TỔNG QUAN về MẠNG DI ĐỘNG CDMA

Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA LUẬN VĂN TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA Chương1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA 1.1 Giới thiệu chương Hệ thống CDMA xây dựng nhằm chuẩn bị sở hạ tầng di động chung có khả phục vụ dịch vụ nâng cấp lên hệ thống 3G tương lai Chương trình bày tổng quan hệ thống thơng tin di động mạng di động CDMA Đặc biệt tìm hiểu cấu trúc hệ thống, nguyên lý đặc tính CDMA: điều khiển cơng suất, dung lượng, chuyển giao, vùng phủ….Từ rút bảng so sánh mạng thông tin di động CDMA với mạng GSM nhằm nêu lên ưu điểm mạng CDMA 1.2 Tổng quan hệ thống thông tin di động 1.2.1 Hệ thống thơng tin di động tổ ong Tồn vùng phục vụ hệ thống điện thoại di động tổ ong chia thành nhiều vùng phục vụ nhỏ, gọi (cell), có trạm gốc quản lý điều khiển tổng đài cho th bao trì gọi cách liên tục di chuyển ô PSTN Mạng điện thoại công cộng Trung tâm chuyển mạch điện thoại di động Trung tâm chuyển mạch điện thoại di động Hình 1.1 Hệ thống thông tin di động tổ ong LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA Trong hệ thống điện thoại di động tổ ong tần số mà máy di động sử dụng không cố định kênh mà kênh xác định nhờ kênh báo hiệu máy di động đồng tần số cách tự động Vì kề nên sử dụng tần số khác ô cách xa khoảng cách định tái sử dụng tần số Để cho phép máy di động trì gọi liên tục di chuyển tổng đài điều khiển kênh báo hiệu kênh lưu lượng theo di chuyển máy di động để chuyển đổi tần số máy di động thành tần số thích hợp cách tự động 1.2.2 Q trình phát triển Thông tin di động đời vào cuối năm 1940, hệ thống thông tin di động điều vận Đến thông tin di động trải qua nhiều hệ Thế hệ hệ thông tin di động tương tự sử dụng công nghệ truy cập phân chia theo tần số (FDMA-Frequency Division Multiple Access) Tiếp theo hệ hệ triển khai số quốc gia giới Năm 81 90 2000 TDMDPDCH Mỹ AMPS NAMPS CMTS IS-136 IS-95 CDMAKhe #14 IS-54B TACS ETACS Châu Âu GSM NMT45 NMT900 PCN DEC CT-2 Nhật NTT NTT JTACS PDC NJTACS PS POCSAG PHS U M T S I M T 0 I P P L M T S ERMES FLEX Hình 1.2 Quá trình phát triển hệ thống thông tin di động giới LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA Quá trình phát triển hệ thống thông tin di động giới thể hình 1.2, cho thấy phát triển hệ thống điện thoại tổ ong (CMTS-Cellular Mobile Telephone System) tiến tới hệ thống chung toàn cầu tương lai Các hệ thống hình 1.2 hệ thống di động điển hình 1.3 Hệ thống thơng tin di động CDMA 1.3.1 Cấu trúc hệ thống thông tin di động CDMA CDMA (Code Devision Multiple Access) hệ thống di động số sử dụng công nghệ đa truy cập theo mã có cấu trúc hệ thơng gồm bốn phần sau:  Máy di động MS (Mobile Station)  Hệ thống trạm gốc BSS (Basic Station System)  Hệ thống chuyển mạch SS (Switching System)  Trung tâm vận hành, bảo dưỡng OMC (Operation and Maintenance Center) SS AuC Hệ thống chuyển mạch AUC HLR VLR Các mạng khác ISDN, PSTN… EIR MSC GMSC BSS BSC Hệ thống trạm gốc OMC Hệ thống vận hành bảo dưỡng BTS Truyền dẫn Kết nối gọi SIM MS Hình 1.3 Cấu trúc mạng thông tin di động LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA 1.3.1.1 Máy di động MS Một máy điện thoại di động gồm hai thành phần chính: Thiết bị di động hay đầu cuối thiết bị tích hợp khối mạch chức như: mã hóa, điều chế, khuyếch đại…dùng để thu tín hiệu vơ tuyến tái tạo lại dạng tín hiệu ban đầu; Module nhận thực thuê bao SIM Card thông minh dùng để nhận dạng đầu cuối, SIM Card có mã số nhận dạng cá nhân dùng để nhận thực thuê bao 1.3.1.2 Hệ thống trạm gốc BSS BSS kết nối máy di động với MSC(Mobile Services Switching Center) Chịu trách nhiệm việc phát thu sóng vơ tuyến BSS chia làm hai phần: + Trạm thu phát gốc, BTS(Basic Transceiver Station): gồm thu phát anten sử dụng cell Một BTS thường đặt vị trí trung tâm cell BTS đảm nhiệm chức vơ tuyến hệ thống + Bộ điều khiển trạm gốc, BSC(Basic Station Controller): điều khiển nhóm BTS quản lý tài nguyên vô tuyến BSC chịu trách nhiệm điều khiển việc nhảy tần, chức tổng đài điều khiển mức công suất tần số vô tuyến BTS 1.3.1.3 Hệ thống chuyển mạch SS Hệ thống chuyển mạch SS chịu trách nhiệm quản lý thông tin người sử dụng di động đến người sử dụng khác người sử dụng di động , người sử dụng ISDN(Integrated Service Digital Network), người sử dụng điện thoại cố định…nó cịn bao gồm sở liệu cần thiết để lưu trữ thông tin thuê bao Một số đơn vị chức SS gồm: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA + Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động, MSC(Mobile services Switching Center): thành phần trung tâm khối SS, thực chức chuyển mạch mạng cung cấp kết nối đến mạng khác + Thanh ghi định vị thường trú, HLR(Home Location Register): HLR xem sở liệu quan trọng lưu trữ thông tin thuê bao thuộc vùng phủ sóng MSC Nó cịn lưu trữ vị trí thuê bao dịch vụ thuê bao mà sử dụng + Thanh ghi định vị tạm trú, VLR(Visitor Location Register): lưu trữ thông tin cần thiết để cung cấp dịch vụ thuê bao cho máy di động từ xa đến Khi thuê bao nhập vào vùng phủ sóng MSC mới, VLR kết hợp với MSC yêu cầu thông tin thuê bao từ HLR tương ứng, lúc VLR có đủ thơng tin để đảm bảo cung cấp dịch vụ thuê bao mà không cần hỏi lại HLR lần thiết lập gọi.VLR ln kèm với MSC vùng phục vụ điều khiển MSC vùng điều khiển VLR + Trung tâm nhận thực, AuC(Authentication Center): Thanh ghi AuC dùng cho mục đích bảo mật Nó cung cấp tham số cần thiết cho chức nhận thực mã hoá Các tham số giúp xác minh nhận dạng thuê bao + Thanh ghi nhận dạng thiết bị, EIR(Equipment Identity Register): EIR dùng cho mục đích bảo mật Nó ghi lưu thữ thơng tin thiết bị di động + Cổng MSC, GMSC(Gate MSC): điểm kết nối hai mạng Cổng MSC nơi giao tiếp mạng di động mạng cố định Nó chịu trách nhiệm định tuyến gọi từ mạng cố định đến mạng di động ngược lại 1.3.1.4 Trung tâm vận hành bảo dưỡng OMC OMC kết nối đến thành phần khác MSC đến BSC để điều khiển giám sát hệ thống MSC Nó cịn chịu trách nhiệm điều khiển lưu lượng BSS LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA 1.3.2 Nguyên lý kỹ thuật mạng CDMA CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ nên nhiều người sử dụng chiếm kênh vơ tuyến đồng thời tiến hành gọi Những người sử dụng nói phân biệt lẫn nhờ mã đặc trưng không trùng với Kênh vô tuyến dùng lại cell toàn mạng, kênh phân biệt nhờ mã trải phổ ngẫu nhiên Một kênh CDMA rộng 1,23 MHz với hai dải biên phòng vệ 0,27 MHz, tổng cộng 1,77 MHz CDMA dùng mã trải phổ có tốc độ cắt (chip rate) 1,2288 MHz Dòng liệu gốc mã hoá điều chế tốc độ cắt Tốc độ chínhlà tốc độ mã đầu (mã trải phổ ngẫu nhiên, PNPseudoNoise: giả tạp âm) máy phát PN Để nén phổ trở lại dữliệu gốc máy thu phải dùng mã trãi phổ PN xác tín hiệu xử lý máy phát Nếu mã PN máy thu khác không đồng với mã PN tương ứng máy phát tin tức thu nhận Trong CDMA trải phổ tín hiệu phân bố lương tín hiệu vào dải tần rộng phổ gốc tín hiệu gốc Ở phía thu, phổ tín hiệu lại nén trở lại phổ tín hiệu gốc (xem hình 1.4) T T/L Máy phát dùng mã PN để trải phổ Phổ tín hiệu phát Phổ tin tức Trải phổ f Fc 1/T T/L Máy thu dùng mã PN để nén phổ F c+T/L T Phổ tín hiệu thu Phổ tin tức Nén phổ f fc fc+T/L 1/T Hình 1.4 Phổ trình phát thu CDMA LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA 1.3.3 Các đặc tính CDMA 1.3.3.1 Tính đa dạng phân tập Trong hệ thống điều chế băng hẹp điều chế FM analog sử dụng hệ thống điện thoại tổ ong hệ tính đa đường tạo nên nhiều fading nghiêm trọng Tính nghiêm trọng vấn đề fading đa đường giảm điều chế CDMA băng rộng tín hiệu qua đường khác thu nhận cách độc lập Fading đa đường khơng thể loại trừ hồn tồn với tượng fading đa đường xảy liên tục giải điều chế khơng thể xử lý tín hiệu thu cách độc lập 1.3.3.2 Điều khiển công suất CDMA Ở hệ thống thông tin di động tổ ong CDMA, máy di động phát chung tần số thời gian nên chúng gây nhiễu đồng kênh với Chất lượng truyền dẫn đường truyền vô tuyến người sử dụng môi trường đa người sử dụng phụ thuộc vào tỷ số Eb/No, Eb lượng bit No mật độ tạp âm trắng GAUS cộng bao gồm tự tạp âmvà tạp âm quy đổi từ máy phát người sử dụng khác Để đảm bảo tỷ số Eb/No không đổi lớn ngưỡng yêu cầu cần điều khiển công suất máy phát người sử dụng theo khoảng cách với trạm gốc Nếu hệ thống FDMA TDMA việc điều khiển công suất không ảnh hưởng đến dung lượng hệ thống CDMA việc điều khiển công suất bắt buộc điều khiển công suất phải nhanh không dung lương hệ thống giảm Dung lượng hệ thống CDMA đạt giá trị cực đại công suất phát máy di động điều khiển cho trạm gốc công suất thu đối tất người sử dụng Điều khiển công suất sử dụng cho đường lên để tránh tượng gần xa giảm thiểu ảnh hưởng nhiễu lên dung lượng hệ thống Ngoài việc giảm tượng gần xa, điều khiển cơng suất cịn sử dụng để làm giảm tượng che tối trì cơng suất phát người sử dụng, LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA cần thiết đảm bảo tỷ số lỗi bit mức cho trước mức tối thiểu Như điều khiển cơng suất cịn giúp phần làm tăng tuổi thọ pin máy cầm tay 1.3.3.3 Công suất phát thấp Việc giảm tỷ số Eb/No (tương ứng với tỷ số tín hiệu/nhiễu) chấp nhận khơng làm tăng dung lượng hệ thống mà cịn làm giảm cơng suất phát yêu cầu để khắc phục tạp âm giao thoa Việc giảm nghĩa giảm công suất phát yêu cầu máy di động Nó làm giảm giá thành cho phép hoạt động vùng rộng lớn với công suất thấp so với hệ thống analog TDMA có cơng suất tương tự Hơn nữa, việc giảm công suất phát yêu cầu làm tăng vùng phục vụ làm giảm số lượng BTS yêu cầu so với hệ thống khác Một tiến lớn việc điều khiển công suất hệ thống CDMA làm giảm cơng suất phát trung bình Trong đa số trường hợp mơi trường truyền dẫn thuận lợi CDMA Trong hệ thống băng hẹp cơng suất phát cao luôn đơợc yêu cầu để khắc phục fading tạo theo thời gian Trong hệ thống CDMA cơng suất trung bình giảm cơng suất u cầu phát có điều khiển công suất công suất phát tăng có fading 1.3.3.4 Dung lượng Việc phân tích dung lượng hệ thống thông tin di động phải dựa nhiều thông số khác Thông số có giá trị hiệu suất sử dụng tần số tốc độ bit chuẩn hoá cực đại Các hệ thống CDMA thường coi có dung lượng cao so với hệ thống FDMA TDMA hệ thống hệ số tái sử dụng tần số 1, nghĩa trạm gốc cạnh sử dụng băng tần Tuy nhiên, nhiễu giao thoa đồng kênh trở ngại mạng CDMA, nhiễu thường gọi nhiễu giao thoa đa thâm nhập (MAI-Multiple Access Interfrence) hay nhiễu giao thoa đa người sử dụng (MUI-Multiple User Interfrence) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA 1.3.3.5 Bộ mã - giải mã thoại tốc độ số liêu biến đổi Bộ mã-giải mã thoại hệ thống CDMA thiết kế với tốc độ biến đổi kb/s Bộ mã-giải mã thoại phía phát lấy mẫu tín hiệu thoại để tạo gói tín hiệu mã hoá dùng để truyền tới mã-giải mã thoại phía thu Bộ mã-giải mã phía thu giải mã gói tín hiệu thoại thu thành mẫu tín hiệu thoại Hai mã-giải mã thoại thơng tin với nấc tốc độ truyền dẫn 9600 b/s, 4800 b/s, 2400 b/s, 1200 b/s, tốc độ chọn theo điều kiện hoạt động theo tin số liệu Bộ mã-giải mã thoại biến đổi sử dụng ngưỡng tương thính để chọn tốc độ số liệu Ngưỡng điều khiển theo cường độ tạp âm tốc độ số liệu chuyển đổi thành tốc độ cao có tín hiệu thoại vào Do đó, tạp âm bị triệt để tạo truyền dẫn thoại chất lượng cao môi trường tạp âm 1.3.3.6 Chuyển giao (handoff) CDMA Ở hệ thống thông tin di động tổ ong, chuyển giao xảy trạm di động làm thủ tục thâm nhập mạng có gọi Mục đích chuyển giao để đảm bảo chất lượng truyền dẫn đường truyền trạm di động rời xa trạm gốc phục vụ Khi đó, phải chuyển lưu lượng sang trạm gốc hay kênh Ở CDMA tồn hai loại chuyển giao chuyển giao mềm (Soft Handoff) chuyển giao cứng (Hard Handoff) +Chuyển giao chuyển giao mềm (Soft Handoff) +Chuyển giao đoạn ô (Intersector) hay chuyển giao mềm (SofterHandoff) +Chuyển giao cứng hệ thống CDMA với hệ thống CDMA khác +Chuyển giao cứng hệ thống CDMA đến hệ thống tương tự BTSa BTSb BTSa BTSb BTSa BTSb Chuyển giao mềm MS MS MS 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chuyển giao cứng Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA K R  Trong đó: i i 1 (4.27) Rmax K số kết nối đường xuống gồm kênh chung Ri tốc độ bit người sử dụng thứ i Rmax thơng lượng cho phép cell Cũng đánh giá tốc độ bit thuê bao với giá trị Eb/N0  i E b / N i 1   i     G Pi i 1 K sau: Trong đó:  (4.28) GPi=B/Ri độ lợi xử lý thuê bao i Ri tốc độ bit thuê bao i  hệ số nhiễu trung bình  hệ số trực giao trung bình cell 48 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA Hình 4.7 Ảnh hưởng hệ số tải đến dự trữ nhiễu Như vậy, dung lượng đường xuống bị giới tải công suất phát Khi hệ số tải đạt cực đại 1, công suất cần phát trạm gốc đạt vô Khi hệ số tải bé 1, công suất phát tối đa phụ thuộc vào suy hao Cơng thức hệ số tải đường xuống sử dụng để xác định suy hao tối đa cell hổ trợ với thơng lượng cho trước 4.4 Tính tốn dung lượng Trong thơng tin di động CDMA, thuê bao chia nguồn tài nguyên giao diện vô tuyến nên phân tích chúng riêng rẽ Các thuê bao ảnh hưởng lẫn nên công suất phát buộc phải thay đổi, thay đổi lại gây thay đổi khác tồn q trình dự tính phải thực lặp công suất phát ổn định Ngồi cơng suất phát, thơng số khác tốc độ bit kiểu dịch vụ sử dụng đóng vai trị quan trọng việc tính tốn dung lượng 4.3.1 Tính dung lượng cực Trong hệ thống thông tin di động, số người sử dụng cực đại N, ta tỷ số tín hiệu tạp âm đầu vào máy thu j sau: SNR  j  Pj (4.29) N  v P (1   )  WN i i O i 1 ji Trong thành phần thứ mẫu nói lên nhiễu người sử dụng khác cell đến từ cell khác,  hệ số nhiễu từ cell khác, vi hệ số tích cực tiếng, N0 mật độ tạp âm nhiệt, W độ rộng băng tần Biến đổi mẫu ta viết: N '0  I O  N O  (1   ) N  vi Pi  N O W i 1 (4.30) i j 49 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA Trong I0 mật độ nhiễu người sử dụng khác Giả sử điều khiển công suất lý tưởng (công suất thu tất người sử dụng nhau: Pj=Pi=P) hệ số tích cực tiếng cho tất người sử dụng (điều khiển cơng suất hồn hảo) ta được: Eb P  (SNR) i G p  G p N 'O WN O  ( N  1)vP(1   ) (4.31) Giải phương trình (4.) cho N ta được: N 1 Gp Eb v(1   ) N 'O  WN O Pv(1   ) (4.32) Phương trình (4.32) đạt cực đại bỏ qua thành phần thứ hai: N max   Gp (4.33) Eb v(1   ) N 'O Nmax gọi dung lượng cực Từ phương trình (4.33), xét đến ảnh hưởng khác như: phân đoạn cell, tích cực tiếng, mức độ điều khiển cơng suất hồn hảo ta số người sử dụng cực đại xác định theo công thức sau: N max   Gp Eb v(1   ) N 'O . (4.34) Trong đó:  hệ số nhiễu từ cell khác,  độ lợi nhờ phân đoạn cell,  hệ số tích cực tiếng  hệ số điều khiển công suất hoàn hảo 50 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA Hình 4.8 Ảnh hưởng tham số đến dung lượng đường lên Đồ thị hình 5.7 biểu thị mối quan hệ sau: +Dung lượng cực hướng lên lớn tốc độ liệu thoại thấp: dung lượng cực phụ thuộc vào tốc độ mã hoá thoại, quan hệ tỷ lệ nghịch +Dung lượng hướng lên lớn hạ thấp yêu cầu Eb : đồ thị chứng N0  I0 tỏ giá trị nhỏ phục vụ nhiều người dùng +Dung lượng hướng lên lớn giảm nhỏ tích cực thoại: nếutích cực thoại thấp nhờ mã hố thoại tốc độ khả biến , mà tốc độ liệu thoại công suất giảm nhỏ, tương ứng giảm thấp can nhiễu chung Hình biểu thị hệ số tích cực thoại tăng số người dùng giảm +Dung lượng cực hướng lên lớn tỷ lệ can nhiễu cell giảm: +Dung lượng cực hướng lên lớn điều khiển cơng suất hồn hảo +Dung lượng hướng lên tăng tăng ích dải dải quạt hoá tăng: số dải quạt tăng, dải quạt nhỏ làm giảm can nhiễu dải quạt gây cho dải quạt khác, số dải quạt gây nhiễu cho dải quạt xét tăng lên Hình trình bày trường hợp có dải quạt, tăng ích dải quạt hố cho mặt bằng: 0,8 x =2,4 (khơng phải 3) 4.3.2 Tính dung lượng hệ thống Để tính tốn dung lượng, ta sử dụng số định nghĩa sau : - Đơn vị lưu lượng Erlang : Một đơn vị lưu lượng Erlang mạch thông tin hoạt động - Cấp phục vụ (GOS) : Đại lượng biểu thị số % gọi không thành công đối 51 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA với hệ thống tiêu hao hệ thống đợi GOS số % thuê bao thực gọi trở lại - Hệ thống thông tin hoạt động theo kiểu tiêu hao : Giả thiết hệ thống mà thuê bao không gọi lại gọi không thành công - Hệ thống thông tin hoạt động theo kiểu đợi: Giả thiết hệ thống mà thuê bao kiên trì gọi lại thành cơng Lưu lượng th bao A tính theo cơng thức sau : A nT 3600 (4.35) Trong : A : Lưu lượng thuê bao n : Số trung bình gọi T : Thời gian trung bình gọi (s) Theo số liệu thống kê mạng di động n = 1, T = 210s Lưu lượng Erlang cần cho thuê bao tính sau : E CCH  mt u 3600 (4.36) Trong : m : Số lần thuê bao sử dụng kênh điều khiển tu : Thời gian sử dụng trung bình thuê bao kênh điều khiển Ứng với số kênh điều khiển NCCH, tra bảng ta có tổng dung lượng Erlang cần thiết Etot Tổng số thuê bao phục vụ tính sau : S total  Etot ECCH (4.37) Để phục vụ Stotal thuê bao, ta tính tổng lưu lượng Erlang cần thiết theo 52 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA công thức : C Erl  S total A (4.38) Từ giá trị CErl tra bảng ta tính tổng số kênh cần thiết Với đặc thù công nghệ CDMA, để xây dựng toán tối ưu q trình định cỡ khó phụ thuộc vào nhiều tham số khác nhau, thông tin dự báo nhu cầu dung lượng mang tính tương đối Do vậy, xem xét toán gần tối ưu trình lặp Ở bước lặp, khởi tạo hệ số tải giả thiết tối đa 50% (giá trị tối đa thực tế), sau giảm dần để cân với hệ số tải thực tế 4.5 Kết luận chương Chương trình bày trình quy hoạch mạng CDMA:Suy hao đường truyền,định cỡ mạng tính dung lượng Trong đó, phân tích cụ thể đưa sơ đồ khối trình định cỡ, cơng thức tính tốn, phân tích quỹ lượng đường truyền vơ tuyến, bán kính diện tích cell, quy hoạch dung lượng vùng phủ Ngồi ra, đề cập đến mơ hình truyền dẫn sử dụng rộng rãi, mơ hình Hata-Okumura Walfisch-Ikegami Những mơ hình thực nghiệm phương tiện cho việc tính toán suy hao đường truyền Áp dụng phần lý thuyết quy hoạch mạng CDMA để tiến hành quy hoạch cho vùng cụ thể Phần tính tốn thiết kế quy hoạch mạng CDMA vùng cụ thể trình bày chương 53 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA Chương TÍNH TỐN, QUY HOẠCH MỘT VÙNG CỤ THỂ 5.1 Giới thiệu chương Trong chương tính số cell cho cho vùng quy hoạch Quá trình quy hoạch gồm bước sau: phân tích nhu cầu dung lượng vùng, tính suy hao cho phép, tính dung lượng cực từ xác định bán kính theo suy hao theo dung lượng Từ kết xây dựng thuật toán tối ưu số cell dung lượng vùng phủ để xác định lại số cell 5.2 Nhu cầu dung lượng vùng phủ Việc quy hoạch mạng phải dựa nhu cầu lưu lượng Nhu cầu lưu lượng bước cần thực trình quy hoạch mạng Nhu cầu lưu lượng thực sở xu phát triển lưu lượng mạng khai thác dựa vào số yếu tố phát triển kinh tế xã hội, thu nhập trung bình đầu người, mật độ thoại di động động số liệu khác thị trường cần phục vụ Ta quy hoạch mạng cho dự kiến trước mắt mà cần quy hoạch mạng cho dự kiến tương lai để khỏi phải thường xuyên mở rộng mạng Ngồi việc dự phịng cho tương lai cho phép mạng cung cấp lưu lượng bổ sung trường hợp tăng thuê bao lớn thiết kế thay đổi đột biến thời điểm định Giả sử vùng có nhu cầu lưu lượng sau: Bảng5.1 Nhu cầu lưu lượng vùng cần tính tốn Tên vùng A B C D Số thuê bao dự kiến phục vụ 10000 5000 3200 1800 Diện tích km2 400 250 200 150 Phân loại môi trường Trung tâm đô thị ngoại ô Trung tâm ngoại ô 54 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA Từ nhu cầu dung lượng vùng phủ, xác định số cell cho đảm bảo dung lượng vùng phủ yêu cầu chất lượng Nhu cầu lưu lượng dự đoán lưu lượng khoảng thời gia, thay đổi Do đó, tính tốn ta phải tính với hệ số tải khoảng 50% so với nhu cầu lưu lượng để đảm bảo hệ thống hoạt động tốt lưu lượng tăng lên 6.2 Các thông số hệ thống Chất lượng hệ thống CDMA kết tính tốn tối ưu đặc trưng: vùng phủ sóng, chất lượng dịch vụ dung lượng phục vụ hệ thống, ba đặc trưng có quan hệ chặt chẻ với Người thiết kế hệ thống có nhiệm vụ tính tốn cân đặc trưng để tối ưu vùng quy hoạch cụ thể Việc cân khác cho khu vực khác nhau: vùng trung tâm đô thị, vùng đô thị, vùng ngoại ô, vùng nông thôn,… Sử dụng phương trình tính dung lượng cực cho phép tính gần dung lượng hệ thống Tuy nhiên phương trình khơng có tham số kể đến kích thước cell, cự ly cell Để giải vấn đề có hai mơ hình thực nghiệm dựa dự đốn tổn hao đường truyền trình bày chương mơ hình Hata-Okumura Walfisch-Ikegami Trong đồ án sử dụng mơ hình Walfisch-Ikegami cho tính tốn bán kính cell mơ hình có tính đến ảnh hưởng thơng số tán xạ, độ rộng phố,…gây suy hao đường truyền Bảng 5.2 Bảng thơng số tính tốn thiết kế hệ thống CDMA Thông số Giá trị Cấp phục vụ GoS 2% Số thử bận (BHCA) 1,38 Tỷ số Eb/N’0 yêu cầu 6,8 Hệ số tích cực thoại ( ) Hệ số nhiễu từ cell khác 0,4 0,4 Thông số Độ lợi chuyển giao mềm (SHOF) Giá trị Công suất phát MS (Pm) 36 dBm Hệ số khuếch đại anten (Gb) Tỷ số FER Bề rộng dải tần trải phổ 1,4 15 dBi 0,01 1,2288 55 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA ( ) Tốc độ liệu (R) Thời gian trung bình gọi Tần số (f) (W) Phương sai điều khiển cơng suất Tăng ích dải quạt hoá (mỗi 65 s cell gồm dải quạt) Suy hao cáp anten BTS 880 MHz (Lc) 9600 kbit/s MHz 2,5 dB 2,4 2,5 dB Tạp âm máy thu (Fb) dB Tạp âm BTS (N0) -174 dBm/Hz Độ rộng đường phố (w) 15 m Khoảng cách nhà (b) 25 m 15 m Độ cao anten MS (h m) 1,5 m 30 m Góc tới tia sóng (  ) 20 Dự trữ che tối log chuẩn (Lct) 10,2 dB Tổn hao thể/định hướng (Lh) dB Tổn hao truy nhập nhà (Lb) 10 dB Dự trữ nhiễu (Ldtn) dB Độ cao trung bình tồ nhà (hr) Độ cao trung bình anten BTS (hb) Bảng 5.2 thơng số tính tốn mạng để đáp ứng chất lượng dịch vụ: tốc độ bit: 9600 bit/s, tỷ lệ lỗi khung FER 0,01; tỷ lệ bit lối BER 10-3,… 5.3 Các bước tính tốn Để tính số cell cho khu vực ta dựa vào bảng thống kê thông số khu vực Có hai phương án để tính số cell: dựa vào suy hao cực đại cho phép sử dụng mơ hình suy hao để tính bán kính cell, diện tích cell từ xác định số cell dựa vào diện tích; tính số cell dựa vào khả dung lượng cell số lượng thuê bao dự kiến phục vụ Kết cuối số cell cực đại hai phương án 5.3.1 Tính số cell theo dung lượng 5.3.1.1 Tính dung lượng cực N max   Gp Eb v(1   ) N 'O .   (1228800 / 9600)  2,4  1,3   36 6, / 10 10 x0,4(1  0,4)   56 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA Kết cho biết dải quạt tối đa có 36 người sử dụng Khi tính tốn dung lượng thực khơng vượt q 75% dung lượng cực, dải quạt tính tốn khơng q 27 người sử dụng ,tra bảng Erlang B ứng với GoS=2% ứng với 19,256 Erlang 5.3.1.2 Tính hệ số tải dự trữ nhiễu + Hệ số tải:   Eb / N '0 6,8 K (1   )  27 * 0,4 * (1  0,4)  0,79 GP 1228800 / 9600 + Dự trữ nhiễu : L=-10log(1- )= -10log(1-0,714) = 6.99 dB 5.3.1.3 Tính số cell +Tính tốn cho vùng A: -Số thuê bao: 10000 -Dung lượng cần: BHCA/thuê bao * Số thuê bao * Thời hạn gọi/3600 = 1,38*10000*65/3600= 249,17 Erlang -Dung lượng kể chuyển giao mềm: Dung lượng cần * hệ số chuyển giao mềm = 249,17*1,4 = 348,83 Erlang -Số dải quạt cần: (mỗi dải quạt 16,631 Erlang): 348,83/19,256  18 dải quạt -Số cell cần: (mỗi cell dải quạt): 18/2,4=8 cell Tính tốn tương tự cho vùng cịn lại ta có bảng số cell cho vùng sau: Bảng 5.3 Bảng kết số cell cho vùng tính theo dung lượng Vùng A B C D Tổng BHCA/ thuê bao Số thuê bao 1.38 1.38 1.38 1.38 10000 5000 3200 1800 20000 Dung lượng cần Erlang 249.17 124.58 79.73 44.85 498.33 SHOF 1.4 1.4 1.4 1.4 Dung lượng cần kể SHOF Erlang 348.84 174.4 111.6 62.8 697.64 Dung Số Số lượng dải cực cell quạt Erlang 19.256 18.12 19.256 9.06 19.256 5.8 19.256 3.26 77.024 36.24 15 57 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA Kết bảng 5.3 cho thấy để đảm bảo dung lượng vùng phục vụ cần 15 cell, điều có nghĩa đảm bảo yêu cầu dung lượng 5.3.2 Tính số cell theo vùng phủ 5.3.2.1 Tính suy hao cho phép +Suy hao cực đại cho phép -Tạp âm nền: NT = N0 + Nb = -174 + = -169 dBm -Cường độ tối thiểu yêu cầu: Pmin = NT + (Eb/N’0)req + 10logR – 10logW/R + Ldtn = -162,2 + log9600 -10log(1228800/9600) +3 = -146,45 dBm -Tổn hao đường truyền truyền cho phép: Lp = Pm – Pmin + Gb – Lc – Lct – Lh - Lb = 36 + 146,45 + 15 – 2,5 – 10,2 – – 10 = 166,75 dB (1) 5.3.2.2 Tính bán kính cell Ta sử dụng mơ hình Walfisch-Ikemagi  h m = hr – hm = 15 – 1,5 = 13,5  h b = h b – h r = 30 – 15 =15 L0 = -9.646 dB Lbsh = -18log11 +  hb = -3,75 dB  f  1 = 3,93 925   ka = 54; kd = 18 – 15(  h b/  hm) = 1,33; kf = + 1,5  -Suy hao không gian tự do: Lf=32,4 + 20logr + 20logf =32,4 + 20logr + 20log880 = 91,29 + 20logr 58 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA -Nhiễu xạ mái nhà-phố tổn hao tán xạ: Lrts = L0 +20log  hm + 10logf – 10logw – 16,7 = -9,646+20log13,5+10log880 – 10log15 – 16,7 = 13,94 -Tổn hao vật che chắn: Lms = Lbsh + ka + kdlogr + kflogf – 9logb = -3,75 + 54 + 1,33logr + 3,93log880 – 9log25 = 49,24 + 1,33logr (dB) -Suy hao cho phép: Lp = Lf + Lrts + Lms = 91,29 + 20logr +13,94 + 49,24 + 1,33logr = 154,47 + 21,33logr Từ (1) (2), ta có: (2) 166,75 = 154,47 + 21,33logr logr = 0,686 r =3,76 (km) -Diện tích cell: S= 2,6r2 =2,6*(3,76)2= 36,76 (km2) 5.3.2.3 Tính số cell Tính số cell theo vùng phủ phải dựa vào diện tích cụ thể khu vực bán kính cell tính trên, ta có: số cell=diện tích vùng/diện tích cell Từ phép tính ta bảng kết sau: Bảng 5.4 Bảng kết tính số cell theo vùng phủ Tên vùng A B C D Tổng Diện tích km 400 250 200 150 1000 Số cell 11 27 Kết bảng 5.4 cho thấy để phủ sóng tồn vùng phục vụ cần 27 cell, điều đảm bảo yêu cầu vùng phủ 59 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA 5.3.3 Kết tính số cell Kết tính số cell lấy kết lớn từ hai cách tính Từ kết ta tính lại thơng số: số thuê bao cell, hệ số tải, dự trữ nhiễu, bán kính cell Ta có bảng kết sau: Bảng 5.5 Bảng kết tính số cell theo vùng phủ Vùng Diện tích (km 2) Số thuê bao A B C D Tổng 400 250 200 150 1000 10000 5000 3200 1800 20000 Hệ số tải Dự trữ nhiễu [dB] Suy hao (dB) Bán kính (km) Số cell 0.48 0.39 0.36 0.24 2.84 2.15 1.94 1.19 166.91 167.6 167.81 168.56 3,76 3,76 3,76 3,76 11 27 Kết bảng 5.5 cho thấy số cell cần cho toàn vùng phục vụ 27 cell, đảm bảo yêu cầu dung lượng vùng phủ 5.4 Tối ưu vùng phủ dung lượng + Thuật toán tối ưu: thiết kế mạng di động CDMA phải đảm bảo chất lượng dịch vụ, dung lượng vùng phủ Trong q trình tính tốn ta giả thiết dung lương cell thực tế dung lượng mõi cell khác Một khu vực có diện tích lớn diện tích cell tính dung lượng thấp dung lượng tính lúc ta phải điều chỉnh lại bán kính cell để đảm bảo dung lượng vùng phủ Việc điều chỉnh dựa sở phân tích hệ số tải cell để điều chỉnh thông số cell Với đặc thù cơng nghệ CDMA, để xây dựng toán tối ưu q trình định cỡ khó phụ thuộc vào nhiều tham số khác nhau, thông tin dự báo nhu cầu dung lượng mang tính tương đối Do vậy, xem xét toán gần tối ưu trình lặp hệ số tải Ở bước lặp, khởi tạo hệ số tải bất kỳ, sau giảm dần để cân với hệ số tải thực 60 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA tế, từ ta có sơ đồ thuật tốn tối ưu cell sau: -Các tham số thiết bị -Đặc điểm truyền -Các tham số thiết bị -Dung lượng vùng Phân tích dung lượng Phân tích vùng phủ Bán kính cell cực đại Diện tích cell cực đại Sai Kết hệ số tải  Nếu  t   c Đúng Tăng  Sai Nếu  t   c Đúng Giảm  c Sai Chấp nhận bán kính cell Xác định số cell Số cell=max{số cell tính theo dung lượng, số cell tính theo vùng phủ} Hình 5.1 Sơ đồ thuật toán tối ưu số cell dung lượng vùng phủ + Giải thích thuật tốn: ban đầu ta tính số cell theo dung lượng vùng phủ với hệ số tải cho trước c  0,5 (tương ứng với dự trữ nhiễu dB), kết số cell=max{số cell tính theo dung lượng, số cell tính theo vùng phủ} Từ kết số cell, phân tích theo dung lượng xác định số thuê bao cell từ tính lại hệ số tải t So sánh c t , c khác t tăng giảm c tính lại dự trữ 61 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA nhiễu, suy hao cho phép, bán kính cell, số cell theo vùng phủ c = t kết thúc + Kết thuật tốn: sau tính tốn lại số cell với thuật tốn ta có kết bảng 5.6 Bảng 5.6 Bảng kết số cell tối ưu vùng phủ dung lượng Vùng Diện tích (km ) A B C D Tổng 400 250 200 150 1000 Số thuê bao Hệ số tải 10000 5000 3200 1800 20000 0.48 0.45 0.42 0.33 Dự trữ nhiễu [dB] Suy hao (dB) Bán kính (km) 2.84 2.52 1.08 1.67 166.91 167.67 167.95 168.08 3.8 3.93 4.19 4.31 Số cell 11 24 + Kết luận: từ kết bảng 5.6 ta thấy số cell sau tối ưu giảm cell so với chưa tối ưu đảm bảo yêu cầu dung lượng vùng phủ tính tốn, tiết kiệm chi phí đầu tư kinh tế đưa mạng vào lắp đặt 5.5 Kết luận chương Chương đưa mơ hình lý thuyết để tính tốn, thiết kế, định cỡ mạngCDMA cho vùng cụ thể với tiêu chí tối ưu hóa phương diện vùng phủ sóng dung lượng hệ thống vơ tuyến Trong phần tính tốn xác định số cell theo dung lượng vùng phủ Sau dùng thuật tốn tối ưu để tối ưu hoá số cell nhằm đảm bảo dung lượng, vùng phủ giảm chi phí lắp đặt ban đầu 62 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ...Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA Chương1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA 1.1 Giới thiệu chương Hệ thống CDMA xây dựng nhằm chuẩn bị sở hạ tầng di động chung có khả phục vụ... TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA Từ ba hình vẽ ta có số khái niệm sau cách tổ chức cell mạng di. .. thoại di động Trung tâm chuyển mạch điện thoại di động Hình 1.1 Hệ thống thông tin di động tổ ong LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA