Khóa luận Quy hoạch mạng 3G

Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh nhất và phục vụ con người hữu hiệu nhất. Để đáp ứng nhu cầu về chất lượng và dịch vụ ngày càng nâng cao, thông tin di động càng không ngừng được cải tiến. Tiền thân của 3G là hệ thống điện thoại 2G, như GSM, CDMA, PDC, PHS... GSM sau đó được nâng cấp lên thành GPRS, hay còn gọi là thế hệ 2,5G. Nước đầu tiên đưa 3G vào khai thác thương mại một cách rộng rãi là Nhật Bản.Từ năm 2006, mạng UMTS được nhiều quốc gia nâng cấp lên, với chuẩn HSPDA được xem như mạng 3.5G. Hiện giờ, HSPDA cho phép tốc độ truyền đường xuống đạt 21Mbps. Dài hơi hơn, một nhánh của tổ chức 3GPP lên kế hoạch phát triển mạng 4G, với tốc độ 100 Mbits đường xuống và 50 Mbits đường lên, dùng công nghệ giao diện vô tuyến dựa trên ghép kênh tần số trực giao. Việt Nam là 1 quốc gia khá phát triển về viễn thông. Hiện nay các nhà mạng của Việt Nam như Vinaphone, Viettel, Mobiphone cũng đang đi vào quy hoạch và khai thác mạng 3G. Vấn đề cấp bách hiện nay là quy hoạch và phát triển mạng như thế nào. Đây là một bài toán khá hóc búa với các nhà mạng. Trong khuôn khổ khoá luận, tác giả đi vào nghiên cứu quá trình

Tổng quan về quy hoạch mạng

Dung lượng

Dung lượng W-CDMA là môt vấn đề rất rộng và phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau Ví dụ như nhiều người dùng đăng nhập vào một tế bào và làm tăng tỉ lệ dữ liệu của họ, điều này sẽ làm giảm bớt dung lượng của tế bào Ngoài ra, nếu các yếu tố tải tế bào tăng; sau đó nhiễu sẽ tăng lên điều này cũng sẽ gây áp lực lên dung lượng tế bào.

Cuối cùng dung lượng mềm là một vấn đề khác cần phải được chú ý, bởi vì trong một số tình huống các tế bào có thể ít người dùng hơn tế bào khác, dung lượng dư thừa này có thể được chia sẻ giữa các tế bào Dung lượng mềm sẽ giúp chúng ta tối đa dung lượng của các tế bào.

1.1.1.1 Kỹ thuật tăng dung lượng

Một số kĩ thuật để nâng cao dung lượng hữu ích có thể hỗ trợ cho mạng

CDMA Phương pháp sử dụng có thể bao gồm Macro, micro, pico cell, có thể chồng phủ lên nhau như là một hệ thống phân cấp tế bào Hệ thống phân cấp tế bào sử dụng 3 loại tế bào khác nhau được biết đến như là cấu trúc thứ bậc tế bào HCS

(hierarchical cell structure) HCS là một phương pháp cổ điển để tăng dung lượng tại 1 điểm nóng. tưở ng ở đâ y là sử dụ ng dải tần số kh ác nh au ch o nh ữn g ng ười sử dụ ng kh ác nh au. Tu y nhi ên với điề u kiệ n nh à điề u hành phải mua đủ phổ tần để tận dụng lợi thế của

HCS Ví dụ một nhà điều hành có thể mua 3 phổ tần riêng biệt trong đó 3 phổ tần dành cho đường xuống và 3 phổ tần dành cho đường lên Nhà điều hành có cơ hội chuyển đổi thay thế các tần số trong môi trường đô thị dày đặc, làm giảm nhiễu kênh lân cận

ACI, hoặc nhiễu điều hành giao thoa. http://www.ebook.edu.vn 13

Ch u yể ng ia o m ềm đư ợc s ửd ụn g kh i n h iều kết n ối đư ợ c k ết nối đến nhiều trạm gốc, tất cả đều hoạt động với cùng 1 tần số vô tuyến (RF) Việc sử dụng nhiều kết nối làm giảm công suất từ mỗi trạm gốc phục vụ cho thiết bị người sử dụng

Chuyển giao mềm sẽ làm giảm nhiễu và khắc phục sự gia tăng dung lương của tế bào

Chuyển giao mềm có thể cung cấp thêm dung lượng cho tế bào Đây là một vấn đề rất quan trong cần phải được chú ý trong việc quy hoạch vùng phủ sóng.

Vùng phủ sóng

Vùng phủ sóng sẽ cho phép người sử dụng có thể di chuyển thoải mái từ mạng hiện tại vào các mạng 3G khác Ngoài ra phạm vi phủ sóng sẽ được cung cấp bởi kiểu cấu trúc phân cấp tế bào trong hệ thống Theo đó người dùng sẽ chuyển vùng từ một môi trường picocell, microcell sang môi trường macrocell Mạng UMTS sẽ không độc lập với mạng GSM hiện có mà nó sẽ cùng tồn tại với hệ thống GSM Nhiều thiết bị đầu cuối có thể chuyển đổi từ 2G sang 3G và ngược lại.

Sự đa dạng của các dịch vụ khác nhau sẽ cung cấp các mức phủ sóng do các yếu tố Eb/No ( energy-per-bit/noise-per-spectral density ) khác nhau, đáp ứng yêu cầu có thể chấp nhận được đối với dịch vụ, tăng độ lợi xử lý và trong trường hợp có hoặc không có chuyển giao mềm xảy ra Trường hợp này sẽ xảy ra trong 1 HCS

Theo đó 1 tế bào được chồng lên 1 tế bào khác, nhưng cả 2 tế bào đó sử dụng 2 tần số khác nhau do đó chuyển giao mềm sẽ không được tốt Cuối cùng sự khác nhau về quỹ đường truyền như tạp âm trạm gốc, công suất tạp âm thu… tất cả sẽ ảnh hưởng lên

CCQ Độ che phủ phải là mục tiêu đưa vào tính toán bao gồm cả môi trường mà người sử dụng đang dùng, cùng với các thông số tính toán Vùng phủ song đa giác có thể được miêu tả như là phạm vi phủ sóng bắt buộc Đây là hoạt động cơ sở cho những thử ng hiệ m có thể đư ợc chấ p nh ận và có lợi ch o nh à điề u hà nh. Vù ng ph ủ só ng với đô thị dà y đặc , kh u đô thị và ng oại thà thị trấn Đối với phạm vi phủ sóng sẽ có lợi hơn nếu như sử dụng 1 danh sách các đường giao thông để phủ sóng, thay vì tạo ra các đa giác để liên kết các thị xã Điều này sẽ cho kết quả khá đa dạng nhưng chúng có thể chồng chéo lên nhau.

1.1.2.2 Sector hóa và khả năng thích ứng của chùm tia

Sector hóa là chia các tế bào thành nhiều phần (sector), nó có thể gia tăng dung lượng Ngoài ra để tăng cường vùng phủ sóng nó có thể sử dụng anten thích nghi có http://www.ebook.edu.vn 14

QUY HOẠCH MẠNG 3G 2010 kh ả nă ng theo dõisự di chuy ển của UE , nh ờ đó tăn g vù ng ph ủ sóng thực tế

Khi xem xét việ c sec tor hó a ho ặc ch ùm tia ant en độ quang phổ lên công nghệ địa chỉ hóa Nó sẽ phụ thuộc vào các loại sóng vô tuyến và các thiết bị anten.

Quy hoạch chất lượng dịch vụ

Với 3G QoS yêu cầu cao hơn 2G Điều này do có nhiều dịch vụ yêu cầu tốc độ cao, các dịch vụ được cung cấp trên băng thông rộng Các dịch vụ như cuộc gọi video, trao đổi dữ liệu đòi hỏi QoS cao hơn, do đó cần đảm bảo trễ truyền dẫn và chất lượng có thể chấp nhận được So với dung lượng và vùng phủ sóng, QoS là vấn đề sống còn của hệ thống UMTS do tính chất của các dịch vụ và nhu cầu của thiết bị người dùng.

Thủ tục triển khai quy hoạch và tối đa dung lượng cũng như vùng phủ sóng.

Các tham số CCQ phải được đảm bảo để có thể phát triển hệ thống 1 cách hiệu quả Mỗi tham số trong 3 tham số vùng phủ sóng, dung lượng và QoS phải được đưa vào xem xét cân bằng và tối ưu 3 thông số trên.

W- CDMA có giao diện vô tuyến và luôn luôn thay đổi không thể đoán trước. Điều này do tùy biến của người sử dụng và tốc độ dữ liệu của họ thay đổi

Mỗi cell phải được thiết kế chính xác và do đó các điều kiện trước tiên đạt được của quy hoạch mạng lưới chính xác gồm 3 giai đoạn sau đây: a Chuẩn bị. b Số lượng người dùng c Quản lý các kế hoạch quy hoạch mạng.

Chuẩn bị

Việc cung cấp lưu lượng truy cập cho mỗi người dùng sẽ phụ thuộc vào các loại hình dịch vụ có sẵn và mức độ thường xuyên sử dụng dịch vụ Có thể chia thành hai lĩnh vực chính: người sử dụng doanh nghiệp và người dùng tư nhân.

Ví dụ, giá trị tiêu biểu cho các cuộc gọi trung bình thời gian cho các ch vụ có thể dự đo án từ kh oả ng 12 0- 18

0 giâ y Nó sẽ ph ần nà o kh ó kh ăn hơ n do nhi ều loạ i U M TS đư ợc biế t đế n hiện tại và tương lai để tính toán các dịch vụ trung bình thời gian cuộc gọị Hiện nay hầu hết các dịch vụ mới đã được áp dụng chuyển mạch gói Tuy nhiên trung bình thời gian cuộc gọi đã ảnh hưởng đáng kể đến lưu lượng mạng, dự http://www.ebook.edu.vn 15 đo án chí nh xác, hợp lý phải được coi là mộ t yế u tố qu an trọ ng. Điều này nhi ều khi khó kh ăn do kíc h thư ớc mớ i đư ợc bổ su ng vào dịch vụ UMTS (3G), khối lượng dữ liệu trung bình thông qua là rất lớn Vấn đề phức tạp hơn là nhu cầu về một dịch vụ nhất định (ví dụ: Vùng phủ sóng của sự kiện thể thao ) cũng phải được đưa vào tính toán, vì sự kiện này sẽ thay đổi theo thời gian trong ngày, theo ngày trong năm Khi đó lưu lượng mạng sẽ tăng đột biến.

Số lượng người dùng

Tính toán số lượng người dùng ở một khu vực cụ thể đạt được bằng cách xâm nhập, điều tra dân số Nhà quy hoạch mạng phải ước lượng lưu lượng, số người sử dụng để có thể cung cấp thông số chính xác cho công tác quy hoạch Trong quy hoạch người ta thường sử dụng phương pháp thống kê để dự đoán chính xác số lượng người sử dụng.

Quản lý quy hoạch mạng

Khi số lượng cell đã được xác định, cần lập kế hoạch chi tiết tần số, xác định RF trong từng cell Điều này sẽ ảnh hưởng đến vùng phủ sóng như xây dựng các vùng phủ sóng, chi phí, xây dựng luật quy hoạch, cấu hình, đặt lại vị trí cell và các hoạt động khác như ACI cũng phải được xem xét Do đó cần bộ công cụ lập kế hoạch chuyên nghiệp Có nhiều công cụ có sẵn trên thị trường, được cung cấp bởi ATDI,

Commweb, Agilent Bộ công cụ lập kế hoạch bao gồm một bộ tiện ích module phần mềm được tích hợp vào các ứng dụng quy hoạch hiện tại Các module có thể bao gồm các công cụ quản lý thông tin, thiết kế các công cụ di động, thiết bị, cấu hình, các công cụ kiểm kê, giám sát hiệu suất mạng và các công cụ báo cáo dự án hoặc các công cụ quản lý chung.

Phát triển kế hoạch thiết kế mạng

Khi xem xét một cái nhìn toàn thể của thiết kế quy hoạch mạng lưới, các đố i tượ ng sau tất cả ph ải đư ợc xe m xét Ba o gồ m các ph ần sau : a) Vù ng ph ủ Mi cro cel l / Ma cro cel l. b) Du ng lượ ng Mi c) Vùng phủ trong nhà và tốc độ dữ liệu cao d) Thiết lập vị trí cell. e) Sự chuyển dịch từ mạng GSM. http://www.ebook.edu.vn 16

C ác ch iế n l ượ c đ ượ c t hô n g qu a đ ể t ri ển kh ai m ạn g s ẽ p điều chỉnh lưu lượng thực tế Thực tế sử dụng vùng phủ Macrocell cho ngoài trời và

Picocell cho vùng phủ trong nhà Macrocell cũng có thể phủ sóng những khoảng trống trong vùng phủ sóng trong nhà Tuy nhiên, để có lợi người ta cung cấp thêm dung lượng bằng cách tăng số lượng các cell trong nhà, trái ngược với phủ sóng trong nhà cung cấp từ các cell ngoài trời Nếu việc tăng số lượng cell trong nhà không được thực hiện, người ta buộc phải dùng microcell để khắc phục các hạn chế dung lượng Tuy nhiên, có thể đạt được dữ liệu tốc độ cao hơn trong toàn bộ diện tích cell, hoặc tốc độ dữ liệu có sẵn thấp hơn khi người sử dụng ở điểm vùng biên cell, điều này sẽ cho phép đạt được diện tích phủ sóng một cell lớn hơn Điều này sẽ phụ thuộc vào loại dịch vụ dữ liệu tốc độ cao có sẵn Với dịch vụ đòi hỏi QoS thấp như e-mail, lưu trữ và chuyển tiếp các dịch vụ tin nhắn ngắn (SMS), thì vùng phủ không đồng nhất có thể đươc xem xét Tuy nhiên với những dịch vụ đòi hỏi QoS cao và thời gian thực, thì vùng phủ phải là đồng nhất Cuối cùng, nếu một nhà điều hành có một mạng lưới 2G hiện tại thì người sử sẽ chuyển giao giữa 2G và 3G, tái sử dụng cell Thường thì các nhà quy hoạch sẽ tận dụng vị trí các trạm BTS hiện có của 2G làm trạm BTS của 3G

Và chúng ta sẽ đặt bổ sung các trạm BTS 3G để bổ sung vị trí còn thiếu Điều này làm giảm đáng kể chi phí cho việc xây dựng hệ thống Nếu quy hoạch hợp lý sử dụng lại các trạm BTS của 2G nhà quy hoạch có thể tiết kiệm được 40% chi phí cho xây dựng mạng 3G.

Phân tích lưu lượng

Quá trình phân tích lưu lượng bao gồm các quá trình phân tích như sau: a) Điều tra nhân khẩu trong khu vực phủ sóng; b) Mô phỏng xác định lượng thuê bao; c) Tí nhto áncu ng cấp lưu lư ợng truy cậ p ch o m ỗi thuê bao; d) T ạo ra m ột bả n đồ lư u lư ợ ng

"c hỉ ra lư u lư ợ ng d ự kiến ”. Điều này là một nhiệm vụ cho các bộ phận tiếp thị, tuy nhiên, các nhà quy hoạch mạng yêu cầu lưu lượng cho phép định kích thước mạng Điều này cũng sẽ cho phép một mạng lưới phân tích công suất ban đầu của kế hoạch hoàn thành, và mô phỏng thực hiện kế hoạch cuối cùng.

Mật độ lưu lượng

Việc đánh giá mật độ lưu lượng của nhà cung cấp và lưu lượng người sử dụng thực tế ở một khu vực cụ thể phải được xác định Việc phân phối dữ liệu mật độ http://www.ebook.edu.vn 17

DD) đư ợc địn h ng hĩa là tỷ lệ thô ng tin có thểđư ợc gửich o mỗ i khu vực ph ủ só ng. Tr ướ c tiê n, ta thà nh lập mộ t đơ n vị đo cường độ mà lượng hóa lưu lượng.

Thời gian gọi / (1 giờ (h)) = Lưu lượng sử dụng (1)

Ví dụ, nếu thuê bao hai cuộc gọi trong 1h và độ dài trung bình của các cuộc gọi là 120 giây (s), công thức ở trên đưa ra sau đây:

240/3.600 = 66 milli Erlangs (mErl) của lưu lượng.

Hai cuộc gọi /1 giờ trung bình là 120 s bằng 240 s, và 1 h =3.600 s

Erlangs (Erl) được thiết kế để đo lường định lượng lưu lượng Trong thực tế, nó được sử dụng để mô tả tổng lưu lượng sử dụng trong 1h Mô hình thường sử dụng nhất là

(dùng để đánh giá yêu cầu sử dụng lưu lượng trong giờ bận) Với mô hình

Erlang-B người ta cho rằng tất cả các cuộc gọi bị chặn sẽ xóa ngay lập tức Do đó mật độ người sử dụng trong khu vực phải xem xét, mật độ lưu lượng có thể được tính toán và được thể hiện trong Erlang trên mỗi km² (Erl/ km²).

Công thức Erlang C thể hiện xác suất chờ trong 1 hệ thống xếp hàng

Cũng như công thưc Erlang B, Erlang C giả định vô số các nguồn cùng truy cập của A

Erlang đến N máy chủ Tuy nhiên tất cả các máy chủ đang bận do đó yêu cầu phải xếp hàng.

Một số lượng lớn không giới hạn các yếu tố được đưa vào hàng đợi Công thức tính toán xác suất của lưu lượng giả định rằng các cuộc gọi của họ bị chặn cho đến khi có thể được xử lý Công thức này được sử dụng để xác định số người sử dụng dịch vụ cần thiết cho một cuộc gọi, cho một xác suất xếp hàng mong muốn.

• A : tổng lưu lượng truy cập được cung cấp

• N: Số người sử dụng dịch vụ

• P W : xác suất khách hàng phải đợi để sử dụng dịch vụ.

Giả định rằng các cuộc gọi đến tuân theo phân phối poisson và được mô tả bằng hàm phân phối mũ Sử dụng chung cho Erlang C là mô hình hóa và định kích cỡ mạ ng và các cu ộc gọi đế n tổn g đài h t tp : / / w w w e b o o k e du v n

3 Mức độ sử dụn g mẫu và cun g cấp dịch vụ

Xâ m n hậ p t hị tr ư ờn g k in h d oa nh ba o g ồ m số lượng thuê bao theo đầu số dân được chia cho số nhân viên kinh doanh Sau đó được chia thành các tỷ lệ phần trăm sự xâm nhập cho các nhóm đối tượng khác nhau (ví dụ như người dùng và doanh nghiệp).

Ngoài ra còn chia theo loại hình dịch vụ và tốc độ dữ liệu bao gồm cả nhu cầu

QoS Để sử dụng dịch vụ, cần phải thực hiện các dịch vụ chuyển mạch cuộc gọi / giờ bận và cho các dịch vụ chuyển mạch gói trong giờ bận Lưu lượng phải phân tích tính toán cho nhiều loại dịch vụ (ví dụ như thoại, dữ liệu, video…) Các môi trường khác nhau như trong nhà, ngoài trời, cùng với tư nhân và sử dụng công cộng Một mô hình lưu lượng sẽ đơn giản hóa các giả định Mô hình lưu lượng cho phép đánh giá trong suốt thời gian gọi và ước tính các tỷ lệ chuyển giao Để làm được điều này ta dùng phương pháp lặp để tính toán cung cấp lưu lượng truy cập mỗi cell Ngoài ra, thông số cần thiết như ước tính thời gian người sử dụng điện thoại di động bận tại một cell sẽ cho phép dự đoán chính xác về lưu lượng sử dụng trong khu vực phủ sóng

Nếu dịch vụ đó được áp dụng cho mỗi thuê bao, bản đồ lưu lượng được tạo ra Sự khác biệt trong sử dụng dữ liệu được phân tích trong bảng 1. Đối với dịch vụ tương tác đa phương tiện tốc độ dữ liệu là khoảng 128 kbps, vì thế một chiều dài trung bình cho các cuộc gọi kiểu này sẽ kết nối trong khoảng

Trong khi đó một cuộc gọi thoại có tốc độ dữ liệu khoảng 12,2 kbps trong suốt thời gian cuộc gọi hiệu quả có thể sẽ là khoảng một phút.

Bảng 1: Các dịch vụ cơ bản http

Khoảng thời gian trung bình hiệu dụng cell (s)

Thời gian gọi/Thuê bao bận trong 1h Đa phương tiện có tính tương tác cao

1.4Ước tính vùng phủ sóng di động Để ướ c tí nh vù ng ph ủ s ón g d iđ ộn g ,m ô h ìn h s uy h a o đ ường truyền phải được đưa vào tính toán Mô hình suy hao đường truyền được tính bằng cách kết hợp các dữ liệu thực nghiệm và phân tích kỹ thuật.

Tách sóng đa người dùng (MUD) ảnh hưởng đến hệ số tải trên phạm vi cell Nếu

MUD được sử dụng để chuyển giao mềm thì có thể giảm 20% nhiễu trong

Do đó nhiễu từ các cell khác sẽ ít hơn trong Macrocell Lưu lượng bất đối xứng cũng phải được quan tâm khi tính toán quỹ đường truyền Có thể cân bằng tải hệ thống đường lên đối với 1 vùng phủ tối đa của cell, vùng phủ trong hệ thống W-

Công suất thục tế của người dùng (UE) sẽ bị giới hạn bởi phạm vi phủ sóng của cell.

Quỹ đường truyền được tính cho đường lên và đường xuống một cách riêng lẻ Độ lợi an ten, tạp âm thu và các mất mát cơ thể cần phải được quan tâm.

1.4.2 Độ lợi chuyển giao mềm Độ lợi chuyển giao mềm đạt được do việc chuyển giao tại biên, giữa hai hoặc nhiều cell và các cell tham gia có độ mất mát trung bình bằng nhau Để có được chuyển giao mềm, biên fading log-normal phải được tính toán Đây là thông số cần thiết để cung cấp xác suất vùng phủ xác định tại vùng biên của một tế bào riêng lẽ cũng như thông số tuơng ứng tại vùng biên của hai hoặc nhiều hơn tế bào Do đó, độ lợi chuyển giao mềm trên thực tế sẽ khác nhau giữa các biên khác nhau Xác suất vùng phủ càng lớn, thì mức yêu cầu biên càng cao Chuyển giao mềm cũng cung cấp độ lợi phân tập macro, điều này phụ thuộc vào môi trường sóng vô tuyến và số nhánh Rake.

( Máy thu rake lấy mẫu, tính toán và dựng lại các thành phần của các tín hiệu đa đường bị suy hao, kết hợp và tăng cường tín hiệu ) Một bộ thu Rake được sử dụng trong dịch vụ W-CDMA thường có 4-6 (nhánh) nhận Tuy nhiên, chuyển giao mềm luôn cần đư ợc xe m xét tro ng việ c cải thi ện qu ỹ đư ờn g tru yề n

3 Vùn g phủ bị giới hạn

V ùn g p h ủ đ ượ c gọ i là g iớ i lưu lượng truy cập Từ quan điểm dung lượng, kích thước cell cần lớn hơn rất nhiều.

Dải cell tối đa gọi là hệ số giới hạn Diện tích tối đa của cell được sử dụng để xác định số lượng các trạm gốc yêu cầu. http://www.ebook.edu.vn 20

4 Dun g lượn g bị giới hạn

Mạ ng c ó d un g lư ợn g gi ới h ạn

Quỹ đường truyền

Quỹ đường truyền được tính cho đường lên và đường xuống một cách riêng lẻ Độ lợi an ten, tạp âm thu và các mất mát cơ thể cần phải được quan tâm.

Độ lợi chuyển giao mềm

Độ lợi chuyển giao mềm đạt được do việc chuyển giao tại biên, giữa hai hoặc nhiều cell và các cell tham gia có độ mất mát trung bình bằng nhau Để có được chuyển giao mềm, biên fading log-normal phải được tính toán Đây là thông số cần thiết để cung cấp xác suất vùng phủ xác định tại vùng biên của một tế bào riêng lẽ cũng như thông số tuơng ứng tại vùng biên của hai hoặc nhiều hơn tế bào Do đó, độ lợi chuyển giao mềm trên thực tế sẽ khác nhau giữa các biên khác nhau Xác suất vùng phủ càng lớn, thì mức yêu cầu biên càng cao Chuyển giao mềm cũng cung cấp độ lợi phân tập macro, điều này phụ thuộc vào môi trường sóng vô tuyến và số nhánh Rake.

( Máy thu rake lấy mẫu, tính toán và dựng lại các thành phần của các tín hiệu đa đường bị suy hao, kết hợp và tăng cường tín hiệu ) Một bộ thu Rake được sử dụng trong dịch vụ W-CDMA thường có 4-6 (nhánh) nhận Tuy nhiên, chuyển giao mềm luôn cần đư ợc xe m xét tro ng việ c cải thi ện qu ỹ đư ờn g tru yề n

3 Vùn g phủ bị giới hạn

V ùn g p h ủ đ ượ c gọ i là g iớ i lưu lượng truy cập Từ quan điểm dung lượng, kích thước cell cần lớn hơn rất nhiều.

Dải cell tối đa gọi là hệ số giới hạn Diện tích tối đa của cell được sử dụng để xác định số lượng các trạm gốc yêu cầu. http://www.ebook.edu.vn 20

4 Dun g lượn g bị giới hạn

Mạ ng c ó d un g lư ợn g gi ới h ạn

Alà m ạn g k h ôn g c ó kh ả n ă ng lượng cung cấp Số cell được tính bằng cách chia số người sử dụng mà một cell có thể hỗ trợ bởi số người sử dụng trên mỗi km Tổng số cell của hệ thống bằng tổng diện tích được chia cho diện tích 1 cell Đối với “nhiễu bị giới hạn”, một tín hiệu nhỏ hơn sẽ gây mất tín hiệu trong các cell nhỏ hơn, và do đó tăng chi phí để thực hiện thêm các cell cần thiết, ngoài ra sẽ làm giảm dung lượng.

Hệ thống đạt đến công suất cực đại khi nó được tải tại 100 % dung lượng, hoặc công suất tối đa lý thuyết đã đạt được Dung lượng của một cell phụ thuộc vào Eb

/No Khu vực phủ sóng phụ thuộc vào tải so với công suất cực đại Khi công suất cực đại kích thước cell sẽ co lại về không và mức độ nhiễu sẽ tiếp cận vô cực

Công suất liên quan trực tiếp đến các yếu tố tải và một mạng UMTS (3G) có thể không được vận hành hết công suất cực.

Mô hình ước tính tế bào

Như đã đề cập một số yêu cầu của các cell có thể được tính bằng cách điều tra sử dụng Khi biết số người sử dụng và cung cấp lưu lượng truy cập cho mỗi người dùng, chúng ta có thể tính được lưu lượng cần cung cấp Khi phạm vi và dung lượng cell được thiết lập, có thể xác định gần đúng số lượng cell. http://w ww. ebo ok.e du. vn

Dân số trong khu vực x phần trăn thâm nhập (%)

2010 cell Đếm số lượng cell

D iện tíc h ph ủ s ó ng liê n q truy cập vào mạng của một cell theo tiêu chí được xác định trước Các loại hình dịch vụ và tốc độ dữ liệu cũng sẽ có ảnh hưởng đến khả năng phủ sóng.

1.5.2 Diện tích phủ sóng và xác suất mất tín hiệu Để giảm khả năng mất tín hiệu thì phải thu hẹp bán kính cell Do đó diện tích vùng phủ sóng trên 1 cell sẽ giảm Chi phí để phủ sóng một diện tích xác định sẽ tăng lên Do đó ta phải cân đối giữa diện tích phủ sóng của cell với xác suất mất tín hiệu.

Mức mất tín hiệu từ 5-10% được coi là hợp lý cho nhà quy hoạch.

Diện tích phủ sóng cũng liên quan đến mất tín hiệu Mất tín hiệu là khi các mạng vô tuyến không thể đạt được yêu cầu về QoS Mất tín hiệu có thể được mô tả như là sự che khuất và suy hao đường truyền vượt qua sự khác biệt giữa mức tín hiệu yêu cầu nhận được và cường độ tối đa lan truyền qua đường Các minh họa trong hình 3 cho thấy một tiêu chuẩn của một phân bố bình thường với một độ lệch chuẩn của 8dB. Diện tích đỉnh của phân phối xác định khả năng mất mát Nếu 10% cho khả năng mất tín hiệu đạt được 10,3 dB Đối với một mục tiêu 5% với yêu cầu 13,2 dB, và cuối cùng http://www.ebook.edu.vn 22

Vì vậ y mục tiêu gia tăng mất má t dẫ n đế n giảm phạm vi phủ só ng với độ lợi kh á cao.

Khả năng truyền tải ngoại vi cell thực tế là khả năng các UE sẽ nhận được một tín hiệu trên một ngưỡng nhất định, chẳng hạn như cường độ tín hiệu RF Giá trị ngưỡng phải cung cấp một tín hiệu chấp nhận được trong điều kiện fading nhanh.

1.5.3 Xác suất vùng phủ của rìa cell

Rìa cell có xác suất phủ sóng tốt nhất được coi là xác suất UE sẽ nhận được một tín hiệu từ trạm anten gốc, trên một giá trị ngưỡng quy định tại vị trí vùng biên của

Hình 4: Đường cong liên quan đến các phần nhỏ của tổng diện tích http://www.ebook.edu.vn 23

QUY HOẠCH MẠNG 3G 2010 c el l G iá t rị ng ư ỡn g s ẽc ần để cu n g cấ p m ột t ín h i ệu h ợ p l

Mối quan hệ giữa xác suất ngoại vi cell và diện tích được minh họa trong hình 4.

Trong đó y là số mũ suy hao đường truyền và sigma (δ) là độ lệch chuẩn của che khuất được đưa ra trong dB Số mũ suy hao đường truyền được định nghĩa là tỷ lệ tăng của suy hao dường truyền Một giá trị tiêu biểu cho suy hao đường truyền trong cell macro được coi là 3,6 và cho độ lệch chuẩn là chỉ cần nhìn thấy, sẽ có 8 dB

Vì vậy, δ / y là 2,22 và tham gia một khả năng phủ sóng ranh giới của 75% sẽ tương đương với

Phân tích thiết kế quy hoạch

Một ví dụ chương trình mô phỏng và phân tích hệ thống (COSSAP) sản xuất bởi

Synopsys Incorporated, COSSAP là một công cụ thiết kế hệ thống, bao gồm một bộ các cấu hình end-to-end của các mô hình tái sử dụng thuật toán, đó là cần thiết cho việc thiết kế và thẩm tra của các hệ thống W-CDMA Do đó, công cụ này có khả năng cho phép xác minh thuật toán của cấp liên kết cho hệ thống truyền tải W-

CDMA theo định nghĩa hiện nay của các tiêu chuẩn Nó được biết đến như là một chương trình mô phỏng dòng điều khiển, dựa trên mô hình luồng dữ liệu, hỗ trợ nhanh chóng mô phỏng điều khiển dòng và đồng mô phỏng Các mô phỏng xảy ra thông qua sự hợp tác của các hướng dẫn mô phỏng điều khiển dòng thiết lập mô phỏng (ISS) cho cả phần mềm và phần cứng Kiểu mô phỏng đồng thẩm tra phần khác nhau của việc thực hiện của hệ thống, chủ yếu là từ một điểm chức năng, mà trong đó các phần mềm và kiến trúc phần cứng không phải là đại diện đầy đủ chi tiết Với COSSAP, không kiểm soát thời gian giữa các yếu tố mô phỏng là cần thiết và vì thế có thể hỗ trợ hoạt động không đồng bộ Bốn yếu tố quan trọng là xác định khả năng hỗ trợ như sau:

• Khả năng mất tín hiệu

Dữ liệu tốc độ cao khiến số lượng người dùng có khả năng sử dụng mạng ít hơn.

Hệ số tải

Hệ thống đạt đến công suất cực đại khi nó được tải tại 100 % dung lượng, hoặc công suất tối đa lý thuyết đã đạt được Dung lượng của một cell phụ thuộc vào Eb

/No Khu vực phủ sóng phụ thuộc vào tải so với công suất cực đại Khi công suất cực đại kích thước cell sẽ co lại về không và mức độ nhiễu sẽ tiếp cận vô cực

Công suất liên quan trực tiếp đến các yếu tố tải và một mạng UMTS (3G) có thể không được vận hành hết công suất cực.

Mô hình ước tính tế bào

Như đã đề cập một số yêu cầu của các cell có thể được tính bằng cách điều tra sử dụng Khi biết số người sử dụng và cung cấp lưu lượng truy cập cho mỗi người dùng, chúng ta có thể tính được lưu lượng cần cung cấp Khi phạm vi và dung lượng cell được thiết lập, có thể xác định gần đúng số lượng cell. http://w ww. ebo ok.e du. vn

Dân số trong khu vực x phần trăn thâm nhập (%)

2010 cell Đếm số lượng cell

D iện tíc h ph ủ s ó ng liê n q truy cập vào mạng của một cell theo tiêu chí được xác định trước Các loại hình dịch vụ và tốc độ dữ liệu cũng sẽ có ảnh hưởng đến khả năng phủ sóng.

1.5.2 Diện tích phủ sóng và xác suất mất tín hiệu Để giảm khả năng mất tín hiệu thì phải thu hẹp bán kính cell Do đó diện tích vùng phủ sóng trên 1 cell sẽ giảm Chi phí để phủ sóng một diện tích xác định sẽ tăng lên Do đó ta phải cân đối giữa diện tích phủ sóng của cell với xác suất mất tín hiệu.

Mức mất tín hiệu từ 5-10% được coi là hợp lý cho nhà quy hoạch.

Diện tích phủ sóng cũng liên quan đến mất tín hiệu Mất tín hiệu là khi các mạng vô tuyến không thể đạt được yêu cầu về QoS Mất tín hiệu có thể được mô tả như là sự che khuất và suy hao đường truyền vượt qua sự khác biệt giữa mức tín hiệu yêu cầu nhận được và cường độ tối đa lan truyền qua đường Các minh họa trong hình 3 cho thấy một tiêu chuẩn của một phân bố bình thường với một độ lệch chuẩn của 8dB. Diện tích đỉnh của phân phối xác định khả năng mất mát Nếu 10% cho khả năng mất tín hiệu đạt được 10,3 dB Đối với một mục tiêu 5% với yêu cầu 13,2 dB, và cuối cùng http://www.ebook.edu.vn 22

Vì vậ y mục tiêu gia tăng mất má t dẫ n đế n giảm phạm vi phủ só ng với độ lợi kh á cao.

Khả năng truyền tải ngoại vi cell thực tế là khả năng các UE sẽ nhận được một tín hiệu trên một ngưỡng nhất định, chẳng hạn như cường độ tín hiệu RF Giá trị ngưỡng phải cung cấp một tín hiệu chấp nhận được trong điều kiện fading nhanh.

1.5.3 Xác suất vùng phủ của rìa cell

Rìa cell có xác suất phủ sóng tốt nhất được coi là xác suất UE sẽ nhận được một tín hiệu từ trạm anten gốc, trên một giá trị ngưỡng quy định tại vị trí vùng biên của

Hình 4: Đường cong liên quan đến các phần nhỏ của tổng diện tích http://www.ebook.edu.vn 23

QUY HOẠCH MẠNG 3G 2010 c el l G iá t rị ng ư ỡn g s ẽc ần để cu n g cấ p m ột t ín h i ệu h ợ p l

Mối quan hệ giữa xác suất ngoại vi cell và diện tích được minh họa trong hình 4.

Trong đó y là số mũ suy hao đường truyền và sigma (δ) là độ lệch chuẩn của che khuất được đưa ra trong dB Số mũ suy hao đường truyền được định nghĩa là tỷ lệ tăng của suy hao dường truyền Một giá trị tiêu biểu cho suy hao đường truyền trong cell macro được coi là 3,6 và cho độ lệch chuẩn là chỉ cần nhìn thấy, sẽ có 8 dB

Vì vậy, δ / y là 2,22 và tham gia một khả năng phủ sóng ranh giới của 75% sẽ tương đương với

Phân tích thiết kế quy hoạch

Một ví dụ chương trình mô phỏng và phân tích hệ thống (COSSAP) sản xuất bởi

Synopsys Incorporated, COSSAP là một công cụ thiết kế hệ thống, bao gồm một bộ các cấu hình end-to-end của các mô hình tái sử dụng thuật toán, đó là cần thiết cho việc thiết kế và thẩm tra của các hệ thống W-CDMA Do đó, công cụ này có khả năng cho phép xác minh thuật toán của cấp liên kết cho hệ thống truyền tải W-

CDMA theo định nghĩa hiện nay của các tiêu chuẩn Nó được biết đến như là một chương trình mô phỏng dòng điều khiển, dựa trên mô hình luồng dữ liệu, hỗ trợ nhanh chóng mô phỏng điều khiển dòng và đồng mô phỏng Các mô phỏng xảy ra thông qua sự hợp tác của các hướng dẫn mô phỏng điều khiển dòng thiết lập mô phỏng (ISS) cho cả phần mềm và phần cứng Kiểu mô phỏng đồng thẩm tra phần khác nhau của việc thực hiện của hệ thống, chủ yếu là từ một điểm chức năng, mà trong đó các phần mềm và kiến trúc phần cứng không phải là đại diện đầy đủ chi tiết Với COSSAP, không kiểm soát thời gian giữa các yếu tố mô phỏng là cần thiết và vì thế có thể hỗ trợ hoạt động không đồng bộ Bốn yếu tố quan trọng là xác định khả năng hỗ trợ như sau:

• Khả năng mất tín hiệu

Dữ liệu tốc độ cao khiến số lượng người dùng có khả năng sử dụng mạng ít hơn.

Vì vậy, chất lượng mạng tốt hơn, giảm khả năng mất tín hiệu Kết nối vô tuyến sẽ tốt hơn sẽ tiêu thụ tài nguyên nhiều hơn, có nghĩa là có ít thuê bao hơn sẽ có thể sử dụng hệ thống Phạm vi phủ sóng dữ liệu tốc độ cao, phạm vi phủ sóng cho microcell và môi trường trong nhà, đồng vị trí với một hệ thống 2G, tất cả những vấn đề chính sẽ http://www.ebook.edu.vn 24 cần phải đư ợc lên kế ho ạch cẩnthậ n để đả m bả o mạ ng lưới ổn địn h và hiệ u qu ả

Phân tíc h lưu lượ ng, đá nh giá ph ạm vi ph ủ só ng và đếm cell cũng được thực hiện phân tích mô phỏng.

Tối ưu hóa mạng lưới liên quan đến việc thu thập dữ liệu lặp đi lặp lại sẽ cung cấp một bức tranh chính xác về hoạt động của mạng Tối ưu hóa sẽ đòi hỏi các công cụ driving-test có dung lượng hoạt động cao Một vài ví dụ về các chức năng cần thiết cao hơn bao gồm phân tích đồng bộ hóa sơ cấp và thứ cấp mã đồng bộ hóa, đo công suất, đo đạc xáo trộn mã, và thời gian di chuyển và chồng lên nhau Cần phải thực hiện đồng thời cả tiếng nói và dữ liệu tại mạng 2G và mạng 3G Dữ liệu bao gồm chuyển tiếp và đảo ngược điều kiện liên kết, tỷ lệ lỗi bit hoặc khung hình, ACI bỏ cuộc gọi, không khởi tạo cuộc gọi, và định vị vệ tinh toàn cầu (GPS) Điều là rất quan trọng để có được một bức tranh hoàn chỉnh về mạng đã được thực hiện.

Như vậy chương 1 chúng ta đã tìm hiểu về quá trình quy hoạch mạng vô tuyến. Đề cập đến các vấn đề dung lượng, vùng phủ và QoS Phát triển các kế hoạch, thủ tục triển khai thiết kế mạng và tối ưu hóa mạng lưới Chương này giúp chúng ta đánh giá mối quan hệ giữa các yếu tố trong quá trình quy hoạch mạng Phần sau chúng ta sẽ đi sâu vào tìm hiểu tác động của từng yếu tố tới quá trình quy hoạch mạng vô tuyến. http ://w ww. ebo ok.e du.vn

2 Q u y h o ạ c h v ù n g p h ủ só n g, d u n g lư ợ n g và chất lượng dịch vụ

Tr on g phần này chúng ta đề cập đến các thông số đảm bảo độ che phủ, dung lượng và chất lượng dịch vụ Ngoài ra chúng ta còn thảo luận cả quỹ đường truyền lên và xuống Đó là các quỹ đường truyền ảnh hưởng đến phạm vi phủ sóng của mỗi mạng.

Ảnh hưởng của quỹ đường truyền lên vùng phủ sóng

Quỹ đường truyền là tổng hợp tất cả độ lợi và tổn thất từ máy thông qua

( không gian, cáp, ống dẫn sóng, cáp quang… ) đến người nhận trong hệ thống viễn thông Nó bao gồm sự suy giảm tín hiệu do đường truyền, cũng như độ lợi của anten, đường cấp vào và suy hao do tạp âm.

Quỹ đường truyền xác định và quy định năng lượng, kích thước và vị trí của các tế bào, tính toán lưu lượng có thể ảnh hướng đến phạm vi phủ sóng Quỹ đường truyền khác nhau tùy theo khối lượng dữ liệu được chuyển đi Và điều cuối cùng là phải tối ưu hóa duy trì độ che phủ mạng.

Các minh họa trong hình 5 cho thấy một sơ đồ khối của quỹ đường truyền lên.

M ọi su y ha o và độ lợi từ phí a UE ph ải đư ợc đư a và o tín h toá n ba o gồ m su y ha o do qu ỹ đư ờn g tru yề n và điều kiện hoạt động và phụ thuộc vào môi trường và người sử dụng Giá trị tiêu biểu http://www.ebook.edu.vn 26

QUY HOẠCH MẠNG 3G 2010 ch o mấ t mát cơ thể là khoả ng 3d

Tuy nhiên, tro ng 3G thiết bị đầu cuối sẽ được vận hà nh the o các h kh ác Tr on g 3G, thi dùng do đó sẽ giảm tổn thất tín hiệu do ảnh hưởng của cơ thể người dùng

Mất mát thâm nhập cũng phải được xem xét, vì điều này sẽ ảnh hưởng đến môi trường hoạt động Giá trị thực tế có thể khác nhau đáng kể giữa các môi trường khác nhau và số đo lý tưởng ở các địa phương.

Ví dụ tiêu biểu sẽ là 15 dB cho một môi trường trong nhà và khoảng 8 dB cho môi trường trong xe Độ lợi anten UE được tính toán điển hình là khoảng 0dBi mặc dù có khả năng là một số thiết bị đầu cuối có dữ liệu ăng ten được đưa ra cao hơn khoảng 2 dBi.

Quỹ đường truyền xuống

Để đơn giản hóa, suy hao đường truyền đường lên tối đa thể hiện trong hình 5 (b) sẽ bằng tổng số suy hao từ UE và trạm gốc (đã được bắt nguồn từ hình 5 (a)), và kết hợp những suy hao quỹ đường truyền lên (tức là các đường lên tối đa chấp nhận được suy hao đường truyền như được hiển thị ở phía bên tay trái của hình (b))

Bước tiếp theo là thêm giới hạn độ tin cậy và hiệu chỉnh để có được công suất đường xuống Các yếu tố đường xuống thêm các mất mát và độ lợi từ các trạm gốc (hiển thị ở phía bên phải của hình 5), có thể để tính toán độ nhạy thu của UE Đây là mức tín hiệu cần thiết tại đầu vào bộ thu, tín hiệu này thoã mãn Eb / No yêu cầu Một nhân tố hoạt động phải được thêm vào nếu đòi hỏi độ nhạy bộ thu thực tế, để cung cấp kết quả thực tế hơn.

Công suất tạp âm phía thu chủ yếu là tạp âm nhiệt.

Tạp âm nhiệt chỉ có thể được giảm thực sự khi làm mát máy thu, nhưng điều này là không khả thi Vì vậy, cách duy nhất để giảm mức độ tạp âmlà bằng cách chọn một bộ thu với thông số tạp âm thấp.

Kết quả cuối cùng của trên, như trong hình 5 (a và b), là công suất ra từ ăng ten sẽ độ ng và o lượ ng RF tru yề n từ ăn g ten và mứ c độ ph ủ só ng trê n diệ n tíc h yê u cầu :

Công suất tạp âm thu Mật độ tạp âm thu +

Mật độ tạp âm thu = Mật độ tạp âm nhiệt + mức độ nhận tạp âm http://www.ebook.edu.vn 27

Hình 5: Quỹ đường truyền (a:Đường lên) và (b: Đường xuống). http://www.ebook.edu.vn 28

R F s ẽx ác đ ịn h s uy h a o đư ờ n hiện với việc đặc trưng hoá công suất tín hiệu nhận bằng cách tính trung bình mức công suất trên các khoảng cách giữa TRX Vùng phủ sóng mỗi vị trí cho một môi trường truyền có thể xác định hiệu quả phủ sóng Ngoài vùng phủ sóng, mật độ lưu lượng cũng phải được đưa vào tính toán, bằng cách sử dụng một mô hình truyền được biết đến (ví dụ như mô hình Walfisch-Ikegami hoặc mô hình Okamura-Hata), tính từ quỹ đường truyền đầu vào các mô hình và chuyển đổi thành các cell tối đa trong phạm vi km.

Ví dụ này một đô thị macro cell có tính một chiều cao trung bình của UE

= 11 m và trạm ăng ten một căn cứ chiều cao 30 m Đối với khu vực ngoại thành, một yếu tố điều chỉnh bổ sung của 8dB đã được giả định là một mô hình này cung cấp kết quả nhất quán hơn Các cell được tính toán phạm vi phủ sóng được thể hiện trong bảng 2

Có rất nhiều mô hình truyền sóng cho 3G Nhưng trong phạm vi của khóa luận chúng ta chỉ tìm hiểu về 2 mô hình truyền đó là mô hình Hata-Okumura và mô hình

Walfisch-Ikegami Đây là 2 mô hình rất phù hợp với quy hoạch 3G ở Việt

Mô hình Okumura là mô hình được dùng rộng rãi trong việc dự đoán tín hiệu ở vùng đô thị Mô hình đáp ứng trong dải tần 150-1920 Mhz ( có thể ngoại suy đến

Mhz) và cự ly 1-100 km Nó có thể được dùng cho chiều cao anten trạm gốc từ 30-

Trong mô hình này, suy hao đường truyền được tính bằng cách tính hệ số điều chỉnh anten cho các vùng đô thị là hàm của khoảng cách giữa trạm gốc, trạm độ ng và tần số Hệ số nà y đư ợc đư a và o su y ha o kh ôn g gia n tự do. Kế t qu ả đư ợc điề u chỉ nh bằ ng các hệ số ch o độ cao anten trạm gốc và trạm di động Ngoài ra, các hệ số điều http://www.ebook.edu.vn 29 chỉ nh đư ợc cấpch o hư ớn g ph ố, các vù ng ng oạiô, các vùng mởvà các địahìn h kh ôn g đề u.

Mô hìn h chỉ áp dụ ng cho 4 thông số thỏa điều kiệ n:

● Khoảng cách từ trạm gốc d

● Độ cao anten trạm gốc h b

● Độ cao anten trạm di động h m : 1 ÷ 10 (m)

Tuỳ theo từng vùng phục vụ khác nhau, suy hao tuyến L p tương ứng mỗi vùng khác nhau.

Trong đó: a(h m ) là hệ số hiệu chỉnh cho độ cao anten di động

(dB) được tính trong 2 trường hợp khác nhau:

+ Đối với thành phố nhỏ và trung bình:

+ Đối với thành phố lớn:

Như vậy bán kính cell được tính : l g r

Với vùng ngoại ô hệ số hiệu chỉnh suy hao so với vùng thành phố là:

Với vùng nông thôn hệ số hiệu chỉnh suy hao so với vùng thành phố là: http://www.ebook.edu.vn 30

L nt (dB) = L p – 4,78.(lgf c )2 +18,33(lgf c ) - 40,94 (9) Các phép đo của Okumura chỉ đúngcho các kiểu toà nhà ở Tokyo và cần có số liệ u để có kh ả nă ng dự đo án các nh ân tố mô i trư ờn g trê n cơ sở tín h chất vật lý của các toà nhà xung quanh máy thu di động Ngoài ra, do kỹ thuật Okumura dùng để hiệu chỉnh mặt đất bất thường và các đặc điểm khác của đường truyền cụ thể nên cần có các diễn giải thiết kế.

Mô hình Walfisch-Ikegami chứa 3 phần tử: tổn hao không gian tự do, nhiễu xạ mái nhà và tổn hao tán xạ, tổn hao do nhiều vật chắn.

Hình 6 : Sơ đồ quy hoạch theo mô hình Walfisch- Ikegami

Các thông số đưa vào công thức mô hình được giới thiệu ở hình 6.

Trong đó: w: bề rộng đường phố (m) b: cự ly giữa các dãy nhà phố chắn đường truyền sóng (m)

 : góc tới của sóng trên mặt phẳng phương vị so với trục đường h m : chiều cao anten trạm di động (m) h b : chiều cao anten trạm gốc (m) http://www.ebook.edu.vn 31 d: khoảng cách trạm di động và trạm gốc (m) hr: chiều cao toà nhà (m)

Mô hình chỉ áp dụng cho 4 thông số thỏa điều kiện:

● Tần số sóng mang fc

● Khoảng cách từ trạm gốc d

● Độ cao anten trạm gốc h

● Độ cao anten trạm di động h m

Các biểu thức sử dụng cho mô hình như sau:

L f : là tổn hao không gian tự do, được xác định:

L rts : là nhiễu xạ mái nhà - phố và tổn hao tán xạ, được xác định:

L rts (dB) = (-16,7) -10lgW + 10lgf c + 20lg∆h m + Lo (11) với: ∆h m = hr - h m (m)

Lo là sai số do tán xạ và nhiễu xạ, được xác định bởi:

Lmsd: là tổn hao các vật che chắn, được xác định:

L msd = L bsh + k a + k dl gr + k f lgf c – 9lg b (12) http://www.ebook.ed u.vn với:

Với trường hợp tia nhìn thẳng (LOS):

Với trường hợp tia không nhìn thẳng (NLOS ):

Như vậy bán kính cell tính theo mô hình Walfis ch –

Ikegami là : lg L p − L ori − L bsh + 10lg W − 20lg

Có thể sử dụng các giá trị mặc định sau cho mô hình: b = 20 ÷ 50m; W

= 3 x (số tầng) + h nn với: h nn = 3 m cho nóc nhà có độ cao, 0 m cho nóc nhà phẳng.

Ta tính toán tổn hao đường truyền từ mô hình Hata và Walfisch- Ikegami theo các số liệu dưới đây và so sánh kết quả: f

= 30 m h t tp : / / w w w ebook.edu. vn h r = 30 m Ф = 90 độ b = 30 m

 với thành phố trung bình. nóc nhà = 0 m W = 15 m T ổ n ha o đ ư ờn g tr u yề nd ự đo án t he o m ô hì nh H ata th ấ p h ơn 1

Bs o v ớ i mô hình Walfisch-Ikegami Tuy nhiên, mô hình Hata bỏ qua ảnh hưởng của độ rộng đường phố, tán xạ phố và các tổn hao tán xạ Các ảnh hưởng này được xét đến ở mô hình Walfisch-Ikegami.

Mô hình Walfisch-Ikegami sẽ được sử dụng cho phương án tính toán thiết kế vì mô hình này thích hợp với điều kiện với môi trường đô thị Việt Nam, tính toán dễ dàng bằng chương trình trên máy tính.

Bảng 3: So sánh tổn hao đường truyền từ mô hình Hata và Walfisch-

Vùng phủ sóng sẽ được tính toán dựa trên diện tích cần phủ sóng và bán kính của cell bằng cách áp dụng mô hình

Walfisch-Ikegami Chất lượng dịch vụ và dung lượng phục vụ của hệ thống sẽ tính toán dựa trên phương trình tính dung lượng cực đại của đường truyền hướng lên Từ đó sẽ tính toán được số trạm BTS cần thiết để đáp ứng dung lượng của hệ thống.

2.1.3.3 Tính toán quỹ đường truyền

Một quỹ đường truyền có thể được coi là cơ sở xác định kích thước cho mạng và có thể từ những tính toán của một quỹ đường truyền để xác định một dấu hiệu ban đầu của dãy cell Sau đó sẽ tính được phạm vi vùng phủ sóng Quỹ đường truyền hữu ích trong việc xác định các thông số cần cải tiến để tăng cường vùng phủ sóng Các nguyên tắc tương tự cho hệ thống truyền thông di động toàn cầu (GSM) quỹ đường truyền được áp dụng cho UMTS (3G) Bảng 4 cho thấy một mẫu của quỹ đường truyền, tổng số các suy hao đường truyền lên và xuống http://www.ebo ok.edu.vn 34

Tổn hao đường truyền (dB)

Cá c th ôn g số qu ỹ đư ờn g tru yề n

2.1.3.4 Ví dụ quỹ đường truyền ứng với tốc độ 12.2kbps

Tải và định kích cỡ

Các tải cell có ảnh hướng đáng kể đến phạm vi phủ sóng Do đó nếu tăng số thuê bao lên thì phạm vi phủ sóng sẽ giảm W-CDMA là hệ thống hoạt động trên nhiễu, dung lượng hệ thống bị hạn chế bởi nhiễu Điều này là hiển nhiên với các cell đơn lẻ trong 3G, trái ngược với các hệ thống trực giao, chẳng hạn như mạng hoạt động dựa trên đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA).

Các ảnh hưởng đối với vùng phủ của cell do những thay đổi

Có một sự tương quan trực tiếp giữa tốc độ dữ liệu người sử dụng với việc giảm vùng phủ của cell Vì vậy mục tiêu nhà quy hoạch mạng phải đảm bảo phủ sóng toàn bộ vùng phủ sóng sẽ có sẵn cho tốc độ dữ liệu thấp (dưới đây 144 kbps) trong khi mức cao hơn cho dữ liệu một vùng phủ sóng giới hạn có thể được xem xét thỏa đáng.

Giả thiết cần đạt được Eb/No = 4,0 dB cho vùng phủ tối đa đối với mức bit khác nhau như trong hình 10.

MUD là một giải pháp nâng cấp để cải thiện vùng phủ sóng Ngay cả những trường hợp khi một tải sau khi triển khai ban đầu do MUD có khả năng làm giảm công suất truyền UE trong một mạng lưới Vì vậy, một tỷ lệ lớn hơn tải trọng tối đa có thể đạt được với mạng có trạm phát MUD thực hiện khi hệ thống đường xuống giới hạn.

Cần xem xét thực hiện MUD để đảm bảo dự báo tốt và lập kế hoạch vùng phủ sóng.

Với MUD khi tính toán phạm vi phủ sóng không cần phải quan tâm tới yếu tố tải của hệ thống Cần lưu ý rằng sự gia tăng tỷ lệ dữ liệu sẽ dẫn đến giảm trong phạm vi đường lên, tuy nhiên dung lượng truyền dẫn hiện nay giới hạn ở UE Đây là lý do tại sao vù ng ph ủ só ng ch o các dịc h vụ dữ liệ u tốc độ cao sẽ kh ác các dịc h vụ dữ liệ u tốc độ thấ p ht t p:// w w w.ebook.edu.v n

10 :V ù ng ph ủ vớ i c á c t ốc đ ộ d ữli ệ u

Bảng 10: Vùng phủ sóng chuẩn trong UMTS

Bảng 10 cho thấy một mẫu điển hình dự kiến trong phạm vi 1km, dựa trên tính toán bằng cách sử dụng các tiêu chí, thông số trước đây đã trình bày Từ bảng này có thể thấy với một dữ liệu tốc độ 384 kbps cho vùng phủ sóng ngoài trời, với xác suất

95% phạm vi có thể khác nhau từ 4,1km xuống 1,1 km giảm 73% và thứ hai, khi so sánh ngoài trời vào trong nhà giảm 58% Một ví dụ nữa sẽ được so sánh trong nhà ngoài trời với một tốc độ dữ liệu 144 kbps Với môi trường vùng phủ sóng ngoài trời http://www.ebook.edu.vn 46 Địa hình Nông thôn Ngoại ô Đô thị Đô thị dày đặc mở (km) (km) (km) (km) (km)

Vùng phủ sóng ngoài trời với xác suất 95%

QUY HOẠCH MẠNG 3G 2010 xác suất ph ủ só ng 95

%, có thể đạtđư ợc vùng phủ só ng với bán kín h r 1,84 km trong mô i trư ờn g đô thị. Đi ều nà y có thể đư ợc môi trường giả định một phạm vi phủ sóng trong nhà xác suất phủ sóng 95% bán kính cell r = 0,84 km trong môi trường đô thị.

2.1.10 Vùng phủ sóng với tốc độ bit khác nhau

Trong phần này liên quan đến vấn đề phủ sóng và tốc độ dữ liệu được thảo luận.

Eb/No phụ thuộc và mối liên kết năng lượng giữa các kênh đều khiển và kênh dữ liệu điều đó khá quan trọng trong việc duy trì kết nối ổn định được thảo luận Một số ví dụ về công suất và cuối cùng những vấn đề cần lưu tâm tới overhead cho sự thay đổi các dữ liệu khác nhau được thảo luận và giải thích với việc đưa ra trong ví dụ.

Vấn đề đã được thảo luận trong chương này nếu tốc độ dữ liệu người dùng tăng lên, sau đó độ lợi xử lý sẽ bị giảm, do đó phạm vi phủ sóng sẽ giảm Ngoài ra với mức tốc độ dữ liệu cao hơn Eb/No thường thấp Với mức Eb/No thấp không cần công suất để duy trì hiệu suất và do đó bán kính cell sẽ được tăng lên.

Các yêu cầu Eb/No phụ thuộc vào tốc độ dữ liệu do thực tế kênh vật lý điều khiển chung (DPCCH) chịu trách nhiệm duy trì kết nối hoạt động do nó chứa các điều khiển công suất tín hiệu bit và cũng là biểu tượng tham chiếu để ước lượng kênh

No phụ thuộc vào tỷ lệ tín hiệu/nhiễu (SIR) và thuật toán ước lượng chính xác thực tế của kênh Các ước tính kênh dựa trên các biểu tượng tham chiếu và do đó sẽ cải thiện nhiều dung lượng hơn được giao cho DPCCH Do đó có thể cho mạng để kiểm soát sự khác biệt về dung lượng được phân bổ cho cả các kênh dành riêng cho dữ liệu vật lý

(DPDCH) và DPCCH Khi có dữ liệu hiện diện trong DPDCH, dung lượng của sẽ

DPCCH cao hơn Sự khác biệt dung lượng điển hình giữa hai kênh được liệt kê đối với các dữ liệu khác nhau trong bảng 11

Bảng 11: Phạm vi phủ sóng với tốc độ khác nhau h t tp : / / w w w e b o o k e du v n

(kbps) Công suất khác biệt (dB) dự kiến giữa DPDCH và DPCCH

B ản g n ày có c á cv íd ụ v ề4 tố cđ ộ c ho ha ik ê nh

CH vàD mức tốc độ dữ liệu Ví dụ, đối với một tốc độ dữ liệu của 384 kbps sự khác biệt dung lượng giữa các kênh sẽ được 9,0 dB Có 15 giá trị có sẵn cho sự khác biệt về dung lượng giữa 23,5 và 0,0 dB và một sự kết hợp bit 1 khi không có dữ liệu truyền, do đó

DPDCH là trống, nhưng DPCCH vẫn phải duy trì kết nối hiện hành.

2.1.11Overhead cho các tốc độ bit khác nhau

Các minh họa trong hình 10 cho thấy tỷ lệ dữ liệu khác nhau tương ứng với mức công suất nhận được tương đối của DPCCH, trong khi Eb / No giá trị được giả định là giống nhau cho tất cả các mức giá trị bit

Hình 11: Kênh điều khiển mức công suất cho tốc độ dữ liệu khác nhau

Khi nhận được công suất cao hơn cho DPCCH đối với tốc độ dữ liệu cao hơn, ươc tính chính xác hơn và hiệu quả Eb/No sau đó cũng tăng lên Cũng như minh họa trong hình 10, để duy trì một tốc độ dữ liệu 384 kbps qua DPDCH mức công suất 8dB sẽ được yêu cầu để duy trì các kênh kiểm soát (DPCCH) Tuy nhiên một khi tốc độ dữ liệu của 384 kbps đã đạt được công suất trên chỉ 0,5 dB, như trong hình 11

Ngược lại, một 12,2 kbps tốc độ dữ liệu chỉ đòi hỏi 1 dB dung lượng kiểm soát các kênh nhưng

1,7 dB trong công suất trên không để duy trì các kênh Tóm lại tốc độ dữ liệu cao hơn đòi hỏi nhiều dung lượng hơn cho các kênh điều khiển, nhưng tổng phí sẽ p hơ n so với mộ t tốc độ dữ liệ u thấ p. h t t p : / /w w w e b o ok e d u v n

2.1.12 Cải tiến vùng phủ sóng

12 : O v er he a d v ới c ác tố c độ bit k h

Vì vậy khi một kết nối tốc độ cao đang hoạt động, công suất của DPCCH được tăng lên đảm bảo ước tính kênh chính xác hơn và overhead thấp hơn cho

DPCCH Cả hai công suất tăng lên và trên đầu dưới của DPCCH góp phần nâng cao Eb /

Vùng phủ sóng với tốc độ bit khác