Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo đồ án tốt nghiệp chuyên ngành viễn thông quy hoạch mạng W-CDMA và ứng dụng quy hoạch mạng W-CDMA cho TP đà nẵng
Chương 3: Quy hoạch mạng WCDMA CHƯƠNG QUY HOẠCH MẠNG WCDMA Việc quy hoạch mạng WCDMA giống quy hoạch mạng 2G chia thành pha: • Khởi tạo quy hoạch (định cỡ) • Quy hoạch chi tiết mạng • Vận hành tối ưu hóa mạng Các hệ thống di động trước sử dụng đường lên đường xuống đối xứng hệ thống di động 3G, đường lên đường xuống bất đối xứng Do vậy, hai đường thiết lập giới hạn dung lượng vùng phủ sóng Việc tính tốn quỹ đường truyền phân tích nhiễu khơng phụ thuộc vào loại cơng nghệ sử dụng Trong trường hợp sử dụng công nghệ WCDMA, phân tích nhiễu sử dụng việc tính tốn độ nhạy tải Để sử dụng hết khả WCDMA cần hiểu rõ giao diện vơ tuyến hệ thống Mục đích pha định cỡ để ước lượng số lượng trạm cần sử dụng, cấu hình trạm số lượng phần tử mạng để dự báo giá thành đầu tư cho mạng Pha quy hoạch chi tiết vùng phủ dung lượng thực với trợ giúp công cụ quy hoạch mạng vô tuyến tĩnh Việc quy hoạch chi tiết có tính đến vị trí thực trạm, điều kiện truyền sóng dựa đồ số phân bố thực người sử dụng dựa dự đoán lưu lượng Sau quy hoạch chi tiết, ta phân tích vùng phủ, lưu lượng mạng KHỞI TẠO Cấu hình mạng định cỡ Các yêu cầu chiến lược vùng phủ , chất lượng dung lượng cho loại QUY HOẠCH VÀ XÂY DỰNG MẠNG Quy hoạch Các yêu cầu dung Quy hoạch vùng phủ lượng tham số lựa chọn vị trí trạm Phân bố lưu lượng Đặc trưng Phân bố dịch vụ vùng /cell Mức nghẽn cho phép Số liệu đo Các đặc tính hệ đặc tính thống hàng đợi Chiến lược truyền dẫn chuyển giao Phân tích nhiễu bên ngồi Tối ưu hóa vùng phủ vị trí trạm Nhận thực Thích ứng Báo cáo số liệu đo Phân tích hiệu thống kê Tải tối đa RRM khác Hình 3.1 Các bước thực quy hoạch mạng O & M: Operations and Maintenance: Vận hành bảo dưỡng 38 O&M Tối ưu hóa mạng Chất lượng Hiệu Tính sẵn Chương 3: Quy hoạch mạng WCDMA 3.1 Khởi tạo quy hoạch (định cỡ mạng): Đây pha khởi tạo trình quy hoạch mạng, liên quan đến việc đánh giá phần tử mạng dung lượng phần tử Định cỡ thực cho mạng truy cập vơ tuyến lẫn mạng lõi Mục đích pha định cỡ đưa dự tính mật độ đài trạm, trạm gốc, cấu hình phần tử gốc phần tử mạng khác sở yêu cầu nhà khai thác cho vùng mong muốn để dự báo chi phí dự án đầu tư liên quan Định cỡ phải thực yêu cầu vùng phủ, dung lượng chất lượng phục vụ Việc quy hoạch dung lượng vùng phủ phải xem xét đồng thời dung lượng vùng phủ có quan hệ chặt chẽ với Khi mạng vào hoạt động, tính tốn hiệu mạng phép đo kết đo sử dụng để hiển thị tối ưu hóa hiệu mạng Phần trình bày số bước q trình định cỡ mạng truy cập vơ tuyến WCDMA: Sơ đồ khối q trình định cỡ mạng Phân tích quỹ lượng đường truyền vơ tuyến Xác định bán kính diện tích cell Quy hoạch dung lượng vùng phủ - lặp tối ưu 3.1.1 Sơ đồ khối trình định cỡ mạng: Đầu * Yêu cầu dung lượng: Phổ khả dụng Dự báo tăng trưởng thuê bao Thông tin mật độ lưu lượng * Ước tính yêu cầu thiết bị đáp ứng yêu cầu mạng * Các hoạt động định cỡ mạng Tính quỹ đường truyền vơ tuyến * u cầu vùng phủ sóng: Thơng tin Đầu vào loại vùng phủ Điều kiện truyền sóng Diện tích vùng phủ * u cầu chất lượng: Hỗn hợp dịch vụ Lớp MS Phủ nhà Xác suất phủ Xác suất tắc nghẽn Độ trễ chấp nhận Tính diện tích cell Tính dung lượng Tính thiết bị BTS Tính dung lượng giao diện truyền dẫn Iub, Iu, Iur Số phần tử RNC yêu cầu lưu lượng RNC Hình 3.2 Các tham số đầu vào đầu trình định cỡ mạng WCDMA 39 Chương 3: Quy hoạch mạng WCDMA Môi trường đa dịch vụ yêu cầu dung lượng không đối xứng đường lên đường xuống địi hỏi q trình định cỡ mạng WCDMA phức tạp so với trình định cỡ mạng GSM Sự khác tính tốn quỹ đường truyền phân tích phủ sóng phải thực cho dịch vụ Hơn nữa, dung lượng yêu cầu ảnh hưởng đến dự trữ nhiễu tính tốn quỹ đường truyền Do dung lượng vùng phủ phải xem xét đồng thời pha ban đầu trình định cỡ mạng.Đầu vào đầu q trình định cỡ mạng mơ tả hình 3.2 Phương pháp định cỡ mạng RAN WCDMA dựa q trình phân tích mối liên hệ dung lượng vùng phủ Trước tiên, cần tính quỹ lượng đường truyền RLB để ước lượng bán kính tối đa cell RLB bao gồm tham số như: tăng ích anten, suy hao cáp, độ lợi phân tập, dự trữ fading, dự trữ nhiễu Đầu phép tính RLB suy hao đường truyền tối đa cho phép, giá trị sử dụng để xác định bán kính tối đa cell định số site yêu cầu Các tham số thiết bị: Đặc điểm kết nối vơ tuyến: • Lớp cơng suất MS • Tốc độ liệu Tính tốn quỹ đường truyền • Độ nhạy MS / BS • Eb/No trung bình Suy hao đường tối đa cho phép • Độ lợi anten… • Độ lợi chuyển giao Dự trữ nhiễu theo dB Đặc điểm truyền dẫn: • Độ cao anten Tính bán kính cell Khởi tạo • Đặc điểm suy hao vùng Bán kính cell tối đa giá trị lưu • Hệ số tương quan vùng loại vùng lượng • Dự trữ fading chuẩn log cell (giả Tính hệ thiết tối Đặc điểm dịch vụ: số tải đa) • Tỷ lệ nghẽn Lưu lượng Ước tính dung lượng • Tỷ lệ dung lượng (gói) tối tối đa Số side/tổng lưu lượng hỗ trợ đa trung bình cell loại vùng Nếu dung lượng thấp Nếu thỏa mãn yêu cầu nhà khai thác Yêu cầu thiết bị Số lượng thiết bị BS / truyền dẫn / RNC Hình 3.3 Lược đồ trình định cỡ mạng vơ tuyến WCDMA 3.1.2 Phân tích quỹ lượng đường truyền vô tuyến: Để xác định vùng phủ cực đại cell nhà thiết kế phải tính tốn tổn hao đường truyền cực đại cho phép đảm bảo cường độ tín hiệu phù hợp biên giới cell cho chất lượng tiếng chấp thuận 90% vùng phủ Tổn hao đường truyền cho phép hiệu số công suất phát xạ hiệu dụng máy phát cường độ tín hiệu tối thiểu cần 40 Chương 3: Quy hoạch mạng WCDMA thiết máy thu cho chất lượng tiếng chấp thuận Các thành phần xác định tổn hao đường truyền gọi quỹ lượng đường truyền (RLB: Radio link budgets) Quá trình phân tích quỹ lượng đường truyền bao gồm tính quỹ lượng đường truyền lên quỹ lượng đường truyền xuống Nếu xét sóng mang, đường lên nhiễu đa truy cập MAI (Multipe acess Interference : nhiễu đa truy cập) gây thuê bao nội cell cell kề cận, đường xuống MAI gây trạm gốc kề cận trạm gốc khảo sát Việc tính tốn quỹ đường truyền sử dụng để xác định bán kính cực đại cell Một số tham số sử dụng riêng cho WCDMA (so với GSM) bao gồm: dự trữ suy hao nhiễu, dự trữ fading nhanh, độ tăng công suất truyền dẫn độ lợi chuyển giao mềm 3.1.2.1 Quỹ lượng đường lên: N BTS BTS Hình 3.4 Các thành phần nhiễu trạm gốc Dự trữ suy hao can nhiễu tỉ lệ với lượng tải cell Nếu lượng tải cell hệ thống lớn lượng dự trữ can nhiễu yêu cầu lớn vùng phủ sóng cell nhỏ Việc tính tốn đường lên chủ yếu để xác định công suất phát MS yêu cầu, từ xác định hệ số tải độ dự trữ nhiễu đường lên Mơ hình phân bố nhiễu trạm gốc đường lên mô tả tổng qt hình 3.4 Ta xét trạm vơ hướng phương ngang phục vụ tập MS cho trước Ta chia MS thành hai nhóm: MS đả bật nguồn lại chia thành nhóm con: - Tích cực phát(Các MS chế độ thoại) - Tích cực khơng phát (Các MS không chế độ thoại) - Rỗi phát( Các MS không chế độ truy nhập) - Rỗi không phát ( Các MS không chế độ truy nhập) Ta coi nhiễu trạm chế độ truy nhập thường nhỏ không đáng lo ngại, xét nguồn giảm chất lượng dung lượng hệ thống đó.Ta quan tâm phân tích MS tích cực Coi có M MS phát 41 Chương 3: Quy hoạch mạng WCDMA thời điểm trước cell Ở mơi trường CDMA, MS có (M-1) nguồn nhiễu đồng kênh.Tại vị trí cell, cơng suất trung binh nhận từ MS thứ i S ri Ta có: Eb= S ri R (3.1) R : tốc độ MS thứ i Công suất nhiễu cell trống N= N B, B bề rộng băng tần B I0= M −1 ∑v i =1 f S ri (3.2) v f hệ số tích cực thoại Ở (3.2) coi cơng suất điều khiển đường lên tất tín hiệu phát từ MS đến BS với công suất nhau: S ri =S r Từ (3.4) suy : M −1 I t = I + N = ∑ v f S ri + N B i =1 ( M − 1).v f S r It = B + N0 (3.4) (3.5) Tỷ số tín hiệu nhiễu: Sr Sr Eb B = =Gp N B + ( M − 1).v f S r I t R N B + ( M − 1).v f S r B Trong G p = : độ lợi xử lý R Ta xác định cường độ tín hiệu S r sau: S r =P m + G m +G b +G dv +G sho -L p -M fade -L b -L pent -L c G m = Hệ số khuếch đại anten MS (dB) G b = Hệ số khuếch đại anten thu BS (dB) G dv = Độ lợi phân tập anten BS(dB) L b = Tổn hao thể (dB) G sho = Độ lợi chuyển giao mềm L c = Tổn hao cáp nối (dB) L p = Tổn hao đường truyền (dB) L pent = Tổn hao truy nhập xe nhà (dB) M fade = Dự trữ che tối chuẩn log(dB) P m = Công suất phát MS (dB) Từ (3.6) ta có : N B M = 1+G p ( E / I ).v S r v f b t f Sr = − R ( Eb / I t ).N ( M − 1).v f ( E b / I t ) B 42 (3.6) (3.7) (3.8) (3.9) Chương 3: Quy hoạch mạng WCDMA Nếu ta tính thêm hệ số nhiễu từ cell lân cận: Sr Eb =Gp , f hệ số nhiễu từ cell khác N B + ( M − 1).v f S r (1 + f ) It Nếu điều khiển cơng suất khơng hồn hảo ta : Sr Eb p S =G (3.10) It N B + ( M − 1).v f r S r (1 + f ) λ λ hệ số điều khiển ơng suất khơng hồn hảo có giá trị nhỏ Đối với đường lên, ảnh hưởng thừa số tải η lên quỹ đường truyền dự trữ nhiễu L(dB) xác định biểu thức : (3.11) −η Vì dự trữ nhiễu tăng với η nên vùng phủ sóng cell giảm với L =10.lg tăng thừa số tải Khi tính tốn quỹ lượng đường truyền cần xét đến tải lưu lượng không đối xứng.CDMA giảm dung lượng đường lên để vùng phủ Điều cần thiết cơng suất phát MS hạn chế tầm phủ cực đại cell 3.1.2.2 Quỹ lượng đường xuống: BTS Máy di động thứ i BTS Hình 3.5 Các thành phần nhiễu th bao di động Mơ hình phân bố nhiễu th bao di động đường xuống mơ tả hình 3.5 Một nét quan trọng hệ thống CDMA đóng góp cho việc tăng dung lượng đường lên nhờ chuyển giao mềm Ở mạng CDMA, MS nhiều cell phục vụ đồng thời.Tuy nhiên tính làm nặng them tải cho đường xuống Vì cell phải cung cấp dịch vụ cho MS, nên phải bổ sung tài nguyên cho đường xuống Hiệu đường xuống khác với đường lên vì: - Truy nhập đến nhiều thay nhiều đến - Đồng tách sóng quán giảm nhẹ nhờ sử dụng kênh hoa tiêu chung - Nhiễu nhận từ nguồn lớn tập chung( cell) từ nguồn nhỏ phân bố( máy di động) 43 Chương 3: Quy hoạch mạng WCDMA Để đạt dung lượng cực đại cho đường xuống, cần điểu khiển công suất cell cho cơng suất ấn định cho MS theo nhu cầu Cung cấp cơng suất nhiều cho MS bị nhiễu cao cell lân cận Các MS vùng biên chuyển giao mềm, lúc chúng nhận công suất từ hai hay nhiều cell Điều khiển công suất đường xuống thực cách đo công suất thu từ cell phục vụ tổng công suất thu Thông tin hai giá trị phát đến cell phục vụ Đối với đường xuống, hệ số chất lượng định nghĩa cho kênh khác Hệ số chất lượng hiệu số (E b / I t ) r thu (E b / I t ) sp quy định Độ trữ an toàn đường truyền cho kênh đường xuống định nghĩa sau: M ht =(E c / I t ) r - (E c / I t ) sp >0 M ll =(E b / I t ) r -(E b / I t ) sp >0 (3.12) (3.13) M db =(E b / I t ) r -(E b / I t ) sp >0 (3.14) M tg =(E b / I t ) r -(E b / I t ) sp >0 (3.15) Trong ht, ll, db, tg ký hiệu cho: hoa tiêu, lưu lượng, đồng bộ, tìm gọi r, sp ký hiệu cho thu quy định Vì kênh hoa tiêu khơng mang thơng tin nên (E c / I t ) kênh hoa tiêu thay cho (E b / I t ) E c lượng chip, tốc độ chip 1.2288Mchip/s Quỹ đường truyền xuống sử dụng để khẳng định đại lượng phương trình dương đủ độ dự trữ cho đường xuống để đảm bảo hoạt động hiệu Để cân đường truyền hồn hảo, tất thơng số độ dự trữ phải 0, M ht , M ll Các giá trị đề suất cho thông quy định (E c / I t ), (E b / I t ) sau: -Kênh hoa tiêu: (E c / I t ) sp = -15dB -Kênh lưu lượng: (E b / I t ) sp = 7dB -Kênh đồng bộ: (E b / I t ) sp =7 dB -Kênh tìm gọi: (E b / I t ) sp =7 dB Ta sử dụng thủ tục sau để xác định độ dự trữ an toàn P tong =10log(10 0.1P +10 10 P +10 10 P +10 10 P ) (3.16) Trong P tong = tổng công suất phát xạ hiệu dụng trạm cell (ERP)(dBm) P db = ERP kênh đồng bộ(dBm) P ht = ERP kênh hoa tiêu(dBm) ll ht db 44 tg Chương 3: Quy hoạch mạng WCDMA P ll = ERP kênh lưu lượng (dBm) P tg = ERP kênh tìm gọi (dBm) P(ll/người sử dụng)=P ll -10lg α ch -10lgM tong (dBm) P(ll/người sử dụng)= ERP kênh lưu lượng (dBm) α ch hệ số tích cực kênh M tong =M(1+η co ) với η co phần trăm bổ sung kênh lưu lượng cho chuyển giao Công suất thu MS tổng kênh từ trạm cell là: P r ,tong = P tong - L tong (3.17) P r ,ht = P ht - L tong (3.18) P r ,(ll ) / nguoisudung =P (ll ) / nguoisudung -L tong (3.19) P r ,db = P db - L tong (3.20) Trong L tong = -G m + L c +L b +L pent +M fade +L p -G p L p = Tổn hao truyền sóng trung bình trạm cell MS (dB) L pent = Tổn hao thâm nhập (dB) L b = Tổn hao thể/ định hướng (dB) M fade = Tổn hao phi trạm cell (dB) G m = hệ số khuếch đại anten MS (dB) G b = hệ số khuếch đại anten trạm cell (dB) Mật độ phổ công suất nhiễu cell người sử dụng khác cell gây xác định sau: I o−ch = 10lg(10 0.1P -10 0.1P )-10lgB (dBm/Hz) (3.21) Trong ch hoa tiêu, tìm gọi hay lưu lượng/người sử dụng B độ rơng băng tần Mật độ phổ cơng suất nhiễu ngồi cell gây người sử dụng từ cell khác xác định sau I oc−ch = I o−ch + 10lg(1/f r -1) (dBm/Hz), f r thừa số tái sử dụng (3.22) Tổng mật độ phổ công suất nhiễu là: I och =10lg(10 0.1I +10 0.1I ) (dBm/Hz) (3.23) Mật độ phổ công suất tạp âm nhiệt là: N =10lg(290 × 1.38 × 10 −23 ) + N f +30 (dBm/Hz) (3.24) N f hệ số tạp âm MS Năng lượng bit cho kênh là: E bch = P r ,ch -10lgR ch , R ch tốc độ số liệu kênh (3.25) r , tong oo − ch r , ch oc − ch 45 Chương 3: Quy hoạch mạng WCDMA Ta có Ebch = P r ,ch -10lgR ch -10lg(10 0.1N +10 0.1I och ) (dB) N + I och (3.26) Từ phương trình (3.26) ta tính : Ec It Eb It Eb It Eb It r ,ch =P r ,ch -10lgB-10lg(10 0.1N +10 0.1I ) r ,tg =P r ,tg -10lgR tg -10lg(10 0.1N +10 0.1I ) r , db =P r ,db -10lgR db -10lg(10 0.1N +10 0.1I ) (3.29) =P r ,ll -10lgR ll -10lg(10 0.1N +10 0.1I ) (3.30) r ,ll (3.27) oht 0 (3.28) otg odb oll 3.1.2.3 Độ nhạy máy thu: Khi tính tốn quỹ đường truyền, ta tính đến mức nhiễu máy thu BS sóng mang WCDMA Tỉ số tín hiệu nhiễu (SNR) yêu cầu máy thu bao gồm: tăng ích xử lý tổn hao tải Cơng suất tín hiệu u cầu (S) phụ thuộc vào SNR yêu cầu, hệ số nhiễu máy thu băng tần: S = SNR.N0.B đó: SNR = ρ (3.31) R B(1 - η ) N0.B: nhiễu nền; B: tốc độ chip; η: hệ số tải cell ρ: Mức Eb/N0 yêu cầu 3.1.2.4 Độ lợi chuyển giao mềm giới hạn hiệu ứng che tối: Khi tính tốn quỹ đường truyền, ta có tổn hao đẳng hướng cực đại cho phép lấy giá trị trừ độ dự trữ fading chậm (liên quan đến xác suất phủ) Khi ước lượng xác suất phủ, phải thiết lập mơ hình truyền sóng độ lệch fading loga Đối với trường hợp nhà, giá trị tổn hao nhà điển hình khoảng 15÷20dB độ lệch tính tốn dự trữ fading loga 10 ÷12dB Đối với trường hợp ngồi trời, giá trị độ lệch điển hình khoảng 6÷8dB hệ số truyền dẫn thơng thường từ 2,5÷4 Xác suất yêu cầu 90÷95%, xác suất tương ứng với độ dự trữ fading từ 7÷8dB Đối với trường hợp cell, ta có xác suất vùng phủ sau: Fu = [1 − erf(a) + exp − 2ab (1 − erf − ab b b 46 ) ] (3.32) Chương 3: Quy hoạch mạng WCDMA đó: a = x −P r σ ; b= 10.n σ lge Pr: mức tín hiệu thu rìa cell n: hệ số truyền dẫn x0: ngưỡng tín hiệu trung bình σ: độ lệch cường độ trường; erf: hàm số lỗi Trong mạng di động WCDMA, vùng phủ cell chồng lấn lên thuê bao kết nối đến nhiều cell ngồi cell phục vụ cho thuê bao Trong thực tế tín hiệu từ hai trạm gốc khác khơng hồn toàn tương quan, độ lợi chuyển giao mềm thấp so với tính tốn 3.1.3 Xác định bán kính vùng phủ sóng cell: Trước tiên, dựa vào tham số RLB để xác định suy hao đường truyền tối đa cho phép Khi đó, dễ dàng tính bán kính cell biết mơ hình truyền sóng áp dụng với mơi trường khảo sát Ví dụ quỹ đường truyền đường lên cho dịch vụ liệu thời gian thực 144 kbit/s (3km/h) Công suất phát Tx cực đại [W] 0,25 Eb/N’0 yêu cầu [dB] 1,5 Tăng ích anten phát [dBi] 2,0 Độ nhạy máy thu [dBm] -113,0 Suy hao thể MS đường lên [dB] 0,0 Tăng ích anten RX [dB] 18,0 26,0 Suy hao cáp BS [dB] 2,0 EIRP phát kênh [dBm] Mật độ phổ tạp âm nhiệt [dBm/Hz] -174,0 Xác suất phủ [%] Hệ số tạp âm máy thu trạm gốc [dB] 5,0 Dự trữ fading nhanh [dB] 80% 4,0 Mật độ phổ tạp âm máy thu [dBm/Hz] -169,0 Hằng số fading chuẩn log [dB] 12,0 Công suất tạp âm máy thu [dBm] -103,2 Hệ số mũ mô hình truyền sóng 3,52 3,0 Tổn hao đường truyền cực đại 151,0 Dự trữ nhiễu Công suất nhiễu máy thu [dB] -103,2 Dự trữ fading chuẩn log [dB] Tổng tạp âm hiệu dụng cộng nhiễu [dBm] -100,2 Độ lợi xử lý [dB] Độ lợi chuyển giao mềm [dB], đa cell 14,3 Tổn hao nhà [dB] Tổn hao đường truyền cho phép vùng phủ cell [dB] 4,2 2,0 15,0 139,9 Bảng 3.1 Ví dụ tính tốn lượng truyền sóng đường lên Từ quỹ đường truyền (xem bảng 3.7), bán kính cell tính tốn cho mơ hình truyền dẫn cho trước, ví dụ mơ hình Hata-Okumura mơ hình UMTS dành cho kênh người kênh phương tiện Mơ hình truyền sóng mơ tả truyền dẫn tín hiệu trung bình mơi trường tính suy hao đường truyền cực đại cho phép theo dB thành bán kính cell cực đại theo km Ví dụ cho mơ hình Hata- 47 Chương 3: Quy hoạch mạng WCDMA Okumura, cho cell macro thành thị với độ cao anten trạm di động 1,5m tần số sóng mang f = 2GHz L = 158,235 - 13,82.lghBS + [44,9 - 6,55lghBS].lgr (3.33) Trong đó, L suy hao đường truyền cực đại (dB), hBS độ cao anten trạm gốc, r bán kính cell (km) Sau tính kích thước cell, dễ dàng tính diện tích vùng phủ với ý diện tích vùng phủ phụ thuộc vào cấu hình phân đoạn trạm gốc Diện tích vùng phủ cell có cấu trúc lục giác tính sau: S = K.r2 (3.34) Trong đó: S diện tích vùng phủ, r bán kính cực đại cell, K số Bảng 3.8 liệt kê số giá trị K Cấu hình trạm Omni 2-sector 3-sector 6-sector K 2,6 1,3 1,95 2,6 Bảng 3.2 Các giá trị K sử dụng cho tính tốn vùng phủ sóng 3.1.4 Quy hoạch dung lượng vùng phủ - lặp tối ưu: Khi xác định vùng phủ cell, ta xác định lưu lượng phục vụ cell (dựa tham số mật độ thuê bao dịch vụ vùng) Công cụ quy hoạch hỗ trợ việc tối ưu cấu hình vùng phủ, chọn anten, hướng anten vị trí đặt đài trạm để đáp ứng chất lượng dịch vụ, dung lượng yêu cầu dịch vụ với giá thành thấp Tuy nhiên, việc tính toán RLB hệ thống RAN WCDMA phức tạp so với hệ thống dựa TDMA Đó việc phân tích kết hợp vùng phủ sóng dung lượng bước khởi tạo trình định cỡ Do đó, nhà khai thác cần phải biết xác phân bố khả tăng trưởng thuê bao, chúng ảnh hưởng trực tiếp tới vùng phủ Số lượng sóng mang, số lượng sector, tải, số người sử dụng, tất chúng ảnh hưởng tới kết cuối Việc nắm rõ thông tin dung lượng cịn có tác dụng đảm bảo tiết kiệm chi phí đầu tư phần cứng q trình quy hoạch triển khai mạng lưới WCDMA Để tính tốn dung lượng, ta sử dụng số định nghĩa sau : - Đơn vị lưu lượng Erlang: Một đơn vị lưu lượng Erlang mạch thông tin hoạt động - Cấp phục vụ (G0S): Đại lượng biểu thị số % gọi không thành công hệ thống tiêu hao hệ thống đợi G0S số % thuê bao thực gọi trở lại - Hệ thống thông tin hoạt động theo kiểu tiêu hao: Giả thiết hệ thống mà thuê bao không gọi lại gọi không thành công 48 Chương 3: Quy hoạch mạng WCDMA - Hệ thống thông tin hoạt động theo kiểu đợi: Giả thiết hệ thống mà thuê bao kiên trì gọi lại thành cơng Lưu lượng th bao A tính theo cơng thức sau: A= nT 3600 (3.35) Trong : A : lưu lượng thuê bao n : số trung bình gọi T : thời gian trung bình gọi (s) Lưu lượng Erlang cần cho thuê bao tính sau : ECCH = mt u 3600 (3.36) Trong : m : Số lần thuê bao sử dụng kênh điều khiển tu : Thời gian sử dụng trung bình thuê bao kênh điều khiển Ứng với số kênh điều khiển NCCH, tra bảng ta có tổng dung lượng Erlang cần thiết Etot Tổng số thuê bao phục vụ tính sau : S total = Etot E CCH (3.37) Để phục vụ Stotal thuê bao, ta tính tổng lưu lượng Erlang cần thiết theo công thức : C Erl = S total A (3.38) Từ giá trị CErl tra bảng ta tính tổng số kênh cần thiết Với đặc thù tính mẻ hệ thống WCDMA, để xây dựng toán tối ưu trình định cỡ khó phụ thuộc nhiều tham số khác nhau, thông tin dự báo nhu cầu dung lượng mang tính tương đối Do vậy, xem xét toán gần tối ưu trình lặp Ở bước lặp, khởi tạo, hệ số tải giả thiết tối đa 75% (giá trị tối đa thực tế), sau giảm dần để cân với hệ số tải thực tế Khi hệ số tải đạt khoảng (20-30)% giá trị tốt 3.1.5 Định cỡ RNC(Radio network Control) Hầu hết mạng di động lớn, điều khiển mạng vơ tuyến RNC khơng có khả xử lý lưu lượng tồn mạng Vì vậy, mạng chia thành khu vực, khu vực đặt quản lý RNC Mục tiêu việc 49 Chương 3: Quy hoạch mạng WCDMA định cỡ RNC xác định số RNC cần để xử lý lưu lượng định Có số nhân tố ảnh hưởng đến dung lượng RNC sau: • Số lượng cell cực đại (một cell xác định tần số mã ngẫu nhiên hóa) • Số lượng BTS cực đại RNC • Lưu lượng cực đại giao diện Iub • Số lượng loại giao diện (ví dụ: STM-1, E1) Ví dụ dung lượng RNC với cấu hình khác nhau: Cấu hình Lưu lượng Iub (Mbps) Số BTS 48 128 85 Số cell Các giao diện khác STM-1 E1 384 4*4 6*16 192 576 4*4 8*16 122 256 768 4*4 10*16 159 256 960 4*4 12*16 196 384 1152 4*4 14*16 Bảng 3.3 Ví dụ dung lượng RNC Số lượng RNC cần thiết để kết nối đến số cell định tính theo cơng thức sau: numRNCs = đó: numCells cellsRNC fillrate_1 (3.39) numCells: số lượng cell vùng thực việc định cỡ cellsRNC: số lượng cell cực đại mà RNC có khả hỗ trợ fillrate_1: hệ số sử dụng để dự phòng cho dung lượng cực đại Số lượng RNC cần thiết để kết nối đến số BTS định tính theo cơng thức sau: numRNCs = đó: numBTSs btsRNC fillrate_2 numBTSs: số BTS khu vực cần định cỡ btsRNC: số BTS cực đại kết nối đến RNC fillrate_2: hệ số sử dụng để dự phòng cho dung lượng cực đại Dựa dung lượng dự tính, có nhiều phương pháp định cỡ RNC sau: 50 (3.40) Chương 3: Quy hoạch mạng WCDMA • Lưu lượng hỗ trợ (giới hạn định cỡ RNC): thể dung lượng thiết bị quy hoạch mạng, thông thường quy hoạch cho lớn dung lượng yêu cầu • Lưu lượng yêu cầu (giới hạn định cỡ RNC): giá trị lưu lượng trung bình thực tế tồn mạng • Giao diện truyền dẫn Iub: định cỡ RNC để phục vụ N trạm, tổng dung lượng giao diện truyền dẫn Iub phải lớn N lần dung lượng trạm 3.2 Quy hoạch chi tiết: Việc quy hoạch chi tiết thực sử dụng phần mềm quy hoạch mạng Ở đây, ta phân tích phần mềm mơ tĩnh, thực tế thuê bao không di động nhiên thuê bao có tốc độ khác Chương trình mơ gồm có phần bản: Phần khởi tạo, phân tích tổng hợp đường lên đường xuống, phần hậu xử lý Pha khởi tạo Khởi tạo toàn Khởi tạo vòng lặp Vòng lặp kết hợp UL/DL Bước lặp UL Bước lặp DL Hậu xử lý Pha hậu xử lý Hiển thị đồ họa Phân tích vùng phủ Kết thúc Hình 3.7 Tổng quan mơ tĩnh 3.2.1 Pha khởi tạo: 3.2.1.1 Phân tích suy hao đường truyền mơ hình truyền dẫn: Mơ hình truyền sóng Suy hao tuyến LOS NLOS Độ cao hiệu dụng anten 51 Tham số điều chỉnh Địa hình Hình thái học Hình 3.8 Các thành phần mơ hình truyền sóng Hướng phố Chương 3: Quy hoạch mạng WCDMA Trong q trình quy hoạch mạng, mơ hình truyền dẫn sử dụng để tính cường độ trường tín hiệu máy phát vùng tính tốn Trong cell vĩ mô, giả thiết máy phát đỉnh mái nhà máy thu mặt đất Sự truyền lan sóng vơ tuyến từ phát đến thu tính tốn khơng đơn giản nhiều trở ngại cấu trúc kênh phức tạp Trong cell vi mơ, việc tính tốn đơn giản thường có đường tín hiệu mạnh Trong quy hoạch cell vĩ mô, môi trường truyền dẫn phức tạp khoảng cách từ máy phát đến máy thu lớn đường truyền sóng khó xác định Trong điều kiện sử dụng mơ hình thực nghiệm bán thực nghiệm có hiệu Những mơ hình sử dụng tham số tự hệ số điều chỉnh khác điều chỉnh số liệu đo Các mơ hình thực nghiệm sử dụng có hiệu điều kiện mơi trường gần máy phát ảnh hưởng đến truyền sóng 3.2.1.2 Các mơ hình truyền dẫn bản: Phần giới thiệu mơ hình truyền dẫn sử dụng rộng rãi, mơ hình Hata-Okumura Walfisch-Ikegami Những mơ hình thực nghiệm phương tiện cho việc tính tốn suy hao truyền dẫn 3.2.1.2.1 Mơ hình Hata-Okumura: Mơ hình Hata-Okumura quan hệ thực nghiệm rút từ báo cáo kỹ thuật Okumura cho phép sử dụng kết vào công cụ tính tốn Báo cáo Okumura bao gồm chuỗi lưu đồ sử dụng để lập mơ hình thông tin vô tuyến Dựa đo lường thực Y.Okumura Tokyo tần số 1920 MHz, đo lường vừa khớp với mơ hình tốn học M.Hata Trong mơ hình này, ban đầu suy hao đường truyền tính cách tính hệ số điều chỉnh Anten cho vùng đô thị hàm khoảng cách trạm gốc, trạm di động tần số Hệ số đưa vào suy hao không gian tự Kết điều chỉnh hệ số cho độ cao anten trạm gốc trạm di động Ngoài ra, hệ số điều chỉnh cấp cho hướng phố, vùng ngoại ô, vùng mở địa hình khơng Các biểu thức tốn học sử dụng mơ hình Hata-Okumura để xác định tổn hao trung bình L: Lp= 69,55 + 26,16lgfc – 13,82lghb – a(hm) + (44,9 – 6,55lghb)lgr đó: fc: tần số hoạt động (MHz); Lp: tổn hao trung bình 52 dB (3.41) Chương 3: Quy hoạch mạng WCDMA hb: độ cao anten trạm gốc (m); hm: độ cao anten trạm di động (m) r : bán kính cell (khoảng cách từ trạm gốc) (km) a(hm): hệ số hiệu chỉnh cho độ cao anten di động (dB) Dải thông số sử dụng cho mô hình Hata là: 150 ≤ fc ≤ 1500 MHz; 30 ≤ hb ≤ 200 m; ≤ hm ≤ 10 m; ≤ r ≤ 20 km a(hm) tính sau: Đối với thành phố nhỏ trung bình: a(hm) = (1,11lgfc -0,7)hm – (1,56lgfc – 0,8)dB (3.42) Đối với thành phố lớn: a(hm) = 8.29(lg1,54hm)2 – 1,1 dB fc ≥ 200 MHz hay: (3.43) a(hm) = 3,2(lg11,75hm) – 4,97 dB fc ≥ 400 MHz Như bán kính cell tính : lg r = [L p − 69,55 − 26,16 lg f c + 13,82 lg hb + a( hm ) (3.44) ] (3.45) 44,9 − 6,55 lg hb Vùng ngoại ô: Với vùng ngoại ô hệ số hiệu chỉnh suy hao so với vùng thành phố là: f c Lno = Lp - lg − 5,4 (dB) 28 (3.46) 3.2.1.2.2 Mơ hình Walfisch - Ikegami: + Mơ hình Walfisch-Ikegami (hay COST 231) sử dụng để đánh giá tổn hao đường truyền môi trường thành phố cho hệ thống thông tin tổ ong (cellular) dải tần 800-2000 MHz Mơ hình sử dụng châu Âu cho hệ thống GSM số mơ hình truyền hình Mỹ Mơ hình Walfisch-Ikegami chứa phần tử: tổn hao không gian tự do; nhiễu xạ mái nhà-phố tổn hao tán xạ; tổn hao nhiều vật chắn + Mơ hình Walfisch-Ikegami dựa vào giả thiết truyền lan sóng truyền mái nhà trình nhiễu xạ Các tòa nhà nằm đường thẳng Hướng di chuyển máy phát máy thu φ Sóng tới Máy di động d Tòa nhà hb hr w 53 b Mặt đường hm Anten trạm di động Chương 3: Quy hoạch mạng WCDMA H ình3.9 Các tham số mơ hình Walfisch-Ikegami Các biểu thức sử dụng cho mơ hình sau: Lp= Lf + Lrts + Lmsd hay (3.47) Lp = Lf Lrts + Lmsd ≤ (3.48) đó: Lf : tổn hao khơng gian tự Lrts: nhiễu xạ mái nhà - phố tổn hao tán xạ Lmsd: tổn hao vật che chắn - Tổn hao không gian tự Lf xác định: Lf = 32,4 +20lgr + 20lgfc (dB) (3.49) - Nhiễu xạ mái nhà - phố tổn hao phân tán tính sau: Lrts = (-16,7) -10lgW + 10lgfc + 20lg∆hm + Lori (dB) (3.50) đó: W: độ rộng phố (m); ∆hm= hr - hm (m); -9,646 Lori = 2,5 + 0,075(Ф-55) (dB) ≤ Ф ≤ 55 (độ) (dB) 55 ≤ Ф ≤ 90 (độ) đó: Ф góc đến so với trục phố - Tổn hao vật che chắn: Lmsd = Lbsh + ka + kdlgr + kflgfc – 9lgb (3.51) đó: b: khoảng cách tịa nhà dọc theo đường truyền vô tuyến (m) − 18 lg(1 + ∆hb ), hb > hr Lbsh = 0, hb < hr 54, (hb > hr ) ka = 54 − 0,8hb, (r ≥ 500m, hb ≤ hr ) 54 − 1,6∆h r , (r < 500m, h ≤ h ) b b r 15∆hb , hb ≥ hr 18 − ∆hm kd = 18, h < h b r 54 Chương 3: Quy hoạch mạng WCDMA f k f = + 1,5 c − 1 với thành phố lớn 925 f k f = + 0,7 c − 1 với thành phố trung bình 925 Với trường hợp tia nhìn thẳng (LOS): Lp = 42,6 + 26lgr + 20lgfc (3.52) Với trường hợp tia khơng nhìn thẳng (NLOS): Lp = 32,4 + 20lgr + 20lgfc + Lrts + Lmsd (3.53) Như bán kính cell tính theo mơ hình Walfisch – Ikegami : lg r = L p − Lori − Lbsh + 10 lg W − 20 lg ∆hm − k a + lg b − (30 + k f ) lg f c − 15,7 ( 20 + k d ) (3.54) Dải thơng số cho mơ hình Walfisch-Ikegami phải thỏa mãn: 800 ≤ fc ≤ 2000 MHz; ≤ hb ≤ 50 m; ≤ hm ≤ m; 0,02 ≤ r ≤ km Có thể sử dụng giá trị mặc định sau cho mơ hình: b = 20 ÷ 50m; W = b/2; Ф = b/2 Nóc nhà = m cho nhà có độ cao m cho nhà phẳng hr = x (số tầng) + nhà Ta tính tốn tổn hao đường truyền từ mơ hình Hata Walfisch-Ikegami theo số liệu so sánh kết quả: fc = 880 MHz hr = 30 m hm = 1,5 m Ф = 90 độ hb = 30 m b = 30 m nhà = m W = 15 m Tổn hao đường truyền, dB Khoảng cách (km) Mơ hình Hata Mơ hình Walfisch-Ikegami 126,16 136,77 142,97 147,37 150,79 139,45 150,89 157,58 162,33 166,01 Bảng 3.4 So sánh tổn hao đường truyền từ mơ hình Hata Walfisch-Ikegami 55 Chương 3: Quy hoạch mạng WCDMA Tổn hao đường truyền dự đốn theo mơ hình Hata thấp 13-16 dB so với mơ hình Walfisch-Ikegami Tuy nhiên, mơ hình Hata bỏ qua ảnh hưởng độ rộng đường phố, nhiễu xạ phố tổn hao tán xạ Các ảnh hưởng xét đến mơ hình Walfisch-Ikegami 3.2.2 Lặp đường lên đường xuống: Ở đây, ta phân tích phương pháp thuật tốn phân tích lặp pha quy hoạch chi tiết mạng vô tuyến 3G bao gồm: yêu cầu đa dịch vụ Q0S, điều khiển công suất phát nhanh đường lên xuống, chuyển giao mềm mềm hơn, chuyển giao kết hợp, kênh truyền dẫn đa đường, tốc độ đầu cuối Mục đích q trình lặp đường lên để cấp phát công suất phát cho trạm di động để mức tạp âm, xuyên âm giá trị độ nhạy trạm gốc hội tụ Các công suất phát trung bình trạm gốc tới trạm di động xác định cho đáp ứng yêu cầu Eb/N0 trạm gốc Các công suất phát trung bình trạm di động dựa độ nhạy trạm gốc, liệu tốc độ trạm di động, suy hao tuyến tới trạm di động Các công suất phát so sánh với công suất cho phép phát MS, vượt giới hạn coi vượt ngưỡng (ngừng thơng tin) Sau dự tính lại nhiễu, giá trị tải độ nhạy cho BS ấn định Nếu hệ số tải đường lên cao giới hạn thiết lập, MS chuyển dịch cách ngẫu nhiên cell có tải cao đến sóng mang khác bị vượt ngưỡng Một cách để xác định vấn đề công nghệ WCDMA lặp UL xem chúng phụ thuộc vào BS mà MS nối tới, để chọn lựa BS phục vụ tốt Tương tự UL, mục đích lặp DL gán cơng suất phát BS cho kết nối sử dụng MS, tất MS nhận tín hiệu 3.2.3 Hậu xử lý - Dự báo vùng phủ mạng phân tích kênh chung: Phần thực việc đánh giá xác suất vùng phủ phân tích kênh chung riêng UMTS:UL DCH, DL DCH, P-CPICH,BCH, FACH PCH Trong tất phân tích thực với giả thiết trạng thái nhiễu cố định Điều có nghĩa phân bố lưu lượng xác định giả thiết lặp DL UL hội tụ Một MS kiểm tra di chuyển qua tất điểm bên vùng tất MS khác phục vụ đóng góp vào nhiễu MS kiểm tra không ảnh hưởng lên trạng thái nhiễu, tỷ số nhiễu cell khác / nội cell không thay đổi tổng công suất phát BS phục vụ trước vòng lặp 3.3 Tối ưu mạng: Tối ưu mạng q trình phân tích cấu hình hiệu mạng nhằm cải thiện chất lượng mạng tổng thể đảm bảo tài nguyên mạng sử dụng cách có hiệu Giai đoạn đầu trình tối ưu định nghĩa thị hiệu 56 Chương 3: Quy hoạch mạng WCDMA Chúng gồm kết đo hệ thống quản lý mạng số liệu đo thực tế để xác định chất lượng dịch vụ Với giúp đỡ hệ thống quản lý mạng ta phân tích hiệu khứ, dự báo tương lai Mục đích phân tích chất lượng mạng cung cấp cho nhà khai thác nhìn tổng quan chất lượng hiệu mạng, bao gồm việc lập kế hoạch trường hợp đo trường đo hệ thống quản lý mạng để lập báo cáo điều tra Đối với hệ thống 2G, chất lượng dịch vụ gồm: thống kê gọi bị rớt phân tích nguyên nhân, thống kê chuyển giao kết đo lần gọi thành cơng Cịn hệ thống 3G có dịch vụ đa dạng nên cần đưa định nghĩa chất lượng dịch vụ Trong hệ thống thông tin di động hệ ba việc tối ưu hóa mạng quan trọng mạng hệ ba cung cấp nhiều dịch vụ đa dạng Điều chỉnh tự động phải cung cấp câu trả lời nhanh cho điều khiển thay đổi lưu lượng mạng Trong giai đoạn đầu trình xây dựng mạng WCDMA có số thơng số điều chỉnh tự động cần phải trì q trình tối ưu hóa hệ thống GSM Tổng kết chương 3: Chương trình bày pha trình quy hoạch mạng WCDMA: Khởi tạo quy hoạch (định cỡ mạng), quy hoạch chi tiết mạng, vận hành tối ưu hóa mạng Trong đó, phần định cỡ mạng phân tích cụ thể đưa sơ đồ khối trình định cỡ, cơng thức tính tốn, phân tích quỹ lượng đường truyền vơ tuyến, bán kính diện tích cell, quy hoạch dung lượng vùng phủ Ngoài ra, phần quy hoạch chi tiết đề cập đến mơ hình truyền dẫn sử dụng rộng rãi, mơ hình Hata-Okumura Walfisch-Ikegami Những mơ hình thực nghiệm phương tiện cho việc tính tốn suy hao đường truyền Áp dụng phần lý thuyết quy hoạch mạng WCDMA để tiến hành quy hoạch cho vùng đô thị Việt Nam, cụ thể đồ án thực cho thành phố Đà Nẵng dựa vào việc phân tích tình hình thực tế lĩnh vực Phần tính tốn thiết kế quy hoạch mạng WCDMA cho Đà Nẵng trình bày chương 57 ... Chương 3: Quy hoạch mạng WCDMA 3.1 Khởi tạo quy hoạch (định cỡ mạng) : Đây pha khởi tạo trình quy hoạch mạng, liên quan đến việc đánh giá phần tử mạng dung lượng phần tử Định cỡ thực cho mạng truy... 3: Chương trình bày pha trình quy hoạch mạng WCDMA: Khởi tạo quy hoạch (định cỡ mạng) , quy hoạch chi tiết mạng, vận hành tối ưu hóa mạng Trong đó, phần định cỡ mạng phân tích cụ thể đưa sơ đồ... tốn suy hao đường truyền Áp dụng phần lý thuyết quy hoạch mạng WCDMA để tiến hành quy hoạch cho vùng đô thị Việt Nam, cụ thể đồ án thực cho thành phố Đà Nẵng dựa vào việc phân tích tình hình