Chương III: ỨNG DỤNG TRONG THIẾT KẾ MỞ RỘNG MẠNG CDMA
3.2. Thiết kế hệ thống mạng truy cập và chuyển mạch
3.2.3. Giải pháp thiết kế hệ thống
a) Các giả thiết về lưu lượng thuê bao
Mạng CDMA 450 được thiết kế dựa trên các tham số trong bảng 3.7 và bảng 3.8 dưới đây:
Hệ thống được thiết kế dựa trên các tham số hệ thống sau:
Bảng 3.7: Các tham số hệ thống
Các tham số hệ thống Đầu vào
Năm bắt đầu 2006
Kiểu công nghệ 3G 1x CDMA 2000–
Kiể t iể kh i Di độ
Kiểu chuyển vùng dữ liệu (Data roaming) Mobile IP
Băng tần 450MHz, Class 5
Loại mã 8 Kbps EVRC
Tỷ lệ chuyển giao mềm 35%
Cấp độ dịch vụ (GOS Grade of Service) Giao diện - 2%
vô tuyến
Cấp độ dịch vụ (GOS Grade of Service) Giao diện - hữu tuyến
1%
Bảng 3.8: Các tham số thiết kế
Các tham số thiết kế Giá trị
Erlang thoại / thuê bao 0,02
BHCA/ thuê bao thoại 1
Thông lượng BH/thuê bao dữ liệu
(kbps) 0,8
Phần trăm thuê bao thoại (%) 100 Phần trăm thuê bao dữ liệu (%) 10 Dữ liệu/thuê bao/tháng 100.8 MByte
Erlang thuê bao dữ liệu 0,08
Thuê bao thoại:
Sử dụng Bảng Erlang B để tính lưu lượng thoại của mạng. Áp dụng kinh - nghiệm thị trường để tính ra các giá trị của thông số này áp dụng cho thiết kế.
Thuê bao dữ liệu:
Sử dụng bảng phân phối tốc độ dữ liệu sau:
Bảng 3.9: Phân phối tốc độ dữ liệu
Tốc độ dữ liệu Tỷ lệ
9.6 kbps 0
19.2 kbps 5
38.4 kbps 15
76.8 kbps 30
153.6 kbps 50
TỔNG CỘNG: 100 %
Tỷ lệ này phụ thuộc vào chính sách giá cả khi cung cấp dịch vụ.
b) Các yêu cầu về Chất lượng dịch vụ (QoS)
Chất lượng dịch vụ là sự phản ánh có lựa chọn hiệu năng của các dịch vụ để xác định mức độ hài lòng của người sử dụng dịch vụ. QoS đặc trưng bằng việc kết hợp các tính năng của các hệ số hiệu năng, áp dụng cho tất cả các dịch vụ như :
1. Chất lượng thoại/dữ liệu phải ở mức độ nhà khai thác (carrier)
2. Hiệu suất kết nối/session tính theo cấp độ dịch vụ (GOS: Grade of - Service) trong Khuyến nghị E.770 của ITU-T
3. Năng suất của khả năng duy trì dịch vụ phải theo Khuyến nghị E.800 - của ITU-T
4. Độ tin cậy của hiệu suất – phải theo khuyến nghị E.800 của ITU-T
(Ghi chú: Các định nghĩa nói trên được ghi rõ trong Khuyến nghị M- 1079-1 của ITU-R. Cũng có thể tham khảo Bảng 1, 2, 3 của Khuyến nghị 1308 ITU-R)
c) Vùng phủ sóng tế bào theo từng kiểu hình thái
Hệ thống thiết kế phải cung cấp vùng phủ sóng (theo kích thước ô vuông) đối với mỗi BTS cho 4 kiểu hình thái (DU, U, SUB và RU).
Hệ thống được thiết kế trên cơ sở sử dụng kiến thức và kinh nghiệm thị trường đặc thù gồm các đặc điểm địa hình và cây cối để tìm ra các ước tính với mức độ chính xác nhất.
Do vùng nông thôn có mật độ dân số thấp, dân cư thưa thớt, không phải là vùng mở và bằng phẳng đối với đường truyền. Hệ thống được thiết kế với giả thiết vùng phủ sóng cho tế bào (Cell) và các biên (Edge) với xác suất phủ sóng
là 90% và 75% trong giải pháp thiết kế RF. Hệ số tải của cell sẽ được giả thiết là 50%.
3.2.3.2. Thiết kế RF
Tính toán địa điểm của các cell dựa trên cơ sở các yêu cầu về khả năng của mạng. Để đảm bảo xác định được vùng phủ sóng và xác định được vị trí của các cell, chúng ta cần xem xét đến bài toán thiết kế RF của sóng mang.
Phân tích tính toán đường truyền nhằm xác định suy hao đường truyền lớn nhất mà có thể chịu lỗi để đảm bảo tối thiểu hóa công suất phát mà các máy di động và các trạm gốc vẫn thu được với cả đường lên và đường xuống, tách biệt với tạp âm nền máy thu.
Bảng dưới đây chỉ ra các tính toán cho đường xuống của 450 MHz 3G1x 3 sector trong vùng địa hình là vùng ngoại ô.
Bảng 3.10: Phổ tần hoạt động
Phổ tần hoạt động /Carriers 450 M Block A
Tần số phát của trạm gốc (MHz) 463.000 467.47- 5
Tần số phát của Trạm di động(MHz) 453.000 ~
457.475
Độ rộng băng thông sóng mang (MHz) 1.25
Bảng 3.11: Các yêu cầu và giả thiết đối với vùng phủ sóng Các yêu cầu và giải thiết đối với vùng phủ sóng
Số tỉnh thành phủ sóng 13 Yêu cầu
Tỷ lệ chuyển giao mềm 35% Yêu cầu
Xác suất vùng phủ sóng 95% Yêu cầu
Dự trữ suy hao cho vùng đô thị đông dân(dB) 35 Yêu cầu Dự trữ suy hao cho vùng đô thị (dB) 30 Yêu cầu
Dự trữ suy hao cho vùng ngoại ô (dB) 25 Yêu cầu Dự trữ suy hao cho vùng nông thôn (dB) 10 Yêu cầu Chiều cao anten trạm gốc trong vùng đô thị đông dân
(m) 30 Giả thiết
Chiều cao anten trạm gốc trong vùng đô thị (m) 35 Giả thiết Chiều cao anten trạm gốc trong vùng ngoại ô (m) 40 Giả thiết Chiều cao anten trạm gốc trong vùng nông thôn (m) 42 Giả thiết
Thông số trạm gốc:
- Công suất phát cực đại: 20 W (43.01 dBm) - Suy hao feeder
Bảng 3.12: Suy hao cáp Feeder Feeder Cable Loss (dB/100m)
Tần số 1/2 Inch 7/8 Inch 5/4 Inch
450 MHz 7.6 2.7 1.9
850 MHz 11.2 4.03 2.98
1900 MHz 16.1 5.87 4.31
- Giả thiết tính toán: sử dụng Feeder 7/8 Inch với suy hao: 2,7 dB/100m - Suy hao do đấu nối Feeder với BTS và Anten: 1.3 dB.
- Tỷ số Eb/Nt yêu cầu đối với bộ giải điều chế:
Bảng 3.13: Tỷ số Eb/Nt đối với các bộ giải điều chế khác nhau Eb/Nt
(dB)
FER 2%
FER 5% FER 5% FER 5% FER 5% FER 5%
Voice (9.6kbp
s)
Data (9.6kbps)
Data (19.2kbps
)
Data (38.4kbps
)
Data (76.8kbps
)
Data (153.6kbp
s)
Không 3.3 2.17 1.91 1.71 1.65 1.65
di chuyển (0km/h) Đi bộ
(3km/h) 5.27 4.82 4.11 3.01 2.47 1.98
Đi chậm
(8km/h) 5.94 5.55 4.96 3.64 3.01 2.51
30km/h 6.63 6 5.96 4.78 4.28 3.8
100km/
h 6.42 6.09 5.37 4.26 3.57 2.68
- Tạp âm hình máy thu: 3 dB Thông số trạm di động:
- Công suất phát cực đại: 200 mW (23.01 dBm), đối với đầu cuối cố định là 250 mW.
- Các kênh trên đường lên (CDMA 450 reverse link) bao gồm một kênh pilot (R_PICH), một kênh fundamental (R_FCH) và một kênh supplemental(R_SCH). Công suất chỉ định cho các kênh này tuân theo khuyến nghị của chuẩn IS-2000 công suất phân bổ cho các kênh này như sau:
Bảng 3.14: Công suất phát cực đại của các kênh
Công suất phát cực đại của các kênh R_PICH, R_FCH và R_SCH khi sử dụng mã xoắn (convolution coding)
Max Mobile TX Power
(mW) 200
Max Mobile TX Power
(dBm) 23,01
R_FCH Data Rate (kbps) 9,6
R_SCH Data Rate (kbps)
0 9,6 19,2 38,4 76,8 153, 6 TX Power Ratio of R_FCH
to R_PICH (dB) 4 3,75 3,625 2,375 1,125 -0,75 TX Power Ratio of R_SCH
to R_PICH (dB) 3,75 6,25 7,5 9 10,5
Max R_PICH TX Power
(dBm) 17,55 15,42 14,25 13,79 12,91 11,8 5 Max R_FCH TX Power
(dBm) 21,55 19,17 17,87 16,17 14,03 11,1 0 Max R_SCH TX Power
(dBm) 19,17 20,50 21,29 21,91 22,3
5 - Body loss: là suy hao do tín hiệu bị hấp thụ khi máy di động được đặt
trong túi áo, túi quần..., giá trị được chọn là 3 dB, đối với đầu cuối cô định, suy hao body là 0 dB.
- Tỷ số Eb/Nt yêu cầu đối với bộ giải điều chế của máy di động: giá trị này được quyết định bởi nhà sản xuất máy cầm tay, tuy nhiên, giá trị thường được chọn là từ 3.3 dB đến 6.42 dB.
- Tạp âm hình máy thu: được chọn là 6 dB.
a) Tính toán quỹ dự trữ đường truyền
Căn cứ các số liệu giả thiết, số liệu thống kê và sử dụng mô hình tính toán quỹ dự trữ đường truyền và vùng phủ sóng.
Sử dụng mô hình Hata với các thông số cho trước tính toán vùng phủ sóng tối đa với giá trị tổn hao đường truyền được tính theo công thức sau:
Lp = C1 + C2 x log(f) + C3 x log(Hb) - a(Hm) + (C4 + C5 x log(Hb)) x log(d) (3.5)
Trong đó: Lp : Suy hao đường truyền tối đa Hm : Chiều cao anten MS = 1.5m Hb : Chiều cao anten BTS
C1 : Hệ số che chắn = 69.55
C2 : Hệ số hiệu chỉnh tần số = 26.16
C3 : Hệ số hiệu chỉnh chiều cao trạm gốc 13.82 C4 = 44.9
C5 : Hệ số điều chỉnh chiều cao-khoảng cách trạm gốc = - 6.55 (f=450Mhz)
a(Hm) = [1.1xlog(f) - 0.7] x Hm - [1.56 x log[f] - 0.8] (3.6)
1.Tính toán RF cho khu vực đô thị đông dân (Dense Urban)
DATA
1X VOICE
Bit R t (kb ) 153 60 76 80 38 40 19 20 9 60 9 60
MS MaximumTx
Power(mW) 200.00 200.00 200.00 200.00 200.00 200.00
MS MaximumTx
Power(dBm) 23.01 23.01 23.01 23.01 23.01 23.01
MS Antenna Gain(dBi) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Body Loss(dB) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 3.00 MS EIRP(dBm) 23.01 23.01 23.01 23.01 23.01 23.01 BS Antenna Gain(dBi) 15.00 15.00 15.00 15.00 15.00 15.00 Base Feeder Loss(dB/100m) 2.70 2.70 2.70 2.70 2.70 2.70 Base Feeder Length(m) 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 Other Loss(Jumper Cable
and Connector)(dB) 1.30 1.30 1.30 1.30 1.30 1.30
Total Feeder Loss(dB) 2.38 2.38 2.38 2.38 2.38 2.38 Interference Margin(dB) 1.87 1.87 1.87 1.87 1.87 1.87
Sensitivity(dBm)
- 117.51
- 120.07
- 122.44
- 124.77
-
126.46 -125.85 Handoff Gain(dB) 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 Fading Margin(dB) 5.60 5.60 5.60 5.60 5.60 5.60 Max Allowable Path
Loss(dB) 148.67 151.23 153.60 155.93 157.62 154.01
Building Penetration Loss
(dB) 30.00 30.00 30.00 30.00 30.00 30.00
Up Link Path Loss(dB) 118.67 121.23 123.60 125.93 127.62 124.01 BS Antenna Height(m) 30.00 30.00 30.00 30.00 30.00 30.00 MS Antenna Height(m) 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 Frequency(MHz) 454.00 454.00 454.00 454.00 454.00 454.00
a(hm) (dB) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
1km Path Loss (dB) 118.64 118.64 118.64 118.64 118.64 118.64 Radius of RF Coverage
(km ) 1.00 1.18 1.38 1.61 1.80 1.42
2. Tính toán RF cho khu vực đô thị (Urban)
DATA
1X VOICE Bit Rate(kbps) 153.60 76.80 38.40 19.20 9.60 9.60 MS MaximumTx
Power(mW) 200.00 200.00 200.00 200.00 200.00 200.00 MS MaximumTx
Power(dBm) 23.01 23.01 23.01 23.01 23.01 23.01
MS Antenna Gain(dBi) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Body Loss(dB) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 3.00
MS EIRP(dBm) 23.01 23.01 23.01 23.01 23.01 23.01 BS Antenna Gain(dBi) 15.00 15.00 15.00 15.00 15.00 15.00 Base Feeder Loss(dB/100m) 2.70 2.70 2.70 2.70 2.70 2.70 Base Feeder Length(m) 45.00 45.00 45.00 45.00 45.00 45.00 Other Loss(Jumper Cable
and Connector)(dB) 1.30 1.30 1.30 1.30 1.30 1.30
Total Feeder Loss(dB) 2.52 2.52 2.52 2.52 2.52 2.52 Interference Margin(dB) 1.87 1.87 1.87 1.87 1.87 1.87
Sensitivity(dBm)
- 117.51
- 120.07
- 122.44
- 124.77
-
126.46 -125.85 Handoff Gain(dB) 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 Fading Margin(dB) 5.60 5.60 5.60 5.60 5.60 5.60 Max Allowable Path
Loss(dB) 148.54 151.10 153.47 155.80 157.49 153.88
Building Penetration Loss
(dB) 25.00 25.00 25.00 25.00 25.00 25.00
Up Link Path Loss(dB) 123.54 126.10 128.47 130.80 132.49 128.88
BS Antenna Height(m) 35.00 35.00 35.00 35.00 35.00 35.00 MS Antenna Height(m) 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 Frequency(MHz) 454.00 454.00 454.00 454.00 454.00 454.00 a(hm) (dB) -0.01 -0.01 -0.01 -0.01 -0.01 -0.01 1km Path Loss (dB) 117.71 117.71 117.71 117.71 117.71 117.71 Radius of RF Coverage(km) 1.47 1.74 2.04 2.37 2.66 2.09
3. Tính toán RF cho khu vực ngoại ô (Suburban)
DATA
1X VOICE Bit Rate(kbps) 153.60 76.80 38.40 19.20 9.60 9.60 MS MaximumTx
Power(mW) 200.00 200.00 200.00 200.00 200.00 200.00 MS MaximumTx
Power(dBm) 23.01 23.01 23.01 23.01 23.01 23.01
MS Antenna Gain(dBi) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Body Loss(dB) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 3.00
MS EIRP(dBm) 23.01 23.01 23.01 23.01 23.01 23.01 BS Antenna Gain(dBi) 15.00 15.00 15.00 15.00 15.00 15.00 Base Feeder Loss(dB/100m) 2.70 2.70 2.70 2.70 2.70 2.70 Base Feeder Length(m) 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 Other Loss(Jumper Cable
and Connector)(dB) 1.30 1.30 1.30 1.30 1.30 1.30
Total Feeder Loss(dB) 2.65 2.65 2.65 2.65 2.65 2.65 Interference Margin(dB) 1.87 1.87 1.87 1.87 1.87 1.87
Sensitivity(dBm)
- 117.51
- 120.07
- 122.44
- 124.77
-
126.46 -125.85 Handoff Gain(dB) 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 Fading Margin(dB) 5.60 5.60 5.60 5.60 5.60 5.60 Max Allowable Path
Loss(dB) 148.40 150.96 153.33 155.66 157.35 153.74
Building Penetration Loss
(dB) 20.00 20.00 20.00 20.00 20.00 20.00
Up Link Path Loss(dB) 128.40 130.96 133.33 135.66 137.35 133.74 BS Antenna Height(m) 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 MS Antenna Height(m) 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 Frequency(MHz) 454.00 454.00 454.00 454.00 454.00 454.00 a(hm) (dB) -0.01 -0.01 -0.01 -0.01 -0.01 -0.01 1km Path Loss (dB) 116.91 116.91 116.91 116.91 116.91 116.91 Radius of RF Coverage(km) 2.15 2.56 3.00 3.50 3.92 3.08
4. Tính toán RF cho khu vực nông thôn – đường quốc lộ (Rular)
DATA
1X VOICE Bit Rate(kbps) 153.60 76.80 38.40 19.20 9.60 9.60 MS MaximumTx
Power(mW) 200.00 200.00 200.00 200.00 200.00 200.00 MS MaximumTx
Power(dBm) 23.01 23.01 23.01 23.01 23.01 23.01
MS Antenna Gain(dBi) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Body Loss(dB) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 3.00 MS EIRP(dBm) 23.01 23.01 23.01 23.01 23.01 23.01 BS Antenna Gain(dBi) 15.00 15.00 15.00 15.00 15.00 15.00 Base Feeder Loss(dB/100m) 2.70 2.70 2.70 2.70 2.70 2.70 Base Feeder Length(m) 60.00 60.00 60.00 60.00 60.00 60.00 Other Loss(Jumper Cable
and Connector)(dB) 1.30 1.30 1.30 1.30 1.30 1.30
Total Feeder Loss(dB) 2.92 2.92 2.92 2.92 2.92 2.92 Interference Margin(dB) 1.87 1.87 1.87 1.87 1.87 1.87
Sensitivity(dBm)
- 117.51
- 120.07
- 122.44
- 124.77
-
126.46 -125.85 Handoff Gain(dB) 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 Fading Margin(dB) 5.60 5.60 5.60 5.60 5.60 5.60 Max Allowable Path
Loss(dB) 148.13 150.69 153.06 155.39 157.08 153.47
Building Penetration Loss
(dB) 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00
Up Link Path Loss(dB) 138.13 140.69 143.06 145.39 147.08 143.47 BS Antenna Height(m) 42.00 42.00 42.00 42.00 42.00 42.00 MS Antenna Height(m) 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 Frequency(MHz) 454.00 454.00 454.00 454.00 454.00 454.00 a(hm) (dB) -0.01 -0.01 -0.01 -0.01 -0.01 -0.01 1km Path Loss (dB) 116.61 116.61 116.61 116.61 116.61 116.61 Radius of RF Coverage(km) 4.24 5.03 5.90 6.90 7.73 6.07
Qua việc tính toán vùng phủ sóng đối với các khu vực khác nhau ta nhận thấy.
Bảng 3.15: Bán kính phủ sóng đối với các khu vực khác nhau
STT Khu vực Bán kính phủ sóng
(km) 1. Đô thị đông dân 1,42
2. Đô thị 2,09
3. Ngoại ô 3,08
4. Nông thôn, đường quốc lộ 6,07
Dự trữ fading được xác định trong các tính toán đường truyền được thiết kế để phủ sóng 95% vùng dịch vụ và 90% biên của các cell vùng dịch vụ.
Phủ sóng vết in được dựa trên cơ sở tính toán đường thoại. Bán kính cell được xác định theo các công thức trong mô hình Okumara Hata với giả thiết – chiều cao anten trạm gốc là 30 mét và chiều cao anten thuê bao là 1.5 mét.
Đối với thiết bị máy cầm tay: Internal hoặc External anten dual band, thu phát sóng trực tiếp, single band: 450MHz.
b) Tính toán vùng phủ sóng Số liệu đầu vào
Bảng 3.16: Các số liệu đầu vào
450Mhz, Class 5, Block A 452.5 ~ 457.475 MHz (Mobile Tx) 462.5 ~ 467.475MHz (Base Tx)
Vocoder Type 8 Kbps EVRC
Spreading Bandwidth (PN chip rate) 1.2288 MHz Blocking Probability (Grade of
Service) 2%
Log-Normal Standard Deviation 8 dB
Cell Edge Coverage Probability (for
9.6Kbps voice application) 90% for all Morphologies
In-Building Penetration Loss
• 35dB cho các khu vực đặc biệt
• 30 dB cho vùng đô thị đông (DU:Dense Urban)
• 25 dB cho vùng đô thị (U: Urban)
• 20 dB cho vùng ngoại ô (SUB:
Suburban)
• 10dB cho vùng nông thôn (RU:
Rural)
Reverse Fade Margin 10.3 dB
Standard Deviation 8 dB
Reverse Interference Margin 5.57 dB (72% loading)
Soft Handoff Gain 4.0 dB (90% cell edge coverage probability)
Voice Activity Factor 58% (Reverse Link) 48% (Forward Link)
Mobile Maximum Power 25.0 dBm (CDMA 2000 1x)
Mobile Antenna Gain 0 dBi
Mobile Noise Figure 9.0 dB
Antenna specifications Slant cross polarization, 80º HBW, 15º VBW, and 13.6 dBi gain.
Antenna height As per desired antenna height in site survey report.