Đồ án Giải pháp nâng cấp hệ thống thông tin di động GSM theo cấu trúc WCDMA

MỤC LỤC



LỜI CAM ĐOAN

BẢNG TRA CỨU TỪ VIẾT TẮT

LỜI MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1. CẤU TRÚC MẠNG GSM 1

1.1 Giới thiệu chương. 1

1.2 Đặc điểm chung. 1

1.3 Kiến trúc mạng của hệ thống GSM. 2

1.3.1 Phân hệ trạm gốc (BSS). 3

1.3.2 Hệ thống con chuyển mạch SS. 3

1.3.3 Hệ thống con khai thác OSS. 4

1.4 Kỹ thuật vô tuyến số trong GSM. 4

1.4.1 Mã hóa kênh. 4

1.4.2 Phương pháp đa truy cập trong GSM. 5

1.4.3 Giao tiếp vô tuyến. 5

1.4.3.1 Kênh vật lý. 6

1.4.3.2 Kênh logic. 6

1.5 Kết luận chương. 7

CHƯƠNG 2. CẤU TRÚC MẠNG WCDMA 8

2.1 Giới thiệu chương. 8

2.2 Sự khác nhau cơ bản giữa giao diện vô tuyến của WCDMA và giao diện vô tuyến thế hệ thứ 2. 8

2.3 Các thông số chính của WCDMA. 10

2.4 Cấu trúc mạng WCDMA. 11

2.4.1 Cấu trúc của UTRAN. 13

2.4.1.1 Đặc trưng. 14

2.4.1.2 Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC). 14

2.4.1.3 Node B. 15

2.4.1.4 Các chức năng điều khiển của UTRAN. 15

2.4.2 Giao diện vô tuyến. 16

2.4.2.1 Giao diện UTRAN - CN, Iu. 16

2.4.2.2 Giao diện RNC - RNC, Iur. 16

2.4.2.3 Giao diện RNC - Node B, Iub. 16

2.5 Kết luận chương. 16

CHƯƠNG 3. PHÁT TRIỂN MẠNG WCDMA TRÊN NỀN MẠNG GSM 17

3.1 Giới thiệu chương. 17

3.2 Hoạt động của các hệ thống băng hẹp và WCDMA trong dải tần kế cận. 17

3.3 Các vấn đề đồng quy hoạch mạng vô tuyến. 19

3.3.1 Quá trình đồng quy hoạch. 20

3.2.1.1 Tái sử dụng site. 21

3.2.1.2 Các giải pháp site. 22

3.3.2 Chuyển giao giữa WCDMA và GSM. 23

3.2.2.1 Chuyển giao từ WCDMA sang GSM. 24

3.2.2.2 Chuyển giao từ GSM sang WCDMA. 25

3.3.3 Phân phối lưu lượng và dịch vụ giữa các hệ thống. 26

3.3.4 Vùng phủ và dung lượng. 27

3.4 Kết luận chương. 28

CHƯƠNG 4. GIẢI PHÁP TRIỂN KHAI CELL WCDMA 29

4.1 Mở đầu chương. 29

4.2 Triển khai cell. 29

4.3 Vấn đề vùng phủ khi phát triển chồng lấn WCDMA lên GSM. 30

4.4 Các vấn đề dung lượng. 33

4.5 Các cấu trúc cell phân cấp trong mạng WCDMA. 34

4.5.1 Các vấn đề liên quan đến hoạt động của mạng. 35

4.5.1.1 Nhiễu. 35

4.5.1.2 Điều chỉnh công suất kênh hoa tiêu. 36

4.5.2 Một số cấu hình mạng. 37

4.6 Tối ưu hóa tài nguyên trong hệ thống sử dụng cấu trúc cell phân cấp. 38

4.6.1 Quy trình tổng quan. 38

4.6.2 Quy trình áp dụng đối với một lớp cell. 39

4.7 Kết luận chương. 40

CHƯƠNG 5. CÁC GIẢI PHÁP ANTEN 41

5.1 Mở đầu chương. 41

5.2 Các yêu cầu về tần số vô tuyến. 41

5.2.1 Phát xạ tạp âm và phát xạ giả. 41

5.2.2 Nghẽn máy thu. 43

5.2.2.1 Nghẽn máy thu giữa GSM900 và GSM1800. 43

5.2.2.2 Nghẽn máy thu giữa GSM900 và UMTS 44

5.2.2.3 Nghẽn máy thu giữa GSM1800 và UMTS. 45

5.2.3 Liên điều chế. 45

5.2.4 Tổng hợp về vấn đề độ cách ly yêu cầu. 48

5.3 Các giải pháp anten. 48

5.3.1 Các site song băng. 49

5.3.1.1 GSM900 và GSM1800. 49

5.3.1.2 GSM900 và UMTS. 49

5.3.1.3 GSM1800 và UMTS. 49

5.3.2 Các site 3 băng. 53

5.3.2.1 Anten song băng. 53

5.3.2.2 Anten ba băng. 54

5.4 Kỹ thuật chia sẻ phi-đơ. 55

5.4.1 Các site song băng. 55

5.4.2 Site ba băng. 56

5.4.3 Các tổn hao phụ. 57

5.5 Quy trình thiết kế. 58

5.6 Kết luận chương. 60

CHƯƠNG 6. QUY HOẠCH MẠNG WCDMA 61

6.1 Giới thiệu chương. 61

6.2 Định cỡ mạng. 61

6.3 Phân tích quỹ năng lượng đường truyền vô tuyến 63

6.3.1 Quỹ năng lượng đường lên 63

6.3.2 Quỹ năng lượng đường xuống 65

6.4 Xác định kích thước cell. 65

6.4.1 Mô hình Hata - Okumura. 65

6.4.2 Mô hình Walfsch - Ikegami. 66

6.5 Tính toán dung lượng và vùng phủ. 68

6.6 Tổng kết chương. 71

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

PHẦN PHỤ LỤC 74

 

 

doc95 trang | Chia sẻ: netpro | Ngày: 09/04/2013 | Lượt xem: 1188 | Lượt tải: 12download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đồ án Giải pháp nâng cấp hệ thống thông tin di động GSM theo cấu trúc WCDMA, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
yền dẫn và kiểu kết nối. 3.4 Kết luận chương. Tiến trình đi lên WCDMA từ GSM là hoàn toàn khả thi nếu áp dụng những giải pháp tiên tiến, trong đó có các giải pháp triển khai cell và trang thiết bị đặc biệt là anten. Hai bộ giải pháp này sẽ được trình bày ở chương 4 và chương 5. CHƯƠNG 4. GIẢI PHÁP TRIỂN KHAI CELL WCDMA –— 4.1 Mở đầu chương. Do tính đa dạng và mềm dẻo về dịch vụ và sự khác nhau về dung lượng của các lớp cell nên nhà khai thác cần phải có các chiến lược phát triển đối với các lớp cell khác nhau. Cả hai lớp cell micro và macro đều rất quan trọng nên cần phải xây dựng một giải pháp sử dụng linh động cũng như kết hợp hai lớp cell này. Sử dụng băng tần khác nhau không phải là một giải pháp duy nhất, bên cạnh đó còn có nhiều giải pháp khác như sử dụng cấu trúc cell phân cấp,... Chương này trình bày một số vấn đề về: Triển khai cell. Vùng phủ khi phát triển chồng lấn WCDMA lên GSM. Dung lượng hệ thống WCDMA. Cấu trúc cell phân cấp trong mạng WCDMA. Tối ưu hóa tài nguyên hệ thống sử dụng cấu trúc cell phân cấp. 4.2 Triển khai cell. Là một quá trình không thể thiếu để xây dựng nên một mạng hoạt động. Muốn mạng 3G có sức cạnh tranh thì về hiệu năng ít nhất phải đạt ngang bằng với hệ thống mạng hiện hành, đồng thời phải vượt trội hơn về tính phong phú của dịch vụ hoặc các ưu đãi về giá cả. Quá trình triển khai cell giúp các nhà khai thác quyết định: Cung cấp dịch vụ nào. Quá trình phát triển tiến hóa với các dịch vụ mạng lưới. Sử dụng đa sóng mang. Sử dụng cấu trúc cell phân cấp. Dự phòng cho các vùng phủ và dịch vụ đối với môi trường trong nhà. Các dịch vụ cần cung cấp sẽ ảnh hưởng đến mật độ site. Ngoài ra, do giới hạn về dung lượng mạng nên cần sử dụng giải pháp đa sóng mang hoặc cấu trúc cell phân cấp. Đồng thời, các dịch vụ mới phải có sự vượt trội về đặc điểm tính năng mà không thay đổi cơ bản cấu hình mạng. Đối với các nhà khai thác đang sử dụng hệ thống GSM, giai đoạn quy hoạch cũng có những điểm khác biệt nhất định. Các thông tin về site (vị trí, chiều cao, các hướng khả dụng của anten,...) sẽ được tái sử dụng như các thông số đầu vào cho quá trình quy hoạch mạng 3G. Mạng GSM cũ vẫn có thể sử dụng để mở rộng vùng phủ, WCDMA chỉ được sử dụng ở các khu vực có nhu cầu như các thành phố hoặc các vùng trung tâm của các khu vực thương mại có mật độ cao. Ngoài ra, các kinh nghiệm về vùng phủ và tính toán nhiễu trong GSM có thể áp dụng được trong quy hoạch WCDMA, trong trường hợp sử dụng cùng vị trí site. 4.3 Vấn đề vùng phủ khi phát triển chồng lấn WCDMA lên GSM. Vấn đề đầu tiên đề cập đến là vấn đề vùng phủ của WCDMA khi triển khai trên nền GSM hiện tại. Qua các tính toán lý thuyết có thể thấy WCDMA là một hệ thống giới hạn ở đường lên hoặc xuống tùy theo loại hình dịch vụ (đối xứng hay không đối xứng). Do sự đa dạng của các loại hình dịch vụ nên quy hoạch vùng phủ cho WCDMA không phải là vấn đề đơn giản. Hai vấn đề quan trọng và phức tạp nhất khi triển khai chống lấn WCDMA lên GSM: Đây là hai hệ thống hoàn toàn khác biệt về mặt công nghệ với số lượng và tính đặc thù của các dịch vụ khác nhau. Ở GSM, các dịch vụ đơn giản, tốc độ thấp và thường là đối xứng, trong khi đó WCDMA là hệ thống 3G có nhiều loại hình dịch vụ mới với tốc độ bit cao (dịch vụ truyền số liệu 144kb/s và 384kb/s) và thường là không đối xứng. Số lượng thuê bao sử dụng các dịch vụ tốc độ cao của WCDMA thường là thấp hơn ở thời điểm ban đầu và phân bố tập trung ở những vùng đô thị có mật độ dân cư cao, do đó tải cell hay nói cách khác là dung lượng mạng phân bố không đồng đều. Ngoài ra, tốc độ tăng trưởng thuê bao cũng thay đổi theo từng thời điểm nên yêu cầu các mô hình dự đoán phù hợp. Hai vấn đề trên là đặc thù của hệ thống mạng tích hợp, nó tác động trực tiếp đến độ rộng vùng phủ của mỗi dịch vụ, dung lượng hệ thống và các tham số hiệu năng của mạng trong quá trình triển khai và hoạt động. Tái sử dụng site là một giải pháp rất quan trọng để đẩy nhanh quá trình triển khai WCDMA. Tuy nhiên, sự khả thi của giải pháp phụ thuộc rất nhiều vào vùng phủ tương đối của mạng hiện tại so với WCDMA, sự khác nhau về bán kính vùng phủ của hai hệ thống là do sự chênh lệch về giá trị dự trữ nhiễu đối với các loại hình dịch vụ khác nhau của hai mạng. Đối với hệ thống GSM900 giá trị tổn hao cho phép quá lớn cho dù có tái sử dụng hoàn toàn thì cũng không đảm bảo đủ vùng phủ sóng cho các dịch vụ WCDMA đặc biệt là tại các khu vực dân cư có mật độ cao. Ngoài ra, tùy theo loại hình dịch vụ (đối xứng hay không đối xứng) mà vùng phủ đường lên và đường xuống cũng khác nhau nên yêu cầu phải có các giải pháp đặc biệt đối với từng loại cụ thể. Một số giải pháp cân bằng vùng phủ: Mã hóa tiếng đa tốc độ tương thích. Phân tập đa đường. Phân tập vĩ mô (chuyển giao mềm). Phân tập anten thu. Về mặt kỹ thuật tái sử dụng site 100 % là biện pháp tốt nhất để tránh nhiễu kênh kề cận và các vùng chết. Tuy nhiên, do có sự chênh lệch về bán kính vùng phủ nên số lượng site hiện tại không đủ đảm bảo vùng phủ cho WCDMA. Ngoài ra, nếu triển khai các site mới thì số lượng là bao nhiêu, bán kính vùng phủ như thế nào để số lượng site mới là nhỏ nhất và nhiễu tương tác là thấp nhất có thể. Bên cạnh đó còn tồn tại hàng loạt vấn đề có liên quan đến các thiết bị đầu cuối, tốc độ di chuyển, công suất phát, độ nhạy,… Để giải quyết tất cả các vấn đề phức tạp và liên quan hữu cơ như trên không thể có một giải pháp hoàn thiện mà cần tìm ra một mô hình phát triển phù hợp và tối ưu theo các giai đoạn khác nhau trong đó sử dụng nhiều giải pháp nhỏ thích ứng theo từng bước. Việc phân giai đoạn cho tiến trình phát triển là yếu tố then chốt vì đặc thù cơ bản của hệ thống tích hợp phụ thuộc vào từng thời điểm khác nhau. Trong mỗi giai đoạn này cần tiến hành các hoạt động thống kê đánh giá để tìm ra phương hướng phát triển phù hợp cho giai đoạn sau. Về cơ bản theo đề xuất, tiến trình Co-planning có thể diễn ra theo 3 giai đoạn: Giai đoạn 1: Đây là giai đoạn kéo dài từ quá trình triển khai thử nghiệm và phục vụ số lượng thuê bao nhỏ. Trong giai đoạn này các site của hệ thống GSM sẵn có sẽ được tái sử dụng ở mức cao nhất có thể. Các site WCDMA đặt yêu cầu về vùng phủ lên hàng đầu thông qua các hoạt động chuyển vùng, chuyển giao nhằm tìm hiểu, thống kê và duy trì ổn định liên tục về tâm lý của người sử dụng. Tóm lại trong giai đoạn này, mạng WCDMA chỉ mang tính giới thiệu và có phạm vi phủ sóng hẹp (hình 4.1), nhà khai thác vẫn tập trung chính vào đầu tư cải thiện và sử dụng hệ thống GSM sẵn có. Đây cũng là bước phát triển sắp tới của hệ thống thông tin di động Việt Nam. Vùng phủ WCDMA Thành phố A Thành phố B Hình 4.1 Thử nghiệm WCDMA. Giai đoạn 2: Đây là giai đoạn phát triển mạng (hình 4.2). Dựa trên các thống kê tiến hành trong giai đoạn một, các vùng có mật độ người sử dụng và xác suất truy cập dịch vụ cao sẽ được bố trí thêm các site mới không những đảm bảo vùng phủ sóng mà còn cải thiện dung lượng tùy theo từng loại hình dịch vụ. Trong giai đoạn này nhu cầu sử dụng các dịch vụ tốc độ bit cao trong khu vực rộng đòi hỏi các nhà khai thác phải mở rộng vùng phủ ra các vùng ngoại cell và nông thôn. Lúc này, nhà khai thác đã có trong tay cả hai hệ thống và được hưởng lợi khi thực hiện chuyển giao liên mạng. Vấn đề chính ở giai đoạn này là đảm bảo an toàn và chất lượng dịch vụ. Các dịch vụ chuyển mạch kênh vẫn chiếm ưu thế và tải cell bắt đầu tăng cao. Mở rộng WCDMA Thành phố A Thành phố B Ngoại ô Hình 4.2 Phát triển mở rộng WCDMA. Giai đoạn 3: Đây là giai đoạn hoàn thiện của mạng WCDMA. Các dịch vụ phong phú và được phủ sóng toàn vùng sử dụng toàn bộ phổ tần khả dụng. Mối quan tâm lớn nhất ở giai đoạn này là tối ưu mạng đặc biệt là tăng cường dung lượng cho các cell chính có tải nặng để đáp ứng được nhu cầu người sử dụng. Hiện thực của giai đoạn này được trình bày trên hình 4.3. Hình 4.3 Thực hiện phủ sóng WCDMA toàn bộ khu vực quy hoạch. 4.4 Các vấn đề dung lượng. Trong hệ thống WCDMA, dung lượng đường lên và đường xuống là khác nhau (do sự không đối xứng của tốc độ dịch vụ, công suất phát, độ nhạy thu MS và BS,...).Thông thường dung lượng đường lên cao hơn dung lượng đường xuống do công suất của BS cao và ổn định hơn. Vấn đề dung lượng được giải quyết song song với vấn đề vùng phủ. Vùng phủ luôn là hàm nghịch biến với dung lượng. Dung lượng của cell càng cao thì vùng phủ của cell càng phải nhỏ để giảm công suất kết nối với mục đích giảm nhiễu đồng kênh. Lúc này, cần tiến hành triển khai các cell mới. Thông thường một cell có tải cao sẽ được thay thế bằng 3 cell có tổng diện tích phủ và dung lượng lớn hơn hoặc bằng cell ban đầu. Đây là một trong những bài toán quy hoạch mạng vô tuyến mà nhà khai thác thường gặp phải. Ngoài ra, với hoạt động chia sẻ tải, một phần dung lượng của hệ thống WCDMA sẽ được chia sẻ thông qua hoạt động chuyển giao với GSM. Đây là một lợi thế của mạng tích hợp, tuy nhiên tính hiệu quả của giải pháp còn phụ thuộc vào loại thiết bị đầu cuối mà người sử dụng có hỗ trợ đa chế độ hay không. 4.5 Các cấu trúc cell phân cấp trong mạng WCDMA. Hệ thống WCDMA có thể hai tần số sóng mang (FDD). Sự phân bố phổ tần ảnh hưởng rất lớn đến chiến lược triển khai hệ thống WCDMA và khả năng ứng dụng các cấu trúc cell phân cấp. Về nguyên lý, một cặp sóng mang đủ cho hoạt động của một lớp mạng riêng lẻ và có thể cung cấp cho một cấu trúc hai lớp như một lớp cell macro với một lớp cell micro hay pico. Một sơ đồ phân cấp đầy đủ với mỗi lớp hoạt động trên hai tần số riêng có thể thiết lập được với 3 sóng mang. Số sóng mang càng nhiều không những chỉ làm tăng dung lượng mà còn cải thiện tính mềm dẻo của mạng. Tại những điểm nóng, dung lượng có thể được cải thiện bằng cách thêm số sóng mang cho hệ thống thay vì phải tăng thêm số lượng hay công suất phát của các BS. Để hỗ trợ HCS và chuyển giao giữa các sóng mang cần phải thực hiện được quá trình chuyển giao liên tần số. Ví dụ về tiến trình phát triển trong mạng 3G được giới thiệu trên hình 4.4. f1 f1 f1 Các ô macro liên tiếp sử dụng tần số f1 f2 f2 f2 f2 f2 f2 f1 f1 f1 f2 f2 f1 f1 f1 Các ô macro liên tiếp sử dụng tần số f1 Một số vùng được lựa chọn sử dụng ô micro với tần số f2 Các ô macro liên tiếp sử dụng tần số f1 Các ô micro liên tiếp sử dụng tần số f2 f1,f2 f1,f2 f1,f2 f1,f2 f1,f2 f1,f2 Không có lớp ô macro Cả hai tần số được sử dụng liên tiếp trong lớp ô micro Hình 4.4. Ví dụ về quá trình phát triển của mạng WCDMA. Trong giai đoạn đầu tiên, một sóng mang được sử dụng liên tiếp trong tất cả các cell lớn. Trong giai đoạn thứ hai, một hay cũng có thể vài sóng mang khác được đưa vào sử dụng để cải thiện. Ban đầu. chỉ dùng ở những cell nhỏ nằm trong vùng có mật độ thuê bao cao, sau đó được triển khai liên tiếp trong toàn bộ vùng phủ sóng của hệ thống. Trong giai đoạn thứ ba, tất cả các cell đều là cell nhỏ sử dụng đồng thời hai sóng mang. Nếu cần tăng thêm dung lượng mạng thì phải thêm vào các sóng mang khác. Trong nhiều trường hợp, nhà khai thác bị giới hạn với hai sóng mang. Khi đó, cần tái sử dụng một số sóng mang đã được sử dụng trong một lớp mạng khác. Một vấn đề quan trọng cần xem xét đó là tốc độ di chuyển của MS. Nếu ở những vùng mà MS chỉ có thể di chuyển ở tốc độ thấp thì chỉ cần sử dụng các cell nhỏ với cả hai tần số. Tuy nhiên, khi tốc độ MS tăng cao thì không nên sử dụng lớp cell micro vì khi đó số lần chuyển giao cho một MS không nhỏ, giải pháp là sử dụng một cell macro với một tần số (có thể là tái sử dụng ở một cell khác) bao trùm lên tất cả các cell nhỏ mà MS ở trong đó. 4.5.1 Các vấn đề liên quan đến hoạt động của mạng. 4.5.1.1 Nhiễu. Trong hệ thống WCDMA không thể xem xét riêng rẽ từng phần của mạng, mọi thay đổi ở một phần đều kéo theo sự thay đổi của toàn bộ hệ thống. Đối với các hệ thống GSM, một vùng bị nghẽn chỉ khi toàn bộ các kênh (các khe thời gian và tần số) bị chiếm dụng, nhưng trong mạng WCDMA mạng bị nghẽn khi QoS giảm xuống dưới mức cho phép và phụ thuộc vào mức nhiễu trong hệ thống. Trong hệ thống WCDMA, nhiễu có thể xuất hiện ở cả đường lên và đường xuống. Nhiễu đường lên phụ thuộc vào vị trí của MS trong hệ thống, nhiễu này nhiều nhưng công suất nhỏ. Nhiễu đường xuống gây ra bởi BS và thường rất cao ngay cả khi tải hệ thống thấp vì BS luôn luôn phải phát đi các kênh chung đường xuống. Ở đường xuống, tổng công suất được chia sẻ cho nhiều người sử dụng. Trong khi đó ở đường lên luôn tồn tại mức nhiễu tối đa cho phép ở đầu vào máy thu trạm gốc. Mỗi người sử dụng đều gây ra nhiễu đồng kênh và không có sự chia sẻ giữa các người trong cùng một cell. Nếu hiệu năng của một vài kết nối có thể cải thiện thì các mức công suất yêu cầu ở cả đường lên và đường xuống đều giảm ngay lập tức. 4.5.1.2 Điều chỉnh công suất kênh hoa tiêu. Kênh hoa tiêu đường xuống là một kênh quan trọng. Vùng phủ sóng của một BS là vùng mà công suất kênh hoa tiêu của BS đó là lớn nhất so với các BS khác. Công suất kênh hoa tiêu đủ lớn để MS có thể thu được đồng thời ấn định vùng phủ của cell, nhưng không được quá lớn gây nhiễu đến các cell khác trong hệ thống. Bên cạnh đó, khi công suất kết nối được ấn định tương ứng với công suất hao tiêu, nếu công suất hoa tiêu nhỏ sẽ làm giảm công suất kết nối gây ảnh hưởng cả đến chất lượng dịch vụ cũng như dung lượng của mạng. Mặt khác, công suất hoa tiêu phải được ấn định sao cho vùng chuyển giao rõ ràng, tránh trường hợp MS thu được nhiều kênh hoa tiêu có công suất xấp xỉ nhau gây nên các hoạt động chuyển giao không cần thiết làm giảm hiệu năng của hệ thống. Thông thường, công suất hoa tiêu xấp xỉ 5% tổng công suất trạm gốc và lượng công suất xấp xỉ được ấn định cho các kênh chung khác. Nếu một tần số được sử dụng ở các lớp mạng khác nhau, cell nào có công suất hoa tiêu cao hơn sẽ dễ dàng gây nghẽn các cell gần đó. BS1 BS2 Hình 4.5 Một MS được kết nối tới cell macro BS2 với công suất hoa tiêu thu lớn hơn và gây nhiễu đường lên tại cell micro BS1 . Tầm qua trọng của công suất kênh hoa tiêu đường xuống được thể hiện rất rõ qua ví dụ trong hình 4.5. MS nằm trong vùng chuyển giao và đang kết nối với BS của kênh macro do công suất kênh hoa tiêu cell này lớn hơn. Vì ở biên của cell macro nên công suất phát của MS là cực đại, trong trường hợp này nhiễu tác động lên cell nhỏ kề cận là rất lớn vì MS ở gần BS của cell đó. Do vậy, tái sử dụng tần số trong các lớp cell khác nhau đòi hỏi phải có các tính toán và đo đạc kỹ lưỡng. 4.5.2 Một số cấu hình mạng. f2 f1,f2 f1,f2 f1,f2 f1,f2 Các ô macro liên tiếp sử dụng tần số f2 Các ô macro liên tiếp sử dụng tần số f1 Tái sử dụng tần số micro trong lớp macro Các ô macro liên tiếp sử dụng tần số f1 và f2 Các ô micro liên tiếp sử dụng tần số f1 f1,f2 f1 f1 f1 f1 f2 f1 f1 f1 f1 Các ô macro liên tiếp sử dụng tần số f2 Các ô micro liên tiếp sử dụng tần số f1 và f2 Mô hình tham chiếu Tái sử dụng tần số macro trong lớp micro f2 f1 f1,f2 f1,f2 f1 Các ô macro liên tiếp sử dụng tần số f2 Các ô micro nhất định được chọn để tái sử dụng tần số f2 Tái sử dụng tần số macro trong một số ô micro nhất định Trong các trường hợp, cell macro hoạt động như những chiếc ô che phủ toàn bộ các cell micro. Trường hợp này thích hợp với điều kiện MS di chuyển với tốc độ cao do tối thiểu hóa được số lần chuyển giao. Ngoài ra, cell macro còn có khả năng lấp các vùng trống giữa các cell micro cũng như phục vụ những người sử dụng bị rớt cuộc gọi vì lý do tải. Các dữ liệu về mô hình truyền dẫn để tính toán các bảng tổn hao giữa các cell macro và micro. Ban đầu, tất cả các người sử dụng đều được phục vụ với tần số f1 của cell micro. Nếu không kết nối được hệ thống sẽ tự động chuyển giao sang tần số f2, nếu tỉ số E0/L0 thỏa mãn. Coi rằng số mã định kênh là không giới hạn tức là không có nghẽn cứng xảy ra. Trước khi cho phép chuyển giao liên tần số, các mạng cell macro và micro hoạt động độc lập với nhau. Đặc điểm then chốt của mạng hai lớp là trong tất cả các trường hợp, các cell micro bị giới hạn ở đường xuống do công suất cực đại cho phép của BS trong khi hiệu năng hệ thống đối với các cell macro lại bị giới hạn bởi tải đường lên. 4.6 Tối ưu hóa tài nguyên trong hệ thống sử dụng cấu trúc cell phân cấp. 4.6.1 Quy trình tổng quan. Dữ liệu về mật độ lưu lượng Dữ liệu về vùng phủ vô tuyến Định cỡ tối ưu cho lớp 1 Kiểm tra dung lượng hệ thống Định cỡ tối ưu cho lớp 2 Chiến lược tối ưu tải Tiêu chuẩn: tùy loại dịch vụ Quy hoạch lại vung phủ Kết thúc Đạt yêu cầu Không đạt yêu cầu Hình 4.6 Tiến trình chọn lọc chung trong hệ thống cell phân cấp. Phân cấp cell thực chất là một giải pháp tối ưu nhằm sử dụng tối đa hiệu quả tài nguyên ban đầu của mạng. Hình 4.6 minh họa tiến trình xử lý cấu trúc phân cấp của UMTS. Ban đầu, dựa trên loại hình dịch vụ, tải lưu lượng được phân tách độc lập vào từng lớp cell. Sau đó, quá trình định cỡ tối ưu được tiến hành riêng rẽ cho từng lớp cell riêng biệt. Phần tải vượt quá ngưỡng ở một cell nhất định sẽ được phân bổ sang một lớp cell khác. Nếu dung lượng hệ thống không thể đáp ứng được thì vùng phủ lớp cell thứ nhất bắt buộc phải giảm và tiến hành bước lặp tính toán lại từ đầu với kích thước cell mới. 4.6.2 Quy trình áp dụng đối với một lớp cell. Mô hình tải lưu lượng Yêu cầu tài nguyên cho mỗi BS Mã, khe thời gian, tần số,… Cho từng mô hình tải lưu lượng Công cụ phân bố tài nguyên vô tuyến Công cụ xử lý điều khiển công suất Tính toán dung lượng phục vụ và lưu lượng quá tải Dung lượng giao diện không gian Dựa trên lưu lượng dịch vụ hỗn hợp Cho từng mô hình tải lưu lượng Hình 4.7 Quy trình định cỡ tối ưu tài nguyên vô tuyến đối với một lớp cell. Hình 4.7 Mô tả tiến trình định cỡ tối ưu với một lớp cell riêng rẽ. Mô-đun "Thiết lập mô hình tải lưu lượng" sẽ xác định sự phân bố tải lưu lượng cho các cell trong lớp.Bước tiếp theo là xác định tài nguyên cho mỗi BS tuỳ theo loại giao diện không gian tương ứng (như các khe thời gian, các sóng mang, mã,...) với mô-đun "phân bố tài nguyên". Tiếp theo đó, mô-đun "Xử lý điều khiển công suất" được sử dụng để xác định các giới hạn dung lượng do các đặc điểm điều khiển công suất của CDMA dựa trên các giao diện không gian. Bước cuối cùng là tính toán lưu lượng được đáp ứng và phần lưu lượng quá tải để chuyển sang lớp cell khác. 4.7 Kết luận chương. Từ sơ đồ phân cấp cell ta có thể thấy rằng để cải thiện hiệu năng của hệ thống cần phải: Tránh không cho nhiễu vượt quá mức cho phép trên cả đường lên và đường xuống. Hạn chế vùng chuyển giao mềm để có thể tái sử dụng tần số hiệu quả hơn. Tính toán chính xác việc tái sử dụng tần số ở những cell không có hiệu quả làm tăng nhiễu trong mạng. Trong các sơ đồ phân cấp trên thì "tái sử dụng tần số của lớp macro trong các cell micro" là mô hình đạt hệ số tải cao và đủ xa cell macro, là giải pháp hợp lý nhất để cải thiện dung lượng mạng. Phương pháp này giúp giữ nhiễu ở mức hợp lý nhất và cân bằng tải giữa các sóng mang. Tuy nhiên, trên đây mới chỉ là các tính toán tĩnh và đơn giản. Trên thực tế còn một số vấn đề nảy sinh, ví dụ một MS di chuyển với tốc độ cao từ các cell macro vào sâu trong cell micro mà chưa kịp chuyển giao. Do đó, trong giai đoạn thử nghiệm. lặp đặt cần có những đo đạc thực tế để có những giải pháp hợp lý hơn sao cho các lớp cell với các loại lưu lượng khác nhau hoạt động ổn định, các vùng chuyển giao và số lần chuyển giao giữa các cell hạn chế đảm bảo hiệu năng mạng là cao nhất. CHƯƠNG 5. CÁC GIẢI PHÁP ANTEN –— 5.1 Mở đầu chương. Đồng triển khai các hệ thống khác nhau sẽ xảy ra can nhiễu tới nhau. Một trong các giải pháp cơ bản và rất quan trọng để tránh nhiễu tương tác là giải pháp anten. Các giải pháp về anten không phải lúc nào cũng góp phần làm mở rộng vùng phủ của site, mà ưu điểm chính là giảm thiểu nhiễu tương tác làm ảnh hưởng đến hiệu năng của mạng. Do đó, trong quá trình sử dụng các giải pháp anten luôn luôn cần được kiểm tra theo những yêu cầu quy hoạch mạng và ngược lại. Chương này trình bày một số vấn đề về: Các yêu cầu về tần số vô tuyến. Các giải pháp anten. Kỹ thuật chia sẻ phi-đơ. 5.2 Các yêu cầu về tần số vô tuyến. Các BS nằm cùng vị trí rất có thể gây can nhiễu tương tác làm giảm thiểu năng hệ thống tích hợp. Để giảm thiểu ảnh hưởng này cần phải có các tiêu chuẩn quy định về độ cách ly giữa các hệ thống. 5.2.1 Phát xạ tạp âm và phát xạ giả. Loại nhiễu này chủ yếu gây ảnh hưởng đến các site GSM1800 - UMTS đặt cùng vị trí. Yếu tố giới hạn cách ly chính là tạp âm nền của GSM1800, tương ứng là các phát xạ giả của GSM BTS trong dải tần thu của UMTS. Nguyên nhân của loại nhiễu này là do tại thời điểm phát triển GSM1800 chưa tính đến yêu cầu về tần số cho hệ thống UMTS trong tương lai. Chính vì vậy khi được triển khai, UMTS hoạt động trên dải tần kế cận và khả năng gây nhiễu tương tác là rất lớn do sự không lý tưởng của bộ lọc thu - phát. Theo khuyến nghị GSM 05.05 (EN 300 910) của ETSI, nhiễu phát xạ trong dải tần thu 3MHz của UMTS phải thấp hơn 30dBm tại kết nối anten và giữa các băng tần GSM là –98dB. Khi đó, can nhiễu cực đại ở dải tần 3,84MHz của UMTS có thể đạt tới –29dB, cao hơn rất nhiều mức nhiễu có thể chấp nhận được tại một node B của UMTS. Dưới đây là một số giải pháp của Alcatel với các thiết bị Alcatel EVOLIUMTM GSM1800 và giải pháp theo khuyến nghị GSM 05.05 của ETSI. EvoliumTM BTS1800 TRE Bức xạ giả phía phát Tx Spurious: <27 dB ANCUMTS Suy hao: 40dB UMTS node B TRE - Level ANC Kết nối anten Mức nhiễu giới hạn < –114dB ETSI: < –29dBm Alcatel: < –67dBm Hệ thống anten Hình 5.1 Các điều kiện đối với tạp âm và bức xạ giả trong GSM1800 > UMTS. Các tính toán trong bảng 5.1 cho thấy độ phân cách 30dB tiêu chuẩn không đủ để sử dụng chung vị trí các site GSM1800 và UMTS. Cần phải thực hiện các tính toán khác hợp lý hơn. Loại thiết bị Các khuyến nghị của ESTI (GSM 05.05) Acatel EVOLIUMTM GSM1800 BTS Bức xạ giả (Tại AC của BTS và node B) –29dBm Bức xạ giả phát: –27dBm. Suy hao ANC, UMTS: –40dB – 27dBm – 40dB = –67dBm Mức nhiễu giới hạn Tạp âm máy thu UMTS khi không có ảnh hưởng từ GSM1800: Tạp âm nhiệt (–108dBm) + Tạp âm máy thu (4dB) = –104dBm (Pn[dBm] = –174dBm + Nhiễu hệ thống [dB] + 10lg(BW[Hz])) Suy giảm độ nhạy máy thu 0,4dB là chấp nhận được (mức 10dB dưới tạp âm nền) –104dBm –10dBm = –114dBm Độ phân cách anten yêu cầu –114dBm – (–29dBm) = –85dB –114dBm – (–67dBm) = –47dB Bảng 5.1 Độ cách ly yêu cầu đối với tạp âm và bức xạ giả. Đối với các hệ thống tính hợp GSM900 - GSM1800 hay GSM900 - UMTS thì độ cách ly của anten 30dB là đủ đảm bảo điều kiện tạp âm và phát xạ giả. ANC của EVOLIUMTM GSM900 BTS với độ suy hao 65dB trong giải tần 2GHz có thể đáp ứng được yêu cầu co-site. Các giải pháp khác của ETSI cũng có thể được sử dụng nếu thoả mãn các yêu cầu trên bảng 5.1. Ngoài ra, khi triển khai đồng vị trí các BTS của GSM900 và GSM1800 cần đảm bảo khuyến nghị GSM 05.05 (mức phát xạ giả = –95dBm). 5.2.2 Nghẽn máy thu. Đối với cơ chế nhiễu này, đặc tính nghẽn ngoài băng của máy thu đo tại kết nối anten giữa BTS và node B đóng vai trò rất quan trọng. Các mức nghẽn cực đại của các máy phát được chỉ ra trong bảng 5.2. GSM900 (RX) GSM1800 (RX) UMTS (RX) Khuyến nghị GSM 05.05 Alcatel GSM 05.05 Alcatel 3G TS 25.104 Alcatel GSM900 (TX) 0dBm 55dBm –15dBm 50dBm GSM1800 (TX) 8dBm 37dBm –15dBm 50dBm UMTS (TX) 8dBm 37dBm 0dBm 35dBm Bảng 5.2 Các giới hạn nghẽn. 5.2.2.1 Nghẽn máy thu giữa GSM900 và GSM1800. Nghẽn máy thu GSM900 BTS Máy phát GSM1800 BTS Tổn hao phi-đơ Anten GSM900 Anten GSM1800 Phân cách Hình 5.2 Nghẽn GSM1800 tới GSM900. Trường hợp xấu nhất xảy ra khi máy phát GSM1800 làm nghẽn máy thu GSM900 do mức giới hạn nghẽn 37dBm. Quỹ đường truyền cho trường hợp trên được trình bày trong bảng 5.3. Quỹ đường truyền Giá trị Công suất đầu ra máy phát GSM1800 sau diplexer (Công suất cao, cấu hình tổn hao thấp) 46,7 dBm Tổn hao kết nối và phi-đơ GSM1800 –3,0 dB Độ cách ly anten giả thiết 30 dB Tổn hao kết nối và phi-đơ GSM900 –2,0 dB Công suất thu GSM900 11,7 dBm Khuyến nghị của ETSI Alcatel Giới hạn nghẽn GSM900 8 dBm 37 dBm Giới hạn nghẽn được thỏa mãn không ? Không Có Bảng 5.3 Quỹ đường truyền trong trường hợp GSM900 - GSM1800. 5.2.2.2 Nghẽn máy thu giữa GSM900 và UMTS Nghẽn máy thu GSM900 BTS Máy phát UMTS Node B Tổn hao phi-đơ Anten GSM900 Anten UMTS Phân cách Hình 5.3 Nghẽn UMTS tới GSM900. Trường hợp xấu nhất xảy ra khi node B của UMTS gây nghẽn máy thu GSM900 do mức giới hạn nghẽn 37dBm. Quỹ đường truyền cho trường hợp trên được trình bày trong bảng 5.4. Quỹ đường truyền Giá trị Công suất đầu ra node B của UMTS 43dBm Tổn hao kết nối và phi-đơ UMTS –3,0dB Độ cách ly anten giả thiết –30dB Tổn hao kết nối và phi-đơ GSM900 –2,0dB Công suất thu tại máy thu GSM900 8,0dBm Khuyến nghị của ETSI Alcatel Giới hạn nghẽn GSM900 8dBm 37dBm Giới hạn nghẽn có thỏa mãn không ? Có Có Bảng 5.4 Quỹ đường truyền trong trường hợp GSM900 - UMTS 5.2.2.3 Nghẽn máy thu giữa GSM1800 và UMTS. Nghẽn máy thu GSM1800 BTS Máy phát UMTS Node B Tổn hao phi-đơ Anten GSM1800 Anten UMTS Phân cách Hình 5.4 Nghẽn UMTS tới GSM1800. Trường hợp xấu nhất xảy ra khi máy phát UMT

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docGiải pháp nâng cấp mạng thông tin di động GSM theo công nghệ WCDMA.doc