Tính toán quỹ đường truyền là tính toán tổng tăng ích hệ thống và tổng suy hao khi tín hiệu truyền qua môi trường tới phía thu sao cho công suất tín hiệu nhận được tại phía thu không nhỏ hơn độ nhạy thu. Tổng tăng ích hệ thống bao gồm các thông số công suất phát, độ nhạy thu, tăng ích anten, tăng ích do sử dụng đa anten và độ lợi chuyển giao mềm. Độ lợi chuyển giao mềm tạo ra tăng ích 2 dB.
Tính toán quỹ đường truyền là tính toán tổng tăng ích hệ thống và tổng suy hao. Quỹ đường truyền đường xuống được cho trong bảng 2.9, quỹ đường truyền đường lên được cho trong bảng bảng 2.10. Các thông số được sử dụng bao gồm thông số thiết bị được lựa chọn trong mục 2.2.3 (trạm gốc BreezMAX BST của
Alvarion, trạm thuê bao lấy theo tiêu chuẩn) và mức dự trữ suy hao được xác định
trong mục 2.3.1 b.
Thông số Giá trị Đơn vị Công thức
Thông số trạm gốc (BreezMAX BST của Alvarion)
Công suất phát trên một phần tử anten 40 dBm a
Số phần tử anten phát 4 b
Tăng ích kết hợp phần tử anten 6 dB c = 10logb
Tăng ích anten 15 dBi d
Suy hao cáp 2 dB e
EIRP 59 dBm f = a + c + d - e
Thông số trạm thuê bao
Tăng ích anten 5 dBi g
Số phần tử anten thu 2 h
Độ nhạy thu – 100 (BPSK) – 90 (64QAM) dBm j Tổng tăng ích hệ thống 167 157 dB k = f + g + i – j Dự trữ suy hao phụ Dự trữ nhiễu 2 dB k
Dự trữ suy hao thâm nhập 10 dB l
Tổng tăng dữ trữ suy hao phụ 12 dB m = k + l
Suy hao đường truyền cho phép 155 145 dB n = k - m
Bảng 2.9 Quỹ đường truyền cho đường xuống
Quỹ đường truyền cho đường xuống xác định suy hao đường truyền tối đa cho phép sao cho trạm thuê bao có thể thu được tín hiệu từ trạm gốc. Quỹ đường truyền cho đường lên xác định suy hao đường truyền tối đa cho phép sao cho trạm gốc có thể thu được tín hiệu từ trạm thuê bao. Giá trị suy hao đường truyền cho phép lấy giá trị nhỏ hơn của giá trị suy hao đường truyền tối đa cho phép đường lên hoặc đường xuống để đảm bảo thông tin hai chiều.
Thông số Giá trị Đơn vị Công thức
Thông số trạm thuê bao
Công suất phát trên một phần tử anten 22 dBm a
Số phần tử anten phát 1 b
Tăng ích kết hợp phần tử anten 0 dB c = 10logb
Tăng ích anten 8 dBi d
EIRP 30 dBm e = a + c + d
Thông số trạm gốc (BreezMAX BST của Alvarion)
Tăng ích anten 15 dBi f
Số phần tử anten thu 2 g
Tăng ích kết hợp phần tử anten 3 dB h = 10logg
Suy hao cáp 2 dB i Độ nhạy thu – 115 (BPSK) – 108 (QPSK) dBm j
Tổng tăng ích hệ thống 161 154 dB k =e +f +h –i –j
Dự trữ suy hao phụ
Dự trữ nhiễu 3 dB l
Dự trữ suy hao thâm nhập 10 dB m
Tổng tăng dữ trữ suy hao phụ 13 dB n = l+ m
Suy hao đường truyền cho phép 148 141 dB o = k - n
Bảng 2.10 Quỹ đường truyền cho đường lên
► Kết quả xác định suy hao đường truyền cho phép phải lấy giá trị suy hao đường truyền cho phép theo đường lên do đường lên có giá trị suy hao đường truyền cho phép nhỏ hơn.
Ta có các kết quả tính toán như sau
+ Ở mức điều chế thấp nhất BPSK suy hao đường truyền cho phép 148 dB + Ở mức điều chế cao nhất 64 QAM suy hao đường truyền cho phép 141 dB
2.5.2 Tính toán phạm vi phủ sóng
Sử dụng mô hình tính toán suy hao SUI để tính toán phạm vi phủ sóng ứng với giá trị suy hao đường truyền cho phép đã xác định trong mục 2.4.1.
► Các tham số đầu vào
+ Suy hao đường truyền cho phép ứng với mức điều chế cao nhất là 141 dB
+ Suy hao đường truyền cho phép ứng với mức điều chế thấp nhất là 148 dB
+ Mô hình tính toán suy hao SUI với các tham số cho mô hình theo điều kiện khu vực nội thành Hà Nội (khu vực cần phủ sóng)
Hình 2.11 Kết quả tính toán phạm vi phủ sóng
Hình 2.11 thể hiện kết quả tính toán phạm vi phủ sóng. Phạm vi phủ sóng được xác định bởi giao điểm của đồ thị suy hao theo khoảng cách (sử dụng mô hình tính toán suy hao SUI điều kiện thành phố Hà Nội) với các mức suy hao cho phép.
Kết quả tính toán phạm vi phủ sóng:
+ Với suy hao cho phép 148 dB tính được phạm vi phủ sóng tối đa 3,31 km + Với suy hao cho phép 141 dB tính được phạm vi phủ sóng tối đa 2,12 km
► Sử dụng cấu hình 3 sector/cell, sector 120o ta có kết quả mô phỏng vùng phủ sóng trong một sector, hình 2.10, đồng thời thể hiện mức điều chế cho phép đối với mỗi vùng phủ sóng.
Hình 2.12 Vùng phủ sóng tối đa của một sector 120o
Phạm vi phủ sóng lớn nhất cho phép với mức điều chế thấp nhất BPSK, với mức điều chế cao nhất 64QAM giới hạn vùng phủ nhỏ hơn.
Phạm vi phủ sóng tối đa của một cell là 3,31 km tương ứng bán kính cell là 3,31 km, với cell lục giác diện tích của cell S = 2,6.3,312 = 28,48 (km2).
Kết quả tính toán phạm vi phủ sóng
+ Bán kính cell (phạm vi phủ sóng tối đa của một cell) 3,31 km + Diện tích phủ sóng lớn nhất của một cell 28,48 km2
2.6 Định cỡ mạng và quy hoạch vùng phủ sóng
2.6.1 Định cỡ mạng
Quá trình định cỡ mạng truy nhập vô tuyến nhằm xác định số lượng cell cần thiết để đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ (thỏa mãn các yêu cầu thông lượng).
a. Các tham số đầu vào
Diện tích vùng phủ 42 km2
Yêu cầu lưu lượng
Tổng lưu lượng 551,24 Mbps
Diện tích phủ sóng lớn nhất của một cell theo tính toán suy hao 28,48 km2
b. Tính toán lưu lượng đáp ứng
► Sử dụng thông số trạm gốc BreezeMAX BST dành cho macro cell + Đa truy nhập TDMA, song công TDD
+ Điều chế OFDM FFT 256 điều chế dữ liệu BPSK tới 64QAM + Độ rộng kênh cho phép 1,75 / 3,5 / 5 / 10 MHz
+ Hỗ trợ các băng tần 3.5 / 5.8 GHz + Sector 60o / 90o / 120o / 180o / vô hướng
+ Tốc độ dữ liệu 30 Mbps trên một sector (độ rộng kênh 10 MHz) + Công suất phát 40 dBm trên một phần tử anten7
+ Tăng ích anten 15 dBi
+ Độ nhạy thu – 115 dBm (QPSK8) tới – 108 dBm (QPSK) ► Quá trình tính toán lưu lượng đáp ứng
+ Lưu lượng dữ liệu 30 Mbps trên một sector. + Tổng lưu lượng yêu cầu 551,24 Mbps
+ Số sector cần 551,24/30 = 18,37 (sector), làm tròn lấy 19 sector
7 Với kỹ thuật MIMO trạm gốc WiMAX có thể sử dụng nhiều hơn 1 phần tử anten phát, khi đó sẽ tăng công suất phát trong một anten.
8 Độ nhạy thu cũng phụ thuộc vào mức điều chế dữ liệu, độ nhạy thu với mức điều chế cao yêu cầu lớn hơn với khi điều chế mức thấp
+ Số cell 19/2,6 = 7,3 (cell), làm tròn lấy 8 cell (cấu hình cell 3 sector/cell)
c. Định cỡ mạng
+ Kết quả tính toán lưu lượng cho ta số cell cần sử dụng để đáp ứng nhu cầu sử dụng là 8 cell.
+ Diện tích cell 42/8 = 5,25 (km2) nhỏ hơn diện tích cell tối đa cho phép + Bán kính cell 1,42 km
+ Vậy số cell cần dùng là 8 cell
d. Tổng hợp kết quả định cỡ mạng
Thông số Giá trị
Tổng số cell cần dùng 8 cell
Bán kính cell 1,42 km
Diện tích cell 5,25 km2
Cấu hình 3 sector/cell, sector 120o
Tổng lưu lượng cấn đáp ứng 551,24 Mbps
Bảng 2.11 Kết quả định cỡ mạng
2.6.2 Quy hoạch vùng phủ sóng
a. Các thông số đầu vào
+ Tổng số cell cần dùng 8 cell
+ Cấu hình 3 sector/cell, sử dụng sector 120o + Bán kính cell 1,42 km
+ Diện tích cell 5,25 km2 + Mô hình cell ô lục giác đều + Diện tích vùng phủ sóng 42 km2
Các thông số trên là kết quả tính toán định cỡ mạng thực hiện trong mục 2.5.1 và đã đáp ứng được các yêu cầu thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú cho thành phố Hà Nội. Trong phần quy hoạch vùng phủ sóng sẽ đưa ra mô hình mạng dưới dạng ô lục giác đều trên hệ trục tọa độ. Quá trình mô hình hóa mạng WiMAX cố đinh & di trú trên bản đồ sẽ được trình bày trong chương 3.
b. Quy hoạch vùng phủ sóng
► Vùng phủ sóng của một sector Các thông số đầu vào
+ Bán kính cell (theo định cỡ mạng) 1,42 km
+ Bán kính phủ sóng nhỏ nhất 36 m (lấy theo khoảng cách tối thiểu cho phép từ trạm thu tới trạm gốc)
+ Sector 120o
+ Điều kiện suy hao đường truyền như nhau theo mọi hướng
Hình 2.13 Vùng phủ sóng của một sector 120o
Hình 2.13. Kết quả mô phỏng thể hiện một cung tròn do sử dụng điều kiện suy hao như nhau theo mọi hướng. Xét với điều kiện kiến trúc hạ tầng ở nội thành Ha Nội đa phần các ngôi nhà có độ cao tương đối bằng nhau (12~15 m) và ở khá sát nhau, các tòa nhà cao tầng có số lượng nhỏ và mật độ không lớn, mặt khác các anten phát sẽ được ưu tiên đặt trên các công trình cao tầng trong quá trình thiết kế mạng, do đó suy hao đường truyền theo mọi hướng hầu như là bằng nhau.
► Vùng phủ sóng toàn bộ mạng
Kết quả mô phỏng mạng được thể hiện trên Hình 2.14 dưới dạng mô hình ô lưới lục giác với các thông số:
+ Mô hình cell dưới dạng ô lục giác đều
+ Bán kính cell 1,42 km, diện tích cell 5,25 km2 + Số cell cần thiết 8 cell
+ Diện tích cần phủ sóng 42 km2
Giả thiết coi khu vực phủ sóng có dạng hình vuông với diện tích 42 km2 chiều dài cạnh 6,48 km. Giả thiết này nhằm đơn giản hóa quá trình mô phỏng. Số lượng cell cần thiết 10 cell sẽ được giới hạn trong hình trên. Các cell nằm ngoài khu vực phủ sóng sẽ bị loại bỏ. Trong chương 3 khi mô hình hóa mạng WiMAX trên bản đồ, mô hình cell sẽ được điều chỉnh lại sao cho phù hợp với hình dạng của vùng phủ sóng, đồng thời xác định lại vị trí các trạm gốc theo yêu cầu thiết kế.
Hình 2.14 Mô hình mạng lưới cell lục giác Tổng kết chương 2
Chương 2 thể hiện toàn bộ quá trình phân tích, tính toán thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú cho thành phố Hà Nội. Các kết quả thu được từ chương 2 là cơ sở để thực hiện các bước mô hình hóa mạng WiMAX cố đinh & di trú trên bản đồ thành phố Hà Nội
Tổng hợp các kết quả tính toán thiết kế mạng
Thông số đầu vào Giá trị
Điều kiện địa hình, kiến trúc Mục 2.2.2 c
Lưu lượng yêu cầu 551,24 Mbps
Tiêu chuẩn chất lượng mạng Mức tiêu chuẩn (bảng 2.3)
Kết quả Giá trị
Thiết bị trạm gốc BreezeMAX BST của Alvarion
Thiết bị cố đinh & di trú Giá trị tiêu chuẩn
Mô hình tính toán suy hao SUI
Số cell cần thiết 8 cell
Bán kính cell 1,42 km
Diện tích cell 5,25 km2
Lưu lượng cho phép 720 Mbps
Cấu hình 3 sector/cell, cell 120o
Mô hình mạng lưới cell Mạng lưới cell ô lục giác đều
CHƯƠNG 3.
MÔ HÌNH HÓA MẠNG WiMAX CỐ ĐỊNH
________________________________________________________________________
Quá trình mô hình mạng WiMAX cố đinh & di trú trên bản đồ phục vụ việc việc quy hoạch mạng, xác định vị trí các cell và vùng phủ của từng cell trên bản đồ, xác định các vị trí có thể đặt trạm gốc.