Quy hoạch chi tiết vùng phủ sóng LTE tỉnh Thừa Thiên Huế với khoảng cách giữa trạm phát EnodeB với các UE có bán kính khoảng 40km cần có các số liệu đo đạc thực tế như đã chỉ ra trong biểu thức 4.1. Các yếu tố điều chỉnh cho từng
khu vực được nhận như là một kết quả của mô hình điều chỉnh bao gồm cả đo đạc hiện trường tại các khu vực cụ thể. Các trị m được sử dụng cho biểu thức này tùy thuộc vào các yếu tố điều chỉnh sao cho kết quả tính toán gần với thực tế đo đạc được để cho ta chính xác hơn bản đồ phủ sóng chỉ ra trong hình 4.1.
Quy hoạch mạng là một quá trình được thực hiện liên tục, từ khi bắt đầu thiết kế mạng (quy hoạch định cỡ), cho đến khi thiết lập mạng (quy hoạch chi tiết) và được thực hiện ngay cả khi vận hành mạng (quy hoạch tối ưu) để hoặc lại quy hoạch định cỡ lại hoặc lại quy hoạch chi tiết lại. Trong quá trình vận hành, vùng phủ sóng được xem xét, đo đạc và tính toán nhằm điều chỉnh, xác định lại vùng phủ với các thông số m.
4.2.2. Dung lượng LTE
Quy hoạch dung lượng là một trong bài toán quy hoạch mạng được sử dụng
nhằm xác định thông lượng tối đa trong vùng phủ sóng hiện có, giảm thiểu tắc
nghẽn mạng. Quy hoạch dung lượng còn ảnh hưởng đến kích thước vùng phủ sóng
do ảnh hưởng của mật độ dân cư trong vùng, của các loại dịch vụ mà dân cư trong
vùng phủ sóng sử dụng. Tuy nhiên với các mạng thế hệ sau thì thông lượng mạng
còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như phương pháp lập lịch nữa.
Một trong những thuộc tính quan trọng nhất của hệ thống truyền thông là
thông lượng hay dung lượng tuyến truyền dẫn.Thông lượng thường được xem xét
trong khuôn khổ tối ưu hóa hiệu năng hệ thống và là một thước đo số lượng thông
tin có thể được truyền đi và nhận được mỗi đơn vị thời gian với một xác suất lỗi
không đáng kể. Thông lượng tối đa trong vùng phủ sóng xác định số người dùng có thể và ảnh hưởng tới cả diện tích vùng phủ. Các cơ chế lập lịch không xem xét
trong luận văn này và được sử dụng dựa trên.
4.2.2.1. Dung lượng kênh
Trong lý thuyết thông tin, dung lượng kênh truyền là số lượng tối đa dữ liệu số không lỗi (nghĩa là thông tin) có thể truyền qua một liên kết thông tin liên lạc với băng thông xác định khi có mặt của nhiễu. Giới hạn Shannon hoặc dung lượng Shannon của kênh truyền thông là tốc độ tối đa truyền tải thông tin lý thuyết của kênh.
Nếu chúng ta có băng thông vô hạn, kênh không có nhiễu, ta có thể truyền một lượng không giới hạn các dữ liệu không lỗi trên một đơn vị thời gian. Tuy nhiên, thực tế tín hiệu có cả giới hạn băng thông và có nhiễu.
Trên thực tế, một mình giới hạn băng thông cũng không thể áp đặt giới hạn về truyền tải thông tin tối đa. Vì tín hiệu được biểu diễn với một số lượng rất lớn các mức điện áp khác nhau trên mỗi chu kỳ, với mỗi mức điện áp khác nhau sẽ được gán cho một ý nghĩa thông tin hoặc chuỗi bit khác nhau. Do vậy ảnh hưởng của nhiễu tới dung lượng thông tin là đắng kể. Nếu chúng ta kết hợp cả nhiễu và giới hạn băng thông, chúng ta có thể thấy giới hạn về lượng thông tin có thể truyền, ngay cả khi kỹ thuật mã hóa đa cấp thông minh được sử dụng. Khi xem xét tất cả các kỹ thuật mã hóa đa cấp, đa giai đoạn có thể, định luật cho rằng tốc độ dữ liệu lý thuyết tối đa (hoặc với tỷ lệ bit lỗi thấp tùy ý) kí hiệu là C với công suất tín hiệu trung bình có thể gửi qua một kênh truyền có nhiễu AWGN hay fading là:
C = B.log2(1 + SNR) (4.3)
Trong đó, C là dung lượng kênh có đơn vị bps chưa tính các kĩ thuật sửa lỗi; B là băng thông của kênh truyền có đơn vị Hz và SNR là chỉ số biểu thị tỷ số công suất tín hiệu so với công suất nhiễu. Khi đó, tốc độ thông tin tối đa có thể được sử dụng với xác suất lỗi không đáng kể ở đầu ra được gọi là dung lượng của kênh.
Biểu thức (4.3) cho thấy dung lượng kênh truyền phụ thuộc rất nhiều vào SNR và băng thông nhất định. Mạng LTE cho phép sử dụng các loại băng thông mềm dẻo với tập các băng thông B = [1.25 2.5 5 8 10 15 20] MHz do đó sẽ có tập các dung lượng Ci tương ứng với tập các băng thông tại một giá trị SNR xác định. Băng thông mềm dẻo cho phép mạng LTE đảm bảo thông lượng và chất lượng vùng phủ sóng tùy theo các dịch vụ mạng, đáp ứng các yêu cầu truyền thông cố định và truyền thông di động.
Mặt khác, để đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng trong một môi trường fading cao (thiết bị thu trong vùng che khuất, ảnh hưởng đa đường, ảnh hưởng của Doppler khi thiết bị di chuyển với tốc độ từ 3km/h cho tới 100 km/h), để dữ liệu khi truyền thông có tỷ số lỗi bít (BER) xác định và ít thay đổi, mạng LTE sử dụng cơ chế điều chế và mã hóa thích nghi (ACM). Về bản chất của ACM là nhằm thay đổi phương thức điều chế và tốc độ mã để SNR thay đổi, giữ được BER theo yêu cầu của dịch vụ. Đặc biệt trước hết với các dịch vụ dữ liệu đòi hỏi BER rất thấp, sau đó là các dịch vụ truyền hình … Biểu thức (4.3) cho thấy dung lượng kênh bị ảnh hưởng bởi
SNR, Bảng 4.1 dưới đây cho hình ảnh của dung lượng kênh LTE tại băng thông B = 8MHz phụ thuộc vào SNR do cơ chế ACM như sau:
Bảng 4.2: Tốc độ bit lớn nhất và cấu hình tối ưu cho 8 MHz, 32k 1/128, PP7
4.2.2.2. Dung lượng outage
Mạng LTE đảm bảo truyền dẫn trong một môi trường fading cao (thiết bị thu trong vùng che khuất, ảnh hưởng đa đường, ảnh hưởng của Doppler khi thiết bị di chuyển với tốc độ từ 3km/h cho tới 100 km/h). do đó một phép đo khác về dung lượng kênh thường được sử dụng là dung lượng outage. Dung lượng outage là dung lượng kênh kết hợp với xác suất outage – xác xuất lỗi, xác xuất mất mát. Khi đó, dung lượng được coi là biến ngẫu nhiên phụ thuộc vào các đáp ứng kênh tức thời và duy trì trong một khoảng thời gian không đổi (dừng) trong suốt thời gian phát một khối thông tin có chiều dài hữu hạn, được mã hóa. Nếu dung lượng kênh giảm xuống dưới dung lượng outage thì không có khả năng giải mã các khối thông tin truyền mà không có lỗi với bất cứ cơ chế mã hóa nào được dùng và phải chuyển đổi cơ chế.
Xác suất mà dung lượng thấp hơn so với dung lượng outage (Coutage) được ký hiệu là là q và được thể hiện trong công thức toán học sau:
P{C < Coutage} = q (4.4)
Biểu thức trên xác định giới hạn trên là xác suất (q hữu hạn) mà dung lượng kênh thấp hơn so với dung lượng outage. Ta cũng có thể viết biểu thức giới hạn dưới, xác định cho các trường hợp mà giá trị xác suất hữu hạn (1- q) sao cho dung lượng kênh cao hơn dung lượng outage:
P{C > Coutage} = (1−q) (4.5)
4.2.2.3. Tính toán site dựa trên dung lượng
Mục tiêu của bài toán quy hoạch thông lượng là để có được ước lượng của số site dựa trên các yêu cầu dung lượng. Yêu cầu dung lượng được quy định bởi các nhà mạng dựa trên lưu lượng dự đoán của họ. Thông lượng cell trung bình là cần thiết để tính toán dung lượng dựa trên số site. Tuy nhiên, thông lượng cell (tại dung lượng xác định) đạt được tùy thuộc vào hiệu suất mạng truy cập (tỷ số giữa giá trị thực tế và giá trị lí thuyết). Ta biết rằng với truy cập mạng ngẫu nhiên có hiệu suất rất thấp (từ 18% cho tới 36% tại số lượng trạm truy cập tối ưu), chỉ có lập lịch truy cập mới có thể nâng cao hiệu năng mạng truy cập. Hiệu suất mạng truy cập có thể đạt tới 80% tại số lượng trạm truy cập tối ưu tùy theo giải thuật lập lịch.
Bài toán lập lịch như vậy không chỉ làm tăng hiệu suất mạng truy cập mà còn làm thay đổi thông lượng mạng truy cập, thay đổi số lượng trạm truy cập, đáp ứng QoS hay nói cách khác làm tối đa hóa số lượng trạm truy cập (số người dùng) trên một băng thông (dung lượng) xác định hoặc ngược lại tối thiểu hóa băng thông cần thiết trong cell cho một số lượng trạm truy cập (số người dùng) xác định đáp ứng QoS. Điều này ảnh hưởng nhiều tới kích thước cell, số lượng các site trong mạng LTE trong giai đoạn quy hoạch chi tiêt.
4.3. Giải thuật lập lịch LTE MatLab
Một thuật toán lập lịch tốt phải đáp ứng bốn yêu cầu (đôi khi dường như là mâu thuẫn) trong giới hạn hiệu suất, công bằng và an ninh, kiểm soát truy cập và dễ thực hiện.
- Giới hạn hiệu suất: Một nhà điều hành mạng chỉ có thể đảm bảo hiệu suất hệ thống bằng cách đặt một số lượng tài nguyên mạng. Giới hạn hiệu suất có thể được cố định hoặc thống kê.
- Công bằng được đặc trưng bởi các thuật toán lập lịch trình cho các dịch vụ ngang hàng. Nếu có nhiều hơn một lớp dịch vụ, công bằng sẽ được cung cấp trong
mỗi lớp. Công bằng ở đây có nghĩa là tài nguyên hệ thống được chia đều giữa các dịch vụ. An ninh có nghĩa là người sử dụng mà không hoạt động không đúng cách sẽ không ảnh hưởng đến hiệu suất của người dùng khác.
- Kiểm soát truy cập là việc quản lý số lượng người dùng trong hệ thống để đảm bảo chất lượng dịch vụ. Khối điều khiển truy cập sẽ xác định xem liệu các dịch vụ mới được chấp nhận hay không dựa trên tải hệ thống hiện tại.
- Sự dễ dàng thực hiện, có nghĩa là các thuật toán lập lịch trình phải được thiết kế để hoạt động một cách nhanh chóng và dễ dàng vì sự phức tạp của thuật toán sẽ có tác động vào các yêu cầu phần cứng của hệ thống để đảm bảo rằng thời gian tính toán được giữ ở mức thấp.