BÀI TẬP LỚN TỐI ƯU VÔ TUYẾN CHO CÁC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ MỚI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC BÀI TẬP LỚN TỐI ƯU VÔ TUYẾN CHO CÁC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ MỚI ĐỀ TÀI MÔ HÌNH LAN TRUYỀN THU SÓNG CHO CÔNG CỤ LẬP KẾ HOẠCH ASSET Giảng viên hướng dẫn TS PHẠM HẢI ĐĂNG Học viên cao học THÂN VĂN TRƯỜNG (CB110930) Lớp KTTT1B Nhóm học viên ĐINH TIẾN HIỆP NGUYẾN THÀNH TRUNG THÂN VĂN TRƯỜNG ĐỖ XUÂN PHONG NGUYỄN ĐÌNH AN Hà Nội, tháng 052022 MÔ HÌNH LAN TRUYỀN THU SÓNG CHO CÔNG CỤ LẬP KẾ HOẠCH ASSET Huawei Technologi.

VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

BÀI TẬP LỚN TỐI ƯU VÔ TUYẾN CHO CÁC MẠNG THÔNG TIN DI

ĐỖ XUÂN PHONG NGUYỄN ĐÌNH AN

MÔ HÌNH LAN TRUYỀN THU SÓNG CHO CÔNG CỤ LẬP KẾ HOẠCH ASSET.

Huawei Technologies Co., Ltd.

April 08, 2005

TABLE OF CONTENTS

1 Executive Summary 1

1.1 Asset Planning Tool 1

1.2 Propagation Model 1

2 Model Tuning 3

2.1 Introduction 3

2.2 Tools Requirement 5

2.3 CW Measurement 5

2.3.1 Site and Clutter Selection 5

2.3.2 Drive Test Route 6

2.3.3 Measurement Data 6

2.3.4 Equipment Configuration 7

2.4 Tuning Process 8

2.4.1 Filtering Procedure 8

2.4.2 Filtering by Minimum Distance 9

2.4.3 Filtering Rx Level 9

2.4.4 Filtering Rx Level Vs Log (d) Graph 9

2.4.5 Tuning Procedure 11

3 Final Propagation Model 12

4 Conclusion 14

1 Mô tả mô hình sử dụng công cụ kế hoạch hóa tài sản.

2 Phương pháp đo CW và mô hình dò sóng.

3 Các bước quan trọng và thiết yếu để có được một mô hình tốt.

1.1 Công cụ lập kế hoạch tài sản Asset

HUAWEI tạo ra công cụ kế hoạch ASSET thực hiện dự đoán vùng phủ sóng Trong công cụ kế hoạch này, thuật toán mô hình truyền rất linh hoạt và cho phép người sử dụng kết hợp chặt chẽ các dạng khác nhau của mô hình lan truyền truyền thống trong dải tần từ 150 MHz đến 2 GHz.

Mô hình “Standard Macrocell” được HUAWEI sử dụng dựa trên mô hình ETSI Hata với một vài đặc điểm được thêm vào giúp nâng cao tính linh hoạt

và chính xác của mô hình.

Chức năng đo lường CW trong công cụ có khả năng thu thập dữ liệu từ ổ kiểm tra để nhập vào tài sản Asset sử dụng để dò sóng trong mô hình lan truyền Khi vị trí cột được thực hiện định tuyến, mức tín hiệu thu, lỗi tín hiệu

và các thẻ được thể hiện trên màn hình sơ đồ 2D.

Công cụ bao gồm đầy đủ tính năng báo cáo đặc tính có thể được dùng để

so sánh dữ liệu khảo sát với các yêu cầu trong mô hình truyền lan Sử dụng các đặc tính này, người dùng có thể điều chỉnh được mô hình truyền lan.

Mô hình truyền lan có thể được tạo, sửa đổi và điều chỉnh sử dụng Bộ sửa đổi mô hình truyền lan - “Propagation Model Editor” Bộ điều chỉnh này giúp người dùng có thể tạo ra một vài mô hình truyền lan với đầy đủ các đặc tính tối ưu ở mỗi mô hình.

1.2 Mô hình truyền lan

HUAWEI tạo ra công cụ kế hoạch hóa ASSET thực hiện dự đoán vùng phủ sóng Trong công cụ kế hoạch này, thuật toán mô hình truyền rất linh hoạt và cho phép người sử dụng kết hợp chặt chẽ các dạng khác nhau của mô hình lan truyền truyền thống trong dải tần từ 150 MHz đến 2 GHz.

HUAWEI sử dụng mô hình “Standard Macrocell” trên Constantine dựa trên mô hình ETSI Hata với việc thêm vào một vài đặc tính để tăng cường độ mềm dẻo và chính xác của mô hình Các công thức chung được sử dụng như sau:

Prx = Ptx - Ploss

Trong đó:

Prx: Công suất thu (dBm)

Ptx: Công suất phát (EIRP) (dBm)

Ploss: Suy hao đường truyền (dB)

Heff = Độ cao hiệu dụng của anten trạm gốc (m)

diffn = Suy hao nhiễu xạ được tính toán dựa trên các phương pháp gờ dao tương đương Epstein Peterson, Deygout hoặc Bullington

k1 & k2 = Hệ số chặn và dốc Các hệ số này tương ứng với hệ số bù offset ( dBm) và các hệ số nhân cho các phép đo với khoảng cách xa giữa các trạm gốc và di động

k3 = Hệ số chiều cao anten di động Hệ số hiệu chỉnh được sử dụng trong tính toán hiệu quả độ cao anten di động

k4 = Hệ số nhân Okumura Hata với Hms

k5 = Hệ số khuếch đại hiệu dụng độ cao anten Đây là hệ số nhân cho các phép đo về hiệu quả độ cao anten.

k6 = Log (Heff)Log(d).Đây là hệ số nhân dạng Okumura Hât cho log(Heff)log(d).

k7 = Độ nhiễu xạ Đây là hệ số nhân cho việc tính toán độ nhiễu xạ Người sử dụng có thể lựa chọn các phương pháp nhiễu xạ.

Clutter_Loss = Đặc tính hỗn loạn là độ cao và sự cách ly được thực hiện trong quá trình tính toán.

người sử dụng định nghĩa Mô hình cũng kết hợp chặt chẽ các thuật toán với hệ

số suy hao nhiễu xạ và ảnh hưởng độ cao trạm gốc.

2 Mô hình thu sóng

2.1 Giới thiệu

Triển khai hệ thống truyền sóng di động, mô hình truyền sóng là cần thiết để xác định các đặc tính truyền tải Dự đoán được yêu cầu để lập kế hoạch vùng phủ sóng và phân tích nhiễu cùng với việc tính toán các cell là cơ

sở cho quá trình lập kế hoạch mạng cấp độ cao.

Các kênh truyền sóng vô tuyến là các thành phần quan trọng trong hệ thống truyền tin vô tuyến di động Mức độ cường độ trường ở các điểm không chỉ phụ thuộc vào khoảng cách từ các trạm phát mà còn phụ thuộc vào tần số truyền sóng, độ cao anten và giao thoa tầm dài, giao thoa tầm ngắn gây ra bởi phản xạ từ môi trường tự nhiên (địa hình, cây cối) và các môi trường nhân tạo (các tòa nhà) Cũng vì các lý do trên, thời tiết và độ ẩm không khí cũng có tác động Sự khác nhau giữa các trường sóng mạnh nhất và yếu nhất có thẻ đạt tới 10dB.

Vì sự phức tạp của hiện tượng lan truyền và tính tự nhiên thống kê của các kênh vô tuyến, các đặc tính kênh tin cậy có thể chỉ được dựa trên các phép đo xấp xỉ kênh truyền Vì vậy, các phép đo cường độ trường sóng liên tục (CW) cần dùng cho việc mô hình hóa suy hao đường truyền cùng với thiết

kế RF và các mục đích tối ưu hóa.

Xem xét các đặc tính truyền lan, các kết quả của phép đo cường độ trường CW di động phải được xem xét như các kết quả thống kê.

Để thực hiện phép kiểm thử dưới các điều kiện tốt nhất, lựa chọn các khu vực quen thuộc dạng clutter, các vị trí máy phát và tuyến đường cùng với các thiết bị kiểm tra cần được sẵn sàng ở pha chuẩn bị.

Phép đo cường độ trường theo các tuyến đường được ghi lại là các giải pháp hiệu quả về thời gian và chi phí với việc thiết lập vùng phủ sóng cường

độ trường vô tuyến trên diện rộng với các trạm giám sát vô tuyến GPS, GPS hoặc các hệ thống định vị khác nên được tham chiếu trên phương diện địa lý dọc theo tuyến khảo sát.

D-Kết quả của phép đo khảo sát CW sau khi được thu thập sẽ được phân tích và sử dụng để tạo mô hình truyền sóng tốt nhất sử dụng trong công cụ kế hoạch Asset.

Điều khiển các tuyến và thu thập dữ liệu.

Site Visit để xem xét mức phù hợp và dễ thực

hiện và tối ưu điện năng Trạm được chọn nên

thấp hơn độ cao clutter trung bình

Thực hiện đi theo các tuyến đã định

Dò tần số để tìm tần số sạch được sử dụng

trong bài tập

Hình 2.1:Khái quát quá trình kiểm tra CW 2.2 Các công cụ yêu cầu

 Máy phát kiểm tra

 Anten ngoài trời

 Máy thu

 Đồng hồ đo công suất

 Thiết bị định vị toàn cầu GPS

 Công cụ lập kế hoạch Asset 2.3 Phép đo CW

2.3.1 Lựa chọn Site và Clutter Selection

Chúng ta lên kế hoạch có 2 mô hình cho dự án này, Quận trung tâm thương mại (CBD) và Khu vực thủ đô (NCR) Mô hình CBD được sử dụng ở Makati, Binondo và Ortigas Mô hình NCR sử dụng cho các khu vực còn lại Trước khi triển khai các điểm kiểm tra CW, ta phải lựa chọn một site thích hợp

có địa hình bao phủ xung quanh nằm trong clutter mong muốn Trước tiên, để làm việc này, một đội RF địa phương cần xác định các clutter cần thiết được dò Nhiệm vụ này là trách nhiệm của cả Digitel và Huawei.

Các clutter được xác định trên bản đồ số là:

 Vùng nước trong đất liền

 Thành phố đông đúc tăng trưởng nhanh

 Khu công nghiệp

 Nhà cao tầng

 Sân bay Một vài phòng tránh cần được thực hiện khi chọn trạm phát sóng Đặc biệt chú ý các vật cản gần trạm phát như các nhà cao tầng, cao ốc hoặc cây lớn Các vật này luôn ảnh hưởng đến kết quả đo CW do phản xạ, che khuất hoặc chặn tín hiệu RF ở điểm thu cuối Các trạm phát được xem xét có các đặc điểm sau:

 Bao quanh clutter

 Cách ly các vật cản

 Tòa nhà của người được ủy quyền

 Độ cao tòa nhà đến độ cao trung bình của tòa nhà

 Tính phù hợp khi lắp đặt anten kiểm tra

 Các trạm có thể tiếp cận được

2.3.2 Di chuyển trên các tuyến đường kiểm tra

Lập kế hoạch di chuyển trên các tuyến kiểm tra để thu thập dữ liệu trên một bản đồ trước khi thực hiện chuyến đi thực tế Điều này sẽ giúp giảm thiểu tối

đa đường đi và thời gian và tạo ra vùng phủ sóng phù hợp trong clutter mong muốn Các tuyến dọc theo các tuyến đường, con phố hoặc trên các cây cầu dài thực sự không được khuyến khích thực hiện vì ta phải thay đổi độ cao anten, không phù hợp cho việc xác định mô hình lan truyền.

Trong thực tế, các tuyến đường đi kiểm tra được lập kế hoạch luôn được thay đổi vì sự phát triển liên tục của giao thông, rất khác trên thực tế Vì vậy, ta luôn phải sử dụng các bản đồ mới nhất trong khi lập kế hoạch đường đi Tuy nhiên, trong một số trường hợp, các tuyến trước đó nên được sử dụng lại với một vài thay đổi cần thiết giúp ta dễ dàng di chuyển.

Để thu được bộ thống kê cho dữ liệu đo, ta cần thực hiện một số lượng lớn các điêm rđo Bằng cách tăng các điểm đo, giúp ta tăng độ tin cậy và chính xác của mô hình lan truyền được sử dụng để thu sóng.

2.3.3 Dữ liệu đo

Như đã đề cập trước đó, ta phải đo rất nhiều các điểm đo để đánh giá thống

kê chính xác Tăng số lượng điểm đo, tăng độ tin cậy của quá trình phủ sóng , tuy nhiên, bên cạnh các khoảng tin cậy, nó không mang lại các cải thiện đang kể nào.

2.3.4 Cấu hình thiết bị

Hình 2.2 Vị trí máy phát CW trong một site

Hình 2.3 Cài đặt thiết bị thu đầu cuối

2.4 Quá trình điều khiển sóng

2.4.3 Lọc thông qua cấp độ nhận

Thông thường, tín hiệu cực mạnh hay yếu không thực sự thể hiện các thiệt hại lộn xộn, do đó, các dữ liệu này có thể bị loại bỏ Trong bài luyện tập này, sức mạnh tín hiệu nằm trong khoảng -60dBm tới -108dBm được sử dụng để điều chỉnh mô hình.

Tất cả các tiến trình lọc được hoàn thành thủ công thông qua chương trình Mapinfo và bảng tính Excel Khi tiến trình lọc hoàn tất, các dữ liệu lọc sẽ được tải vào công cụ Asset, người dùng kiểm tra lại kết quả thông qua hiển thị dữ liệu test truyền đã được lọc đối dựa trên sự lộn xộn Nếu kết quả tốt, dữ liệu sẽ trở thành đầu vào của quá trình điều chỉnh mô hình, nếu không người dùng cần phải lọc lại dữ liệu.

2.4.4 Đồ thị so sánh lọc thông qua cấp độ nhận đối với log(khoảng cách)

Khi dữ liệu test truyền đã được lọc bằng độ hỗn loạn, khoảng cách ngắn nhất và cấp độ nhận, người dùng phải tạo ra đồ thị so sánh cấp độ nhận và Log ( khoảng cách), nhìn hình 2.5

Dựa trên đồ thị này, các điểm phân bố cách xa đối với điểm phân bố trung bình ( đường màu vàng) sẽ bị loại bỏ Đó là bởi các điểm đó có thể gây ảnh hưởng đến tính chính xác của mô hình truyền do làm tăng các lỗi trung bình Tuy nhiên, có một điều quan trọng là loại bỏ các điểm này sẽ gây ra hiệu quả giảm số lượng dữ liệu, do đó cần yêu cầu phân tích cẩn thận vì một số lượng điểm bị loại bỏ.

Hình 2.6 hiển thị đồ thị so sánh cấp độ nhận và Log( khoảng cách) sau khi lọc các điểm cách xa so với đường vàng.

Hình 2.5

Hình 2.6

2.4.5 Quy trình chỉnh

Để cung cấp hình ảnh chính xác cao của mạng, các mô hình RF phải được điều chỉnh rất cẩn thận để các lỗi giữa các dữ liệu đo và dữ liệu tính toán là tối thiểu Để kết thúc này, các tiêu chí sau đây phải được quan sát trong quá trình điều chỉnh mô hình.

Cuối cùng mô hình lan truyền sản xuất sẽ có thể sử dụng trong công cụ Asset Planning để mô phỏng chính xác cho mạng.

Mô hình này sẽ bao gồm các thông số được đề cập dưới đây:

4 Kết luận

Mô hình lan truyền chính xác là điều cần thiết cho một công cụ lập kế hoạch để cung cấp mô phỏng chính xác Toàn bộ quá trình điều chỉnh mô hình sẽ cần một hợp tác tốt giữa Digitel và Huawei để đạt được mục tiêu này.

TABLE OF CONTENTS

1 Executive Summary 1

1.1 Asset Planning Tool 1

1.2 Propagation Model 1

2 Model Tuning 3

2.1 Introduction 3

2.2 Tools Requirement 5

2.3 CW Measurement 5

2.3.1 Site and Clutter Selection 5

2.3.2 Drive Test Route 6

2.3.3 Measurement Data 6

2.3.4 Equipment Configuration 7

2.4 Tuning Process 8

2.4.1 Filtering Procedure 8

2.4.2 Filtering by Minimum Distance 9

2.4.3 Filtering Rx Level 9

2.4.4 Filtering Rx Level Vs Log (d) Graph 9

2.4.5 Tuning Procedure 11

3 Final Propagation Model 12

4 Conclusion 14

3 Executive Summary

This document, provided by Huawei Technologies Co., Ltd to Digitel Mobile Philippines,Inc for NCR Changeout and Expansion Project, presents the procedure for CWmeasurement and propagation model tuning for ASSET planning tool This documentincludes the following:

4 Description of the model that is used in Asset Planning Tool

5 Procedure for CW measurement and model tuning

6 Important and critical steps towards producing a good model

HUAWEI makes use of the planning tool ASSET to implement the coverage prediction Inthis planning tool, propagation modeling algorithm is extremely flexible and allows the user

to incorporate a variety of different types of empirical propagation model in frequenciesbetween 150MHz and 2GHz

The 'Standard Macrocell' model that HUAWEI will use is based on the ETSI Hata modelwith a few additional features that enhance the flexibility and accuracy of the model

CW measurement function in this tool enable data collection from drive test be importedinto Asset using this tool which can be used to tune a propagation model The route taken,the position of the CW mast, the received signal level, signal error and tags can bedisplayed on the '2D Map View'

This tool includes a fully customisable reporting function which compares the CW surveydata to the propagation model in question Using these statistics the user can then tune apropagation model

Propagation models can be created, edited or modified using the 'Propagation ModelEditor' The 'Propagation Model Editor' enables the user to create several propagationmodels and fully customise each model

Prx = Ptx - Ploss

Where:

Prx: Received power (dBm)

Ptx: Transmit power (EIRP) (dBm)

Ploss: Path loss (dB)

Ploss = k1 + k2log(d) + k3(Hms) + k4log(Hms) + k5log(Heff) + k6log(Heff)log(d) + k7diffn +Clutter_Loss

where:

d = Distance from the base station to the mobile station (km)

Hms = Height of the mobile station above ground (m) This figure may be specified eitherglobally of for individual clutter categories

Heff = Effective base station antenna height (m)

diffn = Diffraction loss calculated using either Epstein Peterson, Deygout or BullingtonEquivalent knife edge methods

k1 & k2 = Intercept and Slope These factors correspond to a constant offset (in dBm) and

a multiplying factor for the log of the distance between the base station and mobile

k3 = Mobile Antenna Height Factor Correction factor used to take into account the effectivemobile antenna height

k4 = Okumura Hata multiplying factor for Hms

k5 = Effective Antenna Height Gain This is the multiplying factor for the log of the effectiveantenna height

k6 = Log (Heff)Log(d) This is the Okumura Hata type multiplying factor for log(Heff)log(d).k7 = Diffraction This is a multiplying factor for diffraction calculations A choice of diffractionmethods are available to the user

Clutter_Loss = Clutter specifications such as heights and separation are also taken intoaccount in the calculation process

The propagation model is fully customisable with all k-factors user-definable Near and farvalues for k1, k2 and the change-point are user definable The model also incorporatesalgorithms for diffraction loss and effective base station heights

4 Model Tuning

Implementing a mobile radio system, wave propagation model is necessary todetermine propagation characteristics Predictions are required for a proper coverageplanning and for interference analysis as well as for cell calculations, which are thebasis for the high-level network planning processes