i. Phƣơng án cải thiện chất lƣợng môi trƣờng truyền sóng
Môi trƣờng truyền sóng ảnh hƣởng rất nhiều đến chất lƣợng MOS cuộc gọi, tỉ lệ rớt cuộc gọi và tỉ lệ thiết lập cuộc gọi. Do vậy việc cải thiện chất lƣợng môi trƣờng truyền sóng sẽ làm tăng chất lƣợng mạng VoLTE.
Để đảm bảo chất lƣợng thoại VoLTE, điểm MOS có giá trị cao, trƣớc hết phải đảm bảo chất lƣợng truyền sóng vô tuyến: ngƣời dùng phải đƣợc phục vụ sóng vô tuyến ở mức cƣờng độ tốt (lớn hơn -95db), và đƣờng truyền IP phải đảm bảo tỉ lệ mất gói thấp:
- Có sự quy hoạch mạng tốt, để đảm bảo không có khu vực nào rơi vào vùng lõm sóng với mật độ trạm phát sóng vừa đủ để hạn chế hiện tƣợng fading, hiện tƣợng nhiễu kênh truyền:
Lên kế hoạch phân bổ tần số vô tuyến: tránh hiện tƣợng tín hiệu của các cell vƣợt quá các cell lân cận.
Độ nghiêng của Anten ảnh hƣởng lớn tới nhiễu cell do vậy cần tính toán chính xác vị trí anten, hƣớng nghiêng của anten để tránh nhiễu. Tính tƣơng thích liên kết quản lý tỉ lệ mất gói bằng việc điều chỉnh tỉ
lệ bit đƣợc truyền trên đƣờng lên hoặc đƣờng xuống dựa trên điều kiện vô tuyến (tỉ lệ nhiễu trên tín hiệu SNR).
- Cung cấp băng thông đủ lớn để không xảy ra hiện tƣợng tắc nghẽn trong thời gian cao điểm;
- Quy hoạch tần số tốt nhất là tại các vùng biên nơi xảy ra hiện tƣợng chuyển giao giữa các kênh (handover), đảm bảo quá trình handover thành công;
- Điện thoại di động hỗ trợ mã và giải mã tốt, đảm bảo chất lƣợng thoại ổn định.
69
Quy trình quy hoạch mạng vô tuyến:
a. Quy hoạch vùng phủ: Quyết định vùng phủ của mỗi trạm gốc.
b. Quỹ đƣờng truyền: Tính toán quỹ đƣờng lên và đƣờng xuống, ƣớc lƣợng suy hao tín hiệu cho phép cực đại (pathloss) giữa di động và trạm gốc. Tổn thất lớn nhất cho phép ta ƣớc lƣợng vùng phủ của cell lớn nhất với mô hình kênh truyền phù hợp. Mối quan hệ quỹ đƣờng truyền chỉ ra hệ thống vô tuyến LTE mới sẽ thực hiện tốt nhƣ thế nào khi nó đƣợc triển khai trong các trạm gốc đã tồn tại của hệ thống GSM và WCDMA.
c. Mô hình truyền sóng: sử dụng mô hình truyền sóng Hata-Okumura. Mô hình truyền sóng Hata-Okumura:
Các biểu thức toán học sử dụng trong mô hình Hata-Okumura để xác định tổn hao trung bình L: Lp=A + Blgfc – 13,82lghb – a(hm) + (44,9 -6,55lghb)lgr + Lother (dB) Trong đó: fc = tần số hoạt động (MHz) Lp = tổn hao trung bình Hb = độ cao anten trạm gốc (m) r: bán kính cell (khoảng cách từ trạm gốc) (km) a(hm): hệ số hiệu chỉnh cho độ cao anten di động (dB) Lother: hệ số hiệu chỉnh theo vùng
a(hm) đƣợc tính nhƣ sau:
- Đối với thành phố nhỏ và trung bình:
a(hm) = (1,11lgfc – 0,7)hm – (1,56lgfc – 0,8) dB
- Đối với thành phố lớn:
a(hm) = 8,29(lg1,54hm)2 – 1,1 dB ; fc ≤ 200 MHz hay:
a(hm) = 3,2(lg11,75hm)2 – 4,97 dB ; fc ≥ 400 MHz
- Đối với vùng ngoại ô: vùng ngoại ô hệ số hiệu chỉnh suy hao so với vùng thành phố là:
70
Lp = Lp(thành phố) – 2[(lg(fc/28))2 –5,4] dB
- Đối với vùng nông thôn:
Lp = Lp(thành phố) – 4,78(lgfc)2 + 18,33(lgfc) -40,49 dB
Công thức tính bán kính cell đối với mô hình Hata:
Rcell = 10(Lp-L)/X Lp = L‟ + X*lgR
L‟ = A + Blgfc – 13,82lghb – a(hm) + Lother X = (44,9 – 6,55lghb)
Sau khi tính đƣợc kích thƣớc cell, dễ dàng tính đƣợc diện tích vùng phủ với 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 đƣợc tính nhƣ sau:
S = K.r2, trong đó S là diện tích vùng phủ, r là bán kính cực đại của cell, K là hằng số.
Các giá trị K sử dụng cho tính toán vùng phủ:
Cấu hình trạm Ommi
(vô hƣớng) 2-sector 3-sector 6-sector
K 2.6 1.3 1.95 2.6
d. Quy hoạch dung lƣợng
Dung lƣợng lý thuyết của mạng bị giới hạn bởi số eNodeB đặt trong mạng. Dung lƣợng của mạng bị ảnh hƣởng bới các yếu tố nhƣ mức can nhiễu, thực thi lập biểu, kỹ thuật mã hóa và điều chế đƣợc cung cấp.
ố ộ ố ộ ữ ệ
ƣợ
Trong đó site capacity là bội số của thông lƣợng cell (cell throughput), nó tùy thuộc vào cấu hình của cell trên site.
Tính toán cell throughput:
Để tính toán cell throughput trƣớc tiên ta xét tốc độ đỉnh (peak bit rate). Tƣơng ứng với mỗi mức MCS (điều chế và mã hóa) cùng với việc có kết hợp
71
MIMO hay không sẽ tạo ra các tốc độ bit đỉnh khác nhau. Tốc độ bit đỉnh đƣợc tính theo công thức:
ố ộ ỉ ố
ố
ố ự
Đối với mỗi loại điều chế khác nhau sẽ mang số bit trên ký tự khác nhau. QPSK mang 2bit/ký tự, 16 QAM mang 4bit/ký tự và 64QAM mang 6bit/ký tự. 2x2 MIMO gấp đôi tốc độ bit đỉnh. QPSK ½ (tốc độ mã hóa ½) mang 1bps/Hz, với 64QAM không sử dụng tốc độ mã hóa và với 2x2 MIMO sẽ mang 12kbps/Hz. Mỗi băng thông chỉ định sẽ có số sóng mang tƣơng ứng cho mỗi băng thông: 72 sóng mang đối với 1.4 MHz, 180 đối với 3 MHz, và đối với băng thông 5 MHz, 15 MHz, 20 MHz tƣơng ứng sẽ là 300,600 và 1200 sóng mang con. Tốc độ đỉnh lý thuyết cao nhất xấp xỉ 170 Mbps sử dụng 64QAM, 2x2 MIMO. Nếu sử dụng 4x2 MIMO, tốc độ đỉnh sẽ gấp đôi là 340 Mbps. Số ký tự trên subframe thƣờng là 14 ký tự tƣơng ứng với mỗi slot là 7 ký tự.
MCS
Kỹ thuật anten sử dụng
Tốc độ bit đỉnh trên sóng mang con/băng thông
72/1.4MHz 180/3.0MHz 300/5.0MHz 600/10MHz 1200/20MHz QPSK1/2 Dòng đơn 0.9 2.2 3.6 7.2 14.4 14QAM1/2 Dòng đơn 1.7 4.3 7.2 14.4 28.8 16QAM3/4 Dòng đơn 2.6 6.5 10.8 21.6 43.2 64QAM3/4 Dòng đơn 3.9 9.7 16.2 32.4 64.8 64QAM4/4 Dòng đơn 5.2 13 21.6 43.2 86.4 64QAM3/4 2x2MIMO 7.8 19.4 32.4 64.8 129.6 64QAM4/4 2x2MIMO 10.4 25.9 43.2 86.4 172.8
Bảng 3-2: Tốc độ bit đỉnh trên sóng mang con ứng với mỗi mức điều chế MCS
Tƣơng ứng với mỗi MCS và tốc độ bit đỉnh là mỗi mức SINR, ta xét trong điều kiện kênh truyền AWGN nên SNR đƣợc dùng thay cho SINR, tốc độ bit đỉnh đƣợc xem nhƣ dung lƣợng kênh. Dựa vào công thức dung lƣợng kênh Shannon:
72 Ta suy ra SNR:
SNR = 2(C1/BW1)-1 (lần)
Trong đó BW1 là băng thông của hệ thống (chả hạn nhƣ 1.4 MHz, 3 MHz…) Thông lƣợng cell đƣợc tính bằng công thức sau:
C=F x BW x log2(1+SNR)
Trong đó BW là băng thông cấu hình chỉ chiếm 90% của băng thông kênh truyền đối với băng thông kênh truyền từ 3-20 MHz. Đối với băng thông kênh truyền 1.4 MHz, hiệu suất sử dụng phổ thấp hơn so với băng thông 3MHz. Băng thông cấu hình đƣợc tính theo công thức sau:
Trong đó:
Nsc là số sóng mang con trong một khối tài nguyên (RB), NSC=12
Ns là số ký tự OFDM trên một subframe. Thông thƣờng là 14 ký tự nếu sử dụng CP thông thƣờng.
Nrb là khối tài nguyên (RB) tƣơng ứng với băng thông hệ thống (băng thông kênh truyền). Chẳng hạn nhƣ đối với băng thông kênh truyền là 1.4 MHz thì sẽ có 6 RB đƣợc phát đi.
Băng thông kênh truyền (MHz)
Số RB chỉ định cho băng thông kênh truyền
Băng thông cấu hình 1.4 6 1.08 3 15 2.7 5 25 4.5 10 50 9 15 75 13.5 20 100 18
Bảng 3-3: Giá trị của băng thông cấu hình tƣơng ứng với băng thông kênh truyền
73 Trong đó:
- Tframe là thời gian của một frame. Có giá trị là 10ms. Mỗi frame bao gồm 10 subframe và mỗi subframe có giá trị là 1ms.
- Tcp là tổng thời gian CP của tất cả các ký tự OFDM trong vòng một frame. Chiều dài khoảng bảo vệ cho mỗi ký tự OFDM là 5.71 µs đối với CP ngắn và 16.67 µs đối với CP dài. Mỗi frame sẽ bao gồm 10 subframe, mỗi subframe lại bao gồm 2 slot mà mỗi slot bao gồm 7 ký tự OFDM. Do đó Tcp sẽ có giá trị là 14x10x5,71=779,4 µs hay 14x10x16,67=2,33 ms
Nghiên cứu của SPIRENT chỉ ra rằng, chất lƣợng MOS đƣợc cải thiện rõ rệt sau khi áp dụng các phƣơng pháp tối ƣu cho phần vô tuyến:
Hình 3-6: Chất lƣợng thoại VoLTE trƣớc và sau khi tối ƣu
Nhƣ đã phân tích ở trên, trễ, độ mất gói hay biến động trễ trong mạng IP là các nguyên nhân gây rớt cuộc gọi thoại VoLTE và làm suy giảm chất lƣợng thoại ảnh hƣởng tới ngƣời dùng dịch vụ. Để khắc phục những nhƣợc điểm gây ra do
74
mạng IP, cần có phƣơng thức để giảm tải các nguyên nhân trên đó là áp dụng MPLS và DiffServ vào mạng IP.
ii. Đánh giá phƣơng án áp dụng mô hình truyền sóng
Mô hình Hata-Okumura chỉ áp dụng với tần số từ 150-1920 MHz. Do vậy việc mô phỏng tính toán vùng phủ với mạng sử dụng tần số trên 2000 MHz thì không sử dụng đƣợc mô hình Hata-Okumura. Mô hình Longley-Rice Model có thể đƣợc sử dụng đối với dải tần trên 2GHz.
Để xây dựng và quy hoạch mạng vô tuyến, sử dụng mô hình Hata-Okumura để mô phỏng vùng phủ: xác định vùng phủ, pathloss để tính toán số lƣợng eNodeB cần thiết cũng nhƣ công suất phát của mỗi eNodeB cho việc phục vụ mạng. Dựa trên các tham số đầu vào của mô hình, các tham số sẽ đƣợc áp dụng trong khi triển khai các eNodeB trên toàn hệ thống để đảm bảo vùng phủ cũng nhƣ tính toán quỹ đƣờng truyền một cách hợp lý và tránh đƣợc việc chồng lấn vùng phủ.
Sau khi triển khai eNodeB trên toàn mạng, tiến hành thực hiện driving-test để tối ƣu hóa lại vùng phủ để tăng chất lƣợng của môi trƣờng truyền sóng.
Việc quy hoạch vùng phủ tốt sẽ giúp làm giảm tác động của môi trƣờng vô tuyến lên chất lƣợng dịch vụ cũng nhƣ giảm chi phí đo kiểm tối ƣu sau triển khai.