TÓM LƯỢC Bài toán về quy hoạch cell là một bài toán khá phố biến của một kỹ sư về thiết kế mạng thông tin di động.Dưới sự hướng dẫn của thầy cũng như sự giúp đỡ của các bạn trong lớp.. Y
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM
BỘ MÔN VIỄN THÔNG
BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN:
THÔNG TIN DI ĐỘNG
GVHD: Ths Tạ Trí Nghĩa
SINH VIÊN THỰC HIỆN:
1 Ngô Tấn Bình
2 Hồ Hữu Thanh Liêm Năm học 2014- 2015
Trang 21 TÓM LƯỢC
Bài toán về quy hoạch cell là một bài toán khá phố biến của một kỹ sư về thiết kế mạng thông tin di động.Dưới sự hướng dẫn của thầy cũng như sự giúp đỡ của các bạn trong lớp Project nhỏ này đã hoàn thành đúng tiến độ và yêu cầu đề ra
Bài toán thiết kế cell cho 5 khu vực, sử dụng thiết bị RBS2206
Khu vực 1 hoạt động ở cả 2 băng tần 1800 và 900 Mhz, bao gồm 13 cell, sử dụng bộ
TMA, số carriers là 117, chiều cao trạm BTS được nâng lên là 35m và bán kính cell là
0.516 km Kinh phí cho khu vực này là 1.807.000 USD
Khu vực 2 hoạt động ở cả 2 băng tần 1800 và 900 Mhz bao gồm 23 cell, sử dụng bộ
khuếch đại TMA, số carriers tổng cộng là 90 carriers, chiều cao trạm BTS là 60m và bán
kính cell là 0.634km Chi phí cho khu vực này là 2.691.000 USD
Khu vực 3 hoạt động ở duy nhất băng tần 900 Mhz bao gồm 15 cell, không sử dụng bộ
khuếch đại TMA, số carriers tổng cộng là 36 carriers, chiều cao trạm BTS là 30m và bán
kính cell là 0.92 km Chi phí cho khu vực này là 705.000 USD
Khu vực 4 hoạt động ở duy nhất băng tần 900 Mhz bao gồm 61 cell, không sử dụng bộ
khuếch đại TMA, số carriers tổng cộng là 36 carriers, chiều cao trạm BTS là 30m và bán
kính cell là 1.062 km Chi phí cho khu vực này là 2.867.000 USD
Khu vực 5 hoạt động ở duy nhất băng tần 900 Mhz bao gồm 126 cell, sử dụng bộ
khuếch đại TMA, số carriers tổng cộng là 36 carriers, chiều cao trạm BTS là 45m và bán
kính cell là 1.5 km Chi phí cho khu vực này là 4.158.000 USD
Chi phí tổng cộng cho 5 khu vực này là 12.228.000 USD
2 YÊU CẦU :
Đề xuất quy hoạch cell cho nhà cung cấp dịch vụ để phủ sóng cho thành phố trung bình sau:
Khu
Vực
Diện tích (Km2)
Mật độ (người/Km2)
Số lượng cuộc gọi trung bình
Thời gian trung bình cuộc gọi
Hệ số suy hao (n)
Độ lệch chuẩn (σ,dB)
Sử dụng băng tần phổ tần số GMS 900, GMS 1800
Tỉ số tính hiệu trên can nhiễu (C/I) của hệ thống tối thiểu 12 dB
Phần tram diện tích phủ sóng tối thiểu là 90%
Xác suất nghẽn tại mỗi cell tối đa là 2%
Chiều cao (effective height) của anten trạm gốc (BS) có thể thiết kế từ 30 – 60 m
Trang 3 Công suất phát 45.5 dBm
Chiều cao anten phát có thể từ 30 – 60m
Chiều cao anten thu 2m
Độ nhạy Ms = -104 dB
Độ nhạy BTS = -111 dB
3 THIẾT BỊ SỬ DỤNG & GIẢ THIẾT:
RBS 2206 ( do công suất phát lớn và độ nhạy nhỏ )
Số transceivers : 2-12 (6 dTRU)
Số sectors : 1-3
Công suất phát : 35W/45.5dBm
Độ nhạy : -111dBm
Mobile Station
Công suất phát : lớp 4 33dBm
lớp 5 29dBm (chọn lớp 5 để tính toán để thỏa cả 2 lớp 4 &5)
Độ nhạy : -104dBm
- Các BTS ban đầu không sử dụng TMA
- SFM là Shadow fading margin
- Mỗi carrier có 8 TS
- Sử dụng mô hình cell hình lục giác, S=2.6*R2
4 THỰC HIỆN:
Bảng tra tìm mối liên hệ giữa phần trăm phủ sóng và xác suất phủ sóng tại biên
Mô hình thành phố lớn , f c ≥ 300Mhz
Chọn h re =2m => a(hre)= 3.2log(11.75hre)2- 4.97 =1.0454 dB
Trang 4Vậy a(h re ) = 1.0454dB sử dụng cho tính toán L p cả 5 khu vực
GSM 900 có 41 carriers, GSM 1800 có 78 carriers
Khu vực Số người sử dụng
dịch vụ( 30%)
Tổng dung lượng Earlang/ 1 user
Downlink:
P outBTS – LCBTS – LFBTS.hte + G ABTS – Lp + G AMS – LFMS – LBldg – LBody –Lcar - MFFM –
SFM ≥ SMS
45.5 – 3 – 0.065*hte + GABTS – Lp +0 – 0 – 10 – 3- 6 –3- SFM ≥ -104
124.5 – 0.065*hte + GABTS – Lp– SFM ≥ 0
Uplink:
P outMS – LFMS + G AMS – Lp + G ABTS – LFBTS*hte + Gd BTS – LBldg – LBody –Lcar - MFFM –
SFM ≥ SBTS
29 – Lp + GABTS – 0.065*hte + 3 –10 - 6 - 3 - 3 – SFM ≥ -111
121 – Lp + GABTS – 0.065*hte – SFM ≥ 0
a Khu vực 1:
Sử dụng 120o sectoring
Phần trăm diện tích phủ sóng là 90%: Pcov=0.76, σ =10
Pcov = 1 – Q(SFM/σ)
Q(SFM/σ) = 0.24
Sử dụng bảng tra ta được SFM/σ = 0.7 => SFM = 7 dB
Ban đầu ta sẽ lựa chọn chiều cao tối thiểu là h te = 30m
Xét tần số 900 Mhz (Sử dụng mô hình Hata thông thường )
Lp (dB) = 69.55 + 26.16log fc – 13.82 log(hte) – a(hre) + (44.9 -6.55log(hte))log(d)
- Downlink:
Sử dụng công cụ Excel ta tính được Lp ≤ 130.55 dB
Từ biểu thức Lp(dB) phía trên, sử dụng Excel ta tính được: d ≤ 1.4027 km
- Uplink:
Sử dung Excel ta tính được Lp ≤ 128.05 dB
=> d ≤ 1.1918 km
Xét tần số 1800Mhz ( Sử dụng mô hình Hata PCS)
Lp(dB) = 46.3 + 33.9log(fc) -13.82loghre – a(hre) +(44.9 – 6.55loghte)logd + CM
Với C M = 3dB
- Downlink
Sử dụng công cụ Excel ta tính được Lp ≤ 131.55 dB
Trang 5Từ biểu thức Lp(dB) phía trên, sử dụng Excel ta tính được: d ≤ 0.6477 km
- Uplink
Với các giá trị trong bảng ta suy ra điều kiện suy hao đó là Lp ≤ 128.05 dB
Sử dụng công thức Lp cho mô hình Hata PCS suy ra : d ≤ 0.5152 km
Vậy điều kiện quyết định bán kính cell là tại uplink 1800Mhz
d ≤ 0.5152 km
C/I ≥ 12dB => (√3𝐾)
𝑛
2 ≥ 12dB, n=4
K≥1.867
Chọn K=3 (cells/cluster)
9 sectors/cluster
Số Carriers/ 1 sector : 118/9 = 13.1111 Chọn K= 13
Số Channels / 1sector : (8*13-4)=100 (4 TS báo hiệu)
Xác suất nghẽn tại mỗi cell tối đa là 2%
Dùng bảng Erl B ta được dung lượng 1 sector ρsector= 87.97 Erl
Số cell cần dùng: user*ρu/(3*ρsector) = 12.2769 Chọn số cell là 13
Diện tích cell: 9/13 = 0.6923 km2
Bán kính cell: d R =0.516km (không thỏa điều kiện về bán kính)
Xét cho uplink 1800Mhz
Ta sẽ quét chiều cao h từ 30- 35 và tính lại Lp cũng như giới hạn bán kính cho Cell từ đó
ta sẽ quyết định được sự phù hợp của dR :
Vậy với điều kiện d ≤ 0.5317 km thì dR thỏa mãn
Thay d=dR = 0.516, tính lại công suất phát: ( Tại 1800Mhz)
Tổn hao Lp mới là :
Lp(dB) = 46.3 + 33.9log(fc) -13.82loghre – a(hre) +(44.9 – 6.55loghte)logd + CM
=127.3039 dB
P outBTS – LCBTS – LFBTS.hte + G ABTS – Lp + G AMS – LFMS – LBldg – LBody –Lcar - MFFM –
SFM ≥ SMS
P outBTS ≥ 41.58 dBm
Vậy mỗi sector nên phát ở mức công suất trên để đảm bảo lượng can nhiễu và tránh hao phí điện năng
Chi phí cho 1 cell :
Số carriers cho 1 cell : 39 carriers
Chiều cao trạm 35m : 6000+ 1000 =7.000 USD
Trang 6 BTS :15000 USD ( có sẵn 1 carrier )
Số carriers sử dụng thật sự : 39-1 = 38 chi phí tăng thêm :
(39-1)*3000 = 114.000 USD
Chia sector :2000 USD
Bộ TMA : 1000 USD
Tổng chi phí cho 1 cell : 139.000 USD
Tổng chi phí cho khu vực 1: 13* 139.000 = 1.807.000 USD
b Khu vực 2:
Sử dụng 120o sectoring
Phần trăm diện tích phủ sóng là 90%: Pcov=0.755, σ =8
Pcov = 1 – Q(SFM/σ) ( hàm Q này lấy tích phân hàm Gauss từ t +∞ )
Q(SFM/σ) = 0.245 với σ/n = 2.3
Sử dụng bảng tra ta được SFM/σ = 0.69 => SFM = 5.52 dB
Ở đây ta cũng sử dụng 2 băng tần để tính toán, vì giá trị điều kiện về bán kính
thông thường chỉ phụ thuộc vào Uplink 1800Mhz, do đó để giảm bớt sai sót khi
tính toán ta chỉ cần tính cho đường này ( Cách tính cho đường up và down của 900
Mhz hoàn toàn tương tự)
- Sử dụng mô hình Hata PCS cho thành phố lớn
Lp(dB) = 46.3 + 33.9log(fc) -13.82loghre – a(hre) +(44.9 – 6.55loghte)logd + CM
Với C M = 3dB
Ta sẽ quét các giá trị độ cao từ 30 đến 60 m từ đó sẽ đưa ra điều kiện và giới hạn
bán kính , công thức để tính Lp :
P outMS – LFMS + G AMS – Lp + G ABTS – LFBTS*hte + Gd BTS – LBldg – LBody –Lcar - MFFM –
SFM ≥ SBTS
Sử dụng công cụ Excel ta có :
C/I ≥ 12dB => (√3𝐾)
𝑛
2 ≥ 12dB, n=3.5
K≥2.4, Chọn K=3 (cells/cluster)
9 sectors/cluster
Bài toán trường hợp này có khác trường hợp trên ở chỗ khi ta chọn hết tất cả sóng mang
( 118 carriers ) thì dẫn đến số channels trên 1 sector tăng lên, dẫn đến dung lượng Erl của
một cell tăng và làm cho số cell giảm xuống Tuy nhiên khi số cell giảm xuống quá nhỏ
Trang 7trong khi diện tích lại lớn điều này làm cho bán kính phủ sóng một cell cũng lớn, do đó
không thỏa điều kiện bán kính trong bảng mà ta tính ở trên
Ta chọn 90 carriers có 10carriers/ 1 sector
Số channels/1sector: 76
Xác suất nghẽn tại mỗi cell tối đa là 2%
Dùng bảng Erl B ta được dung lượng 1 sector ρs= 64.86 Erl
Số cell cần dùng: user*ρu/(3*ρsector) = 22.8184 Chọn số cell là 23
Diện tích cell: 24/23 = 1.0434 km2
Bán kính cell: d R =0.63351(< 0.636 km khi h te = 60m )
Thay d=dR, tính lại công suất phát: ( Tại 1800Mhz)
Tổn hao Lp mới là :
Lp(dB) = 46.3 + 33.9log(fc) -13.82loghre – a(hre) +(44.9 – 6.55loghte)logd + CM
=127.472 dB
P outBTS – LCBTS – LFBTS.hte + G ABTS – Lp + G AMS – LFMS – LBldg – LBody –Lcar - MFFM
– SFM ≥ SMS
P outBTS ≥ 41.89 dBm
Vậy mỗi sector nên phát ở mức công suất trên để đảm bảo lượng can nhiễu và
tránh hao phí điện năng
Chi phí cho 1 cell:
Số carriers cho 1 cell : 30 carriers
Trạm BTS 60m : (60-30)/5*1000+ 6000 = 12.000USD
BTS :15000 ( có sẵn 1 carriers )
Số carriers tăng thêm : (30 -1) *3000 = 87.000 USD
Chia sector : 2000 USD
Bộ TMA : 1000 USD
Tổng chi phí cho 1 cell : 117.000 USD
Tổng chi phí khu vực 2: 117.000 *23 = 2.691.000 USD
c Khu vực 3:
Sử dụng 120o sectoring
Phần trăm diện tích phủ sóng là 90%: Pcov=0.775, σ =8
Pcov = 1 – Q(SFM/σ) với σ/n = 2.67
Q(SFM/σ) = 0.225
Sử dụng bảng tra ta được SFM/σ = 0.6 => SFM = 4.8 dB
Khu vực này có số dân sử dụng dịch vụ di động tương đối ít nên ta cần cần nhắc,
ban đầu ta cũng sử dụng 2 băng tần cho thiết kế Điều này dẫn đến một lợi là số
cell khá ít nhưng khi tính bán kính d của cell thì lại không thỏa điều kiện
Do đó nhóm quyết định chỉ sử dụng băng tần 900Mhz chấp nhận số cell tăng lên
nhưng thỏa tất cả yêu cầu của bài toán
- Sử dụng mô hình Hata cho thành phố lớn
L p (dB) = 69.55 + 26.16log f c – 13.82 log(h te ) – a(hr) + (44.9 -6.55log(h te ))log(d)
Trang 8 Vì công suất uplink của MB nhỏ hơn gần gấp đôi so với công suất phát của BS,
điều này làm cho Lp nhỏ hơn, dẫn đến điều kiện ràng buộc về d của uplink
900Mhz sẽ nhỏ hơn Do đó ta chỉ xét uplink 900Mhz
Uplink:
Lp (dB) = 69.55 + 26.16log fc – 13.82 log(hte) – a(hre) + (44.9 -6.55log(hte))log(d)
Sử dụng Excel ta tính được điều kiện về suy hao khi chiều cao thay đổi từ 30- 60m
Công thức để tính Lp: ( chú ý ở đây không sử dụng bộ TMA )
P outMS – LFMS + G AMS – Lp + G ABTS – LFBTS*hte + Gd BTS – LBldg – LBody –Lcar - MFFM
– SFM ≥ SBTS
C/I ≥ 12dB => (√3𝐾)
𝑛
2 ≥ 12dB, n=3
K≥3.34
Chọn K=4 (cells/cluster)
12 sectors/cluster
Số carriers / 1sector : 41/12 = 3.417 chọn 3 carriers / 1sector
Số channels/ 1sector : 4*8- 2 = 22
Xác suất nghẽn tại mỗi cell tối đa là 2%
Dùng bảng Erl B ta được dung lượng 1 sector ρ s = 14.9Erl
Số cell cần dùng: user*ρu/(3*ρsector) = 10.0456 Chọn số cell là 15
Diện tích cell: 33/15 = 2.2 km2
Bán kính cell: d R =0.91987 (<1.4304km khi h te = 30m )
Thay d=dR , tính lại công suất phát: ( Tại 900Mhz)
Tổn hao Lp mới là :
Lp(dB) = 69.55 + 26.16log fc – 13.82 log(hte) – a(hre) + (44.9 -6.55log(hte))log(d)
L p = 124.1 dB
P outBTS – LCBTS – LFBTS.hte + G ABTS – Lp + G AMS – LFMS – LBldg – LBody –Lcar - MFFM
– SFM ≥ SMS
P outBTS ≥ 35.846 dBm
Vậy mỗi sector nên phát ở mức công suất trên để đảm bảo lượng can nhiễu và
tránh hao phí điện năng
Chi phí cho 1 cell :
Trang 9 Số carriers / 1 cell : 3*3 =9 carriers
Trạm BTS 30m : 6000 USD
BTS : 15.000 USD ( có sẵn 1 carriers )
Carrier tăng thêm : (9-1)* 3000 = 24.000 USD
Chia sector : 2000 USD
Tổng chi phí cho 1 cell : 47.000 USD
Tổng chi phí cho khu vực 3 : 48.000* 15 = 705.000 USD
d Khu vực 4
Sử dụng 120o sectoring
Phần trăm diện tích phủ sóng là 90%: Pcov=0.735, σ =6,n =3
Pcov = 1 – Q(SFM/σ)
Q(SFM/σ) = 0.265
Sử dụng bảng tra ta được SFM/σ = 0.72 => SFM = 4.32 dB
Khu vực này có số dân sử dụng dịch vụ di động tương đối ít nên ta cần cân nhắc,
ban đầu ta cũng sử dụng 2 băng tần cho thiết kế Điều này dẫn đến một lợi là số
cell khá ít nhưng khi tính bán kính d của cell thì lại không thỏa điều kiện
Do đó nhóm quyết định chỉ sử dụng băng tần 900Mhz chấp nhận số cell tăng lên
nhưng thỏa tất cả yêu cầu của bài toán
- Sử dụng mô hình Hata cho thành phố lớn
L p (dB) = 69.55 + 26.16log f c – 13.82 log(h te ) – a(h re ) + (44.9 -6.55log(h te ))log(d)
Vì công suất uplink của MB nhỏ hơn gần gấp đôi so với công suất phát của BS,
điều này làm cho Lp nhỏ hơn, dẫn đến điều kiện ràng buộc về d của uplink
900Mhz sẽ nhỏ hơn Do đó ta chỉ xét uplink 900Mhz
Uplink:
Lp (dB) = 69.55 + 26.16log fc – 13.82 log(hte) – a(hre) + (44.9 -6.55log(hte))log(d)
Sử dụng Excel ta tính được điều kiện về suy hao khi chiều cao thay đổi từ 30- 60m Công thức để tính Lp: ( chú ý ở đây không sử dụng bộ TMA )
P outMS – LFMS + G AMS – Lp + G ABTS – LFBTS*hte + Gd BTS – LBldg – LBody –Lcar - MFFM
– SFM ≥ SBTS
Quét chiều cao anten 900 Lp(dB) BK cell Hata ( d: km)
C/I ≥ 12dB => (√3𝐾)
𝑛
2 ≥ 12dB, n=3
Trang 10 K≥3.34
Chọn K=4 (cells/cluster)
12 sectors/cluster
Số carriers / 1sector : 41/12 = 3.417 chọn 3 carriers / 1sector
Số channels/ 1sector : 3*8- 2 = 22
Xác suất nghẽn tại mỗi cell tối đa là 2%
Dùng bảng Erl B ta được dung lượng 1 sector ρ s = 14.9Erl
Số cell cần dùng: user*ρu/(3*ρsector) = 60.067 Chọn số cell là 61
Diện tích cell: 179/61 = 2.93 km2
Bán kính cell: d R =1.06Km (<1.1166km khi h te = 30m )
Thay d=dR , tính lại công suất phát: ( Tại 900Mhz)
Tổn hao Lp mới là :
Lp(dB) = 69.55 + 26.16log fc – 13.82 log(hte) – a(hre) + (44.9 -6.55log(hte))log(d)
L p = 126.3 dB
P outBTS – LCBTS – LFBTS.hte + G ABTS – Lp + G AMS – LFMS – LBldg – LBody –Lcar - MFFM
– SFM ≥ SMS
P outBTS ≥ 37.57 dBm
Vậy mỗi sector nên phát ở mức công suất trên để đảm bảo lượng can nhiễu và
tránh hao phí điện năng
Chi phí cho 1 cell :
Số carriers / 1 cell : 3*3 =9 carriers
Trạm BTS 30m : 6000 USD
BTS : 15.000 USD ( có sẵn 1 carriers )
Carrier tăng thêm : (9-1)* 3000 = 24.000 USD
Chia sector : 2000 USD
Tổng chi phí cho 1 cell : 47.000 USD
Tổng chi phí cho khu vực 3 : 47.000* 61 = 2.867.000 USD
e Khu vực 5
Sử dụng 120o sectoring
Phần trăm diện tích phủ sóng là 90%: Pcov=0.785, σ =6,n =2
Pcov = 1 – Q(SFM/σ)
Q(SFM/σ) = 0.215
Sử dụng bảng tra ta được SFM/σ = 0.79 => SFM = 4.74 dB
Khu vực này có số dân sử dụng dịch vụ di động tương đối ít nên ta cần cần nhắc,
ban đầu ta cũng sử dụng 2 băng tần cho thiết kế Điều này dẫn đến một lợi là số
cell khá ít nhưng khi tính bán kính d của cell thì lại không thỏa điều kiện
Do đó nhóm quyết định chỉ sử dụng băng tần 900Mhz chấp nhận số cell tăng lên
nhưng thỏa tất cả yêu cầu của bài toán
- Sử dụng mô hình Hata cho thành phố lớn
L p (dB) = 69.55 + 26.16log f c – 13.82 log(h te ) – a(hr) + (44.9 -6.55log(h te ))log(d)
