CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG INBUILDING CHO TOÀ NHÀ
3.2.4. So sánh kết quả đ o thực tế với kết quả dự đ oán
Do cấu trúc các tầng của toà nhà tương đối giống nhau nên chúng ta chỉ đo đại di n các t ng có cấu trúc gi ng nhau (tệ ầ ố ừ ầ t ng 1÷5, từ ầ t ng 6÷14) và các tầng có cấu trúc khác nhau (tầng hầm, 15, 16), t ng cổ ộng đo 6 t ng. Thi t b ầ ế ị đo bao g m máy đo kiồ ểm tra TEMS Investigation c a hãng Ericsson k t nối ủ ế với máy tính xách tay. TEMS Investigation là thiết bị đo giao diện không gian vô tuyến để sửa lỗi, kiểm định, tối ưu hóa và bảo trì mạng thông tin di động.
Nó bao gồm một máy điện thoại với phần mềm và một ứng dụng tối ưu hóa được cài trong máy tính. Công cụ này thực hiện các cuộc gọi vào các khoảng thời gian ngắn liên tục tới trạm phát và các dữ liệu thời gian thực hiện trên màn hình máy tính cho biết những gì đang diễn ra trong mạng lưới.
Nhờ đó người ta có thể xem xét các kênh tín hiệu khác nhau, nguyên nhân rớt cuộc gọi...
Kết quả đo cho tín hiệu thoại của 6 tầng nói trên bao gồm: tỷ số tín hiệu/tạp âm (C/I worst), mức cường ộ tín hiệu thu đ được (Rxlev Sub), mức nhiễu (RxQual Sub), chỉ số chất lượng thoại (SQI) cụ thể nh ư sau:
- Tầng hầm:
Kết quả đo ở tầng hầm cho thấy mức c ờng ộ tín hiệu thu ư đ được tập trung trong khoảng từ (-60 ÷ 70 dBm). Mặc dù đ- ạt tiêu chuẩn thiết kế là có 5
% số mẫu có mức cường độ tín hiệu thu được lớn hơn -80dBm nhưng vẫn có 40% số nhỏ hơn mức -70 dBm. Tuy nhiên do các mẫu nhỏ hơn mức -70 dBm nằm ở những vị trí góc khuất của tầng hầm nên vẫn không bị xảy ra chuyển giao với trạm bên ngoài. Mức nhiễu đo được của tầng hầm rất tốt, 95% số mẫu có RxQual = 0 tương đương BER < 0.2% [15], tỷ số tín hiệu trên tạp âm rất cao và chủ yếu tập trung trong khoảng từ 19÷23, chỉ số chất lượng thoại tương đối cao (gần 90% số mẫu ở mức 30).
Hình 3.4 : Kết quả đo các chỉtiêu chính của tầng hầm
Hình 3.5 : Sơ đồtuyến đư ng đi đo cờ ủa t ng hầ ầm
- Tầng 5:
Hình 3.6 : Kết quả đo các chỉ tiêu chính của tầng 5
Hình 3.7 : Sơ đồtuyến đư ng đi đo cờ ủa tầng 5
Kết quả đo ở tầng 5 có mức tín hiệu rất tốt, mức c ờng ư độ tín hiệu thu được Rxlev tập trung chủ yếu trong khoảng (-60 ÷ 50 dBm), mức nhiễu rất - tốt (gần 100% số mẫu có RxQual = 0 tương đương BER < 0.2% [15]), tỷ số tín hiệu trên tạp âm rất cao và chủ yếu tập trung trong khoảng từ 19÷22, chỉ số chất l ợng thoại cao (gần 100% số mẫu ở mức 30).ư
- Tầng 9:
Kết quả đo ở tầng 9 có mức tín hiệu rất tốt, mức c ờng ư độ tín hiệu thu được Rxlev tập trung chủ yếu trong khoảng (-65 ÷-55 dBm), mức nhiễu tốt (gần 100% số mẫu có RxQual = 0 tương đương BER < 0.2% [15]), tỷ số tín hiệu trên tạp âm rất cao và chủ yếu tập trung trong khoảng từ 20÷21, chỉ số chất l ợng thoại cao (gần 90% số mẫu ở mức 30).ư
Hình 3.8 : Kết quả đo các chỉ tiêu chính của tầng 9
Hình 3.9 : Sơ đồtuyến đư ng đi đo cờ ủa tầng 9 - Tầng 14:
Hình 3.10 : Kết quả đo các chỉtiêu chính củ ầa t ng 14
Hình 3.11 : Sơ đồtuyến đư ng đi đo cờ ủa tầng 14
Kết quả đo ở tầng 14 có mức tín hiệu rất tốt, mức c ờng ộ tín hiệu thu ư đ được Rxlev tương đ đối ồng ều và tập trung chủ yếu ở mức(đ -45 ÷ 25 dBm), - mức nhiễu rất tốt (100% số mẫu có RxQual = 0 tương đương BER < 0.2%
[15], tỷ số tín hiệu trên tạp âm rất cao và chủ yếu tập trung trong khoảng từ 20÷23, chỉ số chất l ợng thoại cao (gần 100% số mẫu ở mức 30).ư
- Tầng 15:
Kết quả đo ở tầng 15 có mức tín hiệu tốt, mức c ờng ộ tín hiệu thu ư đ được Rxlev tập trung chủ yếu ở mức (-55 ÷ 40 dBm), mức nhiễu rất tốt - (100% số mẫu có RxQual = 0 tương đương BER < 0.2% [15], tỷ số tín hiệu trên tạp âm rất cao (tập trung ở mức từ 21÷23), chỉ số chất lượng thoại cao (gần 100% số mẫu ở mức 30). Tuy nhiên do phòng hội thảo trong tầng 15 không đo được nên kết quả đo không đại diện cho toàn bộ tầng 15.
Trang tiếp theo là k ết quả đo của tầng 15 dưới ạng đồ thị d và s ơ đồ tuyến đường đi đo.
Hình 3.12 : Kết quả đo các chỉtiêu chính củ ầa t ng 15
Hình 3.13 : Sơ đồ tuyế đườn ng đi đo của tầng 15
- Tầng 16:
Hình 3.14 : Kết quả đo các chỉtiêu chính củ ầa t ng 16
Hình 3.15 : Sơ đồ tuyến đư ng đi đo cờ ủa tầng 16
Kết quả đo ở tầng 16 có mức tín hiệu rất tốt, mức c ờng ộ tín hiệu thu ư đ được Rxlev tập trung chủ yếu ở trong khoảng (-50 ÷ -40 dBm), mức nhiễu tốt (gần 100% số mẫu có RxQual = 0 tương đương BER < 0.2%, các mẫu còn lại có RxQual = 1 tương đương 0.2% <BER < 0.4% [15], tỷ số tín hiệu trên tạp âm rất cao và chủ yếu tập trung trong khoảng từ 20÷23, chỉ số chất lượng thoại cao (gần 100% số mẫu ở mức 30).
Kết quả đo ở các tầng ều cho thấy các chỉ tiêu chính nhđ ư: tỷ số tín hiệu/tạp âm (C/I worst), mức cường ộ tín hiệu thu đ được (Rxlev Sub), mức nhiễu (RxQual Sub), chỉ số chất l ợng thoại (SQI) rất tốt so với chỉ tiêu kư ỹ thuật ề ra khi thiết kế trong chđ ương II.
b. So sánh kết quả đo thực tế với kết quả dự đoán
Phụ lục II ở cuối luận v n tổng kết kết quả o thực tế 65 mẫu ở 6 tầng so ă đ với kết quả dự oán. Trong phần tính toán này ã sử dụng những thông tin đ đ chung như sau:
Bảng 3.4 : Thông số chung sử dụng trong tính toán ở Phụ lục I & II
Tần số (Mhz) GSM 900 (G9) GSM 1800 (G18)
Đường lên 901.2 915 1710 1731
Đường xuống 946.2 960 1805 1826
Khuếch đại công suất (dB) 0 0
Tiêu chuẩn vùng phủ (dBm) -80 -80
Công suất đầu ra (w)
Tx (dBm)
Rx
(dBm) (w)
Tx (dBm)
Rx (dBm)
MS 2 33 -104 1 30 -102
Từ việc so sánh các kết quả dự oán và kết quả đ đo lường thực tế chúng ta thu được sai số trung bình là 3.31 dB, sai số lớn nhất là 7.45 dB và sai số nhỏ nhất là 0.02 dB. Phần dự oán có sai số lớn nhất là ở tầng hầm, khu vực đ
này có nhiều góc khuất và suy hao vật chắn đa dạng như: ô tô, trụ toà nhà, góc thang máy, thanh rầm và sàn tầng lửng của nhà xe.
Kết quả sai số trung bình này là tương đối tốt và chấp nhận được so với một số mô hình khác. Ví dụ sai số trung bình của mô hình N.Yarkoni- N.Blaunstein là 4.76 dB và của mô hình Bertoni là v ợt quá 10 dB [1ư 7 ].
Mô hình của Keenan và Motley ã thể hiện suy hao do ảnh hđ ưởng của vật cản mà sóng truyền qua như các bức tường và tầng. Tuy nhiên hạn chế của mô hình Keenan và Motley khi áp dụng để dự đoán tổn hao truyền sóng trong nhà là không tính đến ảnh h ởng của fading của kênh vô tuyến cũng ư như xác suất che khuất chuẩn log gây ra bởi các vật cản bên trong tòa nhà.
Trong phần tính toán ở phụ lục I & II ã giả thiết đ độ dự trữ fading là 4 dB dựa trên cơ sở tham khảo giá trị fading trong các tài liệu tham khảo [2],[1 ].7
Do diện tích của toà nhà Viettel building nhỏ (23 x28 m), không có các hành lang kéo dài nên không thể so sánh kết quả o thực tế với phần dự đ đoán trong trường hợp khoảng cách từ anten phát ến máy thu lớn hđ ơn điểm ngắt.
Điểm ngắt trung bình trong mô hình của Keenan và Motley là 65m, trung bình cộng thêm vào 0.2dB/m cho mỗi một m khoảng cách từ anten phát đến máy thu lớn hơn điểm ngắt.
3.3. Tính toán lưu lượng
Dung lượng của hệ thống phải có khả năng đáp ứng được lưu lượng theo cách tính ở chương II trong giờ cao điểm. Trên cơ sở chọn số tế bào và cấu hình kênh cần phải sử dụng của hệ thống inbuilding đ để ảm bảo vùng phủ sẽ tính toán ra dung lượng tối đa của hệ thống.
a. Lựa chọn cấu hình
Số lượng nhân viên Viettel làm việc tại toà nhà là khoảng 450 người chưa kể tới số lượng khách hàng, đối tác và chưa tính đến các dịp có họp báo
hội nghị. Ngoài ra cần phải dự phòng những tình huống có thể dẫn tới việc lưu lượng của hệ thống inbuilding tăng lên trong tương lai như:
- Họp báo, hội nghị.
- Thói quen sử dụng điện thoại cố định tại nơi làm việc được thay bằng thói quen sử dụng điện thoại di động (nhân viên của Viettel mobile được công ty thanh toán tiền điện thoại di động hàng tháng)...
- Lưu lượng sẽ đặc biệt tăng cao khi Viettel triển khai các dịch vụ số liệu GPRS, EDGE bởi vì các dịch vụ số liệu đòi hỏi tài nguyên rất nhiều hơn so với các dịch vụ thoại thông thường. Hơn nữa khi sử dụng các dịch vụ số liệu này thì người sử dụng không thể sử dụng điện thoại cố định được mà bắt buộc phải dùng máy di động. Điều này sẽ góp phần làm thay đổi thói quen từ việc dùng điện thoại cố định sang việc sử dụng di động.
Chúng ta thấy rằng với số lượng người làm việc tại toà nhà như trên thì để giảm khả năng xảy ra nghẽn tôi chọn sử dụng 3 tế bào cấu hình 4/4/4 TRX (bộ thu phát) t ng ứng.ươ
b. Tính toán dung lượng
Cấu hình 4/4/4 có tổng cộng 32 kênh, trừ đi 1 kênh dành cho phát thông tin quảng bá BCH, 2 kênh dành cho SDCCH/8... còn lại 29 kênh TCH cho mỗi tế bào ứng với lưu lượng 21,039 Erlang (tra bảng Erlang B, QoS = 2%), dung lượng tổng cộng của cả 3 tế bào là 21,039*3 = 63.117 (Erl).
Thời gian giữ cuộc gọi trung bình (MHT) của các trạm BTS macro bên ngoài xung quanh toà nhà có tế bào phủ sóng hướng về toà nhà Viettel mobile trong khoảng từ 40÷ 70 s tương đương với 11÷20 (mErl). Do toà nhà Viettel building có nhu cầu sử dụng dịch vụ di động cao hơn khu vực lân cận như đã nói ở trên nên giả sử trong 1 giờ 1 thuê bao có 1 cuộc gọi với thời gian giữ cuộc gọi trung bình là 90 s thì lưu lượng tương ứng của một thuê bao đó là: A
= 25 (mErl).
Theo công thức (2.2) ở chương II thì số thuê bao dùng chung 29 kênh TCH là:
21,039 Erl/tế bào
0,025 Erl/thuê bao 841 thuê bao/tế bào (3.6)
Với 3 tế bào thì số cuộc gọi trong 1 giờ trong toà nhà = 841*3 = 2524 cuộc.
Do toà nhà Viettel building có 18 tầng nên số cuộc gọi trong 1 giờ trong
1 tầng = 2524/18 = 140 cuộc (3.7) Việc mở rộng cấu hình để tăng dung lượng cho trạm khi cần thiết là rất
đơn giản và nhanh chóng, chỉ cần sử dụng giải pháp ồng bộ nhóm thu phát đ (TG synchronization) là có thể nâng cấu hình lên tối đa 8/8/8 TRX tương ứng cho 3 tế bào.
Trạm inbuilding phục vụ toà nhà Viettel có mã trạm là IHN001 thuộc về BSC có tên là HNBSC1, có tên nhận dạng vùng ịnh vị là LAI = 11121 trong đ hệ thống thông tin di động của Viettel. Đ để ịnh cỡ cấu hình kênh điều khiển CCCH thì trước hết cần tính riêng biệt nhu cầu kênh tìm gọi (PCH) và kênh công nhận truy nhập, trên cơ sở đó tổ hợp lại thành số khối CCCH mà một tế bào đó cần. Vì việc nhắn tin tìm gọi được thực hiện trên toàn vùng định vị nên nhu cầu PCH của tế bào cũng là của vùng ịnh vị chứa tế bào đ đang xét.
Vùng định vị LAI = 11121 mà trạm inbuilding IHN001 nằm trong đó có tổng cộng: 57 trạm, 167 tế bào, 57 tế bào có cấu hình 2 bộ thu phát vô tuyến (TRX), 107 tế bào có cấu hình 4 TRX, 2 tế bào có cấu hình 6 TRX, 1 tế bào có cấu hình 8 TRX (số liệu thống kê ngày 23/11/2007 của mạng Viettel mobile). Khi tra bảng Erlang B, QoS = 2% đối với từng cấu hình sẽ có lưu lượng t ng ứng nhươ ưsau:
Bảng 3.5 : Lưu lượng cho các cấu hình tương ứng với bảng Erlang B, QoS=2%
Cấu hình Số kênh dành cho Lưu lượng TCH (Erl B, QoS = 2%)
BCCH SDCCH TCH
2 TRX 1 1 14 8,2003
4 TRX 1 2 29 21,039
6 TRX 1 3 44 34,682
8 TRX 1 3 60 49,644
Từ đó suy ra tổng dung l ợng của vùng ư định vị LAI = 11121 là:
=57*8.2003 + 107*21.039 + 2*34.682 + 1*49.644 = 2837,769(Erl) (3.8) - Số khối công nhận truy nhập cần dùng của trạm inbuilding IHN001 sẽ
được tính như sau:
Do trạm inbuilding IHN001 nằm trong vùng định vị LAI = 11121 phục vụ toà nhà Viettel mobile không nằm ở biên vùng định vị nên số lần cập nhật định vị phục vụ một cuộc gọi sẽ không nhiều. Giả sử ối với trạm IHN001 có:đ
2 lần cập nhật định vị cho một cuộc gọi.
0,1 lần SMS là tỷ lệ t ng ứng một cuộc gọi.ươ
0,2 lần dịch vụ phụ là tỷ lệ t ng ứng một cuộc gọi.ươ 0,2 lần IMSI nhập cuộc là tỷ lệ t ng ứng một cuộc gọi.ươ 0,1 lần IMSI rút lui là tỷ lệ t ng ứng một cuộc gọi.ươ
Vì mỗi tế bào của trạm inbuilding IHN001 cấu hình 4 TRX trong giờ bận có thể phục vụ ợc 841 thuê bao (tính ở trên) nên chúng ta sẽ có:đư
Số lần cập nhật ịnh vị là: đ
LU=841*2=1682 (3.9) Số SMS là:
SMS = 841*0,1 = 84,1 (3.10) Số dịch vụ phụ là:
SS = 841*0,2 = 168,2 (3.11) Số IMSI nhập cuộc là:
IA = 841*0,2 = 168,2 (3.12) Số IMSI rút lui là:
ID = 841*0,1 = 84,1 (3.13) Trong giờ bận có 841 cuộc gọi và 2186,6 liên lạc báo hiệu (LU + SMS +
SS + IA + ID), tổng cộng có tất cả 3027,6 ≈ 3028 sự kiện yêu cầu bản tin cấp phát tức thì truyền trên AGCH.
Với hệ số dự phòng 1,2 thì số bản tin cấp phát tức thì phục vụ là:
= 3028*1,2 ≈ 3633 bản tin/h tương ứng với 3633/3600 ≈ 1 bản tin/h (3.14) Vì số a khung báo hiệu trong 1s là 4,25 (một đ đa khung dài 235 ms, tức là 1s có 1/0,235 ≈ 4,25 a khung/s) nên suy ra mỗi tế bào của trạm inbuilding đ IHN001 cần dùng là:
1 bản tin/s
4,25 đa khung/s 0,24 khối AGCH (3.15)
Trong thực tế mỗi tế bào của trạm inbuilding IHN001 sẽ được dành 1 khối AGCH trong một đa khung.
Vì ở hướng xuống mỗi a khung không tổ hợp có 9 khối CCCH nên số đ khối CCCH dành cho nhắn tin tìm gọi là: 9 1 = 8 khối.–
- Dung lượng nhắn tin tìm gọi sẽ được tính như sau:
Giả sử lưu lượng của một thuê bao là 25 mErl thì số thuê bao trong vùng định vị phải phục vụ là:
=2837,769/0,025 ≈ 113.510 thuê bao (3.16) ước l ợng trong giờ bận có 30% thuê bao thực hiện 1 lần liên lạc, mỗi ư
cuộc gọi cần 2 lần nhắn tin, vậy tổng số lần nhắn tin trong giờ bận là:
=113.510*0,3*2 = 68.106 (3.17) Nếu trung bình mỗi bản tin nhắn phục vụ 2 MS thì tương ứng số bản tin
nhắn cần thiết là:
= 68.106/2 = 34.053 3.18) ( Với hệ số dự phòng 1,2 thì thực tế số bản tin cần là:
= 34.053*1,2 ≈ 40.863 bản tin nhắn/h ≈ 11,35 bản tin nhắn/s (3.19) Do một a khung dài 235 ms, tức là 1s có 1/0,235 ≈ 4,25 đ đa khung/s nên
mỗi a khung cần có số bản tin nhắn là:đ
= 11,35/4,25 ≈ 2,67 bản tin nhắn/đa khung (3.20) Việc nhắn tin tìm gọi của LAI = 11121 chỉ cần ến 2,67 ≈ 3 khối kênh đ
nhắn tin trong khi theo tính toán ở trên chúng ta có 8 khối CCCH, do đó số lượng 8 khối dành cho nhắn tin tìm gọi PCH và 1 khối dành cho công nhận truy nhập AGCH là hoàn toàn đáp ứng được nhu cầu.
Nếu trung bình một bản tin nhắn cho 2 thuê bao (bản tin kiểu 1) thì mỗi đa khung có thể nhắn được 8*2 = 16 thuê bao. Với độ dài của một đa khung là 0,235s thì dung lượng nhắn tin của một tế bào của trạm inbuilding IHN001 là:
16 thuê bao/đa khung
0,235s/đa khung 68 thuê bao/s (3.21)
3.4. Thiết kế tần số
Có 2 cách thiết kế tần số cho hệ thống inbuilding, cách thứ nhất là dùng chung dải tần số cho tất cả các loại trạm nh trạm macro, trạm micro, trạm ư inbuilding... cách thứ hai là các tần số được ấn định dải tần số dành riêng cho các loại trạm khác nhau cũng nh cho trạm inbuilding.ư
Do vùng phủ của trạm inbuilding được giới hạn chỉ trong toà nhà nên dải tần số 1800 MHz có suy hao nhiều hơn được sử dụng nhiều hơn so với dải tần số 900 MHz. Mặt khác vì dải tần số 1800 MHZ có số kênh vô tuyến nhiều
hơn (374 kênh) so với dải tần số 900 MHz (124 kênh) nên trong thực tế nhiều nhà cung cấp dịch vụ di ộng sử dụng cách thiết kế tần số thứ hai. Cách thiết đ kế tần số này có ưu điểm là: quy hoạch tần số bớt phức tạp, hạn chế tối đa nhiễu tần số giữa trạm inbuilding (các tế bào ở tầng trên cao) với các trạm macro outdoor bên ngoài.
Tuy nhiên cách thiết kế tần số này cũng có một số nhược iểm nh : đ ư dung lượng mạng BTS macro bị giảm bớt, ít hiệu quả tái sử dụng phổ tần số (vì thông thường số trạm inbuilding rất nhỏ so với trạm macro). Do có những nhược iểm nói trên nên hiện nay mạng di ộng Viettel Mobile ang sử dụng đ đ đ cách thiết kế tần số thứ nhất, ó là dùng chung dải tần số cho tất cả các loại đ trạm như: trạm macro, trạm micro, trạm inbuilding...
Do các trạm của Viettel mobile được thiết kế theo l ới với khoảng cách ư giữa các trạm ở các nút lưới là 400m nên từ công thức (2.7) ở chương II chúng ta tính ra khoảng cách sử dụng lại tần số cho phép với C/I ≥ 9 là D ≈ 945m. Có nghĩa là tần số mà thiết kế cho trạm inbuilding IHN001 đặt tại toà nhà của Viettel mobile chỉ được phép sử dụng lại cho trạm khác xung quanh cách tối thiểu là 945m (cách khoảng 3 trạm hay 3 nút l ới mới đưư ợc phép sử dụng lại tần số).
Dải tần số GSM 1800 MHz mà hiện nay mạng di động của Viettel Mobile đang sử dụng được phân chia như sau:
Bảng 3.6 : Quy hoạch dải tần số GSM 1800 MHz của Viettel mobile
711 712 … 744 745 746 … 760 761 762 … 766 767 768 … 809 810 811 GB Dải tần BCCH GB Dải tần TCH GB Dự phòng GB Dải tần TCH Test GB