Điều khiển công suất trong hệ thống CDMA là vấn đề rất quan trọng. Vì các người sử dụng dùng chung một tần số tại cùng một thời điểm nên một người sử dụng không được phát một công suất cao đến mức các người sử dụng khác bị lấn át. Chẳng hạn, nếu một người sử dụng gần trạm gốc phát cùng công suất với một người sử dụng ở biên giới ô thì tại trạm gốc tín hiệu từ người sử dụng gần đó sẽ lớn đến mức nó chồng lấn hoàn toàn tín hiệu từ người sử dụng ở xa. Do đó, tín hiệu của người sử dụng ở xa không thể khôi phục được và đó chính là hiện tượng gần-xa.
Để tránh hiện tượng này thì UE phải được hướng dẫn để hiệu chỉnh mức công suất phát sao cho mọi đường truyền dẫn từ mọi người sử dụng trong ô đến được trạm gốc với cùng mức công suất. Điều khiển công suất ngoài việc chống lại được hiện tượng gần-xa còn chống được các hiệu ứng của fading Raleigh [3, 9]. Vì vậy,
điều khiển công suất được sử dụng ở cả đường lên và đường xuống. W- CDMA sử
dụng hai kỹ thuật điều khiển công suất chính: điều khiển công suất vòng hở và điều khiển công suất vòng kín.
Đối với điều khiển công suất vòng hở, đầu cuối đánh giá công suất phát yêu cầu dựa trên công suất tín hiệu thu được từ trạm gốc và thông tin quảng bá từ trạm gốc có liên quan đến công suất phát [4]. Cụ thể, trạm gốc phát quảng bá công suất phát trên kênh CPICH, thiết bị đầu cuối sử dụng thông tin này và mức công suất thu
được để đánh giá công suất nên được sử dụng ở đường lên. Điều khiển công suất vòng hở chỉ đánh giá rất thô công suất lý tưởng mà đầu cuối nên sử dụng. Do vậy,
điều khiển công suất vòng hở chỉđược sử dụng khi UE thực hiện thâm nhập lần đầu nhờ kênh PRACH hoặc PCPCH.
Đối với điều khiển công suất vòng kín, UE hoặc trạm gốc đo tỉ số SIR và so sánh tỉ số này với giá trị SIR đích. Sau đó, trạm gốc hoặc UE ra lệnh cho đầu xa tăng công suất phát nếu SIR quá nhỏ và giảm công suất phát nếu SIR quá cao. Điều khiển công suất vòng kín cũng được biết đến nhưđiều khiển công suất nhanh vì các lệnh
40 thì tốc độ này đủ nhanh để vượt qua các thay đổi suy hao đường truyền và các hiệu
ứng fading Reyleigh ngoại trừ trường hợp UE đang di chuyển ở tốc độ cao. 2.4.2. Chuyển giao trong hệ thống W- CDMA
W - CDMA/UMTS hỗ trợ hai loại chuyển giao chính: chuyển giao cứng và chuyển giao mềm [9]. Chuyển giao mềm là nối trước khi ngắt tức là quá trình thông tin vẫn tồn tại giữa UE và hơn một ô trong một khoảng thời gian. Còn chuyển giao cứng là ngắt trước khi nối tức là thông tin với ô đầu tiên bị ngắt trước khi thiết lập một kết nối thông tin với ô thứ hai. Chuyển giao mềm có hai kiểu: chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn.
Chuyển giao mềm là chuyển giao được thực hiện giữa các ô hoặc các đoạn ô
được hỗ trợ bởi các trạm gốc khác nhau, trong đó trạm di động bắt đầu thông tin với một trạm gốc mới mà vẫn chưa cắt thông tin với trạm gốc cũ. Thông tin của người sử dụng gửi đến UE được gửi đồng thời từ mỗi trạm gốc và được ghép trong UE. ở đường lên, thông tin được gửi từ UE bị trễ từ mỗi trạm gốc đến RNC và RNC là nơi tiến hành kết hợp thông tin. Trong trường hợp chuyển giao mềm, mỗi trạm gốc sẽ
gửi các lệnh điều khiển công suất đến UE.
Chuyển giao mềm hơn xuất hiện giữa hai ô được hỗ trợ bởi cùng một trạm gốc. Trong trường hợp này, chỉ có vòng điều khiển công suất là tích cực và được
điều khiển bởi một trạm gốc phục vụ cả hai ô. Đối với một UE cho trước, tuỳ thuộc vào vùng phủ vô tuyến mà cả chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn có thể
41
Chương 3 - QUY HOẠCH VÀ TRIỂN KHAI MẠNG 3G W-CDMA 3.1. Cơ sở ban đầu
Công việc quy hoạch mạng có thể chia thành hai công việc chính: quy hoạch mạng vô tuyến và quy hoạch mạng lõi. Quy hoạch mạng vô tuyến bao gồm các công việc như: định kích cỡ, quy hoạch lưu lượng và vùng phủ, tối ưu hoá mạng. Từ các tiền đề quy hoạch cho mạng vô tuyến ta có thể tiến hành quy hoạch mạng lõi trong
đó công việc chủ yếu là định cỡ, tối ưu hoá, xem xét khả năng đáp ứng sự mở rộng của mạng vô tuyến sau này [6].
Hình 3.1. Quá trình quy hoạch và triển khai mạng W- CDMA
Trong giai đoạn địch kích cỡ sẽđưa ra số đài trạm, số trạm gốc, cấu hình các trạm gốc và các phần tử mạng khác trên cơ sở các yêu cầu của nhà khai thác và điều kiện truyền sóng trong vùng. Các yêu cầu của nhà khai thác là: diện tích phủ sóng, dung lượng và chất lượng phục vụ.
42 Khi đi vào chi tiết, bản đồ truyền sóng thực tế và các dự tính lưu lượng của nhà khai thác phải có ở từng vùng. Vị trí các trạm thu phát gốc phải được xác định cụ thể tuỳ thuộc vào điều kiện thực tế và công cụ tính toán lý thuyết. Tiếp theo ta phải xác định dung lượng và vùng phủ cho từng ô.
Khi mạng đi vào hoạt động, có thể kiểm tra hiệu năng của nó bằng các phép
đo và sử dụng các kết quảđo đạc để có sự hiệu chỉnh cần thiết để tăng hiệu năng của mạng.
Nói chung là việc quy hoạch và việc triển khai là không đồng nhất có thể do nhiều nguyên nhân trong đó đặc biệt là các điều kiện địa hình, khí hậu, các yếu tố xã hội…
3.2. Các nguyên tắc định cỡ mạng
Một trong các công việc cụ thể và cần thiết trong công việc quy hoạch và triển khai mạng là quá trình định cỡ mạng. Hình 3.2 nêu lên các công việc chính trong việc định cỡ mạng 3G. Nó tổng hợp các nhiệm vụ cần thiết để xác định số các thành phần cần thiết cho việc xây dựng và triển khai mạng.
Hình 3.2. Quá trình định cỡ mạng
Để đơn giản quá trình này, ta sẽ nhóm các nhiệm vụ định cỡ này thành bốn bước có tính lặp đi lặp lại, bao gồm:
43
Định cỡ hệ thống (tính toán)
Lập cấu hình hệ thống và xác nhận (bao gồm phần vô tuyến, mạng lõi, và phần truyền dẫn)
Xây dựng và triển khai
Xây dựng và triển khai hoàn tất quá trình thiết kế mạng 3G bằng cách xác
định các vị trí đặt trạm, các yêu cầu dịch vụ và thời gian đểđưa ra dịch vụ. Nó xem xét điều chỉnh giải pháp cho việc triển khai mạng, ví dụ như việc chia sẻ các vị trí trạm với các BS của mạng 2G hiện tại và cải tiến các thành phần mạng lõi, hay là một mạng mới hoàn toàn đặt chồng lên mạng 2G hiện tại. Nó cũng có thể áp dụng với mạng tổng thể, có nghĩa là triển khai một mạng mới. Nó cũng xem xét cấu trúc phân cấp của mạng, nghĩa là xem xét sử dụng các lớp macro và micro tại những nơi có thể áp dụng được.
Khi triển khai trong môi trường chủ yếu là macrocell với chế độ FDD của công nghệ WCDMA, việc thực hiện sẽ phải xem xét đến sự phụ thuộc của phủ sóng vào tốc độ truyền dẫn và độ sẵn có của công nghệ về cấu hình anten và các khả năng giảm thiểu nhiễu. Do đó, bốn bước nêu ra ở trên là một quá trình lặp.
3.3. Dự báo lưu lượng
Dự báo lưu lượng là một bước đầu tiên quan trọng trong quá trình quy hoạch mạng. Dự báo này thường liên quan đến một số phỏng đoán, nhất là khi mạng mới lần đầu đưa vào khai thác. Nếu nhà khai thác đang xây dựng một mạng để cạnh tranh với một mạng đã được lập của nhà khai thác khác thì nhà khai thác phải dự
báo sự phát triển thuê bao dựa vào các số liệu của các đối thủ cạnh tranh. Tuy nhiên, nếu mạng được xây dựng lần đầu cho một thị trường định trước hoặc sẽ được xây dựng rất sớm so với các nhà khai thác khác thì các số liệu dự báo có rất ít. Trong trường hợp đó thì nhà khai thác phải thực hiện các đánh giá dựa trên các nhân tố
như: mức tăng trưởng của khu vực, mức độ sử dụng dịch vụ di động hiện có [6]... Sau đây, chúng ta xem xét dự báo thuê bao, dự báo sự sử dụng thoại và số liệu cho hệ thống thông tin di động thế hệ ba.
44
3.3.1. Dự báo thuê bao
Đối với một thị trường cần phục vụ, cần phải đánh giá tổng số thuê bao. Lý tưởng có thể chia việc đánh giá cho từng tháng để có thể thấy được xu thế phát triển thuê bao. Điều này là cần thiết vì khi quy hoạch ta cần phải dự phòng tương lai. Nếu có thể cung cấp các dịch vụ khác nhau, thì cần dự báo cho từng loại thuê bao liên quan đến từng loại dịch vụ. Chẳng hạn nhà khai thác có thể chọn cung cấp tổ hợp các dịch vụ nào đó gồm chỉ tiếng, tiếng và số liệu hoặc chỉ số liệu [6]. Ngoài ra, các dịch vụ số liệu cũng có thể được chia thành các dịch vụ và các thiết bị khác nhau. Chẳng hạn, dịch vụ số liệu có thể chỉ giới hạn ở trình duyệt Web, hoặc có thể có cả
trình duyệt Web, E-mail cộng với một số dịch vụ khác. Dự báo cần được thực hiện cho từng kiểu người sử dụng.
3.3.2. Dự báo sự sử dụng thoại
Dự báo sự sử dụng thoại liên quan đến việc đánh giá lưu lượng thoại trung bình mà người sử dụng thoại tạo ra. Cần cung cấp dữ liệu đánh giá cho hàng tháng. Hồ sơ thoại nên có sự phân phối lưu lượng và thông tin trong hồ sơ sử dụng thoại nên có số cuộc gọi trung bình trên một thuê bao trong giờ bận và thời gian duy trì trung bình (MHT) của một cuộc gọi. Tuy nhiên, các phòng kinh doanh thường cung cấp thông tin theo số phút sử dụng (MoUs)/một thuê bao/một tháng. Phòng kỹ thuật dựa vào các con số này để thu được sự sử dụng trong giờ bận [6].
Sự sử dụng trong giờ bận của một thuê bao = (MoUs/một tháng) × (Phần trăm lưu
lượng xuất hiện trong các ngày làm việc) × (Phần trăm lưu lượng xuất hiện trong
các giờ bận)/(Tổng số ngày làm việc trong một tháng) (3.1)
Sau đó, lấy giá trị sự sử dụng trong giờ bận thu được chia cho 60 ta thu được số Erlang. Nếu nhân số Erlang với tổng số thuê bao thì chúng ta sẽ đánh giá được tổng nhu cầu Erlang trong giờ bận, đây là một nhân tố định cỡ mạng quan trọng nhất. Tuy nhiên, chúng ta cũng cần tổng số các lần thử gọi vì một số phần tử mạng bị giới hạn bởi năng lực xử lý liên quan đến việc thiết lập cuộc gọi (mặc dù vẫn đảm bảo tổng thông lượng). Nếu chúng ta giả sử rằng mọi cuộc gọi đều hoàn thành thì
45
BHCA = (Lưu lượng tính theo Erlang) × 3600/(MHT tính theo giây) (3.2)
3.3.3. Dự báo sự sử dụng số liệu
Chúng ta cần phải phân loại các loại số liệu khác nhau của các người sử dụng số liệu và dự báo cho mỗi kiểu người sử dụng và tổng thông lượng số liệu. Chúng ta cũng cần dự báo xem thông lượng bắt đầu và kết thúc khi nào. Chẳng hạn: một người sử dụng có dịch vụ trình duyệt Web và E-mail do nhà khai thác cung cấp thì một khối lượng lưu lượng xác định sẽ kết cuối tại E-mail server trong mạng của nhà khai thác, trong khi một số lượng lưu lượng xác định khác sẽ được gửi từ và tới Internet. Định cỡ các giao diện tới hệ thống E-mail và tới Internet sẽ phụ thuộc vào khối lượng lưu lượng liên quan đến các dịch vụ này. Hơn nữa, hệ thống E-mail cũng cần được định cỡ để đáp ứng các yêu cầu cho tổng số người sử dụng, tổng số bộ
nhớ, tổng số lưu lượng vào ra [6].
3.4. Phân tích vùng phủ vô tuyến
Khi phân tích vùng phủ vô tuyến chúng ta cần phải khảo sát xem nơi nào cần phủ sóng và kiểu vùng phủ cung cấp cho vùng này. Thông thường ta cần phủ sóng trước hết ở một số vùng như: các vùng thương mại, các vùng có mật độ dân số cao và các đường cao tốc chính.
Hình 3.3. Bán kính vùng phục vụ của một trạm phát đối với các tốc độ dịch vụ khác
nhau
Ngay sau khi hiểu được các yêu cầu về vùng phủ thì chúng ta sử dụng các thông tin đó để chuẩn bị quy hoạch vùng phủ ban đầu. Trước khi thực hiện quy
46 hoạch vùng phủ thì chúng ta cần phải xác định một đầu vào quan trọng khác liên quan đến vùng phủ. Đó là: quỹđường truyền vô tuyến.
3.4.1. Quỹđường truyền vô tuyến
3.4.1.1. Cơ sở
Thiết lập quỹđường truyền là một trong số các nhiệm vụđầu tiên mà một kỹ
sư vô tuyến cần phải thực hiện khi bắt đầu quá trình thiết kế. Việc thiết lập quỹ đường truyền có thể chỉđược đưa ra khi đánh giá xem công nghệ nào được sử dụng.
Hình 3.4. Mô hình truyền sóng giữa trạm thu phát và thiết bịđầu cuối di động
Quỹ đường truyền là một trong số các phần quan trọng của thiết kế hệ thống vô tuyến. Quỹ đường truyền là một quỹ công suất và nó giải thích tất cả các độ lợi và suy hao khi sóng vô tuyến truyền từ máy phát đến máy thu.
Quỹ đường truyền là sự cân đối toàn bộ công suất phát cũng như khuếch đại của các phần tử trên đường truyền với tổn hao gây ra do các phần tử đường truyền cùng với dự trữ fading đường truyền để nhận được công suất thu tại máy thu. Công suất thu này phải đủ lớn để đảm bảo tỉ số tín hiệu trên tạp âm yêu cầu ở máy thu (Eb/N0)req để máy thu có thể khôi phục lại thông tin phát với chất lượng yêu cầu. Tổn hao cực đại đáp ứng điều kiện này được gọi là tổn hao cực đại cho phép. Ta cần xác
định tổn hao này ở cả đường xuống và đường lên. Tổn hao cho phép cực đại cho phép nhỏ hơn trong hai trường hợp này được coi là giới hạn vùng phủ của ô và dịch vụ. Chẳng hạn nếu tổn hao cực đại cho phép ở đường lên là 130 dB còn tổn hao cực
47
đại cho phép ở đường xuống là 125 dB thì ta phải đảm bảo tổn hao không vượt quá 130 dB và ta nói rằng dịch vụ hay vùng phủ giới hạn theo đường lên. Khi tính toán quỹđường truyền thì các mục trong bảng 3.1, bảng 3.2 được khuyến nghị sử dụng.
Bảng 3.1. Quỹđường truyền cho đường lên
Đường lên Đơn vị
Các tham số của khối thuê bao
Công suất đầu ra của khối tiền khuếch đại phát dBm
Suy hao fiđơ và giắc nối, tổn hao cơ thể dB
Độ lợi của anten dBd hoặc dBi
Tổng công suất phát của khối thuê bao W hoặc dBm
Dự trữ môi trường
Độ lợi phân tập phát dB
Dự trữ fading dB
Suy hao môi trường dB
Tổng dự trữ môi trường dB
Các tham số của trạm gốc
Độ lợi anten phát dBd hoặc dBi
Độ lợi của bộ khuếch đại đỉnh tháp dB
Suy hao giắc nối và fiđơ dB
Suy hao bộ lọc phát/bộ Duplexer dB
Độ lợi phân tập phát dB
C/I hoặc Eb/N0 dB
Độ lợi xử lý dB
Độ nhậy máy thu dBm
48
Bảng 3.2. Quỹđường truyền cho đường xuống
Đường xuống Đơn vị
Các tham số của trạm gốc
Công suất đầu ra của khối tiền khuếch đại phát dBm
Suy hao bộ ghép dB
Suy hao giắc nối và fiđơ dB