4.1.1 Nguyên lý chung
Quá trình quy hoạch mạng vô tuyến đƣợc tiến hành trên cơ sở yêu cầu của các thông số đƣợc thiết lập và là công việc phức tạp nhất trong việc quy hoạch mạng.Công việc quy hoạch mạng vô tuyến bao gồm: định cỡ mạng, quy hoạch lƣu lƣợng & vùng phủ chi tiết và tối ƣu mạng.Quá trình quy hoạch và triển khai mạng đƣợc chỉ ra trong hình vẽ 4-1.
Trong pha quy hoạch ban đầu (định cỡ mạng) cung cấp một sự đánh giá ban đầu nhanh nhất về kích cỡ của mạng và dung lƣợng của các thành phần.Định cỡ mạng phải thực hiện đƣợc các yêu cầu của nhà khai thác về vùng phủ, dung lƣợng và chất lƣợng dịch vụ.Trong pha quy hoạch chi tiết, mật độ site đã định cỡ đƣợc xử lý trên bản đồ số để giới hạn về mặt vật lý các thông số của mạng. Ngoài ra việc tối ƣu có thể đƣợc thực hiện bằng cách điều khiển nhiễu dƣới dạng anten phù hợp, cấu hình site, sự chọn lựa vị trí, hay đặt nghiêng anten. Hơn nữa, các chỉ tiêu của mạng có thể tiến đến gần hơn các mục tiêu yêu cầu bằng cách sử dụng bộ khuếch đại MHA (mast head amplifier) hay các các loại phân tập.
Khi mạng đi vào hoạt động, có thể quan sát hiệu suất của hệ thống qua việc đo đạc các thông số và kết quả các thông số đo đƣợc sẽ sử để hiển thị và tối ƣu hóa mạng.Quá trình quy hoạch và tối ƣu hóa mạng có thể thực hiện một cách tự động bằng cách sử dụng các công cụ thông minh và các phần tử mạng.Thông thƣờng trong giai đoạn triển khai mạng ta thấy không thể tối ƣu hệ thống nhƣ lúc quy hoạch mạng. Có rất nhiều nguyên nhân buộc phải thay đổi quy hoạch: không thể đặt Node-B đúng vị trí, nảy sinh các vấn đề về vùng phủ và chất lƣợng kết nối và tối ƣu… Cuối cùng cần
phản hồi kết quả thống kê và đo đạc đƣợc trong quá trình khai thác mạng lien quan đến điều chỉnh quy hoạch, mở rộng vùng phủ, dung lƣợng và nhu cầu dịch vụ trên cơ sở thực tế cho nhóm kỹ thuật chịu trách nhiệm thiết kế
CÁC CÔNG VIỆC QUY HOẠCH
- Quy hoạch vùng phủ vô tuyến - Quy hoạch dung lượng vô tuyến - Định cỡ RNC và xác định các vị trí đặt - Quy hoạch mạng truyền dẫn truy nhập - Quy hoạch mạng truyền dẫn đường trục
ĐẦU VÀO
- Dự báo số thuê bao tại các khu vực - Dự báo sử dụng trên kiểu lưu lượng - Các vùng cần phủ
- Kiểu vùng phủ - Các chỉ tiêu chất lượng
CÁC CÔNG VIỆC TRIỂN KHAI
- Triển khai Node-B, RNC - Kết nối Node-B & RNC - Triển khai mạng lõi
- Kết nối mạng truy nhập - mạng lõi - Kiểm tra đầu cuối - đầu cuối - Tối ưu hóa
- Khai thác và đo đạc hiệu năng
Hình 4-1 Quá trình quy hoạch và triển khai mạng WCDMA
4.1.2 Một số đặc điểm cần lƣu ý trong quy hoạch mạng
4.1.2.1 Dự báo
Dự báo là bƣớc đầu tiên và quan trọng trong quá trình quy hoạch và triển khai thành công một hệ thống thông tin di động.Tùy theo việc quy hoạch mạng là mới hay phát triển từ nền tảng mạng hiện có mà dự báo nhu cầu dịch vụ có thể thực hiện khác nhau. Dự báo bao gồm:
- Dự báo nhu cầu dịch vụ/thuê bao:
Mục tiêu chính của dự báo thuê bao là đánh giá tổng số thuê bao trong thị trƣờng cần phục vụ.Đối với mạng WCDMA có khả năng cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau cho từng đối tƣợng khác nhau nên cần tiến hành theo từng kiểu thuê bao. Dự báo có thể chia thành các bƣớc sau:
+ Xác định mục tiêu dự báo: gồm các mục tiêu nhƣ nhu cầu dân cƣ, nhu cầu cơ quan, vùng mục tiêu (tỉnh/thành phố hay toàn quốc), khuông khổ dự báo (5năm, 10 năm , 15 năm…)
+ Xác định số liệu cần thu thập: Mật độ điện thoại, điều tra dân số, điều tra về doanh nghiệp, mức thu nhập, tốc độ tăng trƣởng, quy hoạch phát triển tỉnh/thành phố.
+ Phân tích xu hƣớng của nhu cầu: xu hƣớng phát triển của nhu cầu đối với các dịch vụ phân tích theo các quan điểm: mật độ điện thoại, các đặc điểm riêng của vùng và so sánh với các quốc giá khác..
+ Phƣơng pháp dự báo: có thể thực hiện theo một phƣơng pháp hoặc kết hợp các phƣơng pháp. Thông thƣờng có 02 phƣơng pháp là: dự báo theo chuỗi thời gian và theo mô hình hóa.
- Dự báo lƣu lƣợng:
Dự báo lƣu lƣợng là bƣớc đầu tiên cần thực hiện trong quá trình quy hoạch mạng Dự báo lƣu lƣợng có thể dựa trên cơ sở xu thế của các mạng di động khác đã đƣợc khai thác Dự báo lƣu lƣợng bao gồm dự báo sử dụng lƣu lƣợng voice và data.
- Dự phòng cho tƣơng lai:
Trong thực tế cho thấy sự phát triển nhanh của thuê bao và các dịch vụ mới khiến các nhà khai thác mạng luôn phải đối mặt với các khó khăn không nhỏ.Do đo việc quy hoạch cho tƣơng lai là rất cần thiết và rất quan trọng để tránh việc mở rộng thƣờng xuyên, bởi vì dự phòng cho phép cung cấp lƣu lƣợng bổ sung trong trƣờng hợp thuê bao tăng trƣởng nóng hay sự đột biến về lƣu lƣợng tại một thời điểm.
4.1.2.2 Quy hoạch vùng phủ vô tuyến
Nhiệm vụ chính của phấn tích vùng phủ là làm thế nào để xác định đƣợc: nơi nào cần phủ sóng, kiểu phủ sóng mỗi vùng. Thông thƣờng ta cần phủ sóng trƣớc hết các khu vực quan trọng: Các khu thƣơng mại, khu công nghiệp, vùng có mật độ dân cƣ cao. Vè thế cần hiểu rõ mật độ dân cƣ, phân biệt ranh giới các vùng: thành phố, ngoại ô, nông thôn, khu thƣơng mại, khu công nghiệp, nhà ở…
Đối với hệ thống thông tin di động 3G ngoài các tiêu chí trên, ta cần phải xét đến: các loại dịch vụ cần cung cấp ở vùng đang xét và vùng phủ sóng hiệu dụng của cell sẽ chịu ảnh hƣởng của tốc độ số liệu.
Sau khi đã nắm đƣợc yêu cầu vùng phủ, tiếp theo ta tiến hành quy hoạch vùng phủ thông qua xem xét các yếu tố sau: Lựa chọn mô hình truyền sóng, tính quỹ đƣờng truyền, quy hoạch vị trí cell. Trong đó quy hoạch vị trí cell là bƣớc quan trọng trong việc quy hoạch hệ thống WCDMA bởi vì nó sẽ đảm bảo mỗi trạm thu phát xây dựng sẽ đáp ứng đƣợc các tiêu chí chất lƣợng đề ra, tránh việc xây dựng ở các vị trí không đảm bảo.
4.1.2.3 Nhiễu từ nhiều nhà khai thác khác
Trong môi trƣờng có nhiều mạng UMTS hoạt động với các tần số gần nhau, tín hiệu có thể gây nhiễu lẫn nhau làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng, vùng phủ và dung lƣợng mạng.Nhiễu này đƣợc gọi là nhiễu kênh lân cận và để tránh nhiễu có thể sử dụng các biện pháp sau:
- Đặt anten Node-B lý tƣởng: - Giảm độ nhạy máy thu
- Điều chỉnh khoảng cách giữa các sóng mang. - Chuyển giao gữa các tần số.
4.2 ĐỊNH CỠ MẠNG
Định cỡ mạng vô tuyến WCDMA là một quá trình quy hoạch ban đầu nhờ đó mà cấu hình của mạng và quy mô các thiết bị mạng đƣợc tính toán dựa vào các yêu cầu của nhà khai thác.
Các yêu cầu của nhà khai thác liên quan đến các đặc điểm sau: - Vùng phủ:
+ Vùng phủ sóng.
+ Thông tin về loại vùng phủ sóng. + Điều kiện truyền sóng.
- Dung lƣợng:
+ Phổ sẵn có.
+ Dự đoán sự tăng trƣởng số thuê bao. + Thông tin mật độ lƣu lƣợng.
- Chất lƣợng dịch vụ (QoS):
+ Xác suất vị trí các vùng (khả năng phủ sóng). + Xác suất nghẽn.
+ Thông lƣợng ngƣời sử dụng đầu cuối.
Mục tiêu của pha định cỡ mạng là tính toán mật độ site và cấu hình site yêu cầu cho các vùng phủ quan tâm. Trong đó bao gồm các bƣớc cụ thể sau:
4.2.1 Tính toán vùng phủ sóng
Trên cơ sở phân tích vùng phủ sóng, tính toán quỹ đƣờng truyền theo hƣớng Uplink hoặc downlink, ta tính bán kính cell vùng phủ sóng theo mô hình sau:
Tính suy hao truyền sóng cho phép
(MAPL) Thông số đầu vào
Bán kính vùng phủ R yêu cầu thoe các mô
hình truyền sóng
Hình 4-2 Quá trình tính bán kính vùng phủ sóng
4.2.1.1 Phân tích vùng phủ
Quá trình phân tích vùng phủ vô tuyến là thực hiện khảo sát các địa điểm cần phủ sóng và kiểu vùng phủ cần cung cấp cho các địa điểm này. Các loại vùng phủ thông thƣờng đƣợc xét nhƣ: các vùng thƣơng mại-du lịch, các vùng dân số có mật độ dân số cao và các đƣờng cao tốc chính. Do vậy cần phải có các thông tin về các vùng cần phủ sóng. Các thông tin có thể dựa trên bản đồ, các số liệu thống kê, dự báo nhƣ: mật độ dân cƣ (thành phố, ngoại ô, nông thôn), khu thƣơng mại-du lịch, khu công nghiệp…
Mục đích của quá trình khảo sát này bao gồm:
- Để đảm bảo cung cấp một dung lƣợng phù hợp cho các vùng này
- Biết đƣợc đặc điểm truyền sóng của vùng để xác định môi trƣờng truyền sóng vì mỗi môi trƣờng sẽ có tác động trực tiếp đến mô hình truyền sóng.
Các thông tin về vùng phủ sẽ đƣợc dùng để chuẩn bị bƣớc quy hoạch vùng phủ ban đầu. Thông thƣờng quy hoạch vùng phủ sóng WCDMA thƣờng quan tâm đến các loại hình phủ sóng sau:
Bảng 4-1 Các loại hình phủ sóng phổ biến
Vùng phủ song Đặc điểm
Dense urban (Đô thị đông đúc)
Thông thường đây là khu vực đông dân cư với nhiều nhà cao tầng, là khu trung tâm với văn phòng và các trung tâm mua sắm, giải trí, nhà ga…
Urban (Đô thị)
Thông thường đây là các khu vực đường phố và cây xanh xen kẽ một vài tòa nhà cao tầng, các tòa nhà cao tầng cách xa nhau
Sub Urban (Ngoại ô) Khu ngoại ô với các nhà vườn và công viên, khu nghỉ dưỡng…
Một yếu tố nữa cũng ảnh hƣởng đến vùng phủ sóng là xác định vùng phủ theo dịch vụ. Nhƣ đã biết hệ thống WCDMA là hệ thống đa truy nhập dịch vụ với cấu trúc đa kênh có thể sử dụng đƣợc nhiều dịch vụ. Một số dịch vụ chính thƣờng dùng trong hệ thống truy nhập WCDMA:
Bảng 4-2 Các loại loại dịch vụ chính của WCDMA
Kiểu kênh 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
Ứng với mỗi loại hình dịch vụ sẽ có bán kính phục vụ tƣơng ứng phụ thuộc vào mã trải phổ, công suất phát cực đại và chất lƣợng dịch vụ yêu cầu.Tùy theo mỗi khu vực và dự báo nhu cầu sử dụng dịch vụ thì sẽ có các bán kính phục vụ khác nhau, chẳng hạn nhƣ hình dƣới đây sẽ mô tả bán kính tối đã của các loại dịch vụ (ứng trƣờng hợp dịch vụ sử dụng liên tục)
Hình 4-3 Vùng phủ sóng của cell theo các loại dịch vụ khác nhau.
Từ các yêu cầu về vùng phủ theo nhu cầu dịch vụ và kiểu vùng phủ, vấn đề tiếp theo trong việc định cỡ mạng là tính quỹ đƣờng truyền vô tuyến.Quỹ đƣờng truyền vô tuyến đặc trƣng cho từng loại dịch vụ, tức là mỗi loại dịch vụ yêu cầu một quỹ đƣờng truyền nhất định đảm bảo đáp ứng các yêu cầu đặt ra.
4.2.1.2 Tính toán quỹ đường truyền vô tuyến
Cũng giống nhƣ các hệ thống thông tin di động tế bào khác, quỹ đƣờng truyền trong hệ thống WCDMA dùng để tính toán suy hao đƣờng truyền cho phép lớn nhất để tính toán vùng phủ (tính bán kính cell) của một trạm gốc và trạm di động. Các thành phần để tính suy hao cho phép lớn nhất của tín hiệu từ trạm phát đến trạm thu gọi là quỹ đƣờng truyền. Quỹ đƣờng truyền tổng quát cho cả đƣờng lên và đƣờng xuống bao gồm các thành phần sau:
Công suất máy phát (dBm):
- Công suất máy phát trung bình trên một kênh lưu lượng (dBm): là giá trị trung bình của công suất phát tổng trên một chu trình truyền dẫn với công suất phát cực đại lúc bắt đầu phát.
- Công suất máy phát cực đại trên một kênh lưu lượng (dBm): công suất tổng cộng tại đầu ra của máy phát cho một kênh lƣu lƣợng đơn.
- Công suất máy phát tổng cộng cực đại (dBm): tổng công suất phát cực đại của tất cả các kênh.
Tổn hao do ghép, giắc cắm và do cáp(máy phát) (dB): suy hao tổng cộng của tất cả các thành phần của hệ thống truyền dẫn giữa đầu ra của máy phát và đầu vào anten.
Tăng ích anten phát (dBi): tăng ích cực đại của anten phát trong mặt phẳng ngang (xác định theo dB so với một vật phát xạ đẳng hƣớng).
EIRP của máy phát (dBm):
- EIRP của máy phát trên một kênh lưu lượng (dBm): tổng công suất đầu ra máy phát cho một kênh (dBm), các suy hao do hệ thống truyền dẫn (-dB) và tăng ích anten máy phát (dBi) theo hƣớng bức xạ cực đại.
- EIRP của máy phát: tổng của công suất máy phát của tất cả các kênh (dBm), các suy hao do hệ thống truyền dẫn (-dB), và tăng ích anten phát (dBi).
Tăng ích anten thu (dBi): tăng ích tối đa của anten thu trong mặt phẳng ngang; nó đƣợc xác định theo dB so với một vật phát xạ đẳng hƣớng.
Tổn hao do bộ chia, đầu nối và do cáp (Máy thu) (dB): bao gồm các tổn hao của tất cả các thành phần trong hệ thống truyền dẫn giữa đầu ra của anten thu và đầu vào của máy thu .
Hệ số tạp âm máy thu (dB): hệ số tạp âm của hệ thống thu tại đầu vào máy thu.
Mật độ tạo âm nhiệt, N0(dBm/Hz): công suất tạp âm trên một Hz tại đầu vào máy thu. Lƣu ý rằng (h) là đơn vị logarit còn (H) là theo đơn vị tuyến tính.
Mật độ nhiễu máy thu I0 (dBm/Hz): công suất nhiễu trên một Hz tại đầu vào máy thu. Nó tƣơng ứng với tỷ số công suất nhiễu trong dải trên độ rộng băng tần. Lƣu ý (i) là theo đơn vị logarit và (I) theo đơn vị tuyến tính. Mật độ nhiễu máy thu I0 đối với đƣờng xuống là công suất nhiễu trên một Hz tại máy thu MS ở biên giới vùng phủ sóng, trong một cell phía trong.
Mật độ tạp âm nhiễu hiệu dụng tổng cộng (dBm/Hz): tổng logarit của mật độ tạp âm máy thu và hệ số tạp âm máy thu cộng số học với mật độ nhiễu máy thu.
Tốc độ thông tin (10log10(Rb)) (dBHz): tốc độ bit của kênh theo (dBHz); việc lựa chọn Rb phải phù hợp với các giả thiết Eb.
Tỷ số Eb/(N0+I0) yêu cầu (dB): tỷ số giữa năng lƣợng thu đƣợc của một bít thông tin trên mật độ công suất nhiễu và tạp âm hiệu dụng cần thiết để thoả mãn đƣợc các mục tiêu về chất lƣợng.
Độ nhạy máy thu (dBm): mức tín hiệu cần đạt đƣợc tại đầu vào máy thu để có đƣợc tỷ số Eb/(N0+I0) yêu cầu.
Độ lợi/ Suy hao chuyển giao (dB): độ lợi/suy hao (†) do việc chuyển giao để duy trì độ tin cậy cụ thể tại biên giới cell.
Tăng ích (độ lợi) phân tập (dB): tăng ích hiệu dụng đạt đƣợc nhờ sử dụng các kỹ thuật phân tập. Nếu tăng ích phân tập đã đƣợc gộp trong Eb/(N0+I0), thì nó sẽ không đƣợc đƣa thêm ở đây.
Các tăng ích khác (dB): các tăng ích phụ, ví dụ nhƣ đa truy nhập phân tập theo không gian có thể tạo thêm tăng ích anten.
Độ dự trữ phadinh chuẩn Log (dB): đƣợc xác đinh tại biên giới cell đối với các cell riêng lẻ ứng với độ dự trữ yêu cầu để cung cập xác suất phủ sóng xác định trên các cell riêng lẻ.
Suy hao đường truyền tối đa (dB): suy hao tối đa để cho phép để máy thu có thể thu đƣợc tín hiệu từ máy phát tại biên giới cell.
Bán kính tối đa, Rmax (km): đƣợc tính toán cho mỗi hoàn cảnh triển khai, nó đƣợc xác định bằng bán kính ứng với suy hao tối đa.
Trong WCDMA, có một số các thông số đặc biệt trong quỹ đƣờng truyền mà không đƣợc sử dụng trong hệ thống truy nhập vô tuyến của GSM, đó là:
- Độ dự trữ nhiễu: Độ dữ trữ nhiễu là một hàm số của tổng cộng tải trong cell.