Xây dựng hệ thống IBS

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Trang 33 Chương 4: Xây dựng hệ thống IBS cho tòa nhà CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG HỆ THỐNG IBS 4.1 Khảo sát tình trạng phủ sóng bên trong tòa nhà 4.1.1 Nội dung khảo sát Sau khi hoàn tất hợp đồng cung cấp giải pháp phủ sóng di động cho toàn nhà, thì công ty ITE sẽ xin bên chủ đầu tư bản vẽ kiến trúc của tòa nhà, bao gồm cả tầng hầm…Việc có bản vẽ kiến trúc trong tay sẽ rất thuận lợi cho việc thiết kế hệ thống IBS: vị trí lắp đặt các anten, hệ thống đi dây cáp… Để có thể nắm rõ kiến trúc của toàn nhà thì bắt buộc người kỹ sư cần phải đi khảo sát thực tế, vì trên bản vẽ kiến trúc không thể hiện hết những gì trên thực tế. Bên cạnh đó, người kỹ sư cũng cần nắm rõ vị trí địa lý của tòa nhà (tòa nhà cao bao nhiêu tầng, một tầng rộng bao nhiêu mét vuông, vị trí đặt tòa nhà có gần trạm BTS không…), từ đó có phương hướng đề xuất ra những giải pháp có tính kinh tế nhất, thuận lợi cho công việc lắp đặt. Quan trọng nhất trong là việc khảo sát chất lượng mạng trong tòa nhà. Trong quá trình khảo sát, dựa trên việc xem xét cấu trúc xây dựng của toà nhà, một số tầng được lựa chọn khảo sát vùng phủ sóng và khả năng thâm nhập sóng từ các trạm bên ngoài vào các tầng này để đưa ra các số liệu cụ thể. Thiết bị phục vụ cho việc khảo sát bao gồm: · Máy đo TEMS8 hỗ trợ trên máy điện thoại cầm tay Sony-Erricson K800i. · Máy tính xách tay IBM T61 với phần mềm đo kiểm Tems 8 · Máy định vị vệ tinh GPS. · Máy ảnh kỹ thuật số. · Chúng tôi tiến hành đo hai thông số bao gồm: · Mức thu (RxLev) · Chất lượng thu (RxQual) Dựa trên kết quả đo và khảo sát hai thông số này, đánh giá chúng, đưa ra kết luận chất lượng phủ sóng trong toà nhà và từ đó đưa ra giải pháp kỹ thuật giải quyết vấn đề trên. 4.1.2 Phân tích kết quả khảo sát Kết quả đo kiểm chất lượng phủ sóng di động mạng Vinaphone tại toà nhà Ruby 1 do người báo cáo thực hiện cho thấy: Báo cáo thực tập tốt nghiệp Trang 34 Chương 4: Xây dựng hệ thống IBS cho tòa nhà · Khu vực thấp từ tầng trệt đến tầng 4 mức thu tín hiệu sóng di động không đồng đều, nhiều chỗ sóng rất yếu hoặc không có sóng do bị khuất . · Khu vực tầng trung (từ tầng 5 đến tầng 15) mức thu kém đồng thời chất lượng thu thấp, không đạt yêu cầu. Thường xuyên rớt cuộc gọi. · Ở các tầng cao (từ tầng 16 đến tầng mái) mặc dù cường độ tín hiệu thu được của máy di động được cải thiện nhưng chất lượng thu là rất tồi, hiện tượng khó thiết lập cuộc gọi cũng như rớt cuộc gọi thường xuyên xảy ra. Lý do của hiện tượng này là khi lên cao, máy di động thu được nhiều tín hiệu với cường độ mạnh tương đương nhau từ nhiều trạm phát đến do không gặp phải vật chắn. Tuy vậy, do xác suất máy di động thu được hai hay nhiều tín hiệu đồng kênh hoặc cận kênh và có cường độ tương đương nhau là rất lớn, dẫn đến can nhiễu đồng kênh hoặc cận kênh, từ đó gây ảnh hưởng lớn tới chất lượng thoại, khó thiết lập, hay rớt cuộc gọi. Đo mức tín hiệu thu (RXLEV) Mức thu trung bình đo được trong quá trình khảo sát tại toà nhà Ruby 1 vào khoảng –65 đến -85dBm được thống kê dưới bảng 1. Hình 4.1 Đo mức tín hiệu thu hiển thị trên bản đồ tòa nhà tầng 6 Mức thu (dBm) % tổng số mẫu KS - 40 ÷ -65 4.35 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Trang 35 Chương 4: Xây dựng hệ thống IBS cho tòa nhà Bảng 4.1: Đo mức tín hiệu thu tại toà Ruby 1 Mức thu đo được tại các vị trí như: hành lang, cầu thang bộ là tương đối tốt tuy vậy vẫn xảy ra rớt cuộc gọi, đối với các khu vực như: cầu thang máy, trong các phòng kín mức thu tương đối yếu vào khoảng –95dBm. Từ kết quả trên,có thề thấy mức thu trong hầu hết diện tích của toà nhà là đảm bảo yêu cầu dịch vụ. Đo chất lượng tín hiệu thu (RXQUAL) Đo chất lượng thu được thực hiện dựa trên chỉ số RXQUAL, RXQUAL đánh giá chất lượng tín hiệu thoại của mạng di động khi sử dụng máy TEMS để khảo sát, được đo ở chế độ Dedicated, kênh tần số khảo sát là kênh serving khi thực hiện đo. Kết quả chất lượng tín hiệu thu tại toà nhà Ruby 1 được thể hiện qua Bảng 2. Hình 4.2 Đo chất lượng tín hiệu thu hiển thị trên bản đồ tầng 6 - 65 ÷ -75 36.22 - 75 ÷ -85 7.32 - 85 ÷ -95 9.87 > -95 42.24 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Trang 36 Chương 4: Xây dựng hệ thống IBS cho tòa nhà Bảng 2: Đo chất lượng tín hiệu thu toà Ruby 1 4.1.3 Kết luận Từ những kết quả về mức thu kênh sóng mang ở trên, có thể kết luận rằng vấn đề mức thu của các máy điện thoại cầm tay cũng như vấn đề nhiễu xạ, phản xạ trong truyền sóng trong toà nhà, ảnh hưởng đến khả năng phủ sóng của các BTS xung quanh tới các điện thoại di động cầm tay khi sử dụng trong toà nhà dẫn đến ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng của cuộc gọi. Vì vậy, người kỹ sư cần phải thiết kế một hệ thống thu phát tín hiệu phục vụ riêng cho toà nhà. Hệ thống này sẽ giải quyết được bài toàn phủ sóng tín hiệu tại các tầng thấp cũng như giải quyết bài toán nhiễu tín hiệu tại các tầng cao của toàn bộ toà nhà. 4.2 Phương án thiết kế 4.2.1 Các tiêu chuẩn kỹ thuật · Tiêu chuẩn nghành: TCN 68-219:2004: Hệ thống thiết bị BSS. · Tiêu chuẩn Ngành: TCN 68-140-1995: Chống quá áp, quá dòng để bảo vệ đường dây và thiết bị thông tin - yêu cầu kỹ thuật · Tiêu chuẩn Ngành: TCN 68-149-1995: Thiết bị thông tin - Các yêu cầu chung về môi trường khí hậu Chất lượng thu RxQual % tổng số mẫu KS 0 5.02 1 4.95 2 7.21 3 10.36 4 9.34 5 10.23 6 9.56 7 43.33 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Trang 37 Chương 4: Xây dựng hệ thống IBS cho tòa nhà · Tiêu chuẩn Ngành TCN 68-167-1997: Thiết bị chống quá áp, quá dòng do ảnh hưởng của sét và đường dây tải điện - yêu cầu kỹ thuật. · Tiêu chuẩn Ngành TCN 68-174-1998: quy phạm chống sét và tiếp đất cho các công trình viễn thông. · Tiêu chuẩn Ngành TCN 68-141-1999: Tiếp đất cho các công trình viễn thông · Tiêu chuẩn Ngành TCN 68-135-2001: Chống sét bảo vệ các công trình viễn thông - yêu cầu kỹ thuật. · Tiêu chuẩn về cơ sở hạ tầng của Công ty Dịch vụ Viễn thông (VNP) Khuyến nghị của tổ chức Tư vấn Viễn thông quốc tế ITU: yêu cầu tiêu chuẩn kỹ thuật cho thiết bị viễn thông 4.2.2 Yêu cầu về hệ thống · Các tòa nhà có độ cao từ 18 tầng trở lên hoặc sử dụng thang máy siêu tốc, phải có giải pháp phủ sóng riêng cho từng thang máy trong tòa nhà · Mức thu (Rx Level) tối thiểu đường xuống đạt tốt hơn hoặc bằng -85 dBm trên diện tích 98%, kể cả trong thang máy và thang bộ của tòa nhà · Mức thu tối thiểu đường lên đạt tốt hơn hoặc bằng -97 dBm trên diện tích 98%, (chỉ tiêu này được đánh giá thông qua tính toàn và mô phỏng) · Mức thu tín hiệu (Rx Level) tại các khu vực xung quanh tòa nhà do hệ thống inbuilding phát ra phải nhỏ hơn -90 dBm 4.2.3 Yêu cầu về chất lượng · Mức thu tín hiệu (Rx Level) ngay dưới các anten phải lớn hơn hoặc bằng -55 dBm, mức Rx Qual = 0. · Chỉ tiêu SQI cho cược gọi half rate phải đạt giá trị tối thiểu là 17, đối với cuộc gọi full rate là 21, đối với Enhanced Full Rate la 30 4.2.4 Yêu cầu về thiết lập cuộc gọi và chuyển giao Đánh giá qua Driving Test : · Tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành công (Call Setup Success Rate) ≥ 98% · Tỷ lệ rớt cuộc gọi ( Drop Call Rate) ≤ 1% Báo cáo thực tập tốt nghiệp Trang 38 Chương 4: Xây dựng hệ thống IBS cho tòa nhà · Tỷ lệ chuyển giao cuộc gọi (Handover Success Rate) ≥98% Đánh giá qua thống kê từ OMC : · Tỷ lệ thiết lập thành công cuộc gọi (Call Setup Success Rate) : Giá trị yêu cầu : ≥ 95% đối với tất cả các cell thuộc vùng kín ≥ 92% đối với tất cả các cell thuộc vùng hở · Tỷ lệ cuộc gọi rớt mạng (Drop Call Rate) : Giá trị yêu cầu : ≤ 1% đối với tất cả các cell thuộc vùng kín ≤ 3% đối với tất cả các cell thuộc vùng hở · Tỷ lệ handover thành công (Handover Success Rate) : Gía trị yêu cầu : ≥ 95% đối với tất cả các cell có vùng phủ sóng kín · Lấy số liệu thống kê từ 7h00 đến 21h00 tối thiểu trong 3 ngày liên tục 4.2.5 Lựa chọn nguồn tín hiệu Căn cứ vào thực trạng mạng lưới của nhà khai thác, cũng như vị trí địa lí của tòa nhà mà có thể có nhiều phương án khác nhau trong việc lựa chọn nguồn tín hiệu. Ở đây, người thực hiện dự án đề xuất phương án sử dụng thiết bị trạm thu phát gốc Microcell để làm nguồn phát tín hiệu nhằm phủ sóng toàn bộ toà nhà Ruby 1. Lý do của việc lựa chọn giải pháp này: · Việc triển khai ít ảnh hưởng đến các trạm Marco hiện có ở xung quanh toà nhà. · Dung lượng của toà nhà không lớn nên không cần phải sử dụng thiết bị dung lượng lớn Marco. Tần số sử dụng cho trạm này là 1800 MHz. Đây là giải pháp tối ưu nhằm tránh nhiễu do các trạm BTS sử dụng băng tần 900 MHz xung quanh toà nhà gây ra.Tuy nhiên, hệ thống phủ sóng IBS mà người kỹ sư đề xuất vẫn hỗ trợ việc sử dụng băng tần 900Mhz và 2100 MHZ phục vụ cho việc mở rộng trong tương lai. Để đảm bảo công suất phát ra của hệ thống anten đủ lớn, đề xuất công suất phát ra của thiết bị Microcell là 42 dBm. Báo cáo thực tập tốt nghiệp Trang 39 Chương 4: Xây dựng hệ thống IBS cho tòa nhà Trong giải pháp này, thiết bị thu phát tín hiệu trạm gốc Microcell được đặt trong phòng thiết bị .Thiết bị thu phát sẽ được nối về tổng đài di động của các nhà khai thác thông qua các thiết bị truyền dẫn viba hoặc cáp quang. Từ thiết bị thu phát này tín hiệu sẽ được nối tới các anten đặt tại các tầng thông qua các bộ trích tín hiệu coupler và các bộ chia tín hiệu splitter và các hệ thống cáp tín hiệu Ngoài ra với lựa chọn phương án phủ sóng toàn bộ toà nhà, sử dụng anten vô hướng có tăng ích 3 dBi để phủ sóng các tầng của toà nhà mang lại hiệu quả tốt. Ngoài ra, hiện nay có thể triển khai hệ thống phủ sóng di động cho tòa nhà bằng việc sử dụng hệ thống Repeater: Hình 4.3 Giải pháp sử dụng repeater với 3 anten tách tín hiệu từ Splitter chia 3 4.3 Thiết kế hệ thống IBS theo trục đứng Sơ đồ hệ thống - Một hệ thống IBS có sơ đồ như sau: Báo cáo thực tập tốt nghiệp Trang 40 Chương 4: Xây dựng hệ thống IBS cho tòa nhà BTS --->Hybrid Combiner (hoặc POI) --->Feeder --->Amplifier---->Feeder---->Anten Tín hiệu từ trạm BTS sẽ được cho qua bộ ghép kết hợp · Bộ ghép kết hợp( Hybrid Combiner ): Có tác dụng kết hợp từ 2 nhà khai thác mạng dùng chung một hệ thống. · Đối với những tòa nhà lớn phải dùng Amlifier để khếch đại tín hiệu (đồng nghĩa với việc nếu Amplifier không tốt sẽ khếch đại cả nhiễu). · Sau khi qua Feeder cable sẽ dẫn đến hệ thống anten ở các tầng của tòa nhà. Sau khi khảo sát xong, công việc tiếp theo là bên bộ phận thiết kế hệ thống. Tùy vào số tầng cũng như diện tích mặt bằng của công trình mà người kỹ sư quyết định có sử dụng repeater hay không. Viêc tính toán phải hết sức kỹ lưỡng giữa việc sử dụng nhiều anten hay việc sử dụng repeater (tăng công suất phát làm tăng vùng phủ sóng của anten) Trình tự công việc có thể nêu ngắn gọn như sau: a) Dựa trên bản vẽ kiến trúc của chủ đầu tư cung cấp cùng với việc khảo sát thực tế tòa nhà, người kỹ sư sẽ biết được các vị trí thích hợp để đặt các ănten (thông thường là ở các hành lang, ít khi đặt trong phòng hay trong căn hộ). Ở đây, người thiết kế dùng phần mềm Auto Cad để mở các file kiến trúc, sau đó lọc bỏ hết các lớp nội thất, lớp text … chỉ dùng lớp ARC-PLAN là lớp kết cấu tường nhà. Sau đó thì vẽ thêm lớp đặt các ănten và đi dây từ BTS Room đến các anten. Từ bản vẽ người thiết kế biết được chiều dài dây cáp từ là bao nhiêu (dựa trên tỉ lệ bản vẽ so với thực tế). Báo cáo thực tập tốt nghiệp Trang 41 Chương 4: Xây dựng hệ thống IBS cho tòa nhà Hình 4.4: Sơ đồ bố trí vị trí đặt anten ở tầng hầm b) Tùy theo từng tầng có kết cấu bê tông khác nhau (dày hay mỏng, nhiều hay ít tường chắn – độ suy hao khác nhau), diện tích khác nhau sẽ đưa ra các giải pháp khác nhau: dùng loại ănten nào (vô hướng hay có hướng), số lượng bao nhiêu, đi dây cáp từ hệ thống cáp đứng đến ănten (cáp đồng loại 1/2hay 7/8). Nếu toàn nhà trên 15 tầng thì phải dùng cáp quang (độ suy hao ít). Trên lý thuyết nếu dùng toàn cáp quang cho việc đi dây trục đứng thì sẽ chất lượng tốt hơn nhưng bù lại tính kinh tế không cao vì phải sử dụng các bộ biến đổi quang sang điện, điện sang quang, khó khăn trong việc bảo trì dây cáp (cáp đồng bền hơn cáp quang). Đề thiết kế hệ thống trục đứng, người kỹ sư dùng phần mềm thiết IBS có sẵn đã được mua bản quyền là RF-vu (Version 2.12). Tài liệu hướng dẫn sẽ được đi kèm theo CD của bài báo cáo này Vị trí đặt anten Phòng đặt BTS Báo cáo thực tập tốt nghiệp Trang 42 Chương 4: Xây dựng hệ thống IBS cho tòa nhà Hình 4.5: Sơ đồ hình cây hệ thống phân phối anten Hình 4.6: Hình mô phỏng vùng phủ sóng của các anten Nếu dây feeder càng dài thì suy hao từ BTS đến thiết bị bức xạ càng lớn. Công suất tại ănten càng lớn thì vùng phủ sóng càng rộng, tất nhiên phải dự trù độ suy hao do Báo cáo thực tập tốt nghiệp Trang 43 Chương 4: Xây dựng hệ thống IBS cho tòa nhà bị ảnh hưởng của các bức tường bê tông. Và cũng tùy vào hình dạng của mặt bằng, điều kiện cho phép mà có thể dùng thêm các anten có hướng để tăng cường (hình 4.4) Hình 4.7: Hình mô phỏng vùng phủ sóng của các anten (có dùng anten có hướng) 4.4 Thi công hệ thống phân phối ănten Đối với hầu hết các toà nhà chúng tôi đều khuyến nghị sử dụng hệ thống anten phân tán thụ động (DAS). Hệ thống anten phân tán được đề cập chi tiết này còn cần đảm bảo phù hợp với các yêu cầu sử dụng cũng như của công nghệ mới mà không cần phải tăng thêm chi phí do phải thay đổi kiến trúc thiết kế cũng như môi trường truyền dẫn. Hầu hết các hệ thống anten phân tán hiện nay đều được thiết kế với mô hình kiến trúc phân cấp hình sao phù hợp với các chuẩn đi cáp trong các toà nhà thương mại, và có độ bền tới 15 năm mà vẫn đáp ứng được cho quá trình phát triển rất nhanh chóng của các công nghệ viễn thông do các nhu cầu tăng công suất sử dụng, do nhiều dịch vụ mới ra đời (điều này thường thể hiện qua quá trình nâng cấp liên tục riêng phần các thiết bị viễn thông từng phần hoặc toàn bộ trong 3 đến 5 năm một lần). Báo cáo thực tập tốt nghiệp Trang 44 Chương 4: Xây dựng hệ thống IBS cho tòa nhà Hệ thống anten phân tán DAS được sử thiết kế dựa trên mô hình kiên trúc hình sao có sửa đổi bằng việc kết hợp với các đường trục chính kết nối các điểm tâm. Với mô hình kiến trúc này, mỗi đườg liên kết sẽ độc lập với các đường khác, việc thay đổi các kết nối sẽ chỉ ảnh hưởng đến chính kết nối này. Một lợi điểm khác, mô hình kiến trúc này cho phép các hệ thống anten phân tán này có thể được triển khai từng giai đoạn một tuỳ theo yêu cầu sử dụng thông qua việc phân mảng thành các hệ thống thành phần. Một hệ thống anten phân tán DAS có thể được tổ chức thành các hệ thống thành phần chi tiết như sau: · Hệ thống thiết vị viễn thông: bao gồm BTS, Repeater,... Phần nầy sẽ kết nối đến mạng lưới của các nhà cung cấp dịch vụ và thường được chính các nhà cung cấp dịch vụ cung cấp và triển khai. · Hệ thống cáp trục chính: Bao gồm cáp feeder 7/8” hoặc có thể kết hợp với cáp quang, các bộ kết nối quang, bộ chia cân bằng spliter hoặc không cân bằng coupler... Hệ thốngnày cung cấp các tuyến cáp chính trong toà nhà và liên kết các tầng với nhau · Hệ thống cáp phân tán ngang: Bao gồm cáp Feeder ½”, adapter, cáp nhảy, bộ chia công suất, đầu nối connector,... hệ thống này mở rộng hệ thống cáp trục chính nói trên ra các khu vực lắp đặt anten. Hình 4.8 Làm đầu connector và đấu nối vào coupler Báo cáo thực tập tốt nghiệp Trang 45 Chương 4: Xây dựng hệ thống IBS cho tòa nhà · Hệ thống anten phân tán: bao gồm các anten, các bộ giá lắp,... hệ thống này hoàn thiện nốt nhiệm vụ của toàn bộ các hệ thống trên bằng vai trò thu phát song, làm việc trực tiếp với các đầu cuối sử dụng dịch vụ. Hình 4.9 Nhân viên đang đấu nối đầu connector cáp feeder 1/2 vào anten omni 4.5 Lắp đặt phòng BTS room Phòng BTS thường được đặt ở tầng hầm hay tầng thượng của tòa nhà. Sau có được nguồn tín hiệu bằng phương pháp truyền dẫn vô tuyến hay hữu tuyến thì dẩn xuống phòng BTS bằng cáp đồng hay cáp quang. Báo cáo thực tập tốt nghiệp Trang 46 Chương 4: Xây dựng hệ thống IBS cho tòa nhà Hình 4.10 Truyền dẫn vô tuyến từ BTS gần nhất của nhà mạng đến phòng BTS Tùy vào số lượng người dùng cần được phủ sóng với kết cấu tòa nhà mà người thiết kế có thể sử dụng các thiết bị phụ trợ: RF repeater, Wideband in line Boosters, Fibre Optic Repeater, Combiner.. Hình 4.11 Lựa chọn thiết bị tùy theo từng môi trường Báo cáo thực tập tốt nghiệp Trang 47 Chương 4: Xây dựng hệ thống IBS cho tòa nhà Để kết hợp tín hiệu của nhiều nhà mạng khác nhau, có thề dùng thiết bị combiner để kết hợp sóng lại với nhau. Hiện nay tại Việt Nam có thêm mạng 3G thì phải dùng thiết bị đa năng hơn, điển hình là Multiband Inbuilding Solution – Point Of Interconnects Hình 4.12 Thiết bị POI của hãng Comba 4.6 Kiểm tra chất lượng của hệ thống IBS 4.6.1 Kiểm tra dây cáp Hệ thống DAS sau khi được lắp đặt bên trên tường thì khó có thể biết được chất lượng của cáp. Trong nhiều trường hợp sóng yếu hay không có sóng thì nguyên nhân chủ yếu là đo cáp gãy hay đầu connector làm không đúng kỹ thuật hoặc anten bị hử hỏng. Để biết được nguyên nhân do đâu thì, người kỹ sư có thể dùng máy đo hệ số sóng đứng (VSWR) để kiểm tra. Mỗi anten đều có thông số về hê số sóng đứng tùy theo từng băng tần Ví dụ: Anten Omni thường có hệ số sóng đứng khoảng <1.5, nhưng theo tiêu chuẩn yêu cầu là <1.3, với <1.2 là tốt Báo cáo thực tập tốt nghiệp Trang 48 Chương 4: Xây dựng hệ thống IBS cho tòa nhà Hình 4.13 Anten Omni với sơ đồ bức xạ theo chiều ngang và dọc Báo cáo thực tập tốt nghiệp Trang 49 Chương 4: Xây dựng hệ thống IBS cho tòa nhà Hình 4.14 (a) Kết quả đo VSWR với dây cáp tốt Hình 4.14 (b) Kết quả đo VSWR với dây cáp có đầu connector không đạt chuẩn Báo cáo thực tập tốt nghiệp Trang 50 Chương 4: Xây dựng hệ thống IBS cho tòa nhà 4.6.2 Kiểm tra chất lượng sóng RxLev RxQual Nhận xét: · RxLev: thông số chi biết công suất thu của MS. Tiêu chuẩn đạt yêu cầu đối với các nhà mạng là: >-75 dBm. Trên hình hầu hết các điểm khảo sát là vào khoảng từ -70 đến -10. · RxQual: thông số đánh giá chất lượng của mạng di động. Theo tiêu chuẩn thì thông số này nằm ở giá trị < 4. Hình cho thấy mạn tại các điểm khảo sát có chất lượng rất tốt