [dB] 133.8 u= q - r + s-t Giá trị q đưa ra suy hao đường truyền lớn nhất giữa anten máy di động và trạm gốc. Độ dự trữ bổ sung r và t cần để đảm bảo cho vùng phủ indoor với sự có mặt của vật che khuất. Sự che khuất gây ra bởi các toà nhà, quả đồi …và được mô hình hoá bởi phadinh chuẩn log. Giá trị u dùng để tính toàn kích cỡ cell. Bảng 3.5: Quỹ đường truyền tham khảo của dịch vụ dữ liệu phi thời gian thực 384 kbps (3km/h, người sử dụng ngoài trời, kênh Vehicular A, không chuyển giao mềm) Dịch vụ dữ liệu phi thời gian thực 384 kbps Trạm phát (máy di động) Công suất phát lớn nhất của MS [W] 0.25 Công suất phát lớn nhất của MS [dBm] 24.0 a Độ tăng ích của anten MS [dBi] 2.0 b Suy hao cơ thể [dB] 0.0 c Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) [dBm] 26.0 d =a+b-c Trạm thu (Trạm gốc) Mật độ tạp âm nhiệt [dBm/Hz] -174.0 e Dạng nhiễu bộ thu trạm gốc [dB] 5.0 f Mật độ tạp âm bộ thu [dBm/Hz] -169.0 g=e+f Công suất tạp âm bộ thu [dBm] -103.2 h=g+10*log(3840000) Độ dữ trữ nhiễu [dB] 3.0 i Tạp âm hiệu dụng tổng cộng + nhiễu [dBm] -100.2 j =h+i Độ lợi xử lý [dB] 10.0 k=10*log (3840/144) Eb/N0 yêu cầu [dB] 1.0 l Độ nhạy thu [dBm] -109.2 m =l-k+j Độ tăng ích anten trạm gốc [dBi] 18.0 n Suy hao cáp bên trong trạm gốc [dB] 2.0 o Độ dự trữ phadinh nhanh [dB] 4.0 p Suy hao đường truyền lớn nhất [dB] 147.2 q = d - m + n - o - p Các thành phần khác Độ dữ trữ phadinh normal log [dB] 7.3 r Độ lợi chuyển giao mềm [dB], nhiều cell 0.0 s Suy hao do ở trong xe [dB] 0.0 t Suy hao truyền sóng được phép đối với phạm vi của cell [dB] 139.9 u = q - r + s-t Bảng 3.5 trình bày quỹ liên kết cho dịch vụ dữ liệu phi thời gian thực 384kbps trong môi trường outdoor. Độ lợi xử lý thấp hơn trường hợp dữ liệu thời gian thực 144kbps bởi vì tốc độ bit cao hơn, Eb/N0 yêu cầu cũng thấp hơn. Trường hợp này giả sử không có chuyển giao mềm. Hiệu suất phủ sóng. Hiệu suất phủ sóng của WCDMA được định nghĩa là diện tích vùng phủ trung bình trên một đài trạm đối với môi trường truyền sóng tham khảo quy định trước và mật độ lưu lượng cần hỗ trợ. Hiệu suất này được tính bằng km2/đài trạm. Từ quỹ đường truyền, bán kính cell R có thể được tính cho mô hình truyền sóng đã biết, chẳng hạn như mô hình Okumura-Hata, Walfish-Ikegami. Mô hình truyền sóng mô tả sự truyền sóng tính trung bình trong môi trường đó, nó chuyển đổi suy hao truyền sóng được phép tính bằng dB trên hàng u thành bán kính cell lớn nhất tính ra km. 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 phân đoạn của anten trạm gốc) theo công thức : S = K . R2 (3.18) Với K là hệ số ứng với số đoạn trong cell được cho trong bảng sau: Bảng 3. 6: Giá trị K theo cấu hình site. Cấu hình site Vô hướng 2 đoạn 3 đoạn 6 đoạn K 2.6 1.3 1.95 2.6 Ví dụ : tính theo mô hình Walfish – Ikegami (COST 231) cho cell macro vùng đô thị với độ cao anten trạm gốc là 40m, độ cao anten MS là 2m và tần số sóng mang 1950 MHz, và các thông số mặc định khác, ta tính được suy hao truyền sóng như sau: L[dB] =138.17 + 38log10(R). Trong đó R là bán kính phủ sóng của cell Cách tính toán theo các mô hình truyền sóng được trình bày trong phụ lục C. Đối với vùng ngoại ô, giả sử hệ số sửa lỗi bổ sung là 8dB có suy hao đường truyền là L= 130.17+38log10(R). Quá trình tính toán bán kính cell có thể tóm tắt trong hình vẽ sau: Hình 3.3: Tính toán bán kính cell 3.5.2. Phân tích dung lượng Dựa vào quỹ đường truyền và sử dụng mô hình truyền sóng phù hợp sẽ tính được vùng phủ vô tuyến ban đầu (công việc này thường được thực hiện bằng phần mềm quy hoạch). Tuy nhiên đây chỉ là một phần quy hoạch ban đầu. Bước tiếp theo là cần làm cho quy hoạch có hiệu quả để đảm bảo hỗ trợ tải (hay dung lượng) dự kiến. Dự trữ nhiễu được sử dụng để loại bỏ nhiễu do các người sử dụng khác sẽ tạo ra. Tải càng lớn thì nhiễu càng lớn và độ dữ trữ nhiễu cũng phải càng lớn để loại bỏ nhiễu đó. Bảng 3.7 chỉ ra mối quan hệ giữa dự trữ nhiễu được yêu cầu bởi tải đường lên. Bảng 3. 7: Mối quan hệ giữa dự trữ nhiễu được yêu cầu ứng với tải đường lên. Tải cell đường lên (%) 0 10 20 50 75 90 95 99 Dự trữ nhiễu (dB) 0 0.46 1 3 6 10 13 20 Từ bảng 3.7 có thể thấy tăng tạp âm tiến đến vô cùng khi tải của ô tiến đến 100%. Tải của cell càng lớn thì tạp âm càng tăng và vùng phủ của cell càng nhỏ. Không thể đạt được tải cell bằng 100% nhưng hoàn toàn có thể đạt được tải cell bằng 60%-70%. Phải chuyển đổi từ tải cell tính theo phần trăm sang một tham số đo sự sử dụng của thuê bao như: tổng số thuê bao đối với một vùng dịch vụ cho trước, tổng thông lượng. Điều này cho phép biết được vùng phủ của cell có thể hỗ trợ tải đến có hiệu quả hay không. Tính toán hệ số tải Pha 2 của định cỡ là tính toán tổng số lưu lượng trên một site trạm gốc. Khi hệ số sử dụng lại tần số của hệ thống WCDMA là 1, hệ thống thường có đặc tính giới hạn nhiễu và phải tính toán tổng lượng nhiễu và dung lượng các cell được cấp phát Hệ số tải đường lên. Bảng 3. 8: Các thông số sử dụng trong tính toán hệ số tải đường lên. Định nghĩa Giá trị khuyến nghị N Số người sử dụng trên một cell Vj Hệ số hoạt động của người sử dụng j tại lớp vật lý 0.67 cho thoại, giả sử 50% hoạt động thoại và tổng phí DPCCH trong suốt DTX. 1.0 đối với dữ liệu Eb/N0 Năng lượng tín hiệu của một bit chia cho mật độ phổ tạp âm được yêu cầu để đáp ứng QoS (ví dụ như tỷ số lỗi bit). Tạp âm bao gồm cả tạp âm nhiệt và nhiễu. Phụ thuộc vào dịch vụ, tốc độ bit, kênh phadinh đa đường, độ phân tập anten thu, tốc độ di động… W Tốc độ chip WCDMA 3.84 Mcps Rj Tốc độ bit của người sử dụng j Phụ thuộc vào dịch vụ i Tỷ số nhiễu từ các cell khác và chính cell đó được xem xét bởi bộ thu trạm gốc Cell macro với các anten đa hướng: 55%, Macro cell với 3 sector: 65% Hệ số tải đường xuống. Bảng 3. 9: Các thông số sử dụng trong việc tính toán hệ số tải liên kết đơn. Định nghĩa Giá trị khuyến nghị N Số người sử dụng trên một cell vj Hệ số hoạt động của người sử dụng j tại lớp vật lý 0.58 cho thoại, giả sử 50% hoạt động thoại và tổng phí DPCCH trong suốt DTX 1.0 đối với dữ liệu Eb/N0 Năng lượng tín hiệu của một bit chia cho mật độ phổ tạp âm được yêu cầu để đáp ứng QoS cho trước(ví dụ như tỷ số lỗi bit). Tạp âm bao gồm cả tạp âm nhiệt và nhiễu. Phụ thuộc vào dịch vụ, tốc độ bit, kênh phadinh đa đường, độ phân tập anten thu, tốc độ di động… W Tốc độ chip WCDMA 3.84 Mcps Rj Tốc độ bit của người sử dụng j Phụ thuộc vào dịch vụ Tính trực giao của kênh người sử dụng j Phụ thuộc vào quá trình truyền sóng đa đường. 1: Kênh một đường hoàn toàn trực giao. 0: Không trực giao ij Tỷ số công suất các cell khác với công suất cell phục vụ, được thu bởi người sử dụng j Mỗi người sử dụng có một ij khác phụ thuộc vào vị trí của nó trong cell và vật che khuất log-normal. Hệ số trực giao trung bình trong cell Kênh ITU Vehicular A: ~50% Kênh ITU Pedestrian A: ~90% i Tỷ số công suất từ các cell khác và cell phục vụ được thu bởi người sử dụng. Nhiễu cell phục vụ ở đây là băng rộng Cell macro với các anten đa hướng: 55%, Macro cell với 3 sector: 65% Bảng 3. 10: Quỹ đường truyền và một số giả định được mô phỏng. Công suất phát máy di động 21dBm Độ nhạy máy thu trạm gốc -116 dBm Công suất phát trạm gốc 10W/40dBm Độ dự trữ nhiễu 2.0 dB Độ dự trữ phadinh nhanh 2.0 dB Tăng ích anten trạm gốc 18.0 dBi Suy hao cơ thể 0.0 dB Tăng ích anten di động 2.0dBi Eb/N0 5.5 dB Tỷ số nhiễu giữa cell khác và cell phục vụ (i) 0.6 Suy hao cáp 4 dB Dung lượng lớn nhất đường xuống 820 kbps/cell Dung lượng lớn nhất đường lên 1730 kbps/cell Suy hao đường truyền lớn nhất 153.0 dB Trong hình 3.3, giả sử công suất trạm gốc là 10W, nếu ta sử dụng công suất là 20W, thì vùng phủ và dung lượng đường xuống cũng thay đổi. Sự khác nhau về vùng phủ và dung lượng trong 2 trường hợp được chỉ ra trong hình 3.4 Hình 3.4: Một ví dụ về mối quan hệ giữa vùng phủ và dung lượng trên đường lên và đường xuống Nếu ta tăng công suất đường xuống 3dB, có thể tăng suy hao đường truyền lớn nhất cao hơn 3.0dB mà không quan tâm đến tải. Sự cải thiện dung lượng sẽ nhỏ hơn cải thiện vùng phủ do đường cong tải. Nếu ta giữ suy hao truyền sóng đường xuống cố định tại 153dB, đó là suy hao truyền sóng đường lên lớn nhất với độ dự trữ nhiễu là 2dB, thì dung lượng đường xuống có thể tăng lên chỉ 10% (0.4dB) từ 680 kbps lên 750 kbps. Việc tăng công suất phát đường xuống để tang dung lượng đường xuống là không hiệu quả, bởi vì công suất có sẵn không ảnh hưởng đến dung lượng cực đại. Hình 3.5: Ảnh hưởng của công suất phát trạm gốc tới dung lượng và vùng phủ trên đường xuống Giả sử rằng ta có công suất phát đường xuống là 20W, việc chia công suất đường xuống giữa 2 tần số sẽ tăng dung lượng đường xuống từ 750kbps lên tới 2x680Kbps =1360kbps, tức là tăng 80%. Việc chia công suất đường xuống giữa 2 tần số sóng mang là một phương pháp có hiệu quả để tăng dung lượng đường xuống mà không cần đầu tư thêm các bộ khuếch đại công suất. Phương pháp chia công suất yêu cầu việc cấp phát tần số của các trạm điều khiển cho phép sử dụng 2 tấn số sóng mang trong trạm gốc. Hình 3.6: Chia sẻ nhiễu giữa các cell trong WCDMA. Trong tính toán dung lượng mềm dưới đây giả sử rằng có số thuê bao giống nhau trong tất cả các cell nhưng các kết nối bắt đầu và kết thúc một cách độc lập. Thêm vào đó, khoảng thời gian các cuộc gọi đến tuân theo phân bố Poisson. Phương pháp này có thể sử dụng trong trong định cỡ khi tính toán dung lượng Erlang. Sẽ có dung lượng mềm bổ sung thêm nếu trong WCDMA nếu số người sử dụng trong các cell lân cận nhỏ hơn. 3.6. QUY HOẠCH VÙNG PHỦ VÀ DUNG LƯỢNG CHI TIẾT 3.6.1. Dự đoán vùng phủ và dung lượng lặp Phần này sẽ trình bày việc hoạch định chi tiết vùng phủ và dung lượng. Trong pha hoạch định chi tiết, cần dữ liệu truyền thực tế từ các vùng hoạch định, cùng với mật độ người sử dụng được tính toán 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. Hình 3.7: Quá trình tính toán vùng phủ và dung lượng lặp Bởi vì trong WCDMA tất cả người sử dụng đang chia sẻ các nguồn tài nguyên nhiễu trong giao diện vô tuyến nên không thể phân tích một cách độc lập. Mỗi người sử dụng đều ảnh hưởng đến các người khác và làm cho công suất phát của chúng thay đổi. Sự thay đổi bản thân chúng lại gây ra sự thay đổi và cứ như vậy. Vì thế, toàn bộ quá trình dự đoán phải được thực hiện một cách lặp đi lặp lại cho đến khi công suất phát ổn định. Tốc độ máy di động, hiện trạng kênh đa đường và các tốc độ bit, các kiểu dịch vụ cũng đóng vai trò quan trọng hơn so với các hệ thống di động 2G. Hơn thế nữa, điều khiển công suất nhanh trên cả đường lên và đường xuống, chuyển giao mềm và mềm hơn, các kênh đường xuống trực giao cũng ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống. Sự khác nhau giữa dự đoán vùng phủ trong hệ thống WCDMA và TDMA/FDMA là sự tính toán nhiễu trong WCDMA là chủ yếu trong pha dự đoán. Trong quá trình hoạch định vùng phủ GSM hiện hành, độ nhạy thu trạm gốc thường được coi là hằng số và ngưỡng phủ sóng giống nhau cho mỗi trạm gốc. Trong trường hợp độ nhạy thu của trạm gốc phụ thuộc vào số người sử dụng và tốc độ bit sử dụng trong tất cả các cell, vì thế nó là các chi tiết riêng của dịch vụ và của cell. Cũng chú ý rằng trong các mạng 3G, đường xuống có thể có tải cao hơn trên đường lên. Việc tính toán vùng phủ và dung lượng lặp được thực hiện theo sơ đồ sau hình 3-7. 3.6.2. Công cụ hoạch định Trong các hệ thống 2G, việc hoạch định chi tiết tập trung chủ yếu vào hoạch định vùng phủ. Trong các hệ thống 3G, việc hoạch định nhiễu chi tiết và phân tích dung lượng cần thiết hơn tối ưu vùng phủ. Các công cụ cần thiết hỗ trợ các nhà quy hoạch để tối ưu cấu hình trạm gốc, việc chọn lựa anten, các hướng đặt của anten, vị trí các site, để đáp ứng chất lượng của các dịch vụ và các yêu cầu dung lượng, dịch vụ với chi phí nhỏ nhất. Để đạt được kết quả tối ưu, công cụ phải có đầy đủ các kiến thức của thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến để thực hiện vận hành và tạo ra các quyết định, giống như trong mạng thực tế. Xác suất vùng phủ sóng đường lên và đường xuống được xác định cho một dịch vụ đặc biệt bằng kiểm tra tính sẵn sàng của dịch vụ trong mỗi vị trí hoạch định. Pha hoạch định chi tiết không khác nhiều so với hoạch định mạng 2G. Các site và sector được đặt vào công cụ. Sự khác nhau chính là tầm quan trọng của lớp lưu lượng. Các phương pháp phân tích chi tiết được đề xuất sử dụng các trạm gốc rời rạc trong phân tích của WCDMA. Mật độ trạm gốc trong các cell khác nhau nên dựa vào các thông tin lưu lượng thực tế. Các điểm quan trọng nên được xác định như là một đầu vào để phân tích chính xác. Công cụ hoạch định ở đây là một bộ mô phỏng tĩnh dựa vào điều kiện trung bình và các thông tin nhanh từ mạng có thể được lấy ra.còn bộ mô phỏng động bao gồm các mô hình di động và mô hình lưu lượng chúng có thể được phát triển và thử nghiệm các thuật toán quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến trong môi trường thực tế, và kết quả của sự mô phỏng này là đầu vào cho công cụ hoạch định mạng. Ví dụ như hiệu suất thực tế của thuật toán chuyển giao với các lỗi đo đạc và trễ có thể được kiểm tra trong công cụ động và kết quả được đưa và công cụ hoạch định mạng. Việc kiểm tra các thuật toán RRM yêu cầu mô hình chính xác của hiệu suât liên kết WCDMA, và vì thế một sự giải quyết về mặt thời gian tương ứng với tần số điều khiển công suất là 1.5kHz được sử dụng trong bộ mô phỏng động. 3.7. NHIỄU LÂN CẬN GIỮA CÁC NHÀ KHAI THÁC Trong phần này sẽ xét ảnh hưởng của nhiễu kênh lân cận giữa các nhà khai thác ở các tần số lân cận. 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 của mỗi hệ thống. Nhiễu này gọi là nhiễu kênh lân cận, gây ra do máy phát không lý tưởng và bộ lọc ở máy thu không hoàn hảo. Nhiễu kênh lân cận có thể gây ra chặn đường lên đối với Node B hoặc chặn đường lên và đường xuống đối với máy di động, hình 4.9 mô tả nhiễu kênh lân cận. Chặn đường lên: Giả sử máy di động MS của nhà khai thác 1 phát công suất cao với tần số lân cận với một ô của nhà khai thác 2 trong khi đang ở gần ô này. Kết quả là, nhiễu kênh lân cận ở máy thu trạm gốc của nhà khai thác 2 có thể lớn đến mức chặn các tín hiệu thu hữu ích của trạm này. Nguồn nhiễu kênh lân cận ở đường lên chính là bộ khuyếch đại phi tuyến ở MS gây ra do sự rò của công suất kênh lân cận. Chặn đường xuống: Khi trạm gốc của nhà khai thác 2 phát thì máy di động của nhà khai thác 1 sẽ thu nhiễu của kênh lân cận đường xuống, nhiễu này có thể đủ lớn để làm rớt cuộc gọi trước khi máy di động có thể đến gần trạm gốc của mình. Trong trường hợp này, để tránh nhiễu ở kênh lân cận, máy di động có thể chuyển giao sang một tần số mới cách xa tần số phát của trạm gốc thuộc nhà khai thác 2. Nguyên nhân của nhiễu kênh lân cận đối với đường xuống là do độ chọn lọc của máy thu ở MS không hoàn hảo khiến nó không chỉ thu được tín hiệu hữu ích mà còn thu cả nhiễu. Yếu tố giới hạn đối với nhiễu kênh lân cận đường xuống chính là độ nhạy của máy thu của MS. Hình 3.8: Nhiễu kênh lân cận đường lên từ MS ô Macro đến BS ô Micro CHƯƠNG 4 QUY HOẠCH MẠNG WCDMA CỦA MOBIFONE CHO KHU VỰC THÀNH PHỐ QUY NHƠN 4.1. GIỚI THIỆU Hiện nay Việt Nam đã có 4 nhà mạng di động đăng ký dịch vụ 3G, trong đó Mobifone là anh cả của ngành di động Việt Nam và là nhà mạng thứ 2 áp dụng công nghệ 3G vào thị trường di động chỉ sau mạng Viettel. Các nhà mạng đang rao riết chạy đua cạnh tranh nhau, các mạng không chỉ xây dựng thêm các trạm 3G mới mà còn ứng dụng những công nghệ mới để đáp ứng nhu cầu khách hàng.Với tiêu chí đó thì Mobifone đã áp dụng công nghệ AMR giúp nâng cao chất lượng cuộc gọi, Synthesizer(công nghệ nhảy tầng nhóm),công nghệ truyền dự liệu tốc độ cao(EGDE), và công nghệ HSDPA(High Speed Downlink Package Access),… .Ngoài ra, nhà mạng MobiFone đã ký thỏa thuận roaming mạng 3G với hơn 50 mạng 3G khác trên thế giới tại thời điểm khai trương dịch vụ. Sáng cùng ngày 15/12 Mobifone cũng đã đưa ra 4 dịch vụ áp dụng công nghệ 3G như là Video call, Mobile Internet, Mobile TV, và Fast connect (Mobile Broadband). Chương này chúng ta sẽ trình bày về mạng di động Mobifone, trong khuôn khổ đồ án sẽ trình bày và phân tích, tính toán quy hoạch mạng UMTS giả sử được triển khai tại khu vực thành phố Quy Nhơn. 4.2. HIỆN TRẠNG CỦA MẠNG LƯỚI GSM HIỆN CÓ Mạng Mobifone hiện tại được xây dựng trên tiêu chuẩn GSM với các khối chức năng truyền thống của nó. Mạng lưới được chia ra về mặt địa lý thành 4 mạng nhỏ hơn , thao tác bởi 4 trung tâm khác nhau. Mạng hiện tại sẽ là cơ sở khi chuyển đổi sang mạng có tốc độ dữ liệu cao hơn . 4.2.1. Mạng chuyển mạch Mạng lưới hiện tại gồm khoảng 20 chuyển mạch MSC .Những MSC này chuyển mạch cuộc gọi trong nội bộ mạng và liên kết nối với các mạng khác. Khi chuyển đổi mạng lên mức tiến hóa cao hơn, các MSC sẽ được nâng cấp về phần cứng và phần mềm đẻ tạo khả năng chuyển mạch lưu lượng dữ liệu lưu chuyển qua mạng . W CDMA cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh như tiếng, video và các dịch vụ chuyển mạch gói chủ yếu để truy nhập internet. Chuyển mạch kênh (CS: Circuit Switch) là sơ đồ chuyển mạch trong đó thiết bị chuyển mạch thực hiện các cuộc truyền tin bằng cách thiết lập kết nối chiếm một tài nguyên mạng nhất định trong toàn bộ cuộc truyền tin. Kết nối này là tạm thời, liên tục và dành riêng. Tạm thời vì nó chỉ được duy trì trong thời gian cuộc gọi. Liên tục vì nó được cung cấp liên tục một tài nguyên nhất định (băng thông hay dung lượng và công suất) trong suốt thời gian cuộc gọi. Dành riêng vì kết nối này và tài nguyên chỉ dành riêng cho cuộc gọi này. Thiết bị chuyển mạch sử dụng cho CS trong các tổng đài của TTDĐ 2G thực hiện chuyển mạch kênh trên trên cơ sở ghép kênh theo thời gian trong đó mỗi kênh có tốc độ 64 kbps và vì thế phù hợp cho việc truyền các ứng dụng làm việc tại tốc độ cố định 64 kbps (chẳng hạn tiếng được mã hoá PCM). Chuyển mạch gói (PS: Packet Switch) là sơ đồ chuyển mạch thực hiện phân chia số liệu của một kết nối thành các gói có độ dài nhất định và chuyển mạch các gói này theo thông tin về nơi nhận được gắn với từng gói và ở PS tài nguyên mạng chỉ bị chiếm dụng khi có gói cần truyền. Chuyển mạch gói cho phép nhóm tất cả các số liệu của nhiều kết nối khác nhau phụ thuộc vào nội dung, kiểu hay cấu trúc số liệu thành các gói có kích thước phù hợp và truyền chúng trên một kênh chia sẻ. Việc nhóm các số liệu cần truyền được thực hiện bằng ghép kênh thống kê với ấn định tài nguyên động. Các công nghệ sử dụng cho chuyển mạch gói có thể là Frame Relay, ATM hoặc IP. Hình 4.1: Chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS). Dịch vụ chuyển mạch kênh (CS Service) là dịch vụ trong đó mỗi đầu cuối được cấp phát một kênh riêng và nó toàn quyển sử dụng tài nguyên của kênh này trong thời gian cuộc gọi tuy nhiên phải trả tiền cho toàn bộ thời gian này dù có truyền tin hay không. Dịch vụ chuyển mạch kênh có thể được thực hiện trên chuyển mạch kênh (CS) hoặc chuyển mạch gói (PS). Thông thường dịch vụ này được áp dụng cho các dịch vụ thời gian thực (thoại). Dịch vụ chuyển mạch gói (PS Service) là dịch vụ trong đó nhiều đầu cuối cùng chia sẻ một kênh và mỗi đầu cuối chỉ chiếm dụng tài nguyên của kênh này khi có thông tin cần truyền và nó chỉ phải trả tiền theo lượng tin được truyền trên kênh. Dịch vụ chuyển mạch gói chỉ có thể được thực hiện trên chuyển mạch gói (PS). Dịch vụ này rất rất phù hợp cho các dịch vụ phi thời gian thực (truyền số liệu), tuy nhiên nhờ sự phát triển của công nghệ dịch vụ này cũng được áp dụng cho các dịch vụ thời gian thực (VoIP). Chuyển mạch gói có thể thực hiện trên cơ sở ATM hoặc IP. ATM (Asynchronous Transfer Mode: chế độ truyền dị bộ) là công nghệ thực hiện phân chia thông tin cần phát thành các tế bào 53 byte để truyền dẫn và chuyển mạch. Một tế bào ATM gồm 5 byte tiêu đề (có chứa thông tin định tuyến) và 48 byte tải tin (chứa số liệu của người sử dụng). Thiết bị chuyển mạch ATM cho phép chuyển mạch nhanh trên cơ sở chuyển mạch phần cứng tham chuẩn theo thông tin định tuyến tiêu đề mà không thực hiện phát hiện lỗi trong từng tế bào. Thông tin định tuyến trong tiêu đề gồm: đường dẫn ảo (VP) và kênh ảo (VC). Điều khiển kết nối bằng VC (tương ứng với kênh của người sử dụng) và VP (là một bó các VC) cho phép khai thác và quản lý có khả năng mở rộng và có độ linh hoạt cao. Thông thường VP được thiết lập trên cơ sở số liệu của hệ thống tại thời điểm xây dựng mạng. Việc sử dụng ATM trong mạng lõi cho ta nhiều cái lợi: có thể quản lý lưu lượng kết hợp với RAN, cho phép thực hiện các chức năng CS và PS trong cùng một kiến trúc và thực hiện khai thác cũng như điều khiển chất lượng liên kết. Chuyển mạch hay Router IP (Internet Protocol) cũng là một công nghệ thực hiện phân chia thông tin phát thành các gói được gọi là tải tin (Payload). Sau đó mỗi gói được gán một tiêu đề chứa các thông tin địa chỉ cần thiết cho chuyển mạch. Trong thông tin di động do vị trí của đầu cuối di động thay đổi nên cần phải có thêm tiêu đề bổ sung để định tuyến theo vị trí hiện thời của máy di động. Quá trình định tuyến này được gọi là truyền đường hầm (Tunnel). Có hai cơ chế để thực hiện điều này: MIP (Mobile IP: IP di động) và GTP (GPRS Tunnel Protocol: giao thức đường hầm GPRS). Tunnel là một đường truyền mà tại đầu vào của nó gói IP được đóng bao vào một tiêu đề mang địa chỉ nơi nhận (trong trường hợp này là địa chỉ hiện thời của máy di động) và tại đầu ra gói IP được tháo bao bằng cách loại bỏ tiêu đề bọc ngoài (hình 4.2). Hình 4.2: Đóng bao và tháo bao cho gói IP trong quá trình truyền tunnel Vì 3G WCDMA được phát triển từ những năm 1999 khi mà ATM là công nghệ chuyển mạch gói còn ngự trị nên các tiêu chuẩn cũng được xây dựng trên công nghệ này. Tuy nhiên hiện nay và tương lai mạng viễn thông sẽ được xây dựng trên cơ sở internet vì thế các chuyển mạch gói sẽ là chuyển mạch hoặc router IP. 4.2.2. Mạng truyền dẫn Truyền dẫn giữa các node truy cập BTS hiện nay chủ yếu thông qua truyền dẫn viba. Hầu hết hoạt động theo các khe thời gian chỉ định trước và được cố định . Nhiệm vụ chính của mạng truyền dẫn là chuyển cuộc gọi giữa các BTS và các MSC. Khi có quá nhiều dịch vụ dữ liệu được tải đi thì những kết nối viba này sẽ lâm vào tình trạng quá tải. Vì khách hàng luôn luôn yêu cầu nâng cao tốc độ dịch vụ dữ liệu nên mạng truyền dẫn cũng phải tải đủ các dữ liệu này đến MSC. Để giảm giá thành truyền dẫn, cần phải chuyển được nhiều hơn nữa các gói dữ liệu qua mạng truyền dẫn, như vậy các khe thời gian truyền dẫn sẽ không cố định mà phải thay đổi động. Sự thay đổi đó phụ thuộc lượng dữ liệu được chuyển đến BTS/MSC nhất định tại một thời gian nhất định. Như vậy đòi hỏi kế hoạch hóa mạng truyền dẫn lên mức cao hơn, đưa ra dung lượng và kích thước lớn hơn hiện nay. Khi các khách hàng quen với tốc độ dữ liệu cao, họ sẽ yêu cầu chất lượng cao. Điều đó chứng tỏ rằng mạng truyền dẫn cần được thiết kế tối ưu để có chất lượng cao và độ tin cậy cao có dự phòng . 4.2.3. Mạng truy nhập vô tuyến Mạng truy nhập vô tuyến giữa máy đầu cuối và mạng di động dựa trên tiêu chuẩn GMS 900 với phổ 8 MHz. Khoảng phổ này đủ để mang dung lượng thoại trên mạng với chất lượng tốt. Khi dung lượng thoại và dung lượng dữ liệu tăng lên, sự tăng phổ vô tuyến là cần thiết để đảm bảo tốt chất lượng thoại và nâng cao tốc độ truyến dữ liệu. Tốc độ dữ liệu luôn được nhấn mạnh trong lộ trình tính đến W CDMA là tốc độ dữ liệu trong điều kiện không có can nhiễu. Điều này trong thực tế rất hiếm xảy ra. Hầu như tất cả các liên kết đều chịu ảnh hưởng của một số can nhiễu trên mạng vô tuyến. Trong tiêu chuẩn GSM, thuật toán mã hóa tiếng nói là rất hiệu quả và những can nhiễu nhỏ không làm ảnh hưởng đến chất lượng tiếng nói . Khi truyền dữ liệu qua kênh vô tuyến, can nhiễu xảy ra nhiều hơn, yêu cầu phải đưa thêm vào các bít kiểm tra lỗi. Như vậy, số bít thông tin sẽ giảm đi, nói cách khác tốc độ dữ liệu bị giảm đi. Kết luận là cần có một mạng vô tuyến chất lượng thật cao trước khi đưa ra bất kỳ một dịch vụ dữ liệu mới nào . Một giải pháp đáng quan tâm để duy trì chất lượng mạng lưới khi gia tăng dung lượng thoại và dữ liệu là tăng thêm phổ. Phổ tăng trong trường hợp này là băng tần 1800 MHz. Bằng việc sử dụng cả băng tần 1800 MHz chúng ta có thể xây dựng mạng vô tuyến có cấu trúc hai băng tần (900/1800 MHz). Băng tần 900 MHz sẽ được dùng để tăng khả năng phủ sóng và dùng để chuyển tải thoại. Băng tần 1800 MHz sẽ được sử dụng để cung cấp thêm dung lượng chuyển tải hầu hết lưu lượng dữ liệu. Vì có nhiều kênh dữ liệu băng tần 1800 MHz nên có thể giả thiết can nhiễu trên các kênh này ít đi, như vậy tốc độ dữ liệu sẽ cao hơn. Băng tần GSM 1800 là giải pháp tốt để tăng dung lượng trên mạng vì có thể lắp đặt trên chính các BTS hay chính các cabinet hiện có. Điều này tạo cho GMS 1800 giá thành rẻ khi cung cấp các dịch vụ thoại và dữ liệu trong tương lai. 4.3. QUY HOẠCH MẠNG VÀ TRIỂN KHAI W CDMA CỦA MOBIFONE TẠI KHU VỰC THÀNH PHỐ QUY NHƠN 4.3.1. Tình hình phát triển kinh tế xã hội ở thành phố Quy Nhơn Quy Nhơn là thành phố tỉnh lị Bình Định , Nằm ở phía Đông Nam của tỉnh Bình Định với tổng diện tích 284,28 km², dân số khoảng 311.113 người, mật độ dân cư 1150 người/ km². Thành phố Quy Nhơn có nhiều thế đất khác nhau, đa dạng về cảnh quan địa lý như núi rừng, gò đồi, đồng ruộng, ruộng muối, bãi, đầm, hồ, sông ngòi, biển, bán đảo và đảo. Cả thành phố bao gồm 16 phường: Trần Hưng Đạo, Lê Lợi, Lê Hồng Phong, Trần Phú, Lý Thường Kiệt, Nguyễn Văn Cừ, Đống Đa, Thị Nại, Hải Cảng, Ngô Mây, Ghềnh Ráng, Quang Trung, Nhơn Bình, Nhơn Phú, Bùi Thị Xuân, Trần Quang Diệu và 5 xã: Nhơn Lý, Nhơn Hội, Nhơn Châu, Nhơn Hải và Phước Mỹ. Thu nhập bình quân là 1.425/USD/người/năm (1/2010). Bảng 4.1: Diện tích các phường nội thành Quy Nhơn Tên phường Diện tích (Km2) Hải Cảng 9,81 Trần Hưng Đạo 0,47 Lê Lợi 0,57 Lê Hồng Phong 1,05 Đống Đa 6,25 Trần Phú 0,72 Lý thường Kiệt 0,69 Nguyễn Văn Cừ 1,43 Thị Nại 0,55 Ngô Mây 1,41 Quang Trung 7,75 Tổng 30,7 Hình 4.3: Toàn cảnh mạng nội thành Quy Nhơn Với mật độ dân cư và thu nhập cao như vậy bên cạnh đó còn có những Trường đại học khiến cho số lượng người sử dụng điện thoại ngày càng tăng nhanh, nhất là các dịch vụ giá trị gia tăng, các dịch vụ đa phương tiện. Ngày 26/1 vừa qua thành phố Quy Nhơn được công nhận là đô thị loại 1 trực thuộc tỉnh Bình Định và phấn đấu đến năm 2020 trở thành đô thị trực thuộc trung ương nên nhu cầu trong triển khai mạng W CDMA cho khu vực này là tất yếu. 4.3.2. Các đài trạm và công nghệ của Mobifone tại Quy nhơn Hiện nay Quy Nhơn có 27 trạm BTS 3G được lắp đặt bố trí đều trong thành phố trải dài từ Quy Nhơn ra Phú Tài. Có 2 trạm thuộc huyện Tuy Phước là BDTP01 và BDTP02. Phương án lắp đặt 3G là từ khu đô thị, khu đông dân cư, quốc lộ rồi mới đến vùng nông thôn, tiếp đó là vùng sâu vùng xa. Hiện tại thì ở Quy Nhơn sử dụng công nghệ HSPDA. Thiết bị sử dụng là Nokia Siemen. Phưong thức truyền dẫn cho 3G là viba Nec Neo : hỗ trợ 32E1 và 1 FE. Đối với giao diện Iub của Node B thì Mobi sử dụng 2 phương án là ATM (4E1) hay dual (2E1 + 1EF ) nghĩa là vừa sử dụng ATM (phương thức truyền dị bộ ) và IP ( giao thức IP ). Vị trí các trạm được trình bày trong bảng 4.2 : Bảng 4.2: Vị trí các trạm BTS ở khu vực Thành phố Quy Nhơn. STT Vị trí trạm BTS 1 Nguyễn Văn Cừ - Tp Quy Nhơn-Bình Định 2 Phú Thuận - Tp Quy Nhơn - Bình Định 3 Trần Hưng Đạo - Tp Quy Nhơn - Bình Định 4 Đống Đa - Tp Quy Nhơn - Bình Định 5 Nguyễn Văn Cừ - Tp Quy Nhơn - Bình Định 6 Nguyễn Văn Cừ - Tp Quy Nhơn - Bình Định 7 Hải Cảng - Tp Quy Nhơn - Bình Định 8 Tp Quy Nhơn - Bình Định 9 Tp Quy Nhơn - Bình Định 10 Tp Quy Nhơn - Bình Định 11 KV5 - Tp Quy Nhơn - Bình Định 12 Phước Mỹ - Diêu TRì - Bình Định 13 Tp Quy Nhơn - Bình Định 14 Hải Cảng -Tp Quy Nhơn - Bình Định 15 Viện sốt Rét - Quy nhơn - Bình Định 16 BDTP01-tuy phước 17 BDTP02-tuy phước 18 Tp Quy Nhơn - Bình Định 19 Tp Quy Nhơn - Bình Định 20 Tp Quy Nhơn - Bình Định 21 Tp Quy Nhơn - Bình Định 22 Tp Quy Nhơn - Bình Định 23 Tp Quy Nhơn - Bình Định 24 Tp Quy Nhơn - Bình Định 25 Tp Quy Nhơn - Bình Định 26 Tp Quy Nhơn - Bình Định 27 Tp Quy Nhơn - Bình Định 4.3.3. Quy hoạch mạng W CDMA cho Mobifone khu vực thành Phố Quy Nhơn Phần này sẽ xem xét trường hợp đơn giản nhất: Quy hoạch và triển khai mạng W CDMA cho thành phố Quy Nhơn. Với tiêu chí đã được đặt ra trong năm thứ nhất của nhà Mobifone về hệ thống thông tin di động thế hệ ba W CDMA sẽ được triển khai trên nền tảng mạng GPRS/GSM hiện có. 4.3.3.1. Phân tích và dự báo Giả sử hệ thống W CDMA được thiết kế để khai trương vào tháng 12/2009 nếu coi dự phòng là 12 tháng, thì cần sử dụng số lượng dự báo vào tháng 12/2010 để tính toán quy hoạch. Với các số liệu về địa lý, kinh tế và xã hội của thành phố Quy Nhơn đã nêu ở trên(xem mục 4.3.1), có thể dự báo rằng trong những năm tới, Quy Nhơn sẽ có những những bước phát triển vượt bậc về kinh tế xã hội. Trong hoàn cảnh đó, không những số lượng người có nhu cầu sử dụng điện thoại di động tăng nhanh chóng mà nhu cầu sử dụng các dịch vụ số liệu số liệu tốc độ cao sẽ tăng đáng kể trong 5 năm tới . Dựa vào mức thu nhập, sự phát triển chung của thành phố ta dự đoán: thời gian đầu sau khi đưa vào sử dụng đầu năm 2010 số thuê bao tăng lên 10.000 thuê bao, trong thời gian đầu này số lượng thuê bao tập trung ở khu vực trung tâm thành phố . Bắt đầu từ năm 2012 do sự phổ cập về lĩnh vực điện thoại cũng như tính ưu việt của mạng W CDMA nên dự báo thuê bao tối đa trong giai đoạn tiếp theo là 20.000 thuê bao. Vậy số thuê bao trong thời điểm từ bây giờ đến 2012 dự báo trong thời điểm cao nhất là 20.000 thuê bao. Bảng 4.3: Biểu đồ thuê bao Năm Số thuê bao 2010 10.000 2012 20.000 Dựa trên cơ sở đánh giá sự phát triển của thuê bao Mobifone khu vực thành phố Quy Nhơn ta có thể dự báo lưu lượng thuê bao W CDMA cho khu vực này giai đoạn 2009 – 2010 như sau. Bảng 4.4: Các dịch vụ có thể cung cấp và yêu cầu về chất lượng Mức dịch vụ Tốc độ Mức phủ Trong nhà Đi bộ Trong xe Tiếng 12,2 kbps 95 % 95 % 90 % Số liệu 64 kbps 95 % 95 % 90 % 128 kbps 95 % 95 % 90 % Bảng 4.5: Phân bố hình thái mật độ dân cư (theo khảo sát thực tế) Mức phủ Diện tích Tỷ lệ diện tích Trong nhà 60 Km2 27,91 % Đi bộ 40 Km2 18,6 % Trong xe 25 Km2 11,63 % Vùng không được phục vụ 90 Km2 41,86 % Tổng 215 Km2 100 % Bảng 4.6 cho chúng ta thấy về dự báo dung lượng quy hoạch mạng W CDMA cho Mobifone khu vực thành phố Quy Nhơn trong giai đoạn đầu. Bảng 4.6: Dự báo lưu lượng cho quy hoạch mạng W CDMA khu vực thành phố Quy Nhơn giai đoạn đầu Mức phủ trong nhà Mức dịch vụ Tốc độ BHCA Độ dài cuộc gọi (giây) Hệ số tích cực tiếng Tỷ lệ thâm nhập Số người có thể sử dụng Số người sử dụng thực tế DL UL 20.000 Tiếng 12,2kbps 0,86 120 0,5 0,5 50 % 10.000 5.000 Số liệu 64 kbps 0,3 3000 1 1 20% 10.000 2.000 128 kbps 0,6 2000 1 1 10% 10.000 1.000 Mức phủ đi bộ trên vỉa hè Tiếng 12,2kbps 0.96 100 0,5 0,5 50 % 8.000 4.000 Số liệu 64 kbps 0,01 2500 1 1 20% 8.000 1.600 128 kbps 0,03 1500 1 1 10% 8.000 800 Mức phủ trong và ngoài xe Tiếng 12,2kbps 0,8 120 0,5 0,5 50 % 5.000 2.500 Số liệu 64 kbps 0,4 3.000 1 1 20% 5.000 1.000 128 kbp