TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC BÀI TẬP LỚN MÔN: TỐI ƯU VÔ TUYẾN CHO CÁC MẠNG DI ĐỘNG THẾ HỆ MỚI-2-11 ĐỀ TÀI: Network planning LTE Giảng viên hướng dẫn : TS Phạm Hải Đăng Học viên thực : ĐẶNG THỊ PHƯỢNG – MSHV: CB110891 Lớp : BK01 Hà Nội, tháng 5/2012 LTE Planning in WinProp Thiết lập Mạng LTE WinProp Phiên V 1.0 V2.0 V3.0 V4.0 Ngày tạo Tháng 11/2010 Tháng 1/2011 Tháng 2/2011 Tháng 11/2011 Thay đổi Phiên Phiên thứ có sửa đổi ví dụ Phiên thứ có cập nhật cho GUI liệu mẫu Phiên thứ có cập nhật sơ đồ đa truy cập Động lực 3GPP Long Term Evolution (LTE), chuẩn cho mạng di động sau công nghệ GSM/EDGE UMTS/HsxPA Chỉ tiêu kĩ thuật LTE tốc độ đỉnh đường xuống 100 Mbit/s đường lên 50 Mbit/s thời gian truy cập mạng RAN nhỏ 10ms LTE hỗ trợ nhiều băng tần, từ 1,4 MHz đến 20 MHz hỗ trợ ghép kênh phân chia theo tần số (FDD) ghép kênh phân chia theo thời gian (TDD) Hình 1: Ưu điển hệ thống LTE so với HSPA Ưu điểm LTE lưu lượng lớn,độ dư thừa thấp, hiệu suất sử dụng phổ cao hơn, tích hợp, FDD TDD tảng, hỗ trợ người dùng kiến trúc đơn giản với chi phí vận hành thấp LTE hỗ trợ mạng hệ trước GSM, cdmaOne, UMTS CDMA2000 Bước phát triển LTE LTE Advance chuẩn hóa 3GPP 10 E-UTRA giao diện vô tuyến 3GPP's Long Term Evolution (LTE) cải tiến đường cho mạng di động Đó rút gọn cho UMTS Terrestrial Radio Access Network đường đơn cho o GSM/EDGE o UMTS/HSPA o CDMA2000/EV-DO o TD-SCDMA Giao diện vô tuyến LTE có đặc trưng sau: Tốc độ tải đỉnh xuống 300 Mbps với trường hợp t4x4 anten, 170 Mbps với trường hợp 2x2 anten (tại băng tần 20 MHz) Tốc độ up đỉnh 75 Mbps với phổ tần 20 MHz, sử dụng anten Tăng cường hỗ trợ băng tần từ nhỏ 1.4 MHz đến lớn 20 MHz Hỗ trợ cell tối ưu kích thước km (vùng nông thôn), ô kích thướng 100 km với chất lượng chấp nhận được, ô nội thành kích thước nhỏ km Tính di động tốt, ví dụ liệu dùng tốt với tốc độ di chuyển 350 km/h Hỗ trợ cho MBSFN ( mạng đơn tần số truyền đa điểm) cho Mobile TV Giao diện vô tuyến LTE Đường xuống: Lớp vật lý E-UTRA sử dụng phương pháp ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) cho đường xuống có đặc điểm sau: o Tiền tố vòng 4.7μs để bù tượng đa đường (với tiền tố vòng mở rộng 16.6 μs) o Độ dài khung miền thời gian 10 ms gồm 10 khung nhỏ, khung ms o Mỗi khung nhỏ lại gồm slot 0.5 ms o Khoảng cách sóng mang miền tần số 15 kHz o 12 sóng mang tạo (trên slot) thành block liệu, block liệu 180 kHz o khối liệu ứng với sóng mang 1.4 MHz o 50 (25, 100) khối liệu ứng với sóng mang 10 MHz (5 MHz, 20 MHz) Đường xuống có kênh vật lý là: o Physical Downlink Shared Channel (PDSCH) sử dụng để truyền toàn liệu o Physical Multicast Channel (PMCH) sử dụng phát quảng bá sử dùng SFN o Physical Broadcast Channel (PBCH) sử dụng để truyền thông tin quan trọng hệ thống Hỗ trợ nhiều dạng điều chế QPSK, 16QAM and 64QAM Hệ thống MIMO có dạng QPSK, 16QAM 64QAM Hình 2: Việc gán tần số LTE cho đường xuống lên Đường lên Đường lên LTE sử dụng pre-coded OFDM gọi đa truy nhập phân chi theo tần số đơn sóng mang (SC-FDMA) để tránh tỉ sổ công suẩt đỉnh trung bình (PAPR) cao OFDM Điều giúp giảm yêu cầu cho khuếch đại tuyến tính công suất tiêu thụ giảm Đường lên có kênh vật lý o Physical Random Access Channel (PRACH) dùng khởi tạo truy nhập o Physical Uplink Shared Channel (PUSCH) mang liệu o Physical Uplink Control Channel (PUCCH) mang thông tin điều khiển Dạng điều chế giống đường xuống: QPSK, 16QAM 64QAM Mô WinProp Việc xem xét giao diện vô tuyến LTE dự án quy hoạch mạng vô tuyến tương ứng WinProp LTE wst-file (wst kí hiệu vô tuyến) sử dụng Tương ứng với tham số giao diện vô tuyến (hình 3) cho đa truy nhập, truyền song công, băng tần, sóng mang, chế độ truyền (điều chế sơ đồ mã hóa), phân chia cell trạm gốc Các thông số vô tuyến phụ thuộc vào băng tần băng thông Công nghệ MIMO hoạt động với nhiều tùy chọn ghép kênh theo không gian cân nhắc (tìm chi tiết kĩ thuật MIMO) Hình 3: Giao diên vô tuyến cho LTE Thiết lập đa nhập OFDM/SOFDMA chọn hình (hình 4) Thiết lập công suất Tx(Đường xuống) Công suất Tx chia nhỏ cho sóng mang (mặc định sóng mang có công suất nhau) Trường hợp sóng mang pilot tín hiệu điều khiển công suất thay đổi (giá trị âm có công suất lớn, giá trị dương có công suất nhỏ hơn) Công suất tín hiệu pilot ảnh hưởng đến công suất gán cho cell Công suất cho phát pilot, điều khiển truyền liệu biểu diễn đây, tính toán việc thiết lập ước lượng trường "Symbols" Tải Cell Dung lượng ô dùng để điều khiển "Công suất phát xuống" "số sóng mang sử dụng" Nếu "điều khiển công suất cell đường xuống" chọn tất sóng mang mang liệu có mức nhiễu (ví dụ: tất sóng mang có công suất 50% công suất tối đa ) Nếu “điều khiển công suất sóng mang con” chọn công suất sóng mang truyền tối đa không truyền (ví dụ 50% số sóng mang dùng để khảo sát cell 50% sóng mang lại không bị ảnh hưởng nhiễu liên cell ) Sóng mang Dựa vào băng thông thứ tự FFT chọn tự động số sóng mang bảo vệ, số sóng mang định trước Khoảng cách sóng mang chu kỳ mẫu định trước Ký hiệu (mẫu) Trường cho phép chia resources (mẫu sóng mang con) gồm tín hiệu tham khảo, điều khiển liệu Nếu thiết lập cho mẫu chọn việc chia thực miền tần số cách xác định số sóng mang cho tín hiệu tham khảo, sóng mang lại dùng truyền liệu Nếu thiết lập sóng mang cho symbol chọn việc gán resources thực miền tần số lẫn thời gian, điều quan trọng mạng LTE ảnh hưởng đến công suất nhiễu cho tín hiệu tham khảo (RSRP, RSRQ, RSSI) Hình biểu diễn việc chia liệu, tín hiệu điều khiển tham khảo Hình 5: Thiết lập giao diện vô tuyến cho LTE Block liệu Nhóm sóng mang tạo thành resource block "fractional load allowed" chọn "cell load controls number of used sub-carriers" chọn Trường hợp chế độ truyền bao gồm truyền nhóm block liệu song song (ví dụ 25 block với băng tần MHz) Tái sử dụng tần số Việc tái sử dụng tần số điều quan trọng với LTE để cải thiện dung lượng cell Bằng việc cell sử dụng phần băng tần nên sóng mang tái sử dụng cell khác Thứ tự factor tần số tái sử dụng mặc định Chế độ truyền phân tích với giảm số block liệu (theo băng tần) giảm nhiễu phụ thuộc vào việc tái sử dụng tần số Chế độ truyền Trên giao diện vô tuyến liệt kê chế độ truyền với loại mã hóa, tốc độ mã, tốc độ liệu Chế độ truyền định sẵn file wst Thiết lập cho chế độ truyền biểu thị hình Hình 6: Chế độ truyền LTE Những đặc điểm cho đường xuống (bên trái) đường lên (bên phải) xác định cách độc lập, nhiên mặc định đường đối xứng (chú ý thông số truyền, tỉ số SNIR yêu cầu công suất phát) Ngoài chuyển từ chế độ song hướng sang phân tích đường lên đường xuống Block xác định truyền liệu với chế độ điều chế, tốc độ mã, số block liệu tỉ số định mức Những tham số đáp ứng cho chế độ truyền Số block liệu xác định theo băng tần (25 cho MHz, 50 cho 10 MHz 100 cho 20 MHz) dùng block liệu Hình 7: Chỉ số SNIR dựa vào điều chế mã hóa cho LTE Block thứ hai mức ngưỡng cho chế độ truyền, ví dụ số SNIR ( ví dụ hình 7) công suất thu định sẵn Công suất phát xác định tương ứng với chế độ điều chế Trường hợp điều chế QAM công suất back-off đề suất Công suất phát back-off làm giảm số SNIR tương ứng cới chế độ truyền Mô mạng LTE Mô mạng LTE tính toán từ số SNIR Ngoài công suất tín hiệu có sẵn nhân tố quan trọng nhiễu xuyên kênh người dùng cell chia tài nguyên tần số thời gian Mức nhiễu xuyên kênh (kênh lân cận) ảnh hưởng đến việc mô factor tương ứng (hình 8) Những giá trị giả định công suất phát cell lớn Giá trị 100% nghĩa công suất cell liền kề đạt tối đa Ngược lại giá trị 0% có nghĩa cell liền kề không hoạt động có nhiễu Nếu “điều khiển tải sóng mang” chọn sóng mang dùng truyền với công suất lớn không sử dụng Tương ứng với trường hợp x % tải (1-x)% sóng mang không bị nhiễu liên kênh Trường hợp tải khác (x,y) cell, (1-max(x,y))% sóng mang không bị nhiễu liên kênh Với min(x,y)% sóng mang cell gây nhiễu lên phần lại băng tần cell gây nhiễu Ở đường lên phần trăm công suất phát định trước, dùng cho tính toán nhiễu đường lên (mặc định dB) Hình 8: Xác định thông số mô Các tải factor khai báo toàn cục trang mô (như hình 6), tải phân bố cho cell tham số ("assumed mean Tx power in downlink") xác định cho sóng mang anten/cell Nếu tải cell chưa xác định giá trị troàn cục dùng Hình 9: Xác định tải cell Ví dụ Phần trình bày ví dụ để hiểu rõ ràng dung lượng LTE WinProp Hình 10 ví dụ hệ thống cho văn phòng gồm anten Hai số sử dụng sóng mang (site 2)- anten lại bị nhiễu liên kênh Hình 10: Hệ thống cho văn phòng với anten (có sóng mang) Các tham số mạng bảng đây: Tham só Giá trị Tần số 2110 MHz Băng thông hệ thống Mhs Công suất phát Công suất đầu ra10 dBm PA Chiều cao anten 2.5m SNIR tối thiểu yêu cầu Khoảng từ -5.4 17.2 (phụ thuộc vào MSC) Giao diện vô tuyến LTE Kết tính toán chia làm loại: Kết chung việc gán cell chế độ truyền: o Vùng cell o Site cell o Server o Tốc độ tải tối đa (DL UL) o Dung lượng tối đa (DL UL) Gán cell: o o o o o o Công suất thu Site bên nhận Cell bên nhận Sóng mang bên SNIR max (DL) Pilot: nhiễu Tín hiệu tham chiếu: o RSRP (DL) o RSRQ (DL) o RSSI (DL) Tín hiệu tham chiếu: o Công suất thu o SNIR max (DL) Với chế độ truyền (ví dụ: QAM 16 tốc độ mã 1/2) o DL: Công suất nhỏ BS để BS hoạt động o DL: Công suất lớn MS nhận (công suất BS lớn nhất) o DL: SNIR lớn o DL: xác suất đáp ứng o o o o o o o o o DL: tốc độ liệu lớn user DL: Streams Nr DL: Dung lượng lớn UL: công suất nhỏ MS hoạt động UL: công suất BS lớn (khi công suất MS lớn nhất) UL: SNIR lớn UL: tốc độ liệu người dùng lớn UL: Streams Nr UL: Dung lượng lớn Theo kết có chế độ truyền bên phát Công suất tối thiểu cần thiết bên phát để hệ thống hoạt động với “công suất phát tối thiểu trạm BS” “công suất phát tối thiểu MS” Hình 11-13 biểu diễn dung lượng tối đa chế độ truyền, sơ đồ site vùng tín hiệu tốt mạng Ở ảnh hưởng gán sóng mang thể rõ anten sử dụng sóng mang nên gây nhiễu cho (giả sử tải tối đa) site sử dụng sóng mang nên dung lượng cao Vì việc gán cell dựa công suất đỉnh máy thu (đường xuống) nên dung lượng bị giới hạn nơi site site phủ sóng (phía nam site 1) Tại nhiễu làm hạn chế SNIR Hình 11: Tốc độ tối đa mạng nhà (đường xuống) Hình 12: Sơ đồ phủ sóng site nhà Hình 13: Biểu đồ lý tưởng cho mạng nhà Hình 14 biểu diễn sơ đồ RSRP (công suất đầu thu tham khảo) hình 15 sơ đồ SNIR tối đa cho việc gán cell Trong sơ đồ RSRP ảnh hưởng vị trí site, sơ đồ SNIR phụ thuộc vào việc gán sóng mang Mặc dù công suất máy thu cao quanh vị trí site SNIR bị giới hạn việc tái sử dụng tần số Hình 14: Công suất đầu thu tham khảo (đường xuống) Hình 15: Sơ đồ SNIR tối đa gán cell Hình 16 17 kết cho chế độ truyền, công suất tối thiểu BS thứ hai tốc độ SNIR tối đa Hình 16: Công suất tối thiểu yêu cầu BS cho chế độ truyền Hình 17: Sơ đồ SNIR tối đa cho chế độ truyền Để biểu diễn ảnh tưởng tải hình 18 biểu diễn số stram cho chế độ truyền cao hình 19 biểu thị việc tăng dung lượng dựa vào việc giảm tải Hình 18: Tốc độ SNIR tối đa cho chế độ truyền (30% tải) Hình 19: Tốc độ liệu (DL) tối đa phòng (30% tải) Hình bên ví dụ phát triển LTE ngoại ô Hình 20 biểu diễn công suất máy thu việc gán cell với mạng site sector Hình 20: Công suất máy thu việc gán cell cho mạng ngoại ô Hình 21 tốc độ máy thu tối đa cho mạng ngoại ô với 30% tải Tại luồng sector tốc độ liệu phụ thuộc vào điều khiện nhiễu Hình 21: Tốc độ tối đa (DL) cho mạng ngoại ô (30% tải) [...]... hoạt động o DL: Công suất lớn nhất MS nhận được (công suất BS lớn nhất) o DL: SNIR lớn nhất o DL: xác suất đáp ứng o o o o o o o o o DL: tốc độ dữ liệu lớn nhất trên mỗi user DL: Streams Nr DL: Dung lượng lớn nhất UL: công suất nhỏ nhất MS có thể hoạt động UL: công suất BS lớn nhất (khi công suất MS lớn nhất) UL: SNIR lớn nhất UL: tốc độ dữ liệu người dùng lớn nhất UL: Streams Nr UL: Dung lượng lớn. .. thu tham khảo (đường xuống) Hình 15: Sơ đồ SNIR tối đa khi gán cell Hình 16 và 17 là kết quả cho từng chế độ truyền, đầu tiên là công suất tối thiểu ở BS và thứ hai là tốc độ SNIR tối đa Hình 16: Công suất tối thiểu yêu cầu ở BS cho chế độ truyền Hình 17: Sơ đồ SNIR tối đa cho chế độ truyền Để biểu di n sự ảnh tưởng của các tải hình 18 biểu di n số stram cho chế độ truyền cao hơn và hình 19 biểu thị... truyền bên phát Công suất tối thiểu cần thiết bên phát để hệ thống hoạt động với “công suất phát tối thiểu trạm BS” và “công suất phát tối thiểu tại MS” Hình 11-13 biểu di n dung lượng tối đa của các chế độ truyền, sơ đồ site và vùng tín hiệu tốt của mạng Ở đây ảnh hưởng của gán sóng mang được thể hiện rõ 2 anten cùng sử dụng sóng mang 0 nên gây nhiễu cho nhau (giả sử tải tối đa) trong khi site 3 sử... Hình 18: Tốc độ SNIR tối đa cho chế độ truyền (30% tải) Hình 19: Tốc độ dữ liệu (DL) tối đa trong phòng (30% tải) Hình bên dưới là ví dụ về phát triển LTE ở ngoại ô Hình 20 biểu di n công suất máy thu của việc gán cell với mạng 6 site 3 sector Hình 20: Công suất máy thu trong việc gán cell cho mạng ngoại ô Hình 21 tốc độ máy thu tối đa cho mạng ngoại ô với 30% tải Tại luồng chính của các sector tốc độ... của site 1) Tại đây nhiễu làm hạn chế SNIR Hình 11: Tốc độ tối đa của mạng trong nhà (đường xuống) Hình 12: Sơ đồ phủ sóng các site trong nhà Hình 13: Biểu đồ lý tưởng cho mạng trong nhà Hình 14 biểu di n sơ đồ RSRP (công suất đầu thu tham khảo) và hình 15 là sơ đồ SNIR tối đa cho việc gán cell Trong khi sơ đồ RSRP ảnh hưởng bởi vị trí của các site, sơ đồ SNIR phụ thuộc vào việc gán sóng mang Mặc dù... Hình 10 là ví dụ về hệ thống cho văn phòng gồm 3 anten Hai trong số đó sử dụng cùng 1 sóng mang (site 1 và 2)- anten còn lại bị nhiễu liên kênh Hình 10: Hệ thống cho văn phòng với 3 anten (có 2 sóng mang) Các tham số chính của mạng như bảng dưới đây: Tham só Giá trị Tần số 2110 MHz Băng thông hệ thống 5 Mhs Công suất phát Công suất đầu ra10 dBm của PA Chiều cao anten 2.5m SNIR tối thiểu yêu cầu Khoảng... dBm của PA Chiều cao anten 2.5m SNIR tối thiểu yêu cầu Khoảng từ -5.4 và 17.2 (phụ thuộc vào MSC) Giao di n vô tuyến LTE Kết quả tính toán có thể được chia làm 5 loại: Kết quả chung của việc gán cell và các chế độ truyền: o Vùng cell o Site cell o Server o Tốc độ tải tối đa (DL và UL) o Dung lượng tối đa (DL và UL) Gán cell: o o o o o o Công suất thu Site bên nhận Cell bên nhận Sóng mang bên nhau SNIR... thu trong việc gán cell cho mạng ngoại ô Hình 21 tốc độ máy thu tối đa cho mạng ngoại ô với 30% tải Tại luồng chính của các sector tốc độ dữ liệu phụ thuộc vào điều khiện nhiễu Hình 21: Tốc độ tối đa (DL) cho mạng ngoại ô (30% tải) .. .LTE Planning in WinProp Thiết lập Mạng LTE WinProp Phiên V 1.0 V2.0 V3.0 V4.0 Ngày tạo Tháng 11/2010 Tháng 1/2011 Tháng... phát triển LTE LTE Advance chuẩn hóa 3GPP 10 E-UTRA giao diện vô tuyến 3GPP's Long Term Evolution (LTE) cải tiến đường cho mạng di động Đó rút gọn cho UMTS Terrestrial Radio Access Network đường... nhập o Physical Uplink Shared Channel (PUSCH) mang liệu o Physical Uplink Control Channel (PUCCH) mang thông tin điều khiển Dạng điều chế giống đường xuống: QPSK, 16QAM 64QAM Mô WinProp Việc xem