Quy hoạch mạng 4G LTE

i anten (dBi) 18,0 18,0 18,0 Tổn hao phi đơ + bộ nối trạm gốc 0,0 0,0 0,0 Độ lợi chuyển giao mềm (dB) 0,0 2,0 0,0 Tổn hao đường truyền cực đại (dB) 162,0 161,1 163,4 Bảng 3. 4 : So sánh về quỹ đường truyền xuống của các hệ thống Đường xuống GSM thoại HSPA LTE Tốc độ dữ liệu (kbps) 12,2 1024 1024 Máy phát (trạm gốc) Công suất phát (dBm) 44,5 46,0 46,0 Khuếch đại anten (dBi) 18,0 18,0 18,0 Đồ án tốt nghiệp Trang 76 Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE Tổn hao phi đơ + bộ nối 2,0 2,0 2,0 Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương (dBm) 60,5 62,5 62,0 Máy thu (đầu cuối di động) Hệ số tạp âm máy thu (dB) - 7,0 7,0 Công suất tạp âm nhiệt đầu vào máy thu (dBm) -119,7 -108,2 -104,5 Công suất tạp âm nền máy thu (dBm) - -101,2 -97,5 Dự trữ nhiễu (dB) 0,0 4,0 4,0 Tỷ số SNR yêu cầu (dB) - -5,2 -9,0 Độ nhạy máy thu (dBm) -104,0 -106,4 -106,5 Khuếch đại anten (dBi) 0,0 0,0 0,0 Overhead của kênh điều khiển (%) 0,0 20,0 20,0 Suy hao cơ thể (dB) 3,0 0,0 0,0 Tổn hao đường truyền cực đại (dB) 161,5 163,4 163,5 Quỹ đường truyền cho ta thấy rằng LTE có thể triển khai sử dụng các trạm có sẵn của hệ thống GSM và HSPA. Đồ án tốt nghiệp Trang 77 Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE 3. 3. 1. 2 Các mô hình truyền sóng Quỹ đường truyền kết hợp với mô hình truyền sóng thích hợp sẽ tính được bán kính phủ sóng của cell. Đặc điểm của kênh truyền dẫn vô tuyến có tính chất ngẫu nhiên, không nhìn thấy được, đòi hỏi có những nghiên cứu phức tạp. Một số mô hình thực nghiệm đã được đề xuất và được sử dụng để dự đoán các tổn hao truyền sóng. Các mô hình được đề xuất để đánh giá các công nghệ truyền dẫn sẽ xét nhiều đặc tính môi trường gồm các thành phố lớn, nhỏ, ngoại ô, vùng nhiệt đới, vùng nông thôn và các sa mạc. Các thông số chính của môi trường bao gồm :  Trễ truyền lan, cấu trúc và các thay đổi của nó.  Quy tắc tổn hao địa lý và tổn hao đường truyền bổ sung.  Pha đinh che tối.  Các đặc tính pha đinh nhiều đường cho hình bao các kênh.  Tần số làm việc. Ta phân tích các mô hình sau: Mô hình Hata-Okumura [5]  Các biểu thức toán học được sử dụng trong mô hình Hata-Okumura để xác định tổn hao trung bình L: Lp= A + Blgfc – 13,82lghb – a(hm) + (44,9 – 6,55lghb)lgr + Lother (dB) (3. 13) Trong đó: fc: tần số hoạt động (MHz) Lp: tổn hao trung bình hb: độ cao anten trạm gốc (m); hm: độ cao anten trạm di động (m) r : bán kính cell (khoảng cách từ trạm gốc) (km) a(hm): hệ số hiệu chỉnh cho độ cao anten di động (dB) Lother: hệ số hiệu chỉnh theo vùng. Đồ án tốt nghiệp Trang 78 Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE Thông số A&B: 69.55, 150 :1500 z 46.3, 1500 : 2000 z f Mh A f Mh     26.16, 150 :1500 z 33.9, 1500 : 2000 z f Mh B f Mh      Dải thông số sử dụng được cho mô hình Hata là: 150 fc ≤ 2000 MHz; 30 ≤ hb ≤ 200 m; 1 ≤ hm ≤ 10 m; 1 ≤ r ≤ 20 km. a(hm) tính như sau: - Đối với thành phố nhỏ và trung bình: a(hm) = (1,11lgfc -0,7)hm – (1,56lgfc – 0,8)dB (3. 14) - Đối với thành phố lớn: a(hm) = 8. 29(lg1,54hm)2 – 1,1 dB ; fc  200 MHz (3. 15) hay: a(hm) = 3,2(lg11,75hm)2 – 4,97 dB ; fc ≥ 400 MHz (3. 16) - Đối với vùng ngoại ô: Với vùng ngoại ô hệ số hiệu chỉnh suy hao so với vùng thành phố là: Lp = Lp(thành phố) - 2 2 lg 5, 4 28 cf             (dB) (3. 17) - Đối với vùng nông thôn Lp = Lp(thành phố) - 24.78(lg ) 18.33(lg ) 40.49cfc f  Db (3. 18) Mô hình Walfish-Ikegami [5] Mô hình Walfisch-Ikegami dựa vào giả thiết rằng sự truyền lan sóng được truyền trên mái nhà bằng quá trình nhiễu xạ. Các tòa nhà nằm trên đường thẳng giữa máy phát và máy thu. Đồ án tốt nghiệp Trang 79 Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE Hình 3. 2 : Các tham số của mô hình Walfisch-Ikegami Các biểu thức sử dụng cho mô hình này như sau: Lp= Lf + Lrts + Lmsd (3. 19) hay Lp = Lf khi Lrts + Lmsd ≤ 0 Trong đó: Lf : tổn hao không gian tự do Lrts: nhiễu xạ mái nhà - phố và tổn hao tán xạ Lmsd: tổn hao các vật che chắn.  Tổn hao không gian tự do Lf được xác định: Lf = 32,4 +20lgr + 20lgfc (dB) (3. 20)  Nhiễu xạ mái nhà - phố và tổn hao phân tán tính như sau: Lrts = (-16,7) -10lgW + 10lgfc + 20lg∆hm + Lori (dB) (3. 21) Trong đó: W: độ rộng phố (m) ∆hm= hr - hm (m) hr : độ cao trung bình toà nhà hm : độ cao MS Đồ án tốt nghiệp Trang 80 Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE hb : độ cao BS 0 0 0 or 0 0 10 0.3546,0 35 ( ) 2.5 0.075( 35),35 55 4 0.114( 55),55 90 iL                      Trong đó:  là góc đến so với trục phố.  Tổn hao các vật che chắn: Lmsd = Lbsh + ka + kdlgr + kflgfc – 9lgb (3. 22) Trong đó: b: khoảng cách giữa tòa nhà dọc theo đường truyền vô tuyến (m).       rb rbb bsh hh hhh L ,0 ),1lg(.18 ka = 54, ( ) 54 0,8 ,( 500 , ) 54 1,6 ,( 500 , ) b r b b r b b r h h h r m h h h r m h h           1518 , 18, b b r rd b r h h h hk h h       4 1,5 1 925 c f fk         với thành phố lớn. 4 0,7 1 925 c f fk         với thành phố trung bình. Vì vậy, Lp sẽ được tính theo hai công thức sau: - Với trường hợp tia nhìn thẳng (LOS): Lp = 42,6 + 26lgr + 20lgfc (3. 23) - Với trường hợp tia không nhìn thẳng (NLOS): Lp = 32,4 + 20lgr + 20lgfc + Lrts + Lmsd (3. 24)  Dải thông số cho mô hình Walfisch-Ikegami phải thỏa mãn: Đồ án tốt nghiệp Trang 81 Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE 800 ≤ fc ≤ 2000 MHz; 4 ≤ hb ≤ 50 m; 1 ≤ hm ≤ 3 m; 0,02 ≤ r ≤ 5 km Có thể sử dụng các giá trị mặc định sau cho mô hình: b = 20 ÷ 50m; W = b/2; Ф = b/2. Nóc nhà = 3 m cho nóc nhà có độ cao và 0 m cho nóc nhà phẳng. hr = 3 *(số tầng) + nóc nhà Các mô hình truyền sóng trong nhà [5] Có thể nói hiện nay đối với các tòa nhà lớn như là sân bay, ga điện ngầm, văn phòng cao tầng, siêu thị kinh doanh hàng hóa rộng lớn… thì vấn đề vùng phủ và dung lượng đều rất quan trọng vì chất lượng thoại di dộng ảnh hưởng trực tiếp đến uy tín của nhà cung cấp dịch vụ. Tuy nhiên, do đặc trưng vùng phủ của những khu vực này rộng hoặc trải dài theo chiều dọc, sóng vô tuyến từ trạm BTS bên ngoài tòa nhà (BTS outdoor macro) bị suy hao nhiều khi xuyên qua các bức tường bê tông dẫn đến cường độ tín hiệu không đạt yêu cầu, nên giải pháp phủ sóng trong tòa nhà hiện nay được nhiều nhà cung cấp dịch vụ di động quan tâm.  Mô hình cho môi trường nhiều tầng Các biểu thức toán học được sử dụng trong mô hình để xác định tổn hao trung bình: ( ) ( ) 10*P oL R L R n  (nhiều tầng) 0lg( / )R R (3. 25) 0( )L R : suy hao đường truyền từ máy phát đến khoảng cách tham khảo 0R (dB) n: mũ tổn hao trung bình R: khoảng cách từ máy phát (m) đến máy thu 0R : khoảng cách tham khảo từ máy phát.  Mô hình cho môi trường cùng tầng Các biểu thức toán học được sử dụng trong mô hình để xác định tổn hao trung bình. Đồ án tốt nghiệp Trang 82 Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE ( ) ( ) 10*P oL R L R n  (cùng tầng) 0lg( / ) AFR R F dB (3. 26) n: mũ tổn hao trung bình R: khoảng cách từ máy phát (m) đến máy thu 0R : khoảng cách tham khảo từ máy phát. AFF (dB) :thừa số tổn hao tầng.  Mô hình Motley-Keenan Các biểu thức toán học được sử dụng trong mô hình để xác định tổn hao trung bình :[9] ( ) 3 2 .5 2 0 * lg 2 0 * lg * ( ) * W ( ) ( )bL d B f R k F k p k D R d       (3. 27) Trong đó: L: tổn hao truyền sóng (dB) F: tần số (MHz) R: khoảng cách từ máy phát đến máy thu (km) K: số tầng mà sóng trực tiếp truyền qua F : hệ số tổn hao của tầng(dB) P: số bức tường mà song truyền qua W: hệ số tổn hao của tường(dB)(chú ý 1) D: hệ số tổn hao tuyến tính(dB/m)(chú ý 2) db: điểm ngắt trong nhà(indoor breakpoint) (m)(chú ý 2) Chú ý 1: các bức tường mỏng thông thường có tổn hao 7dB còn các bức tường dày có tổn hao 10dB. Chú ý 2: đối với khoảng cách ở trên điểm ngắt, trung bình cộng thêm 0. 2dB/m, điểm ngắt điển hình : 65m. Đồ án tốt nghiệp Trang 83 Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE Toàn bộ các tham số trên ta có thể tính được bằng sơ đồ logic của toà nhà thiết kế. Mô hình IMT-2000  Mô hình truyền sóng trong nhà Lp = 37 + 30lgR + 18,3F[(F+2)/(F+1)-0,46] (dB) (3. 28) Trong đó R là khoảng cách giữa máy thu và máy phát (m) và F là số tầng trên đường truyền.  Môi trường giữa trong nhà và vỉa hè Lp = 40lgR + 30lgfc + 49 (3. 29) Trong đó fc là tần số sóng mang Mô hình này chỉ phù hợp khi không có tầm nhìn thẳng và mô tả truyền sóng tốt nhất với pha đinh che tối với độ lệch chuẩn 10dB. Tổn hao thâm nhập tòa nhà trung bình 18dB với độ lệch chuẩn là 10dB.  Môi trường trên phương tiện giao thông Lp= 40(1-4. 10-2∆hb)lgR-18lg∆hb+21lgfc+80 (3. 30) Trong đó: R là khoảng cách giữa MS và BS fc là tần số sóng mang (MHz) ∆hb là độ cao của anten BS so với mức trung bình của mái nhà. Mô hình này thích hợp cho các ứng dụng sử dụng đầu cuối cố định. 3. 3. 1. 3 Tính bán kính cell Trước tiên, dựa vào các tham số của quỹ đường truyền để xác định suy hao đường truyền tối đa cho phép. Khi đó, dễ dàng tính được bán kính cell nếu biết được mô hình truyền sóng áp dụng với môi trường đang khảo sát (Lmax = Lp). Suy ra công thức tính bán kính cell như sau: Rcell = 10(Lp - L)/X (3. 31) LP = L’ + X *lgR (3. 32) Đồ án tốt nghiệp Trang 84 Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE  Mô hình Hata-Okumura : L’=A + Blgfc – 13,82lghb – a(hm) + Lother (3. 33) X=(44,9 – 6,55lghb) (3. 34)  Mô hình Walfisch-Ikegami : -NON-LOS : L’= 32,4 +20lgfc + Lbsh + ka + kflgfc – 9lgb + Lrts (3. 35) X =( 20+kd) -LOS : L’=42. 6 +20lgfc (3. 36) X= 26  Mô hình toà nhà: -Nhiều tầng: L’= L(R0)-10*n*lg(R0) (3. 37) X= 10 *n -Cùng tầng: L’= L(R0)-10*n*lg(R0)+FAF. (3. 38) X= 10 *n  Mô hình Motley-Keenan: L’= 32. 5 + 20*lgf + k*F(k) + p*W(k) + D - db (3. 39) X= 1+*10a/20 Với a = 20lgR  Mô hình IMT-2000 - Toà nhà : L’=37+18. 3F[(F+2 ) / ( F+1 ) - 0,46 ] (3. 40) Đồ án tốt nghiệp Trang 85 Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE M= 30 - Trong nhà và vỉa hè: L’= 30 lgfc +49 (3. 41) X=40  Môi trường xe: L’= -(18*lg∆hb) + 21*lgfc + 80 (3. 42) X= 40(1-4*10-2∆hb) Sau khi tính được kích thước cell, dễ dàng tính được diện tích vùng phủ với chú ý diện tích vùng phủ phụ thuộc vào cấu hình phân đoạn trạm gốc. Diện tích vùng phủ đối với một cell có cấu trúc lục giác đều được tính như sau: S = K. r2 (3.43) [2] Trong đó: S là diện tích vùng phủ, r là bán kính cực đại cell, K là hằng số. Bảng 3. 5 : Các giá trị K sử dụng cho tính toán vùng phủ sóng Cấu hình trạm Ommi (vô hướng) 2-sector 3-sector 6-sector K 2,6 1,3 1,95 2,6 3. 3. 2 Quy hoạch dung lượng Dung lượng lý thuyết của mạng bị giới hạn bởi số eNodeB đặt trong mạng. Dung lượng của mạng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như mức can nhiễu, thực thi lập biểu, kỹ thuật mã hóa và điều chế được cung cấp. Sau đây là các công thức dùng để tính số eNodeB được tính bởi khía cạnh dung lượng. Số eNodeB = Toàn bộ tốc độ dữ liệu (overalldatarate) Dung lượng site(site capacity) (3.44) [9] Trong đó site capacity là bội số của thông lượng cell (cell throughput), nó tùy thuộc vào cấu hình của cell trên site. Đồ án tốt nghiệp Trang 86 Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE Tính toán cell throughput  Để tính toán cell throughput trước tiên ta xét tốc độ bit đỉnh (peak bit rate). Tương ứng với mỗi mức MCS (điều chế và mã hóa) cùng với có kết hợp MIMO hay không sẽ tạo ra các tốc độ bit đỉnh khác nhau. Tốc độ bit đỉnh được tính theo công thức sau: Tốc độ bit đỉnh = Số bit Hz x Số sóng mang con x ୗố ý ୲ự ୱ୳ୠ୤୰ୟ୫ୣ ଵ୫ୱ (3. 45)[2] Đối với mỗi loại điều chế khác nhau sẽ mang số bit trên ký tự khác nhau. QPSK mang 2 bit/ký tự, 16QAM mang 4bit/ký tự và 64QAM mang 6bit/ký tự. 2x2 MIMO gấp đôi tốc độ bit đỉnh. QPSK ½ (tốc độ mã hóa ½) mang 1bps/Hz, với 64QAM không sử dụng tốc độ mã hóa và với 2x2 MIMO sẽ mang 12bps/Hz. Mỗi băng thông chỉ định sẽ có số sóng mang tương ứng cho mỗi băng thông: 72 sóng mang đối với 1.4 MHz, 180 đối với 3MHz, và đối với băng thông 5MHz, 15MHz, 20MHz tương ứng sẽ là 300, 600 và 1200 sóng mang con. Tốc độ đỉnh lý thuyết cao nhất xấp xỉ 170 Mbps sử dụng 64QAM, 2x2 MIMO. Nếu sử dụng 4x4 MIMO, tốc độ đỉnh sẽ gấp đôi là 340 Mbps. Số ký tự trên subframe thường là 14 ký tự tương ứng với mỗi slot là 7 ký tự. Bảng 3. 6 : Tốc độ bit đỉnh tương ứng với từng tốc độ mã hóa và băng thông MCS Kỹ thuật anten sử dụng Tốc độ bit đỉnh trên sóng mang con / băng thông 72/1.4 MHz 180/3.0 MHz 300/5.0 MHz 600/10 MHz 1200/20 MHz QPSK1/2 Dòng đơn 0. 9 2. 2 3. 6 7. 2 14. 4 16QAM1/2 Dòng đơn 1. 7 4. 3 7. 2 14. 4 28. 8 16QAM3/4 Dòng đơn 2. 6 6. 5 10. 8 21. 6 43. 2 64QAM3/4 Dòng đơn 3. 9 9. 7 16. 2 32. 4 64. 8 Đồ án tốt nghiệp Trang 87 Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE 64QAM4/4 Dòng đơn 5. 2 13. 0 21. 6 43. 2 86. 4 64QAM3/4 2x2 MIMO 7. 8 19. 4 32. 4 64. 8 129. 6 64QAM4/4 2x2 MIMO 10. 4 25. 9 43. 2 86. 4 172. 8 Tương ứng với mỗi MCS và tốc độ bit đỉnh là mỗi mức SINR, ta xét trong điều kiện kênh truyền AWGN nên SNR được dùng thay cho SINR, tốc độ bit đỉnh được xem như dung lượng kênh. Dựa vào công thức dung lượng kênh Shannon: C1 = BW1 log2(1+SNR) (3. 46) Ta suy ra được SNR : SNR = 2(C1/BW1)-1 (lần) (3. 47) Trong đó BW1 là băng thông của hệ thống (chẳng hạn như 1. 4 MHz, 3MHz…20MHz)  Từ SNR tìm được ta tính thông lượng cell (cell throughput) qua công thức sau: C = F BW log2(1+SNR) (3. 48) [6] Trong đó BW là băng thông cấu hình chỉ chiếm 90% của băng thông kênh truyền đối với băng thông kênh truyền từ 3-20 MHz. Đối với băng thông kênh truyền 1. 4 MHz, băng thông truyền chỉ chiếm 77% của băng thông kênh truyền. Vì vậy triển khai ở kênh truyền 1. 4 MHz, hiệu suất sử dụng phổ thấp hơn so với băng thông 3MHz. Băng thông cấu hình được tính theo công thức sau: BW = Nsc ×Ns×Nrb Tsub (3. 49) [6] Trong đó : Đồ án tốt nghiệp Trang 88 Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE Nsc là số sóng mang con trong một khối tài nguyên (RB), Nsc = 12 Ns là số ký tự OFDM trên một subframe. Thông thường là 14 ký tự nếu sử dụng CP thông thường. Nrb là số khối tài nguyên (RB) tương ứng với băng thông hệ thống (băng thông kênh truyền). Chẳng hạn như đối với băng thông kênh truyền là 1. 4 MHz thì sẽ có 6 RB được phát đi. Hình 3. 3: Quan hệ giữa băng thông kênh truyền và băng thông cấu hình Bảng 3. 7 Giá trị của băng thông cấu hình tương ứng với băng thông kênh truyền[4] Băng thông kênh truyền (MHz) Số RB chỉ định cho băng thông kênh truyền Băng thông cấu hình 1. 4 6 1. 08 3 15 2. 7 5 25 4. 5 10 50 9 15 75 13. 5 20 100 18. 0 Đồ án tốt nghiệp Trang 89 Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE F là hệ số sửa lỗi, F được tính toán theo công thức sau: F = Tframe -Tcp Tsub × Nsc×Ns/2-4 Nsc×Ns/2 (3.50) [6] Trong đó: Tframe là thời gian của một frame. Có giá trị là 10 ms. Mỗi frame bao gồm 10 subframe và mỗi subframe có giá trị là 1ms. Tcp là tổng thời gian CP của tất cả các ký tự OFDM trong vòng một frame. Chiều dài khoảng bảo vệ cho mỗi ký tự OFDM là 5.71 µs đối với CP ngắn và 16.67 µs đối với CP dài. Mỗi frame sẽ bao gồm 10 subframe, mỗi subframe lại bao gồm 2 slot mà mỗi slot bao gồm 7 ký tự OFDM. Do đó Tcp sẽ có giá trị là 14x10x5.71 = 779.4 µs hay 14x10x16.67 = 2. 33ms. Tính toán overalldatarate Overalldatarate được tính toán theo công thức sau: Overalldatarate = Số user x Tốc độ bit đỉnh x Hế số OBF (3.51)[9] Trong đó : hệ số OBF (overbooking factor) là số user trung bình có thể chia sẻ trên một đơn vị kênh truyền. Đơn vị kênh truyền sử dụng trong quy hoạch mạng là tốc độ bit đỉnh, đã được trình bày ở trên. Nếu giả sử 100% tải thì hệ số OBF sẽ là tỷ số giữa tốc độ đỉnh và tốc độ trung bình (PAPR). Tuy nhiên điều này không an toàn cho việc quy hoạch mạng với tải 100% và vì thế hệ số utilisation được sử dụng. Hệ số utilisation này, trong hầu hết tất cả các mạng đều nhỏ hơn 85% để bảo đảm chất lượng dịch vụ (QoS). Hệ số OBF được tính toán theo công thức sau: OBF = PAPR × Hệ số utilisation (3.52) [9] Sau khi tính toán được số eNodeB theo vùng phủ và số eNodeB theo dung lượng, ta tối ưu số eNodeB lại bằng cách lấy số eNodeB lớn nhất trong hai trường hợp. Số eNodeB này là số eNodeB cuối cùng được lắp đặt trong một vùng định sẵn. Đồ án tốt nghiệp Trang 90 Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE 3. 4 Quy hoạch cho TP Hồ Chí Minh Áp dụng cách thức tính theo quy hoạch vùng phủ và quy hoạch lưu lượng cho thành phố HCM. Từ diện tích của thành phố và bán kính cell được xác định dựa trên quỹ đường truyền và mô hình truyền sóng thích hợp ta tính được số eNodeB được lắp đặt trong thành phố. Từ số user được ước lượng cho từng quận huyện của thành phố, kết hợp với MCS, băng thông kênh truyền, dựa trên các công thức tính toán ta xác định được số eNodeB lắp đặt cho từng quận huyện của thành phố. Từ hai điều kiện tối ưu này, số eNodeB cuối cùng sẽ là số eNodeB lớn nhất của hai điều kiện tối ưu trên. Diện tích thành phố HCM là 2908.7 km2 và với dân số là 7123340 người. Bảng 3.8 Diện tích và dân số từng quận của TP.HCM [11] Quận Diện tích (km2) Dân số (người) Quận 1 7.72 226736 Quận 2 49.74 102001 Quận 3 4.92 222446 Quận 4 4.18 192007 Quận 5 4.27 209639 Quận 6 7.14 253166 Quận 7 35.69 111828 Quận 8 19.18 328686 Quận 9 114.01 148582 Quận 10 5.72 239927 Quận 11 5.14 238074 Đồ án tốt nghiệp Trang 91 Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE Quận 12 52.78 168379 Quận Tân Bình 22.38 417897 Quận Bình Thạnh 20.76 402045 Quận Phú Nhuận 4.85 183000 Quận Thủ Đức 47.46 442110 Quận Gò Vấp 19.74 308816 Quận Bình Tân 51.87 254635 Quận Tân Phú 16.07 310876 Huyện Bình Chánh 252.69 421996 Huyện Cần Giờ 714 68213 Huyện Nhà Bè 100,4 99172 Huyện Hóc Môn 109.18 348840 Huyện Củ Chi 439,5 343132 3.5 Tối ưu mạng 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 dự báo tương lai. Mục đích của phân tích chất lượng mạng là cung cấp cho nhà khai thác một cái Đồ án tốt nghiệp Trang 92 Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE nhìn tổng quan về chất lượng và hiệu năng của mạng, bao gồm việc lập kế hoạch về trường hợp đo tại hiện trường và đo bằng hệ thống quản lý mạng để lập báo cáo điều tra. Đối với hệ thống 2G, chất lượng dịch vụ gồm: thống kê các cuộc gọi bị rớt và phân tích nguyên nhân, thống kê chuyển giao và kết quả đo các lần gọi thành công. Còn các hệ thống 3G, 4G có các dịch vụ rất đa dạng nên cần đưa ra các định nghĩa mới về chất lượng dịch vụ. Trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư việc tối ưu hóa mạng rất quan trọng vì mạng thế hệ thứ tư 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. 3.6 Điều khiển công suất kênh PUSCH của LTE [7] Công suất phát của UE ở hướng lên được định nghĩa như sau: PPUSCH = min {Pmax , 10log10M + P0 + α.PL + δmcs +f(∆i) } (3.53) Trong đó: Pmax là công suất phát tối đa cho phép của UE. Nó phụ thuộc vào lớp công suất phát của UE. M là số khối tài nguyên (RB). P0 là thông số cụ thể của cell/UE . α là hệ số bù tổn hao. Nó thuộc [0,1]. Trong đó α = 0 là không có điều khiển công suất, 0<α<1 là điều khiển công suất phân đoạn (fractional control power) và α=1 là điều khiển công suất chuẩn (conventional control power). PL là ước lượng tổn hao đường xuống. Nó được tính toán ở UE dựa trên RSRP. δmcs là điều chế và mã hóa được định nghĩa ở đặc tính của LTE. f(∆i) với ∆i là giá trị điều chỉnh vòng kín và f là hàm cho phép sử dụng tích lũy để đạt được giá trị tốt nhất. P0 được tính toán theo phương trình sau: P0 = α(SNR0 + IN) + (1- α)(Pmax -10log10M0) [dBm] (3.53) [7] Đồ án tốt nghiệp Trang 93 Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE Trong đó: SNR0 là SNR đích của vòng hở IN là công suất nhiễu trên khối tài nguyên. M0 là số khối tài nguyên tương ứng với SNR đích. Nó được giả sử bằng 1 để thực thi đơn giản. Bảng 3.9 Lớp công suất phát của UE [10] Dải hoạt động Công suất lớp1 Công suất lớp 2 Công suất lớp 3 Công suất lớp 3 Công suất lớp 4 Công suất (dBm) Sai số (dB) Công suất (dBm) Sai số (dB) Công suất (dBm) Sai số (dB) Công suất (dBm) Sai số (dB) Công suất (dBm) Sai số (dB) Band I +33 +1/- 3 +27 +1/- 3 +24 +1/- 3 23 +2/- 2 +21 +2/- 2 Band II - - - - +24 +1/- 3 23 +2/- 2 +21 +2/- 2 Band III - - - - +24 +1/- 3 23 +2/- 2 +21 +2/- 2 Band IV - - - - +24 +1/- 3 23 +2/- 2 +21 +2/- 2 Band V - - - - +24 +1/- 3 23 +2/- 2 +21 +2/- 2 Band VI - - - - +24 +1/- 3 23 +2/- 2 +21 +2/- 2 Band VII - - - - +24 +1/- 3 23 +2/- 2 +21 +2/- 2 Band VIII - - - - +24 +1/- 3 23 +2/- 2 +21 +2/- 2 Band IX - - - - +24 +1/- 3 23 +2/- 2 +21 +2/- 2 Đồ án tốt nghiệp Trang 94 Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE  Chương 3 đã trình bày về cách quy hoạch mạng 4G LTE và ứng dụng quy hoạch này ở TP.HCM. Để xác định số eNodeB cần thiết lắp đặt cho một vùng quy hoạch cụ thể, cần phải xác định số eNodeB theo vùng phủ và số eNodeB theo dung lượng. Từ hai kết quả này, ta lấy số eNodeB lớn hơn chính là số eNodeB cần thiết lắp đặt. Để quy hoạch vùng phủ ta cần dựa vào quỹ đường truyền và mô hình truyền sóng cụ thể, kết hợp với diện tích vùng cần phủ sóng. Quy hoạch dung lượng ta dựa vào MCS, băng thông và số user ước lượng cho từng quận cụ thể. Thêm vào đó, để tối ưu cho việc quy hoạch mạng, chuyển giao và điều khiển công suất cũng được sử dụng trong quy hoạch này. Band X - - - - +24 +1/- 3 23 +2/- 2 +21 +2/- 2 Đồ án tốt nghiệp Trang 95 Chương 4: Mô phỏng. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG Chương này trình bày phần mô phỏng quy hoạch mạng 4G LTE sử dụng ngôn ngữ VS 2008 (Visual Studio 2008) và liên kết dữ liệu với SQL Server 2005 Express. Phần mô phỏng trình bày lại cách tính toán vùng bao phủ, quy hoạch dung lượng để đưa ra số trạm cần thiết lắp đặt trong vùng cần phủ sóng mà cụ thể là TP.HCM. Đồng thời, để tối ưu quy hoạch, phần mô phỏng cũng trình bày về điều khiển công suất và chuyển giao của LTE. 4.1 Các lưu đồ Hình 4.1 : Lưu đồ phần mô phỏng quy hoạch LTE Đồ án tốt nghiệp Trang 96 Chương 4: Mô phỏng. Hình 4.2 : Lưu đồ phần chuyển giao và điều khiển công suất 4.2 Quy hoạch mạng LTE Hình 4.3: Giao diện phần quy hoạch mạng LTE Đồ án tốt nghiệp Trang 97 Chương 4: Mô phỏng. 4.2.1 Quy hoạch vùng phủ Như lý thuyết đã nêu, để quy hoạch vùng phủ cho mạng LTE, ta cần các thông số về quỹ đường truyền, các mô hình truyền sóng và diện tích vùng cần phủ sóng, ở đây cụ thể là TP.HCM. 4.2.1.1 Quỹ đường truyền Hình 4.4: Quỹ đường truyền của LTE Hình trên mô phỏng lại cách tính toán quỹ đường truyền của LTE. Nó bao gồm quỹ đường lên và quỹ đường xuống. Hiện tại, LTE là công nghệ còn rất mới mẻ, vì thế các thông số kỹ thuật để tính toán cho việc quy hoạch rất ít. Người thực hiện đề tài đã tìm nhiều tài liệu và chỉ tìm được hai bảng thông số ví dụ về quỹ đường lên và quỹ đường xuống của LTE. Áp dụng các công thức đã nêu ở chương 3, ta tính được suy hao cực đại. Việc tính toán quỹ đường truyền để suy ra tổn hao cực đại làm cơ sở cho quy hoạch vùng phủ. Quỹ đường truyền lên được tính toán cho tốc độ 64 kbps, tương ứng với mỗi tốc độ là sẽ có một số khối tài nguyên (RB) được phát đi, và tương ứng với nó sẽ có băng thông nhất định. Chẳng hạn, đối với tốc độ 64 kbps ở đường lên sẽ có 2 RB được phát đi và tương ứng với nó là băng thông Đồ án tốt nghiệp Trang 98 Chương 4: Mô phỏng. 360 KHz. 1 Mbps ở đường xuống sẽ có 50 RB được phát đi và băng thông tương ứng của nó là 9 MHz. 4.2.1.2 Các mô hình truyền sóng Các mô hình truyền sóng là điều kiện thứ hai để có cơ sở tính toán vùng phủ. Dựa trên lý thuyết thì các mô hình truyền sóng bao gồm : các mô hình truyền sóng trong nhà, mô hình truyền sóng ngoài trời và môi trường xe cộ. Mô phỏng các mô hình truyền sóng giúp ta nhập thông số để kết hợp với quỹ đường truyền tính toán vùng phủ như đã nêu ở chương 3. Hình 4.5 Môi trường truyền sóng trong nhà Phần mô phỏng các mô hình truyền sóng, người thực hiện đã đưa ra các mô hình truyền sóng cụ thể để có thể áp dụng cho tất cả trường hợp. Tùy vào khu vực ta quy hoạch, ta sẽ chọn môi trường truyền sóng thích hợp. Để áp dụng việc quy hoạch đối với TP. HCM ta sẽ chọn môi trường Hata-Okumura, áp dụng cho thành phố lớn. LTE có thể hoạt động ở các tần số khác nhau của các mạng đã tồn tại ,vì thế ta giả thiết, tần số hoạt động của LTE nằm trong dãy tần số hoạt động của 3G là 1950 Mhz. Độ cao của anten có thể thay đổi, ta áp dụng chiều cao trung bình của anten là 30m, độ cao MS là 1.5 m. Đối với các nơi là trung tâm thì chiều cao anten Đồ án tốt nghiệp Trang 99 Chương 4: Mô phỏng. có thể hơn. Ưu điểm của mô phỏng là chương trình tính toán có sẵn, nếu có thông số nhập vào thì sẽ cho ra kết quả. Hình 4.6 : Môi trường truyền sóng ngoài trời Hình 4.7: Môi trường xe cộ Đồ án tốt nghiệp Trang 100 Chương 4: Mô phỏng. 4.2.1.3 Quy hoạch vùng phủ Đây là giao diện của quy hoạch vùng phủ của LTE. Ta chọn môi trường truyền sóng để nhập thông số, sau đó chọn quỹ đường truyền, nhập diện tích vùng cần phủ, mà cụ thể là TP.HCM với diện tích 2098.7 km2, nhập hệ số K, hệ số này là hệ số của số sector đã được đề cập ở chương 3. Ở đây ta chọn K = 1.95 tương ứng với 3 sector. Kết quả tính được số BS tổng là số BS lớn nhất trong hai trường hợp tính toán cho quỹ đường lên và cho quỹ đường xuống. Từ mô phỏng ta cũng tính được bán kính phủ sóng của LTE lên đến 5km, số BS tổng có giá trị là 5339 trạm. Hình 4.8: Quy hoạch vùng phủ LTE 4.2.2 Quy hoạch dung lượng của LTE Quy hoạch dung lượng là điều kiện thứ hai để tính được số trạm cần thiết để lắp đặt cho một vùng cụ thể, ở đây là TP.HCM. Dựa trên dân số của các quận của TP.HCM được liệt kê ở bảng 3.8 ở chương 3, cùng với việc chọn tốc độ mã hóa và điều chế (MCS), băng thông kênh truyền, kỹ thuật anten được sử dụng ta tính toán được số trạm cần thiết được lắp đặt. Đồng thời chương trình mô phỏng cũng tính toán được tốc độ đỉnh tối đa mà LTE có thể đạt được đối với mỗi băng thông kênh Đồ án tốt nghiệp Trang 101 Chương 4: Mô phỏng. truyền cụ thể. Băng thông kênh truyền được sử dụng trong phần mô phỏng này bao gồm các băng thông của LTE : 1.4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 20 MHz. Các phương thức điều chế bao gồm QPSK, 16QAM, 64QAM với các tốc độ mã hóa khác nhau. Các kỹ thuật anten được sử dụng là dòng đơn, 2x2 MIMO, 4x4 MIMO. Hình 4.9 : Quy hoạc dung lượng LTE Vì chỉ có hai bảng thông số về quỹ đường truyền, nên các thông số tính toán cho phần quy hoạch còn giới hạn nhiều. Ở phần quy hoạch dung lượng này, ta chọn băng thông kênh truyền là 1.4 Mbps tương ứng với quỹ đường truyền với băng thông 1 MHz của LTE. Hệ số utilisation được chọn là 0.6 và PAPR là 1.1, từ đó ta tính được tốc độ đỉnh tối đa là 0.86 Mbps. Số BS cho từng quận huyện của TP.HCM được liệt kê trên bảng và số BS tổng là tổng số BS của toàn thành phố có kết quả là 7863 trạm. Từ mô phỏng này, ta có thể tính được tốc độ đỉnh tối đa (peak data rate) của LTE ứng với băng thông kênh truyền. Trên thực tế, băng thông kênh truyền của LTE lên đến 20 MHz, vì thế tốc độ đỉnh tối đa của LTE sẽ là 172.8 Mbps. Đồ án tốt nghiệp Trang 102 Chương 4: Mô phỏng. Hình 4.10: Tính toán tốc độ đỉnh 4.2.3 Tối ưu số trạm Hình 4.11: Tối ưu số trạm Đồ án tốt nghiệp Trang 103 Chương 4: Mô phỏng. Từ số trạm của hai điều kiện tối ưu : quy hoạch theo dung lượng và quy hoạch theo vùng phủ, ta tính được số trạm cần thiết để lắp đặt. Đó là số trạm lớn hơn trong hai trường hợp. Vậy số trạm cần thiết lắp đặt cho TP.HCM là 6740. 4.2.4 So sánh vùng phủ của LTE và WCDMA Hình 4.12 : So sánh quỹ đường truyền lên của LTE và WCDMA Hình 4.13: So sánh quỹ đường truyền xuống của LTE và WCDMA Đồ án tốt nghiệp Trang 104 Chương 4: Mô phỏng. Phần mô phỏng trên tính toán quỹ đường lên của LTE và WCDMA. Thông số còn giới hạn nên người thực hiện so sánh quỹ đường truyền ở hai điều kiện khác nhau. Tốc độ bit ở LTE liên quan đến băng thông kênh truyền, còn ở WCDMA tốc độ bit liên quan đến tốc độ chip (vì WCDMA sử dụng trải phổ). Từ kết quả quỹ đường truyền cho thấy, ở đường lên của LTE có suy hao đường truyền lớn hơn so với WCDMA. Nhưng ở đường xuống tốc độ bit lớn hơn rất nhiều nhưng độ chênh lệch suy hao cực đại không đáng kể. Đó là ưu điểm của LTE, khi nó áp dụng kỹ thuật OFDM ở đường xuống. Hình 4.14: So sánh vùng phủ của LTE và WCDMA Để so sánh vùng phủ, ta cũng tiến hành nhập thông số quỹ đường truyền, chọn mô hình truyền sóng của từng công nghệ LTE và WCDMA, khi đó ta suy ra được bán kính và diện tích của LTE so với WCDMA. Từ mô phỏng ta thấy, vùng phủ của LTE lớn hơn nhiều lần so với vùng phủ của WCDMA. Bán kính phủ sóng của LTE là 5 Km, trong khi WCDMA là 0.5 Km. Tốc độ cao, dung lượng lớn, vùng Đồ án tốt nghiệp Trang 105 Chương 4: Mô phỏng. phủ tăng, đó là các ưu điểm nổi bật của LTE. Là động lực để thúc đẩy tiến từ 3G lên 4G. 4.3. Chuyển giao và Điều khiển công suất Phần chuyển giao và điều khiển công suất được mô phỏng để tăng hiệu quả của việc quy hoạch mạng, người thực hiện mô phỏng mô hình điều khiển công suất và chuyển giao cho mạng LTE, không áp dụng cho TP.HCM. 4.3.1 Giao diện chính Hình 4.15: Giao diện phần chuyển giao và điều khiển công suất Đồ án tốt nghiệp Trang 106 Chương 4: Mô phỏng. 4.3.2 Điều khiển công suất 4.3.2.1 Điều khiển công suất LTE Hình 4.16: Nhập dữ liệu cho điều khiển công suất Hình trên mô tả phần nhập dữ liệu cho LTE trong phần điều khiển công suất. Các thông số cần thiết cho việc điều khiển công suất được đề cập ở chương 2. Phần mô phỏng thực hiện ở tần số 2110 MHz, ở tốc độ dữ liệu 144 Kbps. Ở phần mô hình truyền sóng áp dụng mô hình Walfish-Ikegami, các thông số đã được trình bày như trên hình trên. Ở phần mô phỏng này, người thực hiện giả sử các UE di chuyển quanh trạm, di chuyển theo hình lục giác (bán kính không đổi với các vị trí của UE), UE di chuyển ra xa trạm và UE di chuyển lại gần trạm. Đối với mỗi trường hợp khác nhau, UE sẽ quyết định mức công suất phát khác nhau. Tùy theo mức RSRP mà UE thu được, UE sẽ quyết định tăng hay giảm công suất phát. Điều khiển công suất ở LTE là điều khiển công suất ở đường lên, ta không cần điều khiển công suất ở đường xuống. Nó kết hợp cả điều khiển công suất vòng kín và vòng hở. Điều khiển công suất vòng kín ở đây là điều khiển công suất vòng kín chậm. Khi sử dụng điều khiển công suất vòng hở thì do ảnh hưởng của môi Đồ án tốt nghiệp Trang 107 Chương 4: Mô phỏng. trường nên không chính xác vì thế cần có thành phần bù vào sự ảnh hưởng đó. Khi máy di động nhận được tín hiệu RSRP từ trạm lớn thì nó điều khiển công suất nhỏ lại và ngược lại, khi nhận được RSRP nhỏ thì nó tăng công suất phát lên. Hình 4.17: Điều khiển công suất ở LTE Kết quả mô phỏng cho thấy được, khi RSRP ở mức thu nhỏ, chẳng hạn như âm 115 dBm thì công suất phát của UE sẽ ở mức cao là 33.3 dBm, nhưng RSRP thu được ở mức cao hơn, chẳng hạn như -48 dBm thì công suất phát của UE lại nhỏ lại là -19 dBm. Công suất phát tối đa của UE tùy theo lớp công suất của nó, được trình bày ở bảng 3.9 ở chương 3. Nếu mức công suất phát của UE lớn hơn mức công suất phát tối đa thì cần phải quy hoạch lại mạng. Đồ án tốt nghiệp Trang 108 Chương 4: Mô phỏng. 4.3.2.2 So sánh điều khiển công suất của LTE và WCDMA So sánh điều khiển công suất của LTE và WCDMA ta xét ở góc độ cùng một di động chuyển động, mức công suất phát của UE đối với LTE thấp hơn so với WCDMA. Hình 4.18: Nhập liệu của WCDMA Để so sánh điều khiển công suất của LTE và WCDMA, ta phải nhập liệu cho WCDMA. Ta sử dụng các thông số như nhau, về mô hình truyền sóng ta sử dụng mô hình Walfish-Ikegami, với tần số 2120 Mhz, và tốc độ 144 kbps. Ở LTE người ta sử dụng công suất thu tín hiệu tham khảo RSRP để làm tham sô quyết định mức công suất phát, còn ở WCDMA, người ta sử dụng công suất thu mã tín hiệu RSCP để làm tham số đo lường quyết định mức công suất phát. Đồ án tốt nghiệp Trang 109 Chương 4: Mô phỏng. Hình 4.19: So sánh điều khiển công suất của LTE và WCDMA . Thêm vào đó, LTE sử dụng SC-FDMA ở đường lên, do đó các tín hiệu có tính trực giao, dẫn đến vấn đề gần xa ít ảnh hưởng và nó không phải là vấn đề quan trọng cần chú ý đến như ở WCDMA. Vì thế, thay vì điều khiển công suất vòng kín nhanh, ở LTE chỉ sử dụng điều khiển công suất vòng kín chậm. Ở WCDMA, nó thực hiện 1500 lệnh trong 1s, tức là khoảng 0.67ms là thực hiện một lệnh điều khiển, nhưng đối với LTE, khoảng thời gian giữa hai lệnh cách nhau khoảng từ 2-3ms. Từ kết quả mô phỏng ta thấy được, cùng một mức thu tín hiệu như nhau (ở LTE là RSRP còn ở WCDMA là CPICH_RSCP) là -118.22 dBm chẳng hạn, ở WCDMA, UE phát mức công suất lớn hơn mức công suất phát ở LTE. Kỹ thuật điều khiển công suất của LTE đơn giản hơn mà hiệu quả tương đương với WCDMA, đó là một ưu điểm của LTE. 4.3.3 Chuyển giao Ở phần chuyển giao, người thực hiện đề tài chỉ mô phỏng dạng mô hình, các thông số chỉ là giả định để chỉ ra khi nào UE quyết định chuyển giao và khi nào Đồ án tốt nghiệp Trang 110 Chương 4: Mô phỏng. không. Đồng thời cũng mô phỏng các dạng chuyển giao của LTE. Ở phần mô phỏng chuyển giao này, chia thành hai phần : trường hợp chuyển giao thành công và trường hợp chuyển giao không thành công. Chuyển giao trong LTE là chuyển giao cứng không có chuyển giao mềm, bao gồm các kiểu chuyển giao cùng mạng LTE và chuyển giao qua các mạng khác. Khi RSRP thu được của cell đang phục vụ nhỏ hơn RSRP của cell kế cận thì UE thực hiện chuyển giao. 4.3.3.1 Trường hợp chuyển giao thành công Hình 4.20: Trường hợp chuyển giao thành công Phần mô phỏng thực hiện mô phỏng chuyển giao giữa các cell, các kiểu chuyển giao. Ở hình trên, mô phỏng UE đang chuyển giao từ cell1A qua cell1B, kiểu chuyển giao ở đây là bên trong LTE và cùng tần số. Mức chênh lệch RSRP và RSRQ giữa 2 cell để quyết đinh thực hiện chuyển giao đã được trình bày ở chương 2. Trên hình mức RSRP đo được ở cell1A là -99 dB và -65 dB, UE nhận thấy mức RSRP thu được ở cell1B lớn hơn và do đó chuyển giao được thực hiện. Đồ án tốt nghiệp Trang 111 Chương 4: Mô phỏng. 4.3.3.2 Trường hợp chuyển giao bị rớt Hình 4.21: Trường hợp chuyển giao bị rớt Chuyển giao có thể thực hiện không thành công có thể do nhiều nguyển nhân. Có thể quyết định chuyển giao được thực hiện quá trễ, có thể do điều kiện môi trường…Chuyển giao cứng có khuyết điểm là cắt trước khi nối, vì thế dễ xảy ra hiệu ứng ping pong. Hiệu ứng ping pong là hiện tượng UE bị chuyển giao liên tục trong vùng phục vụ. Do ảnh hưởng của môi trường xung quanh, làm cho RSRP thu được của cell phục vụ tại UE nhỏ, dẫn đến UE được quyết định chuyển giao qua cell khác, lát sau RSRP của cell phục vụ trở nên tốt, dẫn đến UE lại được chuyển giao lại cell đang phục vụ. Đồ án tốt nghiệp Trang 112 Chương 4: Mô phỏng.  Phần mô phỏng đã trình bày cách tính toán số trạm cần thiết lắp đặt cho một vùng phủ nhất định, đồng thời trình bày về chuyển giao và điều khiển công suất để tăng thêm hiệu quả cho việc quy hoạch mạng. Đồ án tốt nghiệp Trang 113 Kết luận và hướng phát triển của đề tài KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Đề tài tìm hiểu về LTE, một ứng cử viên cho mạng 4G trong tương lai. Hiện tại vẫn chưa có quyết định chính thức cái nào sẽ là 4G. Nhưng với các ưu điểm của LTE, nó sẽ là ứng cử viên sáng giá. Người thực hiện đề tài chọn đề tài này nhằm nâng cao sự hiểu biết, đồng thời đây cũng là đề tài mới mẻ, phù hợp với thực tế. Nội dung của đồ án tìm hiểu về công nghệ LTE và việc tính toán áp dụng cho quy hoạch mạng vô tuyến tiền 4G LTE. Đồ án đã thực hiện được : Về phần lý thuyết là tìm hiểu quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động, mô tả tổng quan về mạng thông tin di động LTE, một công nghệ tiền 4G. Tìm hiểu về các kỹ thuật sử dụng trong LTE, chuyển giao, điều khiển công suất, đồng thời cũng so sánh điểm khác biệt giữa LTE và WCDMA trong các khía cạnh này. Về phần mô phỏng, đồ án thực hiện dựa trên ngôn ngữ VS và SQL Server 2005. Nội dung phần mô phỏng bao gồm : tính toán số trạm cần thiết để lắp đặt cho một vùng mà cụ thể đó là tính toán số trạm cần thiết để lắp đặt cho TP.HCM, đồng thời đồ án cũng thực hiện việc so sánh về vùng phủ của LTE so với WCDMA, điều khiển công suất, chuyển giao để đảm bảo cho vùng phủ sóng là tối ưu nhất. Hạn chế của đề tài là hiện tại ở VN chưa tiến hành quy hoạch mạng 4G, vì thế các thông số đưa ra để tính toán quy hoạch còn quá ít, các thông số đưa ra trong phần mô phỏng chỉ dựa vào sách và dựa trên dân số của TP.HCM mà không tìm được các thông số thực tế do các nhà mạng cung cấp. Chưa có bản đồ truyền sóng thực tế. Ở phần chuyển giao các thông số chỉ mang tính chất ví dụ để minh họa cho lý thuyết mà chưa tính toán cụ thể. Hướng phát triển của đề tài là dung lượng và vùng phủ sau khi quy hoạch sẽ được phân tích cho từng ô, tìm bản đồ truyền sóng thực tế, tìm được các thông số cụ thể. Có thể áp dụng ASP.NET để hiệu chỉnh kết quả tính toán được. Đồng thời cũng có thể tìm hiểu cách định vị cell để hiệu chỉnh kết quả. PHẦN C PHỤ LỤC & TÀI LIỆU THAM KHẢO Đồ án tốt nghiệp Trang 114 Phụ lục 1: Các từ viết tắt PHỤ LỤC 1 : CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Từ viết tắt Nghĩa 1G 2G 3G 4G 3GPP One Generation Cellular Second Generation Cellular Third Generation Cellular Four Generation Cellular Third Generation Patnership Project Hệ thống thông tin di độngthế hệ thứ nhất Hệ thống thông tin di độngthế hệ thứ hai Hệ thống thông tin di độngthế hệ thứ ba Hệ thống thông tin di độngthế hệ thứ tư Dự án hợp tác thế hệ 3 A ACK Acknowledgement Tín hiệu xác nhận B BCCH BCH BW Broadcast Control Channel Broadcast Channel Band Width Kênh điều khiển quảng bá Kênh quảng bá Băng thông C CDMA CAPEX CP Code Division Multiple Access Capital Expenditure Cycle Prefix Đa truy cập phân chia theo mã Tiền tố lặp D DL-SCH DL Downlink Share Channel Downlink Kênh chia sẻ đường xuống Hướng xuống E EDGE Enhance Data rates for GSM Evolution Tốc độ dữ liệu tăng cường cho mạng GSM cải tiến Đồ án tốt nghiệp Trang 115 Phụ lục 1: Các từ viết tắt E- UTRAN EPC eNodeB Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Evolved Packet Core Enhance NodeB Mạng truy nhập vô tuyến cải tiến Mạng lõi gói NodeB cải tiến F FDMA FDD FEC Frequency Division Multiple Access FrequencyDivision Duplexing Forward Error Correction Đa truy cập phân chia theo tần số Ghép kênh phân chia theo tần số Sửa lỗi hồi tiếp G GSM GERAN GPRS GI Global System for Mobile GSM/EDGE Radio Access Network General Packet Radio Service Guard Interval Hệ thống di động toàn cầu Mạng truy nhập vô tuyến GSM/EDGE Dịch vụ gói vô tuyến thông dụng Khoảng bảo vệ H HSDPA HDTV HSOPA HO HSPA HSS High Speed Downlink Packet Access High Definition Television High Speed OFDM Packet Access Handover High Speed Packet Access Home Subscriber Server Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao Tivi có độ phân giải cao Truy cập gói OFDM tốc độ cao Chuyển giao Truy nhập gói tốc độ cao Quản lý thuê bao I ITU IP IMS International Telecommunication Union Internet Protocol IP Multimedia Sub-system Đơn vị viễn thông quốc tế Giao thức internet Hệ thống đa phương tiện sử dụng IP Đồ án tốt nghiệp Trang 116 Phụ lục 1: Các từ viết tắt ISI IFFT Inter-Symbol Interference Inverse Fast Fourier Transform Nhiễu liên ký tự Biến đổi Fourier ngược L LTE Long Term Evolution M MS BTS MIMO MME MAC MU- MIMO MoU MCS Mobile Station Base Station Multi Input Multi Output Mobility Management Entity Medium Access Control Multi User – MIMO Minutes of Using Modulation Coding Scheme Trạm di động Trạm gốc Đa ngõ vào đa ngõ ra Quản lý tính di động Điều khiển trung nhập trung bình Đa người dung – Đa ngõ vào đa ngõ ra Thời gian sử dụng Kỹ thuật mã hóa và điều chế O OPEX OFDM OFDMA Operating Expense Orthogonal Frequency Division Multiple Orthogonal Frequency Division Multiple Access Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao P PAPR P2P PCRF PDSCH Peak-to-Average Power Ratio Point to Point Policyand Charging Rules Function Physical Downlink Shared Channel Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình Điểm đến điểm Kênh vật lý chia sẻ đường xuống Đồ án tốt nghiệp Trang 117 Phụ lục 1: Các từ viết tắt PUCCH PDCCH PBCH PCCH PCH Physical Uplink Control Channel Physical Downlink Control Channel Physical Broadcast Channel Paging Control Channel Paging Channel Kênh vật lý điều khiển đường lên Kênh vật lý điều khiển đường xuống Kênh vật lý quảng bá Kênh điều khiển tin nhắn Kênh tin nhắn Q QoS Quality of Services Chất lượng dịch vụ R RLC RRC RB RE RSRP RSRQ RS Radio Link Control Radio Resource Control Resource Block Resource Element Reference Signal Receive Power Reference Signal Receive Quality Reference Signal Điều khiển kết nối vô tuyến Điều khiển tài nguyên vô tuyến Khối tài nguyên Thành phần tài nguyên Công suất thu tín hiệu tham khảo Chất lượng thu tín hiệu tham khảo Tín hiệu tham khảo S SDR SNR SC- FDMA SMS SAE SGSN SU- MIMO Software - Defined Radio Signal to Noise Ratio Single Carrier Frequency Division multiple Access Short Message Service System Architecture Enhance Serving GPRS Support Node Single User Multi Input Multi Output Phần mềm nhận dạng vô tuyến Tỷ số tín hiệu trên nhiễu Đa truy cập phân chia theo tần số trực giao đơn sóng mang Tin nhắn ngắn Cấu trúc hệ thống tăng cường Nút cung cấp dịch vụ GPRS Đơn user-Đa ngõ vào đa ngõ ra T Đồ án tốt nghiệp Trang 118 Phụ lục 1: Các từ viết tắt TDMA TTI TDD TPC Time Division Multiple Access Time Transmit Interval Time Division Duplexing Transmit Power Command Đa truy cập phân chia theo thời gian Khoảng thời gian phát Ghép kênh phân chia theo thời gian Lệnh công suất phát U UMB UL UTRAN UTMS UE Ultra Mobile Broadband Uplink UTMS Terrestrial Radio Access Networks Universal Telecommunication Mobile System User Equipment Di động băng rộng mở rộng Đường lên Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất Hệ thống thông tin di động Thiết bị người dùng (Di động) V VHE VoIP Virtual Home Environment Voice IP Môi trường nhà ảo Thoại sử dụng IP W WCDMA WAP Wideband Code Division Multiple Access Wireless Applicaion protocol Đa truy cập phân chia theo mã băng rộng Giao thức ứng dụng không dây Đồ án tốt nghiệp Trang 119 Phụ lục 2 : Hướng dẫn sử dụng chương trình PHỤ LỤC 2 : HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH 1.Cài đặt chương trình Phần mô phỏng sử dụng công cụ là Visual Studio 2008 (VS) và Microsoft SQL Server 2005 Express. Sử dụng VS để viết chương trình tính toán và liên kết dữ liệu với SQL. Để cài đặt VS ta mua đĩa về cài đặt bình thường. Đối với SQL ta có thể làm theo các bước sau: Yêu cầu về phần cứng và hệ điều hành sử dụng  Hệ điều hành tối thiểu: Windows 2000 Service Pack 4; Windows Server 2003 Service Pack 1; Windows XP Service Pack 2  Phần cứng: o Máy tính chip Pentium III 600 MHz trở lên (Cấu hình đề nghị: Chip 1 GHz hoặc cao hơn.) o Tối thiểu 192 MB RAM (Cấu hình đề nghị: 512 MB RAM.) o Ổ cứng còn trống tối thiểu 525 MB Bộ cài đặt: 1. Để cài đặt SQL Server 2005 Express, máy bạn phải có bộ Windows Installer 3.1 trở lên, download về tại địa chỉ: 2. Microsoft .Net Framework 2.0 o Hệ điều hành 32bit: o Hệ điều hành 64bit: 3. Bạn phải có file cài đặt SQL Server 2005 Express, có thể download từ địa chỉ 8848-dcc397514b41&displaylang=en 4. SQL Server Management Studio Express : 4E3D-94B8-5A0F62BF7796&displaylang=en Đồ án tốt nghiệp Trang 120 Phụ lục 2 : Hướng dẫn sử dụng chương trình Các thành phần trên có tên file cài đặt lần lượt là: 1. WindowsInstaller-KB893803-v2-x86.exe: Windows Installer 3.1 2. dotnetfx.exe: Microsoft .Net Framework 2.0 3. SQLEXPR.EXE: SQL Server 2005 Express 4. SQLServer2005_SSMSEE.msi: Công cụ quản lý SQL Server Management Studio Express Khi đăng nhập có thể chọn Windows Authentication hoặc SQL Server Authentication. Nếu chọn SQL Server Authentication thì phải nhập password. Password này được thiết lập trong quá trình cài đặt SQL Server 2005 Express Edition. Nếu trong quá trình cài đặt SQL Server 2005 Express Edition chúng ta không cho phép SQL Server kích hoạt ngay khi khởi động máy, bấm nút Connect sẽ gây ra lỗi. Để khắc phục vào Start->Run đánh services.msc->Enter. Tìm service SQL Server (SQLExpress), double click và trong comboxbox Startup type chọn Automatic -> Apply - >Start -> OK. 2. Tạo bảng dữ liệu Để chạy được chương trình mô phỏng của đồ án, cần phải tạo các bảng dữ liệu trong SQL như sau : 1.Quy hoạch vùng phủ TÊN BẢNG : LTERcell_RLB ( Rb,[Suyhao(UL)],[Suyhao(DL)], [Rcell(UL)(m)],[Rcell(DL)(m)],[Dt(UL)(m2)],[Dt(DL)(m2)],[Số BS(UL)],[Số BS(DL)],[Số BS tổng]) 2.Quy hoạch dung lượng TÊN BẢNG : THROUGHPUT ([Throughput],[số BS Q1],[số BS Q2],[số BS Q3],[số BS Q4],[số BS Q5],[số BS Q6],[số BS Q7],[số BS Q8],[số BS Q9],[số BS Q10],[số BS Q11],[số BS Q12],[số Đồ án tốt nghiệp Trang 121 Phụ lục 2 : Hướng dẫn sử dụng chương trình BS QTân Bình],[số BS QBình Thạnh],[số BS QPhú Nhuận],[số BS QThủ Đức],[số BS QNhà Bè],[số BS QBình Chánh],[số BS QGò Vấp],[số BS QCần Giờ],[số BS QBình Tân],[số BS QHóc Môn],[số BS QTân Phú],[số BS QCủ Chi],[Số BS tổng] 3. So sánh LTE và WCDMA TÊN BẢNG : SSRcell_RLB ( Rb,[Suyhao(LTE)],[Rcell(LTE)(m)],[Dt(LTE)(m2)],[Suyhao(WCDMA)],[Rcell( WCDMA)(m)],[Dt(WCDMA)(m2)]) 4.Điều khiển công suất *TÊN BẢNG : DKCSVH1 (MS,[R(m)],[P0(dBm)],[PUSCH_TX(dBm)],[Pathloss(dB)],[RSRP(dBm)],[UE_TX (dBm)],[Pmax_UE(dBm)]) *TÊN BẢNG : DKCSVHLTE (MSLTE,[R(m)LTE],[P0(dBm)LTE],[PUSCH_TX(dBm)LTE],[Pathloss(dB)LTE], [RSRP(dBm)LTE],[UE_TX(dBm)LTE],[Pmax_UE(dBm)LTE]) *TÊN BẢNG :DKCSVHW (MSW,[R(mW)],[CPICH_TX(dBm)W],[Pathloss(dB)W],[Nhieu_UL(dB)W],Hangs o_KW,[CPICH_RSCP(dBm)W],[UE_TX(dBm)W]) Đồ án tốt nghiệp Trang 122 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Harri Holma and Antti Toskala both of Nokia Siemens Netwworks, Filand;LTE for UMTS-OFDMA and SC-FDMA Based Radio Access; John Wiley & Sons, Ltd. [2]. Harri Holma and Antti Toskala both of Nokia, Filand;WCDMA for UMTS- HSPA Evolution and LTE; John Wiley & Sons, Ltd 2007. [3]. Stefania Sesia, Issam Toufik and Matthew Baker; LTE-The UMTS Long Term Evolution : From Theory to Practice; 2009 John Wiley & Sons, Ltd. [4]. FAROOQ KHAN Telecom R&D Center Samsung Telecommunications, America; LTE for 4G Mobile Broadband Air Interface Technologies and performance; Cambridge University Press(tham khảo cho phần băng thông cấu hình và băng thông kênh truyền) [5]. Vijay K.Garg; IS-95 CDMA and CDMA 2000 cellular/PCS systems implementation; Prentice hall PTR, Upper saddle river NT07458,2000. [6]. Christian Mehlf uhrer, Martin Wrulich, Josep Colom Ikuno, Dagmar Bosanska, Markus Rupp; SIMULATING THE LONG TERM EVOLUTION PHYSICAL LAYER; Institute of Communications and Radio-Frequency Engineering Vienna University of Technology;Gusshausstrasse 25/389, A-1040 Vienna, Austria [7]. R1-074850;Ericsson;Uplink Power Control for E-UTRA-Range and Representation of P0; 3GPP TSG-RAN WG1 #51;Jeju, Korea, November 05- 09,2007. [8]. Bilal Muhammad; Closed loop power control for LTE uplink; Blekinge Institute of Technology School of Engineering; November 2008 [9]. Abdul Basit, Syed; Dimensioning of LTE Network;Helsinki University Đồ án tốt nghiệp Trang 123 Tài liệu tham khảo [10]. User Equipment (UE) radio transmission and reception(FDD) (Release 7) [11]. tphcm.html [12]. (tham khảo cho chương 1) [13]. (tham khảo cho chương 1) [14]. (tham khảo cho các thông số lớp vật lý của LTE) [15]. 3GPP Long-Term Evolution / System Architecture Evolution Overview September 2006; Alcatel. (tham khảo cho chương 1) [16]. 3G long-term evolution;Dr. Erik Dahlman Expert Radio Access Technologies, Ericsson Research. [17]. Philip Solis Practice Director, Wireless Connectivity Aditya Kaul Senior Analyst, Mobile Networks Nadine Manjaro Associate Analyst Jake Saunders Vice President, Forecasting; Prospects for HSPA, LTE, and WiMAX; ABI research.(tham khảo cho phần so sánh giữa LTE và WiMAX). [18]. Giáo trình Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G, TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng. Nhà xuất bản Thông tin và truyền thông. [19]. Xiupei Zhang, Jangsu Kim, and Heung-Gyoon Ryu; Multi-Access Interference in LTE Uplink with Multiple Carrier Frequency Offsets; Department of Electronic Engineering, Chungbuk National University, Cheong Ju, Korea 316- 763; 2009 IEEE.