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 4: Ứng dụng quy hoạch mạng WCDMA cho thành phố Đà Nẵng CHƯƠNG ỨNG DỤNG QUY HOẠCH MẠNG WCDMA CHO THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG Q LIÊN CHIỂU H HÒA Q SƠN TRÀ Q THANH KHÊ Q HẢI CHÂU Q.NGŨ HÀNH SƠN Hình 4.1 Bản đồ quận huyện thành phố Đà Nẵng Thành phố Đà Nẵng - đơn vị hành trực thuộc Trung ương - bao gồm quận nội thành, huyện ngoại thành huyện đảo với tổng diện tích 1.255,53km2, dân số 763.297 người (số liệu tháng 12 năm 2004) Mạng điện thoại địa bàn thành phố tiếp tục mở rộng Tổng số máy phát triển tháng đầu năm 2004 ước tính thực 17.730 máy, đạt 81,33% kế hoạch, máy cố định chiếm 12.827 máy, đạt 72,06% kế hoạch, tăng 11% so với kỳ năm trước Tính đến nay, tồn địa bàn thành phố có 143.672 máy điện thoại, có 34.477 máy di động, đạt mật độ: 19,41 máy/100 dân 58 Chương 4: Ứng dụng quy hoạch mạng WCDMA cho thành phố Đà Nẵng Năm Đơn vị Thành phố Đà Nẵng Quận Hải Châu Quận Thanh Khê Quận Sơn Trà Quận Ngũ Hành Sơn 1999 2004 Dân số Mật độ Dân số Mật độ (Người) (Người/km ) (Người) (Người/km2) 684.846 545,15 763.297 608 189.297 7863,13 210.267 8.732 149.637 16084,81 160.857 17.296 99.344 1634,89 113.124 1.861 41.895 1146,61 50.531 1.384 Quận Liên Chiểu Huyện Hịa Vang Huyện đảo Hồng Sa 4.1 Mô tả vấn đề: 63.464 141.209 763,87 191,47 72.712 155.809 833 211 Chất lượng hệ thống vô tuyến WCDMA kết tính tốn tối ưu đặc trưng: vùng phủ sóng, chất lượng dịch vụ dung lượng phục vụ hệ thống, ba đặc trưng có liên hệ chặt chẽ với Người thiết kế hệ thống có trách nhiệm cân đặc trưng để đạt tối ưu lãnh thổ cụ thể Việc cân khác cho lãnh thổ khác nhau: vùng trung tâm đô thị, vùng xa trung tâm đô thị, vùng nông thôn, v.v - Sử dụng phương trình tính dung lượng cực đường truyền hướng lên phương trình xác suất tắc nghẽn cho phép tính gần dung lượng hệ thống Tuy nhiên, phương trình khơng có tham số kể đến kích thước cell, cự ly cell, khơng kể đến hiệu chuyển giao mềm - Để giải vấn đề có mơ hình thực nghiệm dựa dự đốn tổn hao truyền sóng trình bày chương trước mơ hình Hata-Okumura Walfisch-Ikegami Trong đồ án sử dụng mơ hình Walfisch-Ikegami cho phương án tính tốn thiết kế mơ hình thích hợp với điều kiện mơi trường thị Việt Nam Vùng phủ sóng tính tốn dựa diện tích cần phủ sóng bán kính cell cách áp dụng mơ hình Walfisch-Ikegami gọi điều kiện tối ưu Điều kiện tối ưu chất lượng dịch vụ dung lượng phục vụ hệ thống tính tốn dựa phương trình tính dung lượng cực đường truyền phương trình xác suất tắc nghẽn Kích cỡ hệ thống kết tối ưu điều kiện Các thơng số tính tốn thiết kế hệ thống WCDMA: Cần quan tâm đến thông số sau: - Số lượng thuê bao phục vụ - Lưu lượng thuê bao 59 Chương 4: Ứng dụng quy hoạch mạng WCDMA cho thành phố Đà Nẵng - Cấp dịch vụ GoS - BHCA (Busy Hour Call Attempt): số thử bận - Phân loại kiểu gọi: + Phần trăm gọi hệ thống mạng PSTN + Phần trăm gọi nội hệ thống - Các thông số thiết kế hệ thống vô tuyến: + Tỉ lệ lỗi khung (FER: Frame Error Rate) cho phép %? + Mức dịch vụ RNC PSTN (%) + Mức dịch vụ BS RNC (%) + Kiểu mã hóa - El/No hướng lên, hướng xuống ?(dB) - Hệ số tích cực (%) - Hiệu tái sử dụng tần số - Tải cell (%) - Dự trữ che khuất (dB) - Nhiễu tải cell hay hệ số tăng ích cell (dB) - Suy hao ảnh hưởng vật thể (dB) - Khuếch đại chuyển giao mềm (SHOF: Soft handoff) (dB) - Suy hao hấp thụ (dB) - Công suất đầu máy phát BS/MS (dBm) - Nhiễu BS/MS (dB) - Suy hao lọc máy phát (dB) - Hệ số khuếch đại Anten: Anten BS MS (dB) - Khuếch đại thu phân tập BS (dB) 4.2 Tính tốn thiết kế mạng WCDMA cho thành phố Đà Nẵng giai đoạn 2005-2008: 4.2.1 Điều kiện tối ưu tổng thể (tính tốn thiết kế sơ bộ): Điều kiện tối ưu 1: Tính số trạm BS dựa theo bán kính phục vụ BS diện tích vùng cần phủ sóng Trong mơ hình Walfisch-Ikegami, suy hao đường truyền môi trường đô thị mạng tế bào hình vẽ 4.3, theo đó, tổng suy hao đường truyền L gồm thành phần chính: suy hao không gian tự do, nhiễu xạ Lrts (rooftop-to-street loss), suy hao che chắn Lmsd (multiscreen loss) 60 Chương 4: Ứng dụng quy hoạch mạng WCDMA cho thành phố Đà Nẵng L f + Lrts + Lmsd , L = Lf , Lrts + Lmsd ≥ (4.1) Lrts + Lmsd < Hướng di chuyển φ Sóng tới Máy di động d hb Tịa nhà hr w b hm Mặt đường Anten trạm di động Tòa nhà Tòa nhà Trạm di động Φ Tòa nhà Tịa nhà Hình 4.2 Mơ hình Walfisch-Ikegami * Tính tốn với thơng số sau: - Tốc độ bit cho phép (R) 2000Kbps) : 9,6 Kbps (9,6 ≤R ≤ - Tần số làm việc (f) : 880 MHz - Công suất phát hiệu dụng BS (Pm) : 36 dBm - Hệ số tăng ích (khuếch đại) anten (Gb) : 15 dBi - Suy hao cáp anten BS (Lc) : 2,5 dB - Tạp âm máy thu (Fb) : dB - Sai số với anten phân tập BS (Eb/It) : 6.8 dB - Tạp âm trạm BS (N0) : -174 dBm/Hz - Độ rộng đường phố (w) : 15 m - Khoảng cách tòa nhà (b) - Độ cao trung bình tịa nhà (hr) 61 : 35 m : 15 m Chương 4: Ứng dụng quy hoạch mạng WCDMA cho thành phố Đà Nẵng - Độ cao anten mobile (hm) : 1,5 m - Độ cao trung bình anten BS (hb) : 30 m - Góc tới tia sóng từ tịa nhà đến mặt đường: b/2 ≈ 20 độ - Bán kính cell r (theo mơ hình Walfisch-Ikegami): 0,02 – km * L f : Suy hao không gian tự L f = 32,45 + 20 lg r km + 20 lg f (4.2) MHz Trong đó, rkm bán kính cell (km) fMHz tần số phát BS (MHz) * Lrts : Suy hao tán xạ nhiễu xạ Lrts = -16,9 - 10lgw + 10lgfMHz + 20lg(hr - hm) + Lori (4.3) Trong đó, w bề rộng trung bình đường khu thị (m) hr chiều cao trung bình tịa nhà khu đô thị (m) Lori sai số tán xạ nhiễu xạ, xác định bởi: -9,646 (dB) ≤ Ф ≤ 55 (độ) 2,5 + 0,075(Ф-55) (dB) 55 ≤ Ф ≤ 90 (độ) Lori = Với φ (độ) góc tạo tia sóng tới mặt đường điểm thu sóng, φ = 28.25° th× Lori =0 * Lmsd : Suy hao che chắn Lmsd = Lbsh + ka + kd lgrkm + kf lgfMHz – 9lgb (4.4) Trong đó: - Lbsh suy hao che khuất anten đặt cao tòa nhà xác định bởi: − 18 lg(1 + hb − hr ), Lbsh = 0, hb>hr hb ≤ hr Với hb chiều cao anten trạm gốc so với mặt đường hr chiều cao nhà so với mặt đường - ka đại lượng phụ thuộc vào suy hao che chắn Lmsd bán kính rkm cell, xác định bởi: 62 Chương 4: Ứng dụng quy hoạch mạng WCDMA cho thành phố Đà Nẵng 54, ka = 54 − 0,8(hb − hr ), 54 − 1,6 r km (hb − hr ), hb > hr rkm ≥ 0,5, hb ≤ hr rkm < 0,5, hb ≤ hr - kd đại lượng phụ thuộc vào suy hao che chắn Lmsd độ cao tòa nhà khu vực đặt anten BS, xác định bởi: 18, 18 − 15(hb − hr ) / hr , hb ≤ hr r kd = hb > hr r - k f đại lượng phụ thuộc vào mật độ (vùng ngoại thành phố) tần số fMHz làm việc, xác định bởi: + 0.7 ( f MHz 925 − 1) , kf = + 1.5 ( f MHz 925 − 1) , cho vùng ngoại ô cho vùng thành phố Từ cơng thức (4.1), (4.2), (4.3) (4.4) ta tính tổng suy hao đường truyền theo mơ hình Walfisch-Ikegami Mặt khác suy hao đường truyền trung bình tính sau: L = Pm − S m + Gb − Lc (dB ) Để đảm bảo dự trữ che tối, tổn hao đường truyền = L - Ec (4.5) (4.6) Để đảm bảo dự trữ cho tổn hao thể / định hướng tổn hao tán xạ, tổn hao đường truyền cho phép = L – Ec – Lct - Ltx (4.7) Trong đó, - Pm :cơng suất hiệu dụng trạm gốc (dBm) - Gb : hệ số tăng ích anten (hệ số khuếch đại) (dBi) - Lc : suy hao cáp anten thu trạm gốc (dB) - Ec: độ dự trữ che tối (dB) - Lct: tổn hao thể (dB) - Ltx: tổn hao tán xạ (dB) - S m : cường độ tín hiệu tối thiểu yêu cầu (dB) xác định bởi: Sm = (Eb)min + 10lgR Với (dBm) R: tốc độ bit ( Eb ) : lượng bit tối thiểu ( Eb ) = NT + 63 Eb It (dBm/Hz) Chương 4: Ứng dụng quy hoạch mạng WCDMA cho thành phố Đà Nẵng Eb : sai số với anten phân tập trạm gốc (dBm/Hz) It NT = N + Fb NT : tạp âm nhiệt trạm gốc (dBm/Hz) N : tạp âm nhiệt trạm gốc (dBm/Hz) Fb : tạp âm nhiệt máy thu (dB) Từ công thức (4.1), (4.2), (4.3), (4.4), (4.5), (4.6) (4.7) ta tính bán kính cell r = 4,2195 km Dựa vào diện tích vùng cần phủ sóng, ta có số lượng cell (số trạm BS) dự kiến Ta chia diện tích cần phủ sóng thành hình vng có đường chéo đường kính cell (d = 4,2195 x = 8,439 km) liền kề Như vậy, hình vng có cạnh 8,439/ ≈ km số lượng hình vng số lượng cell cần thiết Như vậy, diện tích cần phủ sóng thành phố Đà Nẵng bao gồm hình chữ nhật có kích thước 16,8km x 6km 10,6km x 22,4km Do đó, số cell cần thiết cho thành phố Đà Nẵng {16,8/6 + (22,4/6) x 2} tương ứng với 11 cells Điều kiện tối ưu 2: Tính số trạm BS dựa vào khả dung lượng BS số lượng thuê bao dự kiến phục vụ Tính tốn với thơng số sau: - BHCA / thuê bao: 2,5 – - Thời hạn trung bình gọi: 60s - Hệ số tăng ích anten sector (3 sector): 2,4 - Hệ số chuyển giao mềm: 1,2 – 1,4 - Khả lưu thoại BS/sector tính tốn với giá trị: Hệ số tích cực thoại: ρ = 0,4 Độ rộng băng tần mã trải phổ WCDMA: W = MHz Giá trị trung bình: m = Eb = dB N0 Phương sai hiệu chỉnh công suất: σ = 2,5dB Tốc độ liệu: R = 9.600 bit/s (nhóm 1) Tỉ số mật độ nhiễu tổng tạp âm nền: I0 = 10 N0 - Khả lưu thoại sector tính tốn theo dung lượng cực đường truyền hướng lên Trong đó, quan hệ xác suất tắc nghẽn dung lượng sector hệ thống WCDMA nhiều cell là: 64 Chương 4: Ứng dụng quy hoạch mạng WCDMA cho thành phố Đà Nẵng W /R λ ( βσ ) (1 − η ) − ρ exp [ + I (α , δ , r ) ] µ exp( β m) QoS = Q λ µ ρ exp ( βσ ) [ + I (α , δ , r ) ] (4.8) Trong đó, λ / µ : lưu lượng muốn truyền hay gọi tích cực theo phân bố Poisson β = 0.1ln10 : η : giá trị ngưỡng tiền định α : hệ số lũy thừa r : bán kính cell Ta 25 Erlang/BS/sector ứng với GoS = 2% Số cell cần thiết = số sector / độ tăng ích chia sector - Số sector = (dung lượng * hệ số chuyển giao mềm)/khả lưu thoại sector - Dung lượng = (BHCA/thuê bao) * số thuê bao phục vụ * (thời gian trung bình gọi/3600) Như vậy, số cell cần thiết điều kiện tối ưu giải pháp xác định bởi: Max {(số cell) điều kiện tối ưu 1, (số cell) điều kiện tối ưu } Ta có bảng 4.1 tính số lượng sector cell theo dung lượng BTS: Khu vực (quận) BHCA/ Số thuê bao Dung lượng Hệ số Dung Số sub dự kiến cần chuyển lượng kể sector phục vụ (Erlang) giao mềm SHOF (SHOF) Hải Châu 1680 84,00 1,40 117,6 4,7 Thanh Khê 2580 129,00 1,40 180,6 7,2 Sơn Trà 2,5 2150 89,58 1,35 120,94 4,8 Ngũ Hành Sơn 2,5 2358 98,25 1,30 127,73 5,1 2,5 2100 87,50 1,25 109,38 4,4 Liên Chiểu Hòa Vang 2,5 1750 72,92 1,25 91,15 3,7 12 618 747,4 Bảng 4.1 Số sector số cell tính theo dung lượng BTS Số BS cần thiết Max {11, 13} = 13 BS (BS loại sector) 65 Số cell (3 sector/ cell) 2 2 13 Chương 4: Ứng dụng quy hoạch mạng WCDMA cho thành phố Đà Nẵng Như vậy, qui hoạch mạng W-CDMA từ đến năm 2008 cần lắp đặt 13 BS 4.2.2 Điều kiện tối ưu cho trạm (thiết kế chi tiết): Phần tính tốn chọn vị trí trạm BS, lựa chọn cấu hình cho BS tham số khác Để tối ưu hóa mặt kinh tế, chọn giải pháp đặt BS vị trí đài viễn thông Bưu điện Đà Nẵng để tận dụng tối đa sở hạ tầng có (nhà trạm, cột anten, nguồn điện, truyền dẫn, v.v ) Tuy nhiên, vị trí BS phải đảm bảo yêu cầu dung lượng phục vụ vùng phục vụ tính tốn phần Chọn vị trí đặt trạm sau: Quận Hải Châu: - Trạm 45 Trần Phú: BS 1/1/1 - Trạm Duy Tân: BS 1/1/1 Quận Thanh Khê: - Trạm Đông Tây: BS 1/1/1 - Trạm Đà Nẵng 2: BS 1/1/1 - Trạm Phước Tường : BS 1/1/1 Quận Sơn Trà: - Trạm An Trung: BS 1/1/1 - Trạm Thọ Quang 2: BS 1/1/1 Quận Ngũ Hành Sơn: - Trạm Bắc Mỹ An: BS 1/1/1 - Trạm Non Nước: BS 1/1/1 Quận Liên Chiểu: - Trạm Hòa Khánh: BS 1/1/1 - Trạm Liên Chiểu: BS 1/1/1 Huyện Hòa Vang: - Trạm Hịa Cầm: BS 1/1/1 - Trạm Miếu Bơng: BS 1/1/1 Với số lượng trạm trên, dung lượng hệ thống cung cấp 13cell x sector x 25 Erlang/sector = 975 Erlang, so với dung lượng cần thiết 747,4 Erlang, hệ số phục vụ (tải xử lý) hệ thống BS 747,4 / 975 = 76,6% Tính tốn số lượng luồng E1 kết nối từ BS đến RNC: 66 Chương 4: Ứng dụng quy hoạch mạng WCDMA cho thành phố Đà Nẵng Sử dụng mơ hình kết nối hình 4.4: BS RNC MSC Giao tiÕp Iu Giao tiÕp Iub Hình4.3 Mơ hình kết nối đơn giản Các tham số hệ thống: - Lưu lượng trung bình/thuê bao: 0,05 Erl - Tải xử lý hệ thống < 75% - Số lượng thuê bao tham gia dịch vụ truyền liệu: 20% - GoS: 2% - Mobile to PSTN: 35% - PSTN to Mobile: 35% - Mobile to Mobile: 30% Giả sử thuê bao BS quận phân bố có xác suất chiếm kênh nhau, sector có số lượng người dùng số người dùng phân bố sector - Giao diện BS RNC: giao diện Iub đường kết nối BS RNC E1 (2Mbps), khe 64kbps dành cho báo hiệu điều khiển (khe 15, 16, 31), khe 64kbps dành cho đồng (khe 0), khe 16 Kbps khe 64 Kbps, lại dành cho kênh lưu lượng [2, 3, 4] Số kênh đường E1 có khả cung cấp cho giao diện Iub là: (32 - 4) * 64kbps/16kbps = 112 kênh Số kênh BS phục vụ (tra bảng Erlang B ứng với dung lượng cần thiết cho BS GoS=2%) Như vậy, số luồng E1 cần thiết để BS kết nối đến RNC số kênh BS phục vụ/112 kênh - Giao diện RNC MSC: giao diện Iu đường kết nối RNC MSC E1 (2Mbps) Dung lượng đường kết nối RNC đến MSC cần thiết (1+30%) x 747,4 Erlang = 971,6 Erlang Như vậy, số lượng kênh cần thiết 980 kênh (tra bảng Erlang B ứng với GoS=2%) tương ứng với 32 luồng E1 Từ ta có bảng 4.2 số lượng luồng E1 cần thiết kết nối sau: 67 Chương 4: Ứng dụng quy hoạch mạng WCDMA cho thành phố Đà Nẵng Số thuê bao dự kiến phục vụ Cấu hình BS Dung lượng cần kể SHOF Số luồng E1 kết nối từ BS đến RNC 45 Trần Phú Duy Tân 960 720 1/1/1 1/1/1 67,2 50,4 1 Đông Tây Đà Nẵng II Phước Tường 1310 690 580 1/1/1 1/1/1 1/1/1 91,7 48,3 40,6 1 Thọ Quang An Trung 980 1170 1/1/1 1/1/1 55,13 65,81 1 Bắc Mỹ An Non Nước 1290 1068 1/1/1 1/1/1 69,88 57,85 1 Liên Chiểu Hòa Khánh Khu vực (quận) 875 1220 1/1/1 1/1/1 45,57 63,80 1 1120 630 12 618 1/1/1 1/1/1 58,33 32,81 747,4 1 14 Tên trạm Số luồng E1 kết nối từ RNC đến MSC Hải Châu Thanh Khê Sơn Trà Ngũ Hành Sơn Liên Chiểu Hòa Vang Hòa Cầm Túy Loan Cộng 32 Bảng 4.2 Số lượng luồng E1 cần thiết kết nối Tính tốn khả phục vụ BSC: Hiện tại, hệ thống WCDMA Bưu Điện thành phố Đà Nẵng sử dụng 01 BSC, xét lực BSC bảng sau: Tham số Dung lượng (sub) Traffic (Erl) Số BTS lớn điều khiển (BTS) Số sector lớn điều khiển (sector) Khả kết nối đến PSTN (E1) Khả kết nối đến BTS (E1) 68 Khả 40.000 36.000 160 Sử dụng 12.328 975 13 168 36 128 64 15 32 Chương 4: Ứng dụng quy hoạch mạng WCDMA cho thành phố Đà Nẵng Như vậy, BSC đủ khả đáp ứng hệ thống mở rộng, không cần bổ sung BSC Kết luận chương 4: Chương đưa mô hình lý thuyết để tính tốn, thiết kế, định cỡ mạng WCDMA cho vùng đô thị Việt Nam, cụ thể thành phố Đà Nẵng với tiêu chí tối ưu hóa phương diện vùng phủ sóng dung lượng hệ thống vô tuyến giai đoạn 2005-2008 Trong tính tốn thiết kế cụ thể này, ngồi việc tối ưu tiêu chí vùng phủ sóng dung lượng hệ thống cịn tính đến việc tối ưu phương diện kinh tế dựa sở mạng trạng Đó định vị vị trí BS lắp đài viễn thông Bưu Điện Đà Nẵng để tận dụng sở hạ tầng có (nhà trạm, cột anten, truyền dẫn, nguồn điện, v.v ) nhằm giảm thiểu chi phí đầu tư Trong tính tốn thực tế, ngồi việc lấy số tham số nhà cung cấp thiết bị, phần lớn tham số khác lấy theo giá trị điển hình Điều dẫn đến kết thiết kế dừng mức định cỡ mạng sơ Tuy nhiên, thực tế việc triển khai hệ thống thông tin (lắp mở rộng) ln cần có thêm bước hiệu chỉnh, tối ưu mạng sau lắp đặt, chạy thử dựa kết đo đạc thực tế Ngồi ra, việc tính tốn sử dụng mơ hình Walfisch-Ikegami chưa tính đến tổn hao chưa xét cho môi trường nhà (indoor) kết chưa tính cho dịch vụ truyền liệu 69 ... cell) 2 2 13 Chương 4: Ứng dụng quy hoạch mạng WCDMA cho thành phố Đà Nẵng Như vậy, qui hoạch mạng W-CDMA từ đến năm 2008 cần lắp đặt 13 BS 4.2.2 Điều kiện tối ưu cho trạm (thiết kế chi tiết):... Chương 4: Ứng dụng quy hoạch mạng WCDMA cho thành phố Đà Nẵng Năm Đơn vị Thành phố Đà Nẵng Quận Hải Châu Quận Thanh Khê Quận Sơn Trà Quận Ngũ Hành... bảng Erlang B ứng với GoS=2%) tương ứng với 32 luồng E1 Từ ta có bảng 4.2 số lượng luồng E1 cần thiết kết nối sau: 67 Chương 4: Ứng dụng quy hoạch mạng WCDMA cho thành phố Đà Nẵng Số thuê bao
