Chương 9 Định Cỡ Mạng Truy Nhập Vô Tuyến Giáo Trình Đa Truy Nhập Vô Tuyến.pdf

Bài 9 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng 397 Chương 9 ĐỊNH CỠ MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 9 1 GIỚI THIỆU CHUNG 9 1 1 Các chủ đề được trình bầy trong chương  Tổn hao đường truyền và che tối  Khái niệm hệ thống tổ o[.]

Chương 9 ĐỊNH CỠ MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 9.1 GIỚI THIỆU CHUNG

9.1.1 Các chủ đề được trình bầy trong chương

 Tổn hao đường truyền và che tối

 Khái niệm hệ thống tổ ong

 Các mô hình tổn hao truyền sóng

 Tính tóan suy hao cho phép cực đại

 Tính toán định cỡ ô

9.1.2 Hướng dẫn

 Học kỹ các tư liệu đựơc trình bầy trong chương

 Tham khảo thêm các tài liệu [38], [39], [46]

9.1.1 Mục đích chương

Nhằm cung cấp kiến thưc tổng quan về:

 Định cỡ ô trong thông tin di động

9.2 MỞ ĐẦU

Định cỡ cung cấp ước tính nhanh đầu tiên cho việc lập cấu hình mạng vô tuyến dự kiến Định cỡ là một bộ phận của quá trình quy hoạch tổng thể, trong đó quy hoạch tổng thể bao gồm quy hoạch chi tiết và tối ưu mạng tổ ong không dây Nói chung quy hoạch là quá trình lặp bao gồm thiết kế, tổng hợp và thực hiện Mục đích của toàn bô hoạt động này là thiết kế một mạng tổ ong không dây đáp ứng được các yêu cầu của khách hàng Có thể thay đổi quá trình này để phù hợp với các nhu cầu của mọi mang tổ ong không dây

Đây là một quá trình rất quan trọng khi triển khai mạng

Định cỡ dựa trên một tập các thông số đầu vào và kết quả nhận được chỉ liên quan đến tập các thông số đầu vào này Các thông số này bao gồm vùng được xét, lưu lượng kỳ vọng và QoS yêu cầu Định cỡ cung cấp ước tính các yêu cầu đối với hạ tầng mạng Định

cỡ được thực hiện với sự hỗ trợ của công cụ định cỡ cho cả mạng truy nhập và mạng lõi Định cỡ mạng tổ ong không dây trực tiếp liên quan đến chất lượng và hiệu suất mạng

và ảnh hưởng sâu sắc đến triển khai mạng Định cỡ mạng không dây tổ ong bao gồm các bước sau:

 Phân tích số liệu/lưu lượng

Các thông số hệ thống như công suất phát, hệ số khuếch đại anten, ước tính tổn hao, kiểu anten được sử dụng … phải được biết trước khi bắt đầu định cỡ mạng không dây tổ ong Mỗi mạng không dây có thông số riêng

Phân tích lưu lượng cho phép ước tính lưu lượng mà mạng cần truyền tải Các kiểu lưu lượng khác nhau mà mạng sẽ truyền tải cần được mô hình hóa Các kiểu lưu lượng có thể gồm các cuộc thoại, VoIP, lưu lượng PS hay CS Chi phí bổ sung cho từng kiểu lưu lượng cần được tính và đưa vào mô hình Thời gian và khối lượng lưu lượng cũng cần được dự báo để đánh giá hiệu năng mạng và xác định liệu mang có thực hiện được các yêu cầu đề ra

Ước tính phủ sóng được sử dụng để xác định vùng phủ sóng của từng BTS Ước tính phủ sóng tính toán diện tích mà tại đó máy thu của người sử dụng có thể ‘nghe’ được tín hiệu từ BTS Nó cung cấp diện tích cực đại mà BTS có thể phủ sóng Nhưng không nhất thiết phải là một kết nối chấp nhận được (thọai chẳng hạn) giữa BTS và MS Tuy nhiên máy thu MS có thể phát hiện được BTS trong vùng phủ sóng

Quy hoạch phủ sóng bao gồm phân tích quỹ đường truyền vô tuyến (RLB: Radio Link Budget) và vùng phủ RLB tính toán công suất thu được bởi máy thu khi cho trước công suất phát RLB bao gồm tất cả các độ lợi và tổn hao trên đường truyền

từ máy phát đến máy thu Dựa trên tính toán RLB ta được tổn hao truyền sóng cực đại cho phép Tổn hao đường truyền được chuyển vào khoảng cách bằng cách sử dụng các

mô hình truyền sóng thích hợp Khoảng cách này hay bán kính ô được sử dụng để tính toán số site cần thiết để phủ toàn bộ diện tích nhận được từ ước tính vùng phủ sóng Quy hoạch dung lượng xét đến khả năng của mạng cung cấp các dịch vụ cho các người sử dụng với mức chất lượng dịch vụ yêu cầu Sau khi đã tính toán diện tích phủ sóng của site, sử dụng ước tính ước tính này để phân tích các vấn đề liên quan đến dung lượng Quá trình này bao gồm chọn site và cấu hình hệ thống chẳng hạn kênh, các phần tử kênh và các đoạn ô Các phần tử này khác nhau đối với từng hệ thống Cấu hình được chọn để đáp ứng được các yêu cầu lưu lượng Trong một số hệ thống không dây tổ ong, phủ sóng và dung lượng liên quan đến nhau.Trong trường hợp này, số liệu về phân

bố thuê bao và dự báo phát triển thuê bao có tầm quan trọng rất lớn Nhóm chuyên viên

Sau khi đã xác định được số trạm dựa trên dự báo lưu lượng, cần định cỡ các giao diện mạng Số lượng các giao diện có thể thay đổi từ vài giao diện cho đến rất nhiều giao diện Mục đích của bước này là thực hiện ấn định lưu lương để tránh tạo ra nút cổ chai trong mạng Cần đảm bảo tất cả các yêu cầu chất lượng dịch vụ và giảm thiểu giá thành Định cỡ tốt giao diện rất là quan trọng để đối với hiệu năng mạng

9.3 CÁC MÔ HÌNH TỔN TRUYỀN SÓNG THỰC NGHIỆM CƠ SỞ

Trong phần này ta sẽ xét các mô hình tổn hao truyền sóng được sử dụng rộng rãi nhất Các mô hình này là phương tiện điển hình nhất để tính toán tổn hao truyền sóng

9.3.1 Mô hình truyền sóng Okumura-Hata

Hầu hết các công cụ truyền sóng sử dụng một dạng biến đổi của mô hình Okumura-Hata (thườn tắt là Hata và đây là mô hình do Hata phát triển từ mô hình Okumura) Mô hình Hata là quan hệ thực nghiệm được rút ra từ báo cáo kỹ thuật của Okumura cho phép sử dụng các kết quả vào các công cụ tính toán Báo cáo của Okumura bao gồm một chuỗi các lưu đồ được sử dụng để lập mô hình thông tin vô tuyến Mô hình này được sử dụng trong dải tần từ 500MHz đến 2000 MHz (có thể áp dụng cho cả 2500 MHz) Dưới đây là các biểu thức được sử dụng trong mô hình Hata

để xác định tổn hao truyền sóng trung bình (ký hiệu là Lp)

a(hm) tính như sau:

Đối với thành phố nhỏ và trung bình:

Mô hình Hata không xét đến mọi hiệu chỉnh cho đường truyền cụ thể được sử dụng trong mô hình Okumara Mô hình Okumara có khuynh hướng trung bình hoá một số trình trạng cực điểm và không đáp ứng nhanh sự thay đổi nhanh của mặt cắt đường truyền vô tuyến Thể hiện phụ thuộc vào khoảng cách của mô hình Okumura phù hợp với các giá trị đo Các phép đo của Okumura chỉ đúng cho các kiểu toà nhà ở Tokyo Kinh nghiệm đo đạc tương tự ở Mỹ cho thấy rằng tình trạng ngoại ô điển hình

ở Mỹ thường ở một vị trí nào đó giữa các vùng nông thôn và các vùng thành thị Định nghĩa Okumura có tính thể hiện tốt hơn đối với vùng gia đình thành phố với các nhóm nhà xếp thành hàng Mô hình Okumura yêu cầu thực hiện đánh giá thiết kế khá lớn, đặc biệt khi chọn lựa các yếu tố môi trường phù hợp Cần có các dữ liệu để có khả năng dự đoán các nhân tố môi trường trên cơ sở tính chất vật lý của các toà nhà xung quanh máy thu di động Ngoài các nhân tố về môi trường phù hợp, cần thực hiện hiệu chỉnh theo đường truyền cụ thể để biến đổi dự đoán tổn hao đường truyền trung bình của Okumura và dự đoán cho đường truyền cụ thể đang được khảo sát Các kỹ thuật của Okumura để hiệu chỉnh mặt đất bất thường và các đặc điểm khác của đường truyền cụ thể đòi hỏi các diễn giải thiết kế và vì thế không phù hợp cho việc sử dụng máy tính

Đối với PCS (Personal Communication System: hệ thống thông tin cá nhân) làm việc ở tần số 1500-2000 MHz, LP sử dụng ô micro (tầm phủ 0,5-1 km) được tính theo

mô hình COST 231 Hata khi anten cao hơn nóc nhà như sau:

Lp = 46,3 + 33,9lgfc -13,82lghb-a(hm)

+ (44,9-6,55lghb)lgd + cm [dB] (9.9)

trong đó:

f, hb, hm, a(hm) và R giống như trên

cm = 0 cho thành phố trung bình và các trung tâm ngoại ô, 3dB cho các trung tâm thành phố

Công thức trên không áp dụng khi hb  h của nóc nhà

Tồn tại một số điểm yếu trong các mô hình thực nghiệm và bán thực nghiệm khi nghiên cứu truyền sóng trong các môi trường ô vi mô Nếu chiều cao anten BTS thấp hơn mái nhà của các tòa nhà xung quanh, thì tính chất truyền sóng sẽ thay đổi Không thể phân tích tình trạng này bằng các phương pháp thống kê vì các tòa nhà quá lớn so với kích thước ô và không thể bỏ qua các tính chất điạ lý chính xác của các tòa nhà như trong các mô hình ô vĩ mô

9.3.2 Mô hình truyền sóng Walsfisch-Ikegami

Mô hình Walsfisch-Ikagami được xây dựng với giả thiết là sóng điện từ truyền trên máy nhà và chịu ảnh hưởng của nhiều nhiễu xạ Các tòa nhà giữa máy phát và

máy thu xếp thành hàng đóng vai trò như những tầng nửa chắn nhiễu xạ có cùng độ cao (hình 9.1)

Tại đầu cuối di động trường thu bao gồm hai tia như trên hình 9.1: (1) tia nhiễu

xạ trực tiếp và (2) tia phản xạ và nhiễu xạ Công suất của hai thành phần này cộng với nhau Đối với trường hợp LOS (trực xạ), mô hình ban đầu đựơc mở rộng thành mô hinh ‘hẻm phố’ Mô hình tổng hợp này đựơc gọi là mô hình COST231-Walfisch-Ikegami

Tòa nhà

MS

Hình 9.1 Định nghĩa các thông số mô hình Walsfisch-Ikegani

Mặc dù mô hình Walfisch-Ikegami được coi là mô hình ô vi mô, cần hết sức cẩn thận khi sử dụng nó cho trường hợp anten phát thấp hơn mái nhà của các tòa nhà xung quanh Trong trường hợp này, sóng phát truyền qua các hẻm phố chứ không truyền bên trên các mái nhà như giả thiết trong mô hình Chẳng hạn, nếu kích thứơc thực tế của tòa nhà lớn và phần tử nhiễu xạ qua mái nhà không đáng kể, thì mô hình Walfisch Ikagami sẽ đánh giá tổn hao thái quá Vì thế cấn hết sức cẩn thận trong trường hợp này

và cần kiểm chứng lại bằng các kết quả đo Các giả thiết của mô hình Walfisch- Ikegami hạn chế khả năng sử dụng nó trong các trường hợp trong dó các tòa nhà giống nhau và đựơc đặt cách đều nhau, chiều cao đia hình cũng không đổi trên toàn bộ vùng tính toán của ô

Mô hình COST 231- Walfisch-Ikegami được chia thà hai phần : (1) trực xạ (LOS) và không trực xạ (NLOS) Thông tin về độ cao tòa nhà được sử dụng để xác định đường truyền là LOS hay NLOS Tổn hao đường truyền của mô hình này đựơc

Lp= 42,6 + 26.lgR+20lgfc [dB] cho LOS (9.10)

Lp= Lf + Lrts + Lms [dB] cho NLOS (9.11)

trong đó Lf = tổn hao không gian tự do

Lrts= nhiễu xạ mái nhà-phố và tổn hao tán xạ

Lms=tổn hao các vật che chắn

Lp = xác định theo (E.1a) khi Lrts+ Lms  0 [dB]

Tổn hao không gian tự do được xác định như sau:

h

hk

f

f ,

k đối với thành phố trung bình và vùng ngoại ô có mật

độ cây trung bình

f ,

Dải thông số cho mô hình Walfisch-Ikegami phải thoả mãn:

800  fc< 2000 MHz

4  hb  50m

1  hm  3m 0,02  R  5km

Có thể sử dụng các giá trị mặc định sau cho mô hình:

b = 20-50m

W = b/2

f = b/2 Nóc nhà = 3 m cho nóc nhà có độ cao và 0 m cho nóc nhà phẳng

hr = 3(số tầng) + nóc nhà

Ta tính toán tổn hao đường truyền từ mô hình Hata và Walfisch-Ikegami theo các

số liệu dưới đây và so sánh kết quả ở bảng 9.2

fc = 880 MHz

hm = 1,5 m

hb = 30 m nóc nhà = 0 m

Tổn hao đường truyền, dB

Mô hình Hata Mô hình

139,45 150,89 157,58 162,33 166,01 Tổn hao đường truyền dự đoán theo mô hình Hata thấp hơn 13-16 dB so với mô hình Walfisch-Ikegami Mô hình Hata bỏ qua ảnh hưởng của độ rộng phố, nhiễu xạ

Thừa số hiệu chỉnh tổn hao do cây

Weissberger đã phát triển mô hình trễ hàm mũ cải tiến có thể sử dụng ở nơi đường truyền vô tuyến bị chắn bởi cây nhiều lá, khô, mật độ cao ở các vùng khí hậu ôn hoà Có thể tính toán tổn hao bổ sung như sau:

Hiệu số tổn hao đường truyền đối với các cây có lá và không có lá vào khoảng

3-5 dB Đối với tần số trong dải 900 MHz, phương trình (9.31) rút gọn còn:

Lf = 1,29(df)0,588 dB đối với 14  df  400m (9.16)

= 0,437df dB đối với 0  df  14m

9.4 ĐỊNH CỠ MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN

Mục đích của định cỡ mạng truy nhập LTE là ước tính được mật độ site yêu cầu

và cấu hình site cần thiết cho vùng quy hoạch Các hoạt động quy hoạch mạng truy nhập LTE ban đầu bao gồm phân tích quỹ đường truyền vô tuyến và vùng phủ, ước tính dung lượng ô, ước tính khối lượng eNode B và các cổng truy nhập (MME/S-GW), cấu hình phần cứng và cuỗi cùng là thiết bị tại các giao diện khác nhau

9.4.1 Các đầu vào cho định cỡ

Một trong số các mục tiêu quan trọng của phần này là phân biệt rõ các đầu vào

và đầu ra của quá trình định cỡ Có thể chia các đầu vào của quá trình định cỡ LTE một cách tương đối thành các đầu vào liên quan đến chất lượng, phủ sóng và dung lượng

Các đầu vào liên quan đến chất lượng bao gồm thông lượng ô trung bình và xác suất chặn Các thông số này là các yêu cầu của khách hàng về việc cung cấp một

mức độ dịch vụ nhất định đối với các người sử dụng của họ Các đầu vào này được

chuyển đổi trực tiếp thành các thông số QoS Ngoài ra tiêu chuẩn hiệu năng biên ô

được sử dụng trong công cụ định cỡ để xác định bán kính ô và từ đó xác định số site

Ba phương pháp được sử dụng để xác định biên ô Ba phương pháp này bao gồm

thông lượng cực đại tại biên ô, phủ sóng cực đại tương ứng với MCS (MCS: Modulation and Coding Scheme: sơ đồ mã hóa và điều chế) bậc thấp nhất (cho ta số lượng site tối thiểu) và bán kính ô quy định trước Với bán kinh ô quy định trước, các

thông số có thể đựơc thay đổi để phù hợp với tốc độ số liệu đạt được tại kích cỡ ô này Tùy chọn này cho phép linh họat tối ưu công suất phát và xác định tốc độ số liệu phù hợp với công suất này

Quỹ đường truyền vô tuyến (RLB: Radio Link Budget) có tầm quan trong trung tâm đối với quy hoạch vùng phủ trong mạng đa truy nhập vô tuyến Các đầu vào RLB bao gồm công suất phát, các hệ thống anten phát thu, số các anten được sử dụng, các

độ lợi và các tổn thất hệ thông thông thường, tải ô và các mô hình truyền sóng Các hệ thống đa truy nhập như LTE có thể hoạt có thể hoạt động cả ở các băng tần thông thường 900 MHz và 1800MHz cũng như mở rộng đến 2600MHz Mô hình cho tất cả các băng tần này sẽ được đưa ra để tính toán định cỡ Ngoài ra các kiểu kênh (đi bộ, đi xe) và thông tin địa lý cũng cần có để bắt đầu quá trình định cỡ vùng phủ Thông tin địa lý bao gồm thông tin kiểu vùng (thành phố, nông thôn, …) và kích cỡ của từng vùng cần phủ

Các đầu vào quy hoạch dung lượng cung cấp các yêu cầu cần đáp ứng trong quá trình định cỡ mạng đa truy nhập vô tuyến Các đầu vào quy hoạch dung lượng cung cấp số lượng thuê bao trong hệ thống, các dịch vụ mà họ yêu cầu và mức độ sử dụng của thuê bao Phổ khả dụng và băng thông kênh cho hệ thống đa truy nhập cũng là một thông số quan trọng trong quy hoạch dung lương cho các hệ thống này Phân tích lưu lượng và tốc độ số liệu để hỗ trợ các dịch vụ khả dụng (thoại, số liệu) được sử dụng để xác định số lượng thuê bao được hỗ trợ bởi một ô và từ đó bán kính ô dựa trên ước tính dung lượng Các kết quả mô phỏng mức hệ thống và các kết quả mô phỏng mức liên kết được sử dụng để thực hiện quá trình quy hoạch dung lượng cùng với các đầu vào khác Dự báo phát triển thuê bao để dự kiến phát triển và chi phí cho mạng trrong những năm tới Đây là đầu vào đặc thù maketing để đạt được tính khả thi của mạng trong thời gian dài Dự báo được cung cấp bởi các nhà khai thác

9.4.2 Các đầu ra của quá trình định cỡ mạng đa truy nhập

Các đầu ra của giai đoạn định cỡ mạng đa truy nhập được sử dụng để đánh giá tính khả thi và giá thành của mạng Các đầu ra này tiếp tục được sử dụng trong quy hoạch mạng chi tiết và có thể được sử dụng cho công việc quy hoạch mạng lõi sau này Mạng được định cỡ có thể hỗ trợ nhóm chuyên gia quy hoạch mạng lõi quy hoạch thiết

kế mạng phù hợp và xác định các liên kết đường trục cần thiết trong giai đoạn khởi đầu mạng

Kích thước ô là đầu ra của quá trình định cỡ mạng đa truy nhập Qúa trình này cho ra hai bán kính ô: một nhận được từ ước tính vùng phủ và một nhận được từ ước tính dung lượng Bán kính nhỏ hơn sẽ được chọn là đầu ra cuối cùng Sau đó bán kính này được sử dụng để xác định số lượng site Dung lượng của các eNodeB nhận được

từ ước tính dung lượng cùng với số thuê bao được hỗ trợ bởi từng ô Định cỡ giao diện

là bước cuối cùng trong quá trình định cỡ mạng truy nhập mạng di động

9.4.3 Quá trình định cỡ mạng đa truy nhập

Quá trình định cỡ mạng đa truy nhập được bắt đầu bằng tính toán quỹ đường truyền vô tuyến để xác định tổn hao đường truyền cực đại Kết quả bước này phụ thuộc vào mô hình truyền sóng được sử dụng Kích thước ô được ước tính trong bước này dẫn đến kích thước ô cho phép cực đại Thông số này đựơc sử dụng để tính toán số

ô trong vùng quy hoạch Bằng cách này ta tính được sơ bộ số eNodeB cần thiết

Tính toán dung lượng được tiến hành sau ước tính vùng phủ Nếu các ước tính vùng phủ đảm bảo được các yêu cầu dung lượng, thì không cần bổ sung thêm cho quy hoạch trước Trái lại cần bổ sung số ô thích hợp để đạt được các chỉ tiêu dung lượng Lưu lượng kỳ vọng càng cao thì số site càng lớn

Ước tính dung lượng là bước tiếp theo và là bước cuối cùng của quá trình định

cỡ Hình 9.2 cho thấy chi tiết quy trình định cỡ mạng đa truy nhập

Quỹ đường truyền

Tổn hao đường truyền cực đại Ước tính vùng phủ

Số site cần triển khai dựa trên vùng phủ yêu cầu

Ước tính dung lượng

Số site cần triển khai dựa trên vùng phủ và dung lượng yêu câu

Mô hình truyền sóng Xác suất phủ Vùng triển khai

Dung lượng trên một phần

tử mạng (eNodeB)

Cấu hình phần cứng phần

tử mạng Định cỡ giao diện BTS với cổng truy nhập

Thông lượng

Vùng phủ cực đại

Bán kính ô

Tiêu chuẩn cho

định nghiã biên ô:

Các đầu vào lưu lượng:

Số thuê bao và dự báo

Lưu lượng max và các mô hình

Bước 1: Phân tích số liệu và lưu lượng

Đây là bước đầu tiên trong quá trình định cỡ mạng đa truy nhập Bước này bao gồm thu thập các đầu vào cần thiết và phân tích chúng để chuẩn bị sử dụng chúng trong quá trình định cỡ mạng truy nhập Số liệu và yêu cầu cuả nhà khai thác được phân tích để xác định cấu hình hệ thống tốt nhất Một khả năng khác là chọn ra một nhóm các cấu hình và tiến hành định cỡ cho từng cấu hình để chọn ra câu hình phủ hợp tốt Chẳng hạn có thể chọn hai hoặc ba băng thông kênh để phân tích Các đầu vào quan trọng cần thiết cho bước này đã được giải thích trong 9.4.1

Bước 2 Phân tích lưu lượng

Phân tích yêu cầu lưu lượng để đạt được cấu hình mạng tốt nhất có thể với chi phí thiết bị tối thiểu Trong phần này ta sẽ xét ba kiểu lưu lượng: VoIP, truyền luồng và lướt web Khi tính toán tốc độ bit tịnh cho các kiểu lưu lượng này cần xét đến các chi phí do các lớp cao hơn Lưu lượng đỉnh được sử dụng thay cho các giá trị trung bình Tương tự cũng cần xem xét yêu cầu đối với các dịch vụ khác

Bước ba: Quy hoạch vùng phủ

Phân tích vùng phủ về nguyên tắc vẫn là bước tối quan trọng trong thiết kế mang

di động RLB (Radio Link Budget: quỹ đường truyền vô tuyến) là trung tâm của quy hoạch vùng phủ Nó cho phép kiểm tra mô hình tổn hao đường truyền và tốc độ số liệu đỉnh yêu cầu đối với các mức phủ sóng đích Kết quả cho ta một dải các kích thước ô

để tìm ra số lượng site bị hạn chế bởi phủ sóng Điều này đòi hỏi phải chọn được mô hình truyền sóng phù hợp để tính toán tổn hao đường truyền Khi biết được các ước tính kích thước ô và diện tích cần phủ sóng, có thể tìm được ước tính tổng số site Ước tính này dựa trên các yêu cầu phủ sóng và cần được kiểm tra đối với các các yêu cầu dung lượng

Bước bốn: Quy hoạch dung lượng

Với ước tính sơ bộ về kích thước ô và số site, thực hiện kiểm tra phân tích phủ sóng cho dung lượng yêu cầu Kiểm tra xem liệu với mật độ site đã cho, hệ thống có thể truyền được tải quy định hay cần bổ sung thêm các site mới Trong LTE, chỉ thị dung lượng chính là phân bô SINR trong ô Phân bố này nhận được bằng cách thực hiện mô phỏng mức hệ thống Có thể chuyển đổi trực tiếp phân bố này vào dung lượng (tốc độ số liệu) Dung lượng ô LTE chịu ảnh hương bởi một số nhân tố, chẳng hạn thực hiện bộ lập biểu gói, các sơ đồ MCS được hỗ trợ, các cấu hình anten và các mức nhiễu Vì thế nhiều tập các kết quả mô phỏng cần thiết cho phân tích toàn diện Sau đó

số lượng site dựa trên dung lượng được so sánh với kết quả phủ sóng và số lớn hơn trong hai số sẽ được chọn làm số lượng site cuối cùng như đã đề cập trong phần trước

Bước 5: Định cỡ truyền tải

Định cỡ truyền tải xét đến định cỡ các giao diện giữa các phần tử mạng khác nhau Trong 3GUMTS, hai Iub là giao diện giữa UE và NodeB và giao diện IUcs/IUPS, còn trong LTE, S1 (giữa eNodeB và S-GW/MME) và X2 (giữa các eNodeB) là các giao diện cần định cỡ

9.5 ƯỚC TÍNH SỐ LƯỢNG THUÊ BAO

Trong phần này ta sẽ xét cách chuyển đổi thông lượng ô vào số thuê bao băng rộng cực đại Số thuê bao cực đại ở đây được hiểu là số thuê bao cực đại đồng thời sử dụng mạng Hình 9.3 cho thấy hai phương pháp (thí dụ xét cho mạng LTE): (1) dựa trên thể tích lưu lượng và (2) dựa trên tốc độ số liệu

Hế số đăng ký vượt quá

Tốc độ số liệu trung bình giờ cao điểm trên một thuê bao

Ba đoạn ô trên một site

Tổng

Dung lượng ô

35 Mbps

Chuyển đổi Mbps vào GByte

3600 giây trên một giờ

Tải trung bình giờ cao điểm

50%

Giờ cao điểm mang 15% lưu

lượng số liệu một ngày

Hình 9.2 Phương pháp tính số thuê bao dựa trên tốc độ số liệu

Phương pháp dựa trên thể tích lưu lượng ước tính thể tích lưu lượng cực đại đo bằng Gbyte được mang bởi cấu hình LTE 20MHz 1+1+1 Hiệu suất sử dụng phổ được giả thiét bằng 1,7bit/s/Hz sử dụng cấu hình 2x2MIMO Giờ cao điểu được coi rằng mang 15% lưu lượng của ngày (hình 9.2a) và tải trung bình của giờ cao điểm được coi bằng 50% Tải phụ thuộc vào các tốc độ số liệu đích trong giờ cao điểm: tải cao càng cao thì các tốc độ số liệu càng thấp Tải cực đại cũng phụ thuộc vào chiến lược phân biệt QoS được áp dụng: phân biệt QoS đẩy tải lên đến 100%, trong khi vẫn duy trì các tốc độ số liệu đối với các kết nối quan trọng Để đảm bảo 5MB cho từng thuê bao trong một tháng, số thuê bao trên một site sẽ là

Dung lượng ô là tốc độ số liệu trung bình được tính theo hình 9.2.b Giả sử đặt chỉ tiêu cung cấp 1Mbps trên một thuê bao Vì chỉ một số thuê bao là tải số liệu đồng thời, nên hệ số đăng ký quá (Overbooking Factor) còn được gọi là tỷ lệ va chạm được

sử dụng ở đây để biểu thị số người sử dụng chia sẻ cùng một dung lượng tại một thời điểm Giá trị dựa trên kinh nghiệm này thường được đặt bằng 20 Tỷ lệ va chạm càng thấp thì chất lượng phục vụ càng cao Điều này có nghĩa là tốc độ trung bình giờ cao điểm là 50kbps trên một thuê bao Giờ cao điểm (BH: Busy Hour) là giờ trong khung

24 giờ có số cuộc gọi lớn nhất Tải giờ cao điểm được đặt mặc định bằng 50% và có thể thay đổi phụ thuộc vào nhà khai thác Số thuê bao trên một site tính theo phương pháp này sẽ là 1050

Có thể tính số thuê bao cho phương pháp hai như sau:

sub sec tor

sub factor

R O



Trong đó Ccap là dung lượng ô, LBH là tải trung bình giờ cao điểm, Rsub là tốc độ số liệu yêu cầu của người sử dụng, Ofactor là thừa số đăng ký vượt quá, AHR-uer= Rsub/Ofactor là tốc độ số liệu trung bình giờ cao điểm trên một thuê bao và Nsector là số đoạn ô trên một site

Sử dụng phương trình (9.17) tính toán thuê bao trên một site ta được:

sub/site

35Mbps 0,5

1Mbps20

Bảng 9.3 Các loại đầu cuối

có cung cấp tốc độ số liệu đường xuống 150 Mbps và hỗ trợ 2x2 MIMO

Thí dụ tính toán số thuê bao đường xuống cực đại trong một ô ba đoạn có dung lượng 35 Mbps và đầu cuối loại 1 được chọn là 3x(35x50%)/(10/20)=150

9.6 PHÂN TÍCH PHỦ SÓNG

Phân tích sóng cho phép ước lượng số tài nguyên cần thiết để đảm bảo phục vụ trong vùng triền khai với các thông số hệ thống cho trước Trong phần này ta sẽ xét quỹ đường truyền vô tuyến và tính tóan bán kính đoạn ô dựa trên mô hình truyền sóng Quỹ đường truyền là sự tính toán tất cả các độ lợi và tổn hao xẩy ra từ máy phát, qua môi trường (tổn hao truyền sóng, tổn hao cáp, khuếch đại anten) đến máy thu trong một hệ thống vô tuyến Phương trình quỹ đường truyền trong kênh vô tuyến như sau:

PRx[dBm]=PTx[dBm]+GTx[dBi-LTx[dB] ]+GRx[dBi]+ GSHO -LRx[dB] -PM[dB]-PL[dB] = EIRP + GRx[dBi]-LRx[dB] -PM[dB]-PL[dB] (9.18)

Trong đó PTx và PRx là công suất phát và thu đo bằng dBm, GTX và GRx là hệ số khuếch đại anten phát và thu đo bằng dBi, GSHO là độ lợi chuyển giao mềm, LTx và LRx

là tổn hao cáp và các phần tử vô tuyến khác tại phía máy phát và máy thu đo bằng dB,

PM là dự trữ quy hoạch và PL là tổn hao đường truyền đo bằng dB Dự trữ quy hoạch được bổ sung để xét đến cho phép phađinh chậm, các lỗi dự báo trước và các tổn hao

bổ sung EIRP = PTx[dBm]+GTx[dBi-LTx[dB] là công suất phát xạ đẳng hướng tương đương đo băng dBm

Từ (9.16) có thể tính được suy hao đường truyền như sau:

Để tính toán vùng phủ cực đại, cần xét đến công suất công suất thu tối thiểu Để

đảm bảo chất lượng đường truyền yêu cầu, tỷ số tín hiệu trên tạp âm cộng nhiễu thu

được phải đảm bảo lớn hơn hoặc bằng một giá trị yêu cầu req (nhận được từ mô

phỏng mức đường truyền với với âm là AGWN) như trong bất đẳng thức sau:

Trong đó PRxmin là công suất thu tối thiểu mà ở đó vẫn còn đảm bảo tỷ số tín hiêu trên

tạp âm công nhiễu yêu cầu, MJM là dự trữ thực hiện, MF là dự trữ phađinh và MI là dự

trữ nhiễu, N=kTB là công suất tạp âm với k=1,38,10-23WHz-1K-1, T=290K, B [Hz] là

Trong đó: kT [dBm]= -174dBm (k=1,38.10-23WHz-1K-1 và T=290K), B là băng thông

truyền dẫn kênh NF (Noise Figure: hệ số tạp âm), req là SNR yêu cầu phụ thuộc vào

sơ đồ điều chế và mã hóa kênh và MIM là dự trữ thực hiện được cho trong bảng 9.2, MF

là dự trữ phađinh tính theo dB, MI là dự trữ nhiễu tính theo dB, Gd là độ lợi phân tập

(3dB chẳng hạn) REFSENS là độ nhạy tham chuẩn của máy thu UE đựơc tính như

sau:

REFSENS [dBm]= -174dBm.Hz-1+10lg(B)[dBHz]

+NF[dB]+req[dB]+ MIM[dB] –Gd [dB] (9.22)

Đối với hệ thống CDMA Gp=Rc/Rb, Gs=Rc/Rs, Rs=Rb/log2(M),

B=Rc=GpRb=GsRs, trong đó Rc là tốc độ chip, Rs là tốc độ ký hiệu, Gp là độ lợi xử lý,

Gs là hệ số trải phổ, nên phương trình (9.19) có dạng sau:

Đối với hệ thống LTE B=NRB.180.103Hz, trong dó NRB là số khối tài nguyên cấp phát

cho kênh, mỗi khối có băng thông 180 kHz, nên phương trình (9.21) có dạng sau:

PRxmin[dBm]= -174dBm.Hz-1+10lg(NRB.180.103Hz) [dBHz]

Tỷ số tín hiệu trên tạp âm cộng nhiễu yêu cầu đối với LTE UE được cho trong bảng 9.4

Bảng 9.4 Yêu cầu SNR (req) đường xuống

Hệ thống Điều chế Tỷ lệ mã SNR

(req) [dB]

MIM[dB]

SINR+MIM[dB]

Bảng 9.5 Các giá trị độ nhạy UE cho các cấu hình MCS khác nhau đối với băng thông 10MHz

Điều

chế Tỷ lệ

mã

kTB (dBm)

NF (dB)

MIM

(dB)

req

(SNR) (dB)

req+MIM

(SINR+IM) (dB)

REFSENS(dBm)

Bảng 9.6 cho thấy độ nhạy đối với các băng thông 5MHz và 20 MHz cho máy thu UE

và máy thu eNodeB

Bảng 9.6 Độ nhạy đối với các băng thông 5MHz và 20 MHz cho máy thu UE và máy thu eNodeB

Hệ

thống

Điều chế

Băng thông (MHz)

kTB (dBm)

NF (dB)

 req

(dB)

M IM (dB)

REFSEN

S (dBm)

64QAM 3/4

1,2-21,1

* Trong một số tài liệu NF cho eNodeB đựơc lấy bằng 5 dB, tuy nhiên các máy thu tiên tiến hiện nay có NF thấp hơn, nên trong tài liệu này ta sẽ sử dụng NF=2dB cho eNodeB

Công suất cực đại cuả eNodeB Ptmax phụ thuộc vào băng thông Với băng thông thấp hơn 5MHz, PTxmax=20W (43dBm) còn với băng thông từ 5MHz đến 20MHz

PTxmax=40W (46dBm)

Công suất cực đại của UE có thể là 0,125W hay 0,200 W (21 hay 23dBm) Bán kính vùng phủ sóng có thể đựơc tính theo các mô hình truyền sóng như: tổn hao không gian tự do, Hata-Okumura như đã xét ở trên

Từ phương trình (9.3) ta có thể tính cự ly phủ sóng theo mô hình Hata như sau:

b

PL 69,55 26,16 lg(f ) 13,82 lg(h ) a (h ) K

44,9 6,55 lg(h ) Hata

ô và sáu đoạn ô với giả thiết các ô hay các đoạn ô có hình lục giác đều và sáu đoạn ô

có dạng tam giác đều Ba cấu hình đầu trên hình 9.4 thường được áp dụng nhất

d = R

d»2R

d=2R

d=R d) Site sáu đoạn ô

Hình 9.4 Bố kiểu site: a) Site vô hướng ngang, b) Site hai đoạn ô, c) site ba đoạn ô

và d) site sáu đoạn ô