Điều khiển công suất và quản lý tài nguyên vô tuyến trong hệ thống W-CDMA

c nhau sẽ tác động khác nhau lên vùng phủ sóng: hệ số tải càng lớn thì nhiễu đồng kênh càng lớn tức là càng cần có dự trữ nhiễu lớn ở đường lên và cần thu hẹp vùng phủ. Đối với trường hợp bị giới hạn bởi vùng phủ cần đề xuất dự trữ nhiễu nhỏ, và ngược lại, dự trữ nhiễu lớn cho trường hợp bị hạn chế bởi dung lượng. Dự dự trữ fading nhanh: để duy trì điều khiển công suất nhanh vòng kín cần một lượng dự trữ fading nhất định ở công suất phát của máy di động. Dự trữ fading nhanh điển hình 2,0¸5,0 dB cho các MS chuyển động chậm. Độ lợi chuyển giao mềm: chuyển giao mềm hay cứng đảm bảo độ lợi để chống fading bằng cách giảm dự trữ fading chuẩn log. Lý do là, fading chậm thường không tương quan giữa các trạm gốc nên máy di động có thể chọn được trạm gốc tốt hơn nhờ thực hiện chuyển giao. Chuyển giao mềm cung cấp độ lợi phân tập vĩ mô bổ sung để chống lại fading nhanh bằng cách giảm tỷ số Eb/N0 liên quan đến một đường truyền đơn nhờ việc kết hợp phân tập vĩ mô. Độ lợi chuyển giao mềm được coi bằng 2 dB hoặc 3 dB. Dự trữ fading chuẩn log phụ thuộc vào yêu cầu độ tin cậy vùng phủ của ô (xác suất phủ sóng). Do những đặc điểm khác nhau, quỹ đường truyền cần được tính riêng cho cả đường xuống và đường lên cũng như cho các tốc độ khác nhau để xác định tổn hao cực đại cho phép mỗi đường, từ đó căn cứ vào mô hình truyền sóng sẽ tính được bán kính phủ sóng tương ứng đối với mỗi loại hình dịch vụ. Tổng công suất tạp âm nhiệt được tính theo công thức sau: NT = (N x NF) [dB] = 10lg(290 x 1,38.10 -23) + NF + 30 + 10lgBw [dBm/Hz] (4.1) Trong đó: + N là tạp âm nhiệt đầu vào máy thu. + NF là hệ số tạp âm của máy thu. + Bw là độ rộng kênh bằng tốc độ trải phổ. Độ nhạy cần thiết của máy thu để đảm bảo tỷ số (Eb/N’0)req được xác định như sau: Pmin / (NT+I) = (1/GP)x[Eb/(N0+I0)req] = (1/GP)x[Eb/(N’0)req] (4.2) Trong đó: + Pmin là độ nhạy của máy thu cần thiết để đảm bảo tỷ số (Eb/N’0)req theo yêu cầu. + NT là tạp âm nhiệt. + I là nhiễu người sử dụng khác. + GP là độ lợi xử lý. + N0 là mật độ năng lượng tạp âm. + I0 là mật độ năng lượng can nhiễu. + N’0 là mật độ phổ công suất tạp âm tương đương. Tính theo dB ta có: Pmin [dB] = (NT + I)[dBm] – GP[dB] + (Eb/(N’0)req) [dB] (4.3) (NT +I)[dBm] = NT[dB] + MT[dB] (4.4) Trong đó: + MT là dự trữ nhiễu giao thoa của các người sử dụng khác. Suy hao đường truyền lớn nhất được tính theo công thức sau: LMax = EIRPm – Pmin + Gb – Lf – Mf-F (4.5) Trong đó: + EIRPm = PTxm – Lfm – Lb + Gm là công suất phát xạ hiệu dụng của máy phát. + PTxm là công suất phát xạ của máy phát. + Lfm, Lb là tổn hao phi đơ và suy hao cơ thể. + Mf-F là độ dự trữ fading nhanh. + Gm là hệ số khuyếch đại của anten máy phát. + Gb, Lf là hệ số khuyếch đại và tổn hao phiđơ, connector của máy thu. Suy hao truyền sóng được phép đối với phạm vi của cell: L’max = Lmax – Ml-F + GHO – Lpenet (4.6) Trong đó: + Lpenet là tổn hao thâm nhập. + GHO là độ lợi chuyển giao mềm. + Ml-F là độ dự trữ fading chuẩn-log. Dưới đây ta sẽ xét ba thí dụ về quỹ đường truyền đường lên cho các dịch vụ W-CDMA: dịch vụ thoại 12,2 kbps, dịch vụ số liệu 64 kbps, 144 kbps, 384 kbps. Độ dự trữ nhiễu 3 dB được sử dụng cho mức tăng công suất đường lên. Các giá trị cho trước được dùng để tính toán quỹ đường truyền được cho ở bảng 4.1 và 4.2. Bảng 4.1 Các thông số cho trạm di động MS [9] Thông số Đầu cuối thoại Đầu cuối số liệu Công suất phát cực đại (PTxm) 21 dBm 24 dBm Hệ số khuếch đại anten (Gm) 0 dBi 2 dBi Tổn hao cơ thể (Lb) 3 dB 0 dB Bảng 4.2 Các thông số cho trạm gốc BS [9] Hệ số tạp âm (NF) 5,0 dB Hệ số khuếch đại anten (Gb) 18,5 dBi ( cấu hình 3 sector) Yêu cầu Eb/N’0: - Thoại - Dịch vụ số liệu tốc độ 144 kbps thời gian thực - Dịch vụ số liệu tốc độ 384 kbps phi thời gian thực 6,0 dB 1,5 dB 1,0 dB Tổn hao cáp (Lf) 2,0 dB Bảng 4.3 Quỹ đường truyền tham khảo cho các dịch vụ khác nhau [9, 10] Loại dịch vụ Thoại Dữ liệu Dữ liệu Dữ liệu Tốc độ bit đường lên [kbps] 12,2 64 124 384 R Trạm phát (MS) Công suất phát cực đại [dBm] 21 21 24 24 PTxm Tăng ích anten phát [dBi] 0 0 2 2 Gm Tổn hao cơ thể [dB] 3 0 0 0 Lb Suy hao cáp phía phát [dB] 0 0 0 0 Lfm EIRP [dBm] 18 21 26 26 EIRPm=PTxm-Lfm-Lb+Gm Trạm thu (BTS) Mật độ tạp âm nhiệt [dBm/Hz] -174 -174 -174 -174 N0 Hệ số nhiễu bộ thu trạm gốc [dB] 5 5 5 5 NF Mật độ tạp âm bộ thu [dBm/Hz] -169 -169 -169 -169 N0 + NF Công suất tạp âm bộ thu [dBm] -103,2 -103,2 -103,2 -103,2 NT=N0+NF+10lg(3,84x106) Hệ số tải [%] 50 50 50 50 ηUL Độ dự trữ nhiễu [dB] 3 3 3 3 MT= -10lg(1- ηUL) Tổng tạp âm hiệu dụng + nhiễu -100,2 -100,2 -100,2 -100,2 NT + MT Độ lợi xử lý [dB] 25 17,8 14,3 10 Gp=10lg(3840/R) Eb/N0 yêu cầu 6 2 1,5 1 Eb/N0’ Độ nhạy máy thu [dBm] -119,2 -116 -113 -109,2 Pmin=NT+MT-Gp+ Eb/N0’ Tăng ích anten thu [dBi] 18,5 18,5 18,5 18,5 Gb Suy hao cáp phía thu [dB] 2 2 2 2 Lf Dự trữ fading nhanh [dB] 3 3 3 3 Mf-F Suy hao đường truyền lớn nhất [dB] 150,7 150,5 152,5 148,7 Lmax= EIRPm- Pmin+Gb-Lf -Mf-F Các thông số khác Dự trữ fading chuẩn-log [dB] 7 7 7 7 Ml-F Độ lợi chuyển giao mềm [dB] 4 4 4 4 GHO Tổn hao trong nhà, xe 6 6 6 6 Lpenet Suy hao đường truyền cho phép [dB] 141,7 141,5 143,5 139,7 L’max=Lmax-Ml-F+GHO-Lpenet 4.1.1.2 Hiệu suất vùng phủ vô tuyến Hiệu suất vùng phủ vô tuyến của hệ thống W-CDMA được định nghĩa là diện tích vùng phủ trung bình trên một đài trạm đối với môi trường truyền sóng tham khảo quy định trước và mật độ lưu lượng cần hỗ trợ, được tính bằng Km2/đài trạm. Từ việc phân tích và tính toán quỹ đường truyền cho phép ta tính toán được bán kính phủ sóng (R) của ô trong một mô hình truyền sóng cho trước, chẳng hạn như mô hình Hata-Okumura, Walfish-Ikegami. Khi xác định được bán kính phủ sóng R của cell thì ta có thể xác định được diện tích phủ sóng của cell (phụ thuộc vào cấu hình phân đoạn của anten trạm gốc) theo công thức: S = K x R2 (4.7) Trong đó: + S là diện tích vùng phủ. + R là bán kính cell. + K là hệ số ứng với số sector trong cell được cho trong bảng sau: Bảng 4.4 Giá trị K theo cấu hình site [5] Cấu hình ô Omni 2 Sector 3 Sector 6 Sector K 2,6 1,3 1,95 2,6 Quá trình tính toán bán kính cell có thể tóm tắt trong hình vẽ sau: Hình 4.3 Tính toán bán kính cell 4.1.2 Phân tích dung lượng ô Dựa trên quỹ đường truyền đường lên và sử dụng mô hình truyền sóng ta có thể đưa ra quy hoạch phủ sóng bước đầu. Thông thường việc này được thực hiện bằng phần mềm công cụ quy hoạch. Bước tiếp theo ta cần kiểm tra lại việc quy hoạch này để đảm bảo tải dự kiến. Cần nhắc lại rằng quỹ đường truyền bao gồm cả dự trữ nhiễu giao thoa và nhiễu này phụ thuộc vào tải dự kiến trong ô. Tải càng lớn thì nhiễu càng lớn, vì thế cần có dự trữ nhiễu giao thoa lớn để loại bỏ nhiễu đó. Dự trữ nhiễu được sử dụng để xét đến nhiễu do những người sử dụng khác gây ra. Đây là nhiễu bổ sung thêm vào tạp âm nhiệt. Nói cách khác tải càng lớn thì tạp âm càng lớn và ta cần phải đưa ra dự trữ nhiễu lớn hơn để xét đến tạp âm này. Sự tăng này được gọi là tăng tạp âm . Từ bảng 4.5 có thể thấy tăng tạp âm tiến đến vô cùng khi tải cell tiến tới 100%, tức là tải cell càng lớn thì tạp âm càng tăng và vùng phủ của cell càng nhỏ. Như vậy, ta không thể đạt được tải cell bằng 100% nhưng hoàn toàn có thể đạt được tải cell bằng 60¸70%. Ta cần chuyển đổi từ tải cell tính theo phần trăm sang một tham số đo sự sử dụng của thuê bao như: tổng số thuê bao đối với một vùng dịch vụ cho trước, tổng thông lượng. Điều này cho phép biết được vùng phủ của cell có thể hỗ trợ tải đến có hiệu quả hay không. Ví dụ: giả sử quy hoạch cell dựa vào quỹ đường truyền cho một dịch vụ cụ thể (chẳng hạn như dịch vụ dữ liệu 128 kbps) và một dự trữ nhiễu cụ thể (chẳng hạn 4 dB cho tải đường lên bằng 60%). Một cell cho trước có một vùng phủ cụ thể. Sau đó khảo sát vùng phủ và đánh giá xem tải dự kiến trong vùng phủ sẽ nhỏ hơn tải được đưa ra trong quy hoạch lần đầu hay không. Nếu không hỗ trợ được tải trong một số khu vực thì cần phải sửa đổi bản quy hoạch (có thể bằng cách bổ sung trạm gốc) và quá trình quy hoạch là một quá trình lặp nhiều lần để được giá trị cần tính. Bảng 4.5 Mối quan hệ giữa dự trữ nhiễu được yêu cầu ứng với tải cell [5] Tải cell đường lên [%] Dự trữ nhiễu (hay tăng tạp âm) yêu cầu [dB] 0 0 10 0,46 20 1 50 3 75 6 90 10 95 13 99 20 4.1.2.1 Tính toán hệ số tải Pha 2 của định cỡ là tính toán tổng số lưu lượng trên một site trạm gốc. Khi hệ số sử dụng lại tần số của hệ thống W-CDMA là 1, hệ thống thường có đặc tính giới hạn nhiễu và phải tính toán tổng lượng nhiễu và dung lượng các cell được cấp phát. Hệ số tải đường lên Hệ số tải được định nghĩa như sau: = (4.8) NMax: Số người sử dụng cực đại trong cell. Có 2 cách đo: Tính toán tải dựa vào công suất thu băng rộng, và tính toán dựa vào tải giao diện vô tuyến. Tính toán hệ số tải dựa vào công suất thu băng rộng Các mức công suất thu băng rộng được đo ở Node B, hệ số tải được tính như sau: Gọi tổng công suất nhiễu băng rộng thu được ở Node B là Itotal, bao gồm: công suất nhiễu của người sử dụng trong cùng cell (Iown); công suất nhiễu của người sử dụng từ các cell khác (Ioth); tạp âm máy thu và tạp âm nền (PN). Itotal = Iown + Ioth + PN (4.9) Mức tăng tạp âm (NR) đường lên được định nghĩa là tỷ số giữa công suất thu được chia cho công suất tạp âm PN . NR(UL) = (4.10) Với Trong đó: Itotal được đo ở Node B; PN được cho trước. Tính toán hệ số tải dựa vào thông lượng Hiệu suất phổ theo lý thuyết của cell W-CDMA có thể được tính toán từ phương trình tải. Trước hết ta xác định Eb/N0, năng lượng trên một bit người sử dụng chia cho mật độ phổ tạp âm: (Eb/N0)j = (4.11) Các thông số sử dụng cho việc tính toán hệ số tải đường lên được chỉ ra trong bảng 4.6. Bảng 4.6 Các thông số sử dụng trong tính toán hệ số tải đường lên Định nghĩa Giá trị khuyến nghị N Số người sử dụng trên một cell vj Hệ số hoạt động của người sử dụng j tại lớp vật lý 0,67 cho thoại, giả sử 50% hoạt động thoại và tổng phí DPCCH trong suốt DTX. 1,0 đối với dữ liệu Eb/N0 Năng lượng tín hiệu của một bit chia cho mật độ phổ tạp âm được yêu cầu để đáp ứng QoS (ví dụ như tỷ số lỗi bit). Tạp âm bao gồm cả tạp âm nhiệt và nhiễu. Phụ thuộc vào dịch vụ, tốc độ bit, kênh fading đa đường, độ phân tập anten thu, tốc độ di động… W Tốc độ chip W-CDMA 3,84 Mcps Rj Tốc độ bit của người sử dụng j Phụ thuộc vào dịch vụ i Tỷ số nhiễu từ các cell khác và chính cell đó được xem xét bởi bộ thu trạm gốc Cell macro với các anten đa hướng: 55%, Cell macro với 3 sector: 65% Suy ra Pj được tính như sau: Pj = (4.12) Đặt Pj = Lj thì hệ số tải Lj của một kết nối như sau: Lj = (4.13) Nhiễu thu tổng cộng không tính tạp âm nhiệt PN, có thể được tính bằng tổng của công suất thu từ N người sử dụng trong cùng một cell: Itotal – PN = (4.14) Mức tăng tạp âm được định nghĩa là tỷ số giữa tổng công suất thu băng rộng và công suất tạp âm: NR = Sử dụng phương trình (4.14) ta được: NR = == (4.15) Trong đó, hệ số tải được định nghĩa như sau: (4.16) Khi tiến gần tới 1, mức tăng tạp âm tương ứng gần tới giá trị không xác định và hệ thống đạt được dung lượng tại điểm cực của nó. Thêm vào đó, trong hệ số tải, nhiễu từ các cell khác phải được quan tâm, tỷ số nhiễu từ các cell khác và của chính cell đó là i được tính như sau: i = nhiễu từ các cell khác/ nhiễu của chính cell đó Hệ số tải có thể viết như sau: (4.17) Phương trình tải mô tả tổng mức tăng tạp âm vượt quá tạp âm nhiệt do nhiễu. Mức tăng tạp âm = -10log10(1- ). Độ dữ trữ nhiễu trong quỹ đường truyền phải bằng với mức tăng tạp âm lớn nhất đã hoạch định. Tỷ số Eb/N0 phụ thuộc vào điều khiển công suất vòng kín và chuyển giao mềm. Ảnh hưởng của chuyển giao mềm được tính bởi độ lợi kết hợp phân tập vĩ mô theo kết quả Eb/N0 của liên kết đơn. Hệ số tải đường xuống. Tính toán tải dựa vào công suất. Tải của cell có thể được xác định bởi tổng công suất phát đường xuống (Ptotal). Hệ số tải đường xuống () được xác định bằng tỷ số của tổng công suất phát hiện tại chia cho công suất phát lớn nhất của Node B (Pmax): = (4.18) Chú ý rằng phương pháp tính toán tải này, Ptotal không đưa ra thông tin chính xác về dung lượng giao diện vô tuyến đường xuống cực đại mà hệ thống có được. Một cell nhỏ với cùng một Ptotal thì có tải giao diện vô tuyến cao hơn ở cell lớn hơn. Tính toán tải dựa vào thông lượng. Hệ số tải đường xuống () được xác định dựa vào nguyên lý tương tự như đối với đường lên : (4.19) Trong đó: -10log10(1-) bằng mức tăng tạp âm vượt qua tạp âm nhiệt do nhiễu đa truy nhập. Các thông số sử dụng cho việc tính toán hệ số tải đường xuống được chỉ ra trong bảng 4.7. Trên đường xuống, tỷ số nhiễu các cell khác và cell phục vụ (i) phụ thuộc vào vị trí người sử dụng vì thế mà khác nhau đối với mỗi người sử dụng j. Hệ số tải trung bình của cell có thể xấp xỉ bằng giá trị như sau: (4.20) Trong mô hình nhiễu đường xuống, ảnh hưởng của chuyển giao mềm có thể được mô hình hoá theo 2 cách: + Tăng số kết nối bởi trong chuyển giao mềm UE liên kết đồng thời với cả 2 Node B, và giảm Eb/N0 cần thiết trên một liên kết với độ lợi chuyển giao mềm. + Giữ cho số kết nối cố định, nghĩa là bằng số người sử dụng, và sử dụng kết hợp yêu cầu Eb/N0. Giả sử độ lợi chuyển giao mềm trên 1 liên kết là 3 dB, tỷ số Eb/N0 kết hợp giống nhau trong cả hai trường hợp có và không có chuyển giao mềm. Ta không cần quan tâm ảnh hưởng của chuyển giao mềm trong quá trình định cỡ giao diện vô tuyến. Bảng 4.7 Các thông số sử dụng trong việc tính toán hệ số tải liên kết đơn Định nghĩa Giá trị khuyến nghị N Số người sử dụng trên một cell. vj Hệ số hoạt động của người sử dụng j tại lớp vật lý _ 0,58 cho thoại, giả sử 50% hoạt động thoại và tổng phí DPCCH trong suốt DTX. _ 1,0 đối với dữ liệu Eb/N0 Năng lượng tín hiệu của một bit chia cho mật độ phổ tạp âm được yêu cầu để đáp ứng QoS cho trước(ví dụ như tỷ số lỗi bit). Tạp âm bao gồm cả tạp âm nhiệt và nhiễu. Phụ thuộc vào dịch vụ, tốc độ bit, kênh fading đa đường, độ phân tập anten thu, tốc độ di động… W Tốc độ chip W-CDMA 3,84 Mcps Rj Tốc độ bit của người sử dụng j Phụ thuộc vào dịch vụ Tính trực giao của kênh người sử dụng j Phụ thuộc vào quá trình truyền sóng đa đường: _ 1: Kênh một đường hoàn toàn trực giao _ 0: Không trực giao ij Tỷ số công suất các cell khác với công suất cell phục vụ, được thu bởi người sử dụng j Mỗi người sử dụng có một ij khác phụ thuộc vào vị trí của nó trong cell và vật che khuất log-normal. Hệ số trực giao trung bình trong cell _ Kênh ITU Vehicular A: ~50% _ Kênh ITU Pedestrian A: ~90% i Tỷ số công suất từ các cell khác và cell phục vụ được thu bởi người sử dụng. Nhiễu cell phục vụ ở đây là băng rộng _ Macro cell với các anten đa hướng: 55% _ Macro cell với 3 sector: 65% Chú ý: Cell phục vụ là cell phuc vụ tốt nhất. Nếu một người sử dụng đang thực hiện chuyển giao mềm, tất cả các trạm gốc khác trong nhóm chủ được tính là cell khác. Đối với việc định cỡ đường xuống, rất quan trọng để tính toán tổng công suất phát trạm gốc yêu cầu. Việc tính toán này dựa vào công suất phát trung bình đối với người sử dụng, chứ không phải công suất phát cho biên giới cell được chỉ ra trong quỹ liên kết. Lý do là công nghệ băng rộng đem lại độ lợi chính trong việc định cỡ bộ khuếch đại công suất: trong khi một số người sử dụng tại biên giới cell yêu cầu công suất cao, còn những người sử dụng khác gần trạm gốc cần trạm gốc phát công suất ít hơn tại cùng một thời điểm. Công suất phát yêu cầu nhỏ nhất cho mỗi người sử dụng được xác định bởi suy hao trung bình giữa bộ phát trạm gốc và bộ thu di động, , và độ nhạy thu MS, với sự xuất hiện của nhiễu đa truy nhập (trong cell và giữa các cell). Ảnh hưởng của mức tăng tạp âm do nhiễu được cộng thêm vào công suất nhỏ nhất này và tổng của chúng là công suất phát yêu cầu đối với một người sử dụng tại vị trí có công suất bằng công suất trung bình trong cell. Về mặt toán học công suất phát trạm gốc tổng cộng có thể mô tả bằng phương trình sau: (4.21) Trong đó Nrf là mật độ phổ tạp âm của bộ thu máy di động đầu cuối. Giá trị của Nrf có tính toán như sau: Nrf = = -174,0 [dBm] + NF (giả sử rằng T = 290K) (4.22) Trong đó k là hằng số Boltzman = 1,381.10-23 [J/K], T là nhiệt độ tuyệt đối Kelvin, và NF là dạng nhiễu bộ thu trạm gốc thường có giá trị từ 5¸9 dB. 4.1.2.2 Hiệu suất phổ Hiệu suất phổ của W-CDMA có thể được định nghĩa bởi số các cuộc gọi đồng thời với một số tốc độ bit xác định, hoặc nhiều tốc độ bit thích hợp hơn trong các hệ thống thông tin thế hệ 3, bởi thông lượng lớp vật lý tổng cộng được hỗ trợ trong mỗi cell trên một tần số sóng mang 5 MHz. Hiệu suất phổ được tính bằng kbps/cell/sóng mang. Hiệu suất phổ là hàm số của môi trường vô tuyến, sự di động của người sử dụng và vị trí, các dịch vụ và chất lượng của dịch vụ, và điều kiện truyền sóng. Sự biến thiên có thể khá lớn (50¸100%). Vì thế hầu hết sự mô phỏng hệ thống đều nỗ lực đề xuất một số chỉ thị về hiệu suất phổ trung bình của W-CDMA chỉ phản ánh kết quả cho một số điều kiện của cell xác định trước và tuỳ theo người sử dụng. Để định cỡ cho lưu lượng cố định, dung lượng có thể được tính toán một cách chính xác theo phương trình hệ số tải đã trình bày. Quy luật chuyển đổi chung giữa việc sử dụng một kênh thoại và một kênh dữ liệu có thể dựa trên các hệ số tải riêng rẽ cho mỗi dịch vụ. 4.1.2.3 Dung lượng mềm Từ các phần nghiên cứu trên ta đã tính được số kênh trên một ô, từ đó ta có thể tính toán được mật độ lưu lượng cực đại mà hệ thống có thể hỗ trợ đối với một xác suất chặn cho trước. Mật độ lưu lượng có thể được đánh giá bằng Erlang như sau: Nếu dung lượng bị nghẽn cứng, tức là bị giới hạn bởi phần cứng, thì có thể tính dung lượng Erlang theo mô hình Erlang B. Nếu dung lượng bị giới hạn bởi nhiễu trên giao diện vô tuyến, thì dung lượng này được xác định theo dung lượng mềm, vì không có giá trị cố định riêng nào cho dung lượng cực đại. Đối với một hệ thống bị giới hạn bởi dung lượng mềm thì không thể tính toán dung lượng theo công thức Erlang B, vì sẽ đem lại kết quả không đúng. Ta có thể giải thích dung lượng mềm như sau: Nhiễu gây ra từ các cell lân cận càng ít thì càng nhiều kênh khả dụng ở cell trung tâm, được thể hiện ở hình 4.6. Với một số ít các kênh trên một cell, tức là đối với người sử dụng dữ liệu tốc độ bit cao, tải trung bình phải khá thấp để đảm bảo xác suất nghẽn thấp. Khi tải trung bình thấp, thường tồn tại một dung lượng phụ trong các cell lân cận. Có thể vay dung lượng này từ các cell lân cận, vì thế việc chia sẻ nhiễu sẽ đem lại dung lượng mềm. Dung lượng mềm quan trọng đối với những người sử dụng số liệu thời gian thực tốc độ bit cao. Dung lượng mềm cũng có ở hệ thống GSM, nếu dung lượng của giao diện vô tuyến bị giới hạn bởi nhiễu thay vì bởi số khe thời gian, điều này xảy ra khi giả thiết hệ số tái sử dụng tần số thấp ở GSM với tải phân đoạn. Ở dung lượng mềm, việc tính toán được thực hiện với các giả thiết số thuê bao giống nhau ở tất cả các cell nhưng các kết nối bắt đầu và kết thúc độc lập. Ngoài ra, khoảng thời gian các cuộc gọi đến tuân theo phân bố Possion. Phương pháp này cũng được sử dụng cho việc định kích cỡ khi tính toán dung lượng Erlang. Ngoài ra sẽ có dung lượng mềm bổ sung trong hệ thống W-CDMA nếu số người sử dụng ở các cell lân cận nhỏ. Hình 4.4 Chia sẻ nhiễu giữa các cell ở W-CDMA Dung lượng mềm ở đường lên của hệ thống W-CDMA được định nghĩa trong phần này như phần tăng của dung lượng Erlang khi nghẽn mềm so với mức tăng dung lượng Erlang khi nghẽn cứng trong trường hợp cùng số kênh lớn nhất tính trung bình trên một cell. - 1 Dung lượng Erlang với nghẽn cứng Dung lượng Erlang với nghẽn mềm = Dung lượng mềm Dung lượng mềm đường lên của W-CDMA có thể tính gần đúng trên cơ sở tổng nhiễu ở trạm gốc. Tổng dung lượng nhiễu này bao gồm cả nhiễu của chính nó và nhiễu của các ô khác. Vì thế có thể nhận góp chung kênh bằng cách nhân số kênh trên một ô trong trường hợp tải phân bố đều với i + 1: +1 = Nhiễu của cell phục vụ Nhiễu từ cell khác = i+1 Nhiễu từ cell khác + Nhiễu của cell phục vụ Nhiễu của cell phục vụ = Dung lượng cell bị cô lập Dung lượng nhiều cell Công thức Erlang B cơ bản được áp dụng với kênh lớn hơn. Dung lượng Erlang nhận được này sẽ được chia đều giữa các cell. Phương pháp tính dung lượng mềm như sau: Tính toán số kênh trên một cell (N) trong trường hợp tải bằng nhau, dựa vào hệ số tải đường lên. Nhân số kênh trên với (i + 1) để thu được vốn kênh tổng cộng trong trường hợp nghẽn mềm. Tính toán lưu lượng đề nghị lớn nhất từ công thức Erlang B. Chia dung lượng Erlang cho (i +1). 4.2 Quy hoạch vùng phủ và dung lượng chi tiết 4.2.1 Dự đoán vùng phủ và dung lượng lặp Phần này sẽ trình bày việc hoạch định chi tiết vùng phủ và dung lượng. Trong pha hoạch định chi tiết, cần dữ liệu truyền thực tế từ các vùng hoạch định, cùng với mật độ người sử dụng được tính toán và lưu lượng người sử dụng. Các thông tin về các site trạm gốc đang tồn tại cũng cần để tận dụng các sự đầu tư cho các site đã có. Đầu ra của hoạch định chi tiết vùng phủ và dung lượng là vị trí trạm gốc, cấu hình và các thông số. Hình 4.5 Quá trình tính toán vùng phủ và dung lượng lặp Trong hệ thống W-CDMA, tất cả người sử dụng đang chia sẻ các nguồn tài nguyên nhiễu trong giao diện vô tuyến nên không thể phân tích một cách độc lập. Mỗi người sử dụng đều ảnh hưởng đến các người khác và làm cho công suất phát của chúng thay đổi. Sự thay đổi bản thân chúng lại gây ra sự thay đổi và cứ như vậy. Vì thế, toàn bộ quá trình dự đoán phải được thực hiện một cách lặp đi lặp lại cho đến khi công suất phát ổn định. Tốc độ máy di động, hiện trạng kênh đa đường và các tốc độ bit, các kiểu dịch vụ cũng đóng vai trò quan trọng hơn so với các hệ thống di động 2G. Hơn thế nữa, điều khiển công suất nhanh trên cả đường lên và đường xuống, chuyển giao mềm và mềm hơn, các kênh đường xuống trực giao cũng ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống. Sự khác nhau giữa dự đoán vùng phủ trong hệ thống W-CDMA và TDMA/FDMA là sự tính toán nhiễu trong W-CDMA chủ yếu trong pha dự đoán. Trong quá trình hoạch định vùng phủ GSM hiện hành, độ nhạy thu trạm gốc thường được coi là hằng số và ngưỡng phủ sóng giống nhau cho mỗi trạm gốc. Trong trường hợp độ nhạy thu của trạm gốc phụ thuộc vào số người sử dụng và tốc độ bit sử dụng trong tất cả các cell, vì thế nó là các chi tiết riêng của dịch vụ và của cell. Cũng chú ý rằng trong các mạng 3G, đường xuống có thể có tải cao hơn trên đường lên. Việc tính toán vùng phủ và dung lượng lặp được thực hiện theo sơ đồ hình 4.5. 4.2.2 Công cụ hoạch định Trong các hệ thống 2G, việc hoạch định chi tiết tập trung chủ yếu vào hoạch định vùng phủ. Trong các hệ thống 3G, việc hoạch định nhiễu chi tiết và phân tích dung lượng cần thiết hơn tối ưu vùng phủ. Các công cụ cần thiết hỗ trợ các nhà quy hoạch để tối ưu cấu hình trạm gốc, việc chọn lựa anten, các hướng đặt của anten, vị trí các site, để đáp ứng chất lượng của các dịch vụ và các yêu cầu dung lượng, dịch vụ với chi phí nhỏ nhất. Để đạt được kết quả tối ưu, công cụ phải có đầy đủ các kiến thức của thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến để thực hiện vận hành và tạo ra các quyết định, giống như trong mạng thực tế. Xác suất vùng phủ sóng đường lên và đường xuống được xác định cho một dịch vụ đặc biệt bằng kiểm tra tính sẵn sàng của dịch vụ trong mỗi vị trí hoạch định. Pha hoạch định chi tiết không khác nhiều so với hoạch định mạng 2G. Các site và sector được đặt vào công cụ. Sự khác nhau chính là tầm quan trọng của lớp lưu lượng. Các phương pháp phân tích chi tiết được đề xuất sử dụng các trạm gốc rời rạc trong phân tích của W-CDMA. Mật độ trạm gốc trong các cell khác nhau nên dựa vào các thông tin lưu lượng thực tế. Các điểm quan trọng nên được xác định như là một đầu vào để phân tích chính xác. Công cụ hoạch định ở đây là một bộ mô phỏng tĩnh dựa vào điều kiện trung bình và các thông tin nhanh từ mạng có thể được lấy ra. Còn bộ mô phỏng động bao gồm các mô hình di động và mô hình lưu lượng chúng có thể được phát triển và thử nghiệm các thuật toán quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến trong môi trường thực tế, và kết quả của sự mô phỏng này là đầu vào cho công cụ hoạch định mạng. Ví dụ như hiệu suất thực tế của thuật toán chuyển giao với các lỗi đo đạc và trễ có thể được kiểm tra trong công cụ động và kết quả được đưa vào công cụ hoạch định mạng. Việc kiểm tra các thuật toán RRM yêu cầu mô hình chính xác của hiệu suất liên kết W-CDMA, và vì thế một sự giải quyết về mặt thời gian tương ứng với tần số điều khiển công suất là 1,5 KHz được sử dụng trong bộ mô phỏng động. 4.3 Tối ưu mạng Tối ưu mạng là một quá trình để cải thiện toàn bộ chất lượng mạng khi đã thử nghiệm bới các thuê bao di động và đảm bảo rằng các nguồn tài nguyên mạng được sử dụng một cách hiệu quả. Quá trình tối ưu bao gồm: Đo đạc hiệu năng (các chỉ tiêu kỹ thuật). Phân tích các kết quả đo đạc. Điều chỉnh mạng. Quá trình tối ưu được chỉ ra trong hình 4.6. Giai đoạn đầu của quá trình tối ưu mạng là định nghĩa các chỉ thị hiệu năng chính bao gồm các các kết quả đo ở hệ thống quản lý mạng và số liệu đo ngoài hiện trường hay bất kỳ thông tin khác có thể sử dụng để xác định chất lượng dịch vụ. Việc đo đạc có thể được thực hiện bằng cách thử nghiệm UE và từ các phần tử của mạng. Các công cụ đo được chỉ ra trong hình 4.7. UE cung cấp các số liệu thích hợp như công suất phát đường lên; tốc độ và xác suất chuyển giao mềm; Eb/N0 của CPICH; BLER đường xuống… Các phần tử mạng vô tuyến có thể cung cấp các thông số đo đạc ở mức cell và mức kết nối: BLER đường lên, công suất phát đường xuống. Thông số đo đạc mức kết nối từ UE và từ mạng rất quan trọng để vận hành mạng và cung cấp QoS cần thiết cho dịch vụ. Thông số đo đạc ở mức cell quan trọng hơn trong pha tối ưu dung lượng, gồm: tổng công suất thu và tổng công suất phát. Hình 4.6 Quá trình tối ưu mạng Hình 4.7 Đo đạc hiệu năng của mạng Mục đích của việc phân tích các kết quả đo đạc tức là phân tích chất lượng mạng là cung cấp cho nhà khai thác một cái nhìn tổng quan về chất lượng và hiệu năng mạng. Phân tích chất lượng và báo cáo bao gồm việc lập kế hoạch về các trường hợp đo tại hiện trường và đo bằng hệ thống quản lý mạng. Sau khi đã đặc tả các chỉ tiêu chất lượng dịch vụ và đã phân tích số liệu thì có thể lập ra báo cáo điều tra. Đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 2, thì chất lượng bao gồm: thống kê các cuộc gọi bị rớt, phân tích nguyên nhân bị rớt, thống kê chuyển giao và kết quả đo các lần gọi thành công. Các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 có các dịch vụ rất đa dạng nên cần phải đưa ra các định nghĩa mới về chất lượng dịch vụ. Ở hệ thống thông tin di động thế hệ 3 thì cần phải tối ưu hoá mạng một cách tự động. Vì hệ thống này có nhiều dịch vụ hơn các hệ thống thế hệ 2, nên việc tối ưu hoá bằng nhân công sẽ mất nhiều thời gian hơn. Tối ưu hoá tự động phải cung cấp câu trả lời nhanh cho các điểu khiển thay đổi lưu lượng trong mạng. Với sự trợ giúp của hệ thống quản lý mạng công suất có thể phân tích hiệu năng quá khứ, hiện tại và dự báo tương lai của mạng. Ngoài ra, có thể phân tích hiệu năng của các thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến RRM và các thông số của chúng bằng cách sử dụng bộ chỉ thị hiệu năng chính (KPI). KPI là tổng công suất phát trạm gốc, tổng phí chuyển giao mềm; tốc độ ngắt cuộc gọi; trễ dữ liệu gói... Sau đó tiến hành so sánh KPI với các giá trị mục tiêu sẽ chỉ ra các vấn đề tồn tại của mạng để có thể tiến hành điều chỉnh mạng. Việc điều chỉnh mạng bao gồm: cập nhật các thông số RRM (ví dụ các thông số chuyển giao; các công suất kênh chung; số liệu gói); thay đổi hướng anten trạm gốc, có thể điều chỉnh hướng anten trạm gốc bằng bộ điều khiển từ xa trong một số trường hợp (như khi vùng chồng lấn với cell lân cận quá lớn, nhiễu cell cao và dung lượng hệ thống thấp). 4.4 Tính toán tối ưu số cell trong mạng W-CDMA và mô phỏng các kết quả Trong phần này ta sẽ tính số cell cho một cho một vùng được quy hoạch. Quá trình quy hoạch gồm các bước sau: phân tích nhu cầu về dung lượng của vùng, tính suy hao cho phép, tính dung lượng cực từ đó xác định bán kính theo suy hao và theo dung lượng. Từ kết quả đó xây dựng thuật toán tối ưu số cell giữa dung lượng và vùng phủ để xác định lại số cell và mô phỏng bằng chương trình Visual Basic 6.0. 4.4.1 Tính toán tối ưu số cell Giả sử một thành phố trung bình có nhu cầu về lưu lượng như sau: Bảng 4.8 Nhu cầu về lưu lượng của một vùng cần tính toán STT Tên vùng Số thuê bao dự kiến phục vụ Diện tích [Km2] Phân loại môi trường 1 A 80000 200 trung tâm 2 B 40000 125 ngoại ô 3 C 25600 100 trung tâm 4 D 14400 75 ngoại ô Bảng 4.9 Bảng các thông số khi tính toán thiết kế hệ thống W-CDMA (áp dụng cho dịch vụ thoại 12,2 kbps, đường lên) Thông số Giá trị Thông số Giá trị Cấp phục vụ GoS 2% Độ lợi chuyển giao mềm(SHOF) 1,4 Số cuộc thử trong giờ bận (BHCA) 1,38 Công suất phát MS (PTxm) 21 dBm Tỷ số Eb/N’0 yêu cầu 6 dB Hệ số khuếch đại anten (Gb) 18,5 dBi Hệ số tích cực thoại (ρ) 0,4 Suy hao cáp phía phát (Lfm) 0 Hệ số nhiễu từ các cell khác (f) 0,7 Bề rộng dải tần trải phổ (W) 3.84 MHz Tốc độ dữ liệu (R) 12,2 kbps Phương sai điều khiển công suất (бe) 2,5 dB Thời gian trung bình cuộc gọi 65 s Tăng ích dải quạt hoá (mỗi cell gồm 3 dải quạt) 2,4 Tần số (fc) 1950 MHz Suy hao cáp anten của BTS (Lf) 2,5 dB Hệ số nhiễu bộ thu trạm gốc (NF) 5 dB Mật độ tạp âm nhiệt (N0) -174 dBm/Hz Độ rộng đường phố (w) 20 m Khoảng cách giữa các toà nhà (b) 45 m Độ cao trung bình của các toà nhà (hr) 20 m Độ cao của anten MS (hm) 1,5 m Độ cao trung bình của anten BTS (hb) 30 m Góc tới của tia sóng (Ф) 200 Dự trữ fading chuẩn-log (Ml-F) 7 dB Tổn hao cơ thể MS (Lb) 2 dB Tổn hao ở trong nhà, xe (Lpenet) 6 dB Dự trữ nhiễu (MT) 3 dB Độ lợi chuyển giao mềm (GHO) 4 dB Dự trữ fading nhanh (Mf-F) 3 dB Bảng 4.9 là các thông số sử dụng để tính toán trong đồ án này (chỉ mang tính chất tham khảo, thực tế có thể khác). Khi tính toán dung lượng cực sử dụng phương trình tính dung lượng cực sẽ cho phép tính gần đúng dung lượng của hệ thống. Tuy nhiên các phương trình này không có tham số nào kể đến kích thước cell, cự ly giữa các cell. Để giải quyết vấn đề trên có hai mô hình thực nghiệm dựa trên dự đoán suy hao đường truyền cho phép là mô hình Hata-Okumura và Walfish-Ikegami. Trong đồ án này sử dụng mô hình Walfish-Ikegami cho tính toán bán kính cell vì mô hình này có tính đến ảnh hưởng của các thông số tán xạ, độ rộng phố,…gây suy hao đường truyền. Để tính số cell cho từng khu vực ta dựa vào bảng thống kê các thông số của các khu vực. Có hai phương án để tính số cell: tính số cell theo dung lượng và tính số cell theo vùng phủ. Kết quả cuối cùng là số cell cực đại trong hai phương án trên. 4.4.1.1 Tính số cell theo dung lượng Tính dung lượng cực N = Trong đó: β = 0.1ln10 = 0,23 → N = Kết quả trên cho biết mỗi dải quạt tối đa có 125 người sử dụng. Khi tính toán dung lượng thực không vượt quá 75% dung lượng cực, do đó mỗi dải quạt khi tính toán có thể không quá 94 người sử dụng, tra bảng Erlang B ứng với GoS=2% ứng với 82,167 Erlang. Tính hệ số tải và dự trữ nhiễu + Hệ số tải: = (1+0,7)*94*= 0,95 + Dự trữ nhiễu: MT = -10lg(1-ηUL)= -10lg(1-0,95) = 13 (dB) Tính số cell + Tính toán cho vùng A: - Số thuê bao: 10000 - Dung lượng cần: BHCA/thuê bao * Số thuê bao * Thời hạn cuộc gọi/3600 = 1,38*10000*65/3600 = 249,17 (Erlang) - Dung lượng kể cả chuyển giao mềm: dung lượng cần * hệ số chuyển giao mềm = 249,17*1,4 = 348,83 (Erlang) - Số dải quạt cần (mỗi dải quạt 82,167 Erlang): 348,83/82,167 = 5 (dải quạt) - Số cell cần: (mỗi cell 3 dải quạt): 5/2,4 = 3 (cell) Tính toán tương tự cho các vùng còn lại ta có bảng số cell cho từng vùng sau: Bảng 4.10 Bảng kết quả tính số cell theo dung lượng Vùng BHCA/thuê bao Số thuê bao Dung lượng cần [Erlang] SHOF Dung lượng cần kể cả SHOF[Erlang] Dung lượng cực Erlang Số dải quạt Số cell A 1,38 80000 2790,66 1,4 3906,92 82,167 35 18 B 1,38 40000 1395,33 1,4 1953,46 82,167 18 10 C 1,38 25600 893,01 1,4 1250,21 82,167 11 6 D 1,38 14400 502,32 1,4 703,25 82,167 7 4 Tổng 160000 5581,32 7813,84 71 38 Kết quả bảng 4.10 cho thấy để đảm bảo dung lượng vùng phục vụ cần 38 cell, điều này có nghĩa là chỉ mới đảm bảo yêu cầu về dung lượng mà chưa tính đến vùng phủ sóng. 4.4.1.2 Tính số cell theo vùng phủ Tính suy hao cho phép Độ nhạy máy thu: Pmin = NT + MT – Gp+ Eb/N0’ = -174 + 5 + 10lg(3,84*106) + 3 – 25 + 6 = -119,14 (dBm) Suy hao đường truyền cho phép: L’max = EIRPm – Pmin+ Gb – Lf – Mf-F – Ml-F + GHO – Lpenet = 18 – (-119,14) + 18,5 – 2 – 3 – 7 + 4 – 6 = 141,64 (dB) (a) Tính bán kính cell Ta sử dụng mô hình Walfish-Ikegami (đối với thành phố trung bình) hm = hr – hm = 20 – 1,5 = 18,5 (m) hb = hb – hr = 30 – 20 = 10 (m) L0 = -10 + 0,354Φ = -10 + 0,354*20 = -2,92 (dB) Lb = -18lg(1 + hb) = -18lg(1 + 10) = -18,74 (dB) ka = 54; kd = 18; kf = -4 + 0,7 = -3,22 - Suy hao không gian tự do: Lf = 32,4 + 20lgR + 20lgfc = 32,4 + 20lgR + 20lg1950 = 98,2 + 20logR (dB) - Nhiễu xạ mái nhà-phố và suy hao tán xạ: Ln = L0 +20lghm + 10lgfc – 10lgw – 16,9 = -2,92 + 20lg18,5 + 10lg1950 – 10lg20 – 16,9 = 26,11 (dB) - Suy hao các vật che chắn: Lt = Lb + ka + kdlgR + kflgfc – 9lgb = -18,74 + 54 + 18lgR – 3,22lg1950 – 9lg45 = 9,78 + 18lgR (dB) - Suy hao cho phép: Lp = Lf + Ln + Lt = 98,2 + 20lgR + 26,11 + 9,78 + 18lgR = 134,09 + 30,5lgR (b) Từ (a) và (b), ta có: 141,65 = 134,09 + 38lgR → R = 1,58 (Km) - Diện tích mỗi cell: S = 1,95*R2 = 1,95*(1,58)2 = 4,87 (Km2) Tính số cell Tính số cell theo vùng phủ phải dựa vào diện tích cụ thể từng khu vực và bán kính cell được tính ở trên, ta có: số cell = diện tích vùng/diện tích cell. Từ phép tính này ta được bảng kết quả sau: Bảng 4.11 Bảng kết quả tính số cell theo vùng phủ Tên vùng Diện tích [Km2] Số cell 1 A 200 41 2 B 125 26 3 C 100 21 4 D 75 15 Tổng 500 103 Kết quả bảng 4.12 cho thấy để phủ sóng toàn bộ vùng phục vụ 500 Km2 ta cần 103 cell, như vậy so với cách tính theo dung lương thì số cell lớn hơn rất nhiều vì dung lượng dự đoán chỉ là trung bình 320 (thuê bao/Km2). 4.4.1.3 Kết quả tính số cell Kết quả tính số cell là lấy kết quả lớn nhất từ hai cách tính ở trên. Từ kết quả này ta tính lại các thông số: số thuê bao của một cell, hệ số tải, dự trữ nhiễu, bán kính cell. Ta có bảng kết quả sau: Bảng 4.12 Bảng kết quả tính số cell Vùng Diện tích [Km2] Hệ số tải Dự trữ nhiễu [dB] Suy hao [dB] Bán kính [Km] Số cell A 200 0,37 2,01 142,63 1,58 41 B 125 0,3 1,55 143,09 1,58 26 C 100 0,25 1,25 143,39 1,58 21 D 75 0,21 1,02 143,62 1,58 15 Tổng 500 103 Kết quả bảng 4.12 cho thấy số cell cần cho toàn bộ vùng phục vụ là 103 cell, đảm bảo cả yêu cầu về dung lượng và vùng phủ. Với kết quả này thì dung lượng có thể tăng lên trong tương lai mà hệ thống vẫn có khả năng phục vụ vì hệ số tải còn rất thấp. Tuy nhiên, điều này làm lãng phí trong đầu tư để giảm số cell ta tối ưu theo thuật toán tối ưu giữa vùng phủ và dung lượng. 4.4.1.4 Tối ưu giữa vùng phủ và dung lượng + Thuật toán tối ưu: khi thiết kế mạng di động W-CDMA phải đảm bảo về chất lượng các dịch vụ, dung lượng và vùng phủ. Trong quá trình tính toán ta giả thiết dung lương các cell bằng nhau nhưng thực tế thì dung lượng mỗi cell là khác nhau. Một khu vực có thể có diện tích lớn hơn diện tích của một cell được tính nhưng dung lượng thấp hơn dung lượng được tính thì lúc này ta phải điều chỉnh lại bán kính của cell này để đảm bảo về cả dung lượng và vùng phủ. Việc điều chỉnh này dựa trên cơ sở phân tích hệ số tải của mỗi cell để điều chỉnh các thông số của cell . Để xây dựng một bài toán tối ưu trong quá trình định cỡ phụ thuộc vào nhiều tham số khác nhau, ngay cả thông tin dự báo về nhu cầu dung lượng chỉ mang tính tương đối. Do vậy, chúng ta chỉ xem xét bài toán gần tối ưu và đây là một quá trình lặp hệ số tải. Ở bước lặp, khởi tạo hệ số tải bất kỳ, sau đó nó sẽ được tăng hoặc giảm dần để cân bằng với hệ số tải thực tế, từ đó ta có sơ đồ thuật toán tối ưu cell như hình 4.8. + Giải thích thuật toán: ban đầu ta tính số cell theo dung lượng và vùng phủ với hệ số tải cho trước (tương ứng với dự trữ nhiễu là 3 dB), kết quả số cell=max{số cell tính theo dung lượng, số cell tính theo vùng phủ}. Từ kết quả số cell, phân tích theo dung lượng xác định số thuê bao trong mỗi cell từ đó tính lại hệ số tải . So sánh và , nếu khác thì tăng hoặc giảm và tính lại dự trữ nhiễu, suy hao cho phép, bán kính cell, số cell theo vùng phủ cho đến khi = thì kết thúc. + Kết quả thuật toán: sau khi tính toán lại số cell với thuật toán trên ta có kết quả bảng 4.14 + Kết luận: từ kết quả bảng 4.13 ta thấy số cell sau khi tối ưu giảm 20 cell so với khi chưa tối ưu nhưng vẫn đảm bảo các yêu cầu về dung lượng và vùng phủ khi tính toán, tiết kiệm được chi phí đầu tư và kinh tế hơn khi đưa mạng vào lắp đặt. Vậy trong quy hoạch mạng di động CDMA vấn đề về tính toán dung lượng và vùng phủ phải đi liền với nhau. Phân tích dung lượng Kết quả của hệ số tải Bán kính cell cực đại Diện tích cell cực đại Chấp nhận bán kính cell Nếu Nếu Tăng Giảm Số cell=max{số cell tính theo dung lượng, số cell tính theo vùng phủ} Phân tích vùng phủ Xác định số cell -Các tham số thiết bị -Đặc điểm truyền dẫn -Các tham số thiết bị -Dung lượng vùng phủ Sai Sai Đúng Đúng Hình 4.8 Sơ đồ thuật toán tối ưu số cell giữa dung lượng và vùng phủ Bảng 4.13 Bảng kết quả số cell tối ưu giữa vùng phủ và dung lượng Vùng Diện tích [Km2)] Số thuê bao Hệ số tải Dự trữ nhiễu [dB] Suy hao [dB] Bán kính [Km] Số cell A 200 80000 0,25 1,25 143,39 1,76 33 B 125 40000 0,36 1,94 142,70 1,69 21 C 100 25600 0,30 1,55 143,09 1,73 17 D 75 14400 0,25 1,25 143,39 1,76 12 Tổng 500 160000 83 4.4.2 Mô phỏng các kết quả bằng Visual Basic 6.0 4.4.2.1 Lưu đồ thuật toán Lưu đồ thuật toán chương trình chính Nhập các thông số: + Thông số trạm gốc +Thông số trạm di động +Các thông số khác Tính suy hao đường truyền cho phép đối với vùng phủ Nhập các thông số truyền sóng +Tính bán kính cell +Tính diện tích cell Nhập các thông số hệ thống Tính dung lượng cực Tính số cell: -Theo dung lượng -Theo vùng phủ Tính các thông số trong cell: -Hệ số tải -Suy hao cực đại cell -Xác định bán kính cell Dùng thuật toán tối ưu để xác định lại bán kính của cell Bắt đầu In kết quả In kết quả In kết quả In kết quả In kết quả In kết quả Kết thúc Lưu đồ thuật toán tối ưu Phân tích dung lượng Kết quả của hệ số tải Bán kính cell cực đại Diện tích cell cực đại Chấp nhận bán kính cell Nếu Nếu Tăng Giảm Số cell=max{số cell tính theo dung lượng, số cell tính theo vùng phủ} Phân tích vùng phủ Xác định số cell -Các tham số thiết bị -Đặc điểm truyền dẫn -Các tham số thiết bị -Dung lượng vùng phủ Sai Sai Đúng Đúng 4.4.2.2 Kết quả mô phỏng Giao diện chính Giao diện tính suy hao cho phép Giao diện tính bán kính theo suy hao Giao diện tính dung lượng cực Giao diện tính số cell Giao diện tối ưu cell KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Hiện nay thuật ngữ 3G không còn xa lạ trên với những tổ chức cá nhân liên quan đến lĩnh vực viễn thông và thậm chí cả những người sử dụng dịch vụ viễn thông di động trên toàn thế giới. Là một trong hai phương án kỹ thuật được coi là có khả năng triển khai rộng rãi khi phát triển hệ thống thông tin di động lên 3G (W-CDMA và CDMA2000), W-CDMA được coi là công nghệ truy nhập vô tuyến có thể đáp ứng những chỉ tiêu của hệ thống thông tin di động thế hệ 3, là hệ thống truyền thông đa phương tiện. Trong nội dung của đồ án em đã trình bày một cách tổng quan về sự phát triển của hệ thống thông tin di động, đặc biệt hệ thống thông tin di động thế hệ 3 và các kỹ thuật như điều khiển công suất, chuyển giao, quy hoạch mạng vô tuyến trong hệ thống W-CDMA. Hướng phát triển của đề tài: - Tiếp tục nghiên cứu sâu hơn các khía cạnh kỹ thuật của công nghệ W-CDMA. - Nghiên cứu các giải pháp triển khai hệ thống 3G sử dụng công nghệ W-CDMA tại Việt Nam. - Nghiên cứu các công nghệ sau 3G Mặc dù bản thân đã cố gắng và được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn Th.S Đào Minh Hưng, song do sự hiểu biết của bản thân còn hạn chế và công nghệ còn mới nên không tránh khỏi thiếu sót. Vậy em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô cũng như của các bạn sinh viên để em khắc phục những thiếu sót hoàn thiện thêm kiến thức của mình. Em xin chân thành cám ơn thầy Th.S Đào Minh Hưng cùng các thầy cô trong khoa Kỹ thuật & Công nghệ đã giúp đỡ em trong quá trình học tập, hoàn thành đồ án này. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1]. TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin di động thế hệ 3 (tập 1, tập 2), NXB Bưu Điện. [2]. Vũ Đức Thọ (2001), Tính toán mạng thông tin di động số Cellular, NXB Giáo Dục. [3]. Nguyễn Phạm Anh Dũng (2004), Lý thuyết trải phổ và đa truy nhập vô tuyến, NXB Bưu Điện. [4]. TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng (02/2003), Giáo trình thông tin di động, NXB Bưu Điện. [5]. Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, Bài giảng thông tin di động CDMA 3G. [6]. KS. Nguyễn Văn Thuận (2004), Hệ thống thông tin di động W-CDMA. Tài liệu tiếng Anh [7]. Peter Gould (2001), 3G Radio Network Planning, Managing Cell Breathing, IIR Cell Planning Technical Forum, Berkeley Court Hotel, Dublin. [8]. Andrey Krendzel, Network Planning for 3G/4G Wireless Networks, Institute of Communications Engineering, Tampere University of Technology. [9]. Jaana Laiho, Radio Network Planning and Optimisation for W-CDMA. [10]. Tommi Heikkilä, W-CDMA radio network planning, S-72.4210 PG Course in Radio Communications. [11]. Yue Chen (2003), Soft Handover Issues in Radio Resource Management for 3G WCDMA Networks, Department of Electronic Engineering, Queen Mary, University of London. Các website tham khảo [12]. [13]. [14]. [15]. PHỤ LỤC 1: CÁC MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG 1. Mô hình Hata – Okumura Hầu hết các công cụ truyền sóng sử dụng một dạng biến đổi của mô hình Hata. Mô hình Hata là quan hệ thực nghiệm được rút ra từ báo cáo kỹ thuật của Okumura cho phép sử dụng các kết quả vào các công cụ tính toán. Các biểu thức được sử dụng trong mô hình Hata để xác định tổn hao trung bình: Đối với tần số hoạt động (fc ): fc ≤ 1500 MHz · Vùng thành phố Lp= 69,55 + 26,16.lgfc - 13,82.lghb - a(hm) + (44,9 - 6,55.lghb).lgR [dB] Trong đó : fc : Tần số hoạt động [MHz]. Lp : Tổn hao cho phép. hb : Độ cao anten trạm gốc [m]. a(hm) : Hệ số hiệu chỉnh cho độ cao anten di động [dB]. R : Bán kính ô [km]. Dải thông số áp dụng cho mô hình Hata là : 150 ≤ fc ≤ 1500 [MHz] 30 ≤ hb ≤ 200 [m] 1 ≤ hm ≤ 10 [m] 1 ≤ R ≤ 20 [Km] Hệ số hiệu chỉnh a(hm) được tính như sau: Đối với thành phố lớn: a(hm) = 8,29(lg1,54hm)2 - 1,10 [dB] với fc 200MHz Hay a(hm) = 3,2(lg11,75hm)2 - 4,97 [dB] với fc 400MHz Đối với thành phố nhỏ và trung bình: a(hm) = (1,1lgfc - 0,7)hm - (1,56lgfc - 0,8) [dB] Như vậy bán kính ô được tính : [Lp – 69,55 – 26,26.lgfc + 13,28lghb + a(hm)] 44,9 – 6,55lghb lgR = · Vùng ngoại ô Lno = Lp – 2[lg(fc/28)]2 - 5,4 [dB] Trong đó: Lp tính cho thành phố nhỏ và trung bình. · Vùng nông thôn Lnt = Lp – 4,78.(lgfc)2 +18,33(lgfc) - 40,98 [dB] Trong đó: Lp tính cho thành phố nhỏ và trung bình. Đối với tần số hoạt động (fc ): fc = 1800÷2000 MHz (Hata – Okumura (COST 231)) Đối với thành phố lớn: Lp = 49,3 + 33,9lgfc – 13,82lg(hb) – a(hm) +[44,9 – 6,55lg(hb)]lgR [dB] Trong đó: a(hm) = (1,1lgfc - 0,7)hm - (1,56lgfc - 0,8) [dB] Đối với thành phố nhỏ và trung bình: Lp = 46,3 + 33,9lgfc – 13,82lg(hb) – a(hm) + [44,9 – 6,55lg(hb)]lgR [dB] Trong đó: a(hm) = (1,1.lgfc - 0,7)hm - (1,56lgfc - 0,8) [dB] 2. Mô hình truyền sóng Walfish – Ikegami Mô hình Walfish – Ikegami được sử dụng để đánh giá sự tổn hao đường truyền cho hệ thống thông tin di động tổ ong ở môi trường thành phố. Trong mô hình này có ba phần tử chính là: suy hao không gian tự do; nhiễu xạ mái nhà - đường phố và suy hao tán xạ; suy hao vật che chắn. Suy hao cho phép trog mô hình này được tính như sau: Lp = Lf + Ln +Lt khi Ln + Lt >0 Hay Lp = Lf khi Ln + Lt 0 Suy hao không gian tự do được xác định như sau: Lf = 32,4 + 20lgR + 20lgfc [dB] Trong đó: fc là tần số hoạt động [MHz]; R là bán kính cell [Km]. Nhiễu xạ mái nhà - đường phố và suy hao tán xạ được xác định: Ln = -16,9 - 10lgw + 10lgfc + 20lghm + L0 [dB] Trong đó: hm = hr - hm [m] = -10 +0,354 [dB], (00350) 2,5 + 0,075(-35) [dB], (350550) 4 - 0,114(- 55) [dB], (550900) L0 Độ cao anten trạm gốc: hb [m] Độ cao anten MS: hm [m] Độ cao trung bình của toà nhà: hr [m] Độ rộng đường phố: w [m] Góc tương đối giữa máy di động và đường phố: [0] Suy hao các vật che chắn được xác định như sau: Lt = Lb + ka + kdlgR + kflgfc - 9lgb Trong đó: b: là khoảng cách giữa các toà nhà dọc theo đường truyền vô tuyến [m] -18lg(1 + hb), (hb > hr) 0, (hb ≤ hr) Lb = hb = hb - hr 54, (hb > hr) 54 - 0,8hb, (R 500m, hb hr) 54 – 0,8hbR/0,5, (R < 500m, hb hr) ka = 18, (hb > hr) 18 - 15hb/hr, (hb ≤ hr) kd = kf = -4 + 1,5(fc/925 - 1) với thành phố lớn kf = -4 + 0,7(fc/925 - 1) với thành phố trung bình, vùng ngoại ô Như vậy bán kính cell tính theo mô hình Walfisch – Ikegami là : lgR = Lp - L0 - Lb + 10lgw – 20lg∆hm – ka – (30 + kf)lgfc -15,5 (20 + kd) Dải thông số cho mô hình Walfish-Ikegami: 800 fc < 2000 [MHz] 4 hb 50 [m] 1 hm 3 [m] 0,02 R 5 [Km] Có thể sử dụng các giá trị mặc định sau cho mô hình: + b = 20 ÷ 50m; W = b/2. + nóc nhà = 3[m] cho nóc nhà có độ cao và 0[m] cho nóc nhà phẳng. + hr = 3 x (số tầng) + nóc nhà. PHỤ LỤC 2: CHƯƠNG TRÌNH Private Sub cmdlap1_Click() Dim stbal, stbbl, stbcl, stbdl As Double Dim hstal, hstbl, hstcl, hstdl As Double Dim dtnal, dtnbl, dtncl, dtndl As Double Dim shcdal, shcdbl, shcdcl, shcddl As Double Dim bkcal, bkcbl, bkccl, bkcdl As Double Dim cal, cbl, ccl, cdl As Double Dim hstail, hstbil, hstcil, hstdil As Double Dim ia, ib, ic, id, iai, ibi, ici, idi As Double txtmh.Enabled = False txtvung.Enabled = False 'Lay gia tri ban dau cua suy hao cho phep va he so tai' shcdal = Val(txtshcd(0).Text) shcdbl = Val(txtshcd(1).Text) shcdcl = Val(txtshcd(2).Text) shcddl = Val(txtshcd(3).Text) hstal = Val(txthst(0).Text) hstbl = Val(txthst(1).Text) hstcl = Val(txthst(2).Text) hstdl = Val(txthst(3).Text) ia = Val(txthst(11).Text) ib = Val(txthst(10).Text) ic = Val(txthst(9).Text) id = Val(txthst(8).Text) 'Tao dong ho cat cho chuot Screen.MousePointer = vbHourglass For i = 0 To 900000 'Tinh lai ban kinh cell' bkcal = tinhbksh(mohinhts, vungts, shcdal, Fc) bkcbl = tinhbksh(mohinhts, vungts, shcdbl, Fc) bkccl = tinhbksh(mohinhts, vungts, shcdcl, Fc) bkcdl = tinhbksh(mohinhts, vungts, shcddl, Fc) 'Hien thi lai ban kinh' txtbkc(0).Text = bkcal txtbkc(1).Text = bkcbl txtbkc(2).Text = bkccl txtbkc(3).Text = bkcdl 'Tinh lai so cell theo ban kinh' cal = Round(Val(txtdt(0).Text) / (1.95 * bkcal ^ 2)) cbl = Round(Val(txtdt(1).Text) / (1.95 * bkcbl ^ 2)) ccl = Round(Val(txtdt(2).Text) / (1.95 * bkccl ^ 2)) cdl = Round(Val(txtdt(3).Text) / (1.95 * bkcdl ^ 2)) 'Hien thi lai so cell' If (cal <= celldta) Then If (cal >= Val(txtc(0).Text)) Then txtc(0).Text = Val(txtc(0).Text) Else txtc(0).Text = cal End If Else txtc(0).Text = celldta End If If (cbl <= celldtb) Then If (cbl >= Val(txtc(1).Text)) Then txtc(1).Text = Val(txtc(1).Text) Else txtc(1).Text = cbl End If Else txtc(1).Text = celldtb End If If (ccl <= celldtc) Then If (ccl >= Val(txtc(2).Text)) Then txtc(2).Text = Val(txtc(2).Text) Else txtc(2).Text = ccl End If Else txtc(2).Text = celldtc End If If (cdl <= celldtd) Then If (cdl >= Val(txtc(3).Text)) Then txtc(3).Text = Val(txtc(3).Text) Else txtc(3).Text = cdl End If Else txtc(3).Text = celldtd End If txtctl.Text = Val(txtc(0).Text) + Val(txtc(1).Text) + Val(txtc(2).Text) + Val(txtc(3).Text) 'Tinh lai so thue bao' ma = Erlagtb / (Val(txtc(0).Text) * 2.4) mb = Erlagtb / (Val(txtc(1).Text) * 2.4) mc = Erlagtc / (Val(txtc(2).Text) * 2.4) md = Erlagtd / (Val(txtc(3).Text) * 2.4) stbal = ErlangB1n(ma) stbbl = ErlangB1n(mb) stbcl = ErlangB1n(mc) stbdl = ErlangB1n(md) 'Hien thi lai so thue bao' txtstb(0).Text = stbal txtstb(1).Text = stbbl txtstb(2).Text = stbcl txtstb(3).Text = stbdl 'Tinh lai he so tai' hstail = hst1(Val(txtstb(0).Text)) hstbil = hst1(Val(txtstb(1).Text)) hstcil = hst1(Val(txtstb(2).Text)) hstdil = hst1(Val(txtstb(3).Text)) 'Hien thi lai he so tai' txthst(0).Text = hstail txthst(1).Text = hstbil txthst(2).Text = hstcil txthst(3).Text = hstdil 'Tinh lai du tru nhieu' dtnal = dtni(ia) dtnbl = dtni(ib) dtncl = dtni(ic) dtndl = dtni(id) 'Hien thi lai du tru nhieu' txtdtn(0).Text = dtnal txtdtn(1).Text = dtnbl txtdtn(2).Text = dtncl txtdtn(3).Text = dtndl 'Tinh lai suy hao cho phep' shcdal = shcp(dtnal) shcdbl = shcp(dtnbl) shcdcl = shcp(dtncl) shcddl = shcp(dtndl) 'Hien thi lai suy hao cho phep' txtshcd(0).Text = shcdal txtshcd(1).Text = shcdbl txtshcd(2).Text = shcdcl txtshcd(3).Text = shcddl If (ia = hstail) Then ia = ia ElseIf (ia > hstail) Then ia = ia - 0.000001 Else ia = ia + 0.000001 End If If (ib < hstbil) Then ib = ib + 0.000001 ElseIf (ib > hstbil) Then ib = ib - 0.000001 Else ib = ib End If If (ic < hstcil) Then ic = ic + 0.000001 ElseIf (ic > hstcil) Then ic = ic - 0.000001 Else ic = ic End If If (id < hstdil) Then id = id + 0.000001 ElseIf (id > hstdil) Then id = id - 0.000001 Else id = id End If txthst(11).Text = Round(ia, 4) txthst(10).Text = Round(ib, 4) txthst(9).Text = Round(ic, 4) txthst(8).Text = Round(id, 4) Next i Screen.MousePointer = vbDefaut End Sub