4.1.1.Lưu đồ thuật toán tổng quát
Sai Bắt đầu Thực hiện tính toán Kiểm tra thông số nhập Đúng In kết quả Kết thúc Nhập các thông số yêu cầu
4.1.2.Lưu đồ thuật toán chi tiết Bắt đầu - Tính bán kính Cell - Tính diện tích Cell In kết quả Kiểm tra thông số nhập Sai Đúng Kiểm tra thông số nhập Sai Đúng
Tính suy hao đường truyền cho phép đối với vùng phủcủa cell In kết quả Nhập các thông số truyền sóng (chọn mô hình truyền sóng Walfisch-Ikegami cho Tp nhỏ và trung bình) Nhập: - Thông số truyền dẫn - Thông số trạm BTS - Thông số trạm MS
Sai Thực hiện tính tổng lưu lượng Erlang Kiểm tra thông số nhập Đúng In kết quả Kết thúc Nhập các thông số lưu lưọng
4.2. Kết quả chương trình 4.2.1.Giao diện chính
4.2.2.Tính suy hao đường truyền :
Để xác định vùng phủ cực đại của ô nhà thiết kế phải tính toán tổn hao
đường truyền cực đại cho phép đảm bảo cường độ tín hiệu phù hợp ở biên giới ô cho chất lượng tiếng chấp thuận trên 90% vùng phủ. Tổn hao đường truyền cho phép là hiệu số giữa công suất phát xạ hiệu dụng của máy phát và cường độ tín hiệu tối thiểu cần thiết ở máy thu cho chất lượng tiếng chấp thuận. Các thành phần xác định tổn hao đường truyền được gọi là quỹ năng lượng đường truyền.
Để tính tổn hao cực đại cho phép ta sử dụng công thức sau :
Lp = D – O + P – Q – R – S + T-U Trong đó:Lp : Tổn hao đường truyền cho phép.
D : Chỉ số EIRP của trạm di động (D = A - C ). A : Công suất trạm di động.
C : Tổn hao cơ thể.
O : Độ nhạy trạm gốc thu (O = K – M + N). K : Tổng số nhiễu và tạp âm ảnh hưởng (K = I + J). I : Công suất tạp âm trạm gốc thu (I = G + 10ln(H)). G : Mật độ tạp âm trạm gốc thu (G = E + F). E : Mật độ tạp âm nhiệt. F : Hệ số tạp âm trạm gốc thu. H,L : Tốc độ Chip và tốc độ bit J: Độ dự trữ nhiễu. M : Độ lợi xử lý (M = 10ln(H/L)).
N : Eb/N0 Cần thiết (Độ dự trữ cần thiết của Angten phát BS). P : Độ lợi Angten trạm gốc.
Q : Tổn hao cáp Anten trạm gốc.
R : độ dự trữ fading log chuẩn (phụ thuộc vào xác suất vùng phủ). S : Tổn hao trong xe.
T : Độ lợi chuyển giao mềm
4.2.3. Tính kích thước Cell :
Hầu hết các công cụ truyền sóng sử dụng một dạng biến đổi của mô hình Hata. Mô hình Hata là quan hệ thực nghiệm được rút ra từ báo cáo kỹ thuật của Okumura cho phép sử dụng các kết quả vào các công cụ tính toán. Suy hao đường truyền sóng giữa hai anten đẳng hướng Lp (dB) được tính như sau :
• Vùng thành phố
Lp= 69,55+26,16.lgfc –13,28.lghb – a(hm) + (44,9-6,55.lghb).lgR (dB) Trong đó :fc : Tần số hoạt động (MHz).
hb : Chiều cao anten trạm gốc (m). hm: Chiều cao anten trạm di động (m)
a(hm) : Hệ số hiệu chỉnh cho độ cao anten di động (dB) R : Bán kính ô (Km).
Phạm vi áp dụng cho mô hình Hata là :
hb 200m hm 10m 1 R 20Km
Hệ số hiệu chỉnh a(hm) được tính như sau:
Đối với thành phố lớn : a(hm) = 8,29.(lg1,54hm)2 - 1,1 (dB) với fc 200MHz a(hm) = 3,2.(lg11,75hm)2 - 4,97 (dB) với fc 400MHz Đối với thành phố nhỏ và trung bình : a(hm) = (1,1.lgfc – 0,7).hm –(1,56.lgfc –0,8) (dB) Như vậy bán kính ô được tính : • Vùng ngoại ô
Lno = Lp + 2. (dB)
• Vùng nông thôn
Với vùng nông thôn hệ số hiệu chỉnh suy hao so với vùng thành phố là : Lnt = Lp + 4,78.(lgfc)2 - 19,33.(lgfc) + 40,49 (dB)
Mô hình Walfsch – Ikegami
Mô hình này được sử dụng đểđánh giá suy hao đường truyền ở môi trường thành phố cho hệ thống thông tin di động tổ ong.
Mô hình này chứa các phần tử : suy hao không gian tự do (Lf), suy hao do mái nhà vì hiện tượng nhiễu xạ, tán xạ (Lrts), suy hao nhiều màn chắn (nhiều dãy phố) (Lms). Suy hao đường truyền sóng gồm 3 thành phần : Lcp = Lf + Lrts + Lms
Với suy hao không gian tự do được xác định như sau :
Trong đó : fc : Tần số hoạt động. R : Bán kính cell.
Suy hao do mái nhà vì hiện tượng nhiễu xạ, tán xạđược tính :
Trong đó :
W : Độ rộng phố.
: Góc đến so với trục phố
hr : Chiều cao mái nhà.
hm : Chiều cao anten trạm di động. hm = hr - hm (m); hb = hb - hr (m) Thành phần suy hao nhiều màn chắn Lms :
Trong đó :b: Khoảng cách giữa các dãy nhà chắn đường truyền sóng (m) , hb là độ cao anten BS.
Lbsh : Thông số hiệu chỉnh phụ thuộc chiều cao anten BS so với mái. , ka : Hệ số hiệu chỉnh đối với anten thấp.
kd : Hệ số hiệu chỉnh đối với nhiễu xạ nhiều màn chắn. với thành phố lớn.
kf : Hệ số hiệu chỉnh đối với nhiễu xạ phụ thuộc tần số. với thành phố trung bình.
Mô hình Hata bỏ qua ảnh hưởng của độ rộng phố, nhiễu xạ phố và các suy hao tán xạ còn mô hình Walf – Ikegami có xét đến các ảnh hưởng này nên bán kính cell tính theo mô hình Hata lớn hơn so với mô hình Walf ở cùng một suy hao cho phép.
4.2.4. Tính dung lượng kênh :
Trong thông tin di động thế hệ ba, các thuê bao được chia sẽ cùng nguồn tài nguyên ở giao diện vô tuyến nên không thể phân tích chúng riêng rẽ. Các thuê bao ảnh hưởng lẫn nhau nên công suất phát buộc phải thay đổi, sự thay đổi này lại gây ra các thay đổi khác vì vậy toàn bộ quá trình dự tính phải được thực hiện lặp cho đến khi công suất phát ổn định. Ngoài công suất phát, các thông số khác như tốc độ MS, dạng kênh đa đường, tốc độ bit và các kiểu dịch vụđược sử dụng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc quy hoạch mạng di động thế hệ ba.
Trong quá trình quy hoạch hệ thống GSM, độ nhạy của BS và ngưỡng vùng phủ được coi là không đổi cho từng trạm và quy hoạch chi tiết chủ yếu tập trung lên quy hoạch vùng phủ. Trong W-CDMA độ nhạy của BS phụ thuộc vào số lượng người sử dụng và tốc độ bit ở tất cả các ô, vì thế nó mang đặc thù ô, dịch vụ. Vì vậy, ta cần phân tích dung lượng và quy hoạch nhiễu chi tiết hơn. Trong hệ thống W-CDMA, nhiễu giao thoa từ các ô khác ảnh hưởng lớn đến dung lượng ô. Nếu số người sử dụng ở các ô xung quanh ô đặ thù giảm, nhiễu giao từ các ô xung quang sẽ giảm và dung lượng ô đặc thì tăng. Khái niệm này là dung lượng mềm trong CDMA để phân biệt với dung lượng cứng ở GSM.
Nếu dung lượng bị chặn cứng, nghĩa là bị giới hạn bởi phần cứng thì có thể
tính dung lượng Erlang theo mô hình Erlang B. Nếu dung lượng cực đại bị
giới hạn bởi nhiễu ở giao diện vô tuyến thì dung lượng này được xác định theo dung lượng mềm, vì không có tồn tại một giá trị duy nhất cố định cho dung lượng cực đại.Để tính toán dung lượng, ta sử dụng một số định nghĩa sau :
- Đơn vị lưu lượng Erlang : Một đơn vị lưu lượng Erlang là một mạch thông tin hoạt động trong một giờ.
- Cấp phục vụ (GOS) : Đại lượng biểu thị số % cuộc gọi không thành công
đối với hệ thống tiêu hao còn trong hệ thống đợi GOS là số % thuê bao thực hiện sự gọi trở lại.
- Hệ thống thông tin hoạt động theo kiểu tiêu hao : Giả thiết về hệ thống mà các thuê bao không hề gọi lại khi cuộc gọi không thành công.
- Hệ thống thông tin hoạt động theo kiểu đợi : Giả thiết về hệ thống mà các thuê bao sẽ kiên trì gọi lại cho đến khi thành công.
Lưu lượng của một thuê bao A được tính theo công thức sau :
Trong đó :
A : Lưu lượng của thuê bao.
n : Số trung bình các cuộc gọi trong một giờ. T : Thời gian trung bình của một cuộc gọi (s).
Theo số liệu thống kê đối với mạng di động thì n = 1, T = 210s.
Trong mạng WCDMA, dung lượng của mổi ô phụ thuộc vào hệ số tải của ô η. Vì mạng WCDMA hổ trợ việc truyền không đối xứng ởđường lên và
đường xuống nên dung lượng ở đường lên và đường xuống khác nhau. Vì thế
ta cần tính cho dung lượng đường lên và đường xuống.
Hệ số tải của ô cũng ảnh hưởng đến độ dự trữ nhiểu giao thoa được tính trong công thức suy hao đường truyền :
MT = dB
MT: Độ dự trữ nhiễu giao thoa. : Hệ số tải đường lên
Để tính toán số kênh trung bình trong một ô ở đường lên ta dùng công thức:
: Hệ số nhiễu từ các ô khác. K: Số kênh trung bình trong một ô.
: Tỷ số tín hiệu trên nhiễu. v : Hệ số tích cực tiếng
v = 0,67 : với dịch vụ thoại v = 1 : với dịch vụ số liệu
Ở đường xuống số kênh trung bình trong một ô sẽ lớn hơn ở đường lên do có sự tham gia của hệ số trực giao ( ).
số kênh này được tính theo công thức:
: Hệ số tải đường xuống.
Để tính toán ta chọn:
Sau khi tính được K tra bảng Erlang B ta được dung lượng chặn cứng (Cp). Hiệu suất sử dụng trung kế : Hp= Cp/k.
Ta có tổng số kênh góp chung (bao gồm các kênh trong ô và các kênh gây nhiễu từ các ô khác):
Tp = K(1+ )
Tra bảng Erlang B với Tp ta được dung lượng chung (Cc). Dung lượng chặn mềm sẽ là:
Cm = Cc/(1+ ) Vậy dung lượng mềm sẽ là: Cml = (Cm / Cp) – 1
Vì dung lượng đường xuống lớn hơn đường lên nên ta chon giới hạn cố thuê bao phục vụ sẽ do đường lên.
Số thuê bao phục vụ trong một ô: Tpv = Cm / A
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
Trước sự bùng nổ về nhu cầu truyền thông không dây cả về số lượng, chất lượng và các loại hình dịch vụ, công nghệ GSM đang được phát triển để có thể
hỗ trợ và đáp ứng. Tuy nhiên, tốc độ của mạng GSM hiện thời vẫn còn quá chậm và không đáp ứng được, điều này đòi hỏi các nhà khai thác phải có được công nghệ truyền thông không dây nhanh hơn và tốt hơn. Việc sử dụng hệ thống chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD) sẽ nâng được tốc độ dữ liệu trên mạng GSM lên đến 57.6KBps, tuy nhiên công nghệ này vẫn chưa đáp ứng thích đáng yêu cầu về mặt kỹ thuật. Giải pháp GPRS, EDGE trên mạng GSM và sau đó nâng cấp lên W-CDMA là một giải pháp khả thi và thích hợp với các nước đang phát triển như nước ta vì có thể tận dụng được cơ sở hạ tầng mạng GSM đồng thời có quỹ đầu tưđể tiến lên 3G.
Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS tạo ra tốc độ cao chủ yếu nhờ vào sự kết hợp các khe thời gian, tuy nhiên kỹ thuật này vẫn dựa trên phương thức điều chế
GMSK nên hạn chế tốc độ truyền. Giải pháp dịch vụ vô tuyến gói chung nâng cao EDGE đã khắc phục được hạn chế này bằng cách thay thế phương thức điều chế GMSK bằng 8PSK, điều này giúp nâng cao tốc độ của mạng GPRS lên 2
đến 3 lần. Khó khăn chủ yếu liên quan đến các kỹ thuật vô tuyến trên máy đầu cuối do việc thay đổi kỹ thuật điều chế. Tuy nhiên EDGE là vẫn hoạt động dựa trên trên cơ sở chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói hạn chế ở tốc độ
384KBps nên sẽ khó khăn trong việc ứng dụng các dịch vụ đòi hỏi việc chuyển mạch linh động hơn và tốc độ truyền dữ liệu lớn hơn. Lúc này giải pháp đưa ra là nâng cấp lên hệ thống WCDMA. Việc nâng cấp các hệ thống thông tin di động lên thế hệ ba có thể đáp ứng được các yêu cầu hiện tại. Trong tương lai, khi mà công nghệ 3G không đáp ứng được yêu cầu thì công nghệ thông tin di động thế
thông tin di động thế hệ tư là thay đổi phương pháp đa truy cập kinh điển bằng các phương pháp đa truy cập cho hiệu suất cao hơn như phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA), đa truy cập phân chia theo cơ hội (ODMA)...
Trong khuôn khổ đề tài em tìm hiểu tổng quát giải pháp nâng cấp mạng GSM lên W-CDMA. Do có nhiều chuẩn nâng cấp cũng như nhiều giải pháp nâng cấp của các tập đoàn viễn thông khác nhau nên đề tài chỉ đưa ra được những bước cơ bản nhất trong lộ trình nâng cấp về kiến trúc hệ thống và kỹ thuật vô tuyến số trên cơ sở lý thuyết mà không thể đi sâu vào các giải pháp chi tiết.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, CDMAONE và CDMA 2000. NXB Bưu Điện, Hà Nội, 2003.
[2] TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin di động thế hệ ba. NXB Bưu Điện, Hà Nội, 2001.
[3] TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Lý thuyết trải phổ và ứng dụng. NXB Bưu
Điện, Hà Nội, 2000.
[4] TS. Đặng Đình Lâm. TS. Chu Ngọc Anh, Hệ thống thông tin di động 3G và xu thế phát triển. NXB Bưu Điện, Hà Nội, 2003.
Tiếng Anh
[5] Lucent Technologies, CDMA 2000 Evolution. 2003.
[6] CDMA RF System Engineering,(1998), Artech House
[7] Global Engineering Documents-USA, (1999), TIA/EIA-95-B
[8] Keiji Tachikwa, (2002), W-CDMA Mobile Communications System, John Wiley & Sons LTD
[9] NEC , (2001) , Radio Network Planning For CDMA Systems [10] NEC , (2001), W-CDMA introduction
[11] Trang web www.IMT-2000.org, (2002), IMT-2000 Project [12] Trang web www.siemems.com