Tài liệu Giải pháp quy hoạch mạng vô tuyến umts 3g và áp dụng triển khai cho mạng vinaphone khu vực tp đà nẵng

MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU...............................................................................................................................1 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI.................................................................................1 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU..........................................................................................2 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU...............................................................3 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..................................................................................3 5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI.............................................4 6. KẾT CẤU CỦA DE TAI:..............................................................................................4 Chương 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG....................................................................................................................................6 1.1 THÔNG TIN DI ĐỘNG – SƠ LƯỢC PHÁT TRIỂN.................................................6 1.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G THEO 2 NHÁNH CÔNG NGHỆ CHÍNH: ..........................................................................................................................................11 1.2.1 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA......................................11 1.2.2 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ CDMA 2000................................12 1.3. MẠNG UMTS 3G VÀ ĐỊNH HƯỚNG CÔNG NGHỆ MẠNG VINAPHONE.....14 1.3.1 Định hướng công nghệ & dịch vụ theo tiêu chuẩn châu Âu do 3GPP qui định áp dụng cho mạng Vinaphone...........................................................................................14 1.3.2 Nội dung chủ yếu các phiên bản tiêu chuẩn 3GPP.............................................14 1.3.2.1 GPP R99.......................................................................................................15 1.3.2.2 3GPP R4.......................................................................................................17 1.3.2.3 3GPP R5.......................................................................................................18 1.3.2.4 3GPP R6 ......................................................................................................20 1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG..............................................................................................21 Chương 2. HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS..........................................22 2.1. NGUYÊN LÝ CDMA...............................................................................................22 2.1.1. Nguyên lý trải phổ CDMA ................................................................................22 2.1.2. Kỹ thuật trải phổ và giải trải phổ.......................................................................23 2.1.3. Kỹ thuật đa truy nhập CDMA............................................................................23 2.2. MỘT SỐ ĐẶC TRUNG LỚP VẬT LÝ TRONG MẠNG TRUY NHẬP WCDMA ..........................................................................................................................................25 2.2.1. Phương thức song công......................................................................................25 2.2.2. Dung lượng mạng ..............................................................................................26 2.2.3. Các kênh giao diện vô tuyến UTRA FDD.........................................................26 2.2.4. Cấu trúc Cell......................................................................................................27 2.3 CẤU TRÚC HỆ THỐNG VÔ TUYẾN UMTS.........................................................28 2.3.1 Node-B................................................................................................................30 2.3.2 RNC (Radio Network Control)...........................................................................30 2.3.3 Các giao diện mở cơ bản của UMTS..................................................................31 2.4 CÁC CHỨC NĂNG TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN..................31 2.4.1 Giới thiệu về quản lý tài nguyên vô tuyến WCDMA.........................................31 2.4.2 Điều khiển công suất...........................................................................................32 2.4.3 Điều khiển chuyển giao.......................................................................................34 2.4.3.1 Chuyển giao trong cùng tần số.....................................................................34 2.4.3.2 Chuyển giao giữa các hệ thống WCDMA và GSM.....................................36 2.4.3.3 Chuyển giao giữa các tần số trong WCDMA...............................................37 2.4.4 Điều khiển thu nạp..............................................................................................38 2.4.5 Điều khiển tải (điểu khiển nghẽn).......................................................................40 2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG..............................................................................................41 Chương 3 MÔ HÌNH THIẾT KẾ TÍNH TOÁN QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN UMTS 3G............................................................................................................................42 3.1 GIỚI THIỆU VỀ QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN.............................................42 3.1.1 Nguyên lý chung.................................................................................................42 3.1.2 Một số đặc điểm cần lưu ý trong quy hoạch mạng.............................................43 3.1.2.1 Dự báo..........................................................................................................43 3.1.2.2 Quy hoạch vùng phủ vô tuyến......................................................................44 3.1.2.3 Nhiễu từ nhiều nhà khai thác khác...............................................................45 3.2 QUY HOẠCH ĐỊNH CỠ MẠNG.............................................................................45 3.2.1 Tính toán vùng phủ sóng.....................................................................................46 3.2.1.1 Phân tích vùng phủ.......................................................................................46 3.2.1.2 Tính toán quỹ đường truyền vô tuyến..........................................................48 3.2.1.3 Tính toán bán kính cell.................................................................................53 3.2.2 Phân tích dung lượng..........................................................................................54 3.2.2.1 Giới thiệu mô hình tính toán dung lượng Erlang-B.....................................54 3.2.2.2 Các phương pháp chuyển đổi lưu lượng hệ thống UMTS theo mô hình Erlang.......................................................................................................................56 3.2.2.3 Định cỡ dung lượng mạng............................................................................57 3.3 QUY HOẠCH VÙNG PHỦ VÀ DUNG LƯỢNG CHI TIẾT..................................59 3.4 TỐI ƯU MẠNG.........................................................................................................59 3.5 CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG........................................................61 3.5.1 Lưu đồ thuật toán................................................................................................61 3.5.2 Giao diện chương trình........................................................................................62 ......................................................................................................................................62 ......................................................................................................................................62 3.5.3 Tính toán mô phỏng............................................................................................62 3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG..............................................................................................63 Chương 4 HIỆN TRẠNG MẠNG VINAPHONE VÀ ĐỊNH HƯỚNG TRIỂN KHAI MẠNG UMTS 3G..............................................................................................................64 4.1 TỔNG QUAN MẠNG VINAPHONE.......................................................................64 4.1.1 Tình hình phát triển của Vinaphone năm 2008...................................................64 4.1.2. Tình hình mạng lưới tính đến hết năm 2008......................................................65 4.2. HIỆN TRẠNG MẠNG VÔ TUYẾN........................................................................67 4.2.1 Tổ chức mạng vô tuyến.......................................................................................67 4.2.2 Dung lượng mạng vô tuyến.................................................................................68 4.3. HIỆN TRẠNG MẠNG LÕI VÀ DỊCH VỤ.............................................................69 4.3.1 Cấu hình mạng lõi và dịch vụ hiện tại.................................................................69 4.2.2 Dung lượng mạng lõi..........................................................................................70 4.4 ĐỊNH HƯỚNG VÀ KẾ HOẠCH TRIỂN KHAI MẠNG 3G...................................71 4.4.1 Định hướng kinh doanh – thương mại................................................................71 4.4.2 Kế hoạch và dự định triển khai mạng 3G............................................................72 4.5 PHƯƠNG ÁN TRIỂN KHAI MẠNG VÔ TUYẾN UMTS 3G................................76 4.5.1 Quy mô triển khai................................................................................................76 4.5.2 Triển khai chung cơ sở hạ tầng mạng 3G/2G.....................................................77 4.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG..............................................................................................82 Chương 5. QUY HOẠCH VÔ TUYẾN UMTS 3G MẠNG VINAPHONE KHU VỰC TP ĐÀ NẴNG.....................................................................................................................83 5.1 HIỆN TRẠNG VÀ DỰ BÁO PHÁT TRIỂN THUÊ BAO 3G MẠNG VINAPHONE KHU VỰC TP ĐÀ NẴNG..............................................................................................83 5.1.1 Khái quát tình hình kinh tế xã hội tại Tp Đà Nẵng.............................................83 5.1.2 Tình hình phát triển mạng Viễn thông tại Tp Đà Nẵng......................................84 5.1.3 Hiện trạng mạng Vinaphone khu vực Tp Đà Nẵng.............................................86 5.1.4 Dự báo phát triển thuê bao 3G mạng Vinaphone khu vực Tp Đà Nẵng.............86 5.1.4.1 Tình hình phát triển thuê bao mạng Vinaphone khu vực Tp Đà Nẵng........86 5.1.4.2 Dự báo phát triển thuê bao mạng Vinaphone khu vực Tp Đà Nẵng............87 5.2 THIẾT KẾ QUY HOẠCH MẠNG............................................................................89 5.2.1 Tính toán số lượng Node-B cần thiết..................................................................89 5.2.2 Tính toán dung lượng cho Node-B......................................................................91 5.2.3 Khảo sát lắp đặt trạm pha 1.................................................................................93 5.2.3.1 Vị trí Node-B và RNC..................................................................................93 5.2.3.2 Truyền dẫn cho Node-B...............................................................................94 5.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG..............................................................................................98 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI................................................99 TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................................101 PHỤ LỤC..........................................................................................................................102 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 1xEV- DO 3G 3GPP 1x Evolution – Data Optimized Third Generation Third Generation Global Partnership Project Third Generation Global Partnership Project 2 Pha 1- Tối ưu dữ liệu Thế hệ 3 Dự án hội nhập toàn cầu thế hệ 3 A. AGC AMR Automatic Gain Control Adaptive Multi-Rate codec AMPS Advanced Mobile Phone System Bộ điều khiển tăng ích tự động Bộ mã hoá và giải mã đa tốc độ thích nghi Hệ thống điện thoại di động tiên tiến (Mỹ) 3GPP2 B. BHCA BER BLER BPSK BSIC BTS C. CDG CDMA CN CRC D. DL DSSS E. EDGE EIRP ETSI F. Busy Hour Call Attempts Bit Error Rate Block Error Rate Binary Phase Shift Keying Base station identity code Base Tranceiver Station Số cuộc gọi trong giờ bận Tốc độ lỗi bit. Tốc độ lỗi Block Khoá dịch pha nhị phân. Mã nhận dạng trạm gốc Trạm gốc The CDMA Development Group Code Division Multiple Access Core Network Cylic Redundancy Check Nhóm phát triển CDMA Truy nhập phân chia theo mã Mạng lõi Mã vòng kiểm tra dư thừa Downlink Direct Sequence Spread Spectrum Đường xuống Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp Enhanced Data Rates for Evolution Equivalent Isotropic Radiated Power European Telecommunication Standard Institute Các tốc độ dữ liệu tăng cường cho sự tiến hoá Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương Viện chuẩn hoá viễn thông Châu Âu FDD Frequency Division Duplex FDMA Frequency Division Multiple Access Frame Error Rate Phương thức song công phân chia theo tần số Đa truy nhập phân chia theo tần số FER Tỷ số lỗi khung G. GGSN GPRS GP GPS GSM Gateway GPRS Support Node General Packet Radio Service Gain Processer Global Positioning System Global System for Mobile Telecommunication Nút hỗ trợ cổng GPRS Dịch vụ vô tuyến gói chung. Độ lợi xửlý Hệ thống định vị toàn cầu. Hệ thống viễn thông di động toàn cầu H. HLR HSDPA Home Location Registor High Speed Downlink Packet Access HSUPA High Speed Uplink Packet Access HO I. IMT-2000 Handover Bộ đăng ký thường trú Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao Truy nhập gói lên xuống tốc độ cao Chuyển giao IMT- MC IP ITU Iub Iur K. KPI L. LOS M. ME MMS MGW MPLS International Mobile Telecommunication 2000 IMT- Multicarrier Internet Protocol International Telecommunication Union Thông tin di động toàn cầu 2000 IMT đa sóng mang. Giao thức Internet Liên hợp viễn thông quốc tế. Giao diện giữa RNC và nút B Giao diện giữa 2 RNC. Key performace Indicator Bộ chỉ thị hiệu năng chính. Line of sight Tầm nhìn thẳng Mobile Equipment Multimedia Messaging Service Media Gateway Multiprotocol Label Switching Thiết bị di động Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện Nút cổng của Softswitch Chuyển mạch nhãn đa giao thức MIMO MSC Multi input multi output Mobile Service Switching Centre MSS O. OFDM MSC server Đa phân tập Anten In/Out Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động. Nút chuyển mạch của Softswitch OMC Orthogonal frequency-division multiplexing Operation Mainternance Center Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Trung tâm điều hành quản lý khai thác P. PCU PN PPS-IN Packet Control Unit Pseudo Noise Prepaid System - Interligent Network Đơn vị điều khiển gói Giả tạp âm Hệ thống điều khiển thuê bao trả trước IN Quardrature Phase Phase Shift Keying Khoá dịch pha cầu phương. R. RAM RAT RNC RNS RRC Radio Access Mode Radio Access Technology Radio Network Controller Radio Network subsystem Radio Resoure Control protocol RRM Radio Resouse Management Chế độ truy nhập vô tuyến. Công nghệ truy nhập vô tuyến. Bộ điều khiển mạng vô tuyến. Phân hệ mạng vô tuyến Giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến Thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến. S. SFN SCP System Frame Number Service Control Point SDP Service Data Point SGSN SHO SIP SIR SMS SNR Serving GPRS Support Node. Soft Handover Session Initiation Protocol Signal to Interference Ratio Short Messaging Service Signal to Noise Ratio Q. QPSK Số hiệu khung hệ thống. Nút hỗ trợ điều khiển dịch vụ trong PPS-IN Nút hỗ trợ điều khiển dữ liệu trong PPS-IN Nút hỗ trợ GPRS phục vụ Chuyển giao mềm. Giao thức khởi tạo phiên Tỷ số tín hiệu trên nhiễu Dịch vụ nhắn tin ngắn. Tỷ số tín hiệu trên tạp âm STP T. TDD Signaling Transfer Point Điểm chuyển tiếp báo hiệu Time Division Duplex TDMA Time Division Multiple Access TPC TSC U. UE UL UMTS Transmission Power Control Trantsit/Gateway Center Phương thức song công phân chia theo thời gian Đa truy nhập phân chia theo thời gian Điều khiển công suất phát Trung tâm chuyển tiếp cuộc gọi Thiết bị người sử dụng Đường xuống Hệ thống viễn thông di động toàn cầu. Modul nhận dạng thuê bao UMTS UTRAN User Equipment Uplink Universal Mobile Telecommunication System UMTS Subscriber Identify Module UMTS Terrestrial Radio Access Network V. VLR VOIP Visitor Location Registor Voice Over Internet Protocol Bộ đăng ký tạm trú Truyền thoại qua giao thức Internet. Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng USIM W. WCDMA Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1-1 Quá trình phát triển lên 3G của 2 nhánh công nghệ chính..............................8 Hình 1-2 Định hướng phát triển công nghệ 4G................................................................9 Hình 1-3 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA........11 Hình 1-4 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh CDMA 2000....................................12 Hình 1.5 Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R99................................................16 Hình 1.6 Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R4..................................................17 Hình 1.7 Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R5..................................................19 Hình 1.8 Mô hình cung cấp dịch vụ sử dụng giao thức SIP trên IMS..........................20 Hình 2-1 Quá trình trải phổ và giải trải phổ...................................................................23 Hình 2-2 Các công nghệ đa truy nhập.............................................................................24 Hình 2-3 Nguyên lý của đa truy nhập trải phổ................................................................24 Hình 2-4 Phân bố phổ tần cho UMTS châu Âu...............................................................26 Hình 2-5 Sơ đồ ánh xạ giữa các kênh khác nhau............................................................27 Hình 2-6 Cấu trúc cell UMTS...........................................................................................28 Hình 2-7 Cấu trúc tổng thể hệ thống UMTS/GSM.........................................................29 Hình 2-8 Các vị trí điển hình của các chức năng RRM trong mạng WCDMA............32 Hình 2-9 Sự so sánh giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm. ..........................35 Hình 2-10 Chuyển giao giữa các hệ thống GSM và WCDMA.......................................36 Hình 2-11 Thủ tục chuyển giao giữa các hệ thống..........................................................37 Hình 2-12 Nhu cầu chuyển giao giữa các tần số sóng mang WCDMA.........................38 Hình 2-13 Thủ tục chuyển giao giữa các tần số...............................................................38 Hình 2-14 Đường cong tải..................................................................................................39 Hình 3-1 Quá trình quy hoạch và triển khai mạng WCDMA.......................................43 Hình 3-2 Quá trình tính bán kính vùng phủ sóng...........................................................46 Hình 3-3 Vùng phủ sóng của cell theo các loại dịch vụ khác nhau................................48 Hình 3-4 Ảnh hưởng của SFM đến vùng phủ sóng.........................................................51 Hình 4.1 Mô tả thiết bị 3G dùng chung sở hạ tầng 2G ..................................................78 Hình 4.2 Phương án sử dụng anten cho 3G ....................................................................79 Hình 4.3 Mô tả khái quát việc dùng chung feeder..........................................................80 Hình 4.4 Mô tả dùng chung thiết bị nguồn......................................................................81 Hình 4.5 Mô tả dùng chung nhà trạm..............................................................................82 1 MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Thông tin liên lạc là một nhu cầu của bất kỳ một xã hội phát triển nào. Để đáp ứng nhu cầu liên lạc ngày càng cao của xã hội, thông tin di động đã được nghiên cứu và phát triển từ rất sớm, bắt đầu với các hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ analog, cho đến nay các mạng di động sử dụng công nghệ số đang được ứng dụng rộng rãi và phát triển vô cùng mạnh mẽ. Một xu hướng rõ nét trong lĩnh vực thông tin di động hiện nay là các nhà cung cấp dịch vụ ngoài việc mở rộng dung lượng khai thác hiện có thì việc áp dụng nghiên cứu cũng như xác định lộ trình phát triển công nghệ để tăng cường khả năng cung cấp đa dịch vụ tốt hơn đến khách hàng ngày càng được quan tâm nhiều hơn. Trong đó 3G - Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 chính là giải pháp công nghệ tiên tiến đang được các nhà khai thác mạng triển khai. Tại Việt Nam, trải qua hơn hai thập kỷ phát triển, cho đến nay cả nước đã có 7 nhà khai thác dịch vụ thông tin di động sử dụng công nghệ GSM và CDMA. Điều đó minh chứng cho cho sự phát triển không ngừng của hạ tầng mạng thông tin di động trong nước trong xu thể hội nhập và thể hiện sự cạnh tranh khốc liệt trong lĩnh vực này. Thực tế phát triển thị trường tại Việt Nam cho thấy, đến nay các mạng di động sử dụng công nghệ GSM đang chiếm ưu thế tuyệt đối về số lượng khách hàng với 56,5 triệu thuê bao trên tổng số 63,5 triệu thuê bao di động (số liệu của Tạp chí Khoa học kỹ thuật và kinh tế Bưu điện). Với số lượng thuê bao phát triển lớn mạnh như vậy trong thời gian qua cùng với việc cạnh tranh khốc liệt giữa các nhà khai thác dịch vụ thông tin di động thì hạ tầng mạng thông tin di động 2G & 2,5G đã được khai thác tối đa cho các dịch vụ truyền thống. Do vậy để có hạ tầng mạng thích hợp cung cấp các dịch vụ trên nền IP/Internet, các dịch vụ truyền thông đa phương tiện multimedia, các dịch vụ gia tăng mới, các dịch vụ hội tụ Di động-Cố định…, nhất là dịch vụ truyền tiếng nói dưới dạng gói VoIP và đủ điều kiện cho phép hạ giá thành cung cấp các dịch vụ này nhằm tăng tính cạnh 2 tranh với các doanh nghiệp viễn thông khác thì bắt buộc cần phải có những bước chuyển đổi, phát triển, nâng cấp hạ tầng đối với mạng di động hiện tại là điều tất yếu và hết sức cấp thiết. Cùng hòa chung với sự tăng trưởng mạnh không ngừng của phát triển kinh tế xã hội Việt Nam nói chung và thị trường viễn thông nói riêng, trong những năm qua với nhiều bước phát triển vượt bậc đã đưa mạng VinaPhone cùng với MobilePhone, Viettel trở thành các nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động lớn tại Việt Nam về quy mô phát triển thuê bao cũng như hạ tầng mạng: tổng số thuê bao toàn mạng VinaPhone đến hết năm 2008 là 15,5 triệu thuê bao cùng với hạ tầng mạng lớn mạnh gồm: 30 tổng đài, 135 BSC và trên 9.000 BTS. Với xu thế chung phát triển thuê bao di động tại Việt Nam và nhu cầu tăng cao về các dịch vụ di động Multimedia ...của khách hàng trong thời gian đến, mạng VinaPhone trên toàn quốc nói chung và khu vực Tp Đà Nẵng nói riêng cần phải gấp rút thực hiện nâng cấp và xây dựng hạ tầng mạng 3G theo định hướng NGN-Mobile. Việc nghiên cứu tìm hiểu và đưa ra giải pháp quy hoạch thiết kế chi tiết hệ thống vô tuyến UMTS-3G trong thời gian ngắn là vô cùng cấp thiết đối với việc kinh doanh và phát triển của mạng VinaPhone trong thời gian đến. Và công tác quy hoạch thiết kế chi tiết sẽ giúp VinaPhone tối ưu về mặt tài nguyên xử lý hệ thống, tối ưu về mặt khai thác vận hành bảo dưỡng, chi phí đầu tư mạng 3G và phù hợp với quy hoạch tối ưu hóa mạng phân vùng thiết bị 2G. Đề tài “Giải pháp quy hoạch mạng vô tuyến UMTS 3G và áp dụng triển khai cho mạng VinaPhone khu vực Tp Đà Nẵng” sẽ đáp ứng được nhu cầu thiết thực trong phát triển mạng VinaPhone nói chung và khu vực Tp Đà Nẵng nói riêng, đưa ra dịch vụ 3G sớm nhất có thể là điều rất quan trọng và tác động trực tiếp đến thương hiệu, uy tín, năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp. 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu, tìm hiểu và đánh giá hiện trạng mạng VinaPhone nói chung và khu vực Tp Đà Nẵng nói riêng. Dự báo nhu cầu tăng trưởng thuê bao 3G của mạng VinaPhone 3 - Nghiên cứu giải pháp quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến UMTS 3G. - Triển khai quy hoạch cụ thể mạng truy nhập vô tuyến UMTS 3G cho mạng VinaPhone khu vực Tp Đà Nẵng. 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU a) Đối tượng nghiên cứu: - Mạng truy nhập vô tuyến VinaPhone khu vực Tp Đà Nẵng - Lý thuyết tổng quan truy nhập vô tuyến WCDMA và các đặc điểm liên quan: điều khiển công suất và chuyển giao trong quản lý tài nguyên vô tuyến.. - Lý thuyết quy hoạch hệ thống truy nhập WCDMA và kỹ thuật thiết kế vùng phủ sóng, thiết kế lưu lượng. b) Phạm vi nghiên cứu : - Nghiên cứu lý thuyết về quy hoạch mạng vô tuyến UMTS 3G, thiết kế vùng phủ sóng, thiết kế lưu lượng, định cỡ hệ thống, truyền dẫn. - Nghiên cứu hiện trạng dung lượng vô tuyến mạng VinaPhone, khả năng và giải pháp triển khai nâng cấp lên 3G. - Qua nghiên cứu, tìm hiểu, đưa ra kết quả quy hoạch mạng vô tuyến 3G VinaPhone khu vực Tp Đà Nẵng. 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu lý thuyết, tìm hiểu các thông số liên quan đến quy hoạch và thiết kế mạng vô tuyến UMTS 3G như: quỹ công suất đường truyền cho các loại dịch vụ, hệ số tải, thông lượng cell…Đưa ra lưu đồ thuật toán tính các thông số liên quan đến việc thiết kế vùng phủ sóng, đồng thời xây dựng chương trình mô phỏng tính toán. - Khảo sát vùng sóng theo yêu cầu thực tế cũng như tình hình kinh tế, xã hội, tình hình phát triển mạng viễn thông trên địa bàn Tp Đà Nẵng, kết hợp với định hướng phát triển và hiện trạng của mạng VinaPhone. Trên cơ sở đó, dự báo và tính toán nhu cầu dung lượng để định cỡ mạng nhằm phục vụ cho việc xây dựng cấu hình mạng. Sau khi định cỡ mạng, quy hoạch vùng phủ sẽ đi đến quy hoạch chi tiết, 4 tính toán số lượng các node, chọn vị trí đặt trạm và dự kiến phương án truyền dẫn cho các node. 5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Lý thuyết về quy hoạch mạng vô tuyến UMTS 3G cũng như các mô hình mạng thông tin di động 3G đã được nghiên cứu và chuẩn hóa rộng rãi trên toàn thế giới. Tuy nhiên việc áp dụng vào thực tế tại mỗi quốc gia, ứng với mỗi nhà khai thác lại không thể áp dụng theo một lộ trình cứng nhắc nào, điều đó tùy thuộc vào hoàn cảnh cụ thể, vào điều kiện phát triển của thị trường và thị phần của nhà khai thác đó. Đối với mạng VinaPhone, do lượng khách hàng ngày càng tăng cả về số lượng và nhu cầu dịch vụ, việc triển khai quy hoạch chi tiết mạng vô tuyến UMTS 3G áp dụng các giải pháp kỹ thuật cũng cần có các nghiên cứu và đánh giá dựa trên đặc điểm cụ thể của từng vùng, đề tài này chính là một trong những nghiên cứu công tác quy hoạch đánh giá, nhằm triển khai xây dựng hệ thống truy nhập vô tuyến mới vào thực tế một cách bài bản, hiệu quả, không chỉ đáp ứng nhu cầu trước mắt mà còn là nhu cầu phát triển lâu dài theo lộ trình và định hướng nhất định. Kết quả của đề tài chính là một đề án chi tiết nhằm triển khai mạng vô tuyến UMTS 3G sát với thực tế cho mạng VinaPhone khu vực Tp Đà Nẵng trong thời gian gần nhất, do đó mang tính thực tiễn cao. 6. KẾT CẤU CỦA DE TAI: De tai bao gồm 5 chương, với nội dung tóm tắt như sau: Chương 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Chương này sẽ giới thiệu khái quát sự phát triển của hệ thống thông tin di động và xu hướng phát triển trong giai đoạn đến. Trong đó sẽ tập trung nghiên cứu lịch sử phát triển và các đặc trưng cơ bản của hệ thống UMTS 3G và xu hướng phát triển của mạng Vinaphone lên 3G. Chương 2: HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS 3G Chương này sẽ giới thiệu khái quát mạng truy nhập vô tuyến UMTS 3G, trong đó sẽ tập trung trình bày những vấn đề lý thuyết liên quan đến công nghệ 5 WCDMA, hệ thống vô tuyến UMTS 3G và những đặc trưng của công nghệ WCDMA, điểu khiển công suất và điều khiển chuyển giao trong quản lý tài nguyên vô tuyến WCDMA Chương 3: MÔ HÌNH THIẾT KẾ TÍNH TOÁN QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN UMTS 3G. Chương này trình bày về bài toán thiết kế quy hoạch và xây dựng hệ thống vô tuyến UMTS 3G theo các thông số và đặc trung riêng của hệ thống. Từ đó xây dựng chương trình mô phỏng việc tính toán chi tiết vùng phủ sóng và dung lượng hệ thống. Chương 4: HIỆN TRẠNG VINAPHONE VÀ ĐỊNH HƯỚNG TRIỂN KHAI MẠNG VÔ TUYẾN UMTS 3G Với sự giúp đỡ của Công ty Dịch vụ viễn thông VinaPhone, mà đặc biệt là Ban 3G-NGN, chương này sẽ cung cấp các số liệu thực tế của toàn mạng VinaPhone tính đến hết tháng 6/2009. Từ đây sẽ đưa ra các định hướng phát triển mạng vô tuyến UMTS 3G cho mạng VinaPhone trong giai đoạn 2009-2023. Chương 5: QUY HOẠCH VÔ TUYẾN UMTS 3G MẠNG VINAPHONE KHU VỰC TP ĐÀ NẴNG Khảo sát cụ thể yêu cầu thực tế qua tình hình kinh tế, xã hội, tình hình phát triển mạng viễn thông trên địa bàn Tp Đà Nẵng, kết hợp với định hướng phát triển và hiện trạng của mạng VinaPhone. Trên cơ sở đó, dự báo và tính toán nhu cầu dung lượng, vùng phủ để xây dựng thiết kế chi tiết mạng truy nhập vô tuyến UMTS 3G mạng VinaPhone khu vực Tp Đà Nẵng. 6 Chương 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 THÔNG TIN DI ĐỘNG – SƠ LƯỢC PHÁT TRIỂN Hệ thống thông tin di động theo lộ trình phát triển đến nay có các thế hệ sau: - Thế hệ thứ nhất – 1G: Hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ đa truy nhập theo tần số (FDMA) là hệ thống tế bào tương tự dung lượng thấp và chỉ có dịch vụ thoại, tồn tại là các hệ thống NMT (Bắc Âu), TACS (Anh), AMPS (Mỹ). Đến những năm 1980 đã trở nên quá tải khi nhu cầu về số người sử dụng ngày càng tăng lên. Lúc này, các nhà phát triển công nghệ di động trên thế giới nhận định cần phải xây dựng một hệ thống tế bào thế hệ 2 mà hoàn toàn sử dụng công nghệ số. Đó phải là các hệ thống xử lý tín hiệu số cung cấp được dung lượng lớn, chất lượng thoại được cải thiện, có thể đáp ứng các dịch truyền số liệu tốc độ thấp. - Thế hệ thứ hai – 2G: Các hệ thống 2G gồm: GSM (Global System for Mobile Communication - Châu Âu), hệ thống D-AMPS (Mỹ) sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA, IS-95 ở Mỹ và Hàn Quốc sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA băng hẹp. Do tính chuẩn hóa và tương thích qui mô vùng. Nhiều mạng 2G đã gặt hái được thành công đáng kể về cả giải pháp kỹ thuật cũng như hiệu quả kinh doanh. Một trong số này là sự thành công của hệ thống GSM vầ đây chính là một thành công lớn hơn mong đợi. Đến năm năm 1999, để tăng thông lượng truyền để phục vụ nhu cầu truyền thông tin trên mạng di động 2G, GPRS đã ra đời. GPRS đôi khi được xem như là 2,5G. Tốc độ truyền data rate của GPRS đã cải tiến tốc độ truyền tăng lên gấp 3 lần so với GSM, tức là 20-30Kbps. GPRS cho phép phát triển dịch vụ WAP và Internet (email) tốc độ thấp. Tiếp theo sau, năm 2000, EDGE đã ra đời với khả năng cung ứng tốc độ lên được 250 Kbps (trên lý thuyết). EDGE còn được biết đến như là 2,75G (trên đường tiến tới 3G) 7 Mặc dù hệ thống thông tin di động 2G được coi là những tiến bộ đáng kể nhưng vẫn gặp phải các hạn chế sau: Tốc độ thấp và tài nguyên hạn hẹp. Vì thế cần thiết phải chuyển đổi lên mạng thông tin di động thế hệ tiếp theo để cải thiện dịch vụ truyền số liệu, nâng cao tốc độ bit và tài nguyên được chia sẻ… Mặt khác, khi các hệ thống thông tin di động ngày càng phát triển, không chỉ số lượng người sử dụng điện thoại di động tăng lên, mở rộng thị trường mà người sử dụng còn đòi hỏi các dịch vụ tiên tiến hơn không chỉ là các dịch vụ cuộc gọi thoại truyền thống và dịch vụ số liệu tốc độ thấp hiện có trong mạng hiện tại. Nhu cầu của thị trường có thể phân loại thành các lĩnh vực như: Dịch vụ dữ liệu máy tính, dịch vụ viễn thông, dịch vụ nội dung số như âm thanh hình ảnh. Những lý do trên thúc đẩy các tổ chức nghiên cứu phát triển hệ thống thông tin di động trên thế giới tiến hành nghiên cứu và đã áp dụng trong thực tế chuẩn mới cho hệ thống thông tin di động: Thông tin di động 3G - Thế hệ thứ ba – 3G: định hướng thiết lập một hệ thống thông tin di động toàn cầu. Từ nhu cầu thực tiễn cần phải phát triển lên 3G, các nhà cung cấp dịch vụ mạng đã đưa ra các tiêu chí chung để phát triển lên mạng di động 3G như sau: - Hệ thống phải được chuẩn hóa hoàn toàn; các giao diện chính phải được chuẩn hóa và mở; - Hệ thống phải bổ sung cho hệ thống hiện tại trên mọi khía cạnh; - Multimedia và tất cả các thành phần của multimedia phải được hệ thống hỗ trợ; - Truy nhập radio của 3G phải cung cấp khả năng băng rộng; - Các dịch vụ đối với người dùng đầu cuối độc lập với chi tiết công nghệ, và hạ tầng mạng không giới hạn đưa ra dịch vụ. Vậy nên phải tách biệt platform công nghệ với dịch vụ sử dụng platform đó. Ý tưởng chính yếu ẩn chứa sau 3G là chuẩn bị một hạ tầng vạn năng có khả năng tải các dịch vụ hiện tại và tương lai. Hạ tầng phải được thiết kế sao cho những đổi thay và tiến triển công nghệ có thể được mạng hỗ trợ không gây ra một bất ổn nào đối với các dịch vụ sử dụng cấu trúc mạng hiện tại. Để làm được vậy, 3G tách 8 biệt công nghệ truy cập, công nghệ truyền tải, công nghệ dịch vụ (điều khiển đấu nối) và những ứng dụng người dùng. Hiện tại có nhiều chuẩn công nghệ cho 2G nên sẽ có nhiều chuẩn công nghệ 3G đi theo, tuy nhiên trên thực tế chỉ có 2 tiêu chuẩn quan trọng nhất đã có sản phẩm thương mại và có khả năng được triển khai rộng rãi trên toàn thế giới là WCDMA (FDD) và CDMA 2000. WCDMA được phát triển trên cơ sở tương thích với giao thức của mạng lõi GSM (GSM MAP), một hệ thống chiếm tới 65% thị trường thế giới. Còn CDMA 2000 nhằm tương thích với mạng lõi IS-41, hiện chiếm 15% thị trường. Quá trình phát triển lên 3G cũng sẽ tập trung vào 2 hướng chính này, có thể được tóm tắt trong hình 1-1. Hình 1-1 Quá trình phát triển lên 3G của 2 nhánh công nghệ chính - Thế hệ thứ tư – 4G: Các nhà cung cấp dịch vụ và người dùng đều luôn mong muốn và hướng tới các công nghệ không dây có thể cung cấp được nhiều loại hình dịch vụ hơn với tính năng và chất lượng dịch vụ cao hơn. Với cách nhìn nhận 9 này, Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) đã và đang làm việc để hướng tới một chuẩn cho mạng di động tế bào mới thế hệ thứ tư 4G. ITU đã lên kế hoạch để có thể cho ra đời chuẩn này một vài năm tới. Công nghệ này sẽ cho phép thoại dựa trên IP, truyền số liệu và đa phương tiện với tốc độ cao hơn rất nhiều so với các công nghệ của mạng di động hiện nay. Về lý thuyết, theo tính toán dự kiến tốc độ truyền dữ liệu có thể lên tới 288 Mb/s. Cho đến hiện nay, chưa có một chuẩn nào rõ ràng cho 4G được thông qua. Tuy nhiên, những công nghệ phát triển cho 3G hiện nay sẽ làm tiền đề cho ITU xem xét để phát triển cho chuẩn 4G. Các sở cứ quan trọng để ITU thông qua cho chuẩn 4G đó chính là từ hỗ trợ của các công ty di động toàn cầu; các tổ chức chuẩn hóa và đặc biệt là sự xuất hiện của ba công nghệ cho việc phát triển mạng di động tế bào LTE (Long-Term Evolution), UMB (Ultramobile Broadband) và WiMAX II (IEEE 802.16m). Ba công nghệ này có thể được xem là các công nghệ tiền 4G. Chúng sẽ là các công nghệ quan trọng giúp ITU xây dựng các phát hành cho chuẩn 4G trong thời gian tới. Hình 1-2 Định hướng phát triển công nghệ 4G Sau đây xem xét ba công nghệ được xem là các công nghệ tiền 4G, đó là các công nghệ làm sở cứ để xây dựng nên chuẩn 4G trong tương lai, gồm: - LTE (Long-Term Evolution) Tổ chức chuẩn hóa công nghệ mạng thông tin di động 3G UMTS 3GPP bao gồm các tổ chức chuẩn hóa của các nước châu Á, châu Âu và Bắc Mỹ đã bắt đầu chuẩn hóa thế hệ tiếp theo của mạng di động 3G là LTE. 10 LTE được xây dựng trên nền công nghệ GSM, vì thế nó dễ dàng thay thế và triển khai cho nhiều nhà cung cấp dịch vụ. Nhưng khác với GSM, LTE sử dụng phương thức ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM). LTE sử dụng phổ tần một cách thích hợp và mềm dẻo, nó có thể hoạt động ở băng tần có độ rộng từ 1,25MHz cho tới 20MHz. Tốc độ truyền dữ liệu lớn nhất về lý thuyết của LTE có thể đạt tới 250Mb/s khi độ rộng băng tần là 20MHz. LTE khác với các công nghệ tiền 4G khác như WiMAX II ở chỗ nó chỉ sử dụng đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao ở hướng lên, còn ở hướng xuống nó sử dụng đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang để nâng cao hiệu quả trong việc điều khiển công suất và nâng cao thời gian sử dụng pin cho thiết bị đầu cuối của khách hàng. - UMB (Ultra Mobile Broadband): Tổ chức chuẩn hóa công nghệ thông tin di động 3G CDMA2000 3GPP2 (3rd Generation Partnership Project 2) được thành lập và phát triển bởi các tổ chức viễn thông của Nhật, Trung Quốc, Bắc Mỹ và Hàn Quốc đã đề xuất phát triển UMB. Thành viên của 3GPP2, Qualcomm là người đi đầu trong nỗ lực phát triển UMB, mặc dù công ty này cũng chú tâm cả vào việc phát triển LTE. UMB dựa trên CDMA có thể hoạt động ở băng tần có độ rộng từ 1,25MHz đến 20MHz và làm việc ở nhiều dải tần số. UMB được đề xuất với tốc độ truyền dữ liệu lên tới 288Mb/s cho luồng xuống và 75Mb/s cho luồng trên với độ rộng băng tần sử dụng là 20MHz. Công nghệ này sẽ cung cấp kết nối thông qua các sóng mang dựa trên đa truy nhập phân chia theo mã CDMA. - IEEE 802.16m (WiMAX II): Như chúng ta đã biết, WiMAX hay chuẩn 802.16 ban đầu được xây dựng cho mục đích chính là cung cấp các dịch vụ mạng cố định. Chuẩn IEEE 802.16e được phát triển thêm tính năng di động từ các chuẩn WiMAX trước đó. IEEE 802.16 là một chuỗi các chuẩn do IEEE phát triển, chúng hỗ trợ cả cố định và di động, là công nghệ truyền thông, truy nhập diện rộng, nó cũng được gọi với một tên khác là WiMAX. WiMAX hoạt động trong dải tần từ 10GHz đến 66 GHz. 11 IEEE 802.16m hay còn gọi là WiMAX II là công nghệ duy nhất trong các công nghệ tiền 4G được xây dựng hoàn toàn dựa trên công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA. WiMAX II được phát triển lên từ chuẩn IEEE 802.16e. Công nghệ WiMAX II sẽ hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu lên tới 100Mb/s cho các ứng dụng di động và có thể lên tới 1Gb/s cho các người dùng tĩnh. Khoảng cách truyền cho WiMAX II sẽ khoảng 2 km ở môi trường thành thị và là khoảng 10 km cho các khu vực nông thôn. 1.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G THEO 2 NHÁNH CÔNG NGHỆ CHÍNH: 1.2.1 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA WCDMA là một tiêu chuẩn thông tin di động 3G của IMT-2000 được phát triển chủ yếu ở Châu Âu với mục đích cho phép các mạng cung cấp khả năng chuyển vùng toàn cầu và để hỗ trợ nhiều dịch vụ thoại, dịch vụ đa phương tiện. Các mạng WCDMA được xây dựng dựa trên cơ sở mạng GSM, tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có của các nhà khai thác mạng GSM. Quá trình phát triển từ GSM lên WCDMA qua các giai đoạn trung gian, có thể được tóm tắt trong sơ đồ sau đây: Hình 1-3 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA - GPRS: GPRS cung cấp các kết nối số liệu chuyển mạch gói với tốc độ truyền lên tới 171,2Kbps (tốc độ số liệu đỉnh) và hỗ trợ giao thức Internet TCP/IP và X25, nhờ vậy tăng cường đáng kể các dịch vụ số liệu của GSM. Công việc tích hợp GPRS vào mạng GSM hiện tại là một quá trình đơn giản. Một phần các khe trên giao diện vô tuyến dành cho GPRS, cho phép ghép kênh số liệu gói được lập lịch trình trước đối với một số trạm di động. Còn mạng lõi GSM được tạo thành từ các kết nối chuyển mạch kênh được mở rộng bằng cách thêm vào các nút chuyển mạch số liệu Gateway mới, được gọi là GGSN và SGSN. GPRS là