NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP PHỦ SÓNG INBUILDING TRONG CÁC TÒA NHÀ CAO TẦNG

Với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, nhu cầu mở rộng về nhà ở, văn phòng làm việc tăng cao. Các tòa nhà cao tầng mọc lên nhanh chóng tại nhiều nơi trên đất nước. Tuy nhiên đặc trưng của các nhà cao tầng là nhiều tầng, bên trong có rất nhiều vật cản làm cho các máy di động của các khách hàng sinh sống và làm việc trong các tòa nhà cao tầng khó bắt được tín hiệu của các mạng thông tin di động.

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài: “NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP PHỦ SÓNG INBUILDING

TRONG CÁC TÒA NHÀ CAO TẦNG”

Giảng viên hướng dẫn : ThS PHẠM ĐÌNH CHUNG Sinh viên thực hiện: HOÀNG QUỐC THÚY

Lớp : D06VT2 Khoá : 2006 - 2011

Hệ : Chính quy

Hà Nội, tháng 12/2010

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA VIỄN THÔNG 1

ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Họ và tên sinh viên: Hoàng Quốc Thúy

Nội dung chính của đồ án:

- Giải pháp phủ sóng trong tòa nhà

- Thiết kế hệ thống IBS

- Tìm hiểu thiết kế IBS trong thực tế.

Ngày giao đồ án: /09/2010

Ngày nộp đồ án : /12/2010

Ngày tháng 12 năm 2010

Giảng viên hướng dẫn

Phạm Đình Chung

LỜI NÓI ĐẦU

Với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, nhu cầu mở rộng về nhà ở, vănphòng làm việc tăng cao Các tòa nhà cao tầng mọc lên nhanh chóng tại nhiều nơitrên đất nước Tuy nhiên đặc trưng của các nhà cao tầng là nhiều tầng, bên trong córất nhiều vật cản làm cho các máy di động của các khách hàng sinh sống và làm việctrong các tòa nhà cao tầng khó bắt được tín hiệu của các mạng thông tin di động

Điều này đòi hỏi các tòa nhà cao tầng cần phải có một hệ thống phủ sóngthông tin di động riêng, nhằm phục vụ nhu cầu sử dụng điện thoại di động mọi lúcmọi nơi, đặc biệt khi hệ thống thông tin di động 3G đã được triển khai Tùy vào kiếntrúc của các tòa nhà sẽ đưa ra cách phủ sóng cho tòa nhà đó, nhưng đây là một côngviệc khó khăn và phức tạp Đòi hỏi người kỹ sư phải hiểu biết và có kinh nghiệm lâunăm trong việc phủ sóng trong nhà, mới đảm bảo được chất lượng dịch vụ và mởrộng cho dịch vụ mới

Với mong muốn sau khi ra trường sẽ có sự hiểu về phủ sóng trong các tòa nhà,

để khi trở thành người kỹ sư có thể tham gia công việc phủ sóng các tòa nhà cho mụcđích học hỏi kinh nghiệm và xa hơn thực hiện công việc này một cách thành thạo Tôidưới sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của ThS Phạm Đình Chung đã thực hiện đềtài đồ án tốt nghiệp đại học: “Nghiên cứu giải pháp phủ sóng inbuilding trong các tòanhà cao tầng” Nội dung đề tài gồm các chương sau:

Chương I Giải pháp phủ sóng trong tòa nhà

Chương II Thiết kế hệ thống IBS

Chương III Tìm hiểu thiết kế IBS trong thực tế

Mục tiêu của đề tài:

- Nêu rõ các khái niệm trong giải pháp phủ sóng trong tòa nhà

- Phân tích lợi ích của việc phủ sóng các tòa nhà

- Phương pháp quy hoạch, thiết kế phủ sóng vô tuyến trong nhà

- Tính các tham số cho quá trình thiết kế phủ sóng tòa nhà

- Phân tích công việc thiết kế IBS trong thực tế

Mặc dù đã hết sức cố gắng và đã nhận được nhiều ý kiến đóng góp quý báu từ các thầy cô giáo, bạn bè; nhưng đồ án chưa thể đi sâu vào nghiên cứu nhiều khía cạnh kỹ thuật khác, tôi rất mong nhận được sự đóng góp và giúp đỡ hơn nữa của các thầy cô giáo và bạn bè để đồ án có hướng phát triển hơn nữa trong tương lai

Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn ThS Phạm Đình Chung, là người hướng dẫn, cung cấp tài liệu và chỉ bảo nhiệt tình để tôi hoàn thành đồ án Tôi cũng xin cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Viễn Thông 1 đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập cũng như trong quá trình hoàn thành đồ án này

Hà Nội, tháng 12 năm 2010

Sinh viên

Hoàng Quốc Thúy

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm: ……….………(bằng chữ: … ……… ….)

Ngày tháng 12 năm 2010 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Phạm Đình Chung NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN : ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm: ……….………(bằng chữ: … ……… ….)

Ngày tháng 12 năm 2010

GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

MỤC LỤC

Lời nói đầu

Nhận xét của giảng viên hướng dẫn

Nhận xét của giảng viên phản biện

Mục lục

Danh mục hình vẽ bảng biểu

Thuật ngữ viết tắt

CHƯƠNG I GIẢI PHÁP PHỦ SÓNG TRONG TÒA NHÀ 1

1.2 Các giải pháp phủ sóng trong tòa nhà 1

1.2.2 Vùng phủ sóng sử dụng RBS trong tòa nhà 4

1.2.4 Vùng phủ sóng sử dụng giải pháp cell femto 9

1.3.2 Lợi ích cho nhà cung cấp host trung lập, chủ tòa nhà, doanh nghiệp

CHƯƠNG II THIẾT KẾ HỆ THỐNG IBS 18

2.1 Quy trình khảo sát thiết kế và vận hành bảo dưỡng hệ thống IBS 18

2.2.3.b Cáp rò 40

2.3 Quy hoạch vô tuyến trong nhà 41

2.3.3 Quy hoạch vùng phủ vô tuyến trong nhà 45

2.3.3.c Phân chia vùng phủ theo các mức khác nhau để thực hiện Isolation 46

2.4.2.c Tính quỹ công suất đường truyền cho hệ thống IBS 60

2.4.4 Các tham số khác trong thiết kế hệ thống IBS 64

2.4.4.c Hệ thống nhiều nhà khai thác mạng và đa dịch vụ 69

CHƯƠNG III TÌM HIỂU THIẾT KẾ IBS TRONG THỰC TẾ 74

3.1 Công cụ hỗ trợ thiết kế IBS trong thực tế 74

3.2 Quá trình thiết kế IBS trong thực tế 81 3.2.1 Khảo sát tình trạng phủ sóng bên trong tòa nhà 81

3.2.1.c Kết luận về tình trạng phủ sóng bên trong tòa nhà 84

3.2.2.d Yêu cầu về thiết lập cuộc gọi và chuyển giao 85

3.3 Tổng kết chương III 95

Kết luận

Tài liệu tham khảo

Hình 1.1 Vùng phủ inbuilding qua cell marco, micro hay trong nhà,dẫn đến chấtlượng khác nhau của vùng phủ sóng di động bên trong các tòa nhà khác nhau 2

Hình 1.2 Vùng phủ sóng từ một cell marco trong mạng marco 3

Hình 1.3 Một RBS được đặt trên cột đèn thâm nhập vào tòa nhà từ bên ngoài 3

Hình 1.4 Giải pháp inbuilding với một RBS marco kết nối với một hệ thống phân phối anten đồng trục bị động phủ sóng một tòa nhà có kích thước lớn

4

Hình 1.5 Giải pháp inbuilding với một RBS micro kết nối với một hệ thống phânphối anten đồng trục bị động phủ sóng một tòa nhà kích thước vừa 5

Hình 1.6 RBS pico kết nối với một hệ thống phân phối anten đồng trục nhỏ phủ sóng một tòa nhà kích thước nhỏ (hoặc một phần của một tòa nhà) 6

Hình 1.7 IBS với một RBS main-remote phủ sóng hai tòa nhà khác nhau Các

RRU được kết nối với đơn vị chính thông qua cáp sợi quang 7

Hình 1.8 Vùng phủ sóng inbuilding sử dụng repeater (với anten donor có thể nhìn thấy trên đỉnh đầu của mỗi lối vào đường hầm)

8

Hình 1.9 Một ví dụ về một giải pháp Cell Femto 9

Hình 1.10 Ví dụ về một giải pháp phủ sóng tàu điện ngầm với cáp rò trong đường

Hình 1.13 Một ví dụ về DAS sợi quang học phủ một tòa nhà cao tầng 13

Hình 1.14 Tăng lưu lượng truy cập từ vị trí inbuilding theo thời gian 14

Hình 1.15 DAS có thể được sử dụng để phân phối mạng LAN không dây (hoặc

Bluetooth) cùng với ví dụ GSM và / hoặc 3G nếu sử dụng Injector WLAN 16

Hình 1.16 Một bức ảnh của một Injector mạng LAN không dây 17

Hình 1.17 Một ví dụ về Femto trong nhà dùng cho truy nhập mạng GSM 17

Hình 2.1 Thành phần chính của một hệ thống inbuilding 25

Hình 2.2 Ví dụ về một sơ đồ đi dây của hệ thống IBS 26

Hình 2.3 Các thành phần chính của repeater 27

Bảng 2.1 Tham số kỹ thuật repeater do hãng Telestone-Trung Quốc sản xuất 28

Bảng 2.2 Tham số kỹ thuật của GSM900-RBS 2206 do hãng Ericsson sản xuất 30

Hình 2.6 Cấu tạo cáp đồng trục 31

Hình 2.7 Các loại cáp đồng trục 31

Bảng 2.3 Các dạng suy hao của cáp đồng trục 31

Hình 2.10 Splitter công suất cáp đồng trục 32

Bảng 2.4 Tham số kĩ thuật splitter do hãng Comba-Trung Quốc sản xuất 33

Bảng 2.6 Tham số kĩ thuật coupler lai ghép do hãng Comba-Trung Quốc sản xuất 35

Hình 2.15 Coupler lai ghép Combo 35

Hình 2.16 Circulator RF 35

Bảng 2.7.Tham số kỹ thuật bộ khuếch đại do hãng Telestone-Trung Quốc sản xuất 36

Hình 2.18 Các loại bộ lọc điển hình được sử dụng trong IBS 37

Bảng 2.8 Tham số kĩ thuật diplexer do hãng Comba-Trung Quốc sản xuất 37

Bảng 2.9 Tham số kĩ thuật triplexer do hãng Comba-Trung Quốc sản xuất 38

Bảng 2.10 Tham số kỹ thuật anten omni do hãng Combo-Trung Quốc sản xuất 39

Hình 2.21 Anten omni của hãng Combo và bức xạ của nó ở 814 MHz 39

Bảng 2.11 Tham số kỹ thuật anten yagi do hãng Combo-Trung Quốc sản xuất 39

Hình 2.22 Anten yagi của hãng Combo và bức xạ của nó ở 1800 MHz 40

Bảng 2.12 Tham số kỹ thuật của cáp rò do hãng MSDIST-Anh Quốc sản xuất 41

Hình 2.24 Phương pháp quy hoạch vô tuyến trong nhà

42

Hình 2.25 Chia tòa nhà thành các vòng đo khác nhau 44

Hình 2.26 Bố trí anten có hướng để phủ sóng cell trong nhà 46

Hình 2.27 Phân chia mức vùng phủ vô tuyến trong tòa nhà 47

Hình 2.28 Sơ đồ hệ thống DAS thụ động 49

Hình 2.29 Sơ đồ hệ thống DAS tích cực 51

Hình 2.30 Sơ đồ hệ thống DAS lai ghép 53

Hình 2.31 Nguyên lý tính quỹ công suất đường truyền 55

Hình 2.32 Các thành phần trong tính quỹ công suất đường truyền 56

Bảng 2.13.Giá trị hệ số suy hao công suất khoảng cách N, theo tần số và từng vùng59

Bảng 2.14 Hệ số suy hao thâm nhập sàn Lf(n), theo tần số và từng vùng 59

Bảng 2.15 Các hệ số trong mô hình Log-distance 60

Hình 2.33 Mô hình tính quỹ công suất đường truyền cho truyền sóng trong nhà 61

Hình 2.34 Ví dụ mô hình chuyển giao trong nhà của mạng GSM 65

Hình 2.35 Ví dụ mô hình chuyển giao trong nhà của mạng WCDMA 66

Hình 2.36 Giải pháp phủ sóng thang máy phổ biến 68

Hình 2.37 Giải pháp đặt anten trong buồng thang máy

68

Hình 2.38 Ví dụ về một hệ thống kết hợp 70

Hình 2.39 Khoảng cách giữa các anten trong thiết kế IBS 72

Hình 3.1 Máy đo anten, feeder Site Master S-331D của hãng ANRITSU 75

Hình 3.2 Máy đo anten, feeder Site Analyzer SA-4000 của hãng BIRD 75

Hình 3.3.Máy đo công suất phát RF Digital Power Meter 5000-EX của hãng BIRD76

Hình 3.4 Máy đo công suất phát BTS MT8222A của hãng ANRITSU 76

Hình 3.5 Máy đo chất lượng đường truyền E10 của hãng Sunset 77

Hình 3.6 Máy TEMS kết nối với máy tính 78

Hình 3.7 Đo mức tín hiệu thu hiển thị trên bản đồ tòa nhà tầng 6 82

Bảng 3.1 Đo mức tín hiệu thu tại toà nhà VTC 82

Hình 3.8 Đo chất lượng tín hiệu thu hiển thị trên bản đồ tầng 6 83

Bảng3.2 Đo chất lượng tín hiệu thu toà nhà VTC 83

Hình 3.9 Sơ đồ bố trí vị trí đặt anten ở tầng hầm 88

Hình 3.10 Sơ đồ hình cây hệ thống phân phối anten 88

Hình 3.11 Hình mô phỏng vùng phủ sóng của các anten 89

Hình 3.12 Hình mô phỏng vùng phủ sóng của các anten (có dùng anten có hướng)

89

Hình 3.13 Truyền tín hiệu từ BTS gần nhất của nhà mạng đến phòng đặt repeater 90

Hình 3.14 Thiết bị POI của hãng Comba 90

Hình 3.15 Làm đầu connector và đấu nối vào coupler 92

Hình 3.16 Nhân viên đang đấu nối đầu connector cáp feeder 1/2 vào anten omni 92

Hình 3.17 Kết quả đo VSWR với dây cáp tốt 93

Hình 3.18 Kết quả đo VSWR với dây cáp có đầu connector không đạt chuẩn 93

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đuờng dây thuê bao số bất đối xứng AGC Automatic gain control Điều khiển thu tự động

BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc

CDMA Code division multiple access Đa truy nhập phân chia theo mã

DAS Distributed Antenna System Hệ thống phân phối anten

DECT Digital Enhanced Cordless Viễn thông không dây số nâng cao

Telecommunications (ETSI)

EDGE Enhanced data rates for GSM evolution Các tốc độ số liệu tăng cường GSM

EIRP Effective Isotropic Radiated Power Công suất bức xạ đẳng hướng tương

đương ETSI European Telecommunications Standards Viện các chuẩn viễn thông Châu Âu

Institute GMSK Gaussian Minimum Shift Keying Khoá dịch Gaussian tối thiểu

GSM Global System for Mobile Communications Hệ thống thông tin di động toàn cầu

IMD Intermodulation distortion Méo điều chế qua lại

ITU International Telecommunication Union Liên hiệp viễn thông quốc tế

MTBF Mean time between failures Thời gian trung bình giữa 2 sai hỏng

PIM Passive intermodulation Điều chế giao thoa thụ động

RSSI Received Signal Strength Indication Chỉ thị chiều dài tín hiệu nhận được SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên tạp âm

VSWR Voltage standing wave ratio Tỉ số sóng đứng

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access CDMA băng rộng

CHƯƠNG I GIẢI PHÁP PHỦ SÓNG TRONG TÒA NHÀ

1.1 Giới thiệu chung

In-Building Solution (IBS) là giải pháp phủ sóng vô tuyến trong tòa nhà, đó lànơi khi chưa phủ sóng thì dung lượng hoặc chất lượng không thỏa mãn nhu cầu người

sử dụng IBS có thể bao gồm cả hai tiêu chuẩn cellular như GSM, WCDMA,CDMA2000 hoặc tiêu chuẩn non-cellular như mạng WLAN và Bluetooth

IBS ngày càng được triển khai với các mạng di động, vì người sử dụng yêu cầuphủ sóng ở mọi lúc và mọi nơi, kết hợp cho các nhà khai thác mạng nâng cao chấtlượng dịch vụ và tăng doanh thu lưu lượng Chủ tòa nhà công nhận và đánh giá caogiá trị của IBS, cung cấp cơ sở hạ tầng thích hợp để triển khai IBS cũng như bảo vệ vàgiữ gìn IBS với mục đích cả hai bên có thể thu hút cũng như giữ chân khách hàng

Nhà khai thác mạng thực hiện phân tích lợi nhuận dựa vào vị trí tòa nhà, dựatrên lưu lượng ước tính được tạo ra trong tòa nhà Nếu ước tính lưu lượng vượt quácác tham số của nhà khai thác mạng, thì có thể điều chỉnh vốn đầu tư cho giải pháp.Phép đo cho thấy rằng có đến 80% lưu lượng mới tạo ra từ tòa nhà Nếu lựa chọn cáctòa nhà phù hợp, kinh nghiệm cho thấy việc thu hồi vốn đầu tư cho một IBS là trongvòng khoảng hai năm

Nhà khai thác mạng biết rằng sử dụng dịch vụ dữ liệu tốc độ cao sẽ đòi hỏi phủsóng số lượng lớn các vị trí inbuilding Điều này đặc biệt rõ trong việc triển khai mạngđiện thoại di động 3G tại các khu vực đô thị

IBS cho phép kết hợp nhiều nhà khai thác mạng và đa dịch vụ sẽ tăng thêm giátrị cho tòa nhà Du khách và nhân viên trong tòa nhà có thể sử dụng điện thoại di động

và máy tính xách tay của họ để truy cập dữ liệu mà trước đó đã không được truy cậpqua các dịch vụ không dây

Chủ sở hữu tòa nhà, doanh nghiệp, người thuê nhà, cơ quan… và nhà khai thácmạng đều có thể hưởng lợi từ IBS cung cấp

Hiện nay và tương lai dịch vụ Internet di động tốc độ dữ liệu cao cung cấpnhiều cơ hội cho các nhà khai thác mạng, nơi mà các gói ứng dụng thích hợp có thểđược giới thiệu để đáp ứng bất cứ yêu cầu dịch vụ người dùng đầu cuối tại những nơi

ví dụ như một văn phòng, sân bay, trung tâm triển lãm hay trạm tàu điện ngầm, trungtâm hội nghị, khách sạn hoặc trung tâm mua sắm…

1.2 Các giải pháp phủ sóng trong tòa nhà

IBS có thể được triển khai theo nhiều cách khác nhau, tuy nhiên luôn có sự cânbằng giữa các yếu tố khác nhau để đạt được sự kết hợp tốt nhất giữa chất lượng và chiphí Việc thiết kế hệ thống IBS tại một toà nhà cao tầng cần phải tính tới các tiêu chí:trả lại vốn đầu tư hoặc đáp ứng yêu cầu khách hàng, hoặc cả hai Bình thường, vùngphủ sóng từ mạng marco ngoài trời thâm nhập vào các tòa nhà, nhưng chất lượng phủsóng cho nhiều tòa nhà chỉ được đảm bảo khi triển khai IBS

Triển khai IBS cho phép mở ra lưu lượng mới cho các nhà khai thác mạng ởcác khu vực mà trước đây là "lỗ đen" và giảm bớt lưu lượng cho hệ thống marco trongkhu vực, do đó tăng vùng phủ sóng và dung lượng cho toàn bộ hệ thống.

Ba khía cạnh quan trọng cần được xem xét khi thiết kế và triển khai IBS làvùng phủ sóng, dung lượng và chất lượng Một thiết kế tốt IBS bao gồm việc xâydựng đảm bảo đặc điểm kỹ thuật yêu cầu, tức là vùng phủ sóng bất cứ nơi nào bạnmuốn Các cell inbuilding thường nhỏ hơn các cell marco và do đó có thể cung cấpdung lượng lớn hơn các cell ngoài trời Nó cũng cung cấp các mức nhiễu thấp dẫn đếnchất lượng tín hiệu tốt

Một số các giải pháp sử dụng nhiều nhất để cung cấp vùng phủ sóng inbuildingđược trình bày trong phần sau

Hình 1.1 Vùng phủ inbuilding qua cell marco, micro hay trong nhà, dẫn đến chất lượng khác nhau của vùng phủ sóng di động bên trong các tòa nhà khác nhau.

1.2.1 Vùng phủ sóng mạng Marco

Cách phổ biến nhất phủ sóng tòa nhà là để tín hiệu từ RBS (Radio BaseStation) mạng marco xâm nhập tòa nhà Trong nhiều trường hợp cung cấp vùng phủthỏa mãn inbuilding, nhưng trong các trường hợp khác thì không chấp nhận được

Tường dày, cửa sổ được phủ bằng kim loại và những trở ngại khác thường cảntrở sóng vô tuyến thâm nhập vào bên trong tòa nhà Đường hầm, nhà để xe ngầm vàcác vùng trung tâm là những ví dụ nơi vùng phủ inbuilding nói chung có xu hướngkhông được đảm bảo, trừ khi một IBS được triển khai

Hình 1.2 Vùng phủ sóng từ một cell marco trong mạng marco

Trong một số trường hợp vùng phủ sóng inbuiding có thể được mở rộng bởimột RBS nằm ngoài tòa nhà có anten hướng vào tòa nhà Điều này thường được gọi là

“hot–spot” hoặc giải pháp cell micro do kích thước cell nhỏ hơn Giải pháp này có thểphủ ngoài trời cũng như các khu vực trong nhà

Hình 1.3 Một RBS được đặt trên cột đèn thâm nhập vào tòa nhà từ bên ngoài.

Giải pháp minh họa trong hình 1.3 có thể cung cấp vùng phủ và dung lượngcần thiết trong nhiều trường hợp, nhưng đối với các tòa nhà lớn hoặc các tòa nhà vớinhiều người sử dụng, chất lượng có thể không đảm bảo.

Một RBS cũng có thể được đặt trong xe để chuyển đến những nơi có nhu cầutạm thời cho các yêu cầu vùng phủ hoặc dung lượng Điều này cũng tương tự như giảipháp trong hình 1.3, mặc dù các “hot-spot” có thể được di chuyển khá dễ dàng Giảipháp RBS di động này nhằm phục vụ các sự kiện lớn tại các trung tâm triển lãm,phòng hòa nhạc và đấu trường thể thao…

1.2.2 Vùng phủ sóng sử dụng RBS trong tòa nhà

Hình 1.4 Giải pháp inbuilding với một RBS marco kết nối với một hệ thống phân phối

anten đồng trục bị động phủ sóng một tòa nhà có kích thước lớn.

Vùng phủ sóng inbuilding sử dụng một hoặc một vài trạm RBS riêng là giảipháp phổ biến nhất cho các vị trí inbuilding lớn, như sân bay, metro, trung tâm muasắm, văn phòng, trường học …, mà trong đó việc đảm bảo vùng phủ sóng và dunglượng là vấn đề quan trọng.

Có nhiều loại RBS khác nhau Các RBS macro có kích thước lớn hơn vàthường có một công suất phát RF cao và có thể xử lý dung lượng cao nhất Các RBSmacro được đặt trên sàn nhà và hoạt động bên trong tủ trong nhà hoặc tủ ngoài trời.Các tủ trong nhà chủ yếu sử dụng cho IBS, nhưng các RBS với tủ ngoài trời đôi khiđược sử dụng bên trong ,ví dụ nhà để xe ngầm tại các vị trí nơi không có phòng thiết

bị đã hoạt động

Các RBS micro có kích thước, công suất đầu ra, và dung lượng trung bình CácRBS micro thường được gắn trên tường, do đó chỉ yêu cầu một gắn kết nhỏ

Hình 1.5 Giải pháp inbuilding với một RBS micro kết nối với một hệ thống phân phối

anten đồng trục bị động phủ sóng một tòa nhà kích thước vừa.

RBS micro sử dụng trong các tòa nhà kích thước vừa phải ở nơi mà nhu cầudung lượng trung bình, cũng như trong các đường hầm, các vùng trung tâm, nhà ga vàcác vị trí khác; nơi có không gian hẹp và có thể không có phòng thiết bị Khi nhu cầu

sử dụng lưu lượng tăng lên có thể mở rộng thêm nhiều RBS micro

RBS pico có công suất phát ra thấp (thường là vài trăm mW) RBS pico có thểđược trang bị với một anten tích hợp, nhưng cũng có khả năng kết nối nó với antenbên ngoài như hệ thống phân phối anten DAS Các RBS pico được sử dụng độc lập đểphủ sóng các phần giới hạn của một tòa nhà, đặc biệt là các khu vực mở Vùng phủsóng của một tòa nhà lớn đòi hỏi có hiệu suất cao hơn, thực hiện bằng cách kết nối cácRBS pico đến hệ thống phân phối anten nhỏ

Hình 1.6 RBS pico kết nối với một hệ thống phân phối anten đồng trục nhỏ phủ sóng

một tòa nhà kích thước nhỏ (hoặc một phần của một tòa nhà).

RBS pico được sử dụng trong các tòa nhà nhỏ và văn phòng cho các công tykích thước vừa và nhỏ Truyền tải tín hiệu giữa RBS pico và mạng di động thườngdựa vào các kết nối xDSL.

Một số RBS được chia ra trong một vài tủ riêng biệt Trong đó RBS Remote định rõ không gian vô tuyến riêng biệt cho từng sector, nhiều Main-Remoteđược nối đến một khối vô tuyến ở xa RRU (Radio Remote Unit) Nhiều RRU đượcnối đến phần còn lại của chức năng RBS được gọi là khối chính MU (Main Unit)

Main-MU có thể được đặt trong phòng thiết bị trung tâm, kết nối với RRU qua cápquang, RRU có thể được đặt cách xa MU Các RRU có thể được kết nối với hệ thốnganten bên trong ví dụ ở cả hai tòa nhà chính cũng như một số tòa nhà vệ tinh…, dovậy không thích hợp để kết nối thông qua cáp đồng trục từ MU vì những suy haofeeder

Hình 1.7 IBS với một RBS main-remote phủ sóng hai tòa nhà khác nhau Các RRU,

được kết nối với đơn vị chính thông qua cáp sợi quang.

Các RBS thường được kết nối với mạng lưới các nhà khai thác mạng qua cápđồng, sợi quang hoặc sóng viba, đôi khi còn sử dụng vệ tinh Các cổng ra của RBSđược kết nối với một hoặc nhiều anten Hệ thống anten với nhiều anten thường đượcgọi là hệ thống phân phối anten DAS.

Ưu điểm của RBS kết nối với DAS là nó có thể đảm bảo vùng phủ sóng vàdung lượng, hạn chế các tín hiệu rò rỉ và ngăn chặn nhiễu; do đó nâng cao chất lượngđối với cả hai dịch vụ thoại và dữ liệu Ngoài ra hệ thống dạng này phục vụ cho lưulượng mới tại các khu vực trước đây chưa được phủ sóng, giảm gánh nặng cho mạngmarco trong vùng phủ sóng

1.2.3 Vùng phủ sóng sử dụng repeater

Hình 1.8 Vùng phủ sóng inbuilding sử dụng repeater (với anten donor có thể nhìn

thấy trên đỉnh đầu của mỗi lối vào đường hầm).

IBS sử dụng repeater được sử dụng rộng rãi cho vùng phủ sóng ở những khuvực như đường bộ, đường hầm…, nhưng cũng có thể được sử dụng cho tòa nhà hoặcmột phần của tòa nhà.

Repeater có một anten donor được sử dụng để kết nối với RBS Repeaterkhuếch đại các tín hiệu nhận được từ RBS và truyền nó qua một anten dịch vụ.Khuếch đại tín hiệu cho phép người dùng nhận được cường độ tín hiệu tốt hơn, do đóđảm bảo chất lượng điện thoại di động

Repeater có thể được kết nối với anten bên ngoài hoặc repeater khác nếu nhiệm

vụ là để phủ sóng khu vực lớn hơn Ưu điểm sử dụng repeater cho IBS bao gồm kếtnối thẳng dễ dàng được thiết lập (ví dụ không cần thiết bị truyền dẫn) và có thể tăngvùng phủ sóng trong một khu vực nhất định Repeater cũng có thể được sử dụng chovùng phủ sóng bên trong xe lửa, trên phà ở gần các khu vực ven biển và trong cácphương tiện di động khác

Một trong những nhược điểm chính của repeater cho IBS là khó mở rộng dunglượng Không có khả năng định vị điện thoại di động chính xác cũng có thể là một vấn

đề khi sử dụng giải pháp repeater

Có nhiều loại repeater khác nhau từ repeater công suất nhỏ đến repeater côngsuất lớn, có thể được kết nối với hệ thống anten Repeater có thể được sử dụng chohầu hết hệ thống và băng tần

1.2.4 Vùng phủ sóng sử dụng giải pháp cell femto

Hình 1.9 Một ví dụ về một giải pháp Cell Femto.

Giải pháp cell femto gồm một RBS công suất thấp được đặt trong nhà ngườidùng đầu cuối và kết nối với mạng của nhà khai thác mạng thông qua ví dụ các kết nốiADSL Đây là RBS nhỏ nhất và có thể được thiết lập bởi chính người dùng.

Ví dụ cho giải pháp cell Femto là các ngôi nhà riêng Giải pháp này có thể phủsóng trong toàn bộ nhà và căn hộ, hoặc là nơi mà các vùng phủ sóng điện thoại diđộng thâm nhập từ các mạng marco không được đảm bảo hoặc ví dụ tìm kiếm giađình và bạn bè tránh sự tham gia từ các nhà khai thác mạng

1.2.5 Hệ thống phân phối anten DAS

DAS bao gồm hai thể loại là thụ động hoặc tích cực hoặc phối hợp các thànhphần thụ động và tích cực Các DAS thụ động được triển khai phổ biến nhất và baogồm các loại feeder cáp đồng trục và các thành phần như anten, bộ chia công suất…Các feeder phát xạ làm việc như một feeder kết hợp cáp và anten Chúng thường được

sử dụng trong các đường hầm và cống ngầm

Hình 1.10 Ví dụ về một giải pháp phủ sóng tàu điện ngầm với cáp rò trong đường

hầm.

DAS triển khai phổ biến nhất là giải pháp cáp đồng trục thụ động được thể hiệntrong ví dụ như hình 1.4, 1.5, 1.6 và 1.7 Giải pháp này bao gồm một RBS micro hoặcmarco được kết nối với một số anten thông qua cáp đồng trục và kết hợp với các thiết

bị như bộ chia công suất, bộ kết hợp… DAS có thể hỗ trợ một hoặc một số nhà khaithác di động và một hoặc một số công nghệ điện thoại di động (GSM, WCDMA,CDMA2000…)

Hình 1.11 Giải pháp cáp đồng trục nhiều nhà khai thác mạng với các RBS trong nhà

được kết nối với một hệ thống phân phối anten thông thường, DAS.

Hình 1.11 minh họa một ví dụ DAS thụ động Các DAS có thể được thiết kế để

sử dụng nhiều nhà khai thác mạng và đa dịch vụ nhằm giảm chi phí cho các nhà khaithác mạng và giữ cảnh quan tòa nhà Khi đó sẽ có một thiết bị ghép nối giữa DAS và

các RBS (như trong hình 1.11) Thiết bị này có thể được xây dựng bởi các thành phần

bộ lọc RF Ngoài ra còn có các bộ phận khác trên thiết bị này

Hình 1.12 Một ví dụ của hộp kết hợp ba băng tần Đơn vị này có thể được sử dụng như giao diện giữa một hệ thống phân phối anten và lên đến mười hai RBS (tối đa

bốn RBS mỗi băng tần).

DAS thụ động phù hợp cho nhiều loại tòa nhà và yêu cầu phải có bảo dưỡngsau khi nó đã được triển khai Tùy thuộc vào kích thước của các feeder và băng tầnđược phân bố, độ dài tối đa của feeder thường được giới hạn trong vài trăm mét Ví dụtrong đường hầm, nơi nó có thể thiết lập feeder rất dày, độ dài feeder có thể tới vàitrăm mét

Ở các khu vực lớn hơn với khoảng cách dài hơn để phủ sóng giải pháp sợiquang là tốt nhất Giải pháp này được gọi là hệ thống anten tích cực

Giải pháp sợi quang thường được kết hợp với các DAS thụ động, nơi mà cácDAS thụ động phân phối các tín hiệu RF thông qua cáp đồng trục còn RBS phân phốitín hiệu trong hệ thống của mình, ví dụ như MU đến RRU thông qua hệ thống cápquang Khái niệm này thường được gọi là giải pháp lai ghép

Giải pháp sợi quang được cung cấp bởi các nhà cung cấp khác nhau Nhữnggiải pháp này bao gồm một khối trung tâm có thể được kết nối với một số khối ở xathông qua cáp sợi quang Tùy thuộc vào, ví dụ công suất phát ra từ các khối ở xa, một,hai hoặc nhiều anten có thể được kết nối Giải pháp sợi quang có thể được sử dụngcho nhiều nhà khai thác mạng và đa dịch vụ

Hình 1.13 Một ví dụ về DAS sợi quang học phủ một tòa nhà cao tầng.

Ưu điểm lớn nhất của DAS tích cực so với DAS thụ động là khoảng phân phốidài hơn nhiều, thông suốt và dễ dàng thiết lập sợi quang Chi phí ban đầu của hệ thốngnày cũng như các chi phí hoạt động và bảo dưỡng thường cao hơn cho giải pháp thụđộng

1.3 Lợi ích của IBS

Với nhà khai thác mạng, IBS giảm tải mạng marco do đó cho phép tăng lưulượng truy cập di động IBS có thể thu hút thuê bao mới do chất lượng mạng di động,tăng cường khả năng sử dụng Internet di động và cung cấp dịch vụ khác

1.3.1 Lợi ích cho nhà khai thác mạng

Lưu lượng mới dẫn đến tăng thu nhập

IBS cho phép nhà khai thác mạng giành được lưu lượng mới và tăng doanh thu

Có IBS có nghĩa là có thêm nhiều các cuộc gọi và thời gian các cuộc gọi dài hơn từcác tòa nhà đến các tòa nhà Điều này cũng có nghĩa là IBS cho phép một luồng doanhthu mới bên cạnh các mạng marco

Hình 1.14 Tăng lưu lượng truy cập từ vị trí inbuilding theo thời gian.

Đo đạc cho thấy có đến 80% lưu lượng truy cập tạo ra từ vị trí inbuilding cholưu lượng mới Đây là lưu lượng và doanh thu mà nếu không có IBS sẽ bị mất

Cạnh tranh và hình ảnh

Có vùng phủ sóng tốt "ở khắp mọi nơi" giúp các nhà khai thác mạng ở trên bất

kỳ thị trường nào luôn giữ thế cạnh tranh và xây dựng hình ảnh một mạng di độngchất lượng cao Đây là lợi thế kinh doanh giúp giữ chân thuê bao hiện tại và thu hútthuê bao mới

Giảm tải mạng và giải phóng dung lượng

Các lưu lượng tạo ra từ tòa nhà với IBS sẽ giảm tải mạng marco Dung lượnggiải phóng trong mạng marco có thể được sử dụng cho sự gia tăng của lưu lượng ở cáccell marco thay vì phải cung cấp vùng phủ sóng tốt cho tòa nhà Điều này có nghĩarằng các nhà khai thác mạng có thể trì hoãn việc đầu tư vào mạng marco

Chuẩn bị nhu cầu trong tương lai với chất lượng mạng lưới tuyệt vời

Việc triển khai mạng 3G với dịch vụ dữ liệu mới tốc độ cao (ví dụ như điệnthoại di động băng rộng và truyền hình trong điện thoại di động) cũng như nhu cầu dựkiến tăng số lượng người dùng di động, phủ sóng ở khắp mọi nơi…, đã nêu bật sự cần

thiết IBS IBS được yêu cầu để cung cấp dữ liệu không dây chất lượng tốt (ví dụEGDE, WCDMA và CDMA2000).

Mạng GSM / WCDMA, với một vùng phủ inbuilding tốt, sẽ hoạt động ítchuyển giao đến GSM và không tải mạng GSM Nếu không có vùng phủ sóngWCDMA tốt, người sử dụng 3G (với điện thoại WCDMA / GSM) sẽ kết nối mạngGSM khi vào tòa nhà Ví dụ “hộp kết hợp” cho phép triển khai nhiều nhà khai thácmạng và đa dịch vụ; làm giảm chi phí của phần cứng, thiết lập và bảo dưỡng

Nâng tầm Internet di động và các ứng dụng

Phương hướng chung và dự báo chỉ ra sự tăng trưởng mạnh của lưu lượng dữliệu điện thoại di động Nhà khai thác 3G cung cấp dịch vụ cho phép người dùng máytính truy cập Internet thông qua kết nối di động băng rộng Để phát triển mạng lưới vàthiết bị đầu cuối hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao thì IBS là cần thiết Người sử dụng Internet

di động sẽ được ngồi thoải mái bên trong tòa nhà, thay vì đi bộ quanh ngoài trời

Phần lớn lưu lượng cho băng thông rộng di động xuất phát từ người sử dụngtrong nhà Đối với các vị trí có khả năng có số lượng lớn người dùng di động băngthông rộng, ví dụ sân bay, nhà ga xe lửa và các tòa nhà văn phòng… IBS sẽ giảm tảimạng marco và giải phóng công suất cho người sử dụng ở nơi khác

1.3.2 Lợi ích cho nhà cung cấp host trung lập, chủ tòa nhà, doanh nghiệp

và người sử dụng đầu cuối

Lợi ích và cơ hội cho nhà cung cấp host trung lập

Vì có thể triển khai các giải pháp hỗ trợ nhiều nhà khai thác mạng và đa dịch

vụ (ví dụ GSM 900, GSM 1800 và WCDMA) trong cùng DAS, vì vậy hoàn toàn cóthể cho một nhà cung cấp host trung lập triển khai DAS sau khi thỏa thuận với chủ tòanhà và cho phép các nhà khai thác mạng kết nối RBS đến DAS của họ.Giải pháp nàyđem lại cho tất cả các bên được hưởng lợi, so với một viễn cảnh mà tất cả các nhà khaithác mạng triển khai DAS riêng biệt

Lợi ích và cơ hội cho chủ tòa nhà

Nhu cầu truy cập tốt trong nhà để các mạng di động gia tăng vùng phủ trongcác tòa nhà như văn phòng, khách sạn và trung tâm hội nghị Với vùng phủ sóng chấtlượng kém có nguy cơ cả người thuê và khách hàng sẽ chọn một vị trí khác

DAS hoàn toàn có thể do chủ sở hữu tòa nhà xây dựng và sở hữu, sau khi thỏathuận với các nhà khai thác mạng, hoặc kết hợp với nhà cung cấp host trung lập.Thông thường chủ sở hữu tòa nhà có thể triển khai DAS thụ động

Lợi ích và cơ hội cho doanh nghiệp

Hệ thống IBS tốt cho phép các doanh nghiệp tiết kiệm chi phí, cải thiện hìnhảnh và lưu lượng do có nhiều cuộc gọi Với mạng điện thoại di động chất lượng cao sẽcung cấp chức năng giống như PBX cho điện thoại di động và thiết bị đầu cuối, vì vậyđiện thoại di động hoàn toàn có thể thay thế điện thoại có dây và điện thoại DECT.

Hình 1.15 DAS có thể được sử dụng để phân phối mạng LAN không dây (hoặc Bluetooth) cùng với ví dụ GSM và / hoặc 3G nếu sử dụng Injector WLAN.

DAS cũng có thể được sử dụng để phân phối tín hiệu WLAN (802.11.b / g)bằng cách cài đặt điểm truy cập WLAN cùng với DAS Các tín hiệu WLAN được kếtnối vào DAS, do đó chi phí triển khai WLAN được giảm xuống

Hình 1.16 Một bức ảnh của một Injector mạng LAN không dây.

Lợi ích cho người sử dụng đầu cuối

Người sử dụng điện thoại di động được cải thiện vùng phủ sóng và chất lượng

rõ rệt IBS tốt cho phép truy cập với chất lượng cao âm thoại và dịch vụ dữ liệu

Việc giới thiệu các cell femto sẽ cho phép người sử dụng triển khai một RBScông suất thấp trong nhà của họ và đạt được vùng phủ sóng chất lượng cao Điều nàyđặc biệt hữu ích trong nhà và căn hộ nơi mà vùng phủ sóng mạng marco là không đảmbảo

Hình 1.17 Một ví dụ về Femto trong nhà dùng cho truy nhập mạng GSM.

1.4 Tổng kết chương I

IBS là giải pháp cho phép sử dụng hiệu quả các ứng dụng thông tin di động bêntrong các loại tòa nhà khác nhau Mỗi hệ thống IBS được áp dụng cho mỗi loại tòanhà để đảm bảo vùng phủ sóng tốt và dung lượng đầy đủ

IBS được nhà khai thác mạng sử dụng nhằm mục đích tăng lưu lượng mới vàgiảm tải cho mạng marco, do đó sẽ tăng doanh thu Bên cạnh lợi ích cho nhà khai thácmạng, IBS còn mang lại lợi ích cho nhiều đối tượng khác như: chủ tòa nhà, doanhnghiệp, người sử dụng thiết bị đầu cuối…

CHƯƠNG II THIẾT KẾ HỆ THỐNG IBS

Sau khi có cái nhìn tổng quan về một hệ thống IBS trong chương I, sangchương II chúng ta sẽ đi sâu phân tích tìm hiểu về quá trình thiết kế và vận hành bảodưỡng hệ thống IBS cũng như tính toán các tham số liên quan đến quá trình thiết kế

2.1 Quy trình khảo sát thiết kế và vận hành bảo dưỡng hệ thống IBS

Quy trình khảo sát thiết kế và vận hành bảo dưỡng hệ thống IBS bao gồm cácbước sau:

- Khảo sát

- Thu thập thông tin đầu vào trước khi thiết kế

- Thiết kế lần I + Thu thập thông tin đầu vào bổ sung

- Chỉnh thiết kế theo thông tin bổ sung

- Thống nhất thiết kế với chủ tòa nhà

- Hoàn thiện thiết kế

- Khảo sát chi tiết đặc điểm từng tầng như: số thứ tự tầng, kích thước, mục đích

sử dụng (để xe, văn phòng, để ở…), loại tường (bê tông dày, bê tông/kính, vách ngăngỗ…), số lượng người…

- Khảo sát vùng phủ để biết được mức cường độ tín hiệu và mức nhiễu bêntrong tòa nhà thu được từ các trạm BTS xung quanh lúc trước khi có hệ thốnginbuilding Nhân viên kỹ thuật cần đi đo kiểm phía trong men theo đường bao củatừng tầng, đi dọc hành lang, vào sâu trong các phòng đồng thời điền thông tin vào báocáo kết quả khảo sát Nội dung báo cáo bao gồm:

+ Vị trí đo: ví dụ cửa sổ, sảnh vào, hành lang, thang máy, giữa phòng, gócphòng, WC…

+ Tần số: ghi các tần số của các trạm BTS bên ngoài trời hiện đang phục vụ.+ Mức công suất thu (RxLev): ghi tất cả các giá trị và tên cell của trạm BTSbên ngoài trời hiện đang phục vụ

+ Chuyển giao (HO): ít, bình thường, nhiều (ping pong) giữa cell A và B…

+ Cảm nhận thoại: gọi để kiểm tra thông thoại (gọi được, gọi khó…), chấtlượng thoại (nhiễu, rớt cuộc gọi), đồng thời tham khảo ý kiến khách hàng tại tòa nhà

+ Xem mạng khác đã triển khai hệ thống inbuilding chưa, vị trí đặt (nếu biết)

để sau này có thể thỏa thuận với các nhà khai thác mạng khác dùng chung cơ sở hạtầng

2.1.1.b Thiết kế

Thực chất của việc thiết kế là cần xác định những nội dung sau:

- Phủ sóng những tầng nào

- Toàn bộ tòa nhà sẽ được chia thành bao nhiêu sector

- Mỗi tầng đặt bao nhiêu anten và đặt ở vị trí nào

- Thang máy được phủ sóng bằng cách nào

- Sơ đồ phân bố công suất cho từng tầng và từng anten như thế nào để có thểđạt được các tiêu chuẩn về mức công suất thu

- Ước lượng quỹ đường truyền như thế nào

Dưới đây là những vấn đề cần quan tâm trong quá trình thiết kế

Các thông tin đầu vào cần thu thập trước khi thiết kế

- Đánh giá nhu cầu sử dụng dịch vụ di động trong tòa nhà, cụ thể cần biết sốlượng người có mặt trong tòa nhà trong một ngày và trong giờ cao điểm (hỏi ban quản

lý tòa nhà) để đưa ra cấu hình và số cell phù hợp cho hệ thống inbuilding

- Phân loại khách hàng và phân bố lưu lượng ở các tầng (đối với những tòa nhàtầng cao làm chung cư còn tầng thấp làm văn phòng cho thuê).

- Bản vẽ kiến trúc AUTOCAD chi tiết của tòa nhà (mặt chiếu bằng và mặtchiếu đứng)

- Vị trí đặt tủ BTS (do chủ tòa nhà cung cấp)

- Nguồn điện cho tủ BTS

- Thông tin về loại tường bao của tòa nhà: tường kính, tường bê tông…

- Bố trí thực tế các phòng và loại tường ngăn phòng trong từng tầng

- Thông tin về các trạm ở khu vực xung quanh tòa nhà có khả năng phục vụ tòanhà

Các thông tin đầu vào cần thu thập khi đang thiết kế

Các thông tin này được thu thập trên cơ sở kết hợp yêu cầu về chất lượng phủsóng và sự đồng thuận của chủ tòa nhà