L ỜI CAM Đ OAN
3.4.3.Xác định bán kính và vùng phủ sóng Cell
Sau khi xác định suy hao đường truyền tối đa cho phép dựa vào các tham số của quỹ năng lượng đường truyền (RLB), ta dễ dàng ứng dụng các mô hình truyền sóng để xác định bán kính cell. Mô hình truyền sóng nên chọn sao cho có thể mô tả tối ưu các điều kiện truyền sóng thực tế trong vùng cung cấp dịch vụ. Do đặc điểm truyền sóng không ổn định, nên các mô hình truyền sóng đều mang tính thực nghiệm. Hai mô hình truyền sóng được sử dụng rộng rãi là mô hình Hata – Okumura và Walfisch – Ikegami. Trong luận văn sử dụng mô hình truyền sóng Cost231-Hata (là mô hình Hata mở rộng cho tần số 1,5 – 2GHz):
[ ] [ as ] ( [ as ]) [ ]
46,3 33,9log ( ) 13,821log ( ) ( ) 44,9 6,55log ( ( ) log ( ) (3.7)
p B e mobile B e m
L = + f MHz − h m −a h + − h m × d km +C
Trong đó:
Cm = 0 dB cho khu vực thành phố nhỏ Cm = 3 dB cho các trung tâm thành phố lớn Cm = 2 2 log 5, 4 28 f ⎛ ⎞ − ⎜ ⎟ − ⎝ ⎠ cho vùng ngoại thành Cm = ( )2 4, 78 log fc 18,33log fc 35,94
− + − cho vùng nông thôn
Với 1 ≤ hmobile ≤ 10 thì:
( mobile) [1,1log ( ) 0, 7] mobile( ) [1,56 log ( ) 0,8] (3.8)
a h = f MHz − ×h m − f MHz −
Sau khi tính được kích thước cell, dễ dàng tính được diện tích vùng phủ với chú ý diện tích vùng phủ phụ thuộc vào cấu hình phân đoạn trạm gốc. Diện tích vùng phủ đối với một cell có cấu trúc lục giác đều được tính theo công thức:
2 . (3.9) S =K r Trong đó: S: là diện tích vùng phủ sóng. R: là bán kính cực đại cell K: là hằng số
Bảng 3.7. Các giá trị K sử dụng cho tính toán diện tích vùng phủ sóng
Cấu hình trạm Omni 2-sector 3-sector 6-sector
K 2,6 1,3 1,95 2,6
3.4.5. Phân tích dung lượng
Khi đã xác định được vùng phủ site, cấu hình site: số kênh (Channel elements – CE), số sector, số Carrier, mật độ site phải được lựa chọn để đáp ứng được lưu lượng yêu cầu cho site đó. Việc tính toán RLB của hệ thống RAN WCDMA phức tạp hơn so với hệ thống dựa trên TDMA, bán kính cell phụ thuộc vào số thuê bao đồng thời do mức dự trữ nhiễu. Do vậy việc phân tích kết hợp vùng phủ sóng và dung lượng được thực hiện ngay ở bước khởi tạo của quá trình định cỡ. Khi bắt đầu xây dựng mạng 3G, các nhà khai thác cần phải có thông tin và đánh giá khá chính xác về sự phát triển và phân bố thuê bao vì chúng có ảnh hưởng trực tiếp đến vùng phủ. Việc tìm ra các thông số cấu hình đúng cho mạng để đáp ứng yêu cầu lưu lượng và chi phí tối thiểu không phải là việc đơn giản. Số lượng sóng mang, số lượng sector, tải, số người sử dụng, tất cả chúng sẽảnh hưởng tới kết quả cuối cùng. Việc nắm rõ thông tin về dung lượng còn có tác dụng đảm bảo tiết kiệm chi phí đầu tư phần cứng trong quá trình quy hoạch triển khai mạng lưới WCDMA.
3.4.5.1. Giới thiệu mô hình tính toán dung lượng Erlang-B
Dựa vào quỹđường truyền và sử dụng mô hình truyền sóng phù hợp sẽ tính được vùng phủ ban đầu. Tuy nhiên đây mới chỉ là một phần quy hoạch ban đầu. Bước tiếp
theo của việc quy hoạch là tính toán dung lượng của hệ thống tối đa từ đó xem xét có hiệu quả để hỗ trợ tải hay dung lượng dự kiến ban đầu không. Thực tế không thể đạt được tải cell bằng 100% lý tưởng mà tải cell chỉđạt được khoảng 60%÷70%. Nếu thực tế chưa đạt yêu cầu thì cần phải quay lại bước ban đầu để định cỡ bổ sung thêm số trạm hoặc thực hiện nâng cấp/mở rộng thêm dung lượng tại các trạm sao cho đảm bảo được chi phí đầu tư mà vẫn thỏa mãn được các yêu cầu kỹ thuật đặt ra.
Một mô hình tính toán dung lượng thiết bị cần thiết nhằm thỏa mãn được nhu cầu dịch vụ của thuê bao với giá thành triển khai lắp đặt tối ưu là kỹ thuật lưu lượng. Kỹ thuật lưu lượng viễn thông nghiên cứu việc tối ưu cấu trúc mạng và điều chỉnh số lượng thiết bị được xác định trên cơ sở lưu lượng. Trong phạm vi đề tài, ta sẽ đi vào tìm hiểu ứng dụng mô hình lưu lượng Erlang-B:
9 Cấu trúc: có n kênh đồng nhất hoạt động song song và được gọi là một nhóm đồng nhất. Chiến lược: 1 cuộc gọi đến hệ thống được chấp nhận nếu có ít nhất một kênh rỗi. Nếu hệ thống bận thì cuộc gọi sẽ bị từ chối mà không gây một ảnh hưởng nào sau đó.
9 Lưu lượng: Lưu lượng phát sinh được định nghĩa là tỉ số giữa cuộc gọi trung bình trên cường độ phục vụ trung bình. Khi đó lưu lượng của một thuê bao A được tính theo công thức sau:
. (3 .1 0 ) 3 6 0 0 n T A = Trong đó :
A : lưu lượng của thuê bao
n : số cuộc gọi trung bình trong một giờ T : thời gian trung bình của một cuộc gọi (s)
9 Một sốđịnh nghĩa cho mô hình Erlang:
Hệ thống tổn hao: Đây là hệ thống mà các thuê bao sẽ bị từ chối thực hiện cuộc gọi khi hệ thống đầy tải.
Hệ thống theo kiểu đợi: Đây là hệ thống mà các thuê bao sẽđược chờ thực hiện cuộc gọi khi hệ thống đầy tải.
3.4.5.2. Phương pháp chuyển đổi lưu lượng hệ thống UMTS theo mô hình Erlang Erlang (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Lưu lượng dịch vụ thoại: Giả sử theo thống kê trung bình một tháng thuê bao gọi thoại là 240 phút. Khi đó để tính lưu lượng bình quân lưu lượng thoại trên mỗi thuê bao sẽ thực hiện như sau:
9 Số ngày thực hiện cuộc gọi thường xuyên trong tháng là: 22 ngày
9 Số phút bình quân trong ngày sẽ là: 240/22= 10, 91 (phút).
9 Bình quân trong ngày có 8 giờ bận nên số phút bình quân của một thuê bao trong 01 giờ bận là: 10, 91/8 = 1, 364 (phút)
9 Lưu lượng bình quân của một thuê bao sẽ là:
1,364 60
0,0227 Er 22,7 Er 3600
A= × = lang = m l
Lưu lượng dịch vụ data: Giả sử theo thống kê trung bình một tháng thuê bao thực hiện dịch vụ data với dung lượng gồm: 20MB Uplink với tốc độ 64kbps và 50MB Downlink với các tốc độ 64kbps, 128kbps & 384kbps.
9 Đối với Uplink: data bình quân trong giờ bận của một thuê bao sẽ là:
( )
20 0, 032 0, 256
22 ày 8 3600
MB kBps kbps
ng × ×h s = =
9 Đối với Downlink: data bình quân trong giờ bận của một thuê bao sẽ là: ( ) 50 0, 079 0, 632 22 ày 8 3600 MB kBps kbps ng × ×h s = =
Chuyển đổi dung lượng các dịch vụ sang đơn vị Erlang:
( / ) Er * *
LL trung binh trong gio ban Kbit s = lang Toc do dich vu He so AF
/ (3.11) * Kbit s Erlang Toc do dich vu He so AF => =
Ví dụ: ta có lưu lượng bình quân của dịch vụ CS 64k của một thuê bao là 0,182 kbit/s, AF=1. Lúc đó lưu lượng Erlang của mạng có 100.000 thuê bao cho dịch vụ CS 64k sẽ là: 0,182 100.000 284,375Er 64 1(AF 1) kbps sub lang kbps × = × = 3.5. Định cỡ dung lượng mạng
Phần này sẽ trình bày tính toán sơ bộ dung lượng mạng theo yêu cầu ban đầu tương ứng với số lượng thuê bao đã được dự báo trước, cụ thể gồm:
9 Dự báo và xác định số thuê bao tối đa của mạng / khu vực.
9 Tùy theo mô hình lưu lượng/thuê bao, khi tính toán số kết nối (connection- Erlang) sẽ khác nhau cho mỗi loại dịch vụ.
9 Sau khi có được dung lượng mạng tiến hành tính bình quân dung lượng của một site. Trong đó số lượng site là số site đã tính được trong pha định cỡ vùng phủ sóng.
Ví dụ tham khảo: Tính dung lượng hệ thống (Erlang) cho 100.000 thuê bao dựa trên các yêu cầu lưu lượng các loại dịch vụ tương ứng khác nhau của thuê bao tại khu vực thành phố.
9 Ta có lưu lượng hướng xuống bình quân của của hệ thống 100.000 thuê bao như bảng sau.
Bảng 3.8. Lưu lượng hệ thống
Lưu lượng / thuê bao Tổng lưu lượng mạng Dịch vụ hướng Download
Giá trị Đơn vị Giá trị Đơn vị (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Voice 12.2K 22.7 mErlang 2270 Erlang
CS 64K 0.182 kbps 18.2 Mbps
PS 64K 0.2586 kbps 25.86 Mbps
PS 128K 0.2586 kbps 25.86 Mbps
PS 384K 0.1293 kbps 12.93 Mbps
9 Chuyển đổi toàn bộ lưu lượng mạng sang đơn vị Erlang trong bảng sau:
Hình 3.2. Nội dung quy hoạch mạng UTRAN
3.6.1. Định cỡ các phần tử mạng UTRAN 3.6.1.1. Định cỡ Node B 3.6.1.1. Định cỡ Node B
Số lượng Node B được rút ra từ các tính toán về dung lượng và vùng phủ ở giao diện vô tuyến, ngoài ra cũng cần cấu hình cho các Node B. Tuy cấu hình phần cứng khác nhau tùy thuộc vào các nhà cung cấp nhưng có thể kể đến những thông số điển hình cần xem xét khi cấu hình Node B như sau:
• Loại Node B: loại đặt trong nhà (indoor) hay ngoài trời (outdoor). • Số lượng Node B dung lượng thấp.
• Kiểu dự phòng yêu cầu: 2N hay N+1,… • Kiểu phân tập yêu cầu.
• Số lượng sóng mang mỗi sector. • Số lượng sector mỗi Node B. • Số lượng người sử dụng.
• Lưu lượng thoại và số liệu cần truyền tải. • Đặc điểm phần mềm của Node B.
• Tính năng tùy chọn của Node B yêu cầu.
3.6.1.2. Định cỡ RNC
Định cỡ RNC được thực hiện sau khi định cỡ giao diện vô tuyến và các giao diện trong mạng vì việc hoàn tất các bước này cho phép xác định băng thông của mỗi tuyến tuyền dẫn tới RNC. Việc định cỡ RNC bao gồm tính toán số lượng RNC và cấu hình các RNC để có thểđáp ứng yêu cầu của mạng truy nhập vô tuyến. Cần dung hòa giữa hai lợi ích có tính chất đối lập là chi phí và việc mở rộng trong tương lai. Thông thường, vị trí của các RNC được chọn dựa trên các vị trí đặt trạm chính của nhà khai thác nên chi phí truyền dẫn sẽ xác định cấu hình RNC nào hiệu quả nhất về mặt kinh tế. Cấu hình phần cứng cho RNC cũng phụ thuộc vào các nhà cung cấp song có thể đưa ra một số tiêu chí quan trọng cần xem xét khi định cỡ RNC như sau:
• Các tùy chọn dung lượng và cấu hình RNC. • Tổng lưu lượng CS (Erlang). • Tổng lưu lượng PS (Mbps). • Tổng tải lưu lượng và báo hiệu. • Tổng số Node B. • Tổng số cell. • Tổng số sóng mang. • Các cấu hình kênh được sử dụng. • Đặc điểm phần mềm RNC. • Các kiểu giao diện truyền dẫn. • Các khả năng mở rộng.
Việc xác định số lượng RNC phụ thuộc nhiều vào khối lượng chuyển giao mềm. Dung lượng của RNC bị giới hạn bởi lưu lượng hoặc thông lượng và dung lượng chuyển mạch hơn là các yếu tố vô tuyến (số trạm, số sector, số TRX) nên khi xảy ra chuyển giao mềm, cần một dung lượng chuyển mạch cho một cuộc gọi để nó có thể truyền qua hai RNC khiến cho việc tính toán số RNC trở nên phức tạp.
Từ dung lượng của một RNC, ta sẽ tính số RNC cần thiết đểđáp ứng một số yêu cầu nhất định về số lượng Cell, lưu lượng, số trạm thu phát của toàn mạng. Số lượng RNC cần thiết để kết nối đến một số cell nhất định có thể được tính theo công thức
Số cell/ 1 RNC: số lượng cell cực đại mà RNC có khả năng hỗ trợ. fillrate_1: hệ số sử dụng để dự phòng cho dung lượng cực đại. Số lượng RNC cần thiết để kết nối đến một số BTS nhất định có thểđược tính theo công thức sau:
(3.13) /1 * _ 2 Tong so BTS So RNC So BTS RNC fillrate = Trong đó: Tổng số BTS: số BTS trong khu vực cần định cỡ. Số BTS/1RNC: số BTS cực đại có thể kết nối đến RNC. fillrate_2: hệ số sử dụng để dự phòng cho dung lượng cực đại
3.6.2. Định cỡ các giao diện trong UTRAN 3.6.2.1. Định cỡ giao diện Iub 3.6.2.1. Định cỡ giao diện Iub
Giao diện Iub là giao diện quan trọng bậc nhất trong số các giao diện của mạng UMTS. Các lưu lượng thoại và số liệu đều được truyền tải qua giao diện này nên nó trở thành nhân tố ràng buộc nhất đối với các nhà cung cấp thiết bị đồng thời việc định cỡ giao diện này mang ý nghĩa rất quan trọng.
Sau khi tính được yêu cầu dung lượng cho giao diện Iub đối với từng Node B có thể tính tổng các dung lượng này, từ đó tính được số lượng RNC cần thiết dựa trên dung lượng của RNC và khối lượng chuyển giao mềm.
3.6.2.2. Định cỡ giao diện Iur
Sự xuất hiện của giao diện Iur là một cải tiến của hệ thống UMTS so với hệ thống GSM, nó cho phép chuyển giao có thể thực hiện trực tiếp giữa hai RNC mà không cần sự tham gia của MSC. Nhờ vậy, chuyển giao được thực hiện nhanh hơn và cũng tiết kiệm được dung lượng xử lý của MSC. Việc định cỡ giao diện này, do đó, cần quan tâm đến khối lượng chuyển giao mềm giữa các RNC. Tương tự nhưđối với giao diện Iub, độ rộng băng của giao diện Iur gần bằng hai lần phần lưu lượng do việc chuyển giao mềm giữa các RNC gây ra.
3.6.2.3. Định cỡ giao diện Iu (Iu-CS, Iu-PS)
Giao diện Iu-CS: Giao diện giữa RNC với hệ thống chuyển mạch kênh, chủ yếu truyền tải lưu lượng thoại. Định cỡ giao diện Iu-CS phụ thuộc vào lưu lượng dữ liệu chuyển mạch kênh mà chủ yếu là lưu lượng tiếng.
Giao diện Iu-PS: Giao diện giữa RNC với hệ thống chuyển mạch gói, truyền tải số liệu các loại. Định cỡ giao diện Iu-PS phụ thuộc vào lưu lượng dữ liệu chuyển mạch gói. Do có nhiều dịch vụ dữ liệu gói với tốc độ khác nhau nên việc định cỡ giao diện này phức tạp hơn so với việc định cỡ giao diện Iu-CS.
3.6.3. Quy hoạch truyền dẫn trong UTRAN (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sau khi xác định vị trí, số lượng của các Node B và RNC, cần tiến hành quy hoạch truyền dẫn cho các hướng kết nối này. Quy hoạch truyền dẫn UTRAN làm hai nhiệm vụ chính:
9 Xác định các nhóm Node B quản lý bởi mỗi RNC: Mỗi RNC chỉ có khả năng quản lý một số lượng Node B hữu hạn. Vì vậy, căn cứ vào tổng số Node B có thể xác định được số lượng RNC cần thiết. Tiếp theo cần xác định các Node B thuộc về mỗi RNC. Thông thường, các Node B được phân bố cho RNC theo vùng địa lý.
9 Xác định cấu hình kết nối giữa các RNC và giữa RNC với MSC, SGSN: Vì vị trí RNC được chọn dựa trên vị trí đặt trạm chính của nhà khai thác nên chi phí truyền dẫn sẽ quyết định cấu hình UTRAN nào kinh tế nhất. Mạng UTRAN sử dụng công nghệ ATM với truyền dẫn quang SDH/PHD là chủ yếu.
Hiện nay để kết nối từ Node B về RNC có thể sử dụng 03 loại giải pháp chính:
Sử dụng truyền dẫn TDM truyền thống (E1): Việc kết nối sử dụng đường truyền TDM/E1 được thực hiện theo cách thông thường. Mỗi Node B sử dụng một số lượng E1 để kết nối qua mạng truyền dẫn SDH để kết nối về RNC của khu vực.
Hình 3.3. Kết nối NodeB về RNC qua truyền dẫn TDM
Sử dụng truyền dẫn IP: các node B thông qua mạng truyền tải IP được kết nối về RNC thông qua các giao diện tốc độ cao và phổ thông như FE
Hình 3.4. Kết nối NodeB về RNC qua truyền dẫn IP
Lai ghép hai giải pháp trên: sử dụng cả truyền dẫn TDM/STM-1/E1 và IP/FE để truyền tải kết nối từ Node B về RNC. Đối với các Node B sử dụng WCDMA thông thường có thể sử dụng E1 để kết nối, đối với các Node B sử dụng HSPA yêu cầu dung lượng cao sẽ thay thế bằng các kết nối giao diện FE.
3.7. Quy hoạch mạng lõi
Hình 3.6. Nội dung quy hoạch mạng lõi
3.7.1. Định cỡ các phần tử3.7.1.1. Định cỡ MSC/GMSC