Trong phần này, chúng ta sẽ sử dụng các kiến thức lý thuyết đã được trình bày ở các phần trước để tính toán quy hoạch mạng cho một trường hợp cụ thể, với các tập điều kiện đầu vào xác định. Từ đó đưa ra được vùng phủ tối đa của một ô, số lượng BS cần phải sử dụng để đảm bảo vùng phủ sóng cho khu vực cần quy hoạch, dung lượng của từng ô bao gồm cả hướng lên và hướng xuống.
Ta giả sử một số điều kiện đầu vào như sau: - Tải thiết kế của hệ thống là 50%
- Tỷ lệ hạn chế dịch vụ thoại là 2% - Tham số nhiễu từ các ô lân cận là 0.65
Các giả thiết đối với hướng lên và hướng xuống như trong bảng 3-6 và 3-7
Bảng 3-6 Các giả thiết hướng lên
Thoại CS64 PS64/64 PS64/128 PS64/384
Tốc độ dữ liệu 12.2 64 64 64 64
Tham số hoạt động 0.67 1 1 1 1
Eb/No 4.7 2.87 1.6 1.6 1.6
Lưu lượng dự kiến 3000 400 100 5 2
Bảng 3-7 Các giả thiết hướng xuống
Thoại CS64 PS64/64 PS64/128 PS64/384
Tốc độ dữ liệu 12.2 64 64 128 384
Tham số hoạt động 0.58 1 1 1 1
Eb/No 7.7 7.7 7.4 6.4 8
Lưu lượng dự kiến 3000 400 100 40 20
Toàn bộ các thông số về quỹ đường truyền được thể hiện như trong bảng 3-8. Khi đó, dựa trên mô hình COST231–Hata, ta có thể tính được tổng suy hao đường truyền, từ đó tính được vùng phủ cơ bản tương ứng với từng dịch vụ sẽ được tính như trong bảng 3-9
Bảng 3-8 Các tham số tính toán quỹ đường truyền hướng lên
Tham số Thoại CS64 PS64/64 PS64/128 PS64/384
Công suất phát tối đa
của MS 21 21 21 21 21
Khuếch đại ănten thu
MS 0 0 0 0 0
Suy hao cơ thể người 2 0 0 0 0
Công suất phát hiệu dụng của MS trên 1
kênh 19 21 21 21 21
Mật độ công suất tạp âm
nhiệt môi trường -174 -174 -174 -174 -174
Nhiễu hình hướng lên -108.157 -108.157 -108.157 -108.1566878 -108.15669
Mật độ phổ công suất
nhiễu thu hướng lên 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2
Tổng mật độ phổ công
Độ tăng nhiễu hướng lên 3 3 3 3 3
Tốc độ dịch vụ hướng
lên 12.2 64 64 64 64
Độ nhạy máy thu hướng
lên -123.736 -117.868 -119.139 -119-138204 -119.1382
Tăng ích ănten BS 17 17 17 17 17
Suy hao kết hợp của BS 4 4 4 4 4
Dự trữ fading 10.4 10.4 10.4 10.4 10.4
Tăng ích chuyển giao
mềm 3 3 3 3 3
Dự trữ điều khiển công
suất 3 3 3 3 3
Suy hao đường truyền 20 20 20 20 20
Tổng suy hao tối đa cho
phép 125.34 121.47 122.74 122.74 122.74
Bảng 3-9 Bán kính phủ sóng tương ứng với từng dịch vụ
Thoại CS64 PS64/64 PS64/128 PS64/384 Bán kính
(km) 0.65 0.5 0.54 0.54 0.54
Với cấu hình thông thường của một trạm phát sóng gồm 3 sector, vùng phủ dịch vụ của BS được tính như sau:
𝑆 =98√3𝑅2 = 1.95∗0.5∗0.5 = 0.488 𝑘𝑚2 (3.27) Số lượng BS cần phải sử dụng cho toàn bộ khu vực quy hoạch là: 40.8/0.488=84
Sau khi tính toán được vùng phủ, chúng ta sẽ tiếp tục tính toán dung lượng hướng lên, từ đó có thể so sánh, và lựa chọn phương án tối ưu.
Mật độ tương đương của từng dịch vụ được tính theo công thức:
𝑎 =𝑇ố𝑐độ𝑏𝑖𝑡𝑑ị𝑐ℎ𝑣ụ∗𝑁𝑜𝐸𝑏𝑑ị𝑐ℎ𝑣ụ
𝑇ố𝑐độ𝑏𝑖𝑡𝑡ℎ𝑜ạ𝑖∗𝑁𝑜𝐸𝑏𝑡ℎ𝑜ạ𝑖 (3.28)
Bảng 3-10 Mật độ dịch vụ tương đương Thoại 1 CS64 (64∗1∗100.287 )/(12.2∗0.67∗100.47 ) = 5.67 PS64/64 (64∗1∗100.16 )/(12.2∗0.67∗100.47 ) = 4.3 PS64/128 (64∗1∗100.16 )/(12.2∗0.67∗100.47 ) = 4.3 PS64/384 (64∗1∗100.16 )/(12.2∗0.67∗100.47 ) = 4.3 Hàm trung bình: 𝑀=� 𝑒𝑟𝑙𝑖𝑎𝑖 = 3000∗1 + 400∗5.67 + 100∗4.3 + 5∗4.3 + 2∗4.3 = 5766.1 Hàm biến thiên: 𝑉= � 𝑒𝑟𝑙𝑖𝑎𝑖2 = 3000∗1 + 400∗5.672+ 100∗4.32+ 5∗4.32+ 2∗4.32 = 18271.7 Khi đó, tham số dung lượng hệ thống được tính theo công thức:
𝐶 =𝑀𝑉 = 3.17 (3.29)
Lưu lượng chuẩn hóa của hệ thống là M/C=5766.1/3.17=1818.96 (Erl).
Số lượng kênh thoại tuơng đương có thể được cung cấp bởi ô được xác định qua công thức: 𝜂 = (1 +𝑓)∗ ∑ 1 1+𝑊𝑅∗𝑣𝑗1∗𝐸𝑏/𝑁𝑜1 𝑁 𝑗 (3.30) Trong đó, η= 50% và f = 0.65.
Sau khi tính toán, ta có được số lượng kênh thoại tương đương N = 54.
Lưu lượng kênh chuẩn hóa trên một ô = (54-1)/3.17 = 16, sau khi sử dụng bảng Erl B để quy đổi, với 16 kênh chuẩn hóa trong điều kiện đảm bảo tỷ lệ mất cuộc gọi là 2% ta sẽ có được giá trị là 9.83 Erl.
Cuối cùng, số lượng ô cần phải sử dụng để đáp ứng đủ lưu lượng của cả hệ thống là 1818.96/9.83 = 186.
Với cấu hình của BS gồm 3 sector, số lượng BS cần dùng là 186/3 = 62 BS. Như vậy, sau khi tính toán cả các điều kiện về vùng phủ cũng như dung lượng của hệ thống, để đảm bảo tối ưu cả về vùng phủ và dung lượng thì cần phải sử dụng 84 BS.
Tiếp theo, sau khi đã xác định phải sử dụng 84 BS để đảm bảo chất lượng dịch vụ hướng lên, ta sẽ sử dụng nó như một tham số đầu vào để tính toán đối với hướng xuống.
Khi đó, lưu lượng trung bình của các dịch vụ trên từng ô được tính như sau:
Bảng 3-11 Lưu lượng trung bình của dịch vụ
Thoại 3000/(84*3)=11.9 Erl
CS64 400/(84*3)=1.59 Erl
PS64/64 100/(84*3)=0.4 Erl
PS64/128 35/(84*3)=0.14 Erl
PS64/384 20/(84*3)=0.079 Erl
Tính toán tương tự như đối với hướng lên ta có được: M’ = 33.04 và V’ = 355.19. Từ đó ta có tham số lưu lượng hướng xuống C’=V’/M’=10.77, dung lượng chuẩn hóa hướng lên của một ô là M’/C’=33.04/10.75 = 3.07 Erl.
Thông qua bảng tra cứu Erl B, với giá trị 3.07 Erl, số lượng kênh chuẩn hóa yêu cầu trên mỗi ô là 7. Khi đó, tổng số lượng các kênh chuẩn hóa hướng xuống được cung cấp bởi một ô là 7*10.75 + 1 = 76.
Hơn nữa, ta có thể tính toán số lượng kênh thoại tương đương mà mỗi ô có thể cung cấp dựa vào công suất phát giới hạn từ công thức:
𝑃 = 𝑃𝑁∗𝐿�∗∑ �𝑣𝑗∗ (𝐸𝑏/𝑁𝑜)𝑗 𝑊/𝑅𝑗 � 𝑁 𝑗=1 1−∑𝑁𝑗=1�𝑣𝑗∗(𝐸𝑏/𝑁𝑜)𝑊/𝑅𝑗𝑗∗[�1−𝜆�𝑗�+𝛼�𝑗]� (3.31) Trong đó:
- P là công suất phát tối đa, có giá trị bằng 13W
- 𝜆̅𝑗 là tham số trực giao trung bình, trong môi trường truyền dẫn đa đường thì nó có giá trị bằng 0.6
- 𝐿� là suy hao đường truyền trung bình có giá trị bằng 6 dBm
- 𝑃𝑁 là mật độ phổ công suất nhiễu trên bộ thu của MS, nó có giá trị -169 dBm - 𝛼�𝑗 là tham số nhiễu từ các ô lân cân, đối với các BS có 3 sector thông thường
thì nó có giá trị là 0.65.
Từ công thức trên, ta có thể tính toán được số lượng kênh chuẩn hóa được cung cấp bởi mỗi ô là 71.
So sánh hai giá trị tính toán ở trên, ta thấy rằng với 84 BS sẽ phải yêu cầu mỗi ô đáp ứng được 76 kênh chuẩn hóa, tuy nhiên do giới hạn về công suất nên mỗi ô chỉ có thể cung cấp được 71 kênh. Vì vậy, để đảm bảo dung lượng của hướng xuống, ta cần bổ sung thêm các trạm BS. Ta có thể xác định số lượng BS cần bổ sung bằng cách lần lượt tăng số lượng BS đến khi đạt được yêu cầu đề ra.
Bảng 3-12 So sánh số lượng kênh yêu cầu tùy theo số lượng BS
Số lượng BS Số lượng kênh yêu cầu Số lượng kênh được cung cấp
83 76 71 84 76 71 85 76 71 86 76 71 87 76 71 88 65 71
Cuối cùng, như trong bảng trên, ta thấy với 88 BS, các yêu cầu về vùng phủ và dung lượng của cả hướng lên và hướng xuống đều được đảm bảo. Việc tính toán này có thể được thực hiện một cách chi tiết và trực quan hơn thông qua các phần mềm mô phỏng quy hoạch mạng vô tuyến được trình bày trong chương sau.
MÔ PHỎNG QUY HOẠCH MẠNG WCDMA Chương 4
Công cụ quy hoạch mạng tính toán vùng phủ dựa trên một tập các giả thiết và thông số dữ liệu đầu vào. Các giả thiết tương tự như trong tính toán quỹ đường truyền ở chương 3. Một số các thông số đầu vào khác bao gồm các bản đồ địa lý, lưu lượng và các thông tin liên quan. Dựa vào các công cụ quy hoạch mạng, suy hao đường truyền có thể được tính toán giữa từng thiết bị phát và từng vị trí, trong đó vị trí được định nghĩa là các ô vuông với kích thước xác định, từ vài mét đến vài trăm mét tùy thuộc vào khu vực cần tính toán.
Đối với WCDMA, việc tính toán chỉ dựa vào quỹ đường truyền là chưa đủ. Như ta đã biết, các nhân tố về tải và lưu lượng mạng có ảnh hưởng lớn đến kết quả tính toán trong quá trình quy hoạch mạng. Các dịch vụ khác nhau, số lượng người dùng khác nhau sẽ ảnh hưởng đến vùng phủ và vùng phủ cũng ảnh hưởng đến lưu lượng cho phép của mạng. Do đó, các công cụ quy hoạch mạng phải quan tâm đến sự phân bố lưu lượng. Sự phân bố lưu lượng thường được tính toán thông qua thuật toán Monte Carlo, sự phân bố ngẫu nhiên của người dùng theo các quy tắc có thể thay đổi được.
Quá trình thực hiện mô phỏng thông qua các chương trình quy hoạch mạng được thể hiện như trên hình 4-1
Đưa vào bản đồ số, vùng phủ
Thiết lập các thông số mô phỏng
Phân bố lưu lượng
Mô phỏng theo phương pháp Monte Carlo
Kiểm tra kết quả mô phỏng
Tốt Chưa tốt
Điều chỉnh
Hình 4-1 Các bước thực hiện mô phỏng quy hoạch mạng
4.1 Các thông số đầu vào mô phỏng
Các thông số đầu vào của các chương trình mô phỏng quy hoạch mạng bao gồm các dữ liệu bản đồ số và các tham số của mạng cần quy hoạch.
Bản đồ số là yêu cầu cơ bản đầu tiên cần thiết cho việc tính toán mô phỏng trong quy hoạch mạng. Bản đồ số bao gồm một cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS: Geographic Information System). Trong đó bao gồm dữ liệu như dữ liệu về địa chất (terrain), dữ liệu về sự phân bố bề mặt (Clutter), dữ liệu vector, dữ liệu về lưu lượng (traffic).
Khoảng cách giữa các trạm là một tham số quan trọng đàu tiên trong suốt quá trình quy hoạch mạng. Để có thể mô phỏng một cách tốt nhất, thì độ phân giải của bản đồ số ít nhất phải cao hơn 10 lần khoảng cách nhỏ nhất giữa các trạm. Tùy theo từng khu vực, từng kịch bản mô phỏng khác nhau. Bảng 4-1 thể hiện độ phân giải được sử dụng trong một số trường hợp.
Bảng 4-1 Một số độ phân giải bản đồ thường dùng
Độ phân giải Khu vực Loại trạm
5m Thành phố đông đúc Micro cell 20m Thành phố trung bình Macro cell
50m Vùng ngoại ô Macro cell
100m Vùng nông thôn Macro cell
Thông số quan trọng tiếp theo đó là dữ liệu về việc sử dụng bề mặt, các dữ liệu này là không chuẩn hóa đối với các nhà cung cấp bản đồ, và nó cũng khác nhau đối với từng nước, từng khu vực. Vì vậy, trong thực tế để có thể mô phỏng chính xác thì cần lựa chọn bản đồ số có các thông số phù hợp với khu vực đang cần tính toán.
Các bản đồ vector được sử dụng để thể hiện các nhân tố tuyến tính như các dòng sông, đường xá, và ranh giới hành chính. Lớp vector này có hai mục đích chính là: kiểm tra các vị trí đặt trạm và quyết định sự phân bố lưu lượng.
Bản đồ lưu lượng có thể cung cấp mật độ thuê bao. Đối với từng mô hình tương ứng với từng khu vực, mật độ thuê bao cũng khác nhau.
Các tham số của mạng cần quy hoạch bao gồm cấu hình của trạm thu phát BS, số lượng sóng mang, sector được sử dụng, loại anten, chiều cao anten, góc phương vị, độ nghiêng của anten… Căn cứ vào điều kiện thức tế triển khai mạng để lựa chọn các tham số ban đầu, sau đó trong quá trình tính toán, mô phỏng sẽ điều chỉnh để có thể đạt được một giải pháp tối ưu.