Chương 4 QUY HOẠCH MẠNG Vễ TUYẾN WCDMA
4.2Định cỡ mạng.
Định cỡ mạng vụ tuyến WCDMA là một quỏ trỡnh quy hoạch ban đầu nhờ đú mà cấu hỡnh của mạng và tổng cỏc thiết bị mạng được tớnh toỏn, dựa vào cỏc yờu cầu của nhà vận hành mạng. Cỏc yờu cầu của nhà vận hành mạng liờn quan đến cỏc đặc điểm sau:
Vựng phủ:
- Vựng phủ súng.
- Thụng tin về loại vựng phủ súng. - Điều kiện truyền súng.
- Phổ sẵn cú.
- Dự đoỏn sự tăng trưởng số thuờ bao. - Thụng tin mật độ lưu lượng.
Chất lượng dịch vụ (QoS):
- Xỏc suất vị trớ cỏc vựng (khả năng phủ súng). - Xỏc suất nghẽn.
- Thụng lượng người sử dụng đầu cuối.
Mục tiờu của pha định cỡ mạng là tớnh toỏn mật độ site và cấu hỡnh site yờu cầu cho cỏc vựng phủ quan tõm. Cỏc hoạt động quy hoạch mạng truy nhập mạng vụ tuyến RAN bao gồm: Tớnh toỏn quỹ liờn kết vụ tuyến (RLB), phõn tớch vựng phủ, đỏnh giỏ dung lượng và cuối cựng là tớnh toỏn cho tổng số cỏc thiết bị phần cứng trạm gốc, cỏc site và bộ điều khiển mạng vụ tuyến (RNC), cỏc thiết bị tại cỏc giao diện khỏc nhau và phần tử mạng lừi (như là cỏc vựng chuyển mạch kờnh và cỏc vựng chuyển mạch gúi ).
Cỏc hoạt động cụ thể của định cỡ mạng WCDMA bao gồm: 4.2.1 Phõn tớch vựng phủ.
Quỏ trỡnh phõn tớch vựng phủ vụ tuyến thực hiện khảo sỏt cỏc địa điểm cần phủ súng
và kiểu vựng phủ cần cung cấp cho cỏc địa điểm này. Cỏc loại vựng phủ thụng thường như: cỏc vựng thương mại, cỏc vựng dõn số cú mật độ dõn số cao, và cỏc đường cao tốc chớnh. Do vậy cần phải cú cỏc thụng tin về cỏc vựng cần phủ súng. Cỏc thụng tin cú thể dựa trờn bản đồ như: mật độ dõn cư, vựng đú là thành phố, ngoại ụ, nụng thụn, vựng nào là khu thương mại, khu cụng nghiệp…
Mục đớch của quỏ trỡnh khảo sỏt này bao gồm:
• Để đảm bảo cung cấp một dung lượng phự hợp cho cỏc vựng này
• Biết được đặc điểm truyền súng của vựng để xỏc định mụi trường truyền súng vỡ mỗi mụi trường sẽ cú tỏc động trực tiếp đến mụ hỡnh truyền súng.
Phụ thuộc vào kiểu mụi trường mà cú thể cú cỏc mức phủ súng khỏc nhau. Vớ dụ: đối với cỏc vựng ngoại ụ và thành thị thỡ cung cấp cỏc vựng phủ trong nhà. Tuy nhiờn, đối với cỏc vựng cú đường cao tốc thỡ chỉ cần đến vựng phủ trong xe. Cũn cỏc vựng phủ khỏc thỡ chỉ cần cung cấp cỏc vựng phủ ngoài trời. Đối với cỏc hệ thống GSM khảo sỏt cỏc nhõn tố này đó cú thể bắt tay vào thiết kế. Nhưng đối với cỏc hệ thống WCDMA thỡ cần phải xem xột thờm kiểu dịch vụ sẽ cung cấp hoặc cú sẵn trong vựng.
Cỏc thụng tin về vựng phủ sẽ được dựng để chuẩn bị quy hoạch vựng phủ ban đầu. Trước khi quy hoạch vựng phủ cần phải quan tõm đầu tiờn đến quỹ đường truyền vụ
tuyến. Quỹ đường truyền vụ tuyến đặc trưng cho từng loại dịch vụ, tức là mỗi loại dịch vụ yờu cầu một quỹ đường truyền nhất định đảm bảo đỏp ứng cỏc yờu cầu đặt ra.
4.2.1.1 Tớnh toỏn quỹ đường truyền vụ tuyến.
Cũng giống như cỏc hệ thống thụng tin di động tế bào khỏc, quỹ đường truyền trong hệ thống WCDMA dựng để tớnh toỏn suy hao đường truyền cho phộp lớn nhất để tớnh toỏn vựng phủ (tớnh bỏn kớnh cell ) của một trạm gốc và trạm di động. Cỏc thành phần để tớnh suy hao cho phộp lớn nhất của tớn hiệu từ trạm phỏt đến trạm thu gọi là quỹ đường truyền (chỳ ý: đối với đường lờn mỏy phỏt là MS, mỏy thu là BS; đối với đường xuống: mỏy phỏt là BS, mỏy thu là MS). Quỹ đường truyền tổng quỏt cho cả đường lờn và đường xuống bao gồm cỏc thành phần sau:
(a1). Cụng suất mỏy phỏt trung bỡnh trờn một kờnh lưu lượng (dBm) : là giỏ trị trung bỡnh của cụng suất phỏt tổng trờn một chu trỡnh truyền dẫn với cụng suất phỏt cực đại lỳc bắt đầu phỏt.
(a2). Cụng suất mỏy phỏt cực đại trờn một kờnh lưu lượng (dBm): cụng suất tổng cộng tại đầu ra của mỏy phỏt cho một kờnh lưu lượng đơn.
(a3).Cụng suất mỏy phỏt tổng cộng cực đại (dBm): tổng cụng suất phỏt cực đại của tất cả cỏc kờnh.
(b). Tổn hao do ghộp, giắc cắm và do cỏp(mỏy phỏt) (dB): suy hao tổng cộng của tất cả cỏc thành phần của hệ thống truyền dẫn giữa đầu ra của mỏy phỏt và đầu vào anten. (c). Tăng ớch anten phỏt (dBi): tăng ớch cực đại của anten phỏt trong mặt phẳng ngang (xỏc định theo dB so với một vật phỏt xạ đẳng hướng).
(d1). EIRP của mỏy phỏt trờn một kờnh lưu lượng (dBm): tổng cụng suất đầu ra mỏy phỏt cho một kờnh(dBm), cỏc suy hao do hệ thống truyền dẫn (-dB), và tăng ớch anten mỏy phỏt (dBi) theo hướng bức xạ cực đại.
(d2). EIRP của mỏy phỏt: tổng của cụng suất mỏy phỏt của tất cả cỏc kờnh (dBm), cỏc suy hao do hệ thống truyền dẫn (-dB), và tăng ớch anten phỏt (dBi).
(e). Tăng ớch anten thu (dBi): tăng ớch tối đa của anten thu trong mặt phẳng ngang; nú được xỏc định theo dB so với một vật phỏt xạ đẳng hướng.
(f). Tổn hao do bộ chia, đầu nối và do cỏp (Mỏy thu) (dB): bao gồm cỏc tổn hao của tất cả cỏc thành phần trong hệ thống truyền dẫn giữa đầu ra của anten thu và đầu vào của mỏy thu .
(g). Hệ số tạp õm mỏy thu (dB): hệ số tạp õm của hệ thống thu tại đầu vào mỏy thu. (h) (H). Mật độ tạo õm nhiệt, N0(dBm/Hz): cụng suất tạp õm trờn một Hz tại đầu vào mỏy thu. Lưu ý rằng (h) là đơn vị logarit cũn (H) là theo đơn vị tuyến tớnh.
(i) (I). Mật độ nhiễu mỏy thu I0 (dBm/Hz): cụng suất nhiễu trờn một Hz tại đầu vào mỏy thu. Nú tương ứng với tỷ số cụng suất nhiễu trong dải trờn độ rộng băng tần. Lưu ý (i) là theo đơn vị logarit và (I) theo đơn vị tuyến tớnh. Mật độ nhiễu mỏy thu I0 đối với đường xuống là cụng suất nhiễu trờn một Hz tại mỏy thu MS ở biờn giới vựng phủ súng, trong một cell phớa trong.
(j): Mật độ tạp õm nhiễu hiệu dụng tổng cộng (dBm/Hz): tổng logarit của mật độ tạp õm mỏy thu và hệ số tạp õm mỏy thu cộng số học với mật độ nhiễu mỏy thu.
(k). Tốc độ thụng tin (10log10(Rb)) (dBHz): tốc độ bit của kờnh theo (dBHz); việc lựa chọn Rb phải phự hợp với cỏc giả thiết Eb.
(l). Tỷ số Eb/(N0+I0) yờu cầu (dB): tỷ số giữa năng lượng thu được của một bớt thụng tin trờn mật độ cụng suất nhiễu và tạp õm hiệu dụng cần thiết để thoả món được cỏc mục tiờu về chất lượng.
(m). Độ nhạy mỏy thu (j+k+l) (dBm): mức tớn hiệu cần đạt được tại đầu vào mỏy thu để cú được tỷ số Eb/(N0+I0) yờu cầu.
(n). Độ lợi/ Suy hao chuyển giao (dB): độ lợi/suy hao (±) do việc chuyển giao để duy trỡ độ tin cậy cụ thể tại biờn giới cell.
(o). Tăng ớch (độ lợi) phõn tập (dB): tăng ớch hiệu dụng đạt được nhờ sử dụng cỏc kỹ thuật phõn tập. Nếu tăng ớch phõn tập đó được gộp trong Eb/(N0+I0), thỡ nú sẽ khụng được đưa thờm ở đõy.
(o’). Cỏc tăng ớch khỏc (dB): cỏc tăng ớch phụ, vớ dụ như đa truy nhập phõn tập theo khụng gian cú thể tạo thờm tăng ớch anten.
(p). Độ dự trữ phadinh chuẩn Log (dB): được xỏc đinh tại biờn giới cell đối với cỏc cell riờng lẻ ứng với độ dự trữ yờu cầu để cung cập xỏc suất phủ súng xỏc định trờn cỏc cell riờng lẻ.
(q). Suy hao đường truyền tối đa (dB):suy hao tối đa để cho phộp để mỏy thu cú thể thu được tớn hiệu từ mỏy phỏt tại biờn giới cell. Suy hao tối đa=d1–m+(e-f)+o+o’+n-p
(r). Bỏn kớnh tối đa, Rmax (km): được tớnh toỏn cho mỗi hoàn cảnh triển khai, nú được xỏc định bằng bỏn kớnh ứng với suy hao tối đa.
Trong WCDMA, cú một số cỏc thụng số đặc biệt trong quỹ đường truyền mà khụng được sử dụng trong hệ thống truy nhập vụ tuyến của GSM, đú là:
Độ dữ trữ nhiễu
Độ dữ trữ nhiễu là một hàm số của tổng cộng tải trong cell. Tải của cell và hệ số tải tỏc động nờn vựng phủ, nờn cần phải cú độ dự trữ nhiễu. Nếu cho phộp tải trong hệ thống càng lớn, độ dữ trữ nhiễu cần thiết cho đường lờn càng lớn và vựng phủ càng nhỏ. Giỏ trị tải tổng cộng cú ảnh hưởng trực tiếp đến vựng phủ cell và vỡ thế mà ảnh hưởng giỏn tiếp đến chất lượng của cỏc dịch vụ. Đối với cỏc trường hợp giới hạn vựng phủ cần một độ dự trữ nhiễu nhỏ hơn, cũn đối với trường hợp giới hạn dung lượng thỡ sử dụng độ dữ trữ nhiễu lớn hơn. Trong trường hợp giới hạn vựng phủ, kớch cỡ cell bị giới hạn bởi giỏ trị suy hao lớn đường truyền lớn nhất cho phộp trong quỹ đường truyền và khụng sử dụng hết dung lượng giao diện vụ tuyến lớn nhất của site trạm gốc. Thụng thường giỏ trị độ dữ trữ nhiễu trong trường hợp giới hạn vựng phủ là 1.0-3.0dB, tương ứng với tải 20-50%.
• Độ dự trữ phadinh nhanh (khoảng hở điều khiển cụng suất).
Một số khoảng hở cần cho cụng suất phỏt của trạm di động để duy trỡ việc điều khiển cụng suất hợp lý. Thụng số này được ỏp dụng một cỏch đặc biệt cho MS đi bộ di chuyển chậm mà tại đú điều khiển cụng suất nhanh cú thể bự phadinh nhanh một cỏch hiệu quả.
Một ảnh hưởng khỏc của điều khiển cụng suất nhanh là tăng cụng suất phỏt cần thiết trung bỡnh (mức tăng cụng suất phỏt). Trong trường hợp MS di chuyển chậm, điều khiển cụng suất cú thể theo kịp kờnh phadinh và mức tăng cụng suất trung bỡnh. Điều này rất cần thiết trong cỏc cell của MS đú để cung cấp chất lượng tốt nhất cho cỏc kết nối và khụng gõy ra bất cứ một tỏc hại nào khi cụng suất phỏt tăng được bự bởi kờnh phadinh. Tuy nhiờn đối với cell lõn cận thỡ lại tăng thờm nhiễu bởi vỡ phadinh nhanh trong cỏc kờnh là khụng tương quan. Cỏc giỏ trị thụng thường của độ dự trữ phadinh nhanh là 2.0 - 5.0dB đối với cỏc MS di chuyển chậm.
• Độ lợi chuyển giao mềm
Chuyển giao mềm hay cứng cung cấp một độ lợi chống lại phadinh chậm bằng cỏch giảm độ dự trữ phadinh chuẩn log yờu cầu. Do trờn thực tế phadinh chậm một phần khụng tương quan giữa cỏc cell, và bằng cỏch thực hiện chuyển giao, mỏy di động cú thể chọn lựa một liờn kết thụng tin tốt hơn. Hơn nữa, chuyển giao mềm đem lại một độ lợi phõn tập bổ sung chống lại phadinh nhanh bằng cỏch giảm Eb/N0 tuỳ theo liờn kết vụ tuyến đơn do tỏc dụng của việc kết hợp phõn tập macro. Tổng độ lợi là một hàm số
của tốc độ mỏy di động và phụ thuộc vào thuật toỏn kết hợp phõn tập được sử dụng trong bộ thu và hiện trạng trễ kờnh.
Sau đõy sẽ đưa ra cỏc vớ dụ về quỹ liờn kết cho cỏc dịch vụ UMTS điển hỡnh: dịch vụ thoại 12.2kbps sử dụng bộ mó hoỏ, giải mó thoại đa tốc độ thớch nghi AMR, dịch vụ dữ liệu thời gian thực 144 kbps và dịch vụ dữ liệu phi thời gian thực 384kbps trong mụi trường tế bào macro đụ thị với mức tăng nhiễu đường lờn là 3dB. Độ dữ trữ nhiễu 3dB được sử dụng cho mức tăng cụng suất đường lờn. Cỏc giả định trong quỹ đường truyền của cỏc bộ thu và phỏt được chỉ ra trong bảng 4-1và 4-2.
Bảng 4- Giả định quỹ đường truyền của mỏy di động
Đầu cuối thoại Đầu cuối dữ liệu Cụng suất phỏt lớn nhất 21dBm 24 dBm
Tăng ớch anten 0dBi 2dBi
Suy hao cơ thể 3dB 0dB
Bảng 4- Giả định về quỹ đường truyền của trạm gốc
nhiễu 5dB
Tăng ớch của Anten 18 dBi (trạm gốc 3 sector) Eb/N0 yờu cầu Thoại : 5.0dB
Dữ liệu thời gian thực 144 kbps: 1.5 dB Dữ liệu phi thời gian thực 384kbps: 1.0 dB
Suy hao cỏp 2.0 dB
Quỹ đường truyền trong bảng 4-3 được tớnh toỏn cho tốc độ thoại 12.2 kbps đối với người sử dụng trong xe bao gồm suy hao trong xe là 8.0dB. Trường hợp này khụng sử dụng độ dữ trữ phadinh bởi vỡ tại tốc độ 120kbps điều khiển cụng suất nhanh khụng thể bự phadinh. Giả sử Eb/N0 yờu cầu là 5.0dB. Eb/N0 yờu cầu tuỳ thuộc vào tốc độ bit, dịch vụ và hiện trạng đa đường, tốc độ di động, cỏc thuật toỏn bộ thu và cấu trỳc anten trạm gốc. Đối với mỏy di động tốc độ thấp, Eb/N0 yờu cầu thấp nhưng lại đũi hũi độ dữ trữ phadinh nhanh.
Bảng 4- Quỹ đường truyền tham khảo cho dịch vụ thoại 12.2 kbps đa tốc độ (120km/h, người sử dụng ở trong xe ụ tụ, kờnh Verhicular A với chuyển giao mềm)
Dịch vụ thoại 12.2kbps (120 km/h, trong xe hơi)
Trạm phỏt (mỏy di động)
Cụng suất phỏt lớn nhất của MS [W] 0.125 Cụng suất phỏt lớn nhất của MS [dBm] 21.0 a
Độ tăng ớch của anten MS [dBi] 0.0 b
Suy hao cơ thể [dB] 3.0 c
Cụng suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) [dBm] 18.0 d =a+b-c Trạm thu (Trạm gốc) Mật độ tạp õm nhiệt [dBm/Hz] -174.0 e Dạng nhiễu bộ thu trạm gốc [dB] 5.0 f Mật độ tạp õm bộ thu [dBm/Hz] -169.0 g=e+f
Cụng suất tạp õm bộ thu [dBm] -103.2 h=g+10*log(3840000)
Độ dữ trữ nhiễu [dB] 3.0 i
Tạp õm hiệu dụng tổng cộng + nhiễu [dBm] -100.2 j =h+i
Độ lợi xử lý [dB] 25.0 k=10*log (3840/12.2)
Eb/N0 yờu cầu [dB] 5.0 l
Độ nhạy thu [dBm] -120.2 m =l-k+j
Độ tăng ớch anten trạm gốc [dBi] 18.0 n
Suy hao cỏp bờn trong trạm gốc [dB] 2.0 o
Độ dự trữ phadinh nhanh [dB] 0.0 p
Suy hao đường truyền lớn nhất [dB] 154.2 q = d - m + n - o - p Cỏc thành phần khỏc
Độ dữ trữ phadinh normal log [dB] 7.3 r
Độ lợi chuyển giao mềm [dB], nhiều cell 3.0 s
Suy hao do ở trong xe [dB] 8.0 t
Suy hao truyền súng được phộp đối với phạm vi của cell [dB]