Một hệ th ng 3 băng riêng lẽ có hỗ trợ phân tập cần ít nhất 6 phi-đơ cho mỗi sector. Với giải pháp dùng chung s phi-đơ có thể giảm xu ng t i thiểu l 2.
Để sử dụng duy nhất 2 phi-đơ cho cả 3 băng, cần triển khai một thiết bị gọi l bộ ghép ba (triplexer). Hình vẽ sau minh hoạ sơ đồ sử dụng 2 diplexer với anten ba băng.
Trên hình 5.17. có thể thấy triplexer thực chất l sự kết hợp 2 diplexer. Nếu chỉ xét trên khía cạnh s lượng phi-đơ thì đây l một giải pháp t i ưu. Tuy nhiên, hệ th ng ghép đôi sử dụng 4 phi-đơ (2 phi-đơ dùng chung cho hệ th ng kép GSM1800/UMTS) có được một s ưu điểm sau:
Cho phép lựa chọn một cách linh động loại phi-đơ cho từng dải tần khác nhau (suy hao của phi-đơ phụ tăng theo h m đồng biến với tần s ).
Diplexer cải thiện đồng thời độ cách ly giữa các hệ th ng.
Anten 3 băng Hệ th ng anten Diplexer GSM 1800 UMTS GSM 900 Diplexer Triplexer Hệ th ng phi-đơ Hệ th ng BTS GSM900 GSM1800 UMTS Triplexer Diplexer Diplexer Anten 3 băng Hệ th ng anten Diplexer GSM 1800 UMTS GSM 900 Hệ th ng phi-đơ Hệ th ng BTS GSM900 GSM1800 UMTS Diplexer 5.18. Ghép đôi GSM 1800/UMTS ở site 3 băng tần. Hình 5.17 Sơ đồ sử dụng Triplexer
SVTH: Cao Hà Hải Âu, Lớp: 00ĐT3 Chương 5. Các giải pháp anten
5.4 3 C c tổn ao p ụ
Nhược điểm của giải pháp chia sẻ phi-đơ l l m tăng giá trị tổn hao trong hệ th ng phi-đơ (tuy nhiên giá trị n y tương đ i nhỏ).
Giá trị tổn hao của một s thiết bị được trình b y trong bảng 5.9.
Thiết bị Tổn hao Diplexer GSM900 - GSM1800 0,3 dB Diplexer GSM900 - GSM1800/UMTS 0,3 dB Diplexer GSM900 - UMTS 0,3 dB Diplexer GSM1800 - UMTS 0,5 dB Bộ lọc GSM1800 0,4 dB
Bảng 5.9 Tổn hao chia sẻ phi-đơ.
Quy trình nâng cấp site được mơ tả trong hình 5.19.
Hoạt động: Một hệ th ng anten GSM900 được mở rộng th nh hệ th ng ba băng GSM900/GSM1800/UMTS.
Điều kiện: Các phi-đơ hiện có phải được chia sẻ cho tất cả các dải tần. Giải pháp: Sử dụng diplexer hay triplexer.
Hình 5.19 Hoạt động chia sẻ phi-đơ.
Diplexer Diplexer Diplexer Diplexer Triplexer Hệ th ng BTS GSM900 GSM1800 UMTS Triplexer Hệ th ng phi-đơ Hệ th ng anten GSM900 GSM1800 UMTS GSM900 GSM900
SVTH: Cao Hà Hải Âu, Lớp: 00ĐT3 Chương 5. Các giải pháp anten Ảnh hưởng của hoạt động chia sẻ phi-đơ được phân loại theo từng hệ th ng trong bảng sau:
Ảnh hưởng của giải pháp chia sẻ phi-đơ (tổn hao tính theo dB)
Các th nh phần GSM900 GSM1800 UMTS 2 diplexer GSM900 - GSM1800 0,6 0,6 0,6 2 diplexer GSM900 - UMTS 1,0 1,0 Các loại tổn hao khác 0,5 0,5 0,5 Tổn hao tổng 1,1 2,1 1,1 Bảng 5.10 Một số giá trị tổn hao phụ. 5 5 Qu trìn t iết kế
To n bộ q trình thiết kế anten được mơ trên hình sau:
Hình 5.20 Tiến trình thiết kế.
Từ sơ đồ trên có thể thấy giải pháp anten ln tiến h nh song song với quá trình quy hoạch mạng. Một s giải pháp anten đa ra cần phải tiến h nh đo đạc thử nghiệm trước khi đưa v o thực tế tránh gây lãng phí chi phí đầu tư.
Các bước thử nghiệm cần được đánh giá bằng cơng cụ mơ phỏng quy hoạch mạng vì các thơng s anten, đặc biệt l anten cho hệ th ng tích hợp có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu năng của hệ th ng. Với một yêu cầu về các tham s hiệu năng cho
Thu thập dữ liệu về hệ th ng anten hiện có (Các yêu cầu về co-site)
Các hạn chế về tầm nhìn Tiến h nh quy hoạch mạng Lựa chọn giải pháp Tính tốn ảnh hưởng đến hệ th ng hiện thời. Lựa chọn giải pháp khả thi nhất Các hạn chế đ i với quá trình quy hoạch Chấp nhận được ? Có giải pháp thay thế ? Kết thúc Tổng kết các t i liệu Có Có Khơng Khơng
SVTH: Cao Hà Hải Âu, Lớp: 00ĐT3 Chương 5. Các giải pháp anten trước nếu khơng có giải pháp anten n o thoả mãn, lúc đó q trình quy hoạch mạng phải lặp lại với một s chỉ tiêu mới cho các tham s hiệu năng.
Hình 5.21 Lựa chọn các giải pháp hệ thống anten.
Có thể thêm tấm anten khác khơng ?
Có thể thêm phi-đơ khác khơng ?
u cầu thêm về độ cách li hay không ? Kiểm tra các yêu cầu về cách li
Không yêu cầu thêm phần tử n o
Sử dụng 1 trong 3 giải pháp: - diplexer
- Bộ lọc
- Tăng khoảng cách giữa các anten Lựa chọn một giải pháp diplexer
thích hợp
Lựa chọn một anten đa băng thích hợp Có Có Có Khơng Khơng Không Bắt đầu Kết thúc
SVTH: Cao Hà Hải Âu, Lớp: 00ĐT3 Chương 5. Các giải pháp anten
5 6 Kết luận c ƣơn
Chương n y đã trình b y chi tiết về các giải pháp anten được áp dụng cho quá trình trùng hợp site dựa trên một s khuyến nghị cụ thể.
Mỗi nh khai thác với quan điểm, yêu cầu về quy hoạch khác nhau, mức kinh phí đầu tư khác nhau có thể lựa chọn các giải pháp riêng phù hợp đảm bảo hợp lý cả hai yếu t kinh tế v kỹ thuật, tạo sức cạnh tranh của doanh nghiệp trên thị trường thông tin di động.
Trên đây l một trong những giải pháp quan trọng được áp dụng trong giai đoạn đầu của tiến trình đi lên 3G nhằm tái sử dụng triệt để nền tảng mạng sẵn có. Các giải pháp anten n y tương đ i đơn giản khi triển khai. Tuy nhiên, để cho hệ th ng hoạt động ổn định, các tham s cụ thể đ i với từng thiết bị cần phải thực hiện đo kiểm tra chính xác trước khi tiến h nh quy hoạch mạng v triển khai các site mới.
Trong giai đoạn sau, các anten thông thường sẽ được thay thế bằng cá anten thông minh để cải thiện hiệu năng mạng. Đây sẽ l giải pháp hoàn thiện hơn cho hệ th ng thơng tin di động 3G với nhiều tính năng vượt trội m trong nội dung đồ án n y không đề cập đến.
SVTH: Cao Hà Hải Âu, Lớp: 00ĐT3 Chương 6. Quy hoạch mạng WCDMA
C
CHHƯƠƯƠNGNG 66.. QQUUYY HHOOẠCẠCHH MMẠẠNGNG WWCCDDMMAA
6 1 Giới t iệu c ƣơn
Các hệ th ng di động trước đây sử dụng các đường lên v đường xu ng đ i xứng nhưng ở hệ th ng di động 3G, đường lên v đường xu ng l bất đ i xứng. Do vậy, một trong hai đường sẽ thiết lập giới hạn về dung lượng hoặc vùng phủ sóng. Việc tính tốn quỹ đường truyền v phân tích nhiễu khơng phụ thuộc v o loại công nghệ sử dụng. Trong trường hợp sử dụng cơng nghệ WCDMA, phân tích nhiễu được sử dụng trong việc tính tốn độ nhạy v tải. Để có thể sử dụng hết khả năng của WCDMA chúng ta cần hiểu rõ giao diện vơ tuyến của hệ th ng.
Chương này trình bày một số vấn đề về:
Quá trình định cỡ mạng.
Phân tích quỹ năng lượng đường truyền vơ tuyến. Xác định bán kính v diện tích cell.
Quy hoạch dung lượng v vùng phủ.
6 2 Địn cỡ mạn
Phần định cỡ mạng vô tuyến được thực hiện trong pha đấu tiên của quá trình quy hoạch mạng. Kết quả của quá trình định cỡ mạng được sử dụng như l nền tảng để xác định cấu hình mạng trong pha tiên quy hoạch. Định cỡ mạng vơ tuyến WCDMA l q trình dự tính cấu hình v s đ i trạm dựa trên yêu cầu của nh khai thác về vùng phủ, dung lượng v chất lượng dịch vụ. Đầu v o v ra quá trình định cỡ mạng được mơ tả ở hình 6.1.
Mơi trường đa dịch vụ v yêu cầu dung lượng không đ i xứng ở đường lên v đường xu ng địi hỏi q trình định cỡ mạng WCDMA phức tạp hơn so với quá trình định cỡ mạng GSM. Sự khác nhau chính l tính tốn quỹ đường truyền v phân tích phủ sóng phải được thực hiện cho từng dịch vụ. Hơn nữa, dung lượng yêu cầu cũng ảnh hưởng đến dự trữ nhiều trong tính tốn quỹ đường truyền. Do đó dung lượng v vùng phủ phải được xem xét đồng thời trong pha ban đầu của quá trình định cỡ mạng.
SVTH: Cao Hà Hải Âu, Lớp: 00ĐT3 Chương 6. Quy hoạch mạng WCDMA
Hình 6.1 Các tham số đầu vào và đầu ra trong quá trình định cỡ mạng RAN WCDMA.
Phương pháp định cỡ mạng RAN WCDMA dựa trên q trình phân tích m i liên hệ giữa dung lượng v vùng phủ. Trước tiên, cần tính quỹ năng lượng đường truyền RLB để ước lượng bán kính t i đa của cell. RLB sẽ bao gồm các tham s như tăng ích của anten, suy hao cáp, độ lợi phân tập, dự trữ pha đinh, dự trữ nhiễu. Đầu ra của phép tính RLB sẽ là suy hao đường truyền t i đa cho phép, giá trị n y được sử dụng để xác định bán kính t i đa của cell v do dó quyết định s site yêu cầu. Có một v i tham s trong RLB đặc trưng cho hệ th ng WCDMA v khơng có trong hệ th ng truy nhập vô tuyến dựa trên công nghệ TDMA như hệ th ng GSM. Chẳng hạn, dự trữ nhiễu, dự trữ pha đinh nhanh, độ tăng công suất phát v độ lợi chuyển giao mềm.
Trong đó, dự trữ nhiễu tăng tỉ lệ với hệ s tải của cell, khi hệ s tải đạt cực đại bằng 1 dự trữ nhiễu đạt giá trị vơ cùng lớn v bán kính cell đạt cực tiểu. Điều n y có nghĩa l hệ th ng truy nhập vô tuyến dựa trên công nghệ CDMA l hệ th ng bị giới hạn bởi nhiễu, đồng thời dung lượng v vùng phủ liên hệ chặt chẽ với nhau
Đầu vào
Yêu cầu dun lƣợn
Phổ khả dụng
Dự báo tăng trưởng thuê bao Thông tin mật độ lưu lượng
Yêu cầu vùn p ủ són
Thơng tin loại vùng phủ Điều kiện truyền sóng Diện tích vùng phủ Yêu cầu c ất lƣợn Hỗn hợp dịch vụ Lớp MS Phủ trong nh Xác suất phủ Xác suất tắc nghẽn Độ trễ có thể chấp nhận Đầu ra
Ƣớc tín êu cầu t iết bị p ứn êu cầu mạn
C c oạt ộn ịn cỡ mạn
Tính quỹ đường truyền vơ tuyến Tính diện tích cell
Tính dung lượng Tính thiết bị BTS
Tính dung lượng các giao diện
truyền dẫn Iub, Iu, Iur
S phần tử RNC yêu cầu v lưu
SVTH: Cao Hà Hải Âu, Lớp: 00ĐT3 Chương 6. Quy hoạch mạng WCDMA v phải được phân tích đồng thời. Lược đồ tổng qt của q trình định cỡ mạng RAN WCDMA được mơ tả trong hình 6.2.
Hình 6.2 Lược đồ q trình định cỡ mạng vơ tuyến WCDMA.
6 3 P ân tíc quỹ năn lƣợn ƣờn tru ền v tu ến
Quỹ đường truyền l cân đ i to n bộ công suất phát cũng như khuyếch đại của các phần tử trên đường truyền với tổn hao gây do các phần tử đường truyền cùng với dự trữ pha đinh đường truyền để nhận được công suất thu tại máy thu. Công suất thu n y phải đủ lớn để đảm bảo tỷ s tín hiệu trên tạp âm yêu cầu tại máy thu (Eb/N0’)req để máy thu có thể khôi phục lại thông tin phát với chất lượng yêu cầu. Tổn hao cực đại đáp ứng điều kiện n y được gọi l tổn hao cực đại cho phép.
Ta cần xác định tổn hao n y ở đường xu ng v đường lên. Tổn hao cực đại cho phép nhỏ hơn trong hai trường hợp n y được coi l giới hạn vùng phủ của cell.
6 3 1 Quỹ năn lƣợn ƣờn lên
Tổng cơng suất tạp âm nhiệt được tính theo cơng thức sau:
NT = N0 + NF + 10lgBw (dBm) (6.1)
Trong đó:
N0: Mật độ phổ tạp âm nhiệt ở đầu v o máy thu (dBm/Hz)
Tính tốn quỹ đường truyền Suy hao đường t i đa cho phép
Tính bán kính ơ Bán kính cell t i đa trong mỗi
loại vùng
Ước tính dung lượng S site/tổng lưu lượng hổ trợ
trong mỗi loại vùng
Yêu cầu thiết bị S lượng thiết bị BS/truyền
dẫn/RNC C c t am số t iết bị Lớp công suất MS Độ nhạy MS/BS Độ lợi anten Đặc iểm tru ền dẫn Độ cao anten
Đặc điểm suy hao vùng Hệ s tương quan vùng Dự trữ fadinh chuẩn log
Đặc iểm dịc vụ
Tỷ lệ nghẽn
Tỷ lệ dung lượng (gói)
t i đa trên trung bình
T c độ dữ liệu Eb/N0 trung bình Độ lợi chuyển giao theo dB Tính hệ s tải
Nếu thõa mãn yêu cầu nh khai Nếu dung lượng
quá thấp Lưu lượng t i đa mỗi
cell
Dự trữ nhiễu
Khởi tạo giá trị lưu lượng mỗi cell (giả thiết t i đa)
SVTH: Cao Hà Hải Âu, Lớp: 00ĐT3 Chương 6. Quy hoạch mạng WCDMA NF: Hệ s tạp âm của máy thu (dB)
Bw: Độ rộng kênh bằng t c độ trải phổ (t c độ chíp).
Độ nhạy cần thiết của máy thu để đảm bảo tỷ s (Eb/NT0’)req yêu cầu được xác định như sau: T0 req b P req 0 0 T b P T min ' N E G 1 I N E G 1 I N P (6.2) Trong đó:
Pmin: Độ nhạy máy thu cần thiết để đảm bảo tỷ s (Eb/NN0)req yêu cầu. Gp = 10ln(Bw/BT) : Độ lợi xử lý.(Bw: T c độ chip/BT: T c độ bit) NT v I: Tạp âm nhiệt v nhiễu từ các người sử dụng khác.
NT0 và I0: Mật độ tạp âm nhiệt v nhiễu từ các người sử dụng khác.
NT0’ = NT0 + I0: Mật độ phổ công suất tạp âm tương đương. Từ phương trình (6.2) ta được:
Pmin = (NT + I)[dBm] – Gp[dB] + (Eb/NT0’)req[dB] (6.3) NT + I = NT.MI hay (NT + I)[dBm] = NT[dB] + MI[dB] (6.4) Trong đó:
MI: Dự trữ nhiễu giao thoa của các người sử dụng khác.
Tổn hao cực đại cho phép đường lên được tính như sau:
Lmax = EIRPm – Pmin + Gb – Lf – Lpenet – Mf-F – MI-F – GHO (6.5) Trong đó:
EIRPm = PTxm – Lfm – LB + Gm công suất phát xạ hiệu dụng của máy di động.
PTxm: công suất phát.
Lfm: tổn hao phi-đơ + đấu n i. LB: tổn hao cơ thể.
Gm: hệ s khuyếch đại anten của máy di động. Lpenet: tổn hao thâm nhập.
Gb: Hệ s khuyếch đại anten.
Lf: Tổn hao phi-đơ + connector của BTS. Mf-F: Dự trữ pha đinh nhanh.
SVTH: Cao Hà Hải Âu, Lớp: 00ĐT3 Chương 6. Quy hoạch mạng WCDMA MI-F: Dự trữ pha đinh chuẩn log.
GHO: Độ lợi chuyển giao mềm.
6 3 2 Quỹ năn lƣợn ƣờn xuốn
Tổn hao cực đại cho phép ở đường xu ng được tính theo cơng thức:
Lmax = EIRPb – Pmin + Gm – Lf – Lpenet – Mf-F – MI-F – GHO (6.6) Trong đó:
EIRPb = PTxb – Lfb – LB + Gb
Thơng thường thì vùng phủ bị giới hạn bởi đường lên do ta có thể đảm bảo cơng suất đường xu ng cao hơn đường lên.
6.4 X c ịn kíc t ƣớc cell
Sau khi tính được suy hao đường truyền cực đại ta tính được bán kính cell (R) cực đại thoả mãn yêu cầu truyền nhận thông tin dựa v o các mơ hình truyền sóng. Do đặc điểm truyền sóng khơng ổn định, nên các mơ hình truyền sóng đều mang tính thực nghiệm. Dưới đây ta xét hai mơ hình truyền sóng được sử dụng rộng rãi là mơ hình Hata - Okumura và Walfisch - Ikegami.
6.4.1 Mơ hình Hata - Okumura.
Hầu hết các công cụ truyền sóng sử dụng một dạng biến đổi của mơ hình Hata. Mơ hình Hata l quan hệ thực nghiệm được rút ra từ báo cáo kỹ thuật của Okumura cho phép sử dụng các kết quả v o các cơng cụ tính tốn. Các biểu thức được sử dụng trong mơ hình Hata để xác định tổn hao trung bình:
Vùn t àn p ố Lp= 69,55+26,16.lgfc –13,28.lghb – a(hm) + (44,9–6,55.lghb).lgR (dB)(6.7) Trong đó: fc: Tần s hoạt động (MHz). Lp: Tổn hao cho phép. hb: Độ cao anten trạm g c (m). hm: độ cao anten trạm di động (m)
a(hm): Hệ s hiệu chỉnh cho độ cao anten di động (dB)
SVTH: Cao Hà Hải Âu, Lớp: 00ĐT3 Chương 6. Quy hoạch mạng WCDMA Dải thông s sử dụng cho mơ hình Hata l :
150 ≤ fc ≤ 1500 MHz ; 30 ≤ hb ≤ 200 m ; 1 ≤ hm ≤ 10m ; 1 ≤ R ≤ 20 Km Hệ s hiệu chỉnh a(hm) được tính như sau: