3.2.1.1Mô hình hạn chế nhiễu
Công suất băng rộng tổng cộng (nhiễu tổng cộng) được tính bởi công thức:
ITOT = Iown + Iother + PN + T
- Iown: Nhiễu do các người dùng ở cùng ô.
- Iother: Nhiễu do các người dùng ở ô lân cận.
- PN: Tạp âm nền của máy thu.
- T: Nhiễu bên ngoài khác.
• Tạp âm nền (PN):
Bao gồm 2 thành phần tạp âm nhiệt và hệ số tạp âm, được tính bởi công thức:
PN = 10lg(KTW) NF.
• Nhiễu do người dùng ở cùng ô (Iown):
Nhiễu tổng cộng mà mỗi UE phải vượt qua là : ITOT - Pj
Ởđó Pj là công suất mà UE của người dùng thứ j đó nhận được.
Để tín hiệu thu được có thể giải mã thì tỷ số Eb/No cần phải lớn hơn hoặc bằng tỷ số Eb/No yêu cầu tại đầu thu của BS.
Eb/No được tính theo công thức sau:
Trong đó: - W: Tốc độ chip (3.84 Mcps). - vj: Tham số chỉ mức độ hoạt động của người dùng dịch vụ j. - Rj: Tốc độ bit của dịch vụ j. Từđó ta có thể tính được Pj: Do đó ta tính được Iown:
Suy ra tham nhiễu của ô lân cận đến ô đang xét:
Đối với cấu hình cell 3 sector thì i thường có giá trị 0.65.
3.1.1.1Tham số tải hướng lên
Gọi Lj = Pj/ITOT là tham số tải của một kết nối, Ljđược tính bởi:
Ta định nghĩa tham số tải hướng lên:
Tham số tải hướng lên dùng để xác định số kênh cần thiết của hệ thống.
3.2.2 Phân tích dung lượng hướng xuống.
3.2.2.1Tham số tải hướng xuống
Tương tự như hướng xuống, ta cũng định nghĩa tham số tải theo hướng xuống:
Trong đó: là tham số trực giao trung bình của ô và là tỷ số trung bình của nhiễu từ ô lân cận đến ô đang xét.
trên kênh vô tuyến tồn tại độ trễ lớn thì MS sẽ nhìn một phần tín hiệu từ BS như là nhiễu đa truy nhập. Trường hợp lý tưởng khi mọi người dùng đều trực giao hoàn toàn khi tham số trực giao bằng 1. Tuy nhiên, trong thực tế thì tham số trực giao nằm trong khoảng từ 0.4 đến 0.9 đối với các kênh đa đường.
Cũng như tham số tải hướng lên, tham số tải hướng xuống dùng để xác định số
kênh cần thiết của hệ thống.
3.2.2.2Công suất phát tổng cộng của Node B
Khi tính toán dung lượng hướng xuống, việc xác định tổng công suất phát yêu cầu của BS là rất quan trọng. Nó được xác định dựa vào công suất phát trung bình cho từng người dùng, chứ không phải công suất phát tối đa cho vùng biên ô như trong tính toán quỹđường truyền. Nguyên nhân là do công nghệ WCDMA cho phép người dùng
ở vùng biên ô được yêu cầu công suất cao hơn, trong khi những người dùng ở gần trạm BS cần mức công suất thấp hơn tại cùng một thời điểm. Sự khác nhau giữa tổn hao đường truyền tối đa và tổn hao đường truyền trung bình thường vào khoảng 6 dB
đối với các ô lớn.
Công suất phát tối thiểu cho mỗi người dùng được quyết định bởi mức suy hao trung bình giữa bộ phát BS và bộ thu MS, ký hiệu là , và độ nhạy máy thu trong điều kiện không có nhiễu đa truy nhập (trên nhiều ô hoặc cùng một ô). Ngoài ra, ảnh hưởng của việc tăng tạp âm nền khi có thêm nhiễu được cộng thêm vào công suất tối thiểu ta sẽ có được công suất phát yêu cầu cho một người dùng tại một vị trí trung bình trong ô. Khi đó, công suất phát tổng cộng của BS có thểđược tính theo công thức sau:
Trong đó NMS là mật độ phổ công suất nhiễu trên hướng thu của MS được tính theo công thức:
Công suất phát của BS sẽ ảnh hưởng đến số lượng người dùng cho phép cho mỗi ô. Dung lượng hướng xuống bị giới hạn bởi công suất phát của BS, sự giới hạn này có thểđược minh họa như trên hình 3-6.
Hình 3- 8 Quan hệ giữa công suất phát và số người dùng cho phép.
3.2.3 Định cỡ dung lượng mạng
3.2.3.1Thuật toán Campbell
Thuật toán Campell dùng để tính toán tài nguyên yêu cầu (số ô cần thiết) của hệ
thống. Thuật toán bao gồm các bước sau đây:
Bước 1: Tính toán tham số dung lượng của hệ thống dựa vào lưu lượng dự kiến
đã biết trước.
Tham số dung lượng hệ thống được tính bằng công thức:
Trong đó erl là lưu lượng dự kiến của từng loại dịch vụ, α là mật độ tương
Bước 2: Tính lưu lượng chuẩn hóa của hệ thống.
Lưu lượng chuẩn hóa của hệ thống được định nghĩa bởi công thức :
Bước 3: Tính toán số kênh chuẩn hóa trên một ô.
Dựa vào công thức tính tham số tải ta xác định được số kênh thoại tương đương N. Từđó xác định được số kênh chuẩn hóa trên một ô theo công thức:
3.2.3.2Tính toán số ô cần thiết
Với 3 bước của thuật toán Campbell ta có thể xác định được lưu lượng của một ô thông qua mô hình Erlang B với cấp phục vụ (GoS) biết trước. Kết hợp với lưu lượng chuẩn hóa của hệ thống ta tính được số ô cần thiết cho hướng lên.
Để hiểu rõ hơn, phần dưới đây sẽ xét đến một bài toán cụ thể từ dự án di động Cambodia của Tập đoàn Viễn thông Viettel.
Chương IV
Tính toán thực tế quy hoạch mạng 3G/WCDMA
Trong phần tính toán thực tế, chúng ta sẽ sử dụng vùng khảo sát là đất nước Cambodia cho quá trình tính toán quy hoạch vô tuyến 3G/WCDMA. Đây là một thị
trường mà Viettel đã đầu tư và thành công khi trở thành nhà mạng lớn nhất và có doanh số cao nhất.
4.1 Quan điểm quy hoạch
Quan điểm thiết kế phải phù hợp với môi trường ở các khu vực đặt trạm 3G tại Cambodia.
Phương pháp thiết kế dựa trên tính toán về vùng phủ theo Link Budget (UL); về
dung lượng theo các yêu cầu đầu vào được thống nhất; và chiến lược sử dụng lại hạ
tầng mạng 2G có sẵn.
Yêu cầu về vùng phủ: phủ sóng 6 thành phố lớn, bao gồm: PNP, KAN, BAT, CHA, SIE, SIH, tập trung phủ các khu vực trung tâm của 6 tỉnh này tại Cambodia với xác xuất vùng phủ: Bảng 4-1: Xác suất vùng phủ sóng Xác suất vùng phủ sóng 1 Dense Urban 95% 2 Urban 95% 3 Suburban 90% 4 Rural 90%
Bảng 4 -2: Yêu cầu về dung lượng với một số giảđịnh về thuê bao 3G
TT Nội dung Triển khai dịch vụ
1 Số thuê bao theo loại hình dịch vụ sử
dụng (lũy kế cuối năm)
100.000
Thuê bao mobile chủ yếu dung dịch vụ
voice và dịch vụ dữ liệu tốc độ thấp (Mobile voice)
70.000
internet Broadband (Mobile Broadban)
Thuê bao Data card/USB modem (PC Data) 20.000 2 Tỷ trọng các loại thuê bao Mobile Voice 70% Mobile Broadban 10% PC Data 20%
3 Lưu lượng giảđịnh cho thủ bao 3G
Mobile Voice (Mbypes/Month) 4.8
Mobile Broadban (Mbypes/Month) 138,6
PC Data (Gbypes/Month) 2,4
Yêu cầu về dịch vụ: Vùng phủ sóng liên tục với tốc độ CS64kbps.
Yêu cầu về cấu hình tần số:
o Dải tần số 3G sử dụng: 1940-1950 MHz, 2130-2140MHz.
o 50% sử dụng cấu hình 1FA; 50% sử dụng cấu hình 2FA.
4.2 Các phân tích và tính toán chi tiết:
4.2.1. Tính toán về vùng phủ
4.2.1.1. Định nghĩa các khu vực thiết kếđặc trưng tại Cambodia
Với kinh nghiệm thiết kế mạng 2G tại Cambodia và phân tích cự thể dữ liệu bản
đồ, các khu vực thiết kếđặc trưng tại Cambodia có thể chia thành 4 loại như sau:
Bảng 4 -3: Các khu vực thiết kếđặc trưng tại Cambodia
TT Loại Khu vực Độ cao
nhà
Mật độ nhà cửa
cửa 1 Rural Dân cư không đều, thưa thớt Nhà 1 tầng Cách nhau trên 80m 2 Road, Village Ven đường + làng (cụm dân cư) Nhà 1 tầng (3,5) Cách nhau 50 đến 80m 3 Suburban Thị trấn + ngoại ô Nhà từ 1 đến 2 tầng (8m) Cách nhau dưới 50m 4 Urban Thành phố Nhà 3, 4 tầng Khối nhà dài từ 100 đến 200m; cách nhau từ 10 đến 20m
Do yêu cầu chỉ phủ sóng tại các khu vực trung tâm của 6 tỉnh của Cambodia; nên quá trình tính toán tập trung vào 2 loại khu vực chính là Urban và Suburban nhưđịnh nghĩa ở trên.
Các phép đo được tiến hành trong 2 khu vực, với trên 80 mẫu đo trong chế độ
idle mode của mạng Cambodia và cho kết quả như sau:
Bảng 4 -4: Tổn hao do địa hình tại Cambodia
Cambodia GSM1800 (urban) GSM1800 (suburban)
Indoor 073 dB -83dB Outdoor -56 dB -69dB Building loss 17 dB 14dB Cambodia GSM1800 Outdoor -56dB Incar -64dB Car loss 8dB
So sánh kết quảđo suy hao Building Loss với mạng 3G tại Việt Nam của Viettel Telecom với địa hình tương tự khu vực Urban tại Cambodia:
Bảng 4 -4: Tổn hao do địa hình tại Việt Nam
Viettel Telecom 3G (Urban)
Outdoor -83dB
Incar -66dB
Car loss 17dB
4.2.1.3. Danh sách các trạm 2G đang tồn tại:
Dựa vào phân loại địa hình, đưa ra thống kê về độ cao của trạm 2G trong từng khu vực thiết kế:
Bảng 4 -5: Độ cao trạm 2G trong từng khu vực
Loại địa hình
Khu vực Số lượng cell
của 2G hiện tại Độ cao trung bình của 2G hiện tại (m) MIN (m) MAX (m)
Loại 3 Suburban 1128 34 17 29.4
Loại 4 Urban 711 21.5 16.2 69
4.2.2. Thiết kế Link Budget theo yêu cầu vùng phủ và dung lượng
- Tính toán trong khu vực Urban với chiều cao trung bình Hb=21.5m
Bảng 4 -6: Thiết kế Link Budget theo yêu cầu vùng phủ và dung lượng
No Link Budget-UL Unit AMR 12.2kb ps CS64k bps PS64 kbps Notes
Service Bit Rate kbps 12.2 64 64
Transmitter a UE Max Transmit Power dBm 21 21 21 b UE Antenna Gain- Cable Loss dBi 0 0 0 c EIRP dBm 21 21 21 a+b Receiver
d Thermal Noise Floor dBm -133.1 -125.9 - 125.9
Thermal Noise Density
Information Rate
e Target Eb/Nt dB 5 5 3.5 Recommended
g Node- B Noise Figure dB 5 5 5 Recommended
h Node- B Sensitivity dBm -123.1 -115.9 -
117.4
i Node – B Antenna Gain
dBi 18 18 18 Recommended
j Node- B Losses dB 3 3 3 Connector + Freeder+ Combiner
Propagation Components
k Body Loss dB 3 3 3
l Building Loss dB 17 17 17 Measured
m Car Loss dB 8 8 8 Measured
n Cell area coverage probability
% 95% 95% 95% Recommended
o Shadowing Margin dB 8.3 8.3 8.3 Recommended
p SHO Gain dB 3.9 3.9 3.9 Recommended
q Cell Load % 50% 50% 50% Recommended
r Interference Margin dB 3 3 3 10*log(1-q)
s MAPL dB 131.7 124.5 126.0 c-h-k-l-o+p-r
t Cell Range km 0.509 0.322 0.354 Cost 231(s)
v Acceptance Level (CPICH RSCP)
dBm -92.0 -84.8 -86.3 Max Transmit Power -s-o
x Indoor Design Level (CPICH RSCP)
dBm -83.7 -76.5 -78.0 Max Transmit Power- s
y Outdoor Design Livel (CPICH RSCP)
dBm -100.7 -93.5 -95.0 Max Transmit Power- s-l
z In- car Design Level (CPICH RSCP)
dBm -92.7 -85.5 -87.0 Max Transmit Power-s-l+m
w Total Tilt 3.5 3.6 3.6 Kathrein (Hb,
Vertical Beamwidth)
Bảng 4 -7: Tính toán trong khu vực Suburban với chiều cao trung bình Hb=34m
SUBURBAN
No. Link Bugdget - UL Unit
AMR1 2.2 kbps CS64 kpts PS64 kpts Notes Service Bitrate kpts 12.2 64 64 Transmitter a UE Max Transmit Power dBm 21 21 21
b UE Antenna Gain &
Cable Loss dBi 0 0 0
c EIRP dBm 21 21 21 a+b Receiver d Thermal Noise Floor dBm -133.1 -152.9 -125.9 Thermal Noise Density + Information Rate
e Target Eb/Nt dB dB 5 5 3.5 Recommended
Figure
h Node-B Sensitivity dBm -123.1 -115.9 -117.4 d+e+g
i Node- B Antenna
Gain dBi 18 18 18 Recommended
j Node- B Losses dB 3 3 3 Conector + Freeder+ Combiner Propagation Components k Body Loss dB 3 3 3
l Building Loss dB 14 14 14 Measured
m Car Loss dB 8 8 8 Measured
n Cell area coverage
probability % 95% 95% 95%
o Shadowing Margin dB 8.3 8.3 8.3 Recommended
p SHO Gain dB 3.9 3.9 3.9 Recommended
q Cell Load % 50% 50% 50% Recommended
r Interference Margin dB 3 3 3 10*log(1-q)
s MAPL dB 134.7 127.5 129.0 c-h-k-l=o+p-r
t Cell Range km 0.88 0.55 0.61 Cost 231 (s)
v Acceptance Level
(CPICH RSCP) dBm -95.0 -87.8 -89.3
Max Transmit Power -s-o
x Indoor Design
RSCP) Power-s y Outdoor Design Level (CPICH RSCP) dBm -100.7 -93.5 -95.0 Max Transmit Power-s-l
z In-car Design Level
(CPICH RSCP) dBm -92.7 -85.6 -87.0 Max Transmit- s-l+m w Total Tilt 3.5 3.6 3.6 Kathrein (Hb, Vertical Beamwidth)
- Mô hình truyền sóng được sử dụng là mô hình Hata Cost 231
Path Loss = 46,3 + 33,9xlg(f) – 13,82xlg(hb) – a(hm) + Cm + [44,9- 6,55xlg(hb)] x lg(R)
Trong đó:
F là tần số sử dụng (MHz) Hb là chiều cao của Node-B Hm là chiều cao của UE
R là bán kính phủ sóng của Node-B
Cm là hệ số hiệu chỉnh theo loại môi trường (Morpho Correction Factor) A(hm) = (1,1xlg(f)-0,7)xhm – (1,56xlg(f)-0,8)
- Công thức tính toán góc tilt, bán kính và độ cao được tính theo phương pháp Kathrein và lấy tia Upper để tính toán vùng phủ sóng
Hình 4 -1: Hình minh họa công thức tính vùng phủ sóng
- Tính toán số lượng trạm NodeB phủ sóng toàn bộ các khu vực trung tâm của 6 tỉnh tại Cambodia
Bảng 4 -8: Tính toán số lượng trạm NodeB
Area Central area (km2) Urban (km2) Suburban (km2) NodeBs (Urban) NodeBs
(suburban) Sum Note
BAT 70 0.7 69.3 4 118 122 Bat Dambang centre CHA 28 10 18 47 31 78 Kampong Cham centre KAN 20 1.4 18.6 7 32 39 Kandal centre PNP 168 20 148 93 251 344 Phnom Penh centre
SIE 35 4.32 30.68 21 53 74 Siem Reab centre
SIH 12 3 9 14 16 30 Sihanoukville centre
Total 333 39.42 293.58 186 501 687
4.2.3. Tính toán về dung lượng
Số lượng trạm Node B thỏa mãn yêu cầu về lưu lượng dựđoán cho mạng 3G:
Bảng 4 -9: Lưu lượng dựđoán cho mạng 3G
CAPACITY
Total Subscribers T 100000
Voice 3G Tv=70%T 70000
Internet Broadband (WAP) Tm=10%T 10000
PC Data (WEP) Tp=20%T 20000
Voice 3G percentage Pv=Tv/Tb 70%
Mobile Data (WAP) percentage Pm=Tm/Tb 10%
PC Data (WEP) percentage Pp=Tp/Tb 20%
3G estimated traffic
Voice MMS (Mbytes/ Month) Vv 4.6
Mobile Data (WAP) volume
(Mbytes/ Month) Vm 138.6
PC Data (WEP)volume
(Gbytes/Month) Vp 2.4
Calculate
PS Average thoughput per
Mobile Data (kbps) Am=Vm*1000*8/(30*10*3600) 1.03
PS Average thoughput per PC
Data (kbps) Ap=Vp*1000*1000*8/(30*10*3600) 17.78
PS Total thoughput of Mobile
Data (Gbps) Vtm= T*Pp*Vm/1000000 0.0103
PS Total thoughput of PC Data
(Gbps) Vpm= T*Pp*Vp/1000000 0.3556
(Gbps)
CS Total thoughput of 3G Voice
(Gbps) CS= T*((Pv)*0.42/1000000 0.03 Total thoughput of CS/PS (Gbps) PS*CS 0.40 Simulations ( Huawei) 1c3Sr99 1.28 1c3s R99/HSPA 2.08 Total cell thoughput average
(Mbps)
1C3S R99/HSPA +1c3Sr99 6.48
1c3s R99 309
1c3s R99/HSPA 190 Required Number of Cells
1c3s R99/HSPA+1c3s/HSPA 61
1c3s R99 103
1c3s R99/HSPA 63 Required Number of stes( Node
Bs)
1c3s R99/HSPA+ 1c3s/HSPA 20
4.3. Tính toán phương án sử dụng 300 trạm
Với yêu cầu phủ sóng cho Phnompenh chiếm 70% lưu lượng trong toàn mạng; các khu vực trung tâm của 5 tỉnh còn lại sẽ chiếm 30%, ngoài ra sẽ triển khai trước 300 trạm; vì vậy số lượng trạm phân bổ chi tiết cho các khu vực như sau:
Bảng 4 -10: Phân bổ trạm cho các khu vực
Provices #NodeBs Area (km2) Lắp dưới
2G Bằng 2G Lắp trên 2G
CHA 13 4.30 10 2 1 KAN 16 9.06 16 0 0 PNP 206 79.95 171 22 13 SIE 36 17.49 33 1 2 SIH 5 0.59 5 0 0 Total 300 124.42 257 26 17
Theo tính toán đó, với 300 trạm 3G sẽ phủ được diện tích khoảng 124,42 km² tại các khu vực trung tâm của 6 tỉnh tại Cambodia; hầu hết các trạm 3G có anten lắp dưới anten của trạm 2G.
4.4. Kết quả lựa chọn thiết kế 3G cho dự án Cambodia
Dựa vào các phân tích và tính toán chi tiết về vùng phủ và lưu lượng, ta đưa ra một