6. KẾT CẤU
3.1 GIỚI THIỆU VỀ QUY HOẠCH MẠNG Vễ TUYẾN
3.1.1 Nguyờn lý chung
Quỏ trỡnh quy hoạch mạng vụ tuyến được tiến hành trờn cơ sở yờu cầu của cỏc thụng số được thiết lập và là cụng việc phức tạp nhất trong việc quy hoạch mạng. Cụng việc quy hoạch mạng vụ tuyến bao gồm: định cỡ mạng, quy hoạch lưu lượng & vựng phủ chi tiết và tối ưu mạng. Quỏ trỡnh quy hoạch và triển khai mạng được chỉ ra trong hỡnh vẽ 3-1.
Trong pha quy hoạch ban đầu (định cỡ mạng) cung cấp một sựđỏnh giỏ ban đầu nhanh nhất về kớch cỡ của mạng và dung lượng của cỏc thành phần. Định cỡ mạng phải thực hiện được cỏc yờu cầu của nhà khai thỏc về vựng phủ, dung lượng và chất lượng dịch vụ. Trong pha quy hoạch chi tiết, mật độ site đó định cỡđược xử lý trờn bản đồ sốđể giới hạn về mặt vật lý cỏc thụng số của mạng. Ngoài ra việc tối ưu cú thểđược thực hiện bằng cỏch điều khiển nhiễu dưới dạng anten phự hợp, cấu hỡnh site, sự chọn lựa vị trớ, hay đặt nghiờng anten. Hơn nữa, cỏc chỉ tiờu của mạng cú thể tiến đến gần hơn cỏc mục tiờu yờu cầu bằng cỏch sử dụng bộ khuếch đại MHA (mast head amplifier) hay cỏc cỏc loại phõn tập.
Khi mạng đi vào hoạt động, cú thể quan sỏt hiệu suất của hệ thống qua việc đo đạc cỏc thụng số và kết quả cỏc thụng sốđo được sẽ sử để hiển thị và tối ưu húa mạng. Quỏ trỡnh quy hoạch và tối ưu húa mạng cú thể thực hiện một cỏch tự động bằng cỏch sử dụng cỏc cụng cụ thụng minh và cỏc phần tử mạng. Thụng thường trong giai đoạn triển khai mạng ta thấy khụng thể tối ưu hệ thống như lỳc quy hoạch mạng. Cú rất nhiều nguyờn nhõn buộc phải thay đổi quy hoạch: khụng thể đặt Node-B đỳng vị trớ, nảy sinh cỏc vấn đề về vựng phủ và chất lượng kết nối và tối ưu… Cuối cựng cần phản hồi kết quả thống kờ và đo đạc được trong quỏ trỡnh khai thỏc mạng lien quan đến điều chỉnh quy hoạch, mở rộng vựng phủ, dung lượng và nhu cầu dịch vụ trờn cơ sở thực tế cho nhúm kỹ thuật chịu trỏch nhiệm thiết kế
Hỡnh 3-1 Quỏ trỡnh quy hoạch và triển khai mạng WCDMA
3.1.2 Một sốđặc điểm cần lưu ý trong quy hoạch mạng
3.1.2.1 Dự bỏo
Dự bỏo là bước đầu tiờn và quan trọng trong quỏ trỡnh quy hoạch và triển khai thành cụng một hệ thống thụng tin di động. Tựy theo việc quy hoạch mạng là mới hay phỏt triển từ nền tảng mạng hiện cú mà dự bỏo nhu cầu dịch vụ cú thể thực hiện khỏc nhau. Dự bỏo bao gồm:
- Dự bỏo nhu cầu dịch vụ/thuờ bao:
Mục tiờu chớnh của dự bỏo thuờ bao là đỏnh giỏ tổng số thuờ bao trong thị trường cần phục vụ. Đối với mạng WCDMA cú khả năng cung cấp nhiều dịch vụ khỏc nhau cho từng đối tượng khỏc nhau nờn cần tiến hành theo từng kiểu thuờ bao. Dự bỏo cú thể chia thành cỏc bước sau:
+ Xỏc định mục tiờu dự bỏo: gồm cỏc mục tiờu như nhu cầu dõn cư, nhu cầu cơ quan, vựng mục tiờu (tỉnh/thành phố hay toàn quốc), khuụng khổ dự bỏo (5năm, 10 năm , 15 năm…)
+ Xỏc định số liệu cần thu thập: Mật độđiện thoại, điều tra dõn số, điều tra về doanh nghiệp, mức thu nhập, tốc độ tăng trưởng, quy hoạch phỏt triển tỉnh/thành phố.
+ Phõn tớch xu hướng của nhu cầu: xu hướng phỏt triển của nhu cầu đối với cỏc dịch vụ phõn tớch theo cỏc quan điểm: mật độ điện thoại, cỏc đặc điểm riờng của vựng và so sỏnh với cỏc quốc giỏ khỏc..
+ Phương phỏp dự bỏo: cú thể thực hiện theo một phương phỏp hoặc kết hợp cỏc phương phỏp. Thụng thường cú 02 phương phỏp là: dự bỏo theo chuỗi thời gian và theo mụ hỡnh húa.
- Dự bỏo lưu lượng:
Dự bỏo lưu lượng là bước đầu tiờn cần thực hiện trong quỏ trỡnh quy hoạch mạng. Dự bỏo lưu lượng cú thể dựa trờn cơ sở xu thế của cỏc mạng di động khỏc đó được khai thỏc. Dự bỏo lưu lượng bao gồm dự bỏo sử dụng lưu lượng voice và data.
- Dự phũng cho tương lai:
Trong thực tế cho thấy sự phỏt triển nhanh của thuờ bao và cỏc dịch vụ mới khiến cỏc nhà khai thỏc mạng luụn phải đối mặt với cỏc khú khăn khụng nhỏ. Do đo việc quy hoạch cho tương lai là rất cần thiết và rất quan trọng để trỏnh việc mở rộng thường xuyờn, bởi vỡ dự phũng cho phộp cung cấp lưu lượng bổ sung trong trường hợp thuờ bao tăng trưởng núng hay sựđột biến về lưu lượng tại một thời điểm.
3.1.2.2 Quy hoạch vựng phủ vụ tuyến
Nhiệm vụ chớnh của phấn tớch vựng phủ là làm thế nào để xỏc định được: nơi nào cần phủ súng, kiểu phủ súng mỗi vựng. Thụng thường ta cần phủ súng trước hết cỏc khu vực quan trọng: Cỏc khu thương mại, khu cụng nghiệp, vựng cú mật độ dõn cư cao. Vố thế cần hiểu rừ mật độ dõn cư, phõn biệt ranh giới cỏc vựng: thành phố, ngoại ụ, nụng thụn, khu thương mại, khu cụng nghiệp, nhà ở…
Đối với hệ thống thụng tin di động 3G ngoài cỏc tiờu chớ trờn, ta cần phải xột đến: cỏc loại dịch vụ cần cung cấp ở vựng đang xột và vựng phủ súng hiệu dụng của cell sẽ chịu ảnh hưởng của tốc độ số liệu.
Sau khi đó nắm được yờu cầu vựng phủ, tiếp theo ta tiến hành quy hoạch vựng phủ thụng qua xem xột cỏc yếu tố sau: Lựa chọn mụ hỡnh truyền súng, tớnh quỹđường truyền, quy hoạch vị trớ cell. Trong đú quy hoạch vị trớ cell là bước quan trọng trong việc quy hoạch hệ thống WCDMA bởi vỡ nú sẽđảm bảo mỗi trạm thu phỏt xõy dựng sẽđỏp ứng được cỏc tiờu chớ chất lượng đề ra, trỏnh việc xõy dựng ở cỏc vị trớ khụng đảm bảo.
3.1.2.3 Nhiễu từ nhiều nhà khai thỏc khỏc
Trong mụi trường cú nhiều mạng UMTS hoạt động với cỏc tần số gần nhau, tớn hiệu cú thể gõy nhiễu lẫn nhau làm ảnh hưởng đến chất lượng, vựng phủ và dung lượng mạng. Nhiễu này được gọi là nhiễu kờnh lõn cận và để trỏnh nhiễu cú thể sử dụng cỏc biện phỏp sau:
- Đặt anten Node-B lý tưởng: - Giảm độ nhạy mỏy thu
- Điều chỉnh khoảng cỏch giữa cỏc súng mang. - Chuyển giao gữa cỏc tần số.
3.2 QUY HOẠCH ĐỊNH CỠ MẠNG
Định cỡ mạng vụ tuyến WCDMA là một quỏ trỡnh quy hoạch ban đầu nhờđú mà cấu hỡnh của mạng và quy mụ cỏc thiết bị mạng được tớnh toỏn dựa vào cỏc yờu cầu của nhà khai thỏc.
Cỏc yờu cầu của nhà khai thỏc liờn quan đến cỏc đặc điểm sau: - Vựng phủ: + Vựng phủ súng. + Thụng tin về loại vựng phủ súng. + Điều kiện truyền súng. - Dung lượng: + Phổ sẵn cú.
+ Dựđoỏn sự tăng trưởng số thuờ bao. + Thụng tin mật độ lưu lượng. - Chất lượng dịch vụ (QoS): + Xỏc suất vị trớ cỏc vựng (khả năng phủ súng). + Xỏc suất nghẽn. + Thụng lượng người sử dụng đầu cuối.
Mục tiờu của pha định cỡ mạng là tớnh toỏn mật độ site và cấu hỡnh site yờu cầu cho cỏc vựng phủ quan tõm. Trong đú bao gồm cỏc bước cụ thể sau:
3.2.1 Tớnh toỏn vựng phủ súng
Trờn cơ sở phõn tớch vựng phủ súng, tớnh toỏn quỹ đường truyền theo hướng Uplink hoặc downlink, ta tớnh bỏn kớnh cell vựng phủ súng theo mụ hỡnh sau:
Tớnh suy hao truyền súng cho phộp (MAPL) Thụng sốđầu vào Bỏn kớnh vựng phủ R yờu cầu thoe cỏc mụ hỡnh truyền súng Hỡnh 3-2 Quỏ trỡnh tớnh bỏn kớnh vựng phủ súng 3.2.1.1 Phõn tớch vựng phủ Quỏ trỡnh phõn tớch vựng phủ vụ tuyến là thực hiện khảo sỏt cỏc địa điểm cần phủ súng và kiểu vựng phủ cần cung cấp cho cỏc địa điểm này. Cỏc loại vựng phủ thụng thường được xột như: cỏc vựng thương mại-du lịch, cỏc vựng dõn số cú mật độ dõn số cao và cỏc đường cao tốc chớnh. Do vậy cần phải cú cỏc thụng tin về cỏc vựng cần phủ súng. Cỏc thụng tin cú thể dựa trờn bản đồ, cỏc số liệu thống kờ, dự bỏo như: mật độ dõn cư (thành phố, ngoại ụ, nụng thụn), khu thương mại-du lịch, khu cụng nghiệp…
- Đểđảm bảo cung cấp một dung lượng phự hợp cho cỏc vựng này
- Biết được đặc điểm truyền súng của vựng để xỏc định mụi trường truyền súng vỡ mỗi mụi trường sẽ cú tỏc động trực tiếp đến mụ hỡnh truyền súng.
Cỏc thụng tin về vựng phủ sẽ được dựng để chuẩn bị bước quy hoạch vựng phủ ban đầu. Thụng thường quy hoạch vựng phủ súng WCDMA thường quan tõm đến cỏc loại hỡnh phủ súng sau:
Bảng 3-1 Cỏc loại hỡnh phủ súng phổ biến
Vựng phủ súng Đặc điểm
Dense urban (Đụ thị đụng đỳc)
Thụng thường đõy là khu vực đụng dõn cư với nhiều nhà cao tầng, là khu trung tõm với văn phũng và cỏc trung tõm mua sắm, giải trớ, nhà ga…
Urban (Đụ thị)
Thụng thường đõy là cỏc khu vực đường phố và cõy xanh xen kẽ một vài tũa nhà cao tầng, cỏc tũa nhà cao tầng cỏch xa nhau
Sub Urban (Ngoại ụ) Khu ngoại ụ với cỏc nhà vườn và cụng viờn, khu nghỉ dưỡng…
Rural (nụng thụn) Khu vực nụng thụn
Một yếu tố nữa cũng ảnh hưởng đến vựng phủ súng là xỏc định vựng phủ theo dịch vụ. Như đó biết hệ thống WCDMA là hệ thống đa truy nhập dịch vụ với cấu trỳc đa kờnh cú thể sử dụng được nhiều dịch vụ. Một số dịch vụ chớnh thường dựng trong hệ thống truy nhập WCDMA:
Bảng 3-2 Cỏc loại loại dịch vụ chớnh của WCDMA
Ứng với mỗi loại hỡnh dịch vụ sẽ cú bỏn kớnh phục vụ tương ứng phụ thuộc vào mó trải phổ, cụng suất phỏt cực đại và chất lượng dịch vụ yờu cầu. Tựy theo mỗi khu vực và dự bỏo nhu cầu sử dụng dịch vụ thỡ sẽ cú cỏc bỏn kớnh phục vụ khỏc
Kiểu kờnh Dịch vụ hỗ trợ
CS 12.2K Voice
CS 64K Video Phone
PS 64K Email, Web
PS 384K Email, Web ,Video Streaming, Mobil TV HSPA Best Effort service
nhau, chẳng hạn như hỡnh dưới đõy sẽ mụ tả bỏn kớnh tối đó của cỏc loại dịch vụ (ứng trường hợp dịch vụ sử dụng liờn tục)
Hỡnh 3-3 Vựng phủ súng của cell theo cỏc loại dịch vụ khỏc nhau.
Từ cỏc yờu cầu về vựng phủ theo nhu cầu dịch vụ và kiểu vựng phủ, vấn đề tiếp theo trong việc định cỡ mạng là tớnh quỹ đường truyền vụ tuyến. Quỹ đường truyền vụ tuyến đặc trưng cho từng loại dịch vụ, tức là mỗi loại dịch vụ yờu cầu một quỹđường truyền nhất định đảm bảo đỏp ứng cỏc yờu cầu đặt ra.
3.2.1.2 Tớnh toỏn quỹđường truyền vụ tuyến.
Cũng giống như cỏc hệ thống thụng tin di động tế bào khỏc, quỹ đường truyền trong hệ thống WCDMA dựng để tớnh toỏn suy hao đường truyền cho phộp lớn nhất để tớnh toỏn vựng phủ (tớnh bỏn kớnh cell) của một trạm gốc và trạm di động. Cỏc thành phần để tớnh suy hao cho phộp lớn nhất của tớn hiệu từ trạm phỏt đến trạm thu gọi là quỹ đường truyền. Quỹ đường truyền tổng quỏt cho cả đường lờn và đường xuống bao gồm cỏc thành phần sau:
(a) Cụng suất mỏy phỏt (dBm):
(a1) Cụng suất mỏy phỏt trung bỡnh trờn một kờnh lưu lượng (dBm): là giỏ trị trung bỡnh của cụng suất phỏt tổng trờn một chu trỡnh truyền dẫn với cụng suất phỏt cực đại lỳc bắt đầu phỏt.
(a2) Cụng suất mỏy phỏt cực đại trờn một kờnh lưu lượng (dBm): cụng suất tổng cộng tại đầu ra của mỏy phỏt cho một kờnh lưu lượng đơn.
(a3) Cụng suất mỏy phỏt tổng cộng cực đại (dBm): tổng cụng suất phỏt cực đại của tất cả cỏc kờnh.
(b) Tổn hao do ghộp, giắc cắm và do cỏp(mỏy phỏt) (dB): suy hao tổng cộng của tất cả cỏc thành phần của hệ thống truyền dẫn giữa đầu ra của mỏy phỏt và đầu vào anten.
(c) Tăng ớch anten phỏt (dBi): tăng ớch cực đại của anten phỏt trong mặt phẳng ngang (xỏc định theo dB so với một vật phỏt xạđẳng hướng).
(d) EIRP của mỏy phỏt (dBm):
(d1) EIRP của mỏy phỏt trờn một kờnh lưu lượng (dBm): tổng cụng suất đầu ra mỏy phỏt cho một kờnh (dBm), cỏc suy hao do hệ thống truyền dẫn (-dB) và tăng ớch anten mỏy phỏt (dBi) theo hướng bức xạ cực đại.
(d2). EIRP của mỏy phỏt: tổng của cụng suất mỏy phỏt của tất cả cỏc kờnh (dBm), cỏc suy hao do hệ thống truyền dẫn (-dB), và tăng ớch anten phỏt (dBi).
(e). Tăng ớch anten thu (dBi): tăng ớch tối đa của anten thu trong mặt phẳng ngang; nú được xỏc định theo dB so với một vật phỏt xạđẳng hướng.
(f). Tổn hao do bộ chia, đầu nối và do cỏp (Mỏy thu) (dB): bao gồm cỏc tổn hao của tất cả cỏc thành phần trong hệ thống truyền dẫn giữa đầu ra của anten thu và đầu vào của mỏy thu .
(g).Hệ số tạp õm mỏy thu (dB): hệ số tạp õm của hệ thống thu tại đầu vào mỏy thu.
(h) (H). Mật độ tạo õm nhiệt, N0(dBm/Hz): cụng suất tạp õm trờn một Hz tại đầu vào mỏy thu. Lưu ý rằng (h) là đơn vị logarit cũn (H) là theo đơn vị tuyến tớnh.
(i) (I). Mật độ nhiễu mỏy thu I0 (dBm/Hz): cụng suất nhiễu trờn một Hz tại đầu vào mỏy thu. Nú tương ứng với tỷ số cụng suất nhiễu trong dải trờn độ rộng băng tần. Lưu ý (i) là theo đơn vị logarit và (I) theo đơn vị tuyến tớnh. Mật độ nhiễu mỏy thu I0 đối với đường xuống là cụng suất nhiễu trờn một Hz tại mỏy thu MS ở biờn giới vựng phủ súng, trong một cell phớa trong.
(j) Mật độ tạp õm nhiễu hiệu dụng tổng cộng (dBm/Hz): tổng logarit của mật độ tạp õm mỏy thu và hệ số tạp õm mỏy thu cộng số học với mật độ nhiễu mỏy thu.
(k). Tốc độ thụng tin (10log10(Rb)) (dBHz): tốc độ bit của kờnh theo (dBHz); việc lựa chọn Rb phải phự hợp với cỏc giả thiết Eb.
(l) Tỷ số Eb/(N0+I0) yờu cầu (dB): tỷ số giữa năng lượng thu được của một bớt thụng tin trờn mật độ cụng suất nhiễu và tạp õm hiệu dụng cần thiết để thoả món được cỏc mục tiờu về chất lượng.
(m). Độ nhạy mỏy thu (j+k+l) (dBm): mức tớn hiệu cần đạt được tại đầu vào mỏy thu để cú được tỷ số Eb/(N0+I0) yờu cầu.
(n) Độ lợi/ Suy hao chuyển giao (dB): độ lợi/suy hao (ữ) do việc chuyển giao để duy trỡ độ tin cậy cụ thể tại biờn giới cell.
(o) Tăng ớch (độ lợi) phõn tập (dB): tăng ớch hiệu dụng đạt được nhờ sử dụng cỏc kỹ thuật phõn tập. Nếu tăng ớch phõn tập đó được gộp trong Eb/(N0+I0), thỡ nú sẽ khụng được đưa thờm ở đõy.
(o’)Cỏc tăng ớch khỏc (dB): cỏc tăng ớch phụ, vớ dụ nhưđa truy nhập phõn tập theo khụng gian cú thể tạo thờm tăng ớch anten.
(p)Độ dự trữ phadinh chuẩn Log (dB):được xỏc đinh tại biờn giới cell đối với cỏc cell riờng lẻ ứng với độ dự trữ yờu cầu để cung cập xỏc suất phủ súng xỏc định trờn cỏc cell riờng lẻ.
(q). Suy hao đường truyền tối đa (dB): suy hao tối đa để cho phộp để mỏy thu cú thể thu được tớn hiệu từ mỏy phỏt tại biờn giới cell:
Suy hao tối đa = d1–m+(e-f)+o+o’+n-p
(r). Bỏn kớnh tối đa, Rmax (km): được tớnh toỏn cho mỗi hoàn cảnh triển khai, nú được xỏc định bằng bỏn kớnh ứng với suy hao tối đa.
Trong WCDMA, cú một số cỏc thụng sốđặc biệt trong quỹđường truyền mà khụng được sử dụng trong hệ thống truy nhập vụ tuyến của GSM, đú là:
- Độ dự trữ nhiễu: Độ dữ trữ nhiễu là một hàm số của tổng cộng tải trong cell. Tải của cell và hệ số tải tỏc động nờn vựng phủ, nờn cần phải cú độ dự trữ nhiễu. Nếu cho phộp tải trong hệ thống càng lớn, độ dữ trữ nhiễu cần thiết cho đường lờn càng lớn và vựng phủ càng nhỏ. Giỏ trị tải tổng cộng cú ảnh hưởng trực tiếp đến vựng phủ cell và vỡ thế mà ảnh hưởng giỏn tiếp đến chất lượng của cỏc dịch vụ.
10
10*log (1 )
IM = − −η
- Độ dự trữ Fading chậm và độ lợi chuyển giao mềm: Chuyển giao mềm hay ứng cung cấp một độ lợi chống lại Fading chậm bằng cỏch giảm độ dự trữ Fading chuẩn log yờu cầu. Do trờn thực tế Fading chậm một phần khụng tương quan giữa cỏc cell và bằng cỏch thực hiện chuyển giao, mỏy di động cú thể chọn lựa một liờn kết thụng tin tốt hơn. Hơn nữa, chuyển giao mềm đem lại một độ lợi phõn tập bổ sung chống lại Fading nhanh bằng cỏch giảm Eb/N0 tuỳ theo liờn kết vụ tuyến đơn do tỏc dụng của việc kết hợp phõn tập macro.
Việc dự trữ Fading chậm theo yờu cầu sẽđỏnh giỏ được xỏc xuất vựng phủ súng như sau:
Hỡnh 3-4 Ảnh hưởng của SFM đến vựng phủ súng.
Thụng thường trong cỏc hệ thống WCDMA, thỡ SFM cú giỏ trị và ảnh hưởng đến hiệu suất vựng phủ như sau:
Bảng 3-3 Giỏ trị SFM thụng dụng.
Dense urban Urban Suburban Rural
Hiệu suất phủ súng 95% 95% 90% 90% Shadow fading Margin, dB 6 6,06 4,1 3,8
- Độ dự trữ Fading nhanh (khoảng hở điều khiển cụng suất): Một số khoảng hở cần cho cụng suất phỏt của trạm di động để duy trỡ việc điều khiển cụng suất hợp
Fngưỡng
Hàm xỏc xuất vựng phủ: