Công nghệ và quy hoạch W-CDMA - 7 docx

Các giải pháp kỹ thuật trong W-CDMA Trang 67 chia theo mã. Nhược điểm chính của phương pháp phân chia thời gian là : - Thời gian truyền dẫn ngắn trong khi việc thiết lập và giải phóng kết nối đòi hỏi thời gian dài thậm chí đến vài khung. - Việc sử dụng phân bổ theo thời gian bị hạn chế bởi dải tốc độ cao do hạn chế công suất của MS ở đường lên. - Phương pháp này sử dụng các tốc độ bit cao và tạo ra lưu lượng dạng cụm, điều này dẫn đến sự thay đổi cao ở các mức nhiễu so với lập biểu phân chia theo mã. 4.6.3.2 Lập biểu phân chia theo mã Trong lập biểu phân chia theo mã tất cả người sử dụng được ấn định một kênh khi họ cần chúng. Nếu nhiều người sử dụng gói yêu cầu lưu lượng thì tốc độ bit phải thấp hơn ở lập biểu theo thời gian. Các ưu điểm chính của phương pháp này là : - Trong lập biểu phân chia theo mã, việc thiết lập và giải phóng sẽ gây ra ít tổn thất dung lượng hơn do tốc độ bit thấp và thời gian truyền dẫn lâu hơn. Do tốc độ bit thấp việc phân bổ tài nguyên ở lập biểu gói phân chia theo mã đòi hỏi nhiều thời gian hơn ở lập biểu gói phân chia theo thời gian. Điều này cho phép dự báo được mức nhiễu. - Lập biểu phân chia theo mã có thể là tĩnh hoặc động. Trong lập biểu tĩnh, tốc độ bit được phân bổ duy trì cố định trong suốt thời gian kết nối. Trong lập biểu động, tốc độ bit có thể thay đổi để phù hợp với lưu lượng gói. - Phương pháp lập biểu này đòi hỏi các khả năng của MS thấp hơn. 4.7 Kết luận chương Trong chương này đã giới thiệu được các kỹ thuật được sử dụng trong WCDMA . Trên cơ sở đó người ta tiến hành qui hoạch mạng WCDMA. Quy hoạch mạng W-CDMA Trang 68 Chương 5 QUY HOẠCH MẠNG W-CDMA 5.1 Giới thiệu Chương này sẽ trình bày quá trình qui hoạch mạng W-CDMA và kết quả mô phỏng tình toán suy hao đường truyền, kích thước ô và dung lượng kênh,…Quá trình quy hoạch mạng vô tuyến cho hệ thống thông tin di động thế hệ ba bao gồm các bước sau : định kích cỡ, quy hoạch lưu lượng và vùng phủ sóng, tối ưu hóa mạng. Giai đoạn định kích cỡ sẽ đưa ra dự tính số đài trạm, số trạm gốc, cấu hình các phần tử gốc và các phần tử mạng khác trên cơ sở các yêu cầu của nhà khai thác 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. Việc quy hoạch dung lượng và vùng phủ  Các yêu cầu vùng phủ  Yêu cầu dung lượng  Kiểu vùng, mô hình truyền sóng vô tuyến Đầu vào Suy hao đư ờng truyền cho phép Quy ho ạch dung lượng và vùng phủ Hiển thị hiệu năng mạng Tối ưu hoá Đ ịnh cỡ - Sơ bộ số trạm gốc - Cấu hình đài trạm. - Ch ọn đ ài tr ạm. - Chọn cấu hình BS. - Các thông số RRM. - Phân tích chất lượng phục vụ Đ i ều chỉnh thông số RRM K ết quả đo hiệu năng mạng Đầu ra Hình 5.1. Quá trình quy hoạch mạng vô tuyến cho hệ thống thông tin di động thế hệ ba. Quy hoạch mạng W-CDMA Trang 69 phải được xem xét đồng thời do dung lượng và vùng phủ có quan hệ chặt chẽ với nhau trong mạng di động. Khi mạng đi vào hoạt động, có thể tính toán hiệu năng mạng bằng các phép đo và các kết quả đo được sử dụng để hiển thị và tối ưu hoá hiệu năng của mạng. 5.2 Tính suy hao đường truyền cho phép Để xác định vùng phủ cực đại của ô nhà thiết kế phải tính toán tổn hao đường truyền cực đại cho phép đảm bảo cường độ tín hiệu phù hợp ở biên giới ô cho chất lượng tiếng chấp thuận trên 90% vùng phủ. Tổn hao đường truyền cho phép là hiệu số giữa công suất phát xạ hiệu dụng của máy phát và cường độ tín hiệu tối thiểu cần thiết ở máy thu cho chất lượng tiếng chấp thuận. Các thành phần xác định tổn hao đường truyền được gọi là quỹ năng lượng đường truyền. Để tính tổn hao cực đại cho phép ta sử dụng công thức sau : L a = P m – P min + G b – L c – L b – L h (5.1) Với : P min = N 0 + F b + (E b /N 0 ’ ) req + 10lgB (5.2) Trong đó : L a : Tổn hao đường truyền cho phép. P m : Công suất phát xạ hiệu dụng của MS. P min : Cường độ tín hiệu tối thiểu yêu cầu. G b : Hệ số khuếch đại của Anten phát BS. L c : Tổn hao cáp Anten thu BS. L b : Tổn hao cơ thể. L h : Tổn hao truy nhập tòa nhà. B : Tốc độ bit (Bps) N 0 : Tạp âm nền của BS. Quy hoạch mạng W-CDMA Trang 70 F b : Hệ số tạp âm máy thu. E b /N 0 ’ : Độ dự trữ cần thiết của anten phát BS. 5.3 Xác định kích thước ô Sau khi tính được suy hao đường truyền cực đại ta tính được bán kính ô (R) cực đại thoả mãn yêu cầu truyền nhận thông tin dựa vào các mô hình truyền sóng. Do đặc điểm truyền sóng không ổn định, nên các mô hình truyền sóng đều mang tính thực nghiệm. Dưới đây ta xét hai mô hình truyền sóng được sử dụng rộng rãi là mô hình Hata – Okumura và Walfsch – Ikegami. 5.3.1 Mô hình Hata – Okumura Hầu hết các công cụ truyền sóng sử dụng một dạng biến đổi của mô hình Hata. Mô hình Hata là quan hệ thực nghiệm được rút ra từ báo cáo kỹ thuật của Okumura cho phép sử dụng các kết quả vào các công cụ tính toán. Các biểu thức được sử dụng trong mô hình Hata để xác định tổn hao trung bình :  Vùng thành phố L p = 69,55+26,16.lgf c –13,28.lgh b – a(h m ) + (44,9-6,55.lgh b ).lgR (dB) [6] (5.3) Trong đó : fc : Tần số hoạt động (MHz). L p : Tổn hao cho phép. h b : Độ cao anten trạm gốc (m). a(h m ) : Hệ số hiệu chỉnh cho độ cao anten di động (dB) R : Bán kính ô (km). Dải thông số sử dụng cho mô hình Hata là : MHzf c 1500150   30 h b  200m Quy hoạch mạng W-CDMA Trang 71  1 h m  10m Hệ số hiệu chỉnh (h m ) được tính như sau: Đối với thành phố lớn: a(h m ) =8,29.(lg1,54h m ) 2 - 1,1 (dB) với f c  200MHz (5.4) a(h m ) =3,2.(lg11,75h m ) 2 - 4,97 (dB) với f c  400MHz (5.5) Đối với thành phố nhỏ và trung bình : a(h m ) = (1,1.lgf c – 0,7).h m –(1,56.lgf c –0,8) (dB) (5.6) Như vậy bán kính ô được tính :     b mbcp h hahfL R lg.55,69,44 lg.28,13lg.26,2655,69 lg       (5.7)  Vùng ngoại ô Với vùng ngoại ô hệ số hiệu chỉnh suy hao so với vùng thành phố là : L no = L p - 2                        4,5 28 lg 2 c f (dB) (5.8)  Vùng nông thôn Với vùng nông thôn hệ số hiệu chỉnh suy hao so với vùng thành phố là : L nt = L p – 4,78.(lgf c ) 2 +18,33(lgf c ) - 40,49 (dB) (5.9) 5.3.2 Mô hình Walfsch – Ikegami Mô hình này được sử dụng để đánh giá tổn hao đường truyền ở môi trường thành phố cho hệ thống thông tin di động tổ ong. Mô hình này chứa các phần tử : tổn hao không gian tự do, nhiễu xạ mái nhà, tổn hao tán xạ và tổn hao nhiều vật chắn. Tổn hao cho phép trong mô hình này được tính như sau : Quy hoạch mạng W-CDMA Trang 72 L cp = L f + L ts + L m [6] (5.10) Với tổn hao không gian tự do được xác định như sau : cf fRL lg.20lg.204,32  (5.11) Trong đó : f c : Tần số hoạt động. R : Bán kính cell. Nhiễu xạ mái nhà phố và tổn hao tán xạ được tính : 7,16lg.10lg.10lg.20  WfhLL cmots (5.12) Trong đó :           00 00 0 550,646,9 9055,55075,05,2   dB dB L (5.13) W : Độ rộng phố.  : Góc đến so với trục phố h r : Độ cao nhà. h m : Độ cao Anten trạm di động.  h m = h r – h m (m) Tổn hao vật chắn : bfkRkkLL cfdabshms lg.9lg.lg.  (5.14) Trong đó : b : Khoảng cách giữa các toà nhà dọc theo đường truyền vô tuyến (m)       rb rbb bsh hh hhh L ,0 ,11lg.18 , h b là độ cao anten BS (5.15) k a = 54 – 0,8.h b (5.16) Quy hoạch mạng W-CDMA Trang 73            rb rb m b d hh hh h h k ,18 , 15 18 (5.17)        1 925 5,14 c f f k với thành phố lớn (5.18)        1 925 7,04 c f f k với thành phố trung bình (5.19) Như vậy bán kính cell tính theo mô hình Walf – Ikegami là :     d cfambshocp k fkbkhWLLL R             20 7,15lg.30lg.9lg.20lg.10 lg (5.20) Mô hình Hata bỏ qua ảnh hưởng của độ rộng phố, nhiễu xạ phố và các tổn hao tán xạ còn mô hình Walf – Ikegami có xét đến các ảnh hưởng này nên bán kính cell tính theo mô hình Hata lớn hơn so với mô hình Walf ở cùng một tổn hao cho phép. 5.4 Tính toán dung lượng và vùng phủ Trong thông tin di động thế hệ ba, các thuê bao được chia sẽ cùng nguồn tài nguyên ở giao diện vô tuyến nên không thể phân tích chúng riêng rẽ. Các thuê bao ảnh hưởng lẫn nhau nên công suất phát buộc phải thay đổi, sự thay đổi này lại gây ra các thay đổi khác vì vậy toàn bộ quá trình dự tính phải được thực hiện lặp cho đến khi công suất phát ổn định. Ngoài công suất phát, các thông số khác như tốc độ MS, dạng kênh đa đường, tốc độ bit và các kiểu dịch vụ được sử dụng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc quy hoạch mạng di động thế hệ ba. Trong quá trình quy hoạch hệ thống GSM, độ nhạy của BS và ngưỡng vùng phủ được coi là không đổi cho từng trạm và quy hoạch chi tiết chủ yếu tập trung lên quy hoạch vùng phủ. Trong W-CDMA độ nhạy của BS phụ thuộc vào số lượng người sử dụng và tốc độ bit ở tất cả các ô, vì thế nó mang đặc thù ô và dịch vụ và cần phân tích dung lượng và quy hoạch nhiễu chi tiết hơn. Công cụ quy hoạch sẽ hỗ Quy hoạch mạng W-CDMA Trang 74 trợ việc tối ưu các cấu hình vùng phủ, chọn anten, hướng anten và vị trí đặt đài trạm để đáp ứng chất lượng dịch vụ, dung lượng và các yêu cầu dịch vụ với giá thành thấp. Để tính toán dung lượng, ta sử dụng một số định nghĩa sau : - Đơn vị lưu lượng Erlang : Một đơn vị lưu lượng Erlang là một mạch thông tin hoạt động trong một giờ. - Cấp phục vụ (GOS) : Đại lượng biểu thị số % cuộc gọi không thành công đối với hệ thống tiêu hao còn trong hệ thống đợi GOS là số % thuê bao thực hiện sự gọi trở lại. - Hệ thống thông tin hoạt động theo kiểu tiêu hao : Giả thiết về hệ thống mà các thuê bao không hề gọi lại khi cuộc gọi không thành công. - Hệ thống thông tin hoạt động theo kiểu đợi : Giả thiết về hệ thống mà các thuê bao sẽ kiên trì gọi lại cho đến khi thành công. Lưu lượng của một thuê bao A được tính theo công thức sau : 3600 nT A  (5.21) Trong đó : A : Lưu lượng của thuê bao. n : Số trung bình các cuộc gọi trong một giờ. T : Thời gian trung bình của một cuộc gọi (s). Theo số liệu thống kê đối với mạng di động thì n = 5, T = 300s. Lưu lượng Erlang cần cho một thuê bao được tính như sau : 3600 u CCH mt E  (5.22) Trong đó : Quy hoạch mạng W-CDMA Trang 75 m : Số lần thuê bao sử dụng kênh điều khiển. t u : Thời gian sử dụng trung bình của thuê bao đối với kênh điều khiển Ứng với số kênh điều khiển là N CCH , tra bảng ta sẽ có tổng dung lượng Erlang cần thiết là E tot . Tổng số thuê bao được phục vụ được tính như sau : CCH tot total E E S  (5.23) Để phục vụ S total thuê bao, ta tính được tổng lưu lượng Erlang cần thiết theo công thức : A S C total Erl  (5.24) Từ giá trị C Erl tra bảng ta sẽ tính được tổng số kênh cần thiết. 5.5 Chương trình mô phỏng và tính toán. Tối ưu mạng là quá trình phân tích cấu hình và hiệu năng mạng nhằm cải thiện chất lượng mạng tổng thể và đảm bảo tài nguyên của mạng được sử dụng một cách có hiệu quả. Giai đoạn đầu của quá trình tối ưu là định nghĩa các chỉ thị hiệu năng chính. Chúng gồm các kết quả đo ở hệ thống quản lý mạng và số liệu đo thực tế để xác định chất lượng dịch vụ. Với sự giúp đỡ của hệ thống quản lý mạng ta có thể phân tích hiệu năng quá khứ, hiện tại và tương lai. Ta có thể phân tích hiệu năng của các thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến và các thông số của chúng bằng cách sử dụng các kết quả của chỉ thị hiệu năng chính. Trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba việc tối ưu hóa mạng rất quan trọng vì mạng thế hệ ba cung cấp nhiều dịch vụ đa dạng. Điều chỉnh tự động phải cung cấp câu trả lời nhanh cho các điều khiển thay đổi lưu lượng trong mạng. Trong giai đoạn đầu của quá trình xây dựng mạng W-CDMA chỉ có một số thông số là được điều chỉnh tự động và vì thế cần phải duy trì quá trình tối ưu hóa của hệ thống GSM Quy hoạch mạng W-CDMA Trang 76 5.5.1 Lưu đồ tính toán Tính suy hao đường truyền cho phép Nhập các thông số :  Thông số truyền dẫn  Thông số trạm gốc  Thông số trạm di động  Nhập các thông số truyền sóng và chọn mô hình truyền sóng.  Nhập các thông số lưu lượng  Tính kích thước Cell  Tính tổng lưu lượng Erlang Kết luận [...].. .Quy hoạch mạng W-CDMA 5.5.2 Kết quả chương trình  Kết quả tính suy hao đường truyền Trang 77 . ta tiến hành qui hoạch mạng WCDMA. Quy hoạch mạng W-CDMA Trang 68 Chương 5 QUY HOẠCH MẠNG W-CDMA 5.1 Giới thiệu Chương này sẽ trình bày quá trình qui hoạch mạng W-CDMA và kết quả mô phỏng. vụ và cần phân tích dung lượng và quy hoạch nhiễu chi tiết hơn. Công cụ quy hoạch sẽ hỗ Quy hoạch mạng W-CDMA Trang 74 trợ việc tối ưu các cấu hình vùng phủ, chọn anten, hướng anten và. trạm và quy hoạch chi tiết chủ yếu tập trung lên quy hoạch vùng phủ. Trong W-CDMA độ nhạy của BS phụ thuộc vào số lượng người sử dụng và tốc độ bit ở tất cả các ô, vì thế nó mang đặc thù ô và