Trong các phần trên, thông tin về toà nhà, BTS, thiết bị hỗ trợ đã được thu thập. Để hoàn thiện thông tin, thông số lập kế hoạch cho từng toà nhà cụ thể và cho từng nhà khai thác cụ thể cần được xác định. Vì những thông số này thay đổi theo từng trường hợp và khác nhau giữa các nhà khai thác dịch vụ. Chúng phải được xác định trước khi tiến hành lập kế hoạch IBC. Các thông số cần cho thiết kế IBC như sau:
- Phần trăm diện tích cần bao phủ (thông thường > 95%) - Mức thu thiết kế ( tiêu chuẩn GSM > -85dBm).
- ERP tối đa cho phép/ăng ten/1 sóng mang.
Mức thu thiết kế được tính toán thông qua độ nhạy thu của máy di động, độ dự phòng phading, và suy hao bởi cơ thể người. Độ suy hao này là tham số mà tín hiệu phát ra từ máy di động hoặc tín hiệu thu được từ trạm BTS tại máy di động sẽ bị suy hao bởi đầu và thân người thuê bao. Độ dự phòng phading được đưa vào phép tính suy hao vì có những điểm phading sâu. Thông thường suy hao thân người là 5 đến 10dB, còn dự phòng phading là 10 đến 15 dB.
Độ nhạy thu của máy di động được tính như sau: S = -174dBm + 10 log(NBW) + SNR + NF Trong đó:
- 174 dBm là nhiễu nhiệt. - NBW: nhiễu băng thông. - SNR: hệ số tín hiệu/nhiễu.
- NF: hệ số nhiễu của máy di động.
Bảng 3.2: Các giá trị tham số điển hình
NBW(10logNBW) SNR NF-MS MS
Sensitivity Typical level
GSM 200KHz (53dB) 9dB 8dB -104dBm -85dBm IS-136 30KHz (45dB) 17dB 8dB -104dBm -85dBm NMT 25KHz (44dB) 18dB 8dB -104dBm -85dBm AMPS 30KHz (45dB) 8dB 8dB -103dBm -85dBm IS-95 1.5MHz (62dB) -15dB 10dB -117/-115 -90dBm Các tham số khác:
Diện tích vùng phủ sóng: 95 ~ 100% diện tích tòa nhà.
Mức thu RxLevel: > -85dBm cho mạng GSM.
Công suất phát cực đại tại mỗi antenna indoor/sóng mang:10 ~ 20 dBm.
Công suất tại đầu ra của BTS: 33 ~ 43 dBm.
Dải tần : GSM1800 MHz và 3G WCDMA 2100MHz
GoS: 2%.
3.7 Thiết kế, lắp đặt và cấu hình thiết bị cho hệ thống 3.7.1 Thiết kế tổng quan
Sau khi hoàn tất việc thu thập tất cả thông tin về toà nhà, về BTS và các chỉ tiêu tham số cho thiết kế, chúng ta có thể bắt đầu với việc đặt kế hoạch.
Trước hết người thiết kế phải chọn một hệ thống phân phối. Đối với những toà nhà lớn có những đường nối dài (>200m) hoặc nhiều tầng đòi hỏi công suất cân bằng,ổn định, hệ thống phân phối tích cực được khuyến cáo sử dụng vì giá thành thấp của cáp sợi quang, chi phí lắp đặt thấp. Đối với những hệ thống nhỏ hơn và đường nối ngắn hơn, số lượng anten ít (<10 anten), người ta thường dùng hệ thống phân phối thụ động.
Sau đó người thiết kế bố trí hệ thống BTS bao gồm bao nhiêu cell để phục vụ,ví dụ: trung bình 1 cell có thể phục vụ với diện tích 25 000m2.
3.7.2 Tính Link-Budget cho tòa nhà
Quỹ đường truyền trong hệ thống GSM và 3G WCDMA dùng để tính toán suy hao cho phép lớn nhất của tín hiệu từ trạm phát đến trạm thu (chú ý: đối với đường lên máy phát là MS, máy thu là BS; đối với đường xuống: máy phát là BS, máy thu là MS).
Để tính được quĩ đường truyền cho tòa nhà người thiết kế phải dựa vào các mô hình truyền sóng và sự lan truyền sóng trong nhà.
Hình 3.13: Sự lan truyền sóng trong nhà
Cách tốt nhất để có thông tin về sự truyền lan trong nhà là thực hiện test hiện trường với thiết bị thử nghiệm RF phù hợp. Cách này thường được thực hiện kết hợp với sự tính toán lý thuyết. Sự kết hợp hai phương pháp sẽ giúp người lập kế hoạch tối ưu hoá thiết kế. Sự truyền lan RF trong nhà là một vấn đề rất phức tạp. Hiện nay chưa có một phương pháp tính toán nào cho vùng phủ sóng trong nhà địa hình quá phức tạp, có nhiều cơ chế lan truyền sóng như phản xạ, khúc xạ, tán xạ xảy ra. Trên thị trường, có một số phần mềm
cố gắng mô phỏng quá trình lan truyền sóng trong nhà tới mức tốt nhất có thể. Tuy nhiên, trong các phần mềm này, các tham số đầu vào như là tường, trần nhà, chủng loại, độ dày, vật liệu được giả thiết ở điều kiện tốt, do vậy quá trình mô phỏng cho kết quả khá đơn giản. Cũng có một số phần mềm yêu cầu các thông số đầu vào rất chi tiết và đầy đủ như là vật liệu của sàn, trần, tường, vật liệu làm cửa sổ, cửa ra vào, cũng như là vị trí và kích thước của chúng. Và khi các thông số đầu vào không được cung cấp đầy đủ, chương trình sẽ không cho ra kết quả mô phỏng.
Để tìm ra kết quả tính toàn vùng phủ sóng của một anten trong nhà, người thực hiện sẽ sử dụng công thức dưới đây như là một chìa khóa. Công thức này dựa trên mô hình truyền sóng Keenan-Motley được sử dụng rộng rãi và dựa vào các phép đo trên hiện trường.
��������������� =����� + ����� Trong đó Lwi là tổn hao của bức tường thứ i.
PL(dB)= 32.5 + 20 * log f + 20 * log d + k * F(k) + p * W(k) + D(d-db)
Công thức tính rút gọn: (tính cho từng tầng riêng biệt)
PL(dB)= 32.5 + 20 * log f + 20 * log d + p*W(k)
f : tần số (MHz), d: là khoảng cách từ MS đến antenna (km). p: số bức tường mà sóng trực tiếp truyền qua.
W(k): suy hao tường, thông thường từ 7dB cho tường gạch thông thường và 10dB đến 20dB cho tường bê-tông.
Các công thức trên áp dụng cho cả mạng GSM1800 và WCDMA 2100.
Ngoài ra còn có một số mô hình tính toán suy hao dựa trên đặc điểm và cấu trúc xây dựng của tòa nhà, và sự suy hao này được biểu thị bằng hệ số n.
Bảng 3.3: Các giá trị n tương ứng với vật liệu tòa nhà
Môi trường Tần số 900MHz Tần số 1800/2100MHz
Không gian tự do. 2 2
Bãi đậu xe,trung tâm hội nghị. 3.37 3.01
Xí ngiệp, sân bay, nhà kho. 3.5 3.2
Siêu thị, văn phòng với 80% tường gạch
mỏng và 20% tường bê tông dày. 3.61 3.31
Văn phòng với 50% tường mỏng và 50%
tường bê tông dày. 3.76 3.48
Bệnh viện, văn phòng cao ốc với 20% tường mỏng và 80% tường bê tông dày.
Hình 3.14: Suy hao trong tòa văn phòng có mật độ người dùng cao
Biểu đồ trên thể hiện suy hao với các khoảng cách từ 1- 50m, càng xa anten thì suy hao càng tăng, tần số càng lớn suy hao càng tăng.
Từ công thức tính suy hao ta có thể tính được bán kính phủ sóng của anten: �=10(�� � −��(�0))10∗�
Vì các tòa nhà hầu hết có hình khối là hình vuông, nên chúng ta khá dễ dàng tính vùng phủ sóng là hình vuông. Bán kính hình tròn 65m có khả năng phủ sóng một diện tích vuông kích thước 90x90m.
Trong quá trình tính toán, chúng ta phải đặc biệt chú ý đến sự suy hao của tín hiệu bởi tường, vách và các vật thể trong phòng, dẫn đến bán kính phủ sóng của anten sẽ giảm xuống. Đối với các bức tường mỏng, suy hao tín hiệu là 7 dB, tường bê tông suy hao từ 10 đến 20 dB.
3.7.3 Các thông số khác trong mạng UMTS WCDMA
Trong hệ thống UMTS WCDMA, có một số các thông số đặc biệt trong quỹ đường truyền mà không được sử dụng trong hệ thống truy nhập vô tuyến của GSM, đó là:
3.7.3.1 Độ dự trữ fadinh nhanh (khoảng hở điều khiển công suất)
Một số khoảng hở cần cho công suất phát của trạm di động để duy trì việc điều khiển công suất hợp lý. Thông số này được áp dụng một cách đặc biệt cho MS đi bộ di chuyển chậm mà tại đó điều khiển công suất nhanh có thể bù phading nhanh một cách hiệu quả.
Một ảnh hưởng khác của điều khiển công suất nhanh là tăng công suất phát cần thiết trung bình (mức tăng công suất phát). Trong trường hợp MS di chuyển chậm, điều khiển công suất có thể theo kịp kênh phading và mức tăng công suất trung bình. Điều này rất cần thiết trong các cell của MS đó để cung cấp chất lượng tốt nhất cho các kết nối và không gây ra bất cứ một tác hại nào khi công suất phát tăng được bù bởi kênh phading. Tuy nhiên đối với cell lân cận thì lại tăng thêm nhiễu bởi vì phading nhanh trong các kênh
là không tương quan. Các giá trị thông thường của độ dự trữ phading nhanh là 2.0 - 5.0dB đối với các MS di chuyển chậm.
3.7.3.2 Độ lợi chuyển giao mềm
Chuyển giao mềm hay cứng cung cấp một độ lợi chống lại phading chậm bằng cách giảm độ dự trữ phading chuẩn log yêu cầu. Do trên thực tế phading chậm một phần không tương quan giữa các cell, và bằng cách thực hiện chuyển giao, máy di động có thể chọn lựa một liên kết thông tin tốt hơn. Hơn nữa, chuyển giao mềm đem lại một độ lợi phân tập bổ sung chống lại phading nhanh bằng cách giảm Eb/No tuỳ theo liên kết vô tuyến đơn do tác dụng của việc kết hợp phân tập macro. Tổng độ lợi là một hàm số của tốc độ máy di động và phụ thuộc vào thuật toán kết hợp phân tập được sử dụng trong bộ thu và hiện trạng trễ kênh.
Các thông số trên nhằm giúp người lập kế hoạch có cách nhìn tổng quan về chất lượng của từng mạng cụ thể khi thiết kế hệ thống.
3.7.3.3 Chuyển giao xuất hiện giữa hệ thống IBC với các hệ thống khác
Đối với hệ thống GSM
-Chuyển giao giữa 2 cell trong hệ thống.
-Chuyển giao giữa hệ thống bên trong và bên ngoài tòa nhà.
Hình 3.15: Quá trình handover trong indoor
Để giảm hiện tượng thường xuyên chuyển giao trong tòa nhà người thiết kế sẽ đưa ra các giải pháp sau:
Trong các cell indoor người thiết kế sẽ thiết lập thông số RxLev min phù hợp trong BTS để khi handover thì chỉ số C/I ≥ 12dB, ở hình trên thông số RxLev min access là -90dBm. -Thiết lập chỉ số Handover Margin phù hợp:
Handover Margin là sự chênh lệch giữa mức thu của cell đang phục vụ và các cell lân cận. Khi mức thu của một cell lân cận nào đó vượt quá mức thu của cell đang phục vụ một khoảng lớn hơn giá trị Handover Margin định sẵn thì một Handover Alarm sẽ được gửi về hệ thống nhằm đưa đến quyết định chuyển giao. Thông thường thì thủ tục Handover sẽ được thực hiện ngay sau đó.
Nếu việc đặt giá trị Handover Margin quá thấp sẽ dẫn tới việc Handover quá nhiều, nhưng ngược lại khi giá trị này đặt quá lớn có thể làm cho chất lượng cuộc gọi bị giảm xuống.
Đối với hệ thống UMTS WCDMA
Vì các cell lân cận trong hệ thống 3G sử dụng cùng một tần số nên thuê bao sẽ chuyển giao mềm ngay khi nó phát hiện được BSIC của cell neighbor với tín hiệu mạnh hơn cell service.
Các giải pháp đưa ra tương tự như hệ thống của GSM.
Hình 3.16: Quá trình handover trong tòa nhà
Khi biết được các quá trình chuyển giao trong hệ thống ngƣời thiết kế IBC sẽ phối hợp với các operator đang hoạt động khai báo, điều chỉnh các thông số chuyển giao, C/I… trong BTS của các cell gần hệ thống IBC, chỉ cho phép chuyển giao bên trong vùng phủ sóng indoor gần vùng biên, khi thuê bao gần vùng phủ sóng indoor thuộc vùng phụ vụ
CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG HỆ THỐNG IBC CHO TOÀ NHÀ
Giới thiệu: Ở chương này sẽ tiến hành xây dựng mô hình phủ sóng di động cho một toà nhà mẫu mười năm tầng với một tầng hầm và sáu thang máy có tổng diện tích 1600m2, kích thước 40m x 40m. Mục đích tìm hiểu và làm quen về các công đoạn thi công, lắp đặt, kiểm tra, hoàn thiện các bộ phận, thiết bị của hệ thống IBC.
Hình 4.1: Mô hình toà nhà mười năm tầng