1. GIỚI THIỆU
3.4 Phƣơng pháp và cấu trúc
Công cụ định cỡ đƣợc thiết kế để thực hiện tính toán cả định cỡ vùng phủ và lƣu lƣợng để định cỡ cho mạng LTE. Nó thực hiện yêu cầu tính toán, cung cấp số trạm trên cơ sở các ƣớc lƣợng lƣu lƣợng nhƣ kết quả cuối cùng. Excel dựa trên matlab là phần mềm đƣợc lựa chọn để thực hiện cho các công cụ định cỡ. Excel là một ứng dụng bảng tính với các tính năng đặc biệt để thực hiện tính toán và cung cấp một loạt các đồ họa, làm excel trở thành một trong những ứng dụng phổ biến nhất. Động lực để sử dụng Excel là việc tiếp cận dễ dàng và dễ sử dụng. Ý tƣởng thiết kế và phát triển phần mềm này là làm cho nó đơn giản và dễ sử dụng nhất. Mục tiêu này đạt đƣợc bằng cách có sự khác biệt giữa các bộ phận với các chức năng khác nhau. Đầu vào và đầu ra là rõ rang . Tất cả các yếu tố đầu vào đƣợc cho vào sheet của excel và đầu ra tại sheet cuối.
Các tính toán trung gian và công thức chi tiết đƣợc đặt trên một sheet. Điều này cho phép có thể tính toán không cần trực tiếp. Lý tƣởng nhất là chỉ cần thấy đầu vào và đầu ra của sheet. Ngƣời sử dụng có thể nhập tất cả các yếu tố đầu vào trên một sheet và có thể trực tiếp xem kết quả ở sheet cuối.
Bảng tính ( công cụ định cỡ dựa trên excel) đƣợc tách biệt rõ ràng giữa qui hoạch đầu vào, đầu vào hệ thống ( ví dụ nhƣ link và kết quả lớp hệ thống) phần làm việc và kết quả. Nó bao gồm 8 sheet.
● Đầu vào
● Tài nguyên đƣờng truyền vô tuyến
● Tính toán lƣu lƣợng
● Dự báo lƣu lƣợng
● Đầu ra định cỡ
● Phiên bản và lịch sử thay đổi
3.5 Định cỡ đầu vào
Sheet đầu vào gồm tất cả các đầu vào yêu cầu cho quá trình định cỡ mạng LTE. Đầu vào đƣợc nhóm thành 3 cụm:
● Đầu vào hệ thống
● Đầu vào qui hoạch vùng phủ ● Đầu vào qui hoạch lƣu lƣợng
Sheet đầu vào là một phần rất quan trọng trong cấu trúc của công cụ định cỡ. Nó thu thập tất cả các yếu tố đầu vào ở một nơi. Đây là cách tiếp cận hoàn toàn khác biệt khi so sánh với các công cụ định cỡ khác có sẵn cho các hệ thống khác. Đối với công cụng định cỡ khác, rất khó để có thể thu thập tất cả các yếu tố đầu vào tại một nơi. Ngƣời dùng phải chuyển tới phần khác để thay đổi các yếu tố đầu vào. Điều này là gây tốn thời gian và khó sử dụng. Mục đích của việc tách biệt đầu vào là cho phép ngƣời dùng thay đổi định cỡ đầu vào từ một nơi.
Để thực hiện phân tách rõ rang giữa đầu vào, vùng phủ và lƣu lƣợng thì đầu vào đƣợc sắp xếp thành hai cột. Đầu vào hệ thống đƣợc đặt trên đầu trang và đầu vào vùng phủ đƣợc dùng để đánh giá trực tiếp. Điều này cho phép ngƣời dùng kiểm soát đầu ra của phạm vi vùng phủ và lƣu lƣợng độc lập với nhau.
Hệ thống đầu vào bao gồm tần số sóng mang, băng thông kênh, và khu vực triển khai. Đầu vào liên quan tới vùng phủ đƣợc có sẵn trong các công cụ định cỡ là đầu vào RLB và mô hình truyền. Cùng với các tham số đầu vào cho RLB, thì công suất truyền giới hạn của antenna, độ lợi và suy hao... cũng có mặt. Đầu vào
liên quan tới lƣu lƣợng là dự đoán lƣu lƣợng cho từng loại lƣu lƣợng, yếu tố sử dụng và thuê bao theo vùng. Thuê bao theo vùng cho biết tỉ lệ dân số đƣợc phủ bởi mạng của từng khu vực. Có ba vùng đƣợc xem xét đó là đô thị, ngoại ô và vùng nông thôn. Các yếu tố đầu vào này sẽ đƣợc nhà mạng cung cấp cụ thể. Ảnh chụp sheet đầu vào nhƣ dƣới đây:
Hình 3-2 Công cụ định cỡ: Đầu vào vùng phủ
3.6 Định Cỡ Theo Lƣu Lƣợng
Dung lƣợng lý thuyết của mạng bị giới hạn bởi số eNodeB đặt trong mạng. Dung lƣợng của mạng bị ảnh hƣởng bởi các yếu tố nhƣ mức can nhiễu, thực thi lập biểu, kỹ thu ật mã hóa và điều chế đƣợc cung cấp. Sau đây là các công thức dùng đểtính số eNodeB đƣợc tính bởi khía cạnh dung lƣợng.
Số eNodeB=𝑇𝑜à𝑛 𝑏ộ 𝑡ố𝑐 độ 𝑑ữ 𝑙𝑖ệ𝑢 (𝑜𝑣𝑒𝑟 𝑎𝑙𝑙𝑑𝑎𝑡𝑎𝑟𝑎𝑡𝑒 )
𝐷𝑢𝑛𝑔 𝑙ượ𝑛𝑔 𝑠𝑖𝑡𝑒 (𝑠𝑖𝑡𝑒 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡𝑦 ) (48)
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
1 timeslot =0.5ms= 7 kí tự OFDM với normal CP và 6 kí tự OFDM với CP mở rộng.
Trong OFDMA, việc chỉ định số sóng mang con cho ngƣời dùng không dựa vào từng sóng mang con riêng lẻ mà dựa vào các khối tài nguyên (Resource Block).
1RB=12 sóng mang con cho một slot
Khoảng cách 1 sóng mang con là 15 KHz 1 khối RB độ rộng 12x15=180Khz.
Đơn vị nhỏ nhất của tài nguyên là thành phần tài nguyên (RE), nó bao gồm một sóng mang con đối với khoảng thời gian của một ký tự OFDM. Một RB bao gồm 84 RE (tức 7 x12) trong trƣờng hợp chiều dài CP thông thƣờng và 72 RE (6x12) trong trƣờng hợp chiều dài CP mở rộng.
Bảng 3.2 quan hệ giữa băng thông kênh truyền và số sóng mang
Băng thông kênh truyền 1.4 3 5 10 15 20 Số khối tài nguyên 6 15 25 50 75 100 Số sóng mang yêu cầu 72 180 300 600 900 1200
Tốc độ (number of bits in a sub-frame) = 100RBs x 12 sub-carriers x 2 slots x 7 modulation symbols x 6 bits = 100800 bits. Do đó tốc độ dữ liệu là 100.8 Mbps Nếu sử dụng MIMO 4x4 thì tốc độ dữ liệu là 4x108.8=403 Mbps
Nếu sử dụng mã hóa bảo vệ ¾ thì ta có tốc độ bằng 0.75x403= 302 Mbps.
Để tính toán cell throughput trƣớc tiên ta xét tốc độ bit đỉnh (peak bit rate). Tƣơng ứng với mỗi mức MCS (điều chế và mã hóa) cùng với có kết hợp MIMO
hay không sẽ tạo ra các tốc độ bit đỉnh khác nhau. Tốc độ bit đỉnh đƣợc tính theo công thức sau:
Tốc độ bit đỉnh= số lƣợng kí tự/slot . số bit một kí tự . số RB . 12 .2 slot
Đối với mỗi loại điều chế khác nhau sẽ mang số bit trên ký tự khác nhau. QPSK mang 2 bit/ký tự, 16QAM 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 12bps/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 3MHz, và đối với băng thông 5MHz, 15MHz, 20MHz tƣơng ứng sẽ là 300, 600 và 1200 sóng mang con. Tốc độ đỉnh lý thuy ết cao nhất xấp xỉ 170 Mbps sử dụng 64QAM, 2x2 MIMO. Nếu sử dụng 4x4 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.
Bảng 3.3 Tốc độ bit đỉnh trên băng thông theo mô hình điều chế
MCS Kỹ thuật
anten sử dụng
Tốc độ bit đỉnh trên sóng mang con / băng thông 72/1.4 MHz 180/3.0 MHz 300/5.0 MHz 600/10 MHz 1200/20 MHz QPSK1/2 Dòng đơn 0. 9 2. 2 3. 6 7. 2 14. 4 16QAM1/2 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. 0 21. 6 43. 2 86. 4 64QAM3/4 2x2 MIMO 7. 8 19. 4 32. 4 64. 8 129. 6 64QAM4/4 2x2 10. 4 25. 9 43. 2 86. 4 172. 8
MIMO
Tƣơng ứng với mỗi MCS và tốc độ bit đỉnh là mỗi mức SINR, ta xét trong điều kiện kênh truy ền 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:
C1 = BW1 * log2(1+SNR) (49)
Ta suy ra đƣợc SNR :
SNR = 2(C1/BW1)-1 (lần) (50)
Trong đó BW1 là băng thông của hệ thống (chẳng hạn nhƣ 1. 4 MHz, 3MHz…20MHz)
Từ SNR tìm đƣợc ta tính thông lƣợng cell (cell throughput) qua công thức sau:
C = F.BW.log2(1+SNR) (51)
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, băng thông truyền chỉ chiếm 77% của băng thông kênh truyền. Vì vậy triển khai ở 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:
BW=𝑁𝑠𝑐.𝑁𝑠.𝑁𝑟𝑏
𝑇𝑠𝑢𝑏 (51)
Nsc là số sóng mang con trong một khối tài nguyên (RB), Nsc = 12Ns là số ký tự OFDM trên một subframe. Thông thƣờng là 14 ký tựnếu sử dụng CP thông thƣờng.
Nrb là số 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.
Hình 3.3 Quan hệ giữa băng thông kênh truyền và băng thông cấu hình
Tính toán overalldatarate
Overalldatarate đƣợc tính toán theo công thức sau:
Overalldatarate = Số user x Tốc độ bit đỉnh x Hế số OBF (52) Với hệ số OBF = 20
Bảng 3.4 Giá trị của băng thông cấu hình tương ứng với băng thông kênh truyền
Băng thông kênh truy ền (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
F là hệ số sửa lỗi, F đƣợc tính toán theo công thức sau F= 𝑇𝑓𝑟𝑎𝑚𝑒 −𝑇𝑐𝑝 𝑇𝑠𝑢𝑏 x 𝑁𝑠𝑐. 𝑁 𝑠 2 −4 𝑁𝑠𝑐.𝑁 𝑠 2 (53)
Trong đó:Tframe là thời gian của một frame. Có giá trị là 10 ms. 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. 33ms. Suy ra: F=10−0.7794 1 x 12.7𝑥 14 2 −4 12.7𝑥 14 2 = 8.8 (54)
đối với CP dài Và F=10−2.33 1 x 12.7𝑥 14 2 −4 12.7𝑥 14 2 (55)
Các thông số đầu vào của tính toán dung lƣợng tại một phần tử mạng (eNobeB):
Băng thông: dựa trên cấu hình đƣợc sử dụng và băng thông cung cấp ta tính đƣợc các chi phí tổn hao băng thông và đƣa ra băng thông kh ả dụng.
Hiệu suất sử dụng băng thông: Với cấu hình MIMO nhất định ta xác định đƣợc hiệu suất băng thông tƣơng ứng.
Các thông số đầu ra:
● Từ dung lƣợng tại một phần tử tác xác định đƣợc số lƣợng đầu cuối có thể đáp ứng đồng thời (dựa trên tốc độ số liệu yêu cầu Rsub và tải trung bình Lbh …) ● Với ƣớc lƣợng ngƣời dùng ta tính đƣợc số site cần lắp đặt.
● Ta tính đƣợc dung lƣợng tổng cần đáp ứng (số site*dung lƣợng site eNodeB) Nsub= 𝐶𝑐𝑎𝑝 .𝐿𝐵𝐻 𝑁𝑠𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 . 𝑅𝑠𝑢𝑏 𝑂𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 (56) Nsite= 𝑁𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑁𝑠𝑖𝑡𝑒 Từ đó ta có Ccap= 𝑁𝑠𝑢𝑏.𝑁𝑠𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 .𝑅𝑠𝑢𝑏 𝐿𝐵𝐻.𝑂𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 (57) LBH Tải trung bình
RBH Tốc độ số liệu yêu cầu AbhTốc độ số liệu giờ cao điểm Ofactor Hệ số đăng kí vƣợt quá Nsector Đoạn ô trên một site Số thuê bao đồng thời
Ntotal Số ngƣời dùng cần phục vụ Nsite Số site
Nsub Số thuê bao có thể quản lý
Bảng tính tại dòng 1 ta có thể tính số site, số thuê bao dựa trên các yêu cầu của ngƣời dùng: Với dung lƣợng ô là 35 Mbps, tốc độ dự liệu yêu cầu Rsub biến đổi (ví dụ =3), tốc độ số liệu giờ cao điểm Abh-user= 50kbps, hệ số đăng ký vƣợt quá 20 và có 3 đoạn ô trên 1 site ta có thể áp dụng vào bảng tính và cho kết quả nhƣ sau: ● Số thuê bao dùng đồng thời với tốc độ 3M là: 12
● Số thuê bao dùng đồng thời tại giờ cao điểm là: 350 ● Số site cần dùng để đáp ứng 10000 ngƣời là: 29
Bảng tính dòng 2 ta tính đƣợc dung lƣợng và số site. Với tốc độ dự liệu yêu cầu Rsub biến đổi (ví dụ =3), tốc độ số liệu giờ cao điểm Abh-user= 50kbps, hệ số đăng ký vƣợt quá 20, số thuê bao đáp ứng vào giờ cao điểm là 500 và có 3 đoạn ô trên 1 site ta có thể áp dụng vào bảng tính và cho kết quả nhƣ sau:
● Dung lƣợng ô: 50 Mbps
● Số thuê bao dùng đồng thời với tốc độ 3M là: 16 ● Số site cần dùng để đáp ứng 8000 ngƣời là: 20
Trên đây là các ví dụ minh họa cho việc tính toán dung lƣợng khi biết các đầu vào, hay số thuê bao có thể phục vụ, số site trên một vùng.
Ta phân thành 2 giai đoạn để ƣớc lƣợng các giá trị: - Giai đoạn 1: mới triển khai, yêu cầu dịch vụ chƣa lớn.
- Giai đoạn 2: yêu cầu dịch vụ cao hơn, số lƣợng thuê bao tăng Thiết kế giai đoạn 1 cho khu vực Hoàng Mai Hà Nội:
Giai đoạn 1 thiết kế cho các phƣờng Định Công, Đại Kim, Giáp Bát, Hoàng Liệt, Thanh Trì và Trần Phú.
Sử dụng điều chế 64 QAM do khoảng cách tới thuê bao ngắn yêu cầu của đầu cuối cao.
+ Hệ thống MIMO áp dụng có cấu hình 2x2. + Tốc độ số liệu yêu cầu của thuê bao là 1Mbps. + Nsector= 1,2,3
+ Băng thông sử dụng 20M Sử dụng công thức : Nsub= 𝐶𝑐𝑎𝑝 .𝐿𝐵𝐻 𝑁𝑠𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 . 𝑅𝑠𝑢𝑏 𝑂𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 Ta có bảng sau:
Tính toán số thuê bao dựa vào dung lƣợng ô có sẵn ta có với dung lƣợng 30Mbps, tốc dộ yêu cầu giờ cao điểm 50kbps, đoạn ô có 3 sector, tải trung bình giờ cao điểm là 50%. Ta tính đƣợc số thuê bao site có thể truy nhập đồng thời là 1050, tƣơng tự với các điều kiện trên nhƣng với Rsub= 1,2Mbps ta tính đƣợc số thuê bao đƣợc đồng thời giờ cao điểm là 525.
Tính toán dung lƣợng dựa trên lƣợng thuê bao truy nhập, ta xét 3 trƣờng hợp số thuê bao nhƣ bảng với số sector 1,2,3. Với các điều kiện nhƣ vậy ta tính đƣợc dung lƣợng ô và số lƣợng site yêu cầu nhƣ bảng.
Giai đoạn 2:
Vùng trung tâm với mật độ thuê bao lớn và yêu cầu dịch vụ cao:
+Hệ thống MIMO áp dụng có cấu hình 2x2.
Với loại vùng này chúng ta nên sử dụng kiểu điều chế 64QAM do khoảng cách đến thuê bao ngắn, mức độ yêu cầu của đầu cuối cao.
+Tốc độ số liệu yêu cầu của thuê bao là 3Mbps. + Nsector= 1,2,3
+ Băng thông sử dụng 20M
Với nhu cầu về các dịch vụ ngày càng tăng cùng với việcphát triển lƣợng đầu cuối nội vùng thì số thuê bao truy cập vào site đƣợc đáp ứng giảm chính vì vậy ta phải tăng số site tại vùng đó, theo tính toán với cùng một vùng tại giai đoạn 1 số site phải triển khai là 9 thì giai đoạn 2 đã là 15.
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
Chƣơng này trình bày tóm tắt kết quả công việc. Nó đƣa ra một bản tóm tắt công việc thực hiện và kết quả cuối cùng. Những đề xuất để tiếp tục nghiên cứu cũng đƣợc đề cập trong chƣơng này.
KẾT LUẬN
Để duy trì lợi thế cạnh tranh của mình của các mạng di động trong tƣơng lai, 3GPP đã bắt đầu làm việc trên công nghệ LTE. LTE là công nghệ gói tối ƣu dành cho truy nhập vô tuyến với độ trễ thấp và băng thông lớn. Việc này dựa trên việc định cỡ của mạng LTE. Trong quá trình nghiên cứu này mô hình và công cụ cho định cỡ LTE đƣợc phát triển. Ƣớc lƣợng vùng phủ và lƣu lƣợng đƣợc thực hiện. Tài nguyên liên kết vô tuyến đƣợc tính toán để qui hoạch vùng phủ và các yếu tố khác nhau ảnh hƣởng tới RLB. Việc hiện thực tính toán đƣợc đƣa vào bảng công cụ excel. Nó đƣợc giữ cho giao diện đơn giản và thiết lập bộ phận chức năng phân biệt rõ ràng. Sản phẩm cuối cùng đó là số lƣợng trạm hay tế bào cần thiết để