quy hoạch mạng vô tuyến wcdma

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG
CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA VIỄN THÔNG II
_____________

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
NIÊN KHÓA: 2008-2013

Đề tài:
QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA

Mã số đề tài: 12 408160140



Sinh viên thực hiện: NGUYỄN QUYẾT TIẾN
MSSV: 408160140
Lớp: Đ08VTA1
Giáo viên hƣớng dẫn: LÊ CHU KHẨN

TP.HCM – 2012

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG
CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA VIỄN THÔNG II
_____________

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
NIÊN KHÓA: 2008-2013

Đề tài:
QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA

Mã số đề tài: 12 408160140


NỘI DUNG:
- CHƢƠNG 1: Tổng quan về cấu trúc mạng vô tuyến WCDMA
- CHƢƠNG 2: Quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA
- CHƢƠNG 3: Chƣơng trình mô phỏng tính toán





Sinh viên thực hiện: NGUYỄN QUYẾT TIẾN

MSSV: 408160140
Lớp: Đ08VTA3
Giáo viên hƣớng dẫn: LÊ CHU KHẨN


MỤC LỤC
MỤC LỤC
MỤC LỤC HÌNH
MỤC LỤC BẢNG
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA 3
1.1 Tổng quan về mạng thông tin di động 3G WCDMA: 3
1.2 Cấu trúc mạng WCDMA: 6
1.3 Nguyên lý trải phổ trong hệ thống WCDMA: 8
1.4 Các loại mã đƣợc dùng trong hệ thống WCDMA: 10
1.5 Các loại kênh trong UTRAN: 11
1.5.1 Các kênh logic: 11
1.5.2 Các kênh vật lý: 12
1.5.3 Các kênh truyền tải: 13
1.5.3.1 Kênh truyền tải riêng: 13
1.5.3.2 Các kênh truyền tải chung: 13
1.6 Điều khiển công suất: 13
1.7 Chuyển giao trong hệ thống WCDMA: 14
CHƢƠNG 2: QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA 16
2.1 Giới thiệu chung về quy hoạch mạng: 16
2.2 Một số đặc điểm cần lƣu ý trong quy hoạch mạng: 17
2.2.1 Dự báo: 17
2.2.1.1 Dự báo nhu cầu dịch vụ/thuê bao: 17
2.2.1.2 Dự báo lƣu lƣợng: 17
2.2.1.3 Dự phòng cho tƣơng lai: 18

2.3 Các hoạt động cụ thể của định cỡ mạng WCDMA bao gồm: 18
2.3.1 Phân tích vùng phủ: 18
2.3.1.1 Tính toán quỹ đƣờng truyền vô tuyến: 18
2.3.1.2 Xác định kích thƣớc ô: 24
2.3.1.3 Tính bán kính, diện tích phủ sóng và quy hoạch vị trí các cell: 29
2.4 Phân tích dung lƣợng: 31
2.4.1 Tính toán hệ số tải : 32
2.4.1.1 Hệ số tải đƣờng lên: 32
2.4.1.2 Hệ số tải đƣờng xuống: 34
2.4.2 Mô hình tính toán dung lƣợng Erlang B: 35
2.5 Định cỡ RNC: 38
2.6 Truyền dẫn cho Node B: 39
2.7 Tối ƣu mạng: 39
CHƢƠNG 3: CHƢƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG TÍNH TOÁN QUY HOẠCH MẠNG
3G CHO KHU VỰC TPHCM 41
3.1 Đặc điểm chung về Thành Phố Hồ Chí Minh: 41
3.2 Thiết kế vào tối ƣu mạng: 43
3.2.1 Các thông số khi tính toán thiết kế hệ thống WCDMA: 43
3.3 Tính toán quy hoạch mạng cho khu vực nội thành TP Hồ Chí Minh: 44
3.3.1 Tính số Node B để có thể phủ sóng đƣợc toàn bộ khu vực: 44
3.3.2 Tính suy hao đƣờng truyền cho phép: 45
3.3.3 Tính số Node B dựa theo bán kính phục vụ và diện tích vùng cần phủ sóng46
3.3.3.1 Tính số lƣợng cell theo yêu cầu vùng phủ sóng: 47
3.3.3.2 Tính số lƣợng cell theo yêu cầu về dung lƣợng: 47
3.4 Chƣơng trình mô phỏng tính toán: 49
KẾT LUẬN 55
PHỤ LỤC
CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT
TÀI LIỆU THAM KHẢO

MỤC LỤC HÌNH
Hình 1.1: Các phƣơng thức đa truy nhập 3
Hình 1.2: Các phổ tần dùng cho hệ thống UMTS 4
Hình 1.3: Vùng phủ sóng của UMTS 6
Hình 1.4: Cấu trúc tổng quan hệ thống UMTS 6
Hình 1.5: Kiến trúc mạng 3G trong 3GPP 7
Hình 1.6: Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) 9
Hình 1.7: Quá trình trải phổ trong WCDMA 10
Hình 1.8: Sơ đồ cây mã OVSF 10
Hình 1.9: Các loại kênh trong UTRAN. 11
Hình 1.10: Các kênh vật lý đƣờng lên 12
Hình 1.11: Các kênh vật lý đƣờng xuống 13
Hình 2.1: Mô hình CCQ 16
Hình 2.2: Suy hao đƣờng truyền theo bán kính với mô hình Hata 26
Hình 2.3: Các tham số trong mô hình Walfisch-Ikegami. 27
Hình 3.1: Bản đồ Thành Phố Hồ Chí Minh 42
Hình 3.2: Mô hình truyền sóng Walfisch-Ikegami 46
Hình 3.3: Giao diện chính của chƣơng trình mô phỏng 50
Hình 3.4: Các button trong chƣơng trình mô phỏng 50
Hình 3.5: Suy hao đƣờng truyền tại tốc độ 12.2 kbps 51
Hình 3.6: Mô hình truyền Hata- Okumura cho thành phố lớn 52

Hình 3.7: Mô hình truyền Walfishch-Ilegami cho thành phố lớn 53
Hình 3.8: Tính toán số node B tại khu vực 13 quận nội thành TPHCM 54
Hình 3.9: Tính toán số node B cần thiết theo yêu cầu dung lƣợng. 54


MỤC LỤC BẢNG
Bảng 1.1: Mục đích của channelization code và scrambling code 11
Bảng 2.1: Công suất phát của các loại UE 19
Bảng 2.2: Giả định quỹ đƣờng truyền của máy di động 21
Bảng 2.3: Giả định về quỹ đƣờng truyền của trạm gốc 21
Bảng 2.4: Quỹ đƣờng truyền tham khảo cho dịch vụ thoại 12.2 kbps đa tốc độ 22
Bảng 2.5: Quỹ đƣờng truyền của các dịch vụ thời gian thực tốc độ 144 kbps 23
Bảng 2.6: Quỹ đƣờng truyền của dịch vụ dữ liệu phi thời gian thực 384 kbps 24
Bảng 2.7: Giá trị K theo cấu hình site. 30
Bảng 2.8: Mối quan hệ giữa dự trữ nhiễu đƣợc yêu cầu ứng với tải đƣờng lên. 32
Bảng 2.9: Các thông số sử dụng trong tính toán hệ số tải đƣờng lên 34
Bảng 2.10: Các thông số sử dụng trong việc tính toán hệ số tải đƣờng xuống 35
Bảng 2.11: Dung lƣợng của 1 RNC 38
Bảng 3.1: Thống kê về diện tích, dân số và mật độ dân số có của 13 quận nội thành
TPHCM 43
Bảng 3.2: Suy hao đƣờng truyền cho phép của dịch vụ thoại 12,2 kbps 45
Hình 3.2: Mô hình truyền sóng Walfisch-Ikegami. 46
Bảng 3.3: Ƣớc tính số thuê bao trong khu vực 13 quận nội thành TPHCM 48
Bảng 3.4: Số lƣợng cell tính theo yêu cầu về dung lƣợng. 49

SVTH: NGUYỄN QUYẾT TIẾN LỚP: Đ08VTA3 Trang 1

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát
triển nhanh nhất và phục vụ con ngƣời hữu hiệu nhất. Để đáp ứng nhu cầu về chất
lƣợng và dịch vụ ngày càng nâng cao, thông tin di động càng không ngừng đƣợc cải
tiến.
Cùng hòa chung với sự tăng trƣởng mạnh không ngừng của phát triển kinh tế xã
hội Việt Nam nói chung và thị trƣờng viễn thông nói riêng, trong những năm qua nƣớc
ta đã có nhiều bƣớc phát triển vƣợt bậc trong lĩnh vực viễn thông trở thành một trong
những ngành kinh tế kỹ thuật mũi nhọn, đóng góp mạnh mẽ vào sự phát triển kinh tế
xã hội nói chung của đất nƣớc.
Bằng việc hàng loạt các nhà mạng đã tham gia vào cuộc chạy đua nhằm cung cấp
cho khách hàng các tiện ích di động hiện đại nhất với chất lƣợng dịch vụ cao nhất. Thị
trƣờng di động 3G hiện đang bƣớc vào giai đoạn cạnh tranh căng thẳng nhất, tính đến
thời điểm hiện tại đã có 3 nhà mạng chính thức cung cấp các tiện ích 3G cho khách
hàng là Vinaphone, Mobifone, Viettel, ngoài ra một số nhà mạng khác. Với xu thế
chung phát triển thuê bao di động tại Việt Nam và nhu cầu tăng cao về các dịch vụ số
liệu tốc độ cao nhƣ: video call, hội nghị truyền hình, tin nhắn đa phƣơng tiện của
khách hàng trong thời gian tới, mạng vô tuyến trên toàn quốc nói chung và khu vực cụ
thể nói riêng cần phải gấp rút thực hiện nâng cấp và xây dựng hạ tầng mạng. Trong
quá trình phát triển mạng các nhà mạng luôn quan tâm hàng đầu đến vấn đề quy hoạch
mạng 3G và coi đây là yếu tố tiên quyết đến chi phí xây dựng mạng, chất lƣợng dịch
vụ …
Trong bài báo cáo đồ án tốt nghiệp này, em đã chọn đề tài “Quy hoạch mạng vô

tuyến WCDMA”. Đề tài chủ yếu phân tích các vấn đề về vùng phủ, dung lƣợng, các
yếu tố liên quan đồng thời đƣa ra các vấn đề để tối ƣu một cách hiệu quả nhất trong
việc quy hoạch một mạng WCDMA hiện nay. Đồng thời đồ án cũng minh họa, mô
phỏng một bài toán quy hoạch đơn giản mạng vô tuyến WCDMA cho khu vực nội
thành 13 quận nội thành của TP Hồ Chí Minh. Tuy nhiên phần mô phỏng này chỉ
mang tính chất minh họa, demo, tham khảo dựa trên các phép phân tích về vùng phủ
và dung lƣợng đƣợc thể hiện bằng các biểu thức toán học. Do thực tế, các nhà mạng
hiện nay của Việt Nam đều sử dụng các tools, các phần mềm của các nhà sản xuất thiết
bị hàng đầu thế giới để làm công cụ quy hoạch mạng thực tế.
Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này, em xin gửi lời cảm ơn đến:
- Thầy Lê Chu Khẩn, cùng với các thầy trong khoa Viễn Thông 2, Học viện
công nghệ Bƣu chính Viễn Thông cơ sở TPHCM đã trực tiếp, hƣớng dẫn, truyền đạt
kiến thức để em hoàn thành Đồ án tốt nghiệp này.
- Em đã nhận đƣợc sự giúp đỡ và động viên của gia đình, thầy cô và bạn bè.
Đây chính là nguồn động viên to lớn thúc đẩy em có gắng hoàn thành tốt đồ án tốt
nghiệp này.
Nội dung Đồ án Tốt nghiệp này gồm 3 chƣơng:
- Chƣơng 1: Tổng quan về cấu trúc mạng vô tuyến WCDMA
Chƣơng này ta sẽ tìm hiểu sơ lƣợc cấu trúc mạng WCDMA, các giải pháp kỹ
thuật trong mạng WCDMA, phƣơng pháp trải phổ DSSS, các mã sử dụng trong
SVTH: NGUYỄN QUYẾT TIẾN LỚP: Đ08VTA3 Trang 2

UMTS, giao diện vô tuyến và các loại kênh trong WCDMA, điều khiển công suất và
chuyển giao trong hệ thống WCDMA.
- Chƣơng 2: Quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA
Chƣơng này khái quát tổng quan và nêu lên các vấn đề về việc quy hoạch mạng
vô tuyến, phân tích đƣợc quỹ đƣờng truyền, mô hình truyền sóng, tính toán bán kính
cell và diện tích cell, xác định dung lƣợng cell để từ đó áp dụng tính toán quy hoạch.
- Chƣơng 3: Chƣơng trình mô phỏng tính toán quy hoạch mạng 3G cho khu vực
TPHCM

Chƣơng này khảo sát cụ thể yêu cầu thực tế qua tình hình kinh tế, xã hội, tình
hình phát triển mạng viễn thông tại khu vực 13 quận nội thành TP Hồ Chí Minh. Trên
cơ sở đó, dự báo và tính toán nhu cầu dung lƣợng, vùng phủ để xây dựng thiết kế chi
tiết mạng truy nhập vô tuyến WCDMA tại khu vực 13 quận nội thành. Từ đó sử dụng
phần mềm mô phỏng, tính toán số lƣợng node B cho khu vực 13 quận này.
Trong quá trình làm đồ án này, em đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức và thời
gian hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, sai lầm. Em rất mong nhận
đƣợc sự phê bình, hƣớng dẫn và sự giúp đỡ của Thầy cô, bạn bè.
TP Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng 12 năm 2012
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Quyết Tiến

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA
SVTH: NGUYỄN QUYẾT TIẾN LỚP: Đ08VTA3 Trang 3


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN
WCDMA
1.1 Tổng quan về mạng thông tin di động 3G WCDMA:
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, để đáp ứng nhu cầu
ngày càng cao về các dịch vụ của hệ thống thông tin di động, nhất là các dịch vụ
truyền số liệu đòi hỏi các nhà khai thác phải đƣa ra hệ thống thông tin di động mới.
Trƣớc bối cảnh đó hiệp hội viễn thông quốc tế ITU đã đƣa ra đề án tiêu chuẩn hoá để
xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ ba với tên gọi là IMT- 2000 Đồng thời các
cơ quan về tiêu chuẩn hoá xúc tiến việc xây dựng một tiêu chuẩn hoá áp dụng cho
IMT- 2000 thông qua dự án 3GPP (Third Generation Partnership Project). Hệ thống
thông tin di động thế hệ ba đƣợc ra đời từ dự án 3GPP đƣợc gọi là hệ thống thông tin
di động WCDMA/UMTS.
Nền tảng công nghệ chính của WCDMA là công nghệ đa truy nhập phân chia

theo mã (CDMA). Trong lịch sử thông tin di đông đã tồn tại các phƣơng thức đa truy
nhập khác nhau là: FDMA đa truy nhập phân chia theo tần số; TDMA đa truy nhập
phân chia theo thời gian; CDMA đa truy nhập phân chia theo mã.
Sự khác nhau của 3 phƣơng thức truy nhập đƣợc chỉ ra trong hình 1.1.

Hình 1.1: Các phương thức đa truy nhập
WCDMA là một công nghệ truy nhập vô tuyến đƣợc phát triển mạnh ở Châu Âu.
Hệ thống này hoạt động ở chế độ FDD & TDD và dựa trên kỹ thuật trải phổ chuỗi trực
tiếp (DSSS- Direct Sequence Spectrum) sử dụng tốc độ chip 3,84 Mcps bên trong
băng tần 5 MHz. WCDMA hỗ trợ trọn vẹn cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển
mạch gói tốc độ cao và đảm bảo sự hoạt động đồng thời các dịch vụ hỗn hợp với chế
độ gói hoạt động ở mức hiệu quả cao nhất. Kỹ thuật WCDMA cho phép cùng một lúc
nhiều thuê bao sử dụng chung phổ tần, khi đó tín hiệu mỗi thuê bao truyền đi đƣợc
phân tách với nhau bằng các mã trực giao với nhau.
Một số yêu cầu của hệ thống 3G nhƣ sau:
- Tốc độ dữ liệu (Bit rate) lên đến 2 Mbps.
- Bit rate cho từng loại dịch vụ, các thuê bao (user) có thể thay đổi tuỳ theo yêu
cầu về băng thông (bandwidth on demand).
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA
SVTH: NGUYỄN QUYẾT TIẾN LỚP: Đ08VTA3 Trang 4

- Có thể cung cấp nhiều dịch vụ với các yêu cầu chất lƣợng khác nhau (nhƣ thoại,
video và packet data) trên một kết nối.
- Các yêu cầu về FER là 10% và BER là 10
-6
.
- Đáp ứng các yêu cầu về thời gian trễ phù hợp với từng loại lƣu lƣợng
(conversational, streaming, interactive and background).
- Cùng tồn với các hệ thống 2G và có thể chuyển giao giữa 2G và 3G.
- Hỗ trợ lƣu lƣợng không đối xứng giữa uplink và downlink do nhu cầu thực tế

của ngƣời sử dụng.
- Nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần số (High spectrum efficiency). UMTS có
khả năng làm việc ở cả hai chế độ FDD và TDD cho phép sử dụng hiệu quả phổ tần
đƣợc cấp phát ở các vùng khác nhau.
- FDD (Frequency Division Duplex): là phƣơng pháp ghép song công trong đó
truyền dẫn đƣờng lên và đƣờng xuống sử dụng hai tần số riêng biệt. Do đó hệ thống
đƣợc phân bố một cặp băng tần riêng biệt.
- TDD (Time Division Duplex): là phƣơng pháp ghép song công trong đó đƣờng
lên và đƣờng xuống đƣợc thực hiện trên cùng một tần số bằng cách sử dụng những khe
thời gian luân phiên và đƣợc chia thành hai phần: phần phát và phần thu. TDD sử dụng
chủ yếu cho các micro cell và picro cell.
Hội nghị vô tuyến thế giới năm 1992 đã đƣa ra các phổ tần số dùng cho hệ thống
UMTS:
 1920 ÷ 1980 MHz và 2110 ÷ 2170 MHz dành cho các ứng dụng FDD
(Frequency Division Duplex: Ghép kênh theo tần số) đƣờng lên và đƣờng
xuống, khoảng cách kênh là 5MHz.
 1900 ÷ 1920 MHz và 2010 ÷ 2025 MHz dành cho các ứng dụng TDD (Time
Division Duplex: Ghép kênh theo tần số), khoảng cách kênh là 5MHZ.
 1980 ÷ 2010 MHz và 2170 ÷ 2200 MHz: Đƣờng xuống và đƣờng lên vệ
tinh.

Hình 1.2: Các phổ tần dùng cho hệ thống UMTS

15
85
1900
1920
1980
2010
2025

2170
2200
2110
MHz
20
60
30
30
60
UMTS TDD
UMTS FDD
UMTS
Satellite
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA
SVTH: NGUYỄN QUYẾT TIẾN LỚP: Đ08VTA3 Trang 5

FDD: Frequency Division Duplex
TDD: Time Division Duplex
MSS: Mobile Satellite System
Một ƣu điểm của UMTS là cung cấp nhiều các loại dịch vụ khác nhau tùy theo
nhu cầu của ngƣời sử dụng. UMTS sử dụng 2 loại chuyển mạch là chuyển mạch kênh
CS (Circuit Switched) dành cho dịch vụ thoại, data tốc độ thấp và chuyển mạch gói PS
(Packet Switched) dành cho các dịch vụ data tốc độ cao nhƣ 128 kbps, 384 kbps. Tùy
từng loại dịch vụ mà yêu cầu các tham số QoS (Quality of Service: chất lƣợng dịch vụ)
khác nhau cho độ trễ truyền dẫn tối đa, độ trễ truyền biến thiên và tỉ lệ lỗi bit (BER).
Các loại lƣu lƣợng và dịch vụ đƣợc mạng 3G WCDMA hỗ trợ:
WCDMA UMTS cung cấp các loại dịch vụ xa (teleservices) nhƣ dịch vụ điện
thoại hoặc bản tin ngắn (SMS) và các loại dịch vụ mạng (bearer service: Một dịch vụ
viễn thông cung cấp khả năng truyền tín hiệu giữa hai giao diện ngƣời sử dụng -
mạng). Vì thế, nói chung mạng 3G hỗ trợ các dịch vụ truyền thông đa phƣơng tiện. Do

đó với mỗi kiểu lƣu lƣợng cần đảm bảo một mức QoS nhất định tùy theo ứng dụng của
dịch vụ. QoS ở hệ thống WCDMA UMTS đƣợc phân loại nhƣ sau:
- Loại hội thoại (Conversational): dịch vụ thoại AMR 12,2 kbps, video phone
Dịch vụ thoại yêu cầu thời gian thực, độ trễ đầu cuối – đầu cuối phải nhỏ hơn 300 -
400 ms. Lƣu lƣợng là đối xứng, bộ codec thoại AMR cho phép tốc độ bit biến thiên từ
4.75 - 12,2 kbps, tuỳ theo lƣu lƣợng mạng là nhiều hay ít mà ta cho tốc độ phù hợp.
- Loại luồng (Streaming): đa phƣơng tiện, video theo yêu cầu… Loại này có thể
đảm bảo tốc độ bit ổn định cho dịch vụ. Có thể nói dịch vụ loại này yêu cầu QoS
tƣơng đối cao vì cần một luồng dữ liệu ổn định và liên tục. Dịch vụ loại này lƣu lƣợng
bất đối xứng và có thể chịu đƣợc trễ cao hơn loại trên.
- Loại tƣơng tác (Interactive): duyệt web, games online Thời gian trễ của dịch
vụ loại này cũng không quá khắt khe, tỉ số bit lỗi BER yêu cầu nhỏ.
- Loại cơ bản (Background): thƣ điện tử, SMS, fax Với loại dịch vụ này thì độ
trễ có thể lên đến vài phút, dữ liệu phải đƣợc nhận sao cho không có lỗi.
Vùng phủ sóng của mạng WCDMA UMTS đƣợc chia thành bốn vùng với các tốc
độ bít R
b
phục vụ nhƣ sau:
- Vùng 1: Vùng trong nhà, ô pico, R
b
≤ 2 Mbps
- Vùng 2: Vùng thành phố, ô micro, R
b
≤ 384 kbps
- Vùng 3: Vùng ngoại ô, ô macro, R
b
≤ 144 kbps
- Vùng 4: Toàn cầu, R
b
= 12,2 kbps

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA
SVTH: NGUYỄN QUYẾT TIẾN LỚP: Đ08VTA3 Trang 6


Hình 1.3: Vùng phủ sóng của UMTS
1.2 Cấu trúc mạng WCDMA:
Cấu trúc mạng viễn thông di động toàn cầu (UMTS) với cơ sở nền tảng là hệ
thống đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng (WCDMA) đƣợc khái quát bởi hình
1.4.
Uu
Iu
UE
UTRAN CN

Hình 1.4: Cấu trúc tổng quan hệ thống UMTS
Hệ thống WCDMA đƣợc xây dựng trên cơ sở mạng GPRS. Về mặt chức năng có
thể chia cấu trúc mạng WCDMA ra làm hai phần: mạng lõi (CN) và mạng truy nhập
vô tuyến (UTRAN), trong đó mạng lõi sử dụng toàn bộ cấu trúc phần cứng của mạng
GPRS còn mạng truy nhập vô tuyến là phần nâng cấp của WCDMA.
Ngoài ra để hoàn thiện hệ thống, trong WCDMA còn có thiết bị ngƣời sử dụng
(UE) thực hiện giao diện ngƣời sử dụng với hệ thống. Từ quan điểm chuẩn hóa, cả UE
và UTRAN đều bao gồm những giao thức mới đƣợc thiết kế dựa trên công nghệ vô
tuyến WCDMA, trái lại mạng lõi đƣợc định nghĩa hoàn toàn dựa trên GSM. Điều này
cho phép hệ thống WCDMA phát triển mang tính toàn cầu trên cơ sở công nghệ GSM.
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA
SVTH: NGUYỄN QUYẾT TIẾN LỚP: Đ08VTA3 Trang 7

Hình 1.5: Kiến trúc mạng 3G trong 3GPP
UE (User Equipment)
Thiết bị ngƣời sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp ngƣời sử dụng với hệ
thống. UE gồm:
- Thiết bị đầu cuối (TE: Terminal Equipment): Trong mạng 3G, thiết bị đầu cuối
không đơn thuần dành cho điện thoại mà còn cung cấp dịch vụ số liệu mới.
- Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment): Là đầu cuối vô tuyến đƣợc sử dụng
cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu.
- Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM): Là một thẻ thông minh chứa thông
tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lƣu giữ các khóa
nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối.
UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network)
Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến
truy nhập vô tuyến. UTRAN gồm hai phần tử :
- Node B: Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện I
ub
và U
u
. Nó
cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến.
- Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC: Có chức năng sở hữu và điều khiển các tài
nguyên vô tuyến ở trong vùng (các node B đƣợc kết nối với nó). RNC còn là điểm truy
cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN.
CN (Core Network)
- HLR (Home Location Register): Là thanh ghi định vị thƣờng trú lƣu giữ thông
tin chính về lý lịch dịch vụ của ngƣời sử dụng. Các thông tin này bao gồm: Thông tin
về các dịch vụ đƣợc phép, các vùng không đƣợc chuyển mạng và các thông tin về dịch
vụ bổ sung nhƣ: trạng thái chuyển hƣớng cuộc gọi; số lần chuyển hƣớng cuộc gọi.

- MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register): Là
tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh
cho UE tại vị trí của nó. MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh.
VLR có chức năng lƣu giữ bản sao về lý lịch ngƣời sử dụng cũng nhƣ vị trí chính xác
của UE trong hệ thống đang phục vụ.
TE
ME
USIM
R
Cu

Node B
RNC
Node B
Node B
RNC
Node B
I
ub
I
ur
MSC/VLR
EIR
HLR/AuC
SGSN
GGSN
GMSC
E
C
D

F
Gf
Gn
Gc
Gr
PSTN
ISDN
Inter
net
Iu
Uu
UE
UTRAN
CN
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA
SVTH: NGUYỄN QUYẾT TIẾN LỚP: Đ08VTA3 Trang 8

- GMSC (Gateway MSC): Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài.
- SGSN (Serving GPRS): Có chức năng nhƣ MSC/VLR nhƣng đƣợc sử dụng cho
các dịch vụ chuyển mạch gói (PS).
- GGSN (Gateway GPRS Support Node): Có chức năng nhƣ GMSC nhƣng chỉ
phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói.
Các mạng ngoài
- Mạng CS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh.
Ví dụ: Mạng ISDN, PSTN.
- Mạng PS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói.
Các giao diện vô tuyến
- Giao diện C
U
: Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện này

tuân theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh.
- Giao diện U
U
: Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệ
thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS.
- Giao diện I
U
: Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các nhà khai
thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau.
- Giao diện I
Ur
: Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất
khác nhau.
- Giao diện I
Ub
: Giao diện cho phép kết nối một node B với một RNC. I
Ub
đƣợc
tiêu chuẩn hóa nhƣ là một giao diện mở hoàn toàn.
1.3 Nguyên lý trải phổ trong hệ thống WCDMA:
Có ba kiểu hệ thống SS cơ bản: chuỗi trực tiếp (DSSS: Direct Sequence
Spreading Spectrum), nhẩy tần (FHSS: Frequency Hopping Spreading Spectrum) và
nhẩy thời gian (THSS: Time Hopping Spreading Spectrum). Cũng có thể nhận đƣợc
các hệ thống lai ghép từ các hệ thống nói trên. Trong hệ thống WCDMA là hệ thống
trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS.
Hệ thống DSSS đạt đƣợc trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu
giả ngẫu nhiên có tốc độ chip (R
c
= 1/T
c

, T
c
là thời gian một chip) cao hơn nhiều tốc
độ bit (R
b
= 1/T
b
, T
b
là thời gian một bit) của luồng số liệu cần phát.
Quá trình trải phổ trong đó T
b
= 15T
c
. Sơ đồ đơn giản của bộ trải phổ DSSS
(hình 1.6 a), luồng số liệu cần truyền là x có tốc độ là R
b
đƣợc nhân với một mã trải
phổ c có tốc độ là R
c
để đƣợc luồng đầu ra là y có tốc độ là R
c
lớn hơn rất nhiều so với
tốc độ R
b
của luồng vào.
Tại phía thu luồng y thức hiện nhiệm vụ giải trải phổ để khôi phục lại luồng x
bằng cách nhân luồng này với mã trải phổ c giống nhƣ phía phát:
x = y×c

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA
SVTH: NGUYỄN QUYẾT TIẾN LỚP: Đ08VTA3 Trang 9


Hình 1.6: Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS)
x, y và c ký hiệu tổng quát cho tín hiệu vào, ra và mã trải phổ; x(t), y(t) và c(t) ký
hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền thời gian; X(f), Y(f) và C(f) ký
hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền tần số; T
b
là thời gian một bit
của luồng số cần phát, R
b
=1/T
b
là tốc độ bit của luồng số cần truyền; T
c
là thời gian
một chip của mã trải phổ, R
c
=1/T
c
là tốc độ chip của mã trải phổ. R
c
=15R
b
và T
b
=15T

c
.
Ta có độ lợi xử lý PG (Processing Gain) = R
c
/R
b
= 3840 kbps / R
b
. Thông thƣờng
PG cũng đƣợc coi nhƣ là hệ số trải phổ SF (Spread Factor). SF cũng chính là chiều dài,
số lƣợng chip của chuỗi. Ta thấy rằng sau khi trải phổ thì tỷ số SNR của tín hiệu rất
bé, do đó làm tăng khả năng bảo mật của thông tin. Do đặc tính trực giao và sự tự
tƣơng quan của các bộ mã mà kỹ thuật trải phổ còn có ƣu điểm rất lớn khác là chống
đƣợc phading đa đƣờng, khi đó các tia phản xạ sẽ bị loại bỏ, chỉ còn lại các tia đi thẳng
LOS và chống đƣợc hiện tƣợng nhiễu giao thoa của các tín hiệu user trong hệ thống.
Khi chỉ có một ngƣời sử dụng trong băng tần thì không hiệu quả, nhƣng trong môi
trƣờng nhiều ngƣời sử dụng, các ngƣời sử dụng này có thể dùng chung một băng tần
R
c

R
b

x
c
y = c×x
a. Sơ đồ trải phổ DSSS
x(t)
t
T

b
t
T
T
b
= 15T
c
c(t)
t
T
c
T
b
= 15T
c
T
b
= 15T
c
y(t)
b. Quá trình xử lý tín
hiệu trong miền thời
gian
f
X(f)
B

= R
b
B

ss
= R
c
C(f
)
Y(f)
f
f
c. Quá trình xử lý tín
hiệu trong miền tần số
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA
SVTH: NGUYỄN QUYẾT TIẾN LỚP: Đ08VTA3 Trang 10

và hệ thống sử dụng băng tần có hiệu quả mà vẫn duy trì đƣợc các ƣu điểm của trải
phổ. Nhƣ vậy, trong hệ thống WCDMA, các tín hiệu cho ngƣời sử dụng khác nhau
đƣợc truyền đi trong cùng một băng tần tại cùng một thời điểm. Mỗi tín hiệu ngƣời sử
dụng đóng vai trò nhƣ là nhiễu đối với tín hiệu của ngƣời sử dụng khác, dung lƣợng
của hệ thống WCDMA phụ thuộc vào độ lớn của bộ mã trải phổ, và không có con số
lớn nhất cố định, nên dung lƣợng của hệ thống WCDMA đƣợc gọi là dung lƣợng
mềm.
1.4 Các loại mã đƣợc dùng trong hệ thống WCDMA:
Trong hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS, các bit dữ liệu đƣợc mã hoá với
một chuỗi bit giả ngẫu nhiên (PN). Mạng vô tuyến UMTS mạng sử dụng một tốc độ
chip cố định là 3.84Mcps đem lại một băng thông sóng mang xấp xỉ 5MHz. Dữ liệu
đƣợc gửi qua giao diện vô tuyến WCDMA đƣợc mã hoá 2 lần trƣớc khi đƣợc điều chế
và truyền đi.
Quá trình này đƣợc mô tả trong hình vẽ sau:

Hình 1.7: Quá trình trải phổ trong WCDMA
Nhƣ vậy trong quá trình trên có hai loại mã đƣợc sử dụng là mã định kênh và mã

ngẫu nhiên.
Mã định kênh (Channelization code):
Là mã Walsh tạo ra từ ma trận Hadamard. Các mã sử dụng đƣợc chọn dựa theo
cấu trúc cây mã OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor), nhằm đảm bảo tính
trực giao giữa các mã đƣợc sử dụng. Các mã lựa chọn đƣợc xác định bởi hệ số trải
phổ.

Hình 1.8: Sơ đồ cây mã OVSF

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA
SVTH: NGUYỄN QUYẾT TIẾN LỚP: Đ08VTA3 Trang 11

Cần phải chú ý rằng: Một mã có thể đƣợc sử dụng trong cell khi và chỉ khi không
có mã nào khác trên đƣờng dẫn từ một mã cụ thể đến gốc của cây mã hoặc là trên một
cây con phía dƣới mã đó đƣợc sử dụng trong cùng một cell. Có thể nói tất cả các mã
đƣợc chọn lựa sử dụng hoàn toàn theo quy luật trực giao.
Mã ngẫu nhiên (Scrambling code):
Uplink : Các mã hƣớng lên đƣợc tạo ra sử dụng một thanh ghi dịch dài 24 bit, do
đó số mã có đƣợc là : 2
24
- 1 = 16.777.232, xấp xỉ 17 triệu mã.
Downlink : Các mã hƣớng xuống đƣợc tạo ra sử dụng một thanh ghi dịch dài 18
bit, nên có 2
18
- 1 = 262143 mã. Tuy nhiên chỉ có 8192 mã ngẫu nhiên đƣợc sử dụng.
Mục đích của hai mã này nhƣ sau:

Downlink
Uplink
Channelization code

(OVSF code)
Phân biệt các kênh sử dụng
cho các user trong cùng 1 cell
Phân biệt các
kênh của cùng 1
user
Scrambling Code
Phân biệt các cell
Phân biệt các user
Bảng 1.1: Mục đích của channelization code và scrambling code
Tóm lại:
- Channelization code dùng để phân biệt các kênh vật lý.
- Scrambling code dùng để phân biệt nguồn gửi thông tin.
1.5 Các loại kênh trong UTRAN:

Hình 1.9: Các loại kênh trong UTRAN.
1.5.1 Các kênh logic:
Các kênh lôgic có thể đƣợc chia thành hai nhóm chủ yếu: nhóm kênh điều khiển và
nhóm kênh lƣu lƣợng.
Nhóm kênh điều khiển bao gồm:
- Kênh điều khiển quảng bá – BCCH.
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA
SVTH: NGUYỄN QUYẾT TIẾN LỚP: Đ08VTA3 Trang 12

- Kênh điều khiển tìm gọi – PCCH.
- Kênh điều khiển dành riêng – DCCH.
- Kênh điều khiển chung – CCCH.
- Kênh điều khiển phân chia kênh – SHCCH.
- Kênh điều khiển riêng cho ODMA – ODCCH.
- Kênh điều khiển chung cho ODMA – OCCCH.

Nhóm kênh lưu lượng bao gồm:
- Kênh lƣu lƣợng dành riêng – DTCH.
- Kênh lƣu lƣợng dành riêng cho ODMA – DTCH.
- Kênh lƣu lƣợng chung – CTCH.
1.5.2 Các kênh vật lý:
Kênh vật lý tƣơng ứng với một tần số mang, mã và đối với đƣờng lên nó còn
tƣơng ứng với góc pha tƣơng đối (0 hay π/2).
Các kênh vật lý đƣờng lên nhƣ sau:
DPDCH: truyền kênh truyền dẫn DCH.
DPCCH: truyền thông tin điều khiển L1 nhƣ: các bit hoa tiêu để hỗ trợ đánh giá
việc xác định kênh trong quá trình phát hiện tƣơng quan, các lệnh điều khiển công suất
phát - TPC, thông tin phản hồi - FBI, và một bộ chỉ thị kết hợp định dạng truyền dẫn
TFCI.
PRACH: mang thông tin của kênh giao vận RACH.
PCPCH: mang thông tin của kênh giao vận CPCH.
Kênh số liệu vật lý dành riêng (DPDCH)
Kênh UPCH riêng
(Uplink DPCH) Kênh điều khiển vật lý dành riêng
Kênh vật lý (DPCCH)
đƣờng lên
(UPCH) Kênh truy cập ngẫu nhiên vật lý (PRACH)
Kênh UPCH chung
(Uplink CPCH) Kênh gói chung vật lý (PCPCH)
Hình 1.10: Các kênh vật lý đường lên
Đƣờng xuống chỉ có một kênh vật lý riêng duy nhất: kênh vật lý riêng đƣờng
xuống (downlink DPCH).
Các kênh vật lý đƣờng xuống nhƣ hình sau:
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA
SVTH: NGUYỄN QUYẾT TIẾN LỚP: Đ08VTA3 Trang 13

Kênh DPCH riêng Kênh hoa tiêu chung (CPICH)
Kênh vật lý (Downlink DPCH) Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp
đƣờng xuống (P- CCPCH)
(DPCH) Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp
Kênh DPCH chung (S- CCPCH)
(Downlink CPCH) Kênh đồng bộ (SCH)
Kênh vật lý đƣờng xuống dùng chung
(PDSCH)
Kênh chỉ định bắt (AICH)
Kênh chỉ thị tìm gọi (PICH)
Hình 1.11: Các kênh vật lý đường xuống
1.5.3 Các kênh truyền tải:
Trong UTRAN số liệu đƣợc tạo ra ở các lớp cao đƣợc truyền tải trên đƣờng vô
tuyến bởi các kênh truyền tải bằng cách sắp xếp các kênh này lên các kênh vật lý khác
nhau. Lớp vật lý đƣợc yêu cầu để hỗ trợ các kênh truyền tải với các tốc độ bit thay đổi
nhằm cung cấp các dịch vụ với độ rộng băng tần theo yêu cầu và để ghép nhiều dịch
vụ trên cùng một kết nối.
Có hai kiểu kênh truyền tải: Các kênh riêng và các kênh chung. Điểm khác nhau
giữa chúng là: Kênh chung là tài nguyên đƣợc chia sẻ cho tất cả hoặc một nhóm ngƣời
sử dụng trong cell, còn tài nguyên kênh riêng đƣợc ấn định bởi một mã và một tần số
nhất định để dành riêng cho một ngƣời sử dụng duy nhất.
1.5.3.1 Kênh truyền tải riêng:
Kênh truyền tải riêng duy nhất là kênh riêng (viết tắt DCH : Dedicated Channel).
Kênh truyền tải riêng mang thông tin từ các lớp trên lớp vật lý riêng cho một ngƣời sử
dụng, bao gồm số liệu cho dịch vụ hiện thời cũng nhƣ thông tin điều khiển lớp cao.
Kênh truyền tải riêng đƣợc đặc trƣng bởi các tính năng nhƣ: Điều khiển công
suất nhanh, thay đổi tốc độ số liệu nhanh theo từng khung và khả năng phát đến một
phần cell hay đoạn cell bằng cách thay đổi hƣớng Anten của hệ thống anten thích ứng.
Các kênh riêng hỗ trợ chuyển giao mềm.
1.5.3.2 Các kênh truyền tải chung:

UTRA định nghĩa 6 kiểu kênh truyền tải chung. Các kênh này có một số điểm
khác với các kênh trong thế hệ thứ hai, chẳng hạn truyền dẫn gói ở các kênh chung và
một kênh dùng chung đƣờng xuống để phát số liệu gói. Các kênh chung không có
chuyển giao mềm, nhƣng một số kênh có điều khiển công suất nhanh.
1.6 Điều khiển công suất:
Trong WCDMA, điều khiển công suất đƣợc thực hiện cho cả đƣờng lên lẫn
đƣờng xuống. Về cơ bản, điều khiển công suất đƣờng xuống có mục đích nhằm tối
thiểu nhiễu đến các cell khác và bù nhiễu do các cell khác gây ra cũng nhƣ nhằm đạt
đƣợc mức SNR yêu cầu. Tuy nhiên, điều khiển công suất cho đƣờng xuống không
thực sự cần thiết nhƣ điều khiển công suất cho đƣờng lên. Hệ thống WCDMA sử dụng
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA
SVTH: NGUYỄN QUYẾT TIẾN LỚP: Đ08VTA3 Trang 14

công suất đƣờng xuống nhằm cải thiện tính năng hệ thống bằng cách kiểm soát nhiễu
từ các cell khác.
Điều khiển công suất đƣờng lên tác động lên các kênh truy nhập và lƣu lƣợng.
Nó đƣợc sử dụng để thiết lập đƣờng truyền khi khởi tạo cuộc gọi và phản ứng lên các
thăng giáng suy hao đƣờng truyền lớn. Mục đích chính của điều khiển công suất
đƣờng lên nhằm khắc phục hiệu ứng gần - xa bằng cách duy trì mức công suất truyền
dẫn của các máy di động trong cell nhƣ nhau tại máy thu trạm gốc với cùng một QoS.
Do vậy việc điều khiển công suất đƣờng lên là thực hiện tinh chỉnh công suất truyền
dẫn của máy di động. Hệ thống WCDMA sử dụng hai phƣơng pháp điều khiển công
suất khác nhau:
 Điều khiển công suất vòng hở (OLPC).
 Điều khiển công suất (nhanh) vòng kín (CLPC).
- Điều khiển công suất vòng trong.
- Điều khiển công suất vòng ngoài.
1.7 Chuyển giao trong hệ thống WCDMA:
Chuyển giao trong mạng WCDMA có thể đƣợc phân loại theo nhiều cách khác
nhau. Có thể phân thành: chuyển giao cùng tần số; chuyển giao khác tần số và chuyển

giao giữa các mạng khác nhau (WCDMA với GSM). Trong phần này, ta chia chuyển
giao trong WCDMA thành bốn loại gồm: chuyển giao trong cùng hệ thống; chuyển
giao ngoài hệ thống; chuyển giao cứng; chuyển giao mềm và mềm hơn.
- Chuyển giao bên trong hệ thống (Intra - system HO): Chuyển giao bên trong hệ
thống xuất hiện trong phạm vi một hệ thống. Nó có thể chia nhỏ thành chuyển giao
bên trong tần số (Intra -frequency HO) và chuyển giao giữa các tần số (Inter -
frequency HO). Chuyển giao trong tấn số xuất hiện giữa các cell thuộc cùng một sóng
mang WCDMA, còn chuyển giao giữa các tần số xuất hiện giữa các cell hoạt động
trên các sóng mang WCDMA khác nhau.
- Chuyển giao giữa các hệ thống (Inter - system HO): Kiểu chuyển giao này xuất
hiện giữa các cell thuộc về 2 công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau hay các chế độ
truy nhập vô tuyến khác nhau. Trƣờng hợp phổ biến nhất cho kiểu đầu tiên dùng để
chuyển giao giữa các hệ thống WCDMA và GSM/EDGE. Chuyển giao giữa 2 hệ
thống CDMA cũng thuộc kiểu này. Một ví dụ của chuyển giao giữa các chế độ truy
nhập vô tuyến khác nhau là giữa các chế độ UTRA FDD và UTRA TDD.
- Chuyển giao cứng (HHO - Hard Handover): HHO là một loại thủ tục chuyển
giao trong đó tất cả các liên kết vô tuyến cũ của một máy di động đƣợc giải phóng
trƣớc khi các liên kết vô tuyến mới đƣợc thiết lập. Đối với các dịch vụ thời gian thực,
thì điều đó có nghĩa là có một sự gián đoạn ngắn xảy ra, còn đối với các dịch vụ phi
thời gian thực thì HHO không ảnh hƣởng gì. Chuyển giao cứng diễn ra nhƣ là chuyển
giao trong cùng tần số và chuyển giao ngoài tần số.
- Chuyển giao mềm (SHO) và chuyển giao mềm hơn (Softer HO): Trong suốt
quá trình chuyển giao mềm, một máy di động đồng thời giao tiếp với cả 2 hoặc nhiều
cell (đối với cả 2 loại chuyển giao mềm) thuộc về các trạm gốc khác nhau của cùng
một bộ điều khiển mạng vô tuyến (intra - RNC) hoặc các bộ điều khiển mạng vô tuyến
khác nhau (inter - RNC). Trên đƣờng xuống (DL), máy di động nhận các tín hiệu để
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA
SVTH: NGUYỄN QUYẾT TIẾN LỚP: Đ08VTA3 Trang 15

kết hợp và nhận tín hiệu có chất lƣợng cao nhất. Trên đƣờng lên (UL), thuê bao đƣợc

tách sóng bởi cả 2 Node B (đối với cả 2 kiểu SHO), và đƣợc định tuyến đến bộ điều
khiển vô tuyến để lựa chọn tín hiệu tốt hơn. Trong trƣờng hợp chuyển giao mềm hơn,
một máy di động đƣợc điều khiển bởi ít nhất 2 sector trong cùng một BS, RNC không
quan tâm và chỉ có một vòng điều khiển công suất hoạt động. Chuyển giao mềm và
chuyển giao mềm hơn chỉ có thể xảy ra trong một tần số sóng mang, do đó chúng là
các quá trình chuyển giao trong cùng tần số.




CHƯƠNG 2: QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA
SVTH: NGUYỄN QUYẾT TIẾN LỚP: Đ08VTA3 Trang 16


CHƢƠNG 2: QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA
2.1 Giới thiệu chung về quy hoạch mạng:
Ở chƣơng trƣớc ta đã tổng quát chung về cấu trúc và đặc điểm của hệ thống
thông tin di động thế hệ thứ 3. Trong chƣơng này sẽ nghiên cứu việc quy hoạch mạng
vô tuyến WCDMA bao gồm: định cỡ mạng; quy hoạch chi tiết vùng phủ và dung
lƣợng; tối ƣu hoá mạng.
Quy hoạch mạng đƣợc tiến hành trên cơ sở yêu cầu của thông số đƣợc thiết lập.
Công việc quy hoạch mạng có thể chia thành hai công việc chính là: quy hoạch mạng
vô tuyến và quy hoạch mạng lõi. Quy hoạch mạng vô tuyến là công việc phức tạp
nhất, công việc này bao gồm: định kích cỡ, quy hoạch lƣu lƣợng và vùng phủ, tối ƣu
hoá mạng. Ở giai đoạn định kích cỡ sẽ đƣa ra kích cỡ số đài trạm gốc, cấu hình các
trạm gốc và các phần tử khác trên cơ sở các yêu cầu của nhà khai thác và truyền sóng
trong vùng. Định cỡ phải thực hiện đƣợc các yêu cầu của nhà khai thác về vùng phủ,
dung lƣợng và chất lƣợng phục vụ. Dung lƣợng và vùng phủ liên quan chặt chẽ với
nhau ở trong mạng di động. Vì vậy phải xem xét đồng thời khi định kích cỡ mạng.
Quy hoạch mạng vô tuyến đƣợc thực hiện kết hợp với công cụ phần mềm quy hoạch

UMTS.
Khi mạng đi vào hoạt động, có thể quan sát hiệu năng của hệ thống qua việc đo
các thông số và kết quả của các thông số đó sẽ đƣợc sử dụng để hiển thị và tối ƣu hoá
hiệu năng mạng. Quá trình quy hoạch và tối ƣu hoá mạng có thể thực hiện một cách tự
động bằng cách sử dụng các công cụ thông minh và các phần tử mạng. Thông thƣờng
trong giai đoạn triển khai ta thấy không thể tối ƣu khi triển khai hệ thống giống nhƣ
quy hoạch mạng. Có rất nhiều nguyên nhân buộc ta phải thay đổi quy hoạch nhƣ
không thể đặt Node B đúng vị trí quy hoạch, nảy sinh các vấn đề về vùng phủ và chất
lƣợng khi kết nối và tối ƣu… Cuối cùng cần phản hồi kết quả thống kê và đo đạc trong
quá trình khai thác mạng liên quan đến điều chỉnh quy hoạch, mở rộng vùng phủ, dung
lƣợng và nhu cầu dịch vụ trên cơ sở thực tế so với nhóm kỹ thuật chịu trách nhiệm
thiết kế.
Việc quy hoạch mạng thƣờng đƣợc dựa vào mô hình CCQ. Mô hình CCQ mô
tả sự cân bằng giữa 3 yếu tố: Vùng phủ (coverage); Dung lƣợng (capacity); Chất lƣợng
dịch vụ (QoS).

Hình 2.1: Mô hình CCQ

CHƯƠNG 2: QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA
SVTH: NGUYỄN QUYẾT TIẾN LỚP: Đ08VTA3 Trang 17

Việc thiết kế một mạng UMTS là một quá trình bị chi phối bởi nhiều yếu tố về
yêu cầu thiết kế và yêu cầu về hệ thống. Đặc biệt là khi số ngƣời dùng tăng lên sẽ làm
gia tăng nhiễu giao thoa trong vùng phủ, kích thƣớc cell sẽ bị thu hẹp. Các yếu tố về
kinh tế, địa lý trong cấu trúc cell đều phải đƣợc tính đến.
Trong quá trình khởi tạo, yếu tố dung lƣợng và vùng phủ là hai yếu tố đƣợc xem
xét đầu tiên. Khi đƣợc đƣa vào hoạt động, các thông số kĩ thuật nhƣ: thống kê lƣu
lƣợng; các loại dịch vụ; thống kê QoS; nghẽn cell; lƣu lƣợng vào giờ cao điểm; thống
kê về lƣu lƣợng di chuyển… sẽ đƣợc gửi về trung tâm vận hành bảo dƣỡng (NOMC,
hay OMC, NOC).

Với mạng 3G quá trình quy hoạch và tối ƣu / tái quy hoạch là một quá trình liên
tục. Khi hoàn thành quy hoạch dung lƣợng và vùng phủ sóng và một mạng đƣợc xây
dựng, những thiết bị đầu cuối đƣợc đƣa vào mạng và cho phép kiểm soát hiệu suất
mạng. Quá trình này là quá trình liên tục đảm bảo hiệu suất và tối ƣu hóa. Mục đích
của quy hoạch mạng lƣới là kiểm soát và tối đa hóa ảnh hƣởng của ba tham số đó.
2.2 Một số đặc điểm cần lƣu ý trong quy hoạch mạng:
2.2.1 Dự báo:
Dự báo là bƣớc đầu tiên và quan trọng trong quá trình quy hoạch và triển khai
thành công một hệ thống thông tin di động. Tùy theo việc quy hoạch mạng là mới hay
phát triển từ nền tảng mạng hiện có mà dự báo nhu cầu dịch vụ có thể thực hiện khác
nhau. Dự báo bao gồm:
2.2.1.1 Dự báo nhu cầu dịch vụ/thuê bao:
Mục tiêu chính của dự báo thuê bao là đánh giá tổng số thuê bao trong thị trƣờng
cần phục vụ. Đối với mạng WCDMA có khả năng cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau
cho từng đối tƣợng khác nhau nên cần tiến hành theo từng kiểu thuê bao. Dự báo có
thể chia thành các bƣớc sau:
- Xác định mục tiêu dự báo: gồm các mục tiêu nhƣ nhu cầu dân cƣ, nhu cầu cơ
quan, vùng mục tiêu (tỉnh/thành phố hay toàn quốc), khuông khổ dự báo (5năm, 10
năm , 15 năm…)
- Xác định số liệu cần thu thập: Mật độ điện thoại, điều tra dân số, điều tra về
doanh nghiệp, mức thu nhập, tốc độ tăng trƣởng, quy hoạch phát triển tỉnh/thành phố.
- Phân tích xu hƣớng của nhu cầu: xu hƣớng phát triển của nhu cầu đối với các
dịch vụ phân tích theo các quan điểm: mật độ điện thoại, các đặc điểm riêng của vùng
và so sánh với các quốc giá khác
- Phƣơng pháp dự báo: có thể thực hiện theo một phƣơng pháp hoặc kết hợp các
phƣơng pháp. Thông thƣờng có 02 phƣơng pháp là: dự báo theo chuỗi thời gian và
theo mô hình hóa.
2.2.1.2 Dự báo lƣu lƣợng:
Dự báo lƣu lƣợng là bƣớc đầu tiên cần thực hiện trong quá trình quy hoạch
mạng. Dự báo lƣu lƣợng có thể dựa trên cơ sở xu thế của các mạng di động khác đã

đƣợc khai thác. Dự báo lƣu lƣợng bao gồm dự báo sử dụng lƣu lƣợng voice và data.
CHƯƠNG 2: QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA
SVTH: NGUYỄN QUYẾT TIẾN LỚP: Đ08VTA3 Trang 18

2.2.1.3 Dự phòng cho tƣơng lai:
Trong thực tế cho thấy sự phát triển nhanh của thuê bao và các dịch vụ mới khiến
các nhà khai thác mạng luôn phải đối mặt với các khó khăn không nhỏ. Do đó việc quy
hoạch cho tƣơng lai là rất cần thiết và rất quan trọng để tránh việc mở rộng thƣờng
xuyên, bởi vì dự phòng cho phép cung cấp lƣu lƣợng bổ sung trong trƣờng hợp thuê
bao tăng trƣởng nóng hay sự đột biến về lƣu lƣợng tại một thời điểm.
2.3 Các hoạt động cụ thể của định cỡ mạng WCDMA bao gồm:
2.3.1 Phân tích vùng phủ:
Quá trình phân tích vùng phủ vô tuyến thực hiện khảo sát các địa điểm cần phủ
sóng và kiểu vùng phủ cần cung cấp cho các địa điểm này. Các loại vùng phủ thông
thƣờng nhƣ: các vùng thƣơng mại, các vùng dân số có mật độ dân số cao, và các
đƣờng cao tốc chính. Do vậy cần phải có các thông tin về các vùng cần phủ sóng. Các
thông tin có thể dựa trên bản đồ nhƣ: mật độ dân cƣ, vùng đó là thành phố, ngoại ô,
nông thôn, vùng nào là khu thƣơng mại, khu công nghiệp…
Mục đích của quá trình khảo sát này bao gồm:
- Để đảm bảo cung cấp một dung lƣợng phù hợp cho các vùng này.
- Biết đƣợc đặc điểm truyền sóng của vùng để xác định môi trƣờng truyền sóng
vì mỗi môi trƣờng sẽ có tác động trực tiếp đến mô hình truyền sóng.
Phụ thuộc vào kiểu môi trƣờng mà có thể có các mức phủ sóng khác nhau. Ví dụ:
đối với các vùng ngoại ô và thành thị thì cung cấp các vùng phủ trong nhà. Tuy nhiên,
đối với các vùng có đƣờng cao tốc thì chỉ cần đến vùng phủ trong xe. Còn các vùng
phủ khác thì chỉ cần cung cấp các vùng phủ ngoài trời. Đối với các hệ thống GSM
khảo sát các nhân tố này đã có thể bắt tay vào thiết kế. Nhƣng đối với các hệ thống
WCDMA thì cần phải xem xét thêm kiểu dịch vụ sẽ cung cấp hoặc có sẵn trong vùng.
Sau khi đã nắm đƣợc yêu cầu vùng phủ, tiếp theo ta tiến hành quy hoạch vùng
phủ thông qua xem xét các yếu tố sau: Tính quỹ đƣờng truyền; lựa chọn mô hình

truyền sóng; quy hoạch vị trí cell. Trong đó quy hoạch vị trí cell là bƣớc quan trọng
trong việc quy hoạch hệ thống WCDMA bởi vì nó sẽ đảm bảo mỗi trạm thu phát xây
dựng sẽ đáp ứng đƣợc các tiêu chí chất lƣợng đề ra, tránh việc xây dựng ở các vị trí
không đảm bảo.
2.3.1.1 Tính toán quỹ đƣờng truyền vô tuyến:
Cũng giống nhƣ các hệ thống thông tin di động tế bào khác, quỹ đƣờng truyền
trong hệ thống WCDMA dùng để tính toán suy hao đƣờng truyền cho phép lớn nhất để
tính toán vùng phủ (tính bán kính cell) của một trạm gốc và trạm di động. Các thành
phần để tính suy hao cho phép lớn nhất của tín hiệu từ trạm phát đến trạm thu gọi là
quỹ đƣờng truyền (chú ý: đối với đƣờng lên máy phát là MS, máy thu là BS; đối với
đƣờng xuống: máy phát là BS, máy thu là MS). Quỹ đƣờng truyền tổng quát cho cả
đƣờng lên và đƣờng xuống bao gồm các thành phần sau:
Ta tính toán quỹ đƣờng truyền theo chiều uplink từ UE lên Node B. Tổng quát,
quỹ đƣờng truyền bao gồm các thành phần sau:

CHƯƠNG 2: QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA
SVTH: NGUYỄN QUYẾT TIẾN LỚP: Đ08VTA3 Trang 19

Thiết bị di động (UE):
UE Class
Công suất phát cực đại [dbm]
1
33
2
27
3
24
4
21
Bảng 2.1: Công suất phát của các loại UE

 Suy hao connector và cáp của máy phát : UE thƣờng không giá trị này là 0 dB.
 Độ lợi anten phát G
t
[dB]: cũng là 0 dB vì không sử dụng anten ngoài.
 Suy hao do cơ thể L
b
[dB]: phụ thuộc vào UE và cách ngƣời dùng sử dụng nó.
Chẳng hạn nhƣ khi dùng chế độ “hand-free”, không nhất thiết UE phải ở gần
đầu ngƣời sử dụng, mà có thể ở bất cứ đâu trên cơ thể ngƣời, do đó suy hao
này lớn. Nhƣng khi sử dụng dịch vụ videocall chẳng hạn, thì UE sẽ đƣợc cầm
ra xa cơ thể ngƣời dùng và suy hao này lại nhỏ. Đối với một số ứng dụng văn
phòng, có thể đƣợc kết nối đến PC, và lúc này ta có thêm suy hao do thiết bị
nữa. Giá trị này thông thƣờng từ 3 đến 5 dB, giá trị điển hình là 3 dB.
Nhƣ vậy, công suất bức xạ đẳng hƣớng tƣơng đƣơng của UE là:
EIRP(dBm) = P
t
+ G
t
- L
b
(2.1)

Node B:
 Độ nhạy thu S [dBm] của Node B là mức tín hiệu bé nhất cần đạt đƣợc tại đầu
thu (Node B) để có đƣợc E
0
/N
0
yêu cầu.
 Suy hao cáp và connector bên trong trạm gốc L

c
[dB]: bao gồm suy hao tổng
cộng từ anten đến điểm tham chiếu của Node B. Giá trị này bằng nhau cả ở
đƣờng xuống và đƣờng lên. Thông thƣờng suy hao này do feeder chiếm chủ
yếu.
 Suy hao do ở trong xe hoặc ở trong nhà L
x
[dB]: trƣớc đây suy hao do ở trong
xe đƣợc tính vào khoảng 3dB, tuy nhiên đối với các loại xe sau này giá trị này
khoảng 10dB. Cuối cùng, giá trị này đƣợc xem xét là dao động trong khoảng 6 -
10 dB.
 Tổng công suất nhiễu của Node B đƣợc cho nhƣ sau:
N = kTB.NF từ đó: N(dBm) = N
0
+ B + NF -174 + 10 log(3,84.10
6
) (2.2)
Với NF là hệ số nhiễu của Node B, giá trị điển hình là NF = 5 dB, do đó:
N(dBm) = -174 + 10 log(3,84.10
6
) +5 = -103, 2dBm
Trong WCDMA, có một số các thông số đặc biệt trong quỹ đƣờng truyền mà
không đƣợc sử dụng trong hệ thống truy nhập vô tuyến của GSM, đó là: