Công nghệ W-CDMA và qui hoạch mạng W-CDMA

. - Khởi tạo và báo cáo các đặc thù ô, node B, kết nối vô tuyến. - Xử lý các kênh riêng và kênh chung. - Xử lý kết hợp chuyển giao. - Quản lý sự cố kết nối vô tuyến. 3.3 Kết luận chương . Chương này đã giới thiệu được công nghệ W-CDMA , cấu trúc mạng W-CDMA , mạng truy nhập vô tuyến UTRAN và giao diện vô tuyến . Theo báo điện tử Vietnamnet (bài viết ngày 11/3/2005) thì ngày 10/3/2005 vừa qua, Bộ Bưu Chính Viễn Thông đã tiến hành nghiệm thu đề tài xây dựng tiêu chuẩn thiết bị đầu cuối thông tin di động WCDMA (UTRA-FDD) mã số 49-04-KTKT-TC dành cho công nghệ 3G. Theo đánh giá của các thành viên phản biện, việc xây dựng và hoàn thành công trình là một việc làm cần thiết, có ý nghĩa và đặc biệt là độ khả thi trong giai đoạn hiện nay, khi nhu cầu phát triển lên 3G là một xu hướng tất yếu ở Việt Nam, nhất là các nhà di động mạng GSM. Chương 4 CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT TRONG W-CDMA Giới thiệu . Trong chương này chúng ta sẽ tìm hiểu các kỹ thuật trong WCDMA, các kỹ thuật mã hóa, điều chế, nguyên lí trải phổ, cấu trúc phân kênh và kỹ thuật truy nhập gói trong WCDMA. Mã hóa 4.2.1 Mã vòng Mã khối là bộ mã hóa chia dòng thông tin thành những khối tin (message) có k bit. Mỗi tin được biểu diễn bằng một khối k thành phần nhị phân u = (u1,u2,..,un), u được gọi là vector thông tin. Có tổng cộng 2k vector thông tin khác nhau. Bộ mã hóa sẽ chuyển vector thông tin u thành một bộ n thành phần v = (v1,v2,...,vn) được gọi là từ mã. Như vậy ứng với 2k vector thông tin sẽ có 2k từ mã khác nhau. Tập hợp 2k từ mã có chiều dài n được gọi là một mã khối (n,k). Tỉ số R = k/n được gọi là tỉ số mã, R chính là số bit thông tin đưa vào bộ giải mã trên số bit được truyền. Do n bit ra chỉ phụ thuộc vào k bit thông tin vào, bộ giải mã không cần nhớ và có thể được thực hiện bằng mạch logic tổ hợp. Mã vòng là một tập con của mã khối tuyến tính. Mã vòng là phương pháp mã hóa cho phép kiểm tra độ dư vòng (CRC – Cyclic Redundance Check) và chỉ thị chất lượng khung ở các khung bản tin. Mã hóa mã vòng (n,k) dạng hệ thống gồm ba bước : (1). Nhân đa thức thông tin u(x) với xn-k. (2). Chia xn-k.u(x) cho đa thức sinh g(x), ta được phần dư b(x). (3). Hình thành từ mã b(x) + xn-k Tất cả ba bước này được thực hiện bằng mạch chia với thanh ghi dịch (n-k) tầng có hàm hồi tiếp tương ứng với đa thức sinh g(x). — Sơ đồ mạch mã hóa vòng : G1 G1 G1 G1 b1 b1 b1 b1 + + + + b0 b0 b0 b0 + + + + b2 b2 b2 b2 + + + + G2 G2 G2 G2 Gn-k-1 Gn-k-1 Gn-k-1 Gn-k-1 + + + + bn-k-1 bn-k-1 bn-k-1 bn-k-1 Thông tin xn+k.u(x) Thông tin xn+k.u(x) Thông tin xn+k.u(x) Thông tin xn+k.u(x) Các số kiểm tra chẵn lẻ Các số kiểm tra chẵn lẻ Các số kiểm tra chẵn lẻ Các số kiểm tra chẵn lẻ + + + + Một khâu của thanh ghi dịch Một khâu của thanh ghi dịch Một khâu của thanh ghi dịch Một khâu của thanh ghi dịch Cổng XOR Cổng XOR Cổng XOR Cổng XOR Mối liên kết g = 1 : Có liên kết g = 0 : Không liên kết g g g g Hình 4.1. Mạch mã hóa vòng với đa thức sinh g(x) = 1 + g1x + g2x2 + ...+ gn-k-1xn-k-1 + xn-k Cổng Cổng Cổng Cổng — Nguyên lý hoạt động : Bước 1 : Cổng đóng cho thông tin qua mạch, k chữ số thông tin u0, u1,...,un-k được dịch vào mạch từ thiết bị đầu cuối để nhân trước u(x) với xn-k. Ngay sau khi thông tin được đưa vào mạch thì n-k chữ số còn lại trong thanh ghi là những con số kiểm tra chẵn lẻ. Bước 2 : Cắt đứt đường hồi tiếp bằng cách điều khiển cho các cổng gi hở (không cho thông tin qua). Bước 3 : Dịch các con số kiểm tra chẵn lẻ và đưa ra đường truyền. Các chữ số kiểm tra này kết hợp với k chữ số thông tin tạo thành vector mã. Mã xoắn Mã xoắn (Convolutional Code) (n,k,m) cũng có n đầu ra, k đầu vào như mã khối (n,k) nhưng n đầu ra của mã xoắn phụ thuộc không chỉ vào k đầu vào tại thời gian đó mà còn phụ thuộc vào m khối bản tin trước đó. Mã xoắn (n,k,m) được xây dựng bởi mạch dãy. Mạch này dùng thanh ghi dịch m bit làm bộ nhớ, các đầu ra của các phần tử nhớ được cộng với nhau theo quy luật nhất định để tạo nên chuổi mã, sau đó các chuổi này được ghép xen với nhau để tạo nên chuổi mã đầu ra. Mã Turbo Mã hóa Turbo chỉ được sử dụng trong các hệ thống thông tin di động thế hệ ba khi hoạt động ở tốc độ bit cao với yêu cầu tỉ số lỗi bit BER nằm trong khoảng 10-3 đến 10-6. Bộ mã hóa turbo thực chất là bộ mã xoắn móc nối song song PCCC (Parallel Concatenated Convolutional Code) với các bộ mã hóa thành phần 8 trạng thái được sử dụng. Điều chế BIT/SK và QPSK 4.3.1 Điều chế BIT/SK Trong một hệ thống điều chế BIT/SK (BPSK – Binary Phase Shift Keying) cặp tín hiệu s1(t) và s2(t) được sử dụng để biểu diễn các giá trị nhị phân. Ta có (4.1) Trong đó : Tb : Độ rộng băng thông. Eb : Năng lượng của một bit. : Góc pha thay đổi theo tín hiệu điều chế, là góc pha ban đầu. Một cặp sóng sin đối pha 1800 như trên gọi là một cặp tín hiệu đối cực. Hình 4.2. Sơ đồ nguyên lý điều chế BPSK Luồng số cơ hai Rb = 1/Tb Si(t) NRZ Luồng số tốc độ bit Rb được đưa qua bộ chuyển đổi về tín hiệu NRZ (0®1, 1®-1), sau đó nhân với sóng mang để được tín hiệu điều chế BIT/SK. Chọn một tín hiệu là cơ sở là trực chuẩn: (4.2) Ta có : (4.3) Khoảng cách giữa hai tín hiệu : 0 Hình 4.3 – Khoảng cách giữa hai tín hiệu BPSK Xác suất lỗi trong BPSK: (4.4) Với : Eb là năng lượng của bit . N0 mật độ xác suất nhiễu trắng. Điều chế QPSK Tín hiệu điều chế QPSK có dạng: (4.5) Trong đó Eb : Năng lượng một bit. Tb : Thời gian một bit. E = 2Eb : Năng lượng tín hiệu phát đi trên một ký hiệu. T = 2Tb : Thời gian của một ký hiệu. fc : Tần số sóng mang, : góc pha ban đầu. i = 1, 2, 3, 4. Biến đổi lượng giác ta có phương trình dạng tương đương như sau : (4.6) Nếu ta chọn Q1và Q2 là các hàm năng lượng cơ sở trực giao chuẩn : (4.7) Ta có thể biểu diễn tín hiệu điều chế QPSK bằng bốn điểm trong không gian tín hiệu với các toạ độ xác định như sau : (4.8) Quan hệ của cặp bit điều chế và tọa độ của các điểm tín hiệu điều chế QPSK trong không gian tín hiệu thể hiện ở bảng sau : Cặp bit vào 0 £ t £ T Pha của tín hiệu QPSK Điểm tín hiệu Si Toạ độ các điểm tín hiệu Q1 Q2 00 p/4 S1 + + 01 3p/4 S2 + - 11 5p/4 S3 - - 10 7p/4 S4 - + Xác suất lỗi trong QPSK: Ta thấy xác suất lỗi của BPSK và QPSK là như nhau. Tuy nhiên, với QPSK thì hiệu suất băng thông gấp 2 lần BPSK. Băng thông của QPSK xấp xỉ bằng Rb. Trải phổ trong W-CDMA Giới thiệu 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 CDMA chỉ sử dụng DSSS nên ta chỉ xét kỹ thuật trải phổ DSSS. 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 (4.9) Rb = 1/Tb (4.10) 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 4.4. Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) Mã trải phổ Các tín hiệu trải phổ băng rộng được tạo ra bằng cách sử dụng các chuỗi mã giả tạp âm PN (Pseudo Noise). Mã giả tập âm còn được gọi là mã giả ngẫu nhiên do có các tính chất thống kê của tạp âm trắng AWGN (Additive White Gaussian Noise) và có biểu hiện ngẫu nhiên, bất xác định. Tuy nhiên máy thu cần biết mã này để tạo bản sao một cách chính xác và đồng bộ với mã được phát để giải mã bản tin. Vì thế mã giả ngẫu nhiên phải hoàn toàn xác định. Mã giả ngẫu nhiên được tạo ra bằng các bộ thanh ghi dịch có mạch hồi tiếp tuyến tính (LFSR : Linear Feedback Shift Register) và các cổng XOR. ci Si(1) Si(2) g1 g2 gm-1 ci-m Đến bộ điều chế Si(m) Hình 4.5. Mạch thanh ghi dịch tạo chuỗi PN Si(j) : Là giá trị phần tử nhớ j trong thanh ghi dịch ở xung đồng hồ i. gi = 0 : khóa mở, gi = 1 : khóa đóng. Một chuỗi thanh ghi dịch hồi tiếp tuyến tính được xác định bởi một đa thức tạo mã tuyến tính bậc m (m > 0) : (với gm = g0 = 1) (4.11) xm : Đơn vị trễ. Giả sử ta nạp chuỗi giá trị khởi đầu cho thanh ghi dịch : S0 = {S0(1), S0(1), …S0(m)} Giá trị đầu ra trong (m -1) xung đồng hồ đầu tiên là : C0 = S0(m) C1 = S0(m-1) …. Cm-1 = S0(1) Tại xung đồng hồ thứ i (i > m-1) ta có trạng thái của thanh ghi dịch : Si(m) = Si-1(m-1) = Si-2(m-2) = …= Si-m+1(1) (4.12) Si-m+1(1) = g1.Si-m(1) + g2.Si-m(2) + …+ Si-m(m) (gm = 1) => Si(m) = g1.Si-m(1) + g2.Si-m(2) + …+ Si-m(m) (4.13) Áp dụng công thức (4.12), ta có : Si(m) = g1.Si-1(m) + g2.Si-2(m) + …+ Si-m(m) (4.14) Giá trị đầu ra tại xung thứ i chính là giá trị phần tử nhớ Si(m) của thanh ghi dịch : => Ci = g1.Ci-1 + g2.Ci-2 + …+ Ci-m (4.15) Hay : Ci+m = g1.Ci+m-1 + g2.Ci+m-2 + …+ Ci (4.16) Tốc độ của mạch như trên bị hạn chế về tốc độ do tổng thời gian trễ trong các thanh ghi và các cổng loại trừ ở đường hồi tiếp. Để hạn chế thời gian trễ, nâng cao tốc độ của mạch tạo mã ngẫu nhiên ta có thể sử dụng sơ đồ mạch sau : Si(1) Si(2) g2 gm-1 ci Đến bộ điều chế Si(m) Hình 4.6. Mạch thanh ghi dịch tạo chuỗi PN tốc độ cao Si(j) : Là giá trị phần tử nhớ j trong thanh ghi dịch ở xung đồng hồ i. gi = 0 : khóa mở, gi = 1 : khóa đóng. g1 Các hàm trực giao Các hàm trực giao được sử dụng để cải thiện hiệu suất sử dụng băng tần của hệ thống DSSS. Trong hệ thống thông tin di động W-CDMA mỗi người sử dụng một phần tử trong các hàm trực giao. Hàm Walsh và các chuỗi Hadamard tạo nên một tập các hàm trực giao. Trong W-CDMA các hàm Walsh được sử dụng theo hai cách là mã trải phổ hoặc các ký hiệu trực giao. Các hàm Walsh được tạo ra bằng các ma trận vuông đặc biệt gọi được gọi là các ma trận Hadamard. Các ma trận này chứa một hàng toàn bit “0”, các hàng còn lại có số bit “1” và số bit “0” bằng nhau. Hàm Walsh được cấu trúc cho độ dài khối N = 2j, trong đó j là một số nguyên dương. Tổ hợp mã ở các hàng của ma trận là các hàm trực giao được xác định theo ma trận Hadamard như sau : Trong đó là đảo cơ số hai của HN. Cấu trúc phân kênh của WCDMA Cũng như trong các hệ thống thông tin di động thế hệ hai, các kênh thông tin trong WCDMA được chia ra làm hai loại tuỳ thuộc vào quan điểm nhìn nhận. Theo quan điểm truyền dẫn ta sẽ có các kênh vật lý còn theo quan điểm thông tin ta sẽ có các kênh truyền tải. Lớp vật lý ảnh hưởng lớn đến sự phức tạp của thiết bị về mặt đảm bảo khả năng xử lý băng tần cơ sở cần thiết ở trạm gốc và trạm đầu cuối. Trên quan điểm các hệ thống thông tin di động thế hệ ba là các hệ thống băng rộng, vì vậy không thể thiết kế lớp vật lý chỉ cho một dịch vụ thoại duy nhất mà cần đảm bảo tính linh hoạt cho các dịch vụ tương lai. Kênh vật lý Kênh vật lý riêng đường lên Kênh vật lý đường lên gồm một hay nhiều kênh số liệu vật lý riêng (DPDCH) và một kênh điều khiển vật lý (DPCCH). — Kênh điều khiển vật lý (DPCCH) Kênh điều khiển vật lý đường lên được sử dụng để mang thông tin điều khiển lớp vật lý. Thông tin này gồm : các bit hoa tiêu để hỗ trợ đánh giá kênh cho tách sóng nhất quán, các lệnh điều khiển công suất (TCP : Transmit Control Power), thông tin hồi tiếp (FBI : Feedback Information) và một chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải (TFCI). Hoa tiêu TFCI FBI TCP Npilot bit NTFCI bit NFBI bit NTPC bit Số liệu Ndata bit Tkhe = 2560 chip, 10.2k bit (k = 0…6) Khe #0 Khe #1 Khe #14 Khe #i Một khung vô tuyến : Tf = 10ms DPDCH DPCCH Hình 4.7. Cấu trúc khung vô tuyến của DPDCH/DPCCH đường lên Thông số k xác định số bit trên khe của DPDCH/DPCCH đường lên. Mỗi khung có độ dài 10ms được chia thành 15 khe, mỗi khe dài Tslot = 2560 chip ứng với 666μs, tương ứng với một chu kỳ điều khiển công suất. Như vậy độ rộng khe gần bằng với độ rộng khe ở GSM (577μs). Các bit FBI được sử dụng khi sử dụng phân tập phát vòng kín ở đường xuống. Có tất cả 6 cấu trúc khe cho DPCCH đường lên. Có các tuỳ chọn sau : 0, 1 hay hai bit cho FBI và có hoặc không các bit TFCI. Các bit hoa tiêu và TPC luôn luôn có mặt và số bit của chúng được thay đổi để luôn sử dụng hết khe DPCCH. Cấu trúc các trường của DPCCH : Khuôn dạng tại #i Tốc độ bit kênh (kbit/s) Tốc độ ký hiệu kênh SF Số bit /khung Số bit /khe Npilot NTPC NTFCI NFBI Số khe được phát trên khung vô tuyến 0 15 15 256 150 10 6 2 2 0 15 0A 15 15 256 150 10 5 2 3 0 10 – 14 0B 15 15 256 150 10 4 2 4 0 8 – 9 1 15 15 256 150 10 8 2 0 0 8 – 16 2 15 15 256 150 10 5 2 2 1 15 2A 15 15 256 150 10 4 2 3 1 10 – 14 2B 15 15 256 150 10 3 2 4 1 8 – 9 3 15 15 256 150 10 7 2 0 1 8 – 15 4 15 15 256 150 10 6 2 0 2 8 – 15 5 15 15 256 150 10 5 1 2 2 15 5A 15 15 256 150 10 4 1 3 2 10 – 14 5B 15 15 256 150 10 3 1 4 2 8 – 9 — Kênh số liệu vật lý riêng DPDCH Kênh truyền số liệu cho người sử dụng, tốc độ số liệu của DPDCH có thể thay đổi theo khung. Thông thường đối với các dịch vụ số liệu thay đổi, tốc độ số liệu của kênh DPDCH được thông báo trên kênh DPCCH. DPCCH được phát liên tục và thông tin về tốc độ trường được phát bằng với chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải (TFCI), là thông tin DPCCH về tốc độ số liệu ở khung DPDCH hiện hành. Nếu giải mã TCFI không đúng thì toàn bộ khung số liệu bị mất. Tuy nhiên độ tin cậy của TCFI cao hơn số liệu nên ít khi xảy ra mất TCFI. Cấu trúc các trường của DPDCH như sau : Khuôn dạng tại #i Tốc độ bit kênh (kbit/s) Tốc độ ký hiệu kênh SF Số bit /khung Số bit /khe Ndata 0 15 15 256 150 10 10 1 30 30 128 300 20 20 2 60 60 64 600 40 40 3 120 120 32 1200 80 80 4 240 240 16 2400 160 160 5 480 480 8 4800 320 320 6 960 960 4 9600 640 640 Kênh vật lý chung đường lên — Kênh truy cập ngẫu nhiên PRACH Kênh truy cập ngẫu nhiên vật lý (PRACH) được sử dụng để mang RACH. - Phát RACH : Phát truy nhập ngẫu nhiên dựa vào phương pháp ALOHA theo phân khe với chỉ thị bắt nhanh. Cứ hai khung thì có 15 khe truy nhập và khoảng cách giữa chúng là là 5120 chip. Các lớp cao cung cấp thông tin về khe truy nhập sử dụng ở hiện thời. Kênh truy nhập #0 #0 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 #10 #11 #12 #13 #14 #0 Khung vô tuyến 10ms Khung vô tuyến 10ms 5120 chip Phát truy cập ngẫu nhiên Kênh truy nhập #1 Kênh truy nhập #7 Kênh truy nhập #8 Kênh truy nhập #14 Hình 4.8. Số thứ tự các khe truy nhập RACH và khoảng cách giữa chúng Phát truy cập ngẫu nhiên Phát truy cập ngẫu nhiên Phát truy cập ngẫu nhiên - Phần tiền tố của RACH : Phần tiền tố của cụm truy nhập ngẫu nhiên gồm 256 lần lặp một chữ ký. Tiền tố Tiền tố Tiền tố Tiền tố Tiền tố Phần bản tin Phần bản tin 4096 chip 4096 chip 10ms (Một khung vô tuyến) 20ms (Hai khung vô tuyến) Hình 4.9. Cấu trúc phát truy nhập ngẫu nhiên Tiền tố - Phần bản tin của RACH : Khung vô tuyến phần bản tin 10ms được chia thành 15 khe, mỗi khe dài Tslot = 2560 chip. Mỗi khe gồm hai phần : phần số liệu mang thông tin lớp 2 và phần điều khiển mang thông tin lớp 1. Cả hai phần được phát đồng thời. Phần số liệu gồm 10.2k bit với k = 0, 1, 2, 3. Phần điều khiển gồm 8 bit hoa tiêu để hỗ trợ sự đánh giá cho tách sóng nhất quán và hai bit TFCI . Tổng số bit TFCI trong bản tin truy nhập ngẫu nhiên là 30. Giá trị của TFCI tương ứng với một khuôn dạng truyền tải nhất định của bản tin truy nhập hiện thời. Số liệu Ndata bit Khe #0 Khe #1 Khe #14 Khe #i Khung vô tuyến phần bản tin TRACH = 10 Hoa tiêu Npilot bit Tslot = 2560 chip, 10.2k bit (k=0..3) Số liệu Điều khiển Hình 4.10. Cấu trúc khung vô tuyến phần bản tin RACH Các trường số liệu của phần bản tin RACH : Khuôn dạng khe #i Tốc độ bit kênh (kbit/s) Tốc độ ký hiệu kênh (kbit/s) SF Số bit/ khung Số bit/ khe Ndata 0 15 15 256 150 10 10 1 30 30 128 300 20 20 2 60 60 64 600 40 40 3 120 120 32 1200 80 80 Trường điều khiển phần bản tin RACH : Khuôn dạng khe #i Tốc độ bit kênh (kbit/s) Tốc độ ký hiệu kênh (kbit/s) SF Số bit/ khung Số bit/ khe Npilot NTFCI 0 15 15 256 150 10 8 2 — Kênh gói chung PCPCH Kênh gói chung vật lý được sử dụng để mang CPCH. PCPCH thực chất là sự mở rộng của RACH. Sự khác nhau cơ bản so với RACH là kênh này có thể dành trước nhiều khung và có sử dụng điều khiển công suất. - Phát CPCH : Phát CPCH dựa trên nguyên tắc DSMA – CD (DSMA – Collision Detection) với chỉ thị bắt nhanh. Phát truy nhập ngẫu nhiên CPCH gồm một hay nhiều tiền tố truy nhập (AP : Access Preamble) dài 4096 chip, một tiền tố phát hiện tranh chấp (CDP : Collisiion Detection Preamble) dài 4096 chip, một tiền tố điều khiển công suất (PCP : Power Control Preamble) dài từ 0 đến 8 khe và một bản tin có độ dài khả biến Nx10ms. Phần bản tin 0 hay 8 khe N.10ms Tiền tố truy nhập Tiền tố phân giải va chạm DPCCH DPDCH Hình 4.11 Cấu trúc phát đa truy nhập ngẫu nhiên CPCH - Phần tiền tố truy nhập CPCH : Phần tiền tố truy nhập ngẫu nhiên CPCH tương tự như của RACH. Số chuỗi được sử dụng ở đây có thể nhỏ hơn số chuỗi được sử dụng ở tiền tố RACH. - Phần tiền tố phát hiện tranh chấp : Phần này giống như phần tiền tố RACH. - Phần tiền tố điều khiển công suất : Là các tiền tố điều khiển công suất có độ dài lấy giá trị từ 0 đến 8 khe được thiết lập bởi các bit cao. - Phần bản tin CPCH : Gồm các khung bản tin 10ms, số khung bản tin này do lớp cao hơn quy định. Mỗi khung 10ms được chia ra 15 khe dài 2560 chip, mỗi khe gồm hai phần : phần số liệu mang thông tin các lớp cao và phần điều khiển mang thông tin các lớp thấp. Phần số liệu và phần điều khiển được phát đồng thời. Kênh vật lý riêng đường xuống (DPCH) Kênh riêng đường xuống được tạo bởi lớp hai và các lớp trên. Một khung kênh riêng đường xuống dài 10ms được chia ra làm 15 khe, mỗi khe dài 2560 chip tương ứng với một chu kỳ điều khiển công suất. Cấu trúc khung của kênh riêng đường xuống được thể hiện ở hình sau : Khe #0 Khe #1 Khe #i Khe #14 Số liệu 1 TPC TFCI Số liệu 2 Hoa tiêu Ndata bit NTPC bit NTFCI bit Ndata2 bit Npilot bit DPDCH DPCCH DPDCH DPCCH Tslot = 2560 chip, 10.2k bit (k = 0..7) Hình 4.12. Cấu trúc khung của DPCH đường xuống. Một khung vô tuyến Tf = 10ms Kênh vật lý chung đường xuống — Kênh hoa tiêu chung (CPICH) Kênh hoa tiêu chung là kênh vật lý đường xuống có tốc độ cố định để mang chuỗi bit/ký hiệu đã được định nghĩa trước. Khe #0 Khe #1 Khe #i Khe #14 Chuỗi ký hiệu đã được định nghĩa trước Tslot = 2560 chip, 20 bit = 10 ký hiệu Hình 4.13. Cấu trúc khung của DPCH đường xuống Một khung vô tuyến Tf = 10ms Có hai kiểu kênh hoa tiêu chung là kênh hoa tiêu chung sơ cấp và kênh hoa tiêu chung thứ cấp, phân biệt về lĩnh vực sử dụng và các hạn chế đối với tính năng vật lý của chúng. - Kênh hoa tiêu chung sơ cấp : Được ngẫu nhiên hóa bởi mã ngẫu nhiên sơ cấp và luôn được sử dụng cùng một mã định kênh. Mỗi ô có một kênh và chúng được phát quảng bá trên toàn bộ ô. - Kênh hoa tiêu chung thứ cấp : Mã ngẫu nhiên hóa có thể là sơ cấp hoặc thứ cấp và sử dụng mã định kênh tuỳ ý. Một ô có thể không có hoặc có nhiều kênh. Chúng chỉ được phát trong một phần ô. — Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp (P-CCPCH) Là kênh vật lý đường xuống có tốc độ cố định (30 kbit/s) đưọc sử dụng để mang BCH. Khe #0 Khe #1 Khe #i Khe #14 Số liệu 18 bit Tslot = 2560 chip, 20 bit Hình 4.14. Cấu trúc khung của kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp Một khung vô tuyến Tf = 10ms Tx tắt 256 chip — Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp (S-CCPCH) Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp sử dụng để mang thông tin FACH và PCH. Có hai kiểu kênh S-CCPCH là kiểu có mang TFCI và kiểu không mang TFCI. Khe #0 Khe #1 Khe #i Khe #14 Số liệu Ndata bit Tslot = 2560 chip, 20.2k bit (k = 0..6) Hình 4.15. Cấu trúc khung của S-CCPCH Một khung vô tuyến Tf = 10ms TFCI NTFCI bit Hoa tiêu Npilot bit — Kênh đồng bộ (SCH) Kênh đồng bộ là kênh mang tín hiệu tìm ô ở đường xuống. SCH gồm hai kênh con là SCH sơ cấp và SCH thứ cấp. Các khung 10ms của SCH sơ cấp và thứ cấp được chia thành 15 khe, mỗi khe dài 2560 chip. acp acs1.0 acp acs1.1 acp acs1.14 SCH sơ cấp SCH thứ cấp 256 chip 2560 chip Một khung vô tuyến SCH 10ms Khe #0 Khe #1 Khe #14 . . . . Hình 4.16. Cấu trúc khung kênh đồng bộ acp : Mã đồng bộ sơ cấp (Primary Synchrization Code) acsi,k : Mã đồng bộ thứ cấp (Secondary Synchrization Code) SCH sơ cấp gồm một mã đồng bộ sơ cấp PSC (Primary Synchronization) được điều chế 256 chip, mã đồng bộ sơ cấp như nhau trong mọi ô hệ thống. SCH thứ cấp gồm 15 chuỗi mã được điều chế có độ dài 256 chip. Các mã đồng bộ thứ cấp (Secondary Synchrization Code) phát đồng thời với SCH sơ cấp. Mỗi SSC được chọn từ tập của 16 mã dài 256. Chuỗi này ở SCH thứ cấp chỉ thị mã ngẫu nhiên đường xuống của ô thuộc nhóm mã nào. — Kênh vật lý dùng chung đường xuống (PDSCH) Kênh vật lý dùng chung đường xuống (PDSCH) được sử dụng để mang kênh dùng chung đường xuống. PDSCH luôn được dùng chung với nhiều kênh khác trên cơ sở ghép kênh theo mã. Khe #0 Khe #1 Khe #i Khe #14 Số liệu Ndata bit Tslot = 2560 chip, 20.2k bit (k=0..6) Hình 4.17. Cấu trúc khung của PDSCH Một khung vô tuyến Tf = 10ms — Kênh chỉ thị bắt (AICH) Kênh chỉ thị bắt được sử dụng để mang thông tin chỉ thị bắt. Chỉ thị bắt AIs tương ứng với một chữ ký s trên kênh PRACH hoặc PCPCH. AICH gồm một chuỗi lặp của 15 khe truy nhập liên tiếp (AS = Access Slot), mỗi khe dài 40 bit. Mỗi khe gồm hai phần : phần chỉ thị bắt (AI) gồm 32 giá trị thực a0,a1,..,a31 và một phần không sử dụng gồm 8 giá trị thực a32,a33,..a39. AS #0 AS #1 AS #0 AS #14 AS #i a1 a2 a30 a31 a32 a33 a38 a39 Phần AI Phần không sử dụng 5120 chip, 40 bit 20ms AS #0 AS #14 Hình 4.18. Cấu trúc kênh chỉ thị bắt AICH — Kênh chỉ thị tìm gọi (PICH) Kênh chỉ thị tìm gọi là kênh vật lý có tốc độ cố định được sử dụng để mang các chỉ thị tìm gọi (PI). Một khung PICH dài 10ms chứa 300 bit, trong đó 288 bit được sử dụng để mang thông tin, 12 bit còn lại không được định nghĩa. ……………………… ……………………… Một khung vô tuyến 10ms 288 bit chỉ thị 12 bit (không định nghĩa) b0 b1 b287 b288 b299 Hình 4.19. Cấu trúc kênh chỉ thị tìm gọi Kênh truyền tải Kênh truyền tải riêng Kênh truyền tải riêng duy nhất là kênh DCH được sử dụng để mang thông tin từ các lớp trên lớp vật lý riêng cho người sử dụng. Thông tin bao gồm số liệu cho dịch vụ hiện thời và các thông tin điều khiển lớp cao. Kênh truyền tải riêng có các tính năng đặc trưng sau : - Điều khiển công suất nhanh theo từng khung. - Thay đổi tốc độ số liệu theo từng khung và khả năng phát đến một phần ô hay một đoạn ô bằng cách thay đổi hướng anten của hệ thống anten thích ứng. - Hỗ trợ chuyển giao mềm. 4.5.2.2 Kênh truyền tải chung Có sáu kiểu kênh truyền tải chung được định nghĩa trong UTRA. Các kênh truyền tải chung không có chuyển giao mềm, tuy vậy một số kênh có điều khiển công suất. So với hệ thống thông tin di động thế hệ hai, các kênh này có một số điểm khác như truyền dẫn gói ở các kênh chung, dùng chung một kênh đường xuống để phát số liệu gói… — Kênh quảng bá (BCH) Kênh quảng bá BCH (Broadcast Channel) là một kênh truyền tải được sử dụng để phát các thông tin đặc thù UTRA trong một ô. — Kênh truy nhập đường xuống (FACH) Kênh truy nhập đường xuống FACH (Forward Access Channel) là một kênh truyền tải đường xuống mang thông tin điều khiển đến các UE nằm trong một ô cho trước. Kênh FACH cũng có thể truyền các gói số liệu. Khi có nhiều kênh FACH, các kênh bổ sung có thể có tốc độ bit cao hơn. FACH không sử dụng điều khiển công suất nhanh và các thông tin được phát phải chứa thông tin nhận dạng trong băng. — Kênh tìm gọi (PCH) Kênh tìm gọi PCH (Paging Channel) là một kênh truyền tải đường xuống mang số liệu liên quan đến thủ tục tìm gọi. — Kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH) Kênh truy cập ngẫu nhiên RACH (Random Access Channel) là kênh truyền tải đường lên được sử dụng để mang thông tin điều khiển từ UE. Kênh này cũng có thể sử dụng để phát đi các cụm nhỏ số liệu gói từ UE. Để hoạt động đúng, hệ thống phải thu được kênh truy cập ngẫu nhiên từ toàn bộ vùng phủ của ô. — Kênh gói chung đường lên (CPCH) Kênh gói đường lên CPCH (Common Packet Channel) là một mở rộng của kênh RACH để mang số liệu của người sử dụng được phát theo gói trên đường lên. Kênh CPCH cùng với kênh FACH ở đường xuống tạo nên cặp kênh để truyền số liệu. — Kênh đường xuống dùng chung (DSCH) Kênh đường xuống dùng chung DSCH (Dedicated Shared Channel) là kênh truyền tải để mang thông tin của người sử dụng, ngoài ra DSCh cũng có thể mang thông tin điều khiển. DSCH hỗ trợ điều khiển công suất nhanh và có thể được dùng chung cho nhiều người sử dụng. Sắp xếp kênh truyền tải lên kênh vật lý Trong quá trình truyền dẫn thông tin, các kênh truyền tải được đặt lên các kênh vật lý thể hiện ở sơ đồ sau : CÁC KÊNH VẬT LÝ CÁC KÊNH TRUYỀN TẢI Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp (P-CPCH) Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp (S-CPCH) Kênh vật lý truy cập ngẫu nhiên (PRACH) Kênh số liệu vật lý riêng (DPDCH) Kênh điều khiển vật lý riêng (DPCCH) Kênh vật lý đường xuống dùng chung (PDSCH) Kênh gói chung vật lý (PCPCH) Kênh đồng bộ (SCH) Kênh hoa tiêu chung (CPICH) Kênh chỉ thị bắt (AICH) Kênh chỉ thị tìm gọi (PICH) Kênh phát hiện tranh chấp/chỉ thị ấn định kênh (CD/CA-ICH) BCH FACH PCH RACH DCH DSCH CPCH Hình 4.25. Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý Kênh riêng (DCH) được sắp xếp lên hai kênh vật lý. Kênh số liệu vật lý riêng mang thông tin các lớp cao, còn kênh điều khiển vật lý riêng mang thông tin của lớp vật lý cần thiết. Truy nhập gói trong W-CDMA Tổng quan về truy nhập gói trong W-CDMA Truy nhập gói trong W-CDMA cho phép các vật mang không phải thời gian thực sử dụng động các kênh chung, riêng và dùng chung. Việc sử dụng các kênh khác nhau được điều khiển bởi bộ lập biểu gói PS (Packet Scheduler). Bộ lập biểu gói thường được đặt ở RNC vì tại đây việc lập biểu gói có thể thực hiện hiệu quả cho nhiều ô, ngoài ra ở đây cũng xem xét các kết nối chuyển giao mềm. Bộ lập biểu gói có các chức năng chính sau : - Phân chia dung lượng của giao diện vô tuyến giữa các người sử dụng. - Phân chia các kênh truyền tải để sử dụng cho truyền dẫn số liệu của từng người sử dụng. - Giám sát các phân bổ gói và tải hệ thống. Lưu lượng số liệu gói Truy nhập gói sử dụng cho các dịch vụ không theo thời gian thực, nhìn từ quan điểm giao diện vô tuyến nó có các thuộc tính điển hình sau : - Số liệu gói có dạng cụm, tốc độ bit yêu cầu có thể biến đổi rất nhanh. - Số liệu gói cho phép trễ lớn hơn các dịch vụ thời gian thực. Vì thế số liệu gói là lưu lượng có thể điều khiển được xét theo quan điểm mạng truy nhập vô tuyến. - Các gói có thể được phát lại bởi lớp điều khiển kết nối vô tuyến (RLC). Điều này cho phép sử dụng chất lượng đường truyền vô tuyến kém hơn và tỷ số lỗi khung cao hơn so với các dịch vụ thời gian thực. Lưu lượng gói được đặc trưng bởi các thông số sau : - Quá trình đến của phiên. - Số cuộc gọi đến phiên. - Thời gian đọc giữa các cuộc gọi. - Số gói trong một cuộc gọi gói. - Khoãng thời gian giữa hai gói trong một cuộc gọi gói. - Kích thước gói. Phiên dịch vụ gói Cuộc gọi gói Thời gian đọc Thời gian Kích thước gói Hình 4.20. Đặc trưng của một phiên dịch vụ gói Các phương pháp lập biểu gói Chức năng lập biểu gói là phân chia dung lượng giao diện vô tuyến khả dụng giữa các người sử dụng. Bộ lập biểu gói có thể quyết định tốc độ bit phân bổ và thời gian phân bổ. Thuật toán lập biểu gói trong W-CDMA được thực hiện theo hai phương pháp : phân chia theo mã và phân chia theo tần số. Trong phương pháp phân chia theo mã, khi có nhu cầu tăng dung lượng thì tốc độ bit phân bổ cho người sử dụng sẽ giảm đi. Trong phương pháp phân chia theo thời gian biểu dung lượng được dành cho một số ít người theo từng thời điểm, như vậy người sử dụng có thể có tốc độ bit cao nhưng chỉ có thể sử dụng trong thời gian ngắn. Trong trường hợp số người sử dụng tăng thì phải đợi truyền dẫn lâu hơn. Thực tế quá trình lập biểu gói là sự kết hợp của hai phương pháp trên. Lập biểu phân chia theo thời gian Khi bộ lập biểu phân chia thời gian phân bổ các tốc độ gói, cần xét đến hiệu năng vô tuyến. Thông thường các dịch vụ tốc độ bit cao đòi hỏi ít năng lượng bit hơn, vì thế phân chia theo thời gian có ưu điểm là Eb/No thấp hơn. Ngoài ra thời gian trễ trung bình trong phương pháp này là ngắn hơn so với phương pháp phân chia theo mã. Nhược điểm chính của phương pháp phân chia thời gian là : - Thời gian truyền dẫn ngắn trong khi việc thiết lập và giải phóng kết nối đòi hỏi thời gian dài thậm chí đến vài khung. - Việc sử dụng phân bổ theo thời gian bị hạn chế bởi dải tốc độ cao do hạn chế công suất của MS ở đường lên. - Phương pháp này sử dụng các tốc độ bit cao và tạo ra lưu lượng dạng cụm, điều này dẫn đến sự thay đổi cao ở các mức nhiễu so với lập biểu phân chia theo mã. Lập biểu phân chia theo mã Trong lập biểu phân chia theo mã tất cả người sử dụng được ấn định một kênh khi họ cần chúng. Nếu nhiều người sử dụng gói yêu cầu lưu lượng thì tốc độ bit phải thấp hơn ở lập biểu theo thời gian. Các ưu điểm chính của phương pháp này là : - Trong lập biểu phân chia theo mã, việc thiết lập và giải phóng sẽ gây ra ít tổn thất dung lượng hơn do tốc độ bit thấp và thời gian truyền dẫn lâu hơn. Do tốc độ bit thấp việc phân bổ tài nguyên ở lập biểu gói phân chia theo mã đòi hỏi nhiều thời gian hơn ở lập biểu gói phân chia theo thời gian. Điều này cho phép dự báo được mức nhiễu. - Lập biểu phân chia theo mã có thể là tĩnh hoặc động. Trong lập biểu tĩnh, tốc độ bit được phân bổ duy trì cố định trong suốt thời gian kết nối. Trong lập biểu động, tốc độ bit có thể thay đổi để phù hợp với lưu lượng gói. - Phương pháp lập biểu này đòi hỏi các khả năng của MS thấp hơn. 4.7 Kết luận chương Trong chương này đã giới thiệu được các kỹ thuật được sử dụng trong WCDMA . Trên cơ sở đó người ta tiến hành qui hoạch mạng WCDMA. Chương 5 QUY HOẠCH MẠNG W-CDMA 5.1 Giới thiệu Chương này sẽ trình bày quá trình qui hoạch mạng W-CDMA và kết quả mô phỏng tình toán suy hao đường truyền, kích thước ô và dung lượng kênh,…Quá trình quy hoạch mạng vô tuyến cho hệ thống thông tin di động thế hệ ba bao gồm các bước sau : định kích cỡ, quy hoạch lưu lượng và vùng phủ sóng, tối ưu hóa mạng. · Các yêu cầu vùng phủ · Yêu cầu dung lượng · Kiểu vùng, mô hình truyền sóng vô tuyến Đầu vào Suy hao đường truyền cho phép Quy hoạch dung lượng và vùng phủ Hiển thị hiệu năng mạng Tối ưu hoá Định cỡ - Sơ bộ số trạm gốc - Cấu hình đài trạm. - Chọn đài trạm. - Chọn cấu hình BS. - Các thông số RRM. - Phân tích chất lượng phục vụ Điều chỉnh thông số RRM Kết quả đo hiệu năng mạng Đầu ra Hình 5.1. Quá trình quy hoạch mạng vô tuyến cho hệ thống thông tin di động thế hệ ba. - Giai đoạn định kích cỡ sẽ đưa ra dự tính số đài trạm, số trạm gốc, cấu hình các phần tử gốc và các phần tử mạng khác trên cơ sở các yêu cầu của nhà khai thác 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. Việc quy hoạch dung lượng và vùng phủ phải được xem xét đồng thời do dung lượng và vùng phủ có quan hệ chặt chẽ với nhau trong mạng di động. Khi mạng đi vào hoạt động, có thể tính toán hiệu năng mạng bằng các phép đo và các kết quả đo được sử dụng để hiển thị và tối ưu hoá hiệu năng của mạng. Tính 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 : La = Pm – Pmin + Gb – Lc – Lb – Lh (5.1) Với : Pmin = N0 + Fb + (Eb/N0’)req + 10lgB (5.2) Trong đó : La : Tổn hao đường truyền cho phép. Pm : Công suất phát xạ hiệu dụng của MS. Pmin : Cường độ tín hiệu tối thiểu yêu cầu. Gb : Hệ số khuếch đại của Anten phát BS. Lc : Tổn hao cáp Anten thu BS. Lb : Tổn hao cơ thể. Lh : Tổn hao truy nhập tòa nhà. B : Tốc độ bit (Bps) N0 : Tạp âm nền của BS. Fb : Hệ số tạp âm máy thu. Eb/N0’ : Độ dự trữ cần thiết của anten phát BS. 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. 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) [6] (5.3) Trong đó : fc : Tần số hoạt động (MHz). Lp : Tổn hao cho phép. hb : Độ cao anten trạm gốc (m). a(hm) : Hệ số hiệu chỉnh cho độ cao anten di động (dB) R : Bán kính ô (km). Dải thông số sử dụng cho mô hình Hata là : hb200m hm10m Hệ số hiệu chỉnh (hm) được tính như sau: Đối với thành phố lớn: a(hm) =8,29.(lg1,54hm)2 - 1,1 (dB) với fc 200MHz (5.4) a(hm) =3,2.(lg11,75hm)2 - 4,97 (dB) với fc 400MHz (5.5) Đối với thành phố nhỏ và trung bình : a(hm) = (1,1.lgfc – 0,7).hm –(1,56.lgfc –0,8) (dB) (5.6) Như vậy bán kính ô được tính : (5.7) · Vùng ngoại ô Với vùng ngoại ô hệ số hiệu chỉnh suy hao so với vùng thành phố là : Lno = Lp - 2 (dB) (5.8) · 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 +18,33(lgfc) - 40,49 (dB) (5.9) 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 : tổn hao không gian tự do, nhiễu xạ mái nhà, tổn hao tán xạ và tổn hao nhiều vật chắn. Tổn hao cho phép trong mô hình này được tính như sau : Lcp = Lf + Lts + Lm [6] (5.10) Với tổn hao không gian tự do được xác định như sau : (5.11) Trong đó : fc : Tần số hoạt động. R : Bán kính cell. Nhiễu xạ mái nhà phố và tổn hao tán xạ được tính : (5.12) Trong đó : (5.13) 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) Tổn hao vật chắn : (5.14) Trong đó : b : Khoảng cách giữa các toà nhà dọc theo đường truyền vô tuyến (m) , hb là độ cao anten BS (5.15) ka = 54 – 0,8.hb (5.16) (5.17) với thành phố lớn (5.18) với thành phố trung bình (5.19) Như vậy bán kính cell tính theo mô hình Walf – Ikegami là : (5.20) 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. 5.4 Tính toán dung lượng và vùng phủ Trong thông tin di động thế hệ ba, các thuê bao được chia sẽ cùng nguồn tài nguyên ở giao diện vô tuyến nên không thể phân tích chúng riêng rẽ. Các thuê bao ảnh hưởng lẫn nhau nên công suất phát buộc phải thay đổi, sự thay đổi này lại gây ra các thay đổi khác vì vậy toàn bộ quá trình dự tính phải được thực hiện lặp cho đến khi công suất phát ổn định. Ngoài công suất phát, các thông số khác như tốc độ MS, dạng kênh đa đường, tốc độ bit và các kiểu dịch vụ được sử dụng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc quy hoạch mạng di động thế hệ ba. Trong quá trình quy hoạch hệ thống GSM, độ nhạy của BS và ngưỡng vùng phủ được coi là không đổi cho từng trạm và quy hoạch chi tiết chủ yếu tập trung lên quy hoạch vùng phủ. Trong W-CDMA độ nhạy của BS phụ thuộc vào số lượng người sử dụng và tốc độ bit ở tất cả các ô, vì thế nó mang đặc thù ô và dịch vụ và cần phân tích dung lượng và quy hoạch nhiễu chi tiết hơn. Công cụ quy hoạch sẽ hỗ trợ việc tối ưu các cấu hình vùng phủ, chọn anten, hướng anten và vị trí đặt đài trạm để đáp ứng chất lượng dịch vụ, dung lượng và các yêu cầu dịch vụ với giá thành thấp. Để tính toán dung lượng, ta sử dụng một số định nghĩa sau : - Đơn vị lưu lượng Erlang : Một đơn vị lưu lượng Erlang là một mạch thông tin hoạt động trong một giờ. - Cấp phục vụ (GOS) : Đại lượng biểu thị số % cuộc gọi không thành công đối với hệ thống tiêu hao còn trong hệ thống đợi GOS là số % thuê bao thực hiện sự gọi trở lại. - Hệ thống thông tin hoạt động theo kiểu tiêu hao : Giả thiết về hệ thống mà các thuê bao không hề gọi lại khi cuộc gọi không thành công. - Hệ thống thông tin hoạt động theo kiểu đợi : Giả thiết về hệ thống mà các thuê bao sẽ kiên trì gọi lại cho đến khi thành công. Lưu lượng của một thuê bao A được tính theo công thức sau : (5.21) Trong đó : A : Lưu lượng của thuê bao. n : Số trung bình các cuộc gọi trong một giờ. T : Thời gian trung bình của một cuộc gọi (s). Theo số liệu thống kê đối với mạng di động thì n = 5, T = 300s. Lưu lượng Erlang cần cho một thuê bao được tính như sau : (5.22) Trong đó : m : Số lần thuê bao sử dụng kênh điều khiển. tu : Thời gian sử dụng trung bình của thuê bao đối với kênh điều khiển Ứng với số kênh điều khiển là NCCH, tra bảng ta sẽ có tổng dung lượng Erlang cần thiết là Etot. Tổng số thuê bao được phục vụ được tính như sau : (5.23) Để phục vụ Stotal thuê bao, ta tính được tổng lưu lượng Erlang cần thiết theo công thức : (5.24) Từ giá trị CErl tra bảng ta sẽ tính được tổng số kênh cần thiết. Chương trình mô phỏng và tính toán. Tối ưu mạng là quá trình phân tích cấu hình và hiệu năng mạng nhằm cải thiện chất lượng mạng tổng thể và đảm bảo tài nguyên của mạng được sử dụng một cách có hiệu quả. Giai đoạn đầu của quá trình tối ưu là định nghĩa các chỉ thị hiệu năng chính. Chúng gồm các kết quả đo ở hệ thống quản lý mạng và số liệu đo thực tế để xác định chất lượng dịch vụ. Với sự giúp đỡ của hệ thống quản lý mạng ta có thể phân tích hiệu năng quá khứ, hiện tại và tương lai. Ta có thể phân tích hiệu năng của các thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến và các thông số của chúng bằng cách sử dụng các kết quả của chỉ thị hiệu năng chính. Trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba việc tối ưu hóa mạng rất quan trọng vì mạng thế hệ ba cung cấp nhiều dịch vụ đa dạng. Điều chỉnh tự động phải cung cấp câu trả lời nhanh cho các điều khiển thay đổi lưu lượng trong mạng. Trong giai đoạn đầu của quá trình xây dựng mạng W-CDMA chỉ có một số thông số là được điều chỉnh tự động và vì thế cần phải duy trì quá trình tối ưu hóa của hệ thống GSM 5.5.1 Lưu đồ tính toán Tính suy hao đường truyền cho phép Nhập các thông số : · Thông số truyền dẫn · Thông số trạm gốc · Thông số trạm di động · Nhập các thông số truyền sóng và chọn mô hình truyền sóng. · Nhập các thông số lưu lượng · Tính kích thước Cell · Tính tổng lưu lượng Erlang Kết luận 5.5.2 Kết quả chương trình Kết quả tính suy hao đường truyền. Kết quả tính kích thước cell Kết quả tính dung lượng kênh. Kết quả. Kết luận chương Trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba việc tối ưu hóa mạng rất quan trọng vì mạng thế hệ ba cung cấp nhiều dịch vụ đa dạng. Điều chỉnh tự động phải cung cấp câu trả lời nhanh cho các điều khiển thay đổi lưu lượng trong mạng. Trong giai đoạn đầu của quá trình xây dựng mạng W-CDMA chỉ có một số thông số là được điều chỉnh tự động và vì thế cần phải duy trì quá trình tối ưu hóa của hệ thống GSM Với sự giúp đỡ của hệ thống quản lý mạng ta có thể phân tích hiệu năng quá khứ, hiện tại và tương lai. Ta có thể phân tích hiệu năng của các thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến và các thông số của chúng bằng cách sử dụng các kết quả của chỉ thị hiệu năng chính. Kết luận Công nghệ điện thoại di động phổ biến GSM đang gặp nhiều cản trở và sẽ sớm bị thay thế bằng những công nghệ tiên tiến hơn.Các ứng dụng truyền thông hữu ích như điện thoại truyền hình, định vị và tìm kiếm thông tin, truy cập Internet, truyền tải dữ liệu dung lượng lớn, nghe nhạc và xem video chất lượng cao... cùng nhiều ứng dụng dịch vụ viễn thông tiên tiến khác đang được triển khai thực hiện trên mạng di động 3G. Theo các chuyên gia trong ngành viễn thông, đường tới 3G của GSM là WCDMA. Nhưng trên con đường đó, các nhà khai thác dịch vụ điện thoại di động phải trải qua giai đoạn 2,5G. Thế hệ 2,5G bao gồm những gì? Đó là: dữ liệu chuyển mạch gói tốc độ cao (HSCSD), dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS và Enhanced Data Rates for Global Evolution (EDGE). Với sự giúp đỡ của hệ thống quản lý mạng ta có thể phân tích hiệu năng quá khứ, hiện tại và tương lai. Ta có thể phân tích hiệu năng của các thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến và các thông số của chúng bằng cách sử dụng các kết quả của chỉ thị hiệu năng chính. Trong giai đoạn đầu của quá trình xây dựng mạng W-CDMA chỉ có một số thông số là được điều chỉnh tự động và vì thế cần phải duy trì quá trình tối ưu hóa của hệ thống GSM. HSDPA (High Speed Downlink Packet Access - truy cập dữ liệu kết nối tín hiệu từ vệ tinh tới trạm mặt đất tốc độ cao) là gói dịch vụ cải tiến từ chuẩn WCDMA với khả năng tải dữ liệu lên đến 8 - 10 Mb/giây.HSDPA là giao diện vô tuyến gói UMTS mới trong đó một kênh chung chia sẻ đường xuống tốc độ cao (HS-DS) được chia sẻ bởi nhiều người dùng khác nhau. Trong khuôn khổ đề tài, em đã chưa giải quyết hoàn chỉnh vấn đề tối ưu cho mạng CDMA băng rộng, nếu có điều kiện thì HSDPA là hướng đi tiếp của đề tài. Tài liệu tham khảo [1] LGIC - Tổng cục bưu điện, “Thông tin di động (2 tập),” Nhà xuất bản KHKT, 1997. [2] Minh ngọc – Phú Thành, “Mạng viễn thông chuyển giao dịch vụ trên mạng,” Nhà xuất bản thống kê, 2002. [3] Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thông tin di động thế hệ 3 (2 tập),” Nhà xuất bản bưu điện, 2001. [4] Tổng cục bưu điện, “Thông tin di động số,” Nhà xuất bản KHKT, 1993. [5] Vũ Đức Thọ, “Thông tin di động số Cellular,” Nhà xuất bản giáo dục, 1997. [6] Clint Smith, Daniel Collins, “3G Wireless networks,” McGraw-Hill Telecom, 2002. [7] M.R.Karim and M.Sarrap, “W-CDMA and CDMA 2000 for 3G Mobile Networks,” McGraw-Hill Telecom professional, 2002. [8] Hedberg, Tetal, “Evolving WCDMA,” Ericsson White Paper, March 2001. [9 Tommi Heikkilä, “WCDMA radio network planning,” www.telecomspace.com, 2006. Phần chính của chương trình nguồn 'tinh kich thuoc cell Private Sub cmdTinhKichthuoc_Click() Dim SuyhaoCP As Double Freq = Val(txtCell(1).Text) hightMS = Val(txtCell(3).Text) hightBS = Val(txtCell(2).Text) SuyhaoCP = Val(txtCell(0).Text) If optHata.Value = True Then Select Case cboKieuvungHata.ListIndex Case 0: If Freq > 400 Then HesoHieuchinh = 3.2 * (Lg10(11.75 * hightMS)) ^ 2 - 4.97 Else HesoHieuchinh = 8.29 * (Lg10(1.54 * hightMS)) ^ 2 - 1.1 End If RofCell = (SuyhaoCP - 69.55 - 26.16 * Lg10(Freq) + 13.82 * Lg10(hightBS) + HesoHieuchinh) / (44.9 - 6.55 * Lg10(hightBS)) Case 1: HesoHieuchinh = hightMS * (1.1 * Lg10(Freq) - 0.7) - 1.56 * Lg10(Freq) + 0.8 RofCell = (SuyhaoCP - 69.55 - 26.16 * Lg10(Freq) + 13.82 * Lg10(hightBS) + HesoHieuchinh) / (44.9 - 6.55 * Lg10(hightBS)) Case 2: HesoHieuchinh = 2 * 8.29 * Lg10(1.54 * hightMS) - 1.1 RofCell = (SuyhaoCP - 69.55 - 26.16 * Lg10(Freq) + 13.82 * Lg10(hightBS) + HesoHieuchinh - 2 * Lg10((Freq / 28) ^ 2) + 2 * 5.4) / (44.9 - 6.55 * Lg10(hightBS)) Case 3: HesoHieuchinh = 2 * 8.29 * Lg10(1.54 * hightMS) - 1.1 RofCell = (SuyhaoCP - 69.55 - 26.16 * Lg10(Freq) + 13.82 * Lg10(hightBS) + HesoHieuchinh - 4.78 * (Lg10(Freq)) ^ 2 + 18.33 * Lg10(Freq) - 40.49) / (44.9 - 6.55 * Lg10(hightBS)) End Select End If If optWalf.Value = True Then RofCell = (SuyhaoCP - 20 * Lg10(Freq) - 32.4) / 20 End If Kichthuoc = 10 ^ RofCell lblRCell.Caption = Str(Kichthuoc) + " km" End Sub Private Sub Form_Load() frmMain.Enabled = False If LossCP = 0 Then txtCell(0).Text = "" Else txtCell(0).Text = LossCP End If optHata.Value = True cboKieuvungHata.ListIndex = 0 cboKieuvungWalf.ListIndex = 0 End Sub Private Sub tblInput_Click() ……… 'chon kieu vung hata If optHata.Value = True Then Select Case cboKieuvungHata.ListIndex Case 0: If Freq > 400 Then HesoHieuchinh = 3.2 * (Lg10(11.75 * hightMS)) ^ 2 - 4.97 Else HesoHieuchinh = 8.29 * (Lg10(1.54 * hightMS)) ^ 2 - 1.1 End If RofCell = (SuyhaoCP - 69.55 - 26.16 * Lg10(Freq) + 13.82 * Lg10(hightBS) + HesoHieuchinh) / (44.9 - 6.55 * Lg10(hightBS)) Case 1: HesoHieuchinh = hightMS * (1.1 * Lg10(Freq) - 0.7) - 1.56 * Lg10(Freq) + 0.8 RofCell = (SuyhaoCP - 69.55 - 26.16 * Lg10(Freq) + 13.82 * Lg10(hightBS) + HesoHieuchinh) / (44.9 - 6.55 * Lg10(hightBS)) Case 2: HesoHieuchinh = hightMS * (1.1 * Lg10(Freq) - 0.7) - 1.56 * Lg10(Freq) + 0.8 RofCell = (SuyhaoCP - 69.55 - 26.16 * Lg10(Freq) + 13.82 * Lg10(hightBS) + HesoHieuchinh - 4 * Lg10((Freq / 28)) + 2 * 5.4) / (44.9 - 6.55 * Lg10(hightBS)) Case 3: HesoHieuchinh = hightMS * (1.1 * Lg10(Freq) - 0.7) - 1.56 * Lg10(Freq) + 0.8 RofCell = (SuyhaoCP - 69.55 - 26.16 * Lg10(Freq) + 13.82 * Lg10(hightBS) + HesoHieuchinh + 8) / (44.9 - 6.55 * Lg10(hightBS)) 'RofCell = (SuyhaoCP - 69.55 - 26.16 * Lg10(Freq) + 13.82 * Lg10(hightBS) + HesoHieuchinh - 4.78 * Lg10(Freq) + 18.33 * Lg10(Freq) - 40.49) / (44.9 - 6.55 * Lg10(hightBS)) End Select Kichthuoc = 10 ^ RofCell DientichCell = 2.6 * Kichthuoc ^ 2 lblRCell.Caption = Format(Kichthuoc, "0.####") + " km" lblDientich = Format(DientichCell, "0.####") + " km2" lstHata.AddItem lblRCell.Caption lstWalf.AddItem " " End If 'chon kieu vung walfsch If optWalf.Value = True Then Select Case cboKieuvungWalf.ListIndex Case 0: If (Gocden >= 0) And (Gocden docaoNha) Then Lo = -9.646 Lbsh = -18 * Lg10(11) + (hightBS - docaoNha) Ka = 54 Kd = 18 - 15 * (hightBS - docaoNha) / (docaoNha - hightMS) Else Lo = 2.5 + 0.075 * (Gocden - 55) Lbsh = 0 Ka = 54 - 0.8 * hightBS Kd = 18 End If Kf = 4 + 1.5 * Freq / 925 - 1.5 Lp = Lo + 10 * Lg10(Freq) - 10 * Lg10(dorongPho) - 16.7 + 20 * Lg10(docaoNha - hightMS) Lf = 16.87 + 20 * Lg10(Freq) Lvc = Lbsh + Ka + Kf * Lg10(Freq) - 9 * Lg10(hightBS) RofCell = (SuyhaoCP - Lf - Lvc - Lp) / (20 + Kd) Case 1: If (Gocden >= 0) And (Gocden docaoNha) Then Lo = -9.646 Lbsh = -18 * Lg10(11) + (hightBS - docaoNha) Ka = 54 Kd = 18 - 15 * (hightBS - docaoNha) / (docaoNha - hightMS) Else Lo = 2.5 + 0.075 * (Gocden - 55) Lbsh = 0 Ka = 54 - 0.8 * hightBS Kd = 18 End If Kf = 4 + 0.7 * Freq / 925 - 0.7 Lp = Lo + 10 * Lg10(Freq) - 10 * Lg10(dorongPho) - 16.7 + 20 * Lg10(docaoNha - hightMS) Lf = 16.69 + 20 * Lg10(Freq) Lvc = Lbsh + Ka + Kf * Lg10(Freq) - 9 * Lg10(hightBS) RofCell = (SuyhaoCP - Lf - Lvc - Lp) / (20 + Kd) End Select Kichthuoc = 10 ^ RofCell lblRCell.Caption = Format(Kichthuoc, "0.####") + " km" DientichCell = 2.6 * Kichthuoc ^ 2 lblDientich = Format(DientichCell, "0.####") + " km2" lstHata.AddItem " " lstWalf.AddItem lblRCell.Caption End If End If End With End Sub