a. Mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA
4.3.4 Quy hoạch cho TP Hồ Chí Minh
Áp dụng cách thức tính theo quy hoạch vùng phủ và quy hoạch lƣu lƣợng cho thành phố HCM. Từ diện tích của thành phố và bán kính cell đƣợc xác định dựa trên quỹ đƣờng truyền và mô hình truyền sóng thích hợp ta tính đƣợc số eNodeB đƣợc lắp đặt trong thành phố. Từ số user đƣợc ƣớc lƣợng cho từng quận huyện của thành phố, kết hợp với MCS, băng thông kênh truyền, dựa trên các công thức tính toán ta xác định đƣợc số eNodeB lắp đặt cho từng quận huyện của thành phố. Từ hai điều kiện tối ƣu này, số
99
eNodeB cuối cùng sẽ là số eNodeB lớn nhất của hai điều kiện tối ƣu trên. Diện tích thành phố HCM là 2908.7 km2 và với dân số là 7123340 ngƣời.
Bảng 4.8 Diện tích và dân số từng quận của TP.HCM
TT Tên Quận Huyện Diện tích (Km2) Số dân (ngƣời)
01 Quận 12 52.78 168379 02 Quận Tân Bình 22.38 417897 03 Quận Bình Thạnh 20.76 402045 04 Quận Phú Nhuận 4.85 183000 05 Quận Thủ Đức 47.46 442110 06 Quận Gò Vấp 19.74 308816 07 Quận Bình Tân 51.87 254635 08 Quận Tân Phú 16.07 310876 09 Huyện Bình Chánh 252.69 421996 10 Huyện Cần Giờ 714 68213 11 Huyện Nhà Bè 100,4 99172 12 Huyện Hóc Môn 109.18 348840 13 Huyện Củ Chi 439,5 343132 4.3.5 Tối ƣu mạng
Tối ƣu mạng là quá trình phân tích cấu hình và hiệu năng mạng nhằm cải thiện chất lƣợng mạng tổng thể và đảm bảo tài nguyên của mạng đƣợc sử dụng một cách có hiệu quả.
Giai đoạn đầu của quá trình tối ƣu 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 lƣợng dịch vụ. Với sự giúp đỡ của hệ thống quản lý mạng ta có thể phân tích hiệu năng quá khứ, hiện tại và dự báo tƣơng lai.
Mục đích của phân tích chất lƣợng mạng là cung cấp cho nhà khai thác một cái nhìn tổng quan về chất lƣợng và hiệu năng của mạng, bao gồm việc lập kế hoạch về trƣờng hợp đo tại hiện trƣờng và đo bằng hệ thống quản lý mạng để lập báo cáo điều tra. Đối với hệ thống 2G, chất lƣợng dịch vụ gồm: thống kê các cuộc gọi bị rớt và phân tích nguyên nhân, thống kê chuyển giao và kết quả đo các lần gọi thành công. Còn các hệ
100
thống 3G, 4G có các dịch vụ rất đa dạng nên cần đƣa ra các định nghĩa mới về chất lƣợng dịch vụ.
Trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tƣ việc tối ƣu hóa mạng rất quan trọng vì mạng thế hệ thứ tƣ cung cấp nhiều dịch vụ đa dạng. Điều chỉnh tự động phải cung cấp câu trả lời nhanh cho các điều khiển thay đổi lƣu lƣợng trong mạng.
4.3.6 Điều khiển công suất kênh PUSCH của LTE
Công suất phát của UE ở hƣớng lên đƣợc định nghĩa nhƣ sau:
PPUSCH = min {Pmax , 10log10M + P0 + α.PL + δmcs +f(∆i) } (4.53)
Trong đó:
Pmax là công suất phát tối đa cho phép của UE. Nó phụ thuộc vào lớp công suất phát của UE.
M là số khối tài nguyên (RB). P0 là thông số cụ thể của cell/UE .
α là hệ số bù tổn hao. Nó thuộc [0,1]. Trong đó α = 0 là không có điều khiển công suất, 0<α<1 là điều khiển công suất phân đoạn (fractional control power) và α=1 là điều khiển công suất chuẩn (conventional control power).
PL là ƣớc lƣợng tổn hao đƣờng xuống. Nó đƣợc tính toán ở UE dựa trên RSRP. δmcs là điều chế và mã hóa đƣợc định nghĩa ở đặc tính của LTE.
f(∆i) với ∆i là giá trị điều chỉnh vòng kín và f là hàm cho phép sử dụng tích lũy để đạt đƣợc giá trị tốt nhất.
P0 đƣợc tính toán theo phƣơng trình sau:
P0 = α(SNR0 + IN) + (1- α)(Pmax -10log10M0) [dBm] (4.53)
Trong đó:
SNR0 là SNR đích của vòng hở
IN là công suất nhiễu trên khối tài nguyên.
M0 là số khối tài nguyên tƣơng ứng với SNR đích. Nó đƣợc giả sử bằng 1 để thực thi đơn giản.
Bảng 4.9 Lớp công suất phát của UE
Dải hoạt động Công suất lớp1 Công suất lớp 2 Công suất lớp 3 Công suất lớp 3 Công suất lớp 4
101 Công suất (dBm) Sai số (dB) Công suất (dBm) Sai số (dB) Công suất (dBm) Sai số (dB) Công suất (dBm) Sai số (dB) Công suất (dBm) Sai số (dB) Band I +33 +1/- 3 +27 +1/- 3 +24 +1/- 3 23 +2/- 2 +21 +2/- 2 Band II - - - - +24 +1/- 3 23 +2/- 2 +21 +2/- 2 Band III - - - - +24 +1/- 3 23 +2/- 2 +21 +2/- 2 Band IV - - - - +24 +1/- 3 23 +2/- 2 +21 +2/- 2 Band V - - - - +24 +1/- 3 23 +2/- 2 +21 +2/- 2 Band VI - - - - +24 +1/- 3 23 +2/- 2 +21 +2/- 2 Band VII - - - - +24 +1/- 3 23 +2/- 2 +21 +2/- 2 Band VIII - - - - +24 +1/- 3 23 +2/- 2 +21 +2/- 2 Band IX - - - - +24 +1/- 3 23 +2/- 2 +21 +2/- 2 Band X - - - - +24 +1/- 3 23 +2/- 2 +21 +2/- 2 4.4 KẾT LUẬN
Với điều kiện của Việt nam và cơ sở hạ tầng viễn thông mà Mobifone đang quản lý, việc nâng cấp từng bƣớc mạng lƣới thông tin di động nhằm tiến tới 4G, và trƣớc mắt đáp ứng nhu cầu dịch vụ GPRS nhƣ đã đề cập ở trên là hợp lý và cần thiết. Qua từng bƣớc phat triển nhƣ trên, ta có thể tận dụng nguồn cơ sở vật chất sẵn có, đồng thời tiếp cận đƣợc công nghệ hiện đại nhằm xây dựng một mạng lƣới thông tin di động hiện đại, đáp ứng đƣợc nhu cầu của ngƣời sử dụng.
102
Việc phát triển các thông tin di động thế hệ thứ tƣ là một xu hƣớng tất yếu mà tất cả các quốc gia trên thế giới đều phải thực hiện. Tuy nhiên, phạm vi, mức độ và thời gian triển khai sẽ khác nhau đối với điều kiện cụ thể của từng quốc gia, từng khu vực.
Chương 4 đã trình bày về cách quy hoạch mạng 4G LTE và ứng dụng quy hoạch này
ở TP.HCM. Để xác định số eNodeB cần thiết lắp đặt cho một vùng quy hoạch cụ thể, cần phải xác định số eNodeB theo vùng phủ và số eNodeB theo dung lượng. Từ hai kết quả này, ta lấy số eNodeB lớn hơn chính là số eNodeB cần thiết lắp đặt. Để quy hoạch vùng phủ ta cần dựa vào quỹ đường truyền và mô hình truyền sóng cụ thể, kết hợp với diện tích vùng cần phủ sóng. Quy hoạch dung lượng ta dựa vào MCS, băng thông và số user ước lượng cho từng quận cụ thể. Thêm vào đó, để tối ưu cho việc quy hoạch mạng, chuyển giao và điều khiển công suất cũng được sử dụng trong quy hoạch này.
103
CHƢƠNG 5: MÔ PHỎNG
Chƣơng này trình bày phần mô phỏng quy hoạch mạng 4G LTE sử dụng ngôn ngữ VS 2008 (Visual Studio 2008) và liên kết dữ liệu với SQL Server 2005 Express. Phần mô phỏng trình bày lại cách tính toán vùng bao phủ, quy hoạch dung lƣợng để đƣa ra số trạm cần thiết lắp đặt trong vùng cần phủ sóng mà cụ thể là TP.HCM. Đồng thời, để tối ƣu quy hoạch, phần mô phỏng cũng trình bày về điều khiển công suất và chuyển giao của LTE.
5.1 CÁC LƢU ĐỒ
Hình 5.1: Lưu đồ phần mô phỏng quy hoạch 4G LTE
104
5.2 QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE
Hình 5.3: Giao diện phần quy hoạch mạng LTE
5.2.1 Quy hoạch vùng phủ
Nhƣ lý thuyết đã nêu, để quy hoạch vùng phủ cho mạng LTE, ta cần các thông số về quỹ đƣờng truyền, các mô hình truyền sóng và diện tích vùng cần phủ sóng, ở đây cụ thể là TP.HCM.
105
Hình 5.4: Quỹ đường truyền của LTE
Hình trên mô phỏng lại cách tính toán quỹ đƣờng truyền của LTE. Nó bao gồm quỹ đƣờng lên và quỹ đƣờng xuống. Hiện tại, LTE là công nghệ còn rất mới mẻ, vì thế các thông số kỹ thuật để tính toán cho việc quy hoạch rất ít. Ngƣời thực hiện đề tài đã tìm nhiều tài liệu và chỉ tìm đƣợc hai bảng thông số ví dụ về quỹ đƣờng lên và quỹ đƣờng xuống của LTE. Áp dụng các công thức đã nêu ở chƣơng 3, ta tính đƣợc suy hao cực đại. Việc tính toán quỹ đƣờng truyền để suy ra tổn hao cực đại làm cơ sở cho quy hoạch vùng phủ. Quỹ đƣờng truyền lên đƣợc tính toán cho tốc độ 64 kbps, tƣơng ứng với mỗi tốc độ là sẽ có một số khối tài nguyên (RB) đƣợc phát đi, và tƣơng ứng với nó sẽ có băng thông nhất định. Chẳng hạn, đối với tốc độ 64 kbps ở đƣờng lên sẽ có 2 RB đƣợc phát đi và tƣơng ứng với nó là băng thông 360 KHz. 1 Mbps ở đƣờng xuống sẽ có 50 RB đƣợc phát đi và băng thông tƣơng ứng của nó là 9 MHz.
5.2.1.2 Các mô hình truyền sóng
Các mô hình truyền sóng là điều kiện thứ hai để có cơ sở tính toán vùng phủ. Dựa trên lý thuyết thì các mô hình truyền sóng bao gồm : các mô hình truyền sóng trong nhà, mô hình truyền sóng ngoài trời và môi trƣờng xe cộ. Mô phỏng các mô hình truyền sóng giúp ta nhập thông số để kết hợp với quỹ đƣờng truyền tính toán vùng phủ nhƣ đã nêu ở chƣơng 4.
Hình 5.5: Môi trường truyền sóng trong nhà
Phần mô phỏng các mô hình truyền sóng, ngƣời thực hiện đã đƣa ra các mô hình truyền sóng cụ thể để có thể áp dụng cho tất cả trƣờng hợp. Tùy vào khu vực ta quy
106
hoạch, ta sẽ chọn môi trƣờng truyền sóng thích hợp. Để áp dụng việc quy hoạch đối với TP. HCM ta sẽ chọn môi trƣờng Hata-Okumura, áp dụng cho thành phố lớn. LTE có thể hoạt động ở các tần số khác nhau của các mạng đã tồn tại ,vì thế ta giả thiết, tần số hoạt động của LTE nằm trong dãy tần số hoạt động của 3G là 1950 Mhz. Độ cao của anten có thể thay đổi, ta áp dụng chiều cao trung bình của anten là 30m, độ cao MS là 1.5 m. Đối với các nơi là trung tâm thì chiều cao anten có thể hơn. Ƣu điểm của mô phỏng là chƣơng trình tính toán có sẵn, nếu có thông số nhập vào thì sẽ cho ra kết quả.
Hình 5.6 : Môi trường truyền sóng ngoài trời
Hình 5.7: Môi trường xe cộ 5.2.1.3 Quy hoạch vùng phủ
107
sóng để nhập thông số, sau đó chọn quỹ đƣờng truyền, nhập diện tích vùng cần phủ, mà cụ thể là TP.HCM với diện tích 2098.7 km2, nhập hệ số K, hệ số này là hệ số của số sector đã đƣợc đề cập ở chƣơng 3. Ở đây ta chọn K = 1.95 tƣơng ứng với 3 sector. Kết quả tính đƣợc số BS tổng là số BS lớn nhất trong hai trƣờng hợp tính toán cho quỹ đƣờng lên và cho quỹ đƣờng xuống. Từ mô phỏng ta cũng tính đƣợc bán kính phủ sóng của LTE lên đến 5km, số BS tổng có giá trị là 5339 trạm.
Hình 5.8: Quy hoạch vùng phủ 4G LTE
5.2.2 Quy hoạch dung lƣợng của 4G LTE
Quy hoạch dung lƣợng là điều kiện thứ hai để tính đƣợc số trạm cần thiết để lắp đặt cho một vùng cụ thể, ở đây là TP.HCM. Dựa trên dân số của các quận của TP.HCM đƣợc liệt kê ở bảng 4.8 ở chƣơng 4, cùng với việc chọn tốc độ mã hóa và điều chế (MCS), băng thông kênh truyền, kỹ thuật anten đƣợc sử dụng ta tính toán đƣợc số trạm cần thiết đƣợc lắp đặt. Đồng thời chƣơng trình mô phỏng cũng tính toán đƣợc tốc độ đỉnh tối đa mà LTE có thể đạt đƣợc đối với mỗi băng thông kênh truyền cụ thể. Băng thông kênh truyền đƣợc sử dụng trong phần mô phỏng này bao gồm các băng thông của LTE : 1.4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 20 MHz. Các phƣơng thức điều chế bao gồm QPSK, 16QAM, 64QAM với các tốc độ mã hóa khác nhau. Các kỹ thuật anten đƣợc sử dụng là dòng đơn, 2x2 MIMO, 4x4 MIMO.
108
Hình 5.9 : Quy hoạch dung lượng 4G LTE
Vì chỉ có hai bảng thông số về quỹ đƣờng truyền, nên các thông số tính toán cho phần quy hoạch còn giới hạn nhiều. Ở phần quy hoạch dung lƣợng này, ta chọn băng thông kênh truyền là 1.4 Mbps tƣơng ứng với quỹ đƣờng truyền với băng thông 1 MHz của LTE. Hệ số utilisation đƣợc chọn là 0.6 và PAPR là 1.1, từ đó ta tính đƣợc tốc độ đỉnh tối đa là 0.86 Mbps. Số BS cho từng quận huyện của TP.HCM đƣợc liệt kê trên bảng và số BS tổng là tổng số BS của toàn thành phố có kết quả là 7863 trạm.
Từ mô phỏng này, ta có thể tính đƣợc tốc độ đỉnh tối đa (peak data rate) của LTE ứng với băng thông kênh truyền. Trên thực tế, băng thông kênh truyền của LTE lên đến 20 MHz, vì thế tốc độ đỉnh tối đa của LTE sẽ là 172.8 Mbps.
109
Hình 5.10: Tính toán tốc độ đỉnh
5.2.3 Tối ƣu số trạm
Hình 5.11: Tối ưu số trạm
110
phủ, ta tính đƣợc số trạm cần thiết để lắp đặt. Đó là số trạm lớn hơn trong hai trƣờng hợp. Vậy số trạm cần thiết lắp đặt cho TP.HCM là 6740.
5.2.4 So sánh vùng phủ của LTE và WCDMA
Hình 5.12 : So sánh quỹ đường truyền lên của LTE và WCDMA
Hình 5.13: So sánh quỹ đường truyền xuống của LTE và WCDMA
Phần mô phỏng trên tính toán quỹ đƣờng lên của LTE và WCDMA. Thông số còn giới hạn nên ngƣời thực hiện so sánh quỹ đƣờng truyền ở hai điều kiện khác nhau. Tốc
111
độ bit ở LTE liên quan đến băng thông kênh truyền, còn ở WCDMA tốc độ bit liên quan đến tốc độ chip (vì WCDMA sử dụng trải phổ). Từ kết quả quỹ đƣờng truyền cho thấy, ở đƣờng lên của LTE có suy hao đƣờng truyền lớn hơn so với WCDMA. Nhƣng ở đƣờng xuống tốc độ bit lớn hơn rất nhiều nhƣng độ chênh lệch suy hao cực đại không đáng kể. Đó là ƣu điểm của LTE, khi nó áp dụng kỹ thuật OFDM ở đƣờng xuống.
Hình 5.14: So sánh vùng phủ của LTE và WCDMA
Để so sánh vùng phủ, ta cũng tiến hành nhập thông số quỹ đƣờng truyền, chọn mô hình truyền sóng của từng công nghệ LTE và WCDMA, khi đó ta suy ra đƣợc bán kính và diện tích của LTE so với WCDMA. Từ mô phỏng ta thấy, vùng phủ của LTE lớn hơn nhiều lần so với vùng phủ của WCDMA. Bán kính phủ sóng của LTE là 5 Km, trong khi WCDMA là 0.5 Km. Tốc độ cao, dung lƣợng lớn, vùng phủ tăng, đó là các ƣu điểm nổi bật của LTE. Là động lực để thúc đẩy tiến từ 3G lên 4G.
5.3. CHUYỂN GIAO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT
Phần chuyển giao và điều khiển công suất đƣợc mô phỏng để tăng hiệu quả của việc quy hoạch mạng, ngƣời thực hiện mô phỏng mô hình điều khiển công suất và chuyển giao cho mạng LTE, không áp dụng cho TP.HCM.
112
5.3.1 Giao diện chính
Hình 5.15: Giao diện phần chuyển giao và điều khiển công suất
5.3.2 Điều khiển công suất
5.3.2.1 Điều khiển công suất LTE
Hình 5.16: Nhập dữ liệu cho điều khiển công suất
Hình trên mô tả phần nhập dữ liệu cho LTE trong phần điều khiển công suất. Các thông số cần thiết cho việc điều khiển công suất đƣợc đề cập ở chƣơng 2. Phần mô phỏng thực hiện ở tần số 2110 MHz, ở tốc độ dữ liệu 144 Kbps. Ở phần mô hình truyền sóng áp dụng mô hình Walfish-Ikegami, các thông số đã đƣợc trình bày nhƣ trên hình trên.