Đề tài Nghiên cứu công nghệ WCDMA ứng dụng cho nâng cấp mạng GSM của Viettel lên 3G

ây dựng hệ thống WCDMA về cơ bản là xây dựng phần cứng cho mạng truy nhập vô tuyến UTRAN gồm RNC và Node B. Một điều chắc chắn là WCDMA chưa thể triển khai tới tận các vùng xa, mà trước mắt sẽ tập trung phát triển ở một số thành phố lớn. Khi đó, máy đầu cuối của khách hàng sẽ có khả năng tương thích giữa hai hệ thống GSM và WCDMA. Như vậy, lộ trình từ GSM lên WCDMA theo công nghệ WCDMA tương đối rõ ràng đảm bảo sự kết hợp cùng tồn tại giữa mạng GSM hiện tại và mạng 3G đồng thời cũng tận dụng được rất nhiều lợi thế của mạng GSM hiện có như lợi thế về số thuê bao đang có, thói quen của khách hàng về sử dụng các dịch vụ truy nhập Internet khi triển khai GPRS và lợi thế trong việc triển khai roaming quốc tế. Hiện nay số lượng thuê bao GSM ngày càng phát triển nhanh và chiếm thị phần 63 rất lớn trong tổng số thuê bao di động, điều đó cho thấy khi lựa chọn lộ trình đi lên WCDMA dựa trên WCDMA cũng sẽ tạo ra lợi thế trong việc triển khai roaming quốc tế. Ngoài ra, việc lựa chọn WCDMA làm định hướng công nghệ WCDMA còn có một số lợi thế như sau: - Hiệu quả sử dụng phổ tần rất cao. - Cho phép sử dụng các máy đầu cuối công suất thấp. - Cho phép cung cấp các ứng dụng khác nhau với các tốc độ truyền số liệu khác nhau. - Toàn bộ phổ tần sử dụng cho WCDMA như sau: WCDMA TDD: 1900 MHz - 1920 MHz và 2020 MHz - 2025 MHz. WCDMA FDD: + Đường lên (Uplink ) : 1920 MHz - 1980 MHz. + Đường xuống (Downlink ) : 2110 MHz - 2170 MHz. 4.3 Phân tích các phương án và lựa chọn giải pháp Có ba phương án để lựa chọn khi chuyển từ mạng GSM lên mạng 3G cho Viettel. - Phương án triển khai 3G theo chuẩn 3GPP R99 - Phương án triển khai 3G theo chuẩn 3GPP R4 - Phương án triển khai 3G theo chuẩn 3GPP R5 4.3.1 Phân tích các phương án 4.3.1.1 Phương án 3G theo chuẩn 3GPP R99 64 3G đưa ra phương pháp truy nhập vô tuyến mới W-CDMA. W-CDMA và những biến thể của nó mang tính toàn cầu, do đó tất cả mạng 3G có thể chấp nhận việc truy nhập bởi thuê bao ở mạng 3G bất kỳ. Ngoài tính toàn cầu, W- CDMA đã được nghiên cứu rất kỹ trong phòng thí nghiệm và đã chứng tỏ được hiệu quả sử dụng phổ tốt hơn (trong các điều kiện xác định) và phù hợp hơn cho việc truyền dữ liệu gói so với các truy nhập vô tuyến trên cơ sở TDMA. Công nghệ W-CDMA và các thiết bị truy nhập vô tuyến của nó không tương thích với các thiết bị mạng GSM, điều đó giải thích tại sao khi thêm W-CDMA vào mạng lại cần thêm một số thầnh phần mới như RNC (Radio Network Controller) và BS (Base Station). Mặt khác, một trong các yêu cầu cơ bản của UMTS là khả năng hoạt động đồng thời GSM/UMTS, ví dụ như việc chuyển giao giữa hai hệ thống khi truy Hình 4.2 Mạng 3G theo chuẩn 3GPP R99 CN PS Domain GGSNSGSN M¹ng d÷ liÖu kh¸c Internet RNC UTRAN BS UE Uu BSC E-RAN BTS Quản lý mạng (NMS) ISDN PSTN PSPDN X25 CSPDN Gb A HLR/AuC/EIR V A S MS 3G GMSC CN CS Domain 3G MSC/VLR Um C A M E L W A P M E X E U S A T Iu 65 nhập vô tuyến thay đổi từ GSM sang W-CDMA và ngược lại trong một cuộc gọi. Khả năng này đòi hỏi hai yêu cầu cụ thể là: - Thứ nhất, giao diện diện vô tuyến GSM phải thay đổi sao cho có thể phát quảng bá các thông tin hệ thống về mạng vô tuyến W-CDMA tại đường xuống. Đương nhiên mạng truy nhập vô tuyến W-CDMA cũng có thể phát quảng bá thông tin hệ thống về mạng GSM tại đường xuống. - Thứ hai, nhằm giảm thiểu chi phí khai thác, các chỉ tiêu kỹ thuật qui định trong 3GPP cho khả năng đảm bảo được các chức năng liên mạng của hệ thống để các MSC/VLR 2G nâng cấp có thể xử lý được truy nhập vô tuyến băng rộng, UTRAN. - Cho tới hiện nay, khái niệm IN được phát triển trực tiếp từ mạng PSTN/ISDN và do vậy chắc chắn sẽ có một vài nhược điểm khi chưa đề cập trực tiếp cho mạng di động. Vấn đề chủ yếu với công nghệ IN chuẩn là không thể truyền các thông tin về dịch vụ giữa các mạng. Nói cách khác, nếu một thuê bao sử dụng các dịch vụ trên cơ sở IN thì các dịch vụ này chỉ được cung cấp tốt trong mạng thường trú của thuê bao. Tình huống này có thể được cải thiện bằng cách sử dụng “công nghệ IN nâng cấp“ được gọi là CAMEL (Customised Application for Mobile Network Enhance Logic). Công nghệ CAMEL có thể truyền thông tin dịch vụ giữa các mạng và vai trò của công nghệ này sẽ tăng lên khi triển khai 3G, lúc đó hầu như mọi hoạt động qua mạng 3G đều ít nhiều có sự tham gia của CAMEL. Các kết nối truyền dẫn trong mạng truy nhập vô tuyến W-CDMA được thực hiện bằng cách dùng ATM (3GPP R99). Dự án tiêu chuẩn hóa FRAMES đã thảo luận rất nhiều về việc có sử dụng ATM cho mạng 3G hay không và cuối cùng quyết định sử dụng ATM được dựa trên hai lý do sau: 66 - Kích thước cell và tải lưu lượng khi sử dụng ATM là tương đối nhỏ do đó có ưu điểm giảm được bộ nhớ đệm lưu trữ thông tin. Trong trường hợp ngược lại, khi phải nhớ đệm nhiều thông tin thì đương nhiên trễ sẽ tăng, đồng thời tải lưu lượng tĩnh ở các thiết bị nhớ đệm cũng sẽ tăng lên. Hai yếu tố này đều có ảnh hưởng xấu tới yêu cầu chất lượng dịch vụ đối với lưu lượng thời gian thực. - Phương án khác là sử dụng IP song hiện nay IPv4 có một số các nhược điểm nghiêm trọng về giới hạn không gian địa chỉ và không đáp ứng QoS. Ngược lại thì ATM và các lớp tốc độ bit tương ứng của nó lại đáp ứng rất tốt các yêu cầu về QoS. Có một giải pháp là ATM và IP được kết hợp cho các lưu lượng gói, trong đó giao thức IP sẽ được sử dụng ở trên đỉnh của ATM. Giải pháp kết hợp này sẽ kết hợp được ưu điểm của cả hai giao thức là IP sẽ đảm bảo việc kết nối còn ATM sẽ đảm bảo chất lượng kết nối và định tuyến. Do nhược điểm của IPv4 nên giải pháp thoả hiệp là trong mạng 3G một số phần tử mạng nhất định sử dụng các địa chỉ IPv4 cố định, còn các lưu lượng thuê bao còn lại sử dụng các địa chỉ IPv6 được phân bổ động. Trong trường hợp này, để thích ứng mạng 3G với các mạng khác, mạng lõi IP 3G phải có thiết bị chuyển đổi giữa các địa chỉ IPv4 và IPv6 bởi vì các mạng khác có thể không hỗ trợ IPv6. Các nút mạng lõi cũng cần phải được chuyển đổi về mặt kỹ thuật. Các phần tử chuyển mạch kênh cần phải xử lý được cho cả hai loại thuê bao 2,5G và 3G. Yêu cầu này đòi hỏi phải thay đổi trong MSC/VLR và HLR/AC/EIR. Ví dụ, cơ chế bảo mật trong khi thiết lập cuộc gọi là hoàn toàn khác nhau trong mạng 2,5G và 3G và như vậy các phần tử chuyên mạch kênh phải được nâng cấp để xử lý cho cả hai trường hợp này. Các phần tử chuyển mạch gói thực chất sẽ được nâng 67 cấp từ GPRS. Trong trường hợp này, về tên vẫn giữ nguyên như trong mạng 2,5G song chức năng sẽ có những khác biệt. Thay đổi lớn nhất đối với các SGSN là chức năng của nó gần như hoàn toàn khác với trong mạng 2,5G. Trong mạng 2,5G, chức năng chính của các SGSN là quản lý di động cho các kết nối gói. Sang mạng 3G, chức năng quản lý di động được phân chia giữa RNC và SGSN. Điều này có nghĩa là khi thuê bao trong mạng 3G chuyển cell thì các phần tử chuyển mạch gói không nhất thiết can thiệp, song RNC thì phải quản lý quá trình này. Mạng 3G triển khai theo 3GPP R99 cung cấp các loại dịch vụ giống với mạng 2,5G. Trong giai đoạn này hầu hết các dịch vụ được chuyển đổi sang dạng gói khi ứng dụng có yêu cầu. WAP là một trong các ứng cử viên thuộc loại này, bởi vì về bản chất thông tin truyền đi thì WAP là loại chuyển mạch gói. Các dịch vụ chuyển mạch gói chia làm các nhánh dịch vụ, trong đó mỗi nhánh sẽ gồm nhiều loại dịch vụ khác nhau và là các dịch vụ trên cơ sở cơ chế định vị vị trí thuê bao đã sẵn có trong mạng 3G. Bước phát triển tiếp sau 3GPP R99 hiện nay còn chưa đạt mức cụ thể mà chỉ được xác định các xu hướng chung. Các xu hướng chính đó là việc tách biệt phần kết nối cuộc gọi, phần điều khiển và phần dịch vụ, đồng thời yêu cầu chuyển đổi mạng theo hướng hoàn toàn trên cơ sở IP. Trên quan điểm phát triển dịch vụ, các bước phát triển này phải làm cho mạng 3G có thể cung cấp tốt các dịch vụ đa phương tiện, ví dụ các dịch vụ kết hợp đồng thời thoại và hình ảnh. 68 4.3.1.2. Phương án 3G theo chuẩn 3GPP R4 Trong giai đoạn 3GPP R4 mới chỉ triển khai việc tách biệt phần kết nối cuộc gọi, phần điều khiển và phần dịch vụ cho phần mạng lõi chuyển mạch kênh. Trong mạng lõi này, lưu lượng dữ liệu thuê bao sẽ đi qua MGW (Media Gateways) là phần đảm bảo kết nối và các chức năng chuyển mạch khi có yêu cầu. Toàn bộ quá trình này được quản lý bởi một MSC Server được nâng cấp từ MSC/VLR. Một MSC server có thể điều khiển nhiều MGW và do vậy mạng lõi chuyển mạch kênh có thể mở rộng dễ dàng. Khi nhà khai thác muốn tăng thêm phần dung lượng cho điều khiển thì có thể thiết lập thêm một MSC server, ngược lại khi muốn tăng dung lưọng chuyển mạch thì thiết lập thêm các MGW. Khi đã thiết lập một mạng như trên thì các bước phát triển về công nghệ và yêu ISDN PSTN CSPDN Hình 4.3 Mạng 3G theo chuẩn 3GPP R4 CN PS Domain IP, Multimedia SGSN GGSN Quản lý mạng (NMS) Iu CN CS Domain HSS V A S C A M E L W A P M E X E U S A T RNC UTRAN BS UE Uu BSC GERAN BTS MS Um MSC Server MGW MGW IMS Ghi chú: IMS = IP Multimedia Subsystem 69 cầu chỉ tiêu kỹ thuật sẽ xác định giới hạn tiếp theo của mạng này. Khi IPv6 càng được triển khai nhiều trên mạng 3G thì số kết nối của mạng 3G có thể chuyển đổi sang IPv6 càng tăng và do vậy sẽ làm giảm yêu cầu chuyển đổi giữa IPv4 và IPv6. Trong giai đoạn này, tỷ trọng lưu lượng giữa dữ liệu chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói sẽ thay đổi đáng kể. Hầu hết lưu lượng sẽ là chuyển mạch gói, và một số dịch vụ chuyển mạch kênh truyền thống ví dụ như thoại ít nhất sẽ một phần trở thành gói (VoIP, Voice over IP). Ví dụ một cuộc gọi GSM truyền thống được thay bằng một cuộc gọi VoIP qua MGW mà BSS kết nối tới. Trên thực tế có nhiều cách để triển khai các cuộc gọi VoIP song người ta sẽ thêm vào một phân hệ mạng lõi mới có tên là IMS (IP Multimedia Subsystem) bởi vì nó sẽ cung cấp các phương pháp thống nhất để xử lý cuộc gọi VoIP. Ngoài ra, IMS còn đồng thời được sử dụng cho các dịch vụ đa phương tiện trên cơ sở IP. Đương nhiên phân hệ BSS cũng phải được triển khai nâng cấp để sử dụng IP song thời điểm còn chưa xác định. Trong trường hợp này, vai trò của CAMEL cũng sẽ thay đổi. Bởi vì rất nhiều dịch vụ sử dụng CAMEL được chuyển từ phần mạng chuyển mạch kênh sang chuyển mạch gói nên ở giai đoạn này, CAMEL phải được thiết lập kết nối với phần mạng chuyển mạch gói, đồng thời là phần tử kết nối giữa phần dịch vụ và mạng. 4.3.1.3. Phương án 3G theo chuẩn: 3GPP R5 70 Trong 3GPP R5, công nghệ sẽ tiếp tục chuyển đổi và toàn bộ các lưu lượng trong mạng 3G sẽ là lưu lượng IP. Lấy ví dụ một cuộc gọi từ thiết bị đầu cuối của mạng tới mạng PSTN thì nó phải chuyển qua mạng 3G theo dạng gói và từ GGSN cuộc gọi VoIP sẽ được định tuyến qua IMS có các chức năng chuyển đổi để tới PSTN. Trên quan điểm của đầu cuối di động thì mạng luôn luôn giống nhau trong các giai đoạn phát triển. Tuy nhiên, trong nội bộ mạng thì hầu như mọi thứ thay đổi. Thay đổi chính trước hết là công nghệ truyền tải mà trong triển khai 3GPP R99 là ATM và sau này 3GPP R4 và R5 chuyển sang IP. Bởi vì hệ thống cần phải tương thích ngược nên nhà khai thác luôn có một lựa chọn là sử dụng công nghệ truyền tải ATM hoặc IP, hoặc là có giải pháp cho cả hai công nghệ này. Như đã giải thích trước đây, ATM có thế mạnh là hỗ trợ QoS ngay từ đầu, sau đó công nghệ IP sẽ có cơ chế bảo đảm QoS triển khai cho không chỉ cho ATM mà còn cho nhiều loại phân hệ mạng khác nhau. IP, Multimedia Quản lý mạng (NMS) ISDN PSTN CSPDN Iu RNC UTRAN BS UE Uu BSC GERAN BTS MS Um HSS V A S C A M E L W A P M E X E U S A T CN PS Domain SGSN GGSN IMS IP/ATM IP/ATM IP/ATM Ghi chú: IMS = IP Multimedia Subsystem Hình 4.4 Mạng 3G theo chuẩn 3GPP R5 (toàn IP) 71 Sang giai đoạn này, dịch vụ và mạng trở nên quan trọng hơn là bản thân công nghệ, và do vậy loại công nghệ truy nhập vô tuyến được sử dụng sẽ giảm ý nghĩa quan trọng của mình. Tiêu chuẩn để lựa chọn loại công nghệ truy nhập vô tuyến sử dụng là khả năng cung cấp đủ băng thông cho các dịch vụ yêu cầu. Trong tương lai, các mạng lõi 3G sẽ có các giao diện cho một vài công nghệ truy nhập vô tuyến, ví dụ như GSM, EDGE, cdma-2000, W-CDMA và WLAN. Đương nhiên nó sẽ đặt ra nhiều yêu cầu cho các nhà chế tạo thiết bị đầu cuối và yêu cầu thị trường sẽ phải có các đầu cuối xử lý được nhiều loại công nghệ truy nhập vô tuyến. Đầu cuối 3G dần dần sẽ trở thành vật bất ly thân với nhiều chức năng như một điện thoại, ví, card ID và hộ chiếu, .v.v. 4.3.2 Lựa chọn phương án công nghệ và giải pháp mạng Viettel sẽ lựa chọn công nghệ WCDMA (hay là UMTS) vì một số các tiêu chí trong: UMTS là sự phát triển lên 3G của họ công nghệ GSM (GSM, GPRS & EDGE), là công nghệ duy nhất được các nước châu Âu công nhận cho mạng 3G. GSM và UMTS cũng là dòng công nghệ chiếm thị phần lớn nhất trên thị trường thông tin di động ngày nay (chiếm tới 85,4% theo GSA 8-2007). UMTS hoàn toàn tương thích ngược với GSM. Các máy handset UMTS thường hỗ trợ cả hai chế độ GSM và UMTS do vậy chúng có thể sử dụng với các mạng GSM hiện có. Nếu một thuê bao UMTS ra khỏi vùng phủ sóng của mạng UMTS và đi vào vùng phủ sóng GSM thì cuộc gọi của thuê bao đó được tự động chuyển giao cho mạng GSM. Như vậy: WCDMA là công nghệ duy nhất hiện nay đã có thiết bị sẵn sàng, được nhiều nhà cung cấp thiết bị sản xuất và có thể cung cấp ngay khi có đơn đặt hàng. Mặt khác, do quy mô thị trường lớn và là công nghệ đã “trưởng 72 thành” nên WCDMA cũng là một trong những công nghệ có chi phí đầu tư thấp nhất, đem lại hiệu quả cao nhất. Mạng di động hiện tại Viettel hiện tại là GSM và đã được triển khai GPRS. Để tận dụng được mạng lõi 2,5 G cũng như cơ sở hạ tầng vốn có thì công nghệ lựa chọn là WCDMA. Ngoài ra, WCDMA có mạng báo hiệu phát triển từ giao thức GSM –MAP nên sẽ thuận tiện cho việc tương thích ngược với mạng GSM. Đối với một số quốc gia trên thế giới họ có thể lựa chọn giải pháp triển khai trước hoặc triển khai bổ sung vùng phủ sóng bằng EDGE. Về bản chất, EDGE với kỹ thuật điều chế 8-PSK cho phép tốc độ truyền lên tới 384 kbps thoả mãn tiêu chuẩn 3G của ITU ở một số vùng nhu cầu tốc độ dữ liệu cao. EDGE thay thế các máy phát GSM bằng máy thu phát vô tuyến EDGE đơn giản, không làm ảnh hưởng tới quy hoạch mạng nói chung. Nhưng đối với Việt Nam nếu triển khai EDGE sẽ làm phức tạp công tác quy hoạch và tối ưu vùng phủ. Ngoài ra, nếu lựa chọn triển khai EDGE thì sẽ xuất hiện các đầu cuối quá nhiều mode điều này là không thuận tiện với người sử dụng. Như vậy, xu hướng đầu cuối ở Việt Nam sẽ là GSM/GPRS/ WCDMA. Lựa chọn mạng ban đầu 3GPP R99 và tương lai sẽ là R4 và R5 Mạng 3G WCDMA được đề xuất triển khai cho Viettel dựa trên cơ sở phiên bản 3GPP R99. Như vậy, mạng 3G này có cả phần chuyển mạch gói và phần chuyển mạch kênh nên việc quản lý còn nhiều phức tạp. Tuy nhiên, hiện nay đã có nhiều nước tiên tiến trên thế giới triển khai 3G, nhưng lưu lượng thoại vẫn chiếm phần chính do đó phương án này sẽ tận dụng tối đa hạ tầng cũ cho thị trường số động vẫn là thoại và dịch vụ dữ liệu trung bình. 73 Nhưng trong tương lai, mục tiêu được đưa ra sẽ là 3G WCDMA sẽ là mạng toàn IP từng bức thực hiện theo tiêu chuẩn R4 và R5. Khi triển khai mạng 3G theo chuẩn R5 thì sẽ không còn trung tâm chuyển mạch kênh mà toàn bộ đều sử dụng chuyển mạch gói IP. Có như vậy mới tận dụng được hết ưu điểm, hiệu quả công nghệ chuyển mạch gói trong việc sử dụng hiệu quả đường truyền dẫn và quản lý, tính cước… Nhưng ngoài yếu tố về mặt kỹ thuật còn yếu tố về hiệu quả kinh tế, chúng ta cần tính đến điều kiện triển khai là khi lưu lượng dữ liệu đã vượt trội so với lưu lượng thoại. Và việc chuyển đổi phiên bản từ IPv4 sang IPv6 còn nhiều vấn đề. 4.4. Tính toán các thông số và xây dựng cấu trúc mạng Việc xây dựng mạng vô tuyến WCDMA là một vấn đề hết sức phức tạp. Khi thiết kế mạng cho một khu vực dân cư, người thiết kế phải sớm quan tâm tới nhiều yếu tố như: Phải ước tính cẩn thận khả năng mở rộng phủ sóng vô tuyến cho các khu vực nội đô, chất lượng dịch vụ ở các môi trường khác nhau, hiệu quả sử dụng phổ tần và khả năng phát triển của mạng. Còn trong quá trình lập kế hoạch hoạt động cho mạng, phải chú ý tới các vấn đề về phân phối lưu lượng, triển khai các cell lớn nhỏ, dự phòng cho phủ sóng khu vực nội đô và các tốc độ bít cao, xác định vị trí thiết lập cell, chi phí cho các site và các yếu tố môi trường khác liên quan như sự xuất hiện của các vật cản, các tòa nhà trong cell.. 4.4.1. Một số giả định đầu vào tính toán thiết kế mạng vô tuyến: 4.4.1.1 Dự báo nhu cầu phát triển lưu lượng mạng 3G Mạng Viettel hiện tại có trên 25 triệu thuê bao. Theo dự báo từ nay đến năm 2010 mạng sẽ tăng lên khoảng 35 triệu thuê bao và đến năm 2012 có khoảng 50 triệu thuê bao, trong đó số thuê bao 3G khoảng 10 triệu thuê bao. 74 Thuê bao 3G dự báo sẽ phát triển từ 2009-2012 như sau: Năm 2009 Năm 2010 Năm 2011 Năm 2012 1 triệu TB 3 triệu TB 6 triệu TB 10 triệu TB Các dịch vụ cung cấp: - Video telephony (Mobile to Mobile) - Mobile telephony, AMR 12.2 Voice - Mobile TV - PSTN alternative - Mobile broadband, data 7.2Mbps - Fixed Wireless Broadband 4.4.4.2 Quan điểm về vùng phủ sóng Viettel định cỡ mạng cho 4 năm từ 2009 đến 2012: - Phase 1 - Năm thứ 2009: phủ sóng 29 tỉnh/thành phố và một số đường quốc cao tốc. - Phase 2 - Năm thứ 2010: phủ sóng 40 tỉnh/thành phố, vùng nông thôn và đường quốc lộ. - Phase 3 - Năm thứ 2011: phủ sóng 64 tỉnh/thành phố. - Phase 4 - Năm thứ 2012: mở rộng vùng phủ và tăng dung lượng. Vùng phủ: Vùng dân cư bao gồm vùng thành phố, ngoại thành, nông thôn, vùng công nghiệp. Tổng diện tích có vùng dân cư là 133.427,5 km2 Vùng phủ sóng (km²) % vùng phủ sóng Năm 2009 32,285 24% Năm 2010 79,623 60% 75 Năm 2011 100,351 75% Năm 2012 106,742 80% Phân bổ thuê bao các tỉnh thành trong cả nước: Thuê bao No. City Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 1 Hà Nội 132,000 450,000 606,000 1,000,000 3 Hải Phòng 88,000 237,000 450,000 760,000 2 Hà Tây 44,000 200,000 264,000 440,000 4 Hải Dương 22,000 132,000 132,000 220,000 5 Thanh Hoá 22,000 37,000 132,000 220,000 6 Nghệ An 22,000 26,400 52,800 88,000 7 Nam Định 22,000 26,400 105,600 176,000 8 Bắc Giang 22,000 26,400 52,800 88,000 9 Quảng Ninh 22,000 26,400 52,800 88,000 10 Thái Nguyên 17,600 26,400 52,800 88,000 11 Bắc Ninh 13,200 26,400 52,800 88,000 12 Hưng Yên 13,200 26,400 52,800 88,000 13 Phú Thọ - 26,400 52,800 88,000 14 Thái Bình - 26,400 52,800 88,000 15 Ninh Bình - 26,400 52,800 88,000 16 Hà Nam - - 52,800 88,000 17 Tuyên Quang - - 52,800 88,000 18 Hà Tĩnh - - 52,800 88,000 19 Hoà Bình - - 52,800 88,000 20 Vĩnh Phúc - - 26,400 44,000 21 Sơn La - - 26,400 44,000 22 Lạng Sơn - - 26,400 44,000 23 Lào Cai - - 26,400 44,000 24 Yên Bái - - 26,400 44,000 25 Hà Giang - - 26,400 44,000 76 26 Cao Bằng - - 26,400 44,000 27 Điện Biên - - 26,400 44,000 28 Lai Châu - - 26,400 44,000 29 Bắc Kạn - - 26,400 44,000 30 Đà Nẵng 64,000 192,000 228,000 320,000 31 Thừa Thiên - Huế 48,000 144,000 192,000 320,000 32 Quảng Nam 16,000 48,000 150,000 320,000 33 Khánh Hoà 16,000 38,400 48,000 80,000 34 Đắk Lắk - 9,600 48,000 80,000 35 Quảng Ngãi 8,000 9,600 48,000 80,000 36 Phú Yên 8,000 9,600 30,000 48,000 37 Bình Định - 9,600 48,000 80,000 38 Gia Lai - 9,600 48,000 80,000 39 Đắk Nông - 9,600 30,000 48,000 40 Quảng Bình - - 30,000 48,000 41 Quảng Trị - - 30,000 48,000 42 Kon Tum - - 30,000 48,000 43 TP. Hồ Chí Minh 160,000 480,000 686,000 1,000,000 44 Cần Thơ 80,000 240,000 480,000 800,000 45 Đồng Nai 40,000 192,000 288,000 480,000 46 Bình Dương 20,000 24,000 360,000 600,000 47 Bà Rịa-Vũng Tàu 20,000 24,000 48,000 80,000 48 An Giang 12,000 24,000 48,000 80,000 49 Đồng Tháp 20,000 24,000 48,000 80,000 50 Tiền Giang 12,000 24,000 48,000 80,000 51 Kiên Giang 12,000 24,000 48,000 80,000 52 Long An 12,000 24,000 48,000 80,000 53 Cà Mau 12,000 24,000 48,000 80,000 77 54 Bến Tre - 24,000 46,000 80,000 55 Sóc Trăng - 24,000 40,000 80,000 56 Tây Ninh - 24,000 40,000 80,000 57 Lâm Đồng - 24,000 24,000 40,000 58 Bình Thuận - - 20,000 40,000 59 Vĩnh Long - - 20,000 40,000 60 Trà Vinh - - 15,000 40,000 61 Bình Phước - - 15,000 40,000 62 Bạc Liêu - - 10,000 40,000 63 Hậu Giang - - 10,000 40,000 64 Ninh Thuận - - 10,000 40,000 Tổng 1,000,000 3,000,000 6,000,000 10,000,000 4.4.1.3. Viettel sử dụng dải tần Mạng WCDMA triển khai sử dụng độ rộng băng 15MHz trong dải tần lên 1920- 1980, và dải tần xuống 2110-2170. 4.4.2 Các tham số tính toán thiết kế mạng vô tuyến 4.4.2.1. Các tham số tính toán - Công suất phát hiệu dụng của trạm gốc Pb=38dBm - Độ lợi và chiều cao an ten (Antenna gain & height) Độ lợi an ten RBS là 18dBi. - Suy hao cáp phụ thuộc vào kiểu cáp và chiều dài cáp sử dụng. - Tạp âm máy thu cell nhỏ PCS Fb= 5dB - Sai số yêu cầu Eb/Nt =7dB ( với anten phân tập ở trạm gốc) - Tạp âm nền trạm gốc No=-174dBm/Hz - Sai số shadowing loga = 10,2 dB 78 - Suy hao định hướng =2dB - Tần số làm việc fc=1900 MHz - Độ rộng đường phố W=18m - Độ cao mái trung bình của toà nhà hr =30m - Độ cao anten mobile hm=2m - Độ cao trung bình anten trạm gốc 36m - Góc tạo với đường phố =900 - Phương sai điều khiển công suất =2,5 - Hệ số tích cực thoại =0,4 - BCHA mỗi thuê bao 1,4 - Thời gian trung bình mỗi cuộc gọi là 90s - Suy hao do tòa nhà (Building Penetration Loss) Vùng (dB) Thành phố Dense Urban 18 Thành phố Urban 16 Ngoại thành Suburban 10 Nông thôn Rural 6 - Suy hao người (Body Losses) Suy hao người xác định bằng 3dB - Thiết bị người sử dụng (User Equipment) UE có công suất ra lớn nhất là 21dBm được sử dụng dịch vụ thoại và dữ liệu. 4.4.2. Tính toán và kết quả thiết kế mạng vô tuyến 4.4.2.1 Tính số trạm RBS Từ đó ta xác định được kích thước của một cell: - cho vùng thành phố urban: 960m - cho vùng ngoại thành suburban: 1420m 79 - cho vùng nông thôn rural: 1850m - cho vùng khác open: 2500m Dung lượng trung bình của một cell WCDMA (Erl): 20, phục vụ cho khoảng 800 thuê bao. Tính số cell 3G:  Tính số cell tại Hà Nội phase 1 Dung lượng cần = (BCHA/thuê bao)x(số thuê bao)x(thời gian cuộc gọi/3600)x hệ số chuyển giao. o BCHA/thuê bao = 2 o Thời gian trung bình cuộc gọi 60s o Hệ số chuyển giao mềm 1,4 Dung lượng : D1 = 2 x 132.000 x 3600 60 x 1,4 = 6160 Erlang Số secter cần: S1 = 42,20 1D ≈ 301 sector Vì Phase 1 số lượng thuê bao ít, tập trung vùng phủ, dung lượng trạm 1 cell bằng 1 sector (một sóng mang). Mỗi trạm RBS có 3 cell vì vậy số RBS cần là: #RBS = 3 301 = 100 trạm  Tương tự như vậy, tính số trạm RBS tại Hà Nội đến phase 4: Dung lượng: D1 = 2 x 1.000.000 x 3600 60 x 1,4 = 46.666 Erlang Số secter cần: 80 S1 = 42,20 1D ≈ 2285 sector Vì Phase 4 số lượng thuê bao lớn, lúc này tập trung dung lượng trạm, 1 cell bằng 2.4 sector (2.4 sóng mang). Mỗi trạm RBS có 3 cell vì vậy số RBS cần là: #RBS = 4.2*3 2285 = 324 trạm  Tương tự như vậy ta tính số trạm RBS 3G cho tất cả các Tỉnh còn lại ở 4 phase, và kết quả như sau: RBS TT Tỉnh/TP Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 1 Hà Nội 100 220 260 324 2 Hải Phòng 48 170 250 270 3 Hà Tây 37 100 128 166 4 Hải Dương 26 60 70 81 5 Thanh Hoá 28 50 70 86 6 Nghệ An 20 30 35 40 7 Nam Định 28 40 50 55 8 Thái Bình 25 30 34 9 Bắc Giang 21 30 32 35 10 Quảng Ninh 38 50 60 65 11 Thái Nguyên 14 20 30 33 12 Bắc Ninh 14 20 23 31 13 Hưng Yên 14 20 22 31 14 Phú Thọ 25 30 35 15 Ninh Bình 20 22 31 16 Hà Nam - 22 31 17 Tuyên Quang - 15 30 81 18 Hà Tĩnh - 27 34 19 Hoà Bình - 22 38 20 Vĩnh Phúc - 15 15 21 Sơn La - 35 35 22 Lạng Sơn - 30 30 23 Lào Cai - 20 33 24 Yên Bái - 10 25 25 Hà Giang - 32 32 26 Cao Bằng - 30 30 27 Điện Biên - 20 20 28 Lai Châu - 25 25 29 Bắc Kạn - 25 25 30 Đà Nẵng 33 100 110 112 31 Thừa Thiên - Huế 30 70 80 110 32 Quảng Nam 27 60 80 100 33 Khánh Hoà 25 32 50 55 34 Đắk Lắk 10 13 26 35 Bình Định 22 26 33 36 Quảng Ngãi 20 25 26 34 37 Gia Lai 23 27 35 38 Phú Yên 13 15 15 20 39 Đắk Nông - 13 29 40 Quảng Bình 12 20 20 41 Quảng Trị - 19 21 42 Kon Tum - 14 19 43 TP. Hồ Chí Minh 174 250 265 362 44 Cần Thơ 50 160 170 260 45 Đồng Nai 52 130 140 168 82 46 Bình Dương 31 80 90 198 47 Bà Rịa-Vũng Tàu 26 30 34 38 48 An Giang 25 32 37 40 49 Đồng Tháp 19 30 31 33 50 Tiền Giang 23 25 38 40 51 Kiên Giang 9 20 25 31 52 Long An 30 36 41 49 53 Cà Mau 25 28 30 35 54 Bến Tre 20 25 27 55 Sóc Trăng 20 25 27 56 Tây Ninh 20 25 29 57 Lâm Đồng 20 30 33 58 Bình Thuận - 27 30 59 Vĩnh Long - 20 25 60 Trà Vinh - 14 16 61 Bình Phước - 14 15 62 Bạc Liêu - 12 14 63 Hậu Giang - 12 14 64 Ninh Thuận - 12 15 Total: 1,000 2,150 3,050 3,833 Như vậy kết quả tính toán số lượng trạm RBS cho: - Pha 1 (2009): 1.000 trạm - Pha 2 (2010): 2.150 trạm - Pha 3 (2011): 3.050 trạm - Pha 4 (2012): 3.833 trạm. 83 4.4.2.2 Tính số bộ điều khiển vô tuyến mạng RNC Mạng được chia thành các 3 khu vực, mỗi khu vực đặt dưới sự quản lý của một RNC (Radio Network Controller). Trong phần này, ta sẽ thực hiện định cỡ thô với giả thiết là các trạm phân bố đều với mức lưu lượng nhất định. Có một số nhân tố ảnh hưởng đến dung lượng của một RNC như sau: - Số lượng RBS cực đại của một RNC quản lý; - Lưu lượng cực đại tại giao diện Iub; - Số lượng và loại giao diện (ví dụ STM-1, E1). Bảng phía dưới thể hiện ví dụ về dụng lượng của một RNC với cấu hình khác nhau. Số lượng RNC cần thiết để kết nối đến một số cell nhất định có thể được tính theo công thức sau: NumRNCs = 1_. fillratecellsRNC numcell (4.3) Trong đó: numCells - số lượng cell của vùng đang thực hiện việc định cỡ; CellsRNC - lượng cell cực đại mà RNC có khả năng hỗ trợ; Fillrate_1 - Hệ số sử dụng để dự phòng cho dung lượng cực đại. Số lượng RNC cần thiết để kết nối đến một số RBS nhất định có thể được tính theo công thức: NumRNCs = 2_. fillratebtsRNC numRBSs (4.4) Số lượng RNC hỗ trợ lưu lượng Iub được tính theo công thức: 84 NumRNCs = numSubsfillratetpRNC PSdataTPCSdataTPvoiceTP . 3_. ++ (4.5) Trong đó: tpRNC - dung lượng Iub cực đại; NumSubs - Số các thuê bao dự đoán cùng sử dụng đồng thời; Fillrate_3 - Hệ số dự phòng; VoiceTP = voiceErl.bitratevoice(1+SHOvoice); CSdataTP = CsdataErl.bitrateCsdata.(1+SHOCsdata); PsdataTP = avePSdata/Psoverhead.(1+SHOPsdata); - voiceErl, CsdataErl: số lượng Erlang mong đợi của mỗi thuê bao trong thời gian bận trong vùng phục vụ của RNC. - bitratevoice, bitrateCsdata: tốc độ bít. - SHOvoice,SHOCsdata, SHOPsdata: lượng tăng lưu lượng do chuyển giao mềm, thông thường khoảng 30% đến 40% - AvePSdata: tốc độ dữ liệu lớp 2 (L2) + mào đầu tạo ra bởi thủ tục khung. - Psoverhead: bao gồm mào đầu truyền lại (10%) và L2 + mào đầu tạo ra bởi thủ tục khung. Trong thực tế, tùy theo yêu cầu lưu lượng từng vùng mà ta có thể chọn ra các thiết bị RNC định cỡ cho phù hợp với từng khu vực phủ sóng. Từ công thức tính toán trên ta có kết quả số RNC: Vùng Phase 1 - 2009 Phase 2 - 2010 Phase 3 – 2011 Phase 4 – 2012 Miền Bắc 2 5 9 16 Miền Trung 1 2 4 6 Miền Nam 2 4 9 16 85 4.4.2.3 Định cỡ giao diện Iub (giữa RBS và RNC) Theo giả định đầu vào ở các phần trên, giao diện Iub giữa RBS và RNC được xác định: 2xE1 cho mỗi RBS trong phase 1, 2 và 3xE1 cho mỗi RBS trong phase 3, 4. 4.4.3. Mạng truyền dẫn Mạng truyền dẫn Viettel hiện nay đảm bảo cho việc truyền tải lưu lượng lớn cho mạng 3G, mạng truyền dẫn được triển khai rộng khắp 64 tỉnh thành trong cả nước, với đường trục quốc gia dùng công nghệ DWDM dung lượng có thể lên đến hàng trăm Gbit/s, đường liên tỉnh, nội tỉnh sử dụng công nghệ SDH và DWDM dung lượng có thể lên đến hàng chục Gbit/s, và mạng truyền dẫn truy nhập sử dụng công nghệ SDH dung lượng lên đến Gb/s. Ngoài ra sử dụng viba và visat ở những nơi khó triển khai cáp quang, với quan điểm 20% viba+visat và 80 % là cáp quang. 4.4.4. Mạng lõi Mạng lõi di động 3G được xây dựng là mạng NGN Mobile và mạng hiện tại (2,5G) đã và đang nâng cấp theo xu hướng công nghệ NGN, do vậy mạng lõi có thể phục vụ song song cho cả mạng 2,5G và mạng 3G. Hệ thống được kiến trúc phân lớp: Mạng lõi thế hệ 2G và 2.5G thường có kiến trúc ngang hàng, nghĩa là các chức năng điều khiển, chuyển mạch và ứng dụng được tích hợp trong cùng một phần tử. Với sự xuất hiện của khái niệm mạng phân lớp, các chức năng này được tách biệt, phân thành lớp chuyển mạch, lớp điều khiển và lớp ứng dụng. Ưu điểm cơ bản của kiến trúc mạng phân lớp là tiếp kiệm về mặt truyền dẫn: các phần tử chuyển mạch (Media Gateway - MGw) được đặt tại những địa điểm phát sinh lưu lượng lớn vì vậy việc chuyển mạch cuộc gọi có tính chất phân tán. 86 Các phần tử thuộc lớp điều khiển (MSC-Server, HLR, IN...) thường được tập trung vào một vi trí. Đây là giải pháp nhằm tập trung điều khiển, tiết kiệm điện năng, và giảm chi phí vận hành khai thác mạng (OPEX). Các giải pháp TFO, TrFO và nén tiếng nói được được dùng sẽ đem đến khả năng tiếp kiệm truyền dẫn lớn và tăng cường chất lượng thoại. Ngoài ra, khái niệm Pool cũng mang lại an toàn cao cho mạng lưới, tiết kiệm truyền dẫn và giảm chi phí bảo trì mạng lưới. Lớp điều khiển Lớp điều khiển được đặt trong các phần tử được gọi là Network Server (MSC Server, HLR, AUC, EIR ...). Các server này có chức năng thực hiện bảo mật, quản lý di động, thiết lập và giải phóng cuộc gọi,.... Các server này liên lạc với nhau và các phần tử mạng khác bằng các giao thức chuẩn lớp 3 như ISUP, MAP, BICC. MSC-Server điều khiển các MGw và đưa ra các chức năng và tài nguyên cần thiết cho một cuộc gọi, giao thức được sử dụng ở đây là H.248 (MGCP). - Lớp kết nối Mạng kết nối là mạng phân tán dùng để chuyển mạch các cuộc gọi. Phần tử chính ở đây là các MGw. MGw dùng để thiết lập các kết nối giữa các người dùng và khi cần nó có thể chuyển đổi các công nghệ chuyển tải khác nhau (TDM, ATM, IP). MGw cũng thực hiện việc xử lý dữ liệu người dùng như mã hoá/giải mã thoại, khử tiếng vọng... Tài nguyên cho một cuộc gọi có thể được phân bố trên nhiều MGw, ví dụ một MSC-Server có thể điều khiển nhiều MGw cho cùng một cuộc gọi. Các phần tử trong mạng phân lớp có thể chạy trên nền mạng IP (Mobile Backbone Packet Network). 87 MPBN có thể chỉ dùng riêng cho mạng phân lớp hoặc dùng chung với mạng GPRS/CS hay kết hợp nhiều loại mạng khác nhau (OSS, Billing ...) Lớp dịch vụ Lớp này cho phép triển khai các dịch vụ khác trên nền mạng di động ngoài dịch vụ thoại truyền thống như video, hình ảnh, dịch vụ nội dung... Lớp này không nằm trong nằm trong mạng lõi nên không được đề cập chi tiết ở đây. Yêu cầu đối với sự phát triển mạng lõi - Các bước trong quá trình phát triển mạng phải riêng biệt, sự phức tạp và chi phí phải được giảm thiểu để không có sự chênh lệch so với mạng truyền thống - Mỗi bước phát triển phải đưa mạng về gần với kiến trúc mạng phân lớp - Các bước phát triển mạng phải tuân theo các khuyến nghị của 3GPP, tương thích với công nghệ GSM và đảm bảo các không có sự khác biệt lớn giữa các dòng sản phẩm trên thị truờng và thời điểm tiến hành nâng cấp, phát triển mạng lưới. Application Application Service Capability Servers Control MSC SGSN HLR/AuC/FNR GMSC/Transit SGW Connectivity MGW MGW Services/application Control Server Server Server Servers Servers PSTN/ ISDN Internet Intranets WCDMA EDGE GSM Hình 4.5 Cấu trúc mạng phân lớp User Data 88 - Các phần tử mạng phải có khả năng nâng cấp, tái sử dụng. MSC/VLR đang sử dụng có thể vẫn thực hiện tính năng của một MSC truyền thống trong khi phần Server thực hiện việc điều khiển MGw khác. Lơi ích của tính năng này là: - Tái sử dụng cơ sở hạ tầng hiện có với đầu tư thấp nhất - Là bước chuyển hữu hiệu để tiến đến mạng phân lớp sử dụng công nghệ truyền tải IP Hiện nay mạng lõi Viettel đã nâng cấp thành mạng NGN Mobile nên có thể sử dụng mạng lõi đang tồn tại (MSS, HRL, GPRS) nó hỗ trợ cả mạng 2,5G (GSM) và 3G (WCDMA). Tuy nhiên, nếu muốn lên kế hoạch xây dựng 2 mạng độc lập, số lượng thiết bị cho mạng lõi 3G đề xuất ở bảng sau: Số node phần cứng yêu cầu Năm 2009 Năm 2010 Năm 2011 Năm 2012 MSC-server Miền Bắc 1 3 5 8 Miền Nam+Miền Trung 1 3 6 9 MGW Miền Bắc 1 3 5 8 Miền Trung 1 1 2 3 South 1 2 4 7 HLR Miền Bắc 1 1 1 1 Miền Nam 1 1 1 1 SGSN Miền Bắc 1 2 3 5 Miền Nam+Miền Trung 1 2 4 6 GGSN Miền Nam 1 1 2 3 89 HLR AUC HNI pair PSTN/ ISDN HANOI DANANG HCMC 12M 2.8M IP Backbone GMSC GMSC HLR AUC HCMC pair MSC -SMSC-SMSC -SMSC-SMSC -SMSC-S MSC -SMSC-S MGW MGWMGWMGWMGW MGWMGWMGWMGW MSC -SMSC-SMSC -SMSC-SMSC -SMSC-S MSC -SMSC-S Hình 4.6 Mạng lõi chuyển mạch kênh 3G Viettel Trong giai đoạn đầu triển khai theo chuẩn 3GPP-R99. Phần mạng lõi bao gồm cả chuyển mạch kênh và phần chuyển mạch gói. Sang giai đoạn 3GPP-R4/5, mạng lõi chuyển sang hoàn toàn IP. Lúc này vai trò của mạng truy cập vô tuyến chỉ là giao diện vô tuyến của 3G. Mạng lõi IP có thể tương thích với bất kỳ công nghệ truy nhập vô tuyến nào. Các cuộc gọi từ mạng chuyển mạch kênh được chuyển sang gói IP. Ví dụ cuộc gọi trong GSM truyền thống từ PSTN được thay băng cuộc gọi VoIP qua MGW mà BSS kết nối tới và IMS sẽ thực hiện chức năng thống nhất để xử lý cuộc gọi VoIP. 90 Gb/IP Internet APN Gi Gn/Gi Gb/IP Hanoi/Danang HCMC GGSN SGSN BTS BSC GERAN BTS BSC GERAN IP Backbone Gn SGSN Node B RNC UTRAN Node B RNC UTRAN SGSN Pre-Paid System Hình 4.7 Phần chuyển mạch gói 3G Viettel Trong các giai đoạn này phần chuyển mạch gói với các nút SGSN và GGSN của GPRS được sử dụng lại hoàn toàn các chức năng của nó đã thay đổi, chức năng quản lý di động được phân chia giữa RNC và SGSN. Đó là điểm khác biệt so với 2G chức năng của SGSN là quản lý di động. 4.5. Một số thiết bị mạng 3G của Siemens. 4.5.1 Media Gateway: CMX-3500 CMX - 3500 là thiết bị cổng đa phương tiện cho mạng lõi di động chuyển mạch kênh. Sự tách biệt giữa truyền dẫn và điều khiển cho phép nhà vận hành khai thác triển khai mạng tối ưu từ CAPEX và OPEX. CMX -3500 cung cấp chức năng truyền tải, trong khi đó điều khiển cuộc gọi được thực hiện bởi MSC server. 91 Mặc dù vị trí điều khiển ở xa CMX-3500 là phần tích hợp của MSC. nhưng việc quản trị, khai thác vận hành và bảo dưỡng được thực hiện đầy đủ qua MSC điều khiển. Điều này làm giảm đi tối thiểu các nút phức tạp trong một mạng và bởi thế tối ưu cho cá nhân vận hành và bảo dưỡng O&M. Không cần phải quản lý tại chỗ, CMX -3500 cho phép chuyển mạch tại chỗ cả hai loại cuộc gọi từ mobile tới mobile và cuộc gọi từ mobile tới PSTN và qua các mạng khác trên toàn cầu. Điều này làm tối ưu dung lượng kết nối giữa các BSC phục vụ và các MSC điều khiển. Chỉ có lưu lượng chuyển tiếp và các cuộc gọi tới các thiết bị mạng khi có sự liên kết mạng. Chức năng cho các dịch vụ dữ liệu được định tuyến tới MSC, thiết bị này được đặt tại MSC. Cung cấp các chức năng đầy đủ cho một chuyển mạch tại chỗ, không cần thiết ở các vị trí đầu xa. GSM MWG có đầy đủ các chức năng tuỳ thuộc vào MSC điều khiển đặc biệt các trường hợp nhỏ. Ưu điểm • CAPEX giảm bởi vì việc lắp đặt MWG thay các MSC ở các đầu xa. • Quản trị và vận hành bảo dưỡng mạng giảm phức tạp cho các nút bởi vì nó đã có đầy đủ trong MSC điều khiển. • Tối ưu hoá vị trí và giá thành cho các trạm đầu xa. • Mở rộng mạng và nâng cấp các tính năng dễ dàng và nhanh chóng so với thêm vào MSC. • Dễ dàng triển khai cho mạng UMTS với chuẩn R4. Tính năng • Giải pháp giống một MSC với các đài vệ tinh mở trên một vùng rộng Hình 4.8. Media gateway CMX-3500 92 • Chuyển mạch tại chỗ cho các cuộc gọi từ máy di động tới máy di động, từ máy di động đến mạng mặt đất công cộng PSTN và các mạng khác mà không cần quản trị phức tạp. • Liên kết các kết nối MSC – GSM MGW: TDM có thể kết nối tới các đài vệ tinh • Dung lượng cực đại có thể là 2400 Erlang • Một Rack được trang bị đầy đủ với 64 LTG • Kính thước Rack 770/500/2130mm(W/d/h) • Khoảng nhiệt độ 0 0C – 45 0C 4.5.2. Trung tâm chuyển mạch di động: CMX - 5000 Loại thiết bị mạng lõi di động chuyển mạch kênh. Trung tâm chuyển mạch di động mạng lõi tính hoạt cao phục vụ cho mạng UMTS. CMX -5000 là thiết bị trung tâm chuyển mạch di động của siemen phục vụ cho mạng UMTS. Nó dựa trên độ tin cậy cao và trường tiêu chuẩn ATM từ siemen. Nó kết hợp tất cả các tính năng phức tạp của trung tâm chuyển mạch di động như phục vụ tính năng cuộc gọi, cổng báo hiệu và cổng báo hiệu chuyển vùng cho chuyển vùng giữa mạng R99 và R4/R5. Nó cũng thực hiện các chức năng của các bộ điều khiển cổng đa phương tiện như tính năng của trạm cổng đa phương tiện tích hợp cho lưu lượng chuyển mạch kênh. Điều khiển cộc gọi và báo hiệu Hình 4.9. Trung tâm chuyển mạch di động: CMX-5000 93 CMX -5000 phân chia đầy đủ các tính năng điều khiển cuộc gọi và báo hiệu cho cuộc thoại trên nền TDM, IP, và ATM. Nó ước tính báo hiệu mạng người dừng và chuyển đổi vào trong mạng với độ tin cậy cao tới mạng mạng hiệu. Thanh ghi định vị thường trú lưu trữ dữ liệu thuê bao di động và dữ liệu dịch vụ khác. CMX -5000 cung cấp tất cả các chức năng cần thiết cho mạng tới mạng liên kết mạng. Các tính năng bao gồm chuyển vùng và tất cả các kiểu chuyển giao (UMTS/UMTS, UMTS/GSM, UMTS/GPRS) như phục vụ chuyển giao, đảm bảo phục vụ cuộc gọi giữa mạng 2G và 3G, hỗ trợ đầy đủ chất lượng dịch vụ cho chuyển mạch gói, tính cước UMTS, tính cước nóng, an toàn mạng UMTS. Hỗ trợ GSM và GPRS Siemens CMX –5000 có tính hiệu quả kinh tế và nâng cao sự đổi mới thiết bị đang tồn tại trên mạng, bởi thế nó tiết kiệm giá thành đầu tư, hơn thế nữa nó có sự linh hoạt cao liên quan đến cơ sở hạ tầng của các mạng khác nhau và yêu cầu của các nhà vận hành khai thác. CMX – 5000 cung cấp hỗ trợ đầy đủ GSM và GPRS như tính năng của UMTS. Sự sắp đặt các thuê bao trong mạng GSM và UMTS trong cùng một nút CMX-5000 là có thể. 4.5.3. Bộ điều khiển mạng vô tuyến: RNC 750 Thiết bị truy nhập vô tuyến di động: 3G - W-CDMA/HSDPA Trong mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN), RNC là nút trung tâm giao diện với nút B và mạng lõi của UMTS. Nó cung cấp các thông báo truy nhập vô tuyến cho truyền tải dữ liệu người sử dụng, quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến và điều khiển di động. RNC -750 là sản phẩm RNC UTRAN FDD của siemens, nó dựa trên chuẩn chuyển mạch thương mại và thêm vào các mudul trung kế để cung cấp chức năng cho mạng UTRAN Tiết kiệm CAPEX và OPEX với RNC-750 94 RNC bảo đảm độ tin cậy và độ sẵn sàng cao, dễ dang thử nghiệm và đảm bảo sự ổn định hệ thống cao. Dựa trên sự tích hợp của các modul kết nối mới và khung trung kế dung lượng cao, RNC -750 cung có cấu hình cơ bản yêu cầu chỉ 2 Rack. RNC -750 dễ dàng tương thích với tất cả các chuẩn UMTS đặc biệt là 3GPP bởi vì các modul và cấu trúc định cỡ RNC -750, có khả năng truyền tải lưu lượng cao Các tính năng: • Định cỡ mạng linh hoạt • Cấu hình cơ bản bao gồm 2 rack • Khả năng xử lý cuộc gọi cao cho tính tuyến cuộc gọi và lưu lượng chuyển mạch kênh. • Khả năng kết nối tới 512 nút B • Chuẩn bị cho HSDPA • Độ sẵn sàng và độ tin cậy cao Ưu điểm: • Hỗ trợ các dịch vụ mới UMTS với các loại chất lượng dịch vụ tốt • Độ ổn định cao nó đ• được qua thử nghiệm • khả năng định cỡ mạng cao đối với kết nối nút B và thông thoại /dữ liệu từ giá trị nhở tới lớn. • Hỗ trợ kết nối nút B cao với các luồng thoại/dư liệu thấp. • Hỗ trợ tất cả các loại giao diện cần cho các triển khai khác nhau (E1, STM-1) • Độ ổn định và độ sẵn sàng cao bởi vì cấu trúc RNC dự phòng c • Giải pháp mạng cho toàn IP 4.5.4. Node B: NB - 861 Thiết bị mạng truy nhập vô tuyến: 3G - WCDMA/HSDPA Hình 4.10. Bộ điều khiển vô tuyến: RNC -750 95 NB-861 là một trạm gốc liên kết rất lớn UMTS phù hợp với vị trí ngoài trời, nơi có nguồn AC và DC không ổn định. Nó được dựa trên chuẩn thế hệ thứ ba của siemens khung HW node B. NB 861 sử dụng giao diện số mới (CPRI giao diện vô tuyến công cộng chung) giữa thành phần băng tần gốc và thành phần RF của Node B. NB-861 có thể được sửa dụng triển khai cho vùng phủ sóng có mật độ di động cao, cũng như lưu lượng dữ liệu cao, các cell nhỏ và dung lượng cao được triển khai. NB 861 có thể phủ sóng vùng mà nhà khai thác cần, đặc biệt trong trường hợp mạng UMTS triển khai nhanh. Chức năng của nút B hoàn thiện khi kết hợp với bộ đổi nguồn cung cấp AC/DC và acquy dự phòng. Dựa vào các bố trí đó mạng UMTS có thể dễ dàng triển khai ở các vùng nông thôn hoặc bất kỳ một vùng nào mà nhà vận hành có thể đối mặt với các vấn đề khó khăn về vị trí. Tính năng • Có tới 2/2/2 trong một rack. • Có 480 kênh. • Khả năng phát 30W - 40W trên mỗi sector. • HSDPA lên tới 14,4 Mbps đối với truyền dữ liệu. Ưu điểm • Với kinh nghiệm từ các thế hệ 2 NB-420, NB -44x và thế hệ 2 NB 860, NB 88x sản xuất sản phẩm NB 861 độ tin cậy cao. • Trong lượng nhẹ và kích thước nhỏ dễ dàng triển khai và đưa ra mạng nhanh và an toàn. Hình 4.11. Node B : NB- 861 96 • Khái niệm chủng loại giảm số lượng thành phần để thế bộ phận máy hỏng, đơn giản cho việc đào tạo các nhân viên phục vụ. • Giảm sự tiêu thụ về công suất bởi vì công nghệ khuếch đại công suất hiệu quả hơn và các modul tích hợp cao. 4.5.5. Nút hỗ trợ dịch vị GPRS cổng GGSN: CPG-3300 Thiết bị sử dụng cho mạng lõi di động chuyển mạch gói. Trạm cổng IP GGSN- 3300 tập trung chức năng IP, để đạt được tính tương thích sự liên kết các mạng hiện đại đang hoạt động, các MNO chấp nhận GGSN để cung cấp một sự thiết lập hoàn toàn các chức năng IP thông minh. Ở các vùng biên của mạng MNO, GGSN thường được gọi là cổng cho mạng IP. GGSN có các tính năng IP rõ rệt. Để có thể đạt được trong việc liên kết mạng hiện đại, MNO chấp nhận GGSN để cung cấp sự thiết lập hoàn hảo các tính năng của IP. Khả năng định cỡ mạng cao phù hợp với nhiều loại dung lượng. CPG -3300 phân bổ địa chỉ khách hàng đầu cuối từ thấp tới cao, yêu cầu dung lượng lên tới 1,200,000 phiên người sử dụng hoạt động trên mỗi GGSN. Như là một nút đơn, khi mà cấu trúc của nó chấp nhận nhiều loại Card GGSN. Vì vậy GPG -3300 có thể thích hợp nhiều yêu cầu về dung lượng, bắt đầu đưa vào triển khai nhiều mức thiết lập các cấu hình đang phát triển đầy đủ cho các mạng đang hoạt động chính. Đưa ra độ tin cậy cao 97 Siemens thiết kế giải pháp GGSN có khả năng loại trừ bất kỳ một điểm đơn nào lỗi, đó là do dựa vào sự dự phòng các chassis, nguồn cung cấp, các card đường truyền và các card GGSN, CPG - 3300 đưa ra mức tin cậy đạt tới độ khả dụng 99,999%. Thêm vào đó, CPG 3300 cũng có các tính năng dự phòng tiên tiến, bảo vệ tốt đối với việc mất đi các phiên người sử dụng, hoặc mất đi thông tin về thanh toán ở bất kỳ điểm làm việc nào. IP thông minh và các chức năng di động CPG-3300 IP có các tính năng thông minh như các tính năng mạng cá nhân ảo (VPN), cũng như hỗ trợ chất lượng dịch vụ của nó (QoS) và các tính năng an toàn, mang đến các lợi ích cho các nhà khai thác mạng. Giải pháp gói thông minh (IPS) Được thiết kết để làm tăng thêm các chức năng GGSN chuẩn, giải pháp gói thông minh của Siemens tích hợp dịch vụ IPS-3300 và nội dung các chức năng thanh toán. Ưu điểm: • Định cỡ mạng lên tới 1,200,000 phiên người sử dụng hoạt động. • Phần cứng chuyên dụng hỗ trợ thực hiện duy trì dẫn đầu thị trường. • Có độ tin cậy cao, độ sẵn sàng đạt 99,99%. • Bảo vệ chống lại sự mất các phiên người sử dụng hoạt động và mất đị thanh toán cước dữ liệu. • Giải pháp quản lý mạng tích hợp có thể giảm OPEX. • Thực sự cho mạng UMTS tốc độ cao hỗ trợ cho HSDPA. • Dễ dàng nâng cấp tới IPS 3300, giải pháp gói thông minh của Siemens. Các tính năng: • Hỗ trợ GTPv0 (GPRS) và GTPv1 (UMTS). • Các giao thức định tuyến IP (RIP,OSPF, IS-IS, EIGRP, BGP-4). • Hỗ trợ chuyển mạch nh•n đa giao thức MPLS. 98 • Tính năng an toàn. • Tính năng QoS (UMTS, thời gian thực....). 4.5.6. Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS, SGSN: CPX-5000 Nút hỗ trợ dịch vụ (SGSN) CPX -5000 của siemens chịu trách nhiệm cho phân phối dữ liệu gói từ và tới các trạm di động bên trong vùng phục vụ của nó. Nó dựa trên chuẩn di động IP của siemens và chuẩn ATM đa dịch vụ. Các tính năng của CPX -5000 bao gồm hỗ trợ chất lượng dịch vụ, điều khiển luồng và điều khiển tải, kiểm tra đăng ký thuê bao, quản lý phiên, thanh toán giá trị phụ thuộc và chuyển mạch giá thời gian, điểu khiển SMS như các chức năng về bảo mật, nhật thực thuê bao, tình trạng dữ liệu, thông tin người sử dụng. Độ định cỡ mạng tốt và độ sẵn sàng đáng quan tâm. Thuận lợi của nhà khai thác mạng là khả năng định cỡ mạng, dạng mudul, và độ sẵn sàng của CPX - 5000. Để tăng công suất xử lý, thêm vào bộ xử lý chính có thể cắm thêm vào trong mỗi bộ xử lý chính hai bộ phận nhận dạng bộ xử lý chính, nếu một bộ bị lỗi thì bộ phận dự phòng sẽ thực hiện điều khiển. Và mực độ lỗi có thể được phục hồi được xử lý như có thể và mức tác động đến dịch vụ là thấp nhất. Ưu thế của các mạng dữ liệu di động thế hệ tiếp theo. CPX-5000 được thiết kế cho yêu cầu cả hai mạng 2G và 3G, bởi thế nó chắc chắn bảo đảm cho sự đầu tư, khả năng định cỡ mạng theo chuẩn phần cứng. Có khả năng tích hợp hàng trăm ngàn thuê bao và các dịch vụ truyền dữ liệu. Ưu điểm 99 • Tạo ra giá trị dựa trên tính cước cho các dịch vụ gói. • Thêm vào ARPU từ các dịch vụ chuyển mạch gói. • Hiệu quả hơn cho việc sử dụng nguồn tài nguyên vô tuyến cho các dịch vụ dữ liệu. • Các dịch vụ thông minh như dịchvụ trả trước (CAMEL). • Liên kết vận hành các mạng chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói ( giao diện Gs). Các tính năng • Kết hợp các chức năng như: • Quản lý di động và chức năng an toàn. • Chặn hợp pháp và quản lý phiên. • Truyền dữ liệu gói hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS điều khiển luồng và tải. • Điều khiển SMS và giá trị thanh toán phụ thuộc như chuyển mạch tính cước theo thời gian. 100 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TRIỂN KHAI Sau thời gian nghiên cứu và làm việc hết sức nghiêm túc, với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo, em đã hoàn thành luận văn này theo đúng mục tiêu đã đề ra với những nội dung sau: Luận văn đã đưa ra tổng quan về cộng nghệ WCDMA và mạng UMTS và phân tích các phương án, lưa chọn phương án công nghệ và phát triển mạng, tập trung xác định chuyển đổi phù hợp cho cả phần mạng lõi và mạng truy nhập vô tuyến, tính toán các thông số kỹ thuật cho mạng truy nhập vô tuyến và đưa ra thiết kế sơ bộ cho việc phát triển mạng Viettel, trong đó đặc biệt phân tích kỹ các bước chuyển đổi dựa trên công nghệ WCDMA(3G) vì đây là hệ thống đã và đang được triển khai nhiều nước triển thế giới và là xu hướng phát triển của thế giới, đối với các nhà khai thác đang sử dụng công nghệ GSM. Để có được những đề xuất kỹ thuật chi tiết cho phương án công nghệ, luận văn đã tổng hợp tình hình và đưa ra những nhận định cụ thể về bối cảnh chung của 3G trên thế giới cũng như ở Việt Nam tại thời điểm dự kiến bắt đầu triển khai. Trong đó đã đưa ra ba giải pháp chính có thể thực hiện triển khai mạng 3G cho Viettel. Mỗi giải pháp đều có những đặc trưng riêng, tuy nhiên với những ưu thế về khả năng tận dụng tối đa cơ sở hạ tầng mạng GSM hiện có thì phương án 3GPP R99 được chọn cho khả năng triển khai ban đầu là hiệu quả nhất, nó đảm bảo bước đầu đáp ứng nhu cầu về loại hình dịch vụ, đảm bảo an toàn đầu tư (hoàn toàn có thể sử dụng lại các phần tử chức năng cũ của mạng như: quản lý di động, nhận thực thuê bao, kiểm soát dịch vụ..), kích thích nhu cầu khách hàng đó 101 là những yếu tố quyết định đảm bảo hiệu quả kinh tế cho nhà khai thác khi triển khai 3G thực sự. Trên đây là các kết luận và đề xuất về mạng thông tin di động thế hệ thứ 3, phù hợp với xu hướng phát triển của các nhà khai thác GSM (2,5G) nói chung và mạng viễn thông Viettel nói riêng. Trong phạm vi của đề tài này mới chỉ đưa ra các phướng án, lựa chọn giải pháp công nghệ, mạng và tính toán dung lượng mạng sơ bộ, để đề tài đi vào thực tế cần phải có khảo sát cụ thể cho từng khu vực cả về địa bàn, về mật độ thuê bao cũng như nhu cầu thực tế thuê bao để đảm bảo cả hai yếu tố về công nghệ và yếu tố về kinh tế đem lại hiệu quả cao nhất. Một lần nữa em xin cảm ơn thầy giáo: TS. Bạch Thành Lê và các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ thông tin hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành luận văn này. Vì thời gian có hạn, phương tiện tìm hiểu và nghiên cứu còn thiếu thốn, cộng với kinh nghiệm và kiến thức của bản thân còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em xin trân trọng tiếp thu những ý kiến đóng góp của các thầy giáo cùng các bạn quan tâm đến vấn đề này để luận văn thêm hoàn thiện. Xin chân thành cảm ơn. 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, (2001), Thông tin di động thế hệ 3, Nhà xuất bản Bưu điện 2. TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, (2003), cdmaOne và cdma 2000, Nhà xuất bản Bưu điện 3. TS Đặng Đình Lâm, (2004), Hệ thống thông tin di động 3G và xu hướng phát triển, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Tiếng Anh 4. CDMA RF System Engineering,(1998), Artech House 5. Global Engineering Documents-USA, (1999), TIA/EIA-95-B 6. Keiji Tachikwa, (2002), W-CDMA Mobile Communications System, John Wiley & Sons LTD 7. NEC , (2001) , Radio Network Planning For CDMA Systems 8. NEC , (2001), W-CDMA introduction 9. Trang web www.IMT-2000.org, (2002), IMT-2000 Project 10. Trang web www.siemems.com