Thơng tin thiết bị bao gồm các thông số như : tần số BS, độ cao anten BS và MS, các
thông số tổn hao, tạp âm…., ta co thể thấy trong hình 4.2 dưới đây :
Hình 4.2 - Menu nhập thông số thiết bị
Thông tin khu vực bao gồm 4 thông số như tốc độ bit, tổn hao truy nhập
nhà, cơ thể và dự trữ che tối logarit chuẩn. Ngồi ra, ta có thể chọn kiểu mơi trường như thành phố lớn, vừa và nhỏ, ngoại ô hay là vùng trống.
Hình 4.3 - Menu nhập thơng số khu vực
Phần chức năng tính tốn có 3 nút lệnh. Nút lệnh “Tính tốn” sẽ cho ta kết quả về tổn hao đường truyền trung bình và bán kính ơ mini, hai kết quả này sẽ được hiển thị trong khung “Kết quả”.
Hình 4.4 - Menu tính tốn và kết quả
Nút lệnh “Hình vẽ” sẽ cho ra một cửa sổ mới như hình 4.5 và thực hiện chức năng so sánh xem MS có nằm trong bán kính ơ mini hay khơng.
Hình 4.5 – Cửa sổ “Hình vẽ”
Nút lệnh “ Chi tiết” sẽ đưa ra một của sổ mới với các kết quả tính tốn chi tiết hơn như trong hình 4.6:
Hình 4.6 – Cửa sổ “Chi tiết”
Chương trình thiết kế tương đối đơn giản và được viết bằng ngơn ngữ lập trình Visual Basic 6.0, mã lệnh của chương trình được lưu trên đĩa gửi kèm với bản đồ án tốt nghiệp.
4.1.3 Quỹ đuờng truyền của hệ thống WiMax cho một kịch bản cụ thể.
Với các tham số đầu vào đã trình bày trong phần 41.1 chung ta hồn tồn có thể tính được quỹ đuờng truyền cho một hệ thống WiMax. Bây giờ chúng ta sẽ xét một ví dụ với các tham số đâu vào là các giá trị cụ thể.
a)Tham số đầu vào
Giả sử một công ty muốn triển khai một hệ thống WiMax với kịch bản vùng ngoại ô cùng các tham số hệ thống và đuờng truyền đuợc đuợc thể hiện trong bảng 4.7
Bảng 4.6 Các tham số trong một ví dụ triển khai hệ thống WiMax.
Tham số Value Unit
Băng tần 10 [MHz]
Công suất phát BS 37 [dBm]
Chiều cao anten BS 30 [m]
Độ lợi anten BS 17 [dBi]
Số luợng kênh con UL 3
Độ lợi BS Array 6.02 [dB]
polarization mismatch 0.57 [dB]
Môi truờng NLOS
Sub Urban
Tổng dự trữ pha đinh DL 7.37029995663981 [dB]
Tổng dự trữ pha đinh UL NaN [dB]
Công suất phát CPE 26 [dBm]
Chiều cao antenCPE 1.5 [m]
Anten CPE omni
Độ lợi antenCPE 5 [dBi]
Tần số hoạt động 2.3 [MHz]
Mơ hình truyền sóng Cost 231 Hata Sub Urban
Yêu cầu đâm xuyên 2nd wall
Tổn hao đâm xuyên 17 [dB]
Tổn hao cáp 0.5 [dB]
Street orientation angle 90 [deg.]
b)Quỹ đuờng truyền ứng với các mức điêù chế khác nhau
Bảng 4.7 Quỹ đuờng truyền ứng với các mức điêù chế cho hệ thống WiMax
`Dữliệu đầu ra 1/2 rep6QPSK QPSK 1/2 rep4
QPS K 1/2
rep2 QPSK 1/2 QPSK 3/4 16-QAM 1/2
Độ lợi hệ thống DL [dB] 170.4 167.4 164.4 161.4 158.2 156
Độ lợi hệ thống UL [dB] 166.76 163.76 160.76 158.86 156.46 153.76
Suy hao đuờng truyền
DL [dB] 152.16 149.16 146.16 142.76 138.96 137.06
Suy hao đuờng truyền
UL [dB] 150.11 147.11 144.11 141.51 138.51 136.11
Vùng phủ
DownLink [Km] 9.76984 7.99272 6.53885 5.20815 4.03868 3.55645
UpLink [Km] 8.51737 6.96807 5.70059 4.79019 3.91886 3.33738
Output data 16-QAM 3/4 64-QAM 1/2 64-QAM 2/3 64-QAM 3/4 64-QAM 5/6
Độ lợi hệ thống UL [dB] 150 151 147.2 146.4 146.4
Độ lợi hệ thống UL [dB] 149.86 NA NA NA NA
Suy hao đuờng truyền
DL [dB] 132.76 132.06 128.56 127.56 126.06
Suy hao đuờng truyền
UL [dB] 131.91 NA NA NA NA
Vùng phủ
DownLink [Km] 2.66711 2.54505 2.01359 1.88324 1.70337
UpLink [Km] 2.51962 NaN NaN NaN NaN
Từ bảng trên ta thấy với mức điều chế QPSK 1/2 rep6, bán kính phủ sóng là lớn nhất, với Downlink là 9.76984 km và Uplink là 8.51737 km. Còn bán kính phủ sóng nhỏ nhất ứng với mức điều chế cho đường xuống 64-QAM 5/6 DL là 1.70337 km. Do đường lên không sử dụng các mức điều chế 64-QAM nên bán kính nhỏ nhất cho đường lên là 2.51962 km ứng với mức điều chế 16-QAM 3/4. Tuy nhiên các nhà khai thác mạng sẽ quan tâm chủ yếu tới kết quả ở múc điều chế QPSK 1/2 ( cột được bôi xanh trên bảng 4.7). Ở mức điều chế này, bán kính vùng phủ sóng tương đối lớn nhưng tốc độ truyền dữ liệu sẽ rất thấp. Chúng ta sẽ làm rõ điều này trong phần 4.2, tính tốn lưu lượng hệ thống.
4.2 Tính tốn lưu lượng cho hệ thống.
Để đánh giá hiệu năng của một hệ thống các nhà khai thác mạng phải tính tốn lưu luọng của hệ thống. Các số liệu tính tốn được sẽ giúp cho các nhà triển khai mạng thiết kế một cách chi tiết và hiệu quả. Các nhà triển khai mạng có thể dựa trên các kết quả tính tốn để có thể cung cấp các dịch vụ và ứng dụng hợp lý đồng thời tiết kiệm chi phí triển khai.Việc tính tốn lưu lượng phụ thuộc rất nhiều các thông số hệ thống và đuợc chia thành hai buớc:
• Tính tốn tốc độ bit của một sector.
• Tính tốn số luộng th bao của một BS
4.2.1 Tham số đầu vào. 4.2.1.1 Tham số OFDMA
Tham số OFDMA được trình bày trong bảng 4.3 mục 4.1.1.1
4.2.1.2 Cấu hình TDD và điều chế - mã hóa: a) Cấu trúc khung TDD.
TDD cho phép điều chỉnh tỉ lệ DL/UL (đường xuống/đường lên) để hỗ trợ hiệu quả lưu lượng không đối xứng giữa đường xuống và đường lên (với FDD thì tỉ lệ đường xuống và lên là khơng đổi và thường là bằng băng thông của đường xuống và đường lên).
Hình 4.7 minh hoạ cấu trúc khung TDD. Mỗi khung được chia thành các khung con hướng xuống (DL) và hướng lên (UL) bởi bộ Phát/Thu và Thu/Phát (TTG và RTG) để tránh xung đột giữa hướng DL và UL. Trong một khung, thông tin điều khiển dùng để đảm bảo hoạt động hệ thống được tối ưu:
- Phần đầu khung (Preamble): Là symbol OFDM đầu tiên của khung dùng để đồng bộ.
- Tiêu đề điều khiển khung (FCH): FCH nằm sau phần mở đầu khung. Nó cho biết thong tin cấu hình khung như độ dài bản tin MAP, nguyên lý mã hoá và các kênh con khả dụng.
- DL-MAP và UL-MAP: DL-MAP và UL-MAP cho biết cấp phát kênh con và các thong tin điều khiển khác lần lượt cho các khung con DL và UL.
- Sắp xếp UL: Kênh con sắp xếp cho UL được cấp phát cho trạm di động (MS) để thực hiện điều chỉnh: thời gian vịng kín, tần số và cơng suất cung như u cầu băng thông.
- UL CQICH: Kênh UL CQICH cấp phát cho MS để phản hồi trạng thái kênh.
- UL ACK: Kênh UL ACK cấp cho MS để xác nhận phản hồi DL HARQ.
TDD đảm bảo sự trao đổi kênh để: hỗ trợ khả năng điều chỉnh đường truyền, MIMO và các cơng nghệ anten vịng kín cao cấp khác. Khơng như FDD u cầu một cặp kênh, TDD chỉ yêu cầu một kênh đơn cho cả đường lên và đường xuống đem lại khả năng điều chỉnh linh động sự cấp phát tần số toàn cục. Các thiết kế bộ thu phát để triển khai TDD cũng ít phức tạp và ít tốn kém hơn.
b)TDD split:
Bảng 4.8 Cấu hình TDD
STT
Wimax forum profile Data symbols
UL configuratio
n
DL
Symbols UL symbols BMAX support efficiencymax TDD split DL UL
1 4 35 12 ok 1:3 28 9 2 4.33 34 13 27 10 3 4.67 33 14 26 11 4 5 32 15 ok 1 1:2 25 12 5 5.33 31 16 24 13 6 5.67 30 17 23 14 7 6 29 18 ok 1:1.5 22 15 8 6.33 28 19 21 16 9 6.67 27 20 20 17 10 7 26 21 ok 1 1:1 19 18
c)Số bit dữ liệu trên 1bin:
Số bit dữ liệu trên một bin theo các phương thức điều chế và mã hóa được thể hiện trong bảng dưới đây:
4.2.2 Tính tốn tơc độ bit trên một sector:
Các thông số yêu cầu: Tỷ lệ TDD . Hệ số Oversubscription. Băng thông hệ thống. Hệ số tái sử dụng tần số. UL MCS. DL MCS. MAP MCS. Kích thước DL Zone . Kích thước MAP. Kích thước UL Zone. Mào đầu HARQ.
Việc tính tốn có thể chia thành 2 bước. Bước thứ nhất ta sẽ tính số lượng IE ( số sub- burst) trên một khung. Bước thứ hai ta sẽ tính thơng lượng DL và UL.
Bước 1
Tùy theo cơ chế MAP-MCS ta tính được kich thước MAP :
MAPsize= (symbols * subchannels/2-FCH)*48*MAP_MCS.
Sau đó theo cấu trúc MAP ( được định nghĩa trong IEEE-802.16) ta tính được số IE
NumIE= (MAPSize-MAP_Basic_Size)/(DL_IE_Size+UL_IE_Size) Bước 2 Tính tốn cho DL : DL_throughput=DL_Symbols*DL_Subchannels*48/2*DL_Average_MCS Tính tốn cho UL : UL_throughput=UL_Symbols/3*UL_Subchannels*48*UL_Average_MCS 4.2.3 Tính tốn số kết nối đồng thời:
Dựa vào các yêu cầu QoS (ứng với các mưc QoS ta sẽ có các DL_Throughput_connection và UL_Throughput_connection tương ứng) ta xác đinh được số lượng MAP IE trên 1 giây
Với DL:
Với UL:
Frequency= UL_Throughput_connection* NumIE / UL_throughput
Số kết nối đồng thời:
Number of Concurrent Connections = NumIE/Frequency 4.2.2 Ví dụ tính tốn cho trường hợp các thuê bao ở biên(QPSK 1/2)
Ta có các thơng số giả đinh như sau: Tỷ lệ TDD: 1:3
Hệ số Oversubscription: 1:20 Băng thông hệ thống : 10Mhz Hệ số tái sử dụng tần số: 3(f1,f2, f3) UL MCS: QPSK1/2 (1 bit per bin) DL MCS: QPSK 1/2 (1 bit per bin) MAP MCS: QPSK 1/2 Repetition 2
Kích thước DL Zone : 35 ký hiệu MAP size: 6 ký hiệu (6 sub-bursts
trên 1 hướng)
Kích thước UL Zone : 12 ký hiệu (trong đó 3 ký hiệu dành cho feedback zone) HARQ overhead: 0%
Tính tốn tơc độ bit trên một sector:
Bước 1
Kich thước MAP :
MAPsize= (symbols*subchannels/2-FCH)*48*MAP_MCS.
Thay số ta có :
MAPsize= ((6/2)*30-4)*48*0.5=2064 bits, Ở đây:
• 6 là số lượng ký hiệu của MAP (6/2 là số lượng khe thời gian) • 30 số kênh con với băng thơng 10 MHz
• 4 là số khe dành cho FCH, • 48 là số lượng bin trên 1 khe
• 0.5 là số lượng bit trên 1 bin (QPSK 1/2 Rep2) – xem “Bảng 5.5 Số bit trên 1 bin”
Bước 2
Với đường xuống DL:
DL_throughput= DL_Symbols*DL_Subchannels*48/2*DL_Average_MCS
→ DL_throughput= (35-6-1)*30*48/2*1=20160 bit / khung Ở đây:
• 35 là số lượng ký hiệu dành cho DL sub-frame ((35-6-1) là số lượng ký hiệu dữ liệu, trong đó (-6-1) là trừ đi 6 ký hiệu của MAP, 1 của Preamble)
• 30 số kênh con với băng thơng 10 MHz
• 48/2 là số lượng bin trên 1 khe (chế độ sắp xếp kênh con sử dụng một phần đường truyền DL-PUSC)
• 1 là số lượng bit trên 1 bin (QPSK 1/2) - xem “Bảng 5.5 Số bit trên 1 bin” Do mỗi thời gian mỗi khung là 5 ms nên 1s sẽ có 200 khung. Ta có
DL_throughput (Mbps) = 20160 bit/ khung * 200 = 4.032 Mbps
Với đường xuống UL:
UL_throughput= UL_Symbols*UL_Subchannels*48/3*UL_Average_MCS
→ UL_throughput= (12-3)*35*48/3*1=5040 bit / khung Ở đây:
•12 là số lượng ký hiệu dành cho UL sub-frame ((12-3) là số lượng ký hiệu dữ liệu, trong đó (-1) là trừ đi ký hiệu dành cho feedback zone)
•35 số kênh con với băng thơng 10 MHz
•48/3 là số lượng bin trên 1 khe (chế độ sắp xếp kênh con sử dụng một phần đường truyền UL-PUSC)
•1 là số lượng bit trên 1 bin (QPSK 1/2) - xem “Bảng 5.5 Số bit trên 1 bin” Do mỗi thời gian mỗi khungla 5 ms nên 1s sẽ có 200 khung. Ta có
Tính tốn số kết nối đồng thời
Với DL:
Frequency= DL_Throughput_connection* NumIE / DL_throughput
Giả sử tốc độ đường xuống yêu cầu cầu cho 1 kết nối là 512 kbps ta có:
Frequency= 512kbps*6/3888Mbps ≈ 0.79 ≈ 159/200
159/200 có nghĩa kết nối này chỉ sử dụng 159 khung trên 1s Với UL:
Frequency= UL_Throughput_connection* NumIE / UL_throughput
Giả sử tốc độ đường lên yêu cầu cầu cho 1 kết nối là 128 kbps ta có:
Frequency=128kbps*6/1008Mbps ≈ 0.76 ≈ 153/200
153/200 có nghĩa kết nối này chỉ sử dụng 159 khung trên 1s Số kết nối đồng thời:
Number of Concurrent Connections = NumIE/Frequency
Với 128 kbps UL:
Số kết nối UL đồng thời = 6/(153/200) ≈ 7 kết nối
Với 512 kbps DL:
Số kết nối DL đồng thời = 6/(159/200) ≈ 7 kết nối Tính tốn số kết nối đồng thời
Theo như hệ số Overscription là 20 ( hệ số này do nhà khai thác mạng tiến hành khảo sát khu vực định triển khai mạng để quyết định), ta có thể tính được số thuê bao được phục vụ trên 1 sector là :
Số thuê bao/sector = Min( UL Number of Concurrent ; DL Number of Concurrent) *Oversubscription Factor
→ Số thuê bao/sector = 7 * 20 = 140 th bao Nếu như BS có 3 sector thì số th bao được phục là :
4.2.3 Tính tốn tố độ bit trên 1 sector cho tất cả các trường hợp:
Theo như hồ sơ hệ thống của WiMax Forum, chúng ta có 10 trường hợp khác nhau để tính tốn.
Bảng 4.9 – 10 trường hợp tính tốn
STT
Wimax forum profile Data symbols
UL
configuration DL Symbols UL symbols
BMAX support max efficiency TDD split DL UL 1 4 35 12 ok 1:3 28 9 2 4.33 34 13 27 10 3 4.67 33 14 26 11 4 5 32 15 ok 1 1:2 25 12 5 5.33 31 16 24 13 6 5.67 30 17 23 14 7 6 29 18 ok 1:1.5 22 15 8 6.33 28 19 21 16 9 6.67 27 20 20 17 10 7 26 21 ok 1 1:1 19 18
Tất cả các trường hợp này ta chọn tham số chung MAP size: 6 ký hiệu, 3 ký hiệu dành cho feedback zone trong UL Zone, HARQ overhead: 0%. Bảng 4.7 và 4.8 sau đây là kết quả tính tốn cho 10 trường hợp trên với các MCS khác nhau:
Number of Bits of Bin STT 1 STT 2 STT 3 STT 4 STT 5 MCS Data bits/bin STC DL UL DL UL DL UL DL UL DL UL QPSK 1/2r 6 1/6 672,000 168,000 648,000 186,667 624,000 205,333 576,000 205,333 576,000 242,667 QPSK 1/2r 4 1/4 1,008,000 252,000 972,000 280,000 936,000 308,000 864,000 308,000 864,000 364,000 QPSK 1/2r2 1/2 2,016,000 504,000 1,944,000 560,000 1,872,000 616,000 1,728,000 616,000 1,728,000 728,000 QPSK 1/2 1 4,032,000 1,008,000 3,888,000 1,120,000 3,744,000 1,232,000 3,456,000 1,232,000 3,456,000 1,456,000 QPSK 3/4 1 1/2 6,048,000 1,512,000 5,832,000 1,680,000 5,616,000 1,848,000 5,184,000 1,848,000 5,184,000 2,184,000 16QAM 1/2 2 8,064,000 2,016,000 7,776,000 2,240,000 7,488,000 2,464,000 6,912,000 2,464,000 6,912,000 2,912,000 16QAM 3/4 3 18,144,000 3,024,000 17,496,000 3,360,000 16,848,000 3,696,000 10,368,000 3,696,000 10,368,000 4,368,000 64QAM 1/2 3 24,192,000 23,328,000 22,464,000 20,736,000 20,736,000 64QAM 2/3 4 32,256,000 31,104,000 29,952,000 27,648,000 27,648,000 64QAM 3/4 4 1/2 36,288,000 34,992,000 33,696,000 31,104,000 31,104,000 64QAM 5/6 5 40,320,000 38,880,000 37,440,000 34,560,000 34,560,000
Bảng 4.8 Tốc độ bít trên 1 sector của trường hợp 6 đến 10.
STC QPSK 1/2r 6 1/6 552,000 261,333 528,000 280,000 504,000 298,667 480,000 317,333 432,000 336,000 QPSK 1/2r 4 1/4 828,000 392,000 792,000 420,000 756,000 448,000 720,000 476,000 648,000 504,000 QPSK 1/2 rep 2 1/2 1,656,000 784,000 1,584,000 840,000 1,512,000 896,000 1,440,000 952,000 1,296,000 1,008,000 QPSK 1/2 1 3,312,000 1,568,000 3,168,000 1,680,000 3,024,000 1,792,000 2,880,000 1,904,000 2,592,000 2,016,000 QPSK 3/4 1 1/2 4,968,000 2,352,000 4,752,000 2,520,000 4,536,000 2,688,000 4,320,000 2,856,000 3,888,000 3,024,000 16QAM 1/2 2 6,624,000 3,136,000 6,336,000 3,360,000 6,048,000 3,584,000 5,760,000 3,808,000 5,184,000 4,032,000 16QAM 3/4 3 9,936,000 4,704,000 9,504,000 5,040,000 9,072,000 5,376,000 8,640,000 5,712,000 7,776,000 6,048,000 64QAM 1/2 3 19,872,000 19,008,000 18,144,000 17,280,000 15,552,000 64QAM 2/3 4 26,496,000 25,344,000 24,192,000 23,040,000 20,736,000 64QAM 3/4 4 1/2 29,808,000 28,512,000 27,216,000 25,920,000 23,328,000 64QAM 5/6 5 33,120,000 31,680,000 30,240,000 28,800,000 25,920,000
lượng cho hệ thống WiMax và quan trọng nhất là đã đưa ra kêt quả tính tốn. Các số liệu tính tốn được sẽ giúp cho các nhà triển khai mạng thiết kế một cách chi tiết và hiệu quả. Các nhà triển khai mạng có thể dựa trên các kết quả tính tốn để có thể cung cấp các dịch vụ và ứng dụng hợp lý, đồng thời tiết kiệm chi phí triển khai. Tuy nhiên nhìn vào các kết quả tính tốn có thấy chúng khác xa với những gì mà chúng ta thường được nghe về công nghệ WiMax như tốc độ lên tới 70 Mbps, bán kính phủ sóng 50km... Do vậy, mặc dù sức hấp dẫn của công nghệ WiMax vẫn cịn rất lớn nhưng một số cơng ty viễn thông lớn đang tỏ ra thận trọng trong việc lựa chọn WiMax hay các công nghệ vô tuyến khác, đặc biệt là 3G LTE, một đối thủ nặng ký của WiMax trong thị trường băng rộng. Để hiểu kỹ hơn,