Khóa luận Quy hoạch mạng 3G

kế hoạch cho một vị trí do các tác động cho an toàn, chi phí và bảo dưỡng mà có thể xảy ra cả trong ngắn và dài hạn. 3.1.1.8.2  Các yêu cầu về công suất và quy hoạch Nếu không có công suất các vị trí sẽ không hoạt động và trong khi trong thời gian cao điểm ban đầu để thực hiện các vị trí có thể sử dụng máy phát điện tạm thời, để đạt được phạm vi phủ sóng, điều này không có quy hoạch các tuyến đường điện. Tại địa điểm nhất định từ xa việc cung cấp các nguồn điện có thể là phần lớn nhất của các chi phí phát triển vị trí. Khi lập kế hoạch một vị trí nó luôn luôn là một lợi thế để có được một thứ tự phát triển chung (GDO) hoặc các vị trí có thể được xây dựng với hạn chế tối thiểu. Các tiêu chuẩn có thể bao gồm hạn chế về chiều cao và vị trí, nhưng có thể khác nhau từ các quốc gia. Để không tốn thời gian cần phải hoạch định và quản lý trước, đáp ứng mục tiêu thực hiện, nhưng phải có điều tra sơ bộ và một bộ bản vẽ quy hoạch. Hơn nữa, Các khu vực có tiềm năng chính trị và thẩm mỹ cần phải được xem xét, cho các vị trí ví dụ nằm gần bệnh viện và trường học, hoặc trong, hoặc bên cạnh, các khu vực bảo tồn. Ở trên đã nêu bật tầm quan trọng của các lựa chọn vị trí trong điều khoản của việc mua lại, thiết kế vị trí chi tiết và một số vấn đề của thực tế xây dựng các vị trí . Tuy nhiên, các khía cạnh này không được xem xét một mình và phần sau đây nhận xét các vấn đề liên kết với các vị trí được thiết kế không đầy đủ về quy hoạch tần số 3.1.1.9 Vị trí hiệu quả và không hiệu quả trong hệ thống 3G Ảnh hưởng của sóng vô tuyến ngày càng trở nên quan trọng với UMTS, như kiểm soát RF là vấn dề sống còn đối với một mạng. Mục tiêu chính là chọn vị trí cung cấp  71 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 phạm vi phủ sóng bắt buộc, nhưng cũng đảm bảo RF được giữ ở mức tối thiểu. Lý tưởng nhất là vị trí phải được đặt càng gần càng tốt để dự đoán lưu lượng truy cập, vì vậy mà ít công suất đầu ra sẽ được yêu cầu của thiết bị người sử dụng và các trạm gốc. Giảm thiểu năng lượng phát ra sẽ đảm bảo rằng các tạp âm ảnh hưởng đến người dùng khác trên cell và cell lân cận khác cũng được giảm thiểu. Cần lưu ý rằng chỉ có phạm vi phủ sóng tối thiểu có thể đạt được trong trường hợp của một vị trí thông dụng đối với địa hình hiện tại cùng với chiều cao anten quá thấp. Ngược lại chiều cao ăng ten được nâng lên quá cao thì RF sẽ tiếp tục tràn vào các khu vực khác trên các vị trí di động dân cư lân cận khác, gây nhiễu trong các cell lân cận. Điều này sẽ lại giảm cả hai phạm vi và khả năng của các cell lân cận. Các loại môi trường mà các vị trí là được đặt, ví dụ dày đặc, thành thị hay nông thôn, sẽ quyết định chiều cao anten thực tế. Một trong những yếu tố quan trọng nhất cần được lưu ý với kế hoạch 3G là làm thế nào kiểm soát được bức xạ RF ? 3.1.1.10  Đề nghị chiều cao Chiều cao của ăn-ten sẽ chứng minh được một vấn đề chính đối với việc đạt được các yêu cầu phủ sóng UMTS. Vì hầu hết các nhà khai thác đã có làm việc với mạng di động GSM, UMTS sẽ được thực hiện cùng với các mạng GSM hiện có. Hiện nay, dự đoán rằng một nhà điều hành hiện tại sẽ chỉ có thể sử dụng khoảng 30-50 % của các vị trí GSM hiện có để hợp tác xác định vị trí các thiết bị UMTS. Một lượng lớn các vị trí GSM hiện tại sẽ không phù hợp vì chiều cao, địa hình, khả năng, tải, thẩm mỹ, tần số nhiễu (RFI), và ngoài ra còn thiếu không gian có sẵn trên các vị trí cho các thiết bị, đặc biệt là với các vị trí nhất định. Điều có lợi thu được từ điều này là chọn vị trí lắp đặt, cho phép dễ dàng lập kế hoạch, công suất sẵn có, và các tuyến truyền dẫn. Tuy nhiên, có một số nhược điểm, chẳng hạn như vị trí chia sẻ đã không được thiết kế để phù hợp với kế hoạch danh nghĩa và có thể sẽ không cung cấp phủ sóng tối ưu. Trục tải và các vấn đề công suất tháp cũng có thể phát sinh với các vị trí nhất định, những sóng viba truyền giữa điểm với điểm theo hướng liên kết thẳng phải được đặt trên 1 cột, và cuối cùng là những vấn đề có thể can thiệp. Một số quy định về chiều cao ăng ten đối với các loại khác nhau của các môi trường được đưa ra trong các phần phụ sau đây nhằm đạt được phủ sóng tối ưu. 3.1.1.11  Đô thị dày đặc Đối với chiều cao ăng ten thực tế, các khu vực đô thị dày đặc các anten cần phải được đặt dưới chiều cao trung bình cho khu vực. Chiều cao tối ưu sẽ phụ thuộc vào  72 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 chiều cao thực tế cản trở của môi trường cụ thể để được phủ sóng, do đó không có con số ví dụ chiều cao thực tế có thể được quy định và hướng dẫn chỉ định. Tuy nhiên, điều này sẽ có tác dụng có lợi của việc sử dụng vệt dội tạp rađa để bảo vệ trường tạp âm vị trí từ xa. Trường tạp âm có thể được coi là một tín hiệu RF bức xạ không mong muốn xảy ra đó là xa hơn bước sóng RF của tín hiệu mong muốn. Điều này sẽ lại gây ra nhiễu RF, trong đó có một hiệu ứng bất lợi trong việc gây ra tạp âm cho tất cả các vị trí lân cận. Ngoài ra, nó được coi là thuận lợi để xác định vị trí ăng ten ở phía bên của các tòa nhà phụ thuộc vào chiều cao của họ, vì điều này sẽ ngăn chặn không mong muốn ăng ten bên cạnh và thùy phía sau. Như tất cả các ăng ten định hướng, nó không tỏa ra bằng nhau ở mọi hướng, do đó RF sẽ phát ra từ cả hai phía của tia muốn chính và ngoài ra cũng để phía sau của tia chính. Chúng được gọi là các bên và thùy phía sau, và trong một thiết kế tốt ăng ten họ thường cần được 10-15 dB dưới tia chính. Nó có thể là một đô thị dày đặc vị trí có thể không có một kế hoạch tương đối tốt xem RF không bị cản trở với hầu hết diện tích phủ sóng của nó, do đó, cần phải nhận thức rằng bất kỳ tắc nghẽn xảy ra do các tòa nhà gần đó sẽ gây ra sự suy giảm không mong muốn trong phạm vi phủ sóng . 3.1.1.12  Đô thị vừa phải và ngoại ô dày Anten khu vực đô thị vừa phải được đặt ngay phía trên cao cột trung bình cho khu vực. Thường chiều cao trung bình của anten sẽ cao hơn khoảng 5m so với chiều cao trung bình của khu vực. Điều này tương tự như mô tả ở trên, theo đó vị trí sẽ được che từ xa tạp âm và bức xạ RF sẽ được giữ ở mức tối thiểu, do đó giảm can thiệp vào các vị trí lân cận. Nói chung một quan điểm RF hợp lý không bị cản trở nên có sẵn cho hầu hết các cell cần thiết vùng phủ sóng, nhưng không nhiều hơn so với ngoại vi cell. 3.1.1.13  Ngoại ô vừa Ở những nơi có mật độ lưu lượng thấp hơn dự kiến như các vị trí ngoại thành vừa, các anten cần phải được đặt khoảng 5-10 m trên chiều cao trung bình, mà sẽ thay đổi tùy theo từng môi trường cụ thể sẽ khác nhau (ví dụ như chiều cao cây khác nhau, vv) Các cùng một tiêu chuẩn áp dụng cho các vị trí ngoại thành vừa, theo đó một lần nữa, một cái nhìn RF hợp lý không bị cản trở nên có sẵn cho hầu hết các vùng phủ sóng của nó, nhưng không nhiều hơn so với ngoại vi cell. 3.1.1.14  Nông thôn và quốc lộ Đối với nông thôn và các quốc lộ ng bị cản trởanten nên được đặt cao hơn 10-20 m so với chiều cao trung bình, nhờ đó mà RF khô trong tất cả các hướng. Có khả năng  73 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 công suất RF tỏa ra từ các vị trí này sẽ kiểm soát lượng bức xạ RF. Trong trường hợp này có thể là không mong muốn RF có thể tràn qua và tiếp cận một thị xã, thành phố. Vì vậy để kiểm soát các bức xạ, cả 2 phương pháp nghiêng ăng ten điện và cơ khí sẽ cần phải được thực hiện. 3.2  Tính toán lưu lượng 3.2.1 Tính toán lưu lượng Để đánh giá khả năng di động, trước hết nó phải được giả định rằng các dữ liệu gói tin (NRT lưu lượng) có thể được hoạch định để điền vào dung lượng RT còn lại dung lượng không vượt quá tải trọng lưu lượng cao điểm được xác định trước. Khi tất cả các dung lượng dự trữ RT đã được sử dụng, lưu lượng còn lại sau đó phải được chuyển đổi thành các mạch tương đương 12,2 kbps thoại. Một khi điều này đã được thực hiện, ước tính một có thể được làm là để cho dù năng lực của các cell đã bị vượt quá. Là điều quan trọng là để đảm bảo tải trọng có thể được hiệu quả quản lý. 3.2.2 Đánh giá lưu lượng Trong trường hợp này sáu cell sẽ cần phải được chia nhỏ để tránh ùn tắc. Bất kỳ các vị trí tắc nghẽn phải được chia vùng, và các vị trí quá tải chia vùng cần phải được chuyển xếp lên các cell mới. Sau khi kế hoạch trên danh nghĩa đã được sửa đổi cho phù hợp, để đảm bảo mạng là đúng kích thước, do đó khả năng phân tích do đó phải được lặp lại. Phần trước chúng ta đã tìm hiểu về các kế hoạcth giả định và lựa chọn vị trí. Phần sau đây chúng ta sẽ đề cập đến vấn đề ăng ten. Quy hoạch vị trí cho ăng ten và cấu hình tối ưa hóa ăng ten để đạt độ lợi về phủ sóng và dung lượng. 3.3  Cấu hình và tối ưu hóa ăng ten 3.3.1 Cơ bản về vị trí và cấu hình ăngten Mọi ăng ten đều được đặc trưng chủ yếu bởi các đặc tính phát xạ của nó. Đồ thị phát xạ có thể được mô tả bằng các bức ảnh 2 chiều, minh họa phần năng lượng được ăng ten có thể phát xạ theo hướng đó. Đồ thị phương hướng của ăng ten thể hiện mối quan hệ về mặt năng lượng phát xạ của ăng ten theo một hướng nào đó. Việc xác định đồ thị phát xạ của ăng ten, góc nửa công xuất, búp sóng bên cạnh và các thùy phụ phía sau và búp sóng chính được định nghĩa và giải thích cụ thể hơn nữa trong nội dung của chương này. Độ lợi của ăng ten có thể được hiểu là hiệu xuất thực tế của ăng ten và  74 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 được xác định bằng độ lớn hệ số phản xạ hoặc hệ số sóng đứng của ăng ten. Thêm một thông số nữa của ăng ten, đặc tính phân cực mô tả năng lượng phát xạ lan truyền trong không gian như thế nào và cũng được giải thích cụ thế trong chương này. Mẫu bức xạ của ăng ten cần được xác định chính xác, các thông số vị trí, thông số kết cấu, loại ăng ten và cấu hình, cách nối cable, và các vấn đề can nhiễu sẽ được đề cập lần lượt trong chương này. 3.3.2 Cơ bản về tối ưu hóa và cấu hình ăng ten Đối với hệ thống mạng di động toàn cầu GSM, việc tối ưu được phải được đưa vào kế hoạch ( dự toán ). Bản chất của việc tối ưu hệ thống di động là việc đo hiệu năng hoạt động của mạng vô tuyến. Hiệu năng của hệ thống có thể được tính toán bởi các kỹ sư viễn thông bằng cách thực hiện đo kiểm các thông số của mạng. Kết quả của việc đo đạc sẽ cho phép nhà điều hành xác định hiệu năng của toàn bộ hệ thống mạng như là sự cảm nhận từ phía khách hàng. Bất cứ vấn đề nào như nhiễu, hoặc mức tín hiệu thấp hoặc một vài vùng chưa phủ sóng sẽ được chỉ rõ và công việc tối ưu có thể tiến hành. 3.3.3 Tối ưu ăng ten 3G 3.3.3.1 Mạng ăng ten Trong các hệ thống diện thoại di động thế hệ cũ có thể tận dụng nhiều loại ăng ten khác nhau, và trong hệ thống điện thoại thế hệ mới UMTS sử dụng đựơc nhiều loại ăng ten khác nhau, điều này được trình bày trong phần này. Các nhà sản xuất thiết bị hỗ trợ nhiều kiểu cấu hình ăng ten khác nhau: ăng ten vô hướng, ăng ten 3 và 6 mặt. Tuy nhiên, mỗi nhà sản xuất thiết đưa ra các giải pháp của riêng họ dựa trên các cấu hình cơ bản đó. Một vài giải pháp có thể yêu cầu các cấu hình tương tự dùng cho trạm gốc của hệ thống GSM và một số giải pháp khác có thể tăng số lượng ăng ten trong theo cùng một hướng. Điều đó có nghĩa là cuối cùng nhiều loại cấu hình ăng ten sẽ tồn tại và nó sẽ được sử dụng trong hệ thống điện thoại di động thế hệ mới. Lúc đầu, ăng ten 3 cung được sử dụng, tuy nhiên một cấu hình tốt cho hệ thống UMTS thường bao gồm ăng ten sáu cung, mỗi cung sẽ triển khai 2 ăng ten do đó cung cấp độ phủ sóng tốt hơn bởi việc sử dụng các ăng ten bức xạ hẹp, và do đó kéo theo việc tăng dung lượng của hệ thống. Phân tập theo phân cực của ăng ten sẽ cho phép giảm số lượng ăng ten cho một cung. Với việc phân tập phân cực ,các hướng khác nhau sẽ chịu tác động bởi hiện tượng đa đường khác nhau. Điều này đặc biệt được áp dụng trong môi trường trong nhà, các hướng phân cực phải được tính toán để chúng  75 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 không có tương quan với nhau, từ đó cho ta một giải pháp phân tập, điều này được xem từ phương diện phủ sóng. Ưu điểm của phân tập theo phân cực so với phân tập theo ăng ten là phân tập theo phân cực không đòi hỏi sử dụng nhiều ăng ten khác nhau, và do đó nó có thể áp dụng trong các thiết bị gọn nhẹ hơn. Tuy nhiên, sử dụng phân tập theo phân cực có tổn hao về công xuất, ví dụ tín hiệu đường xuống sẽ giảm 3dB , công xuất từ máy phát bị chia cho mỗi phân cực. Thêm nữa, hiệu xuất của ăng ten phân tập theo phân cực quan hệ với phân tập theo không gian như một hàm của lượng phản xạ hoặc tán xạ trong môi trường cục bộ. 3.3.3.2 Phân tập truyền tin. Phân tập phát phát là 1 yếu tố quan trọng cần phải xem. Phương pháp này thực hiện nhờ phát cùng 1 tín hiệu qua 2 ăng ten. Nó có thể được hiểu như là nếu một số bộ phát sóng gửi cùng một tín hiệu hết công xuất. Điều quan trọng của việc xem xét truyền tải phân tập như là phương pháp truyền tín hiệu qua 2 ăng ten. Có thể nghĩ tốt nhất nếu như vài thiết bị gửi đồng thời công suất của cả 2 tín hiệu có thể nhận tại thiết bị người sử dụng. Để đạt được độ lợi về hiệu suất có thể quy cho sự xếp chồng ngẫu nhiên dữ liệu ở ăng ten thu. Cường độ tín hiệu thu và tỉ lệ tín hiệu / ồn là tổng của cường độ tín hiệu dữ liệu duy nhất đối với SNR tại 1 nhánh duy nhất. Nói tóm lại phân tập phát có thể làm giảm hiệu ứng tín hiệu fading, cái mà gây tổn thất cho hệ thống, do đó việc tăng dung lượng có thể đạt được. Điều này phổ biến cho tốc độ di chuyển thấp, và người dùng sử dụng tốc độ dữ liệu cao. Như minh họa trong hình 16. Phân tập phát dùng để tăng độ lợi hoặc cải thiện phạm vi phủ sóng và dung lượng tại 1 điểm. Phân tập phát bao gồm truyền tín hiệu đường xuống qua 2 trạm ăng ten chi nhánh.  76 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 Hình 16: Độ lợi đường xuống với phân tập TX Nếu trạm gốc được sử dụng phân tập thu, sau đó sẽ có khả năng truyền xuống song công đến ăng ten nhận, do đó không có ăng ten bổ sung cho phân tập đường xuống. Phân tập phát đường xuống sử dụng ăng ten phân tập phân cực hoặc ăng ten phân tập không gian. Ngoài ra lợi thế của việc sử dụng phân tập phát chỉ sử dụng 2 ăng ten, nó còn có lợi về thẩm mĩ và chi phí. Phân tập phát làm việc thông qua ăng ten phân tập sẽ tăng phạm vi phủ sóng và dung lượng. 3.3.3.3 Phân tập phát và thu Với hệ thống minh họa trong hình 16. Dung lượng cải tiến có thể tăng 75% và với khoảng 30% các vị trí được đáp ứng. Điều này có thể do sử dụng nhiều ăng ten làm cải thiện chất lượng của cả tín hiệu và giảm mức độ nhiễu.  77 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 Hình 17: Phân tập 4 nhánh Ngoài ra cải thiện cường độ tín hiệu từ 2-8dB có thể đạt được cho cả thoại và lưu lượng dữ liệu, vì thế sẽ yêu cầu các vị trí lần lượt được thực hiện. Đây là sự phân tập 4 nhánh, tuy nhiên nó đảo ngược với xu hướng làm giảm thông tin vị trí, đặc biệt là mỗi cell sẽ yêu cầu 4 ăng ten riêng biệt. Phân tập phát được khuyến cáo sử dụng vì hệ thống này có thể được thực hiện với hai ăng ten phân cực kép tách nhau trong không. Những ăng ten thông minh này bao gồm nhiều chùm tia thích nghi hoặc ăng ten mảng không có chuyển giao giữa các chùm tia. Ăng ten thông minh được biết dến như những ăng ten thích nghi và có khả năng bám vết người dùng UE bằng cách quy định chặt chẽ khoảng cách của các cặp ăng ten để điều khiển chùm tia. Ăng ten nhiều chùm tia sử dụng nhiều dầm để cố định trong một vùng, trong khi ở một mảng thích nghi các tín hiệu thu được từ nhiều ăng ten được coi trọng và kết hợp làm cực đại SNR. Điều này có thể thực hiện bằng cách sử dụng ăng ten mảng kết hợp với các tín hiệu đến từ các phần tử mảng ăng ten riêng lẻ. Vị trí góc của chùm tia có thể được  78 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 bằng cách thiết lập khoảng cách các tín hiệu hoặc từ phần tử ăng ten riêng biệt. Tóm lại vùng phủ sóng có thể được cải thiện bằng cách sử dụng ăng ten thông minh. 3.3.4 Ăng ten và các cấu hình vị trí Cùng với sự cân nhắc quá trình ra quyết định lựa chọn đúng loại ăng ten và cấu hình vị trí của nó, một danh sách kiểm tra cần phải được sử dụng như dưới đây, để đảm bảo các vấn đề lắp đặt ăng ten được nêu ra một cách đúng đắn: - - - - - - - - -  Số lượng và các loại ăng ten sẽ được lắp đặt. Điều này sẽ có ảnh hưởng tới sự phủ sóng và cả dung lượng phụ thuộc môi trường. Các cản trở gây ảnh hưởng đến độ phủ sóng được yêu cầu Các yêu cầu khoảng cách và phân tập ăng ten thu. Khoảng cách ăng ten sai có thể gây suy giảm độ phủ sóng. Độ dài cáp chạy cho phép. Các độ dài cáp lớn hơn khoảng cách khuyến nghị của nhà sản xuất sẽ làm giảm công suất sóng vô tuyến, do đó gây giảm độ phủ sóng. Sự tách biệt khỏi các dịch vụ/các nhà vận hành khác. Sự tách biệt xấu sẽ dẫn đến nhiễu, dẫn tới suy giảm phủ sóng và QoS kém, thêm vào đó có thể dẫn tới mất các kết nối. Các yêu cầu mức chiều cao của ăng ten. Các chiều cao không đúng có thể gây các suy giảm phủ sóng và các suy giảm dung lượng trong các cell bên cạnh Các yêu cầu điều chế chéo. Điều chế chéo có thể gây nhiễu không cần thiết ảnh hưởng tới cả độ phủ sóng và QoS. Các thông số lắp đặt ăng ten. Các lắp đặt ăng ten không đúng có thể ảnh hưởng tới hệ thống truyền RF và do đó ảnh hưởng đến độ phủ sóng. Các yêu cầu về sự thông thoáng đường truyền. các độ cao ăng ten vừa đủ nên được sử dụng để đảm bảo sự thông thoáng đường truyền vi ba là đạt. Độ thông thoáng đường truyền vi ba không đạt sẽ cản trở kết nối back-haul dẫn đến không có phủ sóng cho vị trí riêng. Theo như các lưu ý trên, các cấu hình của các ăng ten dưới đây có thể được chọn để triển khai.  79 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 3.3.4.1 Cấu hình 3 sector và 6 sector. Một vị trí 3 sector được thiết lập tương tự như một vị trí chuẩn GSM. Tuy nhiên, với UMTS, phương pháp ưu điểm nhất là bao gồm một cấu hình sóng mang ‘1+1+1’, nhờ đó làm cho dung lượng tổng được tăng lên. Cấu hình 3 sector này sẽ bao gồm 1 cách phổ biến các ăng ten 65° hoặc 90°, các ăng ten mà có thể là chuẩn hoặc được phân cực. một vị trí được sector phổ biến sẽ bao gồm 6 sector, khi độ phủ sóng và dung lượng lớn hơn được yêu cầu, cấu hình này sẽ triển khai các ăng ten phân tập phân cực 45°. Độ phủ sóng lớn hơn có thể được nhận thấy nhờ hệ thông ăng ten phát xạ hẹp và với sự tăng trong độ lợi ăng ten một độ lợi dung lượng khoảng 80% có thể đạt được. Tuy nhiên, loại cấu hình này, các vấn đề về sự tách biệt ăng ten cần fải được xem xét cùng với việc cân nhắc về thẩm mỹ, không gian vật lý hiện hữu, các vấn đề ngăn cách và điều chế chéo… và những điều này có thể gây khó khăn trong việc thiết kế và triển khai vị trí thực tế. 3.3.4.2 Truyền và nhận đẳng hướng Hình 18 minh họa về ăng ten phân tập phân cực truyền và nhận vô hướng. Một ăng ten đẳng hướngcó thể truyền tín hiệu bao quát 360 độ, đối lập với các ăng ten định hướng mà chỉ tập trung sóng RF vào một hướng xác định. Với cấu hình OTOR, cả việc truyền và nhận đều xảy ra với 1 ăng ten vô hướng. Cấu hình này có thể hữu dụng trong 1 số loại môi trường nhất định. Tuy nhiên, một cách tổng quát, cấu hình truyền vô hướng, nhận sector OTOR được cho là giải pháp ưu điểm hơn. Điều này là do triển khai loại cấu hình này, thay vì một ăng ten đẳng hướng chuẩn, sẽ đảm bảo rằng chỉ có 1 bộ khếch đại công suất tuyến tính được yêu cầu tại trạm gốc. Cấu hình OTSR có thể hiểu là tương đương với 1 vị trí đẳng hướngchuẩn với cân nhắc đường TX và đường nhận thì họat động như là một vị trí được sector. Do đó có độ lợi ăng ten cao hơn, hiệu suất tốt hơn. Hình 18: OTOR  a: Dạng chuẩn, b: Ăng ten phân tập phân cực  80 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 Các lợi ích xa hơn là tiết kiệm chi phí vì bộ khuếch đại công suất là đắt đỏ. Vì vậy, giải pháp này sẽ trợ giúp trong việc tăng cả độ phủ sóng và dung lượng, thêm vào đó tiết kiệm chi phí. Cuối cùng cấu hình này cũng cho phép dễ nâng cấp thành một vị trí sector đầy đủ khi yêu cầu dung lượng tăng lên. 3.3.5 Tối ưu vị trí Phần này bao gồm các kỹ thuật tối ưu hóa và các vấn đề có liên quan đến việc quy hoạch sóng vô tuyến. Các lĩnh vực như độ lợi vùng phủ như uplink và downlink, yêu cầu cô lập, chọn địa điểm, và các độ nghiêng của ăngten được phủ sóng. Với 1 bức tranh tổng thể tồn tại 1 lượng lớn dữ liệu mà có thể được mô tả từ mạng vô tuyến. Kỹ năng này có thể dùng để lọc dữ liệu và giảm bớt dữ liệu tới mức độ khả thi. Chiết suất những thông tin quan trọng . Những thông tin dùng để đưa ra yêu cầu cải tiến nâng cao hiệu suất mạng. Thực hất quy hoạh mạng lưới càn phải được tối ưu hóa đối phó với 2 vấn đề về lưu lượng và phổ tần có sẵn. 3.3.5.1 Độ lợi phủ sóng đường lên Như được minh họa hình 18, một độ lợi 2.5 đến 3dB có thể đạt được nhờ sử dụng ăngten phân tập thu, thậm chí nếu các nhánh ăng ten có fading được tương quan đầy đủ. Điều này là do thực tế rằng các tín hiệu từ các ăng ten có thể được kết hợp 1 cách tương quan, trong khi nhiễu nhiệt ở bộ thu được kết hợp 1 cách không tương quan. Hình 19: Độ lợi vùng phủ đường lên với phân tập RX  81 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 Độ lợi 3dB giả thiết rằng ước lượng kênh lý tưởng trong việc kết hợp tương quan. Kết hợp tương quan có thể được xem như là các ước lượng kênh đạt được một cách tương thích, các ước lương mà được yêu cầu trong 1 cách thức mà ở đó tác động của các lỗi ước lượng lên việc dò dữ liệu là được tối thiểu hóa. Độ lợi 3db đạt được bởi vì có thêm các nhánh thu thập năng lượng, với tính toán đến chi phí của việc thêm các phần cứng được yêu cầu trong trạm gốc. Thêm vào đó, phân tập ăng ten đem tới độ lợi chống lại fađinh nhanh vì fađinh nhanh nhìn chung không tương quan hiệu quả giữa các ăng ten phân tập. Như đã được miêu tả ở trên sự phân tận có thể đạt được bởi phân tập phân cực hoặc không gian .Một ưu điểm của phân tập phân cực là các nhanh phân tập không cần tách riêng và có thể được đặt trong 1 nhà ăng ten vật lý. 3.3.5.2 Độ lợi phủ sóng đường xuống Ta cần khẳng định là khi công suất được phân bổ trên 1 kết nối đường xuống nhiều hơn đường lên, thì độ phủ sóng cho các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao có thể đạt được ở đường xuống tốt hơn đường lên. Giả sử cell đã được lập cũng được yêu cầu để sở hữu dung lượng để bỏ qua các tốc độ dữ liệu cao trên đường lên từ ngoại vi của cell đó, và cell sẽ nhỏ hơn, và do đó độ phủ sóng đường xuống sẽ tốt hơn. Tuy nhiên cần lưu ý là bất cứ truyền tải nào của các cell bên cạnh sẽ ảnh hưởng tới khả năng duy trì 1 kết nối dữ liệu tốc độ cao tại ngoại vi của cell. 1 sự cải thiên trong độ phủ sóng có thể đạt được với độ lợi ăng ten cao và bằng việc tăng số lượng các sector và giảm các hệ thống ăng ten nằm ngang. Trong đường xuống, giải tương quan giữa các kênh quyền có thể được tận dụng bằng việc kết hợp các ăng ten thích nghi với phân tập phát . Bởi vì điều này sẽ đem lại dung lượng và độ phủ sóng đường xuống cộng thêm. Cũng có thể cấu hình các ăng ten tại trạm cơ sử để tối đa hóa các lợi ích từ cả các ăng ten thích nghi và phân tập phát và nhận. Tóm lại, công suất đường xuống là nhân tố giới hạn với cả dung lượng và độ phủ sóng. 3.3.5.3 Yêu cầu cô lập Cô lập có thể được mô tả như là cách mà 1 ăng ten tương tác với môi trường xung quanh. Việc cô lập sẽ cao hơn các ăng ten bị nhiễu bởi môi trường xung quanh. Đối với nhiều ăng ten, bằng việc đo năng lượng trực tiếp được truyền từ ăng ten này sang ăng ten khác, mức độ cô lập được có thể xác định.  82 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 Phương pháp dễ nhất và ít tốn kém nhất của việc cô lập là gắn các ăng ten với một số khoảng cách này đến khoảng cách khác. Vì hầu hết đều được cài đặt trên các tòa tháp thông thường, các ăng ten thường đứng tách rời nhau theo chiều dọc. Trước hết do sự chọn lọc và định vị ăng ten, thứ 2 bằng cách lọc ra các chùm tia giao thoa, và cuối cùng bằng việc sử dụng bộ phối hợp và tam công với những fiđơ dùng chung và bộ lọc nhiều dải. Khoảng cách thực sự cho vị trí của ăng ten không thể có được, như sự thay đổi sẽ phụ thuộc vào ăng ten và vị trí của ăng ten. Tuy nhiên các thông tin cần thiết đều có sẵn trong các chi tiết kĩ thuật của nhà sản xuất. Những yêu cầu cô lập giữa UMTS với UMTS và GSM 900/1800 để UMTS khoảng từ 40-60 db. Sự bức xạ được đo tại đầu ra RF của trạm gốc. Lượng bức xạ và các thành phần biến điệu qua lại có thể đòi hỏi một cô lập khoảng 90 dB cho một thiết bị GSM trước năm 99. Các yêu cầu cách ly sẽ gắn 1 loại ăng ten cấu hình và lọc ở cả 2 mạng GSM và UMTS. Đây là điểm lợi khi sử dụng đồng vị trí ăng ten. 3.3.5.4 Đồng vị trí ăng ten. Đó là điều tất yếu không thể tránh khỏi khi đồng vị chí ăng ten sẽ là 1 chiến lược được nhiều nhà điều hành theo đuổi. Chủ yếu là vấn đề tài chính và môi trường. Tuy nhiên có một số vấn đề kỹ thuật được mô tả bên dưới mà các nhà quy hoạch cần phải ý thức tới. Trước hết khó có thể tính toán cô lập giữa 2 ăng ten và do đó phải thực hiện các phép đo. Các cấu hình tốt nhất sẽ là nơi đứng tách giữa các ăng ten. Hình 20: Yêu cầu cô lập Điều này có lẽ là do sự ảnh hưởng của mỗi loại ăng ten như là chỉ cực tiểu giao thoa từ thùy thẳng đứng của ăng ten trái ngược với các thùy bên được bức xạ theo phương nằm ngang và từ đây có khả năng gây nhiễu lẫn nhau.  83 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 Có thể nói rằng các loại ăng ten được thiết kế để ngăn các thùy bên sẽ sở hữu một chùm tia rộng hơn. Điều này giải thích chi tiết hơn ở phần kế tiếp mục độ nghiêng của ăngten. Những cấu hình minh họa trong hình vẽ 20 cần phải dùng 30dB cho cô lập. Điều này có thể coi là con số tối ưu và thực tế nhất do hạn chế của vị trí. Cô lập càng lớn càng tốt, nhưng thực tế sự cô lập bậc cao hiếm khi đạt được vì những hạn chế về vị trí và những vấn đề về địa điểm. Khi chia sẻ vị trí với hệ thống 3G hoặc hệ thống khác, sự tách ra tối thiểu giữa các hệ thống phải được định nghĩa như là một số hệ thống GSM có thể bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ (EMI). 3.3.6 Độ nghiêng của ăngten Độ nghiêng của ăngten có hiệu ứng trên phạn vi phủ sóng và mức độ dung lượng, chuyển giao và nhiễu, do đó điểm thuận lợi cho các nhà quy hoạch là phải tối ưu hóa mô hình RF bằng việc sử dụng độ nghiêng của ăngten, độ nghiêng của ăngten có thể được dùng để điều khiển mô hình ăng ten thực tế. Ngoài ra công suất RF cũng ảnh hưởng đến các mẫu lan truyền. Độ nghiêng của ăng ten có thể điều khiển bởi cơ khí hoặc điện và nó có lợi khi sử dụng kết hợp cả 2. Việc gắn ăng ten là rất quan trọng trong sự thành công hay thất bại của vị trí tế bào. Khía cạnh này cần phải quan tâm nhiều hơn cho UMTS như việc kiểm soát chặt chẽ các mô hình ăng ten bức xạ. Đây là điểm mấu chốt để kiểm soát việc truyền sóng RF trong phạm vi phủ sóng bắt. Nghiêng chùm tia xuống tới điểm đường nằm ngang sẽ làm cho năng lượng liên kết của ăng ten hướng vào trong tế bào. Độ lớn tín hiệu trong các cell sẽ tăng, và giao thoa sẽ giảm xuống ít nhất tròng các cell lân cận. Điểm bất lợi xảy ra ở đây là có thể giảm phạm vi phủ sóng, và các thùy bên có thể tăng lên. Độ nghiêng về cơ khí có thể dễ hiểu vì điều này lên quan đến mặt vật lý làm nghiêng các ăng ten và có thể những hiệu ứng của việc di chuyển các thùy trước và sau có thể tăng mẫu lan truyền, và lần lượt gây ra nhiễu. Độ nghiêng tốt nhất có thể được coi là sử dụng thời gian trễ truyền dẫn truyền tín hiệu từ nguồn cấp đến ăng tăn. Thời gian trễ này sẽ sản sinh ra sự đổi pha, asi sẽ gây ảnh hưởng ở đầu ra của ăng ten làm giảm độ nghiêng của mô hình bức xạ. Một trong những điểm khác biệt về cơ khí là sẽ gây ra một độ nghiêng xuống cả phía sau và 2 thùy bên.  84 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 3.3.7 Lắp đặt ăng ten Cả 2 độ nghiêng của ăngten có ảnh hưởng đến hiệu suất của trạm gốc, Điều quan trọng khi lắp đặt ăng ten là sự linh hoạt và hiệu quả trong việc triển khai và tối ưu hóa hoạt động của nó trong thời gian dài. Hình 21: Ăng- ten nghiêng 1: a) đồ thị lan truyền RF và B) 0° cơ khí và 0° điện Lắp đặt ăng ten là rất quan trọng trong việc thành công hay thất bại của vị trí cell, và đòi hỏi phải có sự quan tâm hơn cho UMTS, cấu hình điều khiển chính xác, kiểm soát chặt chẽ mô hình bức xạ ăng ten là bắt bộc. Đây là điểm mấu chốt để kiểm soát sự lan truyền RF trong vùng phủ sóng yêu cầu (xem hình 20). Dưới đây là 1 danh sách kiểm tra sử dụng như là một điểm xuất phát để đảm bảo các vấn đề về lắp đặt ăng ten một cách chính xác: - - - - - - - -  Số lượng ăng ten được lắp đặt Những vật cản, sự tắc nghẽn (Obstructions) có thể ảnh hưởng đến phạm vi phủ sóng Phân tập ăng ten nhận và khoảng cách yêu cầu Đường cáp cực đại cho phép. Cô lập dịch vụ khác/ nhà điều hành AGL yêu cầu ăng ten Yêu câu về biến điệu tương hỗ Các thông số về lắp đặt  85 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 -  Yêu cầu về giải phóng mặt bằng Với sự lưu tâm tới việc thiết lập những ăng ten lên trên 1 tháp khoảng cách vật lý phải được tính toán để đảm bảo cấu trúc của tháp hoặc nâng cao hoặc không ảnh hưởng đến mô hình ăng ten cần phủ sóng Như hình minh họa 21 bằng cách tăng độ nghiêng cơ khía các mô hình truyền cho thấy giảm về phía trước nhưng 2 bên hầu như là như nhau. Nó sẽ có lợi trong những môi trường nhất định, khi bán kính phủ song trong 1 khu vực được có thể cao hơn ăng ten được định vị. Góc nghiêng xuống lớn hơn do đó giảm nhiễu đồng kênh. Nhiễu đồng kênh có thể mô tả như là sự giao thoa từ 2 hoặc nhiều hơn kênh truyền trên cùng 1 kênh Nhiễu đồng kênh có thể gây hại và tăng nhiễu ảnh hưởng đến phạm vi phủ sóng và QoS. Tăng điện độ nghiêng xuống sẽ giảm sự đồng dạng trong mẫu. Điều này sẽ có lợi cho các cell được đóng gói (packed cell) Hình 22: Ăng ten nghiêng 2: a) đồ thị lan truyền RF và B) 6° cơ khí và 6° điện minh họa cho việc kết hợp nghiêng cả điện và cơ khí làm giảm mẫu lan truyền đảo ngược. Trong khi đó đồng thời gây ra giảm mẫu ở 2 bên và tiếp tục hướng về phía thùy sau. Ăng ten định hướng cũng phải được xem xét, lý tưởng là không có lỗi trong định hướng ăng ten. Việc quy hoạch RF cần phải chịu sự định hướng này. Tuy nhiên nếu không xác định dung sai có sẵn, một hướng dẫn chung hay những tiêu chuẩn đánh giá về công nghiệp sẽ dao động trong khoảng 5% hoặc là các mẫu ngang ăng ten. Các dung sai định hướng sẽ giảm khi có nhu cầu chặt chẽ hơn cho mẫu ăng ten. Điều này  86 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 có thể được biểu hiện tốt nhất trong môi trường mật độ đóng gói tế bào, như là mẫu RF chính xác hơn được yêu cầu để cực tiểu hóa sự giao thoa không mong muốn. Mục tiêu cần phải đạt được 5% tuy nhiên điều này có thể được thắt chặt hoặc nới lỏng tùy thuộc vào yêu cầu của hệ thống. Xây dựng sự dao động cũng phải đưa vào tính toán, vì điều này phụ thuộc vào từng loại và chiều cao của cấu trúc trong quá trình tìm hiểu, và do đó tối đa 5% dung sai cần phải bù đắp cho bất kì sự chuyển động nào. Khi mạng lưới thông dụng trở lên dày đặc, và số thuê bao cũng tăng, thiết lập độ nghiên ăng ten cần phải điều chỉnh thêm, vì vậy sẽ không gây nhiễu đến các vị trí cũ. Một sự nghiên cứu thực hiện bởi Nortel Networks dự đoán rằng 60% sự triển khai ăng ten sẽ yêu cầu độ nghiêng ít nhất để tối ưu hóa dung lượng và 50% sẽ yêu cầu điều chỉnh khi mạng phát triển và nhiều vị trí khác sẽ được thêm vào. Hiệu quả về độ nghiêng sẽ phải được thực hiện trên toàn mạng như được giải thích từ trên. Và cuối cùng sẽ có những ảnh hưởng khác nhau đến phạm vi phủ sóng và dung lượng. Tóm lại tối ưu hóa là một quá trình quan trọng vì nó giảm thiểu nhiều rủi ro liên quan đến quy hoạch mạng lưới. Điều quan trọng là lập kế hoạch đầy đủ và hiểu các vấn đề chính có liên quan. Tối ưu hóa bao gồm nhiều lĩnh vực từ phủ sóng đến việc phân tích xác định khu vực, thử nghiệm kiểm tra, đánh giá hiệu năng của hệ thống. Tuy nhiên chương này bao gồm các lĩnh vực chính liên quan đặc biệt đến việc lập kế hoạch, từ các loại anten đến cấu hình an ten và độ nghiêng của anten để chọn địa điểm và yêu cầu cô lập cũng như việc tối ưu hóa ăng ten. Phân tích lưu lượng và tối ưu hóa các thông số là một vấn đề cực kì quan trọng. Tuy nhiên chương này chỉ đề cập đến những lĩnh vực chính liên quan đặc biết đến việc lập kế hoạch và tối ưu hóa mạng. Tối ưu hóa không chỉ kết thúc ở đây mà các nhà hoạch định tương lai phát triển mạng lưới cũng cần phải tính toán đến quá trình phát triển lâu dài của mạng. Thu hút sự chú ý của người lập kế hoạch để tích hợp các công nghệ mới nhằm nâng cấp mạng lưới ngày càng tối ưu hơn nữa  87 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 Chương 4. Mô phỏng tính toán Chương này đi sâu về thiết kế tính toán cho 1 khu vực cụ thể. Các công thức dùng để tính toán và lưu đồ thuật toán dùng để mô phỏng quá trình quy hoạch. Phần cuối cùng là chương trình tính toán và tối ưu mạng.Trước tiên chúng ta sẽ đi sâu vào thiết kế tính toán và tối ưu mạng. 4.1  Thiết kế vào tối ưu mạng Quy hoạch một hệ thống 3G là kết quả tính toán tối ưu của 3 đặc trưng: vùng phủ sóng, chất lượng dịch vụ và dung lượng phục vụ của hệ thống, ba yếu tố này có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. Người thiết kế hệ thống có trách nhiệm cân bằng các yếu tố trên để đạt tối ưu trên một vùng lãnh thổ cụ thể. Việc cân bằng này sẽ khác nhau cho từng lãnh thổ khác nhau: vùng trung tâm đô thị, vùng xa trung tâm đô thị, vùng nông thôn ... - Sử dụng phương trình tính dung lượng cực đường truyền hướng lên và phương trình xác suất tắc nghẽn 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, không kể đến hiệu quả chuyển giao mềm. - Để giải quyết vấn đề trên có 2 mô hình thực nghiệm dựa trên dự đoán các tổn hao truyền sóng là mô hình Hata-Okumura và Walfisch-Ikegami. Trong đồ án này sẽ sử dụng mô hình Walfisch-Ikegami cho phương án tính toán thiết kế vì mô hình này thích hợp với điều kiện môi trường đô thị Việt Nam. Vùng phủ sóng sẽ được tính toán dựa trên diện tích cần phủ sóng và bán kính của cell bằng cách áp dụng mô hình Walfisch-Ikegami được gọi là điều kiện tối ưu 1. Điều kiện tối ưu 2 là chất lượng dịch vụ và dung lượng phục vụ của hệ thống sẽ tính toán dựa trên phương trình tính dung lượng cực của đường truyền và phương trình xác suất tắc nghẽn. Kích cỡ của hệ thống sẽ là kết quả tối ưu của 2 điều kiện trên. 4.1.1 Các thông số khi tính toán thiết kế hệ thống W-CDMA: Khi tính toán quy hoạch mạng ta cần quan tâm tới các thông số sau:  88 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 - Số lượng thuê bao phục vụ. - Lưu lượng mỗi thuê bao. - Cấp dịch vụ GoS. - BHCA (Busy Hour Call Attempt): số cuộc thử trong giờ bận - Phân loại kiểu cuộc gọi: + Phần trăm các cuộc gọi giữa hệ thống và mạng PSTN. + Phần trăm các cuộc gọi trong nội bộ hệ thống. - Các thông số thiết kế hệ thống vô tuyến: + Tỉ lệ lỗi khung (FER: Frame Error Rate) cho phép là bao nhiêu %? + Mức dịch vụ giữa RNC và PSTN (%). + Mức dịch vụ giữa BS và RNC (%) + Kiểu mã hóa - El/No của hướng lên, hướng xuống ?(dB). - Hệ số tích cực (%). - Hiệu quả tái sử dụng tần số. - Tải của cell (%). - Dự trữ che khuất (dB). - Nhiễu của tải cell hay hệ số tăng ích của cell (dB). - Suy hao do ảnh hưởng của vật thể (dB). - Khuếch đại chuyển giao mềm (SHOF: Soft handoff) (dB). - Suy hao hấp thụ (dB). - Công suất đầu ra máy phát của BS/MS (dBm). - Nhiễu của BS/MS (dB). - Suy hao bộ lọc máy phát (dB). - Hệ số khuếch đại của Anten: Anten của BS và của MS (dB). - Khuếch đại thu phân tập ở BS (dB).  89 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 4.1.2 Điều kiện tối ưu tổng thể (tính toán thiết kế sơ bộ): 4.1.2.1 Tính số trạm BS dựa theo bán kính phục vụ của BS và diện tích vùng cần phủ sóng. Trong mô hình Walfisch-Ikegami, suy hao đường truyền trong môi trường đô thị của mạng tế bào như hình vẽ 23, theo đó, tổng suy hao trên đường truyền L gồm 3 thành phần chính: suy hao không gian tự do, nhiễu xạ Lrts (rooftop-to-street loss), suy hao do che chắn Lmsd (multiscreen loss). L = ⎨ ⎪⎩L f , Sóng tới Mặt đường Tòa nhà Trạm di động Tòa nhà  Lrts + Lmsd ≥ 0 Lrts + Lmsd < 0 Hướng di chuyển Máy di động Anten di động Tòa nhà Tòa nhà  T  (9) Hình 23: Mô hình Walfisch-Ikegami. Tính toán với các thông số như sau: - Tốc độ bit cho phép (R) - Tần số làm việc (f)  : 9,6 Kbps (9,6 ≤R ≤ 2000Kbps) : 1930 MHz - Công suất phát hiệu dụng của BS (Pm) - Hệ số tăng ích (khuếch đại) của anten (Gb)  : 36 dBm : 15 dBi  90 ⎧⎪L f + Lrts + Lmsd , QUY HOẠCH MẠNG 3G - Suy hao cáp anten của BS (Lc) - Tạp âm máy thu (Eb) - Sai số với anten phân tập ở BS (Eb/It) - Tạp âm nền của trạm BS (N0) - Độ rộng đường phố (w) - Khoảng cách giữa các tòa nhà (b) - Độ cao trung bình của tòa nhà (hr) - Độ cao của anten mobile (hm) - Độ cao trung bình của anten BS (hb)  : 35 m : 15 m  : 2,5 dB : 5 dB : 6.8 dB : -174 dBm/Hz : 15 m : 1,5 m : 30 m  2010 - Góc tới của tia sóng từ tòa nhà đến mặt đường: b/2 ≈ 20 độ - Bán kính cell r (theo mô hình Walfisch-Ikegami): 0,02 – 5 km L f : Suy hao không gian tự do L  f  = 32,45 + 20 lg r km + 20 lg  f  MHz  (10) Trong đó, rkm là bán kính của cell (km) fMHz là tần số phát của BS (MHz) Lrts : Suy hao do tán xạ và nhiễu xạ Lrts = -16,9 - 10lgw + 10lgfMHz + 20lg(hr - hm) + Lori  ( 12 ) Trong đó, w là bề rộng trung bình của các con đường trong khu đô thị (m) hr là chiều cao trung bình của các tòa nhà trong khu đô thị (m) Lori là sai số do tán xạ và nhiễu xạ, được xác định bởi: -9,646 (dB) 0 ≤ Ф ≤ 55 (độ) Lori = 2,5 + 0,075(Ф-55) (dB) 55 ≤ Ф ≤ 90 (độ) ⎨ th× Lori =0. Lmsd : Suy hao do che chắn Lmsd = Lbsh + ka + kd lgrkm + kf lgfMHz – 9lgb  ( 13 ) 91⎧ Với ö (độ) là góc tạo bởi tia sóng tới mặt đường tại điểm thu sóng, khi ö = 28.25° QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 Trong đó: - Lbsh là suy hao do che khuất khi anten đặt cao hơn tòa nhà và được xác định bởi: Lbsh = ⎨ ⎩0, hb>hr hb ≤ hr Với hb là chiều cao của anten trạm gốc so với mặt đường. hr là chiều cao của nhà so với mặt đường. - ka là đại lượng phụ thuộc vào suy hao che chắn Lmsd và bán kính rkm của cell, được xác định bởi: ⎧54, ⎪⎪ ⎪ hb > hr rkm ≥ 0,5, hb rkm < 0,5, hb - kd là đại lượng phụ thuộc vào suy hao che chắn Lmsd và độ cao của các tòa nhà tại khu vực đặt anten BS, được xác định bởi: ⎧18, kd = ⎨  hb ≤ hr hb > hr - k f là đại lượng phụ thuộc vào mật độ cây (vùng ngoại ô hay thành phố) và tần số fMHz làm việc, được xác định bởi: k f = ⎨  cho vùng ngoại ô cho vùng thành phố Từ các công thức ( 10 ) , ( 11 ) , ( 12 ) và ( 13 ) ta tính được tổng suy hao đường truyền theo mô hình Walfisch-Ikegami. Mặt khác suy hao đường truyền trung bình được tính như sau: L = Pm − Sm + Gb − Lc (dB) Để đảm bảo dự trữ che tối, tổn hao đường truyền = L - Ec  ( 14 )  ( 14 ) Để đảm bảo dự trữ cho tổn hao cơ thể / định hướng và tổn hao tán xạ, tổn hao đường truyền cho phép = L – Ec – Lct - Ltx ( 15 ) 92⎧− 18 lg(1 + hb − hr), ka = ⎨54 − 0,8(hb − hr), ⎪⎩54 − 1,6 r km (hb − hr), ⎩18 − 15(hb − hr) / hr , ⎧⎪4 + 0.7 ( f MHz 925 −1) , ⎪⎩4 + 1.5( f MHz 925 −1) , QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 Trong đó, - Pm :công suất hiệu dụng của trạm gốc (dBm) - Gb : hệ số tăng ích của anten (hệ số khuếch đại) (dBi) - Lc : suy hao cáp anten thu ở trạm gốc (dB) - Ec: độ dự trữ che tối (dB) - Lct: tổn hao cơ thể (dB) - Ltx: tổn hao tán xạ (dB) - Sm : cường độ tín hiệu tối thiểu yêu cầu (dB) và được xác định bởi: Sm = (Eb)min + 10lgR  (dBm) Với R: là tốc độ bit (Eb )min : công suất bit tối thiểu (Eb )min = NT +  Eb It  (dBm/Hz) Eb It  : sai số với anten phân tập trạm gốc (dBm/Hz Với NT tạp âm nhiệt tại trạm gốc (dBm/Hz)  NT = N0 + Fb N0 : tạp âm nhiệt nền trạm gốc (dBm/Hz) Fb : tạp âm nhiệt máy thu (dB) Từ các công thức ( 10 ) , ( 11 ) , ( 12 ) , ( 13 ) , ( 14 ) , ( 15 ) và ( 16 ) ta tính được bán kính của một cell là r = 1.1273 km. Dựa vào diện tích vùng cần phủ sóng, ta có được số lượng cell (số trạm BS) dự kiến. 4.1.2.2 Tính số trạm BS dựa vào khả năng dung lượng của BS và số lượng thuê bao dự kiến phục vụ. Tính toán với các thông số như sau: - BHCA / thuê bao: 2,5 – 3 - Thời hạn trung bình của mỗi cuộc gọi: 60s - Hệ số tăng ích của anten sector (3 sector): 2,4 - Hệ số chuyển giao mềm: 1,2 – 1,4  93 QUY HOẠCH MẠNG 3G - Khả năng lưu thoại của BS/sector được tính toán với các giá trị: Hệ số tích cực thoại: ñ = 0,4 Độ rộng băng tần mã trải phổ W-CDMA: W = 5 MHz  2010 Giá trị trung bình: m =  Eb N0  = 7dB Phương sai hiệu chỉnh công suất: ó = 2,5dB Tốc độ dữ liệu: R = 9.600 bit/s (nhóm 1) Tỉ số mật độ nhiễu tổng trên tạp âm nền:  I 0 N 0  = 10 - Khả năng lưu thoại của một sector được tính toán theo dung lượng cực của đường truyền hướng lên. Trong đó, quan hệ giữa xác suất tắc nghẽn và dung lượng của sector trong hệ thống WCDMA nhiều cell là: W / R ⎜ 2 ⎟ ⎟ ⎟ QoS = Q ⎜ ⎟ ⎜ ⎛ ë ⎞ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠  ( 16 ) Trong đó, ë / ì : lưu lượng muốn truyền hay các cuộc gọi tích cực theo phân bố Poisson. â = 0.1ln10 ç : giá trị ngưỡng tiền định. á : hệ số lũy thừa. r : bán kính cell. Ta được 25 Erlang/BS/sector ứng với GoS = 2% Số cell cần thiết = số sector / độ tăng ích khi chia sector. - Số sector = (dung lượng * hệ số chuyển giao mềm)/khả năng lưu thoại 1 sector - Dung lượng = (BHCA/thuê bao) * số thuê bao phục vụ * (thời gian trung bình một cuộc gọi/3600) Như vậy, số cell cần thiết chính là điều kiện tối ưu của 2 giải pháp trên và được xác định bởi:  94⎛ ⎛ ë ⎞ ⎛ ( â ó )2 ⎞ ⎛ ⎞ ⎞ ⎜ ⎜ ⎟ .ñ exp ⎜ ⎟ [1 + I (á , ä , r )] ⎟ ⎟ ⎜ .(1 − ç ) − ⎜ ⎝ ì ⎠ ⎜ exp( â m ) ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎜ ì ⎟ .ñ exp ⎣ ⎦⎤ .[1 + I (á , ä , r )] ⎡ 2 ( â ó )2 ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ QUY HOẠCH MẠNG 3G Max {(số cell) điều kiện tối ưu 1, (số cell) điều kiện tối ưu 2 }  2010 4.2  Lưu đồ thuật toán và kết quả mô phỏng Bắt đầu Nhập các thông số: + Thông số truyền dẫn +Thông số trạm gốc  Kết thúc +Thông số trạm di động Tính suy hao đường truyền cho phép đối với vùng phủ In kết quả Nhập các thông số truyền sóng In kết quả Dùng thuật toán tối ưu để xác định lại bán kính của cell In kết quả Tính các thông số trong cell: -Hệ số tải -Suy hao cực đại cell -Xác định bán kính cell +Tính bán kính cell +Tính diện tích cell In kết quả In kết quả Tính số cell: -Theo dung lượng Nhập các thông số hệ thống Tính dung lượng cực Hình 24: Lưu đồ thuật toán mô phỏng -Theo vùng phủ In kết quả  95 QUY HOẠCH MẠNG 3G từ đó ta có sơ đồ thuật toán tối ưu cell như sau: -Các tham số thiết bị -Dung lượng vùng  2010 -Các tham số thiết bị -Đặc điểm truyền Phân tích Phân tích Bán kính cell cực vùng phủ dung lượng Diện tích cell cực Kết quả của hệ số  Nếu Nếu  Đúng Đúng  Tăng ç c Giảm ç c Chấp nhận bán kính cell Xác định số cell Số cell=max{số cell tính theo dung lượng, số cell tính theo vùng phủ} Hình 25: Sơ đồ thuật toán tối ưu số cell giữa dung lượng và vùng phủ + Giải thích thuật toán: ban đầu ta tính số cell theo dung lượng và vùng phủ với hệ số tải cho trước çc = 0,5 (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 çt . So sánh çc và çt , nếu çc khác çt thì tăng hoặc giảm çc và tính lại dự trữ nhiễu, suy hao cho phép, bán kính cell, số cell theo vùng phủ cho đến khi çc = çt thì kết thúc.  96 QUY HOẠCH MẠNG 3G 4.2.1 Chương trình tính toán Giao diện chính của chương trình: Hình 26: Giao diện chính của chương trình mô phỏng Mô phỏng tính toán giả định tại tốc độ 144 kbps: Nhập các dữ liệu: Thông số truyền dẫn  2010 + + -  Tốc độ bit: 144 kbps Độ dự trữ che tối : 10.2 db Thông số trạm gốc + Hệ số khuếch đại 14 db + Tổn hao cáp Anten 2.5db + Độ dự trữ cần thiết : 6.8db + Tạp âm nền : -174 dbm/hz + + + +  Thông số trạm di động Công suất phát xạ : 23 dbm Tổn hao tán xạ : 10 db Tổn hao cơ thể : 2db  97 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 + Hệ số tạp âm: 5db Từ đó ta tính được suy hao đường truyền là : 136.92 db và các kết quả khác như hình vẽ bên dưới. Hình 27: Suy hao đường truyền Từ suy hao đường truyền ta tính kích thước cell + + + + + + +  Với tần số hoạt động : 1930 Mhz Độ cao an ten trạm gốc:30 m Độ cao anten trạm di động : 1.5 m Độ cao nhà cửa: 30 m Góc đến so với trục phố: 90 độ Khoảng cách giữa các nhà dọc theo tuyến: Độ rộng 15m Kết quả bán kính cell và diện tích cell với mô hình truyền Hata- Okumura cho thành phố lớn: bán kính 1.1273 km  98 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 Hình 28: Mô hình truyền Hata- Okumura cho thành phố lớn Kết quả bán kính cell và diện tích cell với mô hình truyền Hata- Okumura cho thành phố nhỏ Hình 29: Mô hình truyền Hata- Okumura cho thành phố nhỏ Kết quả bán kính cell và diện tích cell với mô hình truyền Hata- Okumura cho Ngoại  99 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 ô Kết quả bán kính cell và diện tích cell với mô hình truyền Hata- Okumura cho nông thôn Hình 30: Mô hình truyền Hata- Okumura cho nông thôn Kết quả bán kính cell và diện tích cell với mô hình truyền Walfishch-Ilegami cho thành phố lớn  100 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 Hình 31: Mô hình truyền Walfishch-Ilegami cho thành phố lớn Kết quả bán kính cell và diện tích cell với mô hình truyền Walfishch-Ilegami cho thành phố nhỏ và trung bình Hình 32: Mô hình Walfishch-Ilegami cho thành phố nhỏ và trung bình Tính toán thực tế tại khu vực Hà Nội cho mạng Mobilephone: + Mô phỏng tính toán tại tần số 1930Mhz.  101 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 + Áp dụng cho mô hình Hata-Okumura + Diện tích phủ sóng là: 959 km² + Bán kính phủ sóng của 1 trạm là:1.1273km + Diện tích phủ sóng của 1 trạm là 2.478 km² + Tính toán cho kết quả 387 trạm BTS cần lắp đặt. Hình 33: Tính toán số trạm BTS tại Hà Nội Xem thêm phần trính dẫn về thông số trạm BTS và vị trí các trạm trên file : UMTS Cell Params -HNI-v5.xls đính kèm trong đĩa CD  102 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 Kết luận và hướng phát triển đề tài Với đồ án này, em đã đi vào tìm hiểu công nghệ 3G và thực hiện phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quy hoạch mạng 3G. Phân tich vùng phủ: phân tích mô hình truyền sóng Hata và Walf để áp dụng vào trong các điều kiện quy hoạch cụ thể, phân tích hệ số tải của đường truyền để xác định lại bán kính tế bào, tính số tế bào và đây là thông số quan trọng dùng trong thuật toán tối ưu số tế bào. Phân tích dung lượng: từ nhu cầu thực tế phân tích dung lượng từng vùng đế xác định dung lượng cực đại cho một tế bào, số tế bào cho một vùng. Cuối cùng là tối ưu lại số tế bào sau khi đã phân tích vùng phủ và phân tích dung lượng để đi đến lựa chọn số tế bào cuối cùng cho một vùng cần tính toán. Ngày nay các nhà cung cấp thiết bị di động toàn cầu dự đoán rằng mức độ tiếp theo của công nghệ truyền thông sẽ “đi cùng” với việc sử dụng điện thoại di động. Và như vậy thì công nghệ thế hệ thứ 3 (3G) cũng sẽ bị “thất sủng”.Công nghệ di động thế hệ thứ 4 (4G) hiện nay đang được đầu tư phát triển, nó cho phép truyền dữ liệu bằng 2 đường: âm thanh và hình ảnh cùng dữ liệu khổng sẽ được hưởng những dịch vụ mà mình yêu thích. Vì vậy họ có thể nhận được dữ liệu khổng lồ, điều mà trước đây là không thể.Công nghệ 4G cho phép người sử dụng di động sử dụng các dịch vụ này qua máy tính cá nhân với kết nối băng thông rộng tốc độ cao. Các nhà cung cấp dịch vụ di động phải chi ra hàng tỷ USD để tăng cường mạng di động của họ nhằm cung cấp các dịch vụ video, hình ảnh, truy cập Internet và các dịch vụ khác. Họ hy vọng rằng sẽ thúc đẩy được tổng mức thu nhập và góp được phần nào cho sự phát triển mờ nhạt của dịch vụ các cuộc gọi. Hiện nay, sự phát triển của dịch vụ 3G chậm hơn so với dự đoán của các nhà cung cấp dịch vụ. Công nghệ 3G cho phép truy cập Internet không dây và các cuộc gọi có hình ảnh nhưng vẫn chưa thực sự được mở rộng và còn gây ra sự “khó chịu” cho người sử dụng. Ngoài ra, công nghệ này chưa mang lại đủ lợi nhuận để cân bằng với  103 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 tổng số tiền đầu tư để xây dựng. Liên đoàn truyền thông quốc tế (ITU) đã định nghĩa rõ công nghệ 4G là công nghệ không dây có thể truy cập dữ liệu với tốc độ 100MB/s trong khi người sử dụng đang di chuyển và có tốc độ 1GB/s khi người sử dụng cố định. Sau năm 2010, công nghệ 4G sẽ trở thành dịch vụ di động bao quát mọi thứ. Đồ án đã thực hiện nghiên cứu và hoàn thành cơ bản những vấn đề lý thuyết như sau: + Nắm được cách quy hoạch 1 mạng nói chung và quy hoạch mạng 3G nói riêng. Nắm bắt được quá trình, phương pháp và các bước để quy hoạch và tối ưu mạng 3G + Phân tích được những yêu cầu và nguyên tắc thực hiện quy hoạch mạng 3G ứng với đặc trưng, cấu trúc địa lý từng vùng cụ thể, đưa ra các công thức tính toán dung lượng, vùng phủ, sử dụng hai mô hình thực nghiệm cụ thể Hata-Okumura và Walfisch-Ikegami. + Với sự phát triển như vũ bão của công nghiệp viễn thông. Mạng 4G sớm sẽ thay thế 3G. Quy hoạch 4G cũng gần như quy hoạch các thông số cho 3G. Đề tài khóa luận này đã hoàn thành xuất sắc các kế hoạch quy hoạch mạng. Nó sẽ là tiền đề để triển khai và quy hoạch mạng 4G. Hạn chế lớn nhất của đề tài đó là trong tính toán thực tế, thiếu số liệu về nhu cầu dung lượng thực tế của một vùng cụ thể và kết quả đề tài chỉ dừng định cỡ mạng sơ bộ, chỉ tính số tế bào. Khi mạng đưa vào lắp đặt và hoạt động cần phân tích từng vùng cụ thể: xác định vị trí, các luồng kết nối, cách vận hành và tối ưu mạng. Đây là hướng mà đề tài sẻ tiếp tục nghiên cứu sau này.  104 QUY HOẠCH MẠNG 3G  2010 Tài liệu tham khảo [1]. ]. Chris Braithwaite and Mike Scott, UMTS Network Planning and Development, 2004 [2]. Call flows WCDMA HUAWEI (Tài liệu nội bộ của Huawei) [3]. Clint Smith, Daniel Collins, “3G Wireless networks,” McGraw-Hill Telecom, 2002. [4]. Ian Poole, Cellular Communications Explained From Basics to 3G, 2006 [5]. Juha Korhonen, Introduction to 3G Mobile Communications, Artech House, 2001 [16]. John Wiley & Sons LTD,W-CDMA Mobile Communications System, 2002. [7]. KS. Nguyễn Văn Thuận, Hệ Thống thông tin di động W-CDMA, Hà Nội 2004 [8].M.R.Karim and M.Sarrap, “W-CDMA and CDMA 2000 for 3G Mobile Networks,” McGraw-Hill Telecom professional, 2002. [9]. PTS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin di động, Nhà xuất bản khoa học và giáo dục, Hà Nội – 1997 [10]. WCDMA RAN Fundamental. Hueway [11]. Zoran Zvonar, Peter Jung, Karl Kammerlander, GSM: Evolution towards 3rd Generation Systems, 2006  105 QUY HOẠCH MẠNG 3G Các website tham khảo : .com  2010 106