Nghiên cứu thiết kế và tối ưu cho việc phủ sóng di động trong các toà nhà cao tầng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRẦN TUẤN NGHĨA NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ TỐI ƯƯ CHO VIỆC PHỦ SĨNG DI ĐƠNG TRONG CÁC TÒA NHÀ CAO TẦNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành : Điện tử viễn thông NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : NGUYỄN QUỐC TRUNG Hà Nội 2007 Trang Mở đầu Thông tin di động đời vào cuối năm 1940, hệ thống thông tin di động điều vận Ngày nay, thông tin di động đà trở thành nhu cầu thiếu tất ngời Với u vợt trội mặt công nghệ lợi ích mà đem lại bàn cÃi Việc sử dụng thông tin di động không bó hẹp không gian hạn chế mà ngày mở rộng cho phép ngời dùng thông tin đợc đâu Đối với khu vực thành phố mật độ dân số cao, nên số ngời sử dụng dịch vụ thông tin di động nhiều lại có yêu cầu cao mặt chất lợng nh dịch vụ nên việc nghiên cứu thiết kế tối u cho hệ thống thông tin di ®éng lµ viƯc hÕt søc quan quan Trong thµnh với đặc điểm gồm nhiều nhà cao tầng, lại bị nhiễu từ nguồn nhiễu việc đảm bảo đợc chất lợng sóng trở lên khó khăn Đối với đặc điểm bị che chắn nhiều , sử dụng Cell Outdoor thông thờng chất lợng sóng không đảm bảo đặc biệt nhà lớn Đặc biệt khu vực tầng hầm mà sóng cell Outbuilding phủ tới đợc tầng cao nhiễu lớn từ cell Outbuilding việc thực thông tin khó khăn Các nghiên cứu trun sãng cịng nh− suy hao ®èi víi Inbuiding ®· cho thấy cần thiết phải thiết kế tính toán tối u cho nhà cao tầng để đáp ứng đợc nhu cầu khách hàng Trên thÕ giíi viƯc thiÕt kÕ c¸c hƯ thèng Inbuilding cho nhà cao tầng, đà đợc quan tâm từ lâu Việt Nam với trình đô thị hoá diễn nhanh chóng việc đời hàng loạt nhà văn phòng, khách sạn, trung tâm hội nghị nhu cầu phải thiết kế hệ thống Inbuilding để đảm bảo chất lợng tín hiệu điều tất yếu cần phải làm Luận văn Nghiên cứu thiết kế tối u cho việc phủ sóng thông tin di động nhà cao tầng trình bày nghiên cứu mặt Luận văn cao học Trần Tuấn Nghĩa Trang lý thuyết thực nghiệm trình truyền sóng nhà cao tầng, sở đa phơng án thiết cụ thể cho nhà Sau trình thiết kế xong trình tối u cần phải thực để thu đợc kết tốt Luận văn đợc chia làm chơng: Chơng 1- Nhu cầu động lực cho phát triển hệ thèng Inbuilding Ch−¬ng 2- Lý thut vỊ trun sãng nhà Chơng 3- Tối u cho mạng inbuilding Chơng 4- ThiÕt kÕ hƯ thèng IBC cho toµ nhµ cao èc Chơng 5- Giới thiệu giải pháp thiết kế cho nhà Horrison Phụ lục- Kết đo kiểm cho nhà Horrison Luận văn cao học Trần Tuấn Nghĩa Trang CHơng I : NHU Cầu Động lực cho sù ph¸t triĨn cđa hƯ thèng inbuilding 1.1.Tỉng quan xu hớng nhu cầu phủ sóng RF nhà cao tầng Truyền thông không dây nhà đà trở thành nhu cầu cấp thiết thời kỳ Quá trình áp dụng công nghệ không dây tiªn tiÕn nh− GSM, UMTS, CDMA 2000 1x, HSDPA, WLAN/WiFi, WiMAX, đà khiến dịch vụ truyền thông liệu không dây nhà trở thành quan tâm hàng đầu tất chủ sở hữu nhà, nhà cung cấp dịch vụ ngời sử dụng nhà môi trờng bùng nổ thông tin nh nay, yêu cầu quan trọng tất việc phủ sóng RF phải có nơi suốt nhà, từ tầng sang tầng, từ khu vực sang khu vực khác, từ văn phòng sang văn phòng khác Toàn việc sử dụng dịch vụ truyền thông không dây đặc biệt dịch vụ liệu ngày tập trung nhà Không nh nhu cầu dịch vụ điện thoại không hệ 2, nhu cầu dịch vụ liệu không dây nhà đáp ứng đợc dựa hệ thống mạng bên Chất lợng dịch vụ công suất định trình Và nhu cầu cấp thiết phát triển thiết kế hệ thống đặc biệt riêng cho việc phủ sóng RF nhà Trên xu hớng này, nhà khai thác dịch vụ thông tin di động đà có chủ trơng phát triển việc nâng cao chất lợng phủ sóng di động cho nhà cao tầng, đờng tàu điện ngầm, sân bay, Với mục dịch đảm bảo tốt chất Luận văn cao học Trần Tuấn Nghĩa Trang lợng phủ sóng nh chất lợng dịch vụ đợc cung cấp, hệ thống đáp ứng đợc tất yêu cầu chi tiết nh sau: - Các tiêu chuẩn chung công nghệ: o Hệ thống phủ sóng nhà đáp ứng yêu cầu công nghệ GSM900 GSM1800 o Hệ thống phủ sóng nhà phải cung cấp toàn diện tích phủ sóng cho nhà - Các chi tiêu kỹ thuật bản: o Mức thu tối thiểu đờng xuống đạt tốt -80 dBm trªn diƯn tÝch 98% (GSM900) o Møc thu tèi thiĨu đờng lên đạt tốt -97 dBm diƯn tÝch 98% (GSM900) o Møc thu tèi thiĨu ®−êng xuống đạt tốt -85 dBm diện tích 98% (GSM1800) o Mức thu tối thiểu đờng lên đạt tốt -97 dBm diện tích 98% (GSM1800) o Møc thu tÝn hiƯu t¹i khu vùc xung quanh nhà lớn -90 dBm víi h¬n 95% thêi gian o Møc thu tÝn hiƯu dới anten phải lớn -55 dBm mức chất lợng RXQAL đạt mức o Mức chất lợng tín hiệu BER tối thiểu đờng lên đờng xuống đạt tốt giá trị RXQUAL diện tích 98% o Chất lợng thoại gọi phải rõ ràng, không bị méo, tạp âm o Tỷ lệ thiết lập gọi thành công phải đạt 98% Luận văn cao học Trần Tuấn Nghĩa Trang o Tỷ lệ rớt gọi đạt dới 1% Phải có khả đo kiểm tra hiệu chỉnh tỷ lệ vợt 1% Các yêu cầu cần phải đạt đợc hệ thống Inbuiding - Chất lợng phủ sóng cao - Công suất cao - Chất lợng dịch vụ tốt - Tối thiểu thời gian hồi vốn với chi phí đầu t nhỏ - Đảm bảo hiệu đầu t tơng lai Các giải pháp phủ sóng nhà mang lại lợi ích đáp ứng mong đợi hầu hết thành phần liên quan nh: - Chủ sở hữu nhà cao tầng thu đợc lợi ích từ việc giá trị nhà đợc cải thiện mức phí sử dụng đợc cao - Các nhà cung cấp dịch vụ đảm bảo tối u hoá đợc chất lợng dịch vụ giảm thiểu đợc rủi ro gây không hài lòng thuê bao - Và cuối ngời sử dụng hài lòng với dịch vụ truyền thông không dây đa dịch vụ cần thiết theo yêu cầu 1.2 Động lực cho phát triển hệ thống Inbuilding 1.2.1 Khách hàng - Những ngời sử dụng điện thoại di động với mục đích cá nhân với đa phần thời gian nơi mua bán lớn, công sở, cửa hàng, nơi gửi xe, nhà hàng hay nhũng nơi công cộng v.v Những khách hàng mong muốn hệ thống thông tin di động đợc phủ sóng tốt nơi để họ sử dụng dịch vụ điện thoại di động vµo bÊt cø nµo hä muèn, bÊt kú thêi Luận văn cao học Trần Tuấn Nghĩa Trang điểm nào, vào ngày lễ lớn (mạng di động thờng bị nghẽn mạch) - Những ngời sử dụng điện thoại di động với mục đích kinh doanh thành phần chiếm số đông có nhu cầu phủ sóng di động nơi Họ muốn sử dụng dịch vụ giá trị gia tăng đợc cung cấp mạng GSMon-net, Mobile Virtual Privat Network giải pháp khác 1.2.2.Nhà khai thác dịch vụ Việc phủ sóng nhà định quan trọng cần thiết cho nhà khai thác dịch vụ muốn có thêm doanh thu có lợi cạnh tranh với nhà khai thác dịch vụ thông tin di động khác thị trờng Cuộc điều tra lắp đặt Micro cells cho thấy tới 80% đờng thông tin liên lạc đợc lắp đặt nhà đờng dây Đây tăng trởng đáng kể thu nhập Một hệ thống chuyên dụng nhà giải pháp tốt cho nhà để bảo đảm cho dung lợng khả phủ sóng Lợi ích cho nhà khai thác có nhiều hệ thống phủ sóng nhà lớn: - Công việc kinh doanh thu hút đợc nhiều khách hàng (tăng thu nhập) - Tính cạnh tranh: Việc phủ sóng nhà có chất lợng tốt u lớn thu hút thuê bao giữ thuê bao di động không chuyển sang mạng di động khác Nếu thị trờng nhận thấy nhà khai thác dịch vụ thông tin di động có chất lợng phủ sóng di động tốt nơi, thuê bao di động lựa chọn mạng nhà cung cấp dịch vụ thay sử dụng dịch vụ di động nhà cung cấp khác Luận văn cao học Trần Tuấn Nghĩa Trang - Khả điều kiện tiên cho liệu đờng truyền: Dự đoán tơng lai phát triển mạnh mẽ hệ thống đờng truyền liệu di động Các nhà kinh doanh ví dụ họ muốn sử dụng mạng không dây (M-VPN GSM on the Net) WAP nơi Ngời sử dụng muốn truy cập Internet thông qua điện thoại di ®éng cđa hä b»ng c¸ch sư dơng øng dơng WAP Hầu hết đờng thông tin liên lạc đặt nhà, nơi mà yêu cầu dung lợng mạng cao Để giành đợc đờng truyền đạt đợc lợi nhuận cần thiết phải lắp đặt hệ thống phủ sóng nhà - Giảm tải mạng Macro: Một Micro Cell đợc lắp đặt giảm tải dung lợng cho trạm gốc mà trớc đà phủ sóng cho nhà Công suất d thừa đợc sử dụng thay cho lu lợng tăng bên nhà Điều có nghĩa việc đầu t cho mạng Macro đợc giảm - Cơ sở cho mạng không dây: (M-VPN GSM on the Net): Các dịch vụ nh M-VPN GSM on the Net yêu cầu dung lợng chất lợng tốt Ngày nay, nhiều văn phòng tầng thờng gặp tình trạng sóng tợng nhiễu sóng Hệ thống phủ song nhà đợc coi nh tảng ứng dụng văn phòng - Một công việc kinh doanh tốt: HƯ thèng phđ sãng toµ nhµ chØ viƯc kinh doanh có hiệu quả.Trong hầu hết trờng hợp thời gian hoàn vốn năm Luận văn cao học Trần Tuấn Nghĩa Trang 1.2.3.Các chủ nhà Các nhà công cộng - Đối với chủ nhà việc thu hút khách thuê nhµ lµ rÊt quan träng viƯc kinh doanh Mét cách để thu hút khách cung cấp hệ thống phủ sóng di động tốt nơi lúc Một khách hàng giành nhiều thời gian công sở hay khu mua bán hàng ngời ta có nhu cầu mua bán Nếu khách hàng sử dụng đợc điện thoại di động nhà hàng, quán cafe, cửa hàng hay siêu thịthì họ tới nhà để mua sắm dùng dịch vụ khác có chất lợng phủ sóng tốt, khách hàng không bị thông tin liên lạc với đối tác, gia đình, bạn bè họ Vì vậy, điều lôi chủ cửa hàng, chủ doanh nghiệp đến thuê địa điểm nhà Các nhà văn phòng - Ngày nhiều thơng nhân sử dụng điện thoại di động xu hớng sử dụng điện thoại di động văn phòng ngày tăng Những dịch vụ có thể đợc thêm vào mạng GSM nh Mobile Virtual Private Network, GSM Mobile Centrex GSM-on-the-Net tăng thói quen sử dụng điên thoại di động nhiều công việc - Nhiều công ty thu hút đợc nhiều khách hàng đến nhà họ ngày Những ngời khách muốn sử dụng điện thoại di ®éng cđa hä c¸c bi diƠn thut nh−ng cịng liên lạc với công ty họ thông qua mạng GSM - Các chủ nhà thu hút đợc nhiều công ty loại hình dịch vụ đồng thời chủ nhà tạo vị thu hút thêm nhiều khách hàng tới nhà họ Luận văn cao học Trần Tuấn Nghĩa Trang CHƯƠNG lý thuyết TRUYềN SóNG nhà Mục tiêu ã Tìm hiểu nguyên lý lan truyền tín hiệu di động môi trờng truyền dẫn nhà ã Đánh giá đợc mức độ phủ sóng trạm phát sóng trời tòa nhà cao tầng ã Sự cần thiết phải xây dựng hệ thống phủ sóng tín hiệu cho công trình xây dựng cao tầng, công trình ngầm Luận văn cao häc TrÇn TuÊn NghÜa Transmitter Output : 17 dBm Antenna Gain : 2dBi Cable Losses : dB Attenuators : dB TX EIRP : dBm Test Channel : 800 Kết đo chất lợng phủ sóng tầng Transmitter Output : 17 dBm Antenna Gain : 2dBi Cable Losses : dB Attenuators : dB TX EIRP : dBm Test Channel : 800 KÕt qu¶ ®o vïng phđ sãng tÇng Transmitter Output : 17 dBm Antenna Gain : 2dBi Cable Losses : dB Attenuators : dB TX EIRP : dBm Test Channel : 800 Kết đo chất lợng phủ sóng tÇng Transmitter Output : 17 dBm Antenna Gain : 2dBi Cable Losses : dB Attenuators : dB TX EIRP : dBm Test Channel : 800 KÕt đo vùng phủ sóng tầng Transmitter Output : 17 dBm Antenna Gain : 2dBi Cable Losses : dB Attenuators : dB TX EIRP : dBm Test Channel : 800 Kết đo chất lợng phủ sãng tÇng Transmitter Output : 17 dBm Antenna Gain : 2dBi Cable Losses : dB Attenuators : dB TX EIRP : dBm Test Channel : 800 Kết đo vùng phủ sóng tầng Transmitter Output : 17 dBm Antenna Gain : 2dBi Cable Losses : dB Attenuators : dB TX EIRP : dBm Test Channel : 800 Kết đo chất lợng phđ sãng tÇng Transmitter Output : 17 dBm Antenna Gain : 2dBi Cable Losses : dB Attenuators : dB TX EIRP : dBm Test Channel : 800 Kết đo vùng phủ sóng tầng 10 Transmitter Output : 17 dBm Antenna Gain : 2dBi Cable Losses : dB Attenuators : dB TX EIRP : dBm Test Channel : 800 Kết đo chất lợng phủ sóng tầng 10 Transmitter Output : 17 dBm Antenna Gain : 2dBi Cable Losses : dB Attenuators : dB TX EIRP : dBm Test Channel : 800 Kết đo vùng phủ sóng tầng 11 Transmitter Output : 17 dBm Antenna Gain : 2dBi Cable Losses : dB Attenuators : dB TX EIRP : dBm Test Channel : 800 Kết đo chất lợng phủ sóng tầng 11 Transmitter Output : 17 dBm Antenna Gain : 2dBi Cable Losses : dB Attenuators : dB TX EIRP : dBm Test Channel : 800 Kết đo vùng phủ sóng tầng 12 Transmitter Output : 17 dBm Antenna Gain : 2dBi Cable Losses : dB Attenuators : dB TX EIRP : dBm Test Channel : 800 KÕt qu¶ đo chất lợng phủ sóng tầng 12 Transmitter Output : 17 dBm Antenna Gain : 2dBi Cable Losses : dB Attenuators : dB TX EIRP : dBm Test Channel : 800 Kết đo vùng phủ sóng tÇng 14 Transmitter Output : 17 dBm Antenna Gain : 2dBi Cable Losses : dB Attenuators : dB TX EIRP : dBm Test Channel : 800 KÕt đo chất lợng phủ sóng tầng 14 ... Nghiên cứu thiết kế tối u cho việc phủ sóng thông tin di động nhà cao tầng trình bày nghiên cứu mặt Luận văn cao học Trần Tuấn Nghĩa Trang lý thuyết thực nghiệm trình truyền sóng nhà cao tầng, ... thuyết truyền sóng nhà Chơng 3- Tối u cho mạng inbuilding Chơng 4- Thiết kế hệ thống IBC cho nhà cao ốc Chơng 5- Giới thiệu giải pháp thiết kế cho nhà Horrison Phụ lục- Kết đo kiểm cho nhà Horrison... tin di động nhiều lại có yêu cầu cao mặt chất lợng nh dịch vụ nên việc nghiên cứu thiết kế tối u cho hệ thống thông tin di động việc quan quan Trong thành phố với đặc điểm gồm nhiều nhà cao tầng,