Quy hoạch mạng 3g WCDMA cho thành phố hạ long

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
**************

NGUYỄN ĐỨC QUANG

QUY HOẠCH MẠNG 3G WCDMA CHO THÀNH PHỐ
HẠ LONG – QUẢNG NINH

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
MÃ SỐ:

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐỖ HOÀNG TIẾN

HÀ NỘI 2009


1

MỤC LỤC
MỤC LỤC................................................................................................................ 1
DANH MỤC HÌNH VẼ........................................................................................... 4
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................... 5
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ....................................................................................... 6
LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................... 10
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WCDMA...................................... 12
1.1 Tổng quan về hệ thống WCDMA .................................................................... 12
1.2 Cấu trúc và chức năng của các phần tử trong hệ thống WCDMA................... 14

1.2.1 Cấu trúc hệ thống....................................................................................... 14
1.2.2 Chức năng của các phần tử trong hệ thống ............................................... 14
1.2.3 Các giao diện của hệ thống WCDMA....................................................... 17
1.3 Tiến hoá của mạng WCDMA UMTS .............................................................. 19
1.3.1 Kiến trúc của mạng phát hành 3GPP 4...................................................... 19
1.3.2 Kiến trúc của mạng phát hành 3GPP 5 cho vùng đa phương tiện IP ........ 20
CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH MẠNG WCDMA ..................... 22
2.1 Nguyên lý chung .............................................................................................. 22
2.2 Dự báo ............................................................................................................. 24
2.2.1 Dự báo nhu cầu dịch vụ/thuê bao .............................................................. 24


2

2.2.2 Dự báo lưu lượng...................................................................................... 25
2.2.3 Dự phòng cho tương lai............................................................................ 27
2.3. Quy hoạch vùng phủ vô tuyến. ....................................................................... 28
2.3.1. Mô hình truyền sóng................................................................................. 29
2.3.2 Quỹ đường truyền...................................................................................... 34
2.3.3 Hiệu suất vùng phủ vô tuyến..................................................................... 42
2.3.4 Quy hoạch vị trí ô ...................................................................................... 43
2.4 Quy hoạch dung lượng vô tuyến ...................................................................... 44
2.4.1. Hệ số tải đường lên................................................................................... 44
2.4.2. Hệ số tải đường xuống.............................................................................. 47
2.4.3. Dung lượng mềm...................................................................................... 49
2.5 Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến và mạng lõi ........................................... 52
2.5.1 Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến......................................................... 52
2.5.2 Quy hoạch mạng lõi .................................................................................. 57
2.6 Nhiễu từ nhiều nhà khai thác ........................................................................... 59
2.7 Tối ưu hoá mạng .............................................................................................. 61

CHƯƠNG III: QUY HOẠCH MẠNG 3G WCDMA CHO THÀNH PHỐ HẠ
LONG..................................................................................................................... 63
3.1 Tổng quan về vùng cần quy hoạch................................................................... 63
3.2 Hiện trạng mạng lưới ....................................................................................... 64
3.3 Những vấn đề cần lưu ý khi quy hoạch mạng 3G WCDMA........................... 68
3.3.1 Tái sử dụng đài trạm.................................................................................. 68
3.3.2 Chia sẻ truyền dẫn. .................................................................................... 69
3.3.3 Nhiễu giữa hệ thống băng rộng WCDMA và hệ thống băng hẹp GSM .. 70


3

3.4 Quy hoạch chi tiết cho thành phố Hạ Long ..................................................... 72
3.4.1 Dự báo lưu lượng....................................................................................... 72
3.4.2. Tính số ô theo phương pháp dung lượng ................................................. 77
3.4.3 Tính số ô theo phương pháp quỹ đường truyền. ....................................... 79
3.4.4 Quy hoạch chi tiết cho tuyến phố chính Lê Thánh Tông ......................... 90
3.4.6 Quy hoạch chi tiết cho khu dân cư đô thị mới ........................................ 101
3.4.7 Kết hợp quy hoạch vùng phủ và dung lượng. ......................................... 104
3.4.8 Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến....................................................... 104
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 106
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 107


4

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Các phần tử của mạng PLMN................................................................. 14
Hình 1.2 Kiến trúc mạng phân bố phát hành UMTS R4........................................ 20

Hình 1.3 Kiến trúc của phát hành UMTS R5......................................................... 21
Hình 2.1. Quá trình quy hoạch và triển khai mạng WCDMA ............................... 23
Hình 2.2 Các vệt phủ của ô cho các dịch vụ khác nhau......................................... 29
Hình 2.3 Mô hình Walfisch/Ikegami ..................................................................... 32
Hình 2.4 Chia sẻ nhiễu giữa các ô ở WCDMA...................................................... 50
Hình 2.5: a)Cấu hình kết nối logic ;b) Cấu hình kết nối xuyến ........................... 56
Hình 3.1 Bản đồ thành phố Hạ Long ..................................................................... 64
Hình 3.2 Cấu hình chia sẻ truyền dẫn cho các giao diện Iub và Abis ................... 70
Hình 3.3 Tuyến phố Lê Thánh Tông...................................................................... 90
Hình 3.4 Sơ đồ các thông số tuyến phố Lê Thánh Tông ....................................... 91
Hình 3.5 Tuyến phố Cái Dăm ................................................................................ 97
Hình 3.6 Sơ đồ tuyến phố Cái Dăm ....................................................................... 98
Hình 3.7 Khu dân cư đô thị mới........................................................................... 101


5

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Các thông số giao diện vô tuyến của WCDMA ..................................... 13
Bảng 2.1 Sự phụ thuộc dự trữ nhiễu yêu cầu vào tải ô .......................................... 35
Bảng 2.2 Quỹ đường lên cho dịch vụ tiếng 12,2 kbps ngoài trời .......................... 39
Bảng 2.3 Quỹ đường truyền cho số liệu tốc độ 128 kbps, trong nhà.................... 41
Bảng 2.4 Thí dụ tính quỹ đường xuống cho tiếng 12,2 kbps đi bộ ngoài trời ....... 42
Bảng 2.5 Giá trị K cho tính toán diện tích ô. ....................................................... 43
Bảng 3.1 Tốc độ phát triển thuê bao ...................................................................... 65
Bảng 3.2 Vị trí trạm BTS hiện có .......................................................................... 68
Bảng 3.3 Các dịch vụ có thể cung cấp và yêu cầu về chất lượng .......................... 73
Bảng 3.4 Phân bố hình thái mật độ dân cư (theo khảo sát..................................... 74
Bảng 3.5 Dự báo lưu lượng cho quy hoạch mạng cho thành phố giai đoạn đầu ... 75

Bảng 3.6 Tổng kết lưu lượng cho từng loại dịch vụ .............................................. 77
Bảng 3.7 Các giả định cho MS............................................................................... 80
Bảng 3.8 Ví dụ quỹ đường lên cho dịch vụ số liệu 144 kbps trong nhà ................ 81
Bảng 3.9 Ví dụ quỹ đường lên cho dịch vụ số liệu 144 kbps ngoài trời................ 83
Bảng 3.10 Ví dụ quỹ đường lên cho dịch vụ số liệu 144 kbps trên xe .................. 85
Bảng 3.11 Kết quả tính toán quỹ đường lên cho dịch vụ 144 kbps ....................... 85
Bảng 3.12 Quỹ đường lên cho dịch vụ 144kbps .................................................... 86
Bảng 3.14 Dự báo lưu lượng quy hoạch mạng cho tuyến phố............................. 95


6

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ACIR

Adjacent Channel Interference

Tỉ số nhiễu kênh lân cận

Ratio
AAL2

ATM Adaptation Layer Type 2

Thích ứng ATM lớp 2

AAL5

ATM Adaptation Layer Type 5

Thích ứng ATM lớp 5

AUC

Authentication Center

Trung tâm nhận thực

BHCA

Busy Hour Call Attempt

Cuộc gọi thử giờ cao điểm

BSC

Base Station Control

Điều khiển trạm gốc

BSS

Base Station System

Hệ thống trạm gốc

BTS

Base Transceiver Station

Trạm thu phát gốc

CCPCH

Common Control Physical

Kênh vật lí điều khiển chung

CN

CHannel
Core Network

Mạng lõi

CRNC

Controlling RNC

Điều khiển RNC

CSCF

Call State Control Function

Chức năng điều khiển trạng
thái kết nối

DL

Downlink

Đường xuống

DRNC

Drift Radio Network Controller

Bộ điều khiển mạng vô tuyến
trôi

EIR

Equipment Identity Register

Bộ ghi nhận dạng thiết bị

EIRP

Equivalent Isotropic Radiated

Công suất phát xạ đẳng hướng

Power

tương đương


7

FDD

Frequency Division Duplex

Ghép song công phân chia theo
tần số

GGSN

Gateway GPRS Support Node

Nút hỗ trợ cổng GPRS

GMSC

Gateway MSC

Cổng MSC

GPRS

General Packet Radio System

Hệ thống vô tuyến gói chung

GPS

Global Position System

Hệ thống định vị toàn cầu

GSM

Global system for Mobile

Hệ thống toàn cầu cho thông

Communications

tin vô tuyến di động

GTP

GPRS Tunnelling Protocol

Giao thức đường hầm GPRS

GTP-U

User Plane Part of the GPRS Phần mặt phẳng người sử dụng
Tunnelling Protocol

của giao thức đường hầm

HLR

Home Location Register

GPRS

Bộ ghi định vị thường trú

HSS

Home subscriber server

Dịch vụ thuê bao tại nhà

ITU

Internation Telecommunication

Tổ chức viễn thông thế giới

LOS

Union
Line of Sight

Đường truyền thẳng

MGCF

Media Gateway Control Function

Chức năng điều khiển cổng đa
phương tiện

MGW

Media Gateway

Cổng đa phương tiện

MHT

Mean Hold Time

Thời gian giữ trung bình

MRF

Multimedia Resource Function

Chức năng tài nguyên đa
phương tiện


8

MSC

Mobile Switching Center

Trung tâm chuyển mạch di
động

O&M

Operation and Management

OVSF

Orthogonal Variable Spreading Hệ số trải phổ khả biến trực
Factor

P– CCPCH Primary CCPCH

Khai thác và bảo dưỡng

giao
Kênh vật lí điều khiển chung
sơ cấp

P-CPCH

Physical Common Paket Channel

Kênh vật lý gói chung

PSTN

Public Switched Telephone

Mạng điện thoại chuyển mạch

Network

công cộng

RAN

Radio Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến

RANAP

Radio Access Network

Giao thức ứng dụng mạng truy

Application Protocol

nhập vô tuyến

RLB

Radio Link Budget

Quỹ đường truyền vô tuyến

RNC

Radio Network Controller

Điều khiển mạng vô tuyến

RRM

Radio Resource Management

Quản lý nguồn tài nguyên vô
tuyến

RSGW

Roaming Signalling Gateway

Cổng báo hiệu chuyển mạng

SA

Source Address

Địa chỉ nguồn

SGSN

Serving GPRS Support Node

Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS

SIP

Secsion Initiation Protocol

Giao thức khởi đầu phiên

SRNC

Serving Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến
phục vụ


9

SS7

Signaling System No.7

TCP/IP

Transmission Control Protocol/ Giao thức điều khiển truyền

TDD

Hệ thống báo hiệu số 7

Internet Protocol

dẫn/ Giao thức internet

Time Division Duplex

Ghép song công phân chia theo
thời gian

TFGW

Transport Signaling Gateway

Cổng báo hiệu truyền tải

UDP

User Datagram Protocol

Giao thức đóng gói sử dụng

UE

User Equipment

Thiết bị người sử dụng

UL

Uplink

Đường lên

UMTS

Uiversal Mobile

Hệ thống viễn thông di động

Telecommunication System

toàn cầu

User Subcriber Identify Module

Mô đun nhận dạng người sử

USIM

dụng
UTRAN

Universal Terrestrial Radio

Hệ thống truy nhập vô tuyến

Access Network

mặt đất toàn cầu

VoIP

Voice over IP

Thoại qua IP

WCDMA

Wideband Code Division Multiple Đa truy nhập vô tuyến phân
Access

chia theo mã băng rộng


10

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của các dịch vụ số liệu, các dịch vụ đa
phương tiện đã đặt ra các yêu cầu mới đối với công nghiệp viễn thông và di động. Hệ
thống thông tin di động thế hệ hai mặc dù đã sử dụng công nghệ số nhưng nó là hệ
thống băng hẹp và được xây dựng trên cơ sở chuyển mạch kênh do đó không đáp ứng
được các dịch vụ số liệu này. Hệ thống thông tin di động thế hệ ba ra đời sẽ cung cấp
rất nhiều dịch vụ viễn thông bao gồm: Tiếng, số liệu tốc độ bít thấp và tốc độ bít cao,
đa phương tiện, video cho người sử dụng …. Vấn đề quy hoạch mạng thông tin di động
3G WCDMA là vấn đề hết sức quan trọng nó ảnh hưởng tới khả năng cung cấp dịch
vụ, hiệu quả kinh tế đối với nhà triển khai dịch vụ.
Đồ án “Quy hoạch mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA cho thành phố
Hạ Long” nhằm giới thiệu một cách tổng quát về hệ thống thông tin di động thế hệ ba
WCDMA, phương pháp quy hoạch mạng WCDMA và cuối cùng là triển khai quy
hoạch mạng WCDMA cho thành phố Hạ Long.
Đồ án gồm có ba chương:
Chương I: Tổng quan về hệ thống WCDMA
Chương II: Phương pháp quy hoạch mạng WCDMA
Chương III: Quy hoạch mạng 3G WCDMA cho thành phố Hạ Long
Quy hoạch mạng thông tin di động 3G WCDMA là một vấn đề hết sức phức tạp
với một khối lượng công việc rất lớn, đòi hỏi cần phải khảo sát thực tế. Do đó đồ án
không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn cũng
như những người quan tâm tới đồ án này.

11

Để thực hiện đồ án này tôi xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ của các thầy cô,
bạn bè và đặc biệt tôi muốn gửi lời cám ơn tới thầy giáo Ts. Đỗ Hoàng Tiến đã tận
tình hướng dẫn chỉ bảo tôi để tôi thực hiện đồ án này

Hà Nội ngày 05/11/2009
Sinh viên
Nguyễn Đức Quang


12

CHƯƠNG I:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WCDMA
1.1 Tổng quan về hệ thống WCDMA
WCDMA là tiến hoá của GSM để cung cấp các dịch vụ cho thế hệ ba. WCDMA
có hai giải pháp được đề xuất cho giao diện vô tuyến: ghép song công phân chia theo
tần số (FDD: Frequency Division Duplex) và ghép song công phân chia theo thời gian
(TDD: Time Division Duplex). Cả hai giao diện này đều sử dụng công nghệ đa truy
nhập phân chia theo mã băng rộng trải phổ chuỗi trực tiếp. Giải pháp FDD được triển
khai rộng rãi còn giải pháp TDD chủ yếu dùng cho các ô quy mô nhỏ như ô micro hay
ô pico.
Giải pháp FDD sử dụng hai băng tần 5 MHz với hai sóng mang phân cách nhau
190 MHz: đường lên sử dụng dải tần trong dải phổ từ 1920 MHz đến 1980 MHz,
đường xuống sử dụng dải tần trong dải phổ từ 2110 MHz đến 2170 MHz. Mặc dù sóng
mang 5 MHz là sóng mang danh định nhưng ta có thể sử dụng sóng mang từ 4,4 MHz
đến 5 MHz với nấc tăng là 200 KHz. Việc chọn độ rộng băng đúng đắn cho phép ta
tránh được nhiễu giao thoa nhất là khi khối 5 MHz tiếp theo thuộc nhà khai thác khác.
Giải pháp TDD sử dụng các tần số trong dải từ 1900 đến 1920 MHz và từ 2010

đến 2025 MHz; ở đây đường lên và đường xuống sử dụng chung một băng tần.
Giao diện không gian của WCDMA hoàn toàn khác với GSM và GPRS,
WCDMA sử dụng phương thức trải phổ chuỗi trực tiếp với tốc độ chip là 3,84 Mcps. Ở
WCDMA mạng truy nhập vô tuyến được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio
Access Network). Các phần tử của mạng UTRAN rất khác với các phần tử ở mạng truy
nhập vô tuyến GSM. Vì vậy khả năng sử dụng lại các BTS và BSC của GSM là rất hạn
chế, một số nhà sản xuất cũng đã có kế hoạch nâng cấp các GSM BTS cho WCDMA


13

nhưng con số này rất hạn hữu, đa số các nhà sản xuất thay thế GSM BSC bằng RNC
mới cho WCDMA.
Tốc độ chip của hệ thống là 3,84 Mcps, độ dài khung là 10 ms, mỗi khung chia
ra thành 15 khe (2560 chip/slot). Hệ số trải phổ từ 256 đến 4 ở đường lên và từ 512 đến
4 ở đường xuống. Do đó tốc độ ký hiệu điều chế tương ứng biến đổi từ 960 ksps đến 15
ksps đối với đường lên FDD. Để phân biệt các kênh từ cùng một nguồn, sử dụng mã
định kênh dựa trên cơ sở kỹ thuật hệ số trải phổ khả biến trực giao (OVSF). Đường
xuống, mã Gold với chu kỳ 10 ms được sử dụng để phân biệt các ô khác nhau. Đường
lên mã Gold hoặc các mã ngắn luân phiên với chu kỳ 256 chip được dùng để phân biệt
các UE khác nhau.
Sơ đồ đa thâm nhập

DS-WCDMA băng rộng

Độ rộng băng tần (MHz)

5/10/15/20

Tốc độ chip (Mcps)

1,28/3,84/7,68/11,52/15,36

Độ dài khung (ms)

10

Đồng bộ giữa các BTS

Dị bộ/đồng bộ

Điều chế đường lên/đường xuống

QPSK/BPSK

Trải phổ đường lên/đường xuống

QPSK/OCQPSK

Vocoder

CS-ACELP/(AMR)

Tổ chức tiêu chuẩn

3GPP/ETSI/ARIB

Bảng 1.1 Các thông số giao diện vô tuyến của WCDMA
Về mặt mã hoá kênh thì có ba tuỳ chọn được hỗ trợ: mã vòng, mã xoắn và mã
turbo. Việc tuỳ chọn loại mã hoá kênh nào là tuỳ thuộc vào các lớp trên. WCDMA sử

dụng rất nhiều kiến trúc của mang GSM/GPRS hiện có cho mạng của mình, các phần


14

tử như MSC, HLR, SGSN, GGSN có thể được nâng cấp từ mạng GSM/GPRS hiện có
để có thể hỗ trợ đồng thời WCDMA và GSM/GPRS trong giai đoạn đầu triển khai
WCDMA
1.2 Cấu trúc và chức năng của các phần tử trong hệ thống WCDMA
1.2.1 Cấu trúc hệ thống

Hình 1.1 Các phần tử của mạng PLMN
Hệ thống WCDMA gồm một số các phần tử mạng logic, mỗi phần tử có một
chức năng xác định. Về mặt chức năng, các phần tử mạng được nhóm thành mạng truy
nhập vô tuyến (RAN: Radio Access Network hay UTRAN) để thực hiện các chức năng
vô tuyến và mạng lõi (CN: Core Network) để thực hiện chức năng chuyển mạch, định
tuyến cuộc gọi và kết nối số liệu. Ngoài ra hệ thống WCDMA còn có thiết bị người sử
dụng (UE: User Equipment) thực hiện giao diện người dùng với hệ thống.
1.2.2 Chức năng của các phần tử trong hệ thống
1.2.2.1 Chức năng của các phần tử trong mạng truy nhập vô tuyến UTRAN


15

Mạng vô tuyến UTRAN bao gồm hai hay nhiều hệ thống con mạng vô tuyến
(RNS: Radio Network Subsystem). Mỗi RNS bao gồm các node B và một bộ điều
khiển mạng vô tuyến RNC, mỗi RNC có thể kết nối với một hoặc nhiều Node B. Các
Node B được kết nối với RNC thông qua giao diện Iur. Dưới đây là chức năng của
từng phần tử:
• Node B: Chuyển đổi dòng dữ liệu giữa các giao diện Iub và Uu. Do đó chức

năng chủ yếu của node B là thực hiện xử lý lớp vật lý của giao diện vô tuyến
(mã hoá kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, điều khiển công suất...). Ngoài ra node
B còn tham gia khai thác và quản lý tài nguyên vô tuyến. Về chức năng nó
giống trạm gốc ở GSM.
• RNC: Điều khiển node B cho trước được xem như CRNC. CRNC điều kiển tải
và ứ nghẽn cho các ô của mình. Khi một kết nối MS-UTRAN sử dụng nhiều tài
nguyên từ nhiều RNC thì các RNC tham dự vào kết nối này sẽ có hai vai trò
riêng biệt:
9 RNC phục vụ (Serving RNC): Là RNC kết cuối cả đoạn nối Iu để truyền
tải số liệu người sử dụng lẫn báo hiệu RANAP tương ứng cho số liệu
người sử dụng từ/tới mạng lõi. SRNC cũng kết cuối báo hiệu điều khiển
tài nguyên vô tuyến: giao thức báo hiệu giữa UE và UTRAN. Tại mọi
thời điểm UE chỉ có một SRNC.
9 RNC trôi (DRNC): Là một RNC bất kỳ khác với SRNC để điều khiển
các ô được UE sử dụng. Khi cần DRNC có thể thực hiện kết
hợp và phân chia ở phân tập vĩ mô (chuyển giao). DRNC không thực
hiện xử lý số liệu lớp đoạn nối đối với số liệu từ/tới giao diện vô tuyến
mà chỉ định tuyến số liệu trong suốt giữa các giao diện Iub và Iur. Tại
mọi thời điểm một UE có thể có hoặc không có một hay nhiều DRNC.


16

1.2.2.2 Chức năng của các phần tử trong mạng lõi:
Các phần tử này thực hiện các chức năng liên quan đến chuyển mạch định tuyến
và kết cuối số liệu. Chức năng cụ thể của từng phần tử như sau:
• Trung tâm chuyển mạch di động/bộ ghi định vị tạm trú (MSC/VLR): Là tổng
đài (MSC: Mobile Service Switching Center) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung
cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí hiện thời của nó. Chức năng
của MSC là sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh, còn chức năng của VLR

là lưu giữ bản sao về lý lịch của người sử dụng khách cũng như vị trí chính xác
hơn của UE trong hệ thống đang phục vụ. Phần mạng được truy nhập qua
MSC/VLR thường được gọi là vùng CS.
• GMSC (Gateway MSC): Là chuyển mạch tại điểm kết nối UMTS PLMH và
mạng CS ở bên ngoài. Trên thực tế GMSC thường được tích hợp vào cùng
MSC/VLR.
• SGSN (Serving GPRS Support Node): Điểm hỗ trợ GPRS đang phục vụ. Có
chức năng giống như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch vụ chuyển
mạch gói PS. Phần mạng được truy nhập qua SGSN thường được gọi là vùng
PS. SGSN trong WCDMA khác với SGSN trong GPRS ở giao diện với RNC.
Các giao diện IuPS được đưa vào WCDMA UMTS để tăng cường cho Gb là
giao diện giữa BSS và SGSN trong GPRS. Giao diện Iu-PS có khả năng hỗ trợ
các dịch vụ thời gian thực. Một điểm khác nữa giữa SGSN 2,5G và SGSN 3G là
chức năng nén và mật mã, SGSN 2,5G tối ưu hoá sự sử dụng đoạn nối vô tuyến
bằng cách nén tiêu đề TCP/IP còn ở 3G thì không cần. WCDMA UMTS có hai
GTP tunnel để mang các bó số liệu của người sử dụng: GTP-U Tunnel giữa
GGSN và SGSN và một Tunnel khác giữa SGSN và RNC còn ở GPRS chỉ có
một tunnel giữa GGSN và SGSN.


17

• GGSN (Gateway GPRS Support Node): Có chức năng giống GMSC nhưng liên
quan đến các dịch vụ PS. GGSN là điểm neo cho UE và có thể được coi như
một Router mặc định. Việc chọn GGSN dựa trên APN (Acces Point Name : tên
điểm truy nhập). Khi UE yêu cầu thiết lập một PDP context, APN được đặt vào
yêu cầu. Trên cơ sở yêu cầu APN, SGSN hỏi DNS để xác định GGSN đích để
chuyển yêu cầu. Trả lời DNS xác định GGSN và PDP context được thiết lập với
GGSN này. GGSN trong WCDMA UMTS giống với GGSN trong GPRS,
nhưng cần lưu ý GGSN trong GPRS chỉ hỗ trợ một PDP context cho một người

sử dụng còn GGSN trong WCDMA UMTS có thể hỗ trợ nhiều PDP context cho
một người sử dụng, nó cũng có khả năng ấn định một địa chỉ IP cho nhiều PDP
context của một UE, điều này là không thể có trong GPRS.
• Ngoài ra còn có các phần tử như HLR, EIR, AUC. ..
1.2.2.3 Thiết bị người dùng UE
Thiết bị người sử dụng UE là thiết bị đầu cuối di động. UE gồm hai phần, thiết
bị di đông ME và USIM:
• ME (Mobile Equipment): Gồm đầu cuối vô tuyến và các đấu nối trên mạng qua
giao diện Uu. Các đầu cuối di động ban đầu ít nhất phải là song mode và có khả
năng hỗ trợ cả WCDMA cũng như GSM/GPRS, vì giai đoạn đầu vùng phủ của
WCDMA còn hạn chế.
• Module nhận dạng thiết bị USIM (User Subcriber Identify Module): Là một thẻ
thông minh chứa nhận dạng thuê bao để thực hiện các thuật toán nhận thực, lưu
giữ các khoá nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho các đầu cuối.
1.2.3 Các giao diện của hệ thống WCDMA
1.2.3.1 Giao diện Iu:
Giao diện này nối UTRAN với CN. Iu được chia thành


18

9 Iu-CS: Đây là giao diện để nối mạng vô tuyến đến mạng lõi chuyển mạch
kênh.
9 Iu-PS: Là giao diện để nối mạng vô tuyến đến mạng lõi chuyển mạch gói.
Giao diện Iu có mặt điều khiển và phần tử mặt người sử dụng liên quan đến nó.
Hiện nay Iu được đặc tả với ATM là lớp đoạn nối, tuy nhiên giao diện Iu có thể chạy
trên IP trong tương lai gần. Các mặt phẳng điều khiển Iu-CS và Iu-PS bao gồm:
RANAP (lớp ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến) sử dụng báo hiệu SS7. AAL5 là lớp
thích ứng được sử dụng trong mặt điều khiển. Trong mặt người sử dụng Iu-CS được
đặt ngay trên AAL2, bởi vì AAL2 hỗ trợ cho các dịch vụ hướng kết nối còn AAL5 hỗ

trợ cho các dịch vụ phi kết nối. GTP-U trên UDP/IP/AAL5 là mặt phẳng người sử
dụng cho Iu-PS.
1.2.3.2 Giao diện Iub
Giao diện Iub nối các node B với RNC, giao diện này cũng gồm mặt phẳng điều
khiển và mặt phẳng báo hiệu. Mặt phẳng điều khiển ở giao diện Iub được gọi là NBAP
(phần ứng dụng node B), BNAP này lại được chia ra thành BNAP chung (C-BNAP) và
BNAP riêng (D-BNAP) tuỳ thuộc vào đoạn nối báo hiệu được sử dụng. ATM cũng
được sử dụng làm giao thức lớp dưới cho giao diện Iub. Giao thức Iub mặt người sử
dụng được định nghĩa thông qua giao thức khung, nó định nghĩa cấu trúc các khung và
các thủ tục điều khiển trong băng cho từng kiều kênh truyền tải. Giao diện này được
định nghĩa để thông tin giữa các RNC. Giao thức mặt điều khiển trên giao diện này là
RNSAP, hoạt động trên SS7, SS7 được mạng bởi giao diện ATM trên cơ sở AAL5.
Mặt người sử dụng bao gồm giao thức khung, được mang trực tiếp trên AAL2. Ban
đầu giao diện này được định nghĩa để hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC, hỗ trợ
lưu lượng kênh riêng và kênh chung, hỗ trợ quản lý tài nguyên toàn cầu.


19

1.3 Tiến hoá của mạng WCDMA UMTS
Kiến trúc mạng lõi của phát hành 3GPP 1999 rất khác với kiến trục mạng lõi
của GSM/GPRS. Vì thế phải nâng cấp mạng lõi để có thể hỗ trợ được các giao diện
mới của mạng truy nhập vô tuyến, tuy nhiên không cần thiết phải có một kiến trúc
mạng hoàn toàn mới. Trong các phát hành 3GPP 4 và GPP 5 được xét dưới đây ta sẽ
thấy những điểm tăng cường đáng kể cho mạng lõi.
1.3.1 Kiến trúc của mạng phát hành 3GPP 4
Phát hành 3GPP 4 tạo ra tăng cường đáng kể cho kiến trúc mạng lõi. Về nguyên
tắc, MSC được chia thành các bộ phận thành phần nhờ vậy có thể triển khai theo cách
phân bố như cho ở hình vẽ 1.4 dưới đây. Ở kiến trúc này MSC được chia thành MSC
Server và cổng các phương tiện (MGW). MSC Server chứa toàn bộ phần mềm quản lý

di động và điều khiển cuộc gọi bình thường phần mềm này được chứa ở MSC tiêu
chuẩn. MGW không chứa các phần mềm nói trên mà chỉ có nhiệm vụ thiết lập điều
khiển và giải phóng các luồng phương tiện dưới sự điều khiển của MSC Server.
Báo hiệu cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực hiện trực tiếp giữa MSC
Server và RNC còn đường truyền phương tiện được thiết lập giữa MGW và RNC.
Trong quá trình RNC được kết nối, hai thực thể này đóng vai trò thiết bị vậy lý giống
như trong trường hợp RNC kết nối với một MSC truyền thống. Thông thường MGW
nhận các cuộc gọi từ RNC và định tuyến các cuộc gọi này đến các nơi nhận trên một
đường trục gói. Thông thường đường trục gói này được xây dựng trên cơ sở IP, vì thế
lưu lượng đường trục là tiếng trên nền IP (VoIP). Nếu vùng PS cũng sử dụng đường
trục IP thì chỉ cần một đường trục IP duy nhất và như vậy có thể tiết kiệm đáng kể giá
thành cho nhà khai thác mạng
Khi cuộc gọi cần được định tuyến đến một mạng khác, mạng PSTN chẳng hạn,
thì ở đầu phía PSTN sẽ có một MGW khác được điều khiển bởi MSC Server cổng,


20

MGW này chuyển đổi tiếng được đóng gói thành PCM tiêu chuẩn cho mạng PSTN.
Như vậy việc chuyển đổi mã chỉ cần thực hiện tại điểm kết nối với PSTN và ở mạng
đường trục gói chỉ cần truyền tiếng ở độ rộng băng tần nhỏ hơn, điều này cho phép
giảm giá thành của mạng.

Hình 1.2 Kiến trúc mạng phân bố phát hành UMTS R4
Giao thức giữa MSC Server hay GMSC Server và MGW là giao thức ITU
H.248, giao thức này còn được gọi là MEGACO. Giao thức MSC Server và GMSC
Server có thể là giao thức điều khiển cuộc gọi thích hợp bất kỳ.
1.3.2 Kiến trúc của mạng phát hành 3GPP 5 cho vùng đa phương tiện IP
Kiến trúc này được xây dựng trên các công nghệ gói và điện thoại IP cho đồng
thời các dịch vụ thời gian thực và không thời gian thực. Kiến trúc này cho phép hỗ trợ

chuyển mạch toàn cầu và tương hợp với các mạng ngoài như: mạng thông tin di động
thế hệ 2 hiện có, mạng số liệu công cộng và mạng VoIP đa phương tiện.


21

Trong tiến hoá này, cả tiếng và số liệu được xử lý như nhau trên toàn bộ đường
truyền từ đầu cuối của người dùng đến nơi nhận cuối cùng. Có thể coi kiến trúc này là
sự hội tụ toàn diện của tiếng và số liệu. Kiến trúc này ngoài 2 vùng CS và PS như trong
R4 còn bổ sung thêm một vùng nữa trong mạng lõi là vùng đa phương tiện IP (IM),
vùng này được xây dựng trên giao thức khởi đầu phiên SIP ở công nghệ VoIP, thực
chất chức năng điều khiển trạng thái cuộc gọi CCF là một đại diện SIP (SIP Proxy).

Hình 1.3 Kiến trúc của phát hành UMTS R5


22

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH MẠNG WCDMA

2.1 Nguyên lý chung
Trong chương trước ta đã tổng quát chung về đặc điểm của hệ thống thông tin di
động thế hệ ba WCDMA. Việc xem xét đó làm cơ sở để phân tích quy hoạch hệ thống.
Trong chương này ta sẽ nghiên cứu việc quy hoạch và thiết kế mạng WCDMA, bao
gồm định cỡ, quy hoạch chi tiết vùng phủ, tối ưu hoá mạng.
Quy hoạch mạng được tiến hành trên cơ sở yêu cầu của thông số được 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 lưu lượng và vùng phủ, tối ưu hoá
mạng. Ở giai đoạn định kích cỡ sẽ đưa 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 được các yêu cầu của nhà khai thác về vùng phủ, dung
lượng và chất lượng phục vụ.
Dung lượng 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 được
thực hiện kết hợp với công cụ phần mềm quy hoạch WCDMA. Tuy nhiên mạng
WCDMA là một hệ thống bị giới hạn bởi nhiễu nên các vấn đề nhiễu cũng cần được
xem xét khi quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến.


23

Đầu vào
Dự báo số thuê bao trên một kiểu dịch vụ.
Dự báo sự sử dụng trên một kiểu lu lợng
Các vùng phủ cần có.
Kiểu vùng phủ.
Các công việc quy hoạch

Các chỉ tiêu chất lợng.

Quy hoạch vùng phủ vô tuyến
Quy hoạch dung lợng mạng vô tuyến.
Định cỡ RNC, phần tử các mạng lõi và xác
định chỗ đặt.
Quy hoạch mạng truyền dẫn UTRAN.
Quy hoạch mạng truyên dẫn truy nhập.
Quy hoạch mạng truyền dẫn đờng trục.

Các công việc triển khai

Triển khai BTS.
Triển khai RNC.
Kết nối BTS-RNC.
Triển khai mạng lõi.
Kết nối mạng truy nhập-mạng lõi.
Kiểm tra đầu cuối-đầu cuối.
Tối u hoá.
Khai thác và đo hiệu năng.

Hỡnh 2.1. Quỏ trỡnh quy hoch v trin khai mng WCDMA
Khi mng i vo hot ng, cú th quan sỏt hiu nng ca h thng qua vic o
cỏc thụng s v kt qu ca cỏc thụng s ú s c s dng hin th v ti u hoỏ
hiu nng mng. quỏ trỡnh quy hoch v ti u hoỏ mng cú th thc hin mt cỏch t
ng bng cỏch s dng cỏc cụng c thụng minh v cỏc phn t mng. Thụng thng
trong giai on trin khai ta thy khụng th ti u khi trin khai h thng ging nh
quy hoch mng. Cú rt nhiu nguyờn nhõn buc ta phi thay i quy hoch nh:
Khụng th t Node B ỳng v trớ quy hoch, ny sinh cỏc vn v vựng ph v cht


24

lượng khi kết nối và tối ưu v.v… 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 lượng và nhu cầu dịch vụ trên cơ sở thực tế so với nhóm kỹ thuật chịu trách
nhiệm thiết kế.
2.2 Dự báo
Dự báo là bước 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 việc dự báo nhu cầu dịch vụ có thể thực hiện
khác nhau. Dự báo có thể chia thành dự báo nhu cầu dịch vụ/thuê bao và dự báo lưu

lượng.
2.2.1 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
trường cần phục vụ. Đối với mạng WCDMA có khả năng cung cấp nhiều loại dịch vụ
khác nhau dành cho các đối tượng sử dụng khác nhau nên dự báo cần tiến hành riêng
theo từng kiểu người sử dụng. Dự báo nhu cầu dịch vụ có thể chia thành một số bước
như sau:
• Xác định mục tiêu của dự báo: Thông thường, các mục tiêu này bao gồm các
nhu cầu của dân cư, nhu cầu của các cơ quan, vùng mục tiêu cần dự báo (nội
tỉnh hay toàn quốc), khuôn khổ dự báo (5 năm, 10 năm hay 15 năm…).
• Xác định các số liệu cần thu thập: Các số liệu cơ bản có thể bao gồm:
9 Mật độ điện thoại.
9 Điều tra về dân số.
9 Điều tra về số các cơ quan.
9 Mức GDP/người.
9 Tốc độ tăng trưởng kinh tế.