Chƣơng 2 HỆ THỐNG TRUY NHẬP Vễ TUYẾN UMTS
3.2 QUY HOẠCH ĐỊNH CỠ MẠNG
3.2.1.3 Tớnh toỏn bỏn kớnh cell
Sau khi tớnh đƣợc suy hao đƣờng truyền lớn nhất và cú đƣợc độ dữ trữ fading chậm cần thiết thỡ bỏn kớnh cell R cú thể đƣợc tớnh cho mụ hỡnh truyền súng đĩ biết, chẳng hạn nhƣ mụ hỡnh Okumura-Hata, Walfish-Ikegami.
Khi bỏn kớnh phỳ súng của cell đƣợc xỏc định thỡ cú thể tớnh đƣợc diện tớch phủ súng của cell (phụ thuộc vào cấu hỡnh Sector của Node-B) theo cụng thức :
S = K . R2
Với K là hệ số ứng với số Sector trong cell cú giỏ trị nhƣ sau:
Bảng 3-7 Giỏ trị K theo cấu hỡnh site.
Cấu hỡnh site Vụ
hướng 2 Sector 3 Sector 6 Sector
K 2,6 1,3 1,95 2,6
Từ cỏc thụng số và đặc điểm đĩ nờu trờn, ta cú một mụ hỡnh tớnh toỏn quỹ đƣờng truyền vụ tuyến tƣơng ứng với cỏc loại dịch vụ khỏc nhau và từ đú
đƣa ra đƣợc bỏn kớnh cell phự hợp. Dƣới đõy mụ tả một vớ dụ tham khảo về cỏch tớnh R (cell) dựa trờn cỏc yờu cầu về độ phủ súng cho cỏc loại dịch vụ tƣơng ứng với từng loại vựng phủ khỏc nhau của khu vực thành phố, cụ thể:
Bảng 3-8 Bảng tớnh R-Cell tham khảo.
Scenarios Dens e Urba n Urban Subur ban Link Budget Formula Continuous coverage service CS64 CS64 CS12, 2 a Tx
Max. NodeB transmit
power(dBm) 43 43 43
Max. TCH transmit
power (dBm) 22 22 22 b
Cable loss Tx (dB) 0 0 0 c
Body loss Tx (dB) 0 0 0 d
Antenna gain Tx (dBi) 0 0 0 e
EIRP (dBm) 22 21 21 f = b – c - d + e
Rx
Antenna gain Rx (dBi) 18 18 18 g
Cable loss Rx (dB) 0,5 0,5 0,5 h Body loss Rx (dB) 0 0 0 i Noise figure (dB) 2,1 2,1 2,1 j=h+1.6 Required Eb/No (dB) 2,8 2,8 4,3 k Receiver sensitivity (dBm) - 121,0 4 - 121,04 - 126,74 l = - 174+j+k+10*log10(a* 1000) Target load 50% 50% 50% M Interference margin (dB) 3,01 3,01 3,01 n= -10*log10(1-m)
Fast fading margin
(dB) 1,8 1,8 1,8 o
Penetration loss (dB) 19 15 10 q
Area coverage
Scenarios Dens e Urba n Urban Subur ban Link Budget Formula (dB) Path loss (dB) 130,7 3 135,17 146,83 S = f+g–I–l–n–o–q-r Cell radius
NodeB antenna height
(m) 30 35 35 Propagation model used Cost 231- Hata Cost 231- Hata Cost 231- Hata Cell radius (km) 0,53 0,93 3,42 3.2.2 Phõn tớch dung lƣợng
3.2.2.1 Giới thiệu mụ hỡnh tớnh toỏn dung lượng Erlang-B
Dựa vào quỹ đƣờng truyền và sử dụng mụ hỡnh truyền súng phự hợp sẽ tớnh đƣợc vựng phủ ban đầu. Tuy nhiờn đõy chỉ là một phần quy hoạch ban đầu. Bƣớc tiếp theo là việc quy hoạch là tớnh toỏn dung lƣợng của hệ thống tối đa từ đú xem xột cú hiệu quả để hỗ trợ tải hay dung lƣợng dự kiến ban đầu khụng. Thực tế khụng thể đạt đƣợc tải cell bằng 100% lý tƣởng mà tải cell chỉ đạt đƣợc khoảng 60%-70%. Nếu thực chƣa đạt yờu cầu thỡ cần phải quay lại bƣớc ban đầu để định cỡ bổ sung thờm số trạm hoặc thực hiện nõng cấp/mở rộng thờm dung lƣợng tại cỏc trạm sao cho đảm bảo đƣợc chi phớ đầu tƣ mà vẫn thỏa mĩn đƣợc cỏc yờu cầu kỹ thuật đạt ra.
Một mụ hỡnh tớnh toỏn dung lƣợng thiết bị cần thiết nhằm thỏa mĩn đƣợc nhu cầu dịch vụ của thuờ bao với giỏ thành triển khai lắp đặt càng nhỏ đú chớnh là kỹ thuật lƣu lƣợng. Kỹ thuật lƣu lƣợng viễn thụng nghiờn cứu việc tối ƣu cấu trỳc mạng và điều chỉnh số lƣợng thiết bị đƣợc xỏc định trờn cơ sở lƣu lƣợng. Trong phạm vi đề tài, ta sẽ đi vào tỡm hiểu ứng dụng mụ hỡnh lƣu lƣợng Erlang-B. Mụ hỡnh Erlang-B đƣợc mụ tả bởi cỏc yếu tố sau:
- Cấu trỳc: cú n kờnh đồng nhất hoạt động song song và đƣợc gọi là một nhúm đồng nhất.
- Chiến lƣợc: Một cuộc gọi đến hệ thống đƣợc chấp nhận nếu cú ớt nhất một kờnh rỗi. Nếu hệ thống bận thỡ cuộc gọi sẽ bị từ chối mà khụng gõy một ảnh hƣởng nào sau đú.
- Lƣu lƣợng: Lƣu lƣợng phỏt sinh đƣợc định nghĩa là tỉ số giữa cuộc gọi trung bỡnh trờn cƣờng độ phục vụ trung bỡnh. Khi đú lƣu lƣợng của một thuờ bao A đƣợc tớnh theo cụng thức sau:
3.600
n T A
(4.3) Trong đú:
A: lƣu lƣợng thuờ bao A
n: số cuộc gọi trung bỡnh trong một giờ
T: thời gian trung bỡnh của một cuộc gọi tớnh bằng giõy (s)
Giả sử tớnh lƣu lƣợng của thuờ bao A cú trung bỡnh 1 cuộc gọi 15 phỳt trong một giờ, khi đú lƣu lƣợng của thuờ bao A sẽ là:
+ n = 1 + T = 15 x 60s = 900 (s) => 1 900 0, 25er 3.600 3.600 n T A l
- Một số định nghĩa cho mụ hỡnh Erlang:
+ Hệ thống tiờu hao: Đõy là hệ thống mà cỏc thuờ bao sẽ bị từ chối thực hiện cuộc gọi khi hệ thống đầy tải
+ Hệ thống theo kiểu đợi: Đõy là hệ thống mà cỏc thuờ bao sẽ đƣợc chờ thực hiện cuộc gọi khi hệ thống đầy tải.
+ Đơn vị lƣu lƣợng: Erlang là đơn vị đo mật độ lƣu lƣợng. Một Erl mụ tả tổng lƣu lƣợng trong một giờ.
+ Cấp độ phục vụ (GoS): là đại lƣợng thể hiện số % cuộc gọi khụng thành cụng đối với hệ thống tiờu hao. Cũn trong hệ thống đợi thỡ GoS là số % cuộc gọi thực hiện chờ gọi lại.
3.2.2.2 Cỏc phương phỏp chuyển đổi lưu lượng hệ thống UMTS theo mụ hỡnh Erlang
Trong khuụn khổ của luận văn, chỉ xin trỡnh bày cỏch chuyển đổi lƣu lƣợng từ cỏc loại hỡnh dịch vụ khỏc nhau ra đơn vị Erlang, cụ thể nhƣ sau:
- Lƣu lƣợng dịch vụ thoại: Giả sử theo thống kờ trung bỡnh một thỏng thuờ bao gọi thoại là 240 phỳt. Khi đú để tớnh lƣu lƣợng bỡnh qũn lƣu lƣợng thoại trờn mỗi thuờ bao sẽ thực hiện nhƣ sau:
+ Số ngày thực hiện cuộc gọi thƣờng xuyờn trong thỏng là: 22 ngày + Số phỳt bỡnh qũn trong ngày sẽ là: 240 min = 10, 91
22 day
+ Bỡnh qũn trong ngày cú 8h bận nờn số phỳt bỡnh qũn của một thuờ bao trong 1h bận là: 10, 91 = 1, 364
8
+ Lƣu lƣợng bỡnh qũn của một thuờ bao sẽ là: 1, 364 min
= 0, 0227 Erlang = 22, 7 mErl 60 s
- Lƣu lƣợng dịch vụ data: Giả sử theo thống kờ trung bỡnh một thỏng thuờ bao thực hiện dịch vụ data với dung lƣợng gồm: 20MB Uplink với tốc độ 64 kbps và 50MB Downlink với cỏc tốc độ 64 kbps, 128 kbps & 384 kbps.
+ Đối với Uplink: data bỡnh qũn trong giờ bận của một thuờ bao sẽ là: 20 MB = 0, 032 kbyte / s = 0, 2586 kbit / s
22 day x 8h x 3600 s
+ Đối với Downlink: data bỡnh qũn trong giờ bận của một thuờ bao sẽ là: 50 MB = 0, 081 kbyte / s = 0, 6465 kbit / s
Khi sẽ thực hiện chia theo từng dịch vụ nhƣ sau: Dịch vụ (kbit/s) MB trờn thuờ bao trong một thỏng Kbit/s trờn thuờ bao trong giờ bận 64k 20 MB 0.2586 kbit/s 128k 20 MB 0.2586 kbit/s 384k 10 MB 0.1293 kbit/s
- Chuyển đổi dung lƣợng cỏc dịch vụ sang đơn vị Erlang: ta cú cụng thức chuyển đổi qua lại của quan hệ này nhƣ sau:
Kbit/s = Erlang x tốc độ dịch vụ x Activity Factor
Chẳng hạn ta cú lƣu lƣợng bỡnh qũn của dịch vụ CS 64 của một thuờ bao là 0,182 kbit/s, AF=1. Lỳc đú lƣu lƣợng Erlang của mạng cú 100K thuờ bao cho dịch vụ CS 64 sẽ là:
0,182 kbps x 100.000 sub
= 248, 4 Erlang 64 kbps x 1 (AF = 1)
3.2.2.3 Định cỡ dung lượng mạng
Phần này sẽ trỡnh bày tớnh toỏn sơ bộ dung lƣợng mạng theo yờu cầu ban đầu tƣơng ứng với số lƣợng thuờ bao đĩ đƣợc dự bỏo trƣớc, cụ thể gồm:
- Dự bỏo và xỏc định số thuờ bao tối đa của mạng / khu vực
- Tựy theo mụ hỡnh lƣu lƣợng/thuờ bao thỡ khi tớnh toỏn số kết nối (connection-Erlang) sẽ khỏc nhau cho mỗi loại dịch vụ
- Sau khi cú đƣợc dung lƣợng mạng tiến hành tớnh bỡnh qũn dung lƣợng của một Site và xỏc định dung lƣợng bỡnh qũn của một Site. Trong đú số lƣợng Site là số site đĩ tớnh đƣợc trong pha định cỡ vựng phủ súng.
Dƣới đõy mụ tả một vớ dụ tham khảo về cỏch tớnh dung lƣợng hệ thống (Erl) cho 100.000 thuờ bao dựa trờn cỏc yờu cầu lƣu lƣợng cỏc loại dịch vụ tƣơng ứng khỏc nhau của thuờ bao tại khu vực thành phố, cụ thể:
- Ta cú lƣu lƣợng hƣớng downling bỡnh qũn của của hệ thống 100 Ksub nhƣ sau:
Bảng 3-9 Tớnh lƣu lƣợng hệ thống tham khảo 1
Dịch vụ hướng Downlink Lưu lượng / thuờ bao Tổng cộng lưu lượng mạng Voice 12,2k 22,7 mErlang 2270 Erlangs CS 64k 0,182 kbit/s 18,2 Mbit/s PS 64k 0,2586 kbit/s 25,86 Mbit/s PS 128k 0,2586 kbit/s 25,86 Mbit/s PS 384k 0,1293 kbit/s 12,93 Mbit/s
- Chuyển đổi tồn bộ lƣu lƣợng mạng sang đơn vị Erlang:
Bảng 3-10 Tớnh lƣu lƣợng hệ thống tham khảo 2
Dịch vụ hướng Downlink Lưu lượng / thuờ bao Tổng cộng lưu lượng mạng Tổng cộng Erlang hoặc Connection % Connection Voice 12,2k 22,7 mErlang 2270 Erlangs 2270 54,7 % CS 64k 0,182 kbit/s 18,2 Mbit/s 284,4 6,8 % PS 64k 0,2586 kbit/s 25,86 Mbit/s 1010,2 24,3 % PS 128k 0,2586 kbit/s 25,86 Mbit/s 505,1 12,2 % PS 384k 0,1293 kbit/s 12,93 Mbit/s 84,2 2,0 %
- Giả sử cú 20 Connection trờn một cell, ta cú phõn bổ số Connection trờn cell và throughput cho cỏc dịch vụ nhƣ sau:
Bảng 3-11 Tớnh lƣu lƣợng hệ thống tham khảo 3
Dịch vụ % Downlink Connection Phõn bổ connection Throughput (kbit/s) Voice 12,2k 54,7 % 10,9 80,0 CS 64k 6,8 % 1,4 87,6 PS 64k 24,3 % 4,9 124,5 PS 128k 12,2 % 2,4 124,5 PS 384k 2,0 % 0,4 62,3
3.3 QUY HOẠCH VÙNG PHỦ VÀ DUNG LƢỢNG CHI TIẾT
Phần này sẽ trỡnh bày việc hoạch định chi tiết vựng phủ và dung lƣợng. Trong pha hoạch định cỡ ban đầu đĩ xỏc định đƣợc số lƣợng Site và cấu hỡnh sơ bộ của mạng. Đến pha hoạch đinh chi tiết, cần dữ liệu truyền thực tế từ cỏc vựng đĩ hoạch định, cựng với mật độ ngƣời sử dụng đƣợc dự bỏo và lƣu lƣợng ngƣời sử dụng. Cỏc thụng tin về cỏc site trạm gốc đang tồn tại cũng cần để tận dụng cỏc sự đầu tƣ cho cỏc site đĩ cú. Đầu ra của hoạch định chi tiết vựng phủ và dung lƣợng là vị trớ trạm gốc, cấu hỡnh và cỏc thụng số. Cụ thể việc quy hoạch vựng phủ và dung lƣợng chi tiết theo cỏc bƣớc sau:
CS 64k 7% PS 64k 24% PS 128k 12% PS 384k 2% Voice 12.2k 55% Voice 12.2k CS 64k PS 64k PS 128k PS 384k
1/ Dự bỏo và xỏc định phõn bố thuờ bao tại từng khu vực cụ thể.
2/ Sau khi cú đƣợc bỡnh qũn dung lƣợng của một Site ở pha định cỡ, tiến hành tớnh toỏn lại tải cell theo số lƣợng thuờ bao phõn bố cụ thể tại site. Nếu tải của Site đỏp ứng yờu cầu theo dung lƣợng đĩ định trƣớc thỡ xem nhƣ đạt yờu cầu. Nếu khỏc thỡ cần phải tớnh lại nhƣ tăng số Site hoặc nõng cấp mở rộng dung lƣợng Site.
3/ Sau khi cú đƣợc dung lƣợng của site theo dung lƣợng phục vụ thuờ bao ở trờn. Tiến hành lựa chọn vị trớ site và cỏc thụng số của Site. Một số thụng tin về cỏc Site cần đƣa ra trong quỏ trỡnh này nhƣ sau:
- Vị trớ của Site gồm: tọa độ, địa chỉ, loại vựng phủ yờu cầu - Xỏc định đƣợc nhu cầu dịch vụ
- Khảo sỏt hiện trạng vựng phủ và vựng phủ yờu cầu lờn bản đồ
- Thiết kế mạng: cấu hỡnh mạng và dung lƣợng mạng truy nhập, dung lƣợng cỏc giao diện kết nối…
- Lựa chọn thiết bị: Cấu hỡnh trạm, anten, phụ trợ…
3.4 TỐI ƢU MẠNG
Tối ƣu mạng là một quỏ trỡnh để cải thiện tồn bộ chất lƣợng mạng khi đĩ thử nghiệm bởi cỏc thuờ bao di động và đảm bảo rằng cỏc nguồn tài nguyờn mạng đƣợc sử dụng một cỏch hiệu quả. Quỏ trỡnh tối ƣu bao gồm:
- Đo đạc hiệu năng (cỏc chỉ tiờu kỹ thuật). - Phõn tớch cỏc kết quả đo đạc.
- Điều chỉnh mạng.
Giai đoạn đầu của quỏ trỡnh tối ƣu mạng là định nghĩa cỏc tiờu chớ hiệu năng chớnh bao gồm cỏc cỏc kết quả đo ở hệ thống quản lý mạng và số liệu đo ngồi hiện trƣờng hay bất kỳ thụng tin khỏc cú thể sử dụng để xỏc định chất lƣợng dịch vụ.
Tiếp theo, việc phõn tớch cỏc kết quả đo đạc nhằm mục đớch phõn tớch chất lƣợng mạng để cung cấp cho nhà khai thỏc một bức tranh tổng quan về chất lƣợng và hiệu quả sử dụng. Phõn tớch chất lƣợng và bỏo cỏo bao gồm việc lập kế hoạch về cỏc trƣờng hợp đo tại hiện trƣờng và đo bằng hệ thống quản lý mạng. Sau khi đĩ đặc tả cỏc chỉ tiờu chất lƣợng dịch vụ và đĩ phõn tớch số liệu thỡ cú thể lập ra bỏo cỏo điều tra. Đối với hệ thống thụng tin di động thế hệ 2, thỡ chất lƣợng bao gồm: thống kờ cỏc cuộc gọi bị rớt, phõn tớch nguyờn nhõn bị rớt, thống kờ chuyển giao và kết quả đo cỏc lần gọi thành cụng. Cỏc hệ thống thụng tin di động thế hệ 3 cú cỏc dịch vụ rất đa dạng nờn cần phải đƣa ra cỏc định nghĩa mới về chất lƣợng dịch vụ.
Với sự trợ giỳp của hệ thống quản lý và vận hành bảo dƣỡng mạng (OSS) cú thể phõn tớch thống kờ hiệu suất mạng trong một khoảng thời gian đĩ sử dụng, hiện tại và dự bỏo cho tƣơng lai. Ngồi ra, cú thể phõn tớch hiệu suất thụng qua cỏc thuật toỏn quản lý tài nguyờn vụ tuyến RRM và cỏc thụng số của chỳng KPI điển hỡnh nhƣ: tổng cụng suất phỏt trạm gốc, tổng phớ chuyển giao mềm; tốc độ ngắt cuốc gọi; trễ dữ liệu gúi... Sau đú tiến hành so sỏnh KPI với cỏc giỏ trị mục tiờu sẽ chỉ ra cỏc vấn đề tồn tại của mạng để cú thể tiến hành điều chỉnh mạng.
Việc điều chỉnh mạng bao gồm: cập nhật cỏc thụng số RRM (vớ dụ cỏc thụng số chuyển giao; cỏc cụng suất kờnh chung; số liệu gúi); thay đổi hƣớng anten trạm gốc, cú thể điều chỉnh hƣớng anten trạm gốc bằng bộ điều khiển từ xa trong một số trƣờng hợp (nhƣ khi vựng chồng lấn với cell lõn cận quỏ lớn, nhiễu cell cao và dung lƣợng hệ thống thấp).
3.5 CHƢƠNG TRèNH TÍNH TỐN Mễ PHỎNG 3.5.1 Lƣu đồ thuật toỏn 3.5.1 Lƣu đồ thuật toỏn
Bắt đầu Nhập cỏc thụng số: - Thụng số trạm gốc - Thụng số trạm di động - Thụng sú kờnh truyền Nhập cỏc thụng số: - Thụng số truyền súng và đặc điểm phủ súng
- Thụng số lưu lượng thuờ bao
Tớnh quỹ đường truyền vụ tuyến
- Tớnh kớch thước cell - Số Site
- Lưu lượng Site
3.5.3 Tớnh toỏn mụ phỏng
Tham khảo kết quả tớnh toỏn quy hoạch cho mạng vụ tuyến UMTS 3G Vinaphone khu vực Tp Đà Nẵng ở chƣơng 5 và phụ lục
3.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG
Quy hoạch mạng thụng tin di động 3G WCDMA là vấn đề hết sức quan trọng, nú ảnh hƣởng đến khả năng cung cấp dịch vụ, hiệu quả kinh tế đối với nàh khai thỏc. Đõy là việc khỏ phức tạp và sự kết hợp hài hũa giữa nhiều yếu tố. Trong khuụn khổ chƣơng này khụng thể trỡnh bày hết cỏc yếu tố mà chỉ đƣa ra cỏc vấn đề cốt lừi mang tớnh định hƣớng, gợi mở cho cỏc nhà hoạch định khi quy hoạch mạng WCDMA, trong đú quỏ trỡnh định cỡ mạng đƣợc trỡnh bày tƣơng đối chi tiết bằng việc phõn tớch tớnh toỏn quỹ đƣờng truyền vụ tuyến để đƣa ra đƣợc số trạm gốc, phạm vi phủ súng của Node-B hay bỏn kớnh của cell. Việc phõn tớch dung lƣợng bao gồm việc đƣa ra mụ hỡnh lƣu lƣợng và cỏch chuyển đổi cỏc loại dịch vụ khỏc nhau cũng nhƣ phƣơng phỏp tớnh dung lƣợng mạng vụ tuyến. Và cuối cựng là đƣa ra một chƣơng trỡnh tớnh toỏn mụ phỏng quy hoạch mạng đƣa ra cỏc kết quả theo yờu cầu nhƣ: bỏn