Đồ án: “Dự đoán phủ sóng trong hệ thống thông tin di động” docx

Trong thông tin di độngmặt đất, do hấp thụ của môi trường truyền, do sự tồn tại của các chướng ngại vậtdẫn đến các hiện tượng phản xạ, nhiễu xạ,… làm cho tổn hao đường truyền cóthể lớn h

MỤC LỤC

CHƯƠNG I 2

KÊNH VÔ TUYẾN DI ĐỘNG VÀ VẤN ĐỀ D SÓNG 2

1.1 Tổng quan về kênh vô tuyến di động 2

1.1.1 Các tác động cơ bản 2

CHƯƠNG II 34

CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ ĐOÁN HÔNG DỤNG 34

2.1 Phương pháp Okumura 34

CHƯƠNG III 60

TÓM TẮT CÁC ĐIỀU KIỆN PHỦ SÓNG KHÁC NHAU 60

VÀ MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG HỆ THỐNG CDMA 60

3.1 Tổng quan 60

3.5 Các vấn đề quan trọng có liên quan đến tính toán phủ sóng trong hệ thống CDMA 80

3.5.1 Điều khiển công suất trong hệ thống CDMA 80

KẾT LUẬN 94

1.1.1.1 Tổn hao đường truyền

Tổn hao đường truyền mô tả sự suy giảm cường độ tín hiệu giữa ăng-ten thu

và ăng-ten phát theo khoảng cách và các tham số khác có liên quan như tần sốcông tác, độ cao các ăng-ten, Trong không gian tự do, cường độ tín hiệu trungbình thu được giảm dần theo bình phương khoảng cách từ máy phát tới máy thu

do công suất tín hiệu trên một đơn vị diện tích của mặt cầu sóng giảm dần theobình phương khoảng cách giữa các ăng-ten thu và phát Trong thông tin di độngmặt đất, do hấp thụ của môi trường truyền, do sự tồn tại của các chướng ngại vậtdẫn đến các hiện tượng phản xạ, nhiễu xạ,… làm cho tổn hao đường truyền cóthể lớn hơn rất nhiều tổn hao trong điều kiện truyền sóng trong không gian tự do.Tổn hao đường truyền phụ thuộc tần số bức xạ, địa hình, tính chất môi trường,mức độ di động của các chướng ngại, độ cao ăng-ten, loại ăng-ten… Trong

thông tin di động vô tuyến tế bào, trong nhiều trường hợp tổn hao đường truyềntuân theo luật mũ 4 tức là tăng tỉ lệ với luỹ thừa 4 của khoảng cách (được xácđịnh bằng thực nghiệm khi đó tín hiệu giảm 40 dB nếu khoảng cách tăng lên 10lần) Về nguyên tắc, tổn hao đường truyền hạn chế kích thước của tế bào và cự liliên lạc, song trong nhiều trường hợp ta có thể lợi dụng tính chất của tổn haođường truyền để phân chia hiệu quả các tế bào, cho phép tái sử dụng tần số mộtcách hữu hiệu làm tăng hiệu quả sử dụng tần số.

1.1.1.2 Pha-đinh

Pha-đinh là sự biến đổi cường độ tín hiệu sóng mang vô tuyến thu được do sựthay đổi của môi trường truyền sóng và sự phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ trên đườngtruyền sóng Đối với các hệ thống thông tin vệ tinh, pha-đinh chủ yếu gây bởi sựhấp thụ thay đổi của khí quyển trong những điều kiện đặc biệt như mưa rào Cònđối với các hệ thống thông tin vô tuyến mặt đất, nguyên nhân chính gây ra pha-đinh đó là:

Sự thăng giáng của tầng điện ly đối với các hệ thống sóng ngắn

Sự hấp thụ gây bởi các phân tử khí, hơi nước, mưa… sự hấp thụ này phụthuộc vào tần số công tác, đặc biệt là trong dải tần số cao (> 10GHz)

Sự khúc xạ gây bởi sự không đồng đều của mật độ không khí làm thayđổi hướng sóng so với thiết kế

Sự phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ từ các chướng ngại vật trên đường truyềnlan của sóng điện từ gây nên hiện tượng trải trễ và giao thoa sóng tạimáy thu

Do các yếu tố kể trên, hệ số suy hao đặc trưng cho quá trình truyền sóng vô

tuyến có thể biểu diễn dưới dạng: a(f,t) = afs.A(t,f)

Trong đó a(f,t): là hệ số suy hao sóng vô tuyến, afs là suy hao trong không gian tự do, A(t,f) là hệ số suy hao do pha-đinh.

Ta thấy rằng, hệ số suy hao do pha-đinh là một hàm của thời gian và tần số.Nếu suy hao pha-đinh là hằng số trên toàn bộ băng tần hiệu dụng của tín hiệu thì

ta có pha-đinh phẳng (flat fading) hay pha-đinh không chọn lọc theo tần số

(nonselective fading) Trong trường hợp ngược lại thì gọi là pha-đinh chọn lọc

theo tần số (selective fading) Pha-đinh cũng còn được phân chia thành pha-đinh

nhanh và pha-đinh chậm tuỳ theo mức độ phụ thuộc vào thời gian của một bithay một symbol Đối với các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp số mặt đất, do thời

gian của một bit (hay một symbol) khá nhỏ nên ta có thể coi là pha-đinh chậm,

pha-đinh chậm gây bởi sự che khuất (pha-đinh che khuất chuẩn log) còn trong hệthống thông tin di động, do tốc độ bit hiện còn khá nhỏ nên pha-đinh hầu như cóthể xem là các pha-đinh nhanh

Khi một MS di động, do tại máy thu có rất nhiều tia tới (do các hiện tượngphản xạ, tán xạ, nhiễu xạ từ các chướng ngại vật) và pha-đinh này còn được gọi

là pha-đinh đa đường

Xét trường hợp đơn giản nhất, khi MS “dừng” và không có chướng ngại diđộng Do sóng tới MS theo rất nhiều đường khác nhau và nếu các tia này độc lậpnhau thì đường bao tín hiệu thu được sẽ có Pdf (Probability DensityFunction_Hàm mật độ xác suất) Rayleigh, có dạng:

0 2

exp )

2 2

r r r

r r

Trong các hệ thống thông tin di động thì việc truyền dẫn đa đường là quantrọng nhất do vậy pha-đinh đa đường cũng là quan trọng nhất

1.1.1.3 Hiệu ứng Doppler

Hiệu ứng Doppler là sự thay đổi tần số của tín hiệu thu được so với tín hiệu đãđược phát đi, gây bởi chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu trongquá trình truyền sóng Khi MS di động so với BS hoặc khi các chướng ngại vật

di động thì các tia sóng tới máy thu MS còn chịu tác động của hiệu ứng Doppler

Giả sử một sóng mang không điều chế f c được phát tới một máy thu đang diđộng với vận tốc υ, như mô tả trong hình vẽ 1.2 Tại máy thu, tần số của tín hiệu

nhận được theo tia sóng thứ i sẽ là: f = f c + f m cosα i

Trong đó α i là góc tới của tia sóng thứ i so với hướng chuyển động của máy

thu, f m là lượng dịch tần Doppler,

Hình 1.2: Tác động của hiệu ứng Doppler

Tổng hợp các tác động của mọi tia sóng tới máy thu theo mọi góc khác trongtrường hợp tín hiệu phát là một sóng mang đơn không điều chế dẫn tới tín hiệu

nhận được tại máy thu là một tín hiệu trải rộng về mặt tần số với độ rộng băng W D

lên tới 2f m (tín hiệu thu được trong trường hợp này có tần số từ f c – f m đến f c + f m).Đối với trường hợp tín hiệu phát là một tín hiệu điều chế với độ rộng băng tín hiệu

W S (tín hiệu phát có các thành phần tần số từ f c - W S /2 tới f c + W S /2) thì tín hiệu

nhận được sẽ trải ra trên một dải tần số có độ rộng tới cỡ W S + W D với tần số trung

tâm có thể khác với f c

Như vậy, hiệu ứng Doppler có thể gây nên suy giảm chất lượng liên lạc một cáchtrầm trọng Chỉ trong trường hợp máy thu đứng yên so với máy phát (υ = 0), hoặc máythu đang chuyển động vuông góc với góc tới của tín hiệu (cosυ = 0) thì tần số tín hiệuthu mới không bị thay đổi so với tần số tín hiệu phát

Trong các hệ thống thông tin di động, việc máy thu đứng yên so với máy phátkhông có nghĩa là không xảy ra hiệu ứng Doppler Các tia sóng từ các vật phản

xạ di động như xe cộ, người đi lại… vẫn có thể gây nên tác động Doppler tới tínhiệu thu được tại máy thu

Hiệu ứng Doppler xảy ra mạnh nhất khi máy thu di động theo phương của tia

sóng tới (cosα i = ±1) Điều này thường xảy ra trong thông tin di động khi máy thu

đặt trên xe di chuyển trên các xa lộ, còn các ăng-ten trạm phát thì được bố trí dọc

theo xa lộ (được gắn trên các cầu vượt ngang xa lộ chẳng hạn) Khi góc tia sóng tới

 phân bố đều, tần số Doppler sẽ có phân bố cosine ngẫu nhiên Mật độ phổ công

suất s(f) (Doppler) có thể được tính như sau:

Công suất tín hiệu tới theo góc d là công suất Doppler s(f)df trong đó df là

vi phân theo α của lượng dịch tần Doppler f m cosα dẫn đến việc truyền một sóng

mang không điều chế sẽ được thu như một tín hiệu nhiều tia, có phổ không còn

là một tần số f c đơn nữa mà là một phổ bao gồm các tần số thuộc f  c f m

Tổng quát, nếu tín hiệu là một sóng mang có điều chế thì phổ thu được củamột MS có tốc độ cụ thể dạng:

2 m f

f 1

A s(f)

Trong đó A là hằng số, còn f m phụ thuộc vào tích của tốc độ υ và tần số truyền f c

Hình 1.3: Phổ Doppler của một sóng mang không điều chế

1.1.1.4 Trải trễ

Trong thực tế, sóng mang được điều chế Trong thông tin di động số, ảnhhưởng của đặc tính truyền dẫn đa đường còn phụ thuộc nhiều vào tỷ số giữa độdài một dấu (Symbol) và độ trải trễ Δ của kênh vô tuyến biến đổi theo thời gian.

Độ trải trễ có thể xem như độ dài của tín hiệu thu được khi một xung cực hẹpđược truyền đi Nếu số liệu được truyền đi với tốc độ thấp thì độ trải trễ có thểđược giải quyết dẽ dàng tại phần thu Tuy thế nếu ta cứ tăng tốc độ truyền số liệulên mãi thì tới một lúc mỗi symbol số liệu sẽ trải hẳn sang các symbol số liệu lân

cận, tạo ra xuyên nhiễu giữa các dấu ISI (InterSymbol Interference) thì tỉ lệ lỗi

bit BER (Bit Error Rate) có thể sẽ lớn tới mức không chấp nhận được

Hiện tượng trải trễ hạn chế tốc độ truyền tin: Tốc độ truyền (tốc độ bit), giả sử

là (1/T) để không xảy ra ISI (intersymbol interference: xuyên nhiễu giữa cácdấu) thì T phải ≥ ∆, tức là R = (1/T) < (1/∆) do vậy ∆ càng lớn, tốc độ truyền tincàng nhỏ

Hình 1.4: Trải trễ trong môi trường vô tuyến di động

Với thông tin di động trong nhà, picrocell và microcell: ∆ thường ≤ 500 ns =0.5•s, do đó tốc độ tối đa có thể đạt được là 2 Mb/s mà có thể không cần san bằngkênh

Với hệ thống thông tin tế bào lớn ∆ có thể lên tới ≥ 10•s → để truyền tin vớitốc độ cao (≥ 64kb/s), nhất thiết phải có san bằng Bảng 1.1 cho thấy số liệu trải trễtrung bình đối với các môi trường khác nhau:

Loại môi trường Trễ trung bìnhTrong toà nhà < 0.1 •s

Vùng rộng thoáng < 0.2 •s

Bảng 1.1: Trải trễ trung bình trong các môi trường khác nhau

1.1.2 Phân loại kênh

Trong hệ thống thông tin di động thì kênh thông tin là không thể nói trướcđược, do đó khi tiến hành dự đoán trước chất lượng của kênh thông tin là khôngthể Do vậy mà chất lượng của hệ thống thông tin di động được xác định bằngcách tiến hành mô hình hoá kênh truyền trong thực tế dựa trên ba mô hình cơ bản

đó là mô hình Gaussian, Rician và Rayleigh

Gaussian Giả sử tín hiệu được truyền trên kênh Gaussian và tại máy thu, tín hiệuthu được có dạng như sau:

Trong đó:

c là hệ số tổn hao đường truyền và trong mô hình này thì c là hằng sốs(t) là tín hiệu truyền

n(t) là tạp âm được cộng thêm vào trên kênh truyền

Tạp âm n(t) là trên kênh không phụ thuộc vào tần số truyền và nó thườngđược coi là tạp âm trắng, biên độ của nó được mô tả bằng một hàm pdf có phân

bố Gaussian có giá trị trung bình bằng 0 như sau:

2 2 2 2 2

1 e a σ

πσ p(a)



Trong đó: σ2 là phương sai của biến ngẫu nhiên a

Hình 1.5: Hình vẽ minh hoạ mô hình kênh Gaussian và phân bố của r(t)

Kiểu kênh như mô tả ở trên được gọi là kênh tạp âm Gaussian cộng tính Kiểu kênhnày cũng được sử dụng để đánh giá giới hạn trên cho chất lượng của các hệ thống

Kênh Gaussian thường được coi là kênh lí tưởng, tuy

nhiên điều này không hoàn toàn đúng như vậy Trong các microcell và đặc biệt là trong các Picrocell kiểu kênh này thường hay xuất hiện Ngoài ra, khi sử dụng các kĩ thuật phân tập, san bằng, mã kênh, mã dữ liệu … thì chất lượng của các hệ thống không mang đầy đủ tính chất của kênh Gaussian cũng có thể tiến sát được đến với chất lượng của kênh Gaussian.

1.1.2.2 Kênh pha-đinh Rayleigh

Phân bố Rayleigh thường được sử dụng để mô tả biên độ của các tín hiệu vôtuyến di động trong khoảng thời gian ngắn Một tín hiệu thu được tiêu biểu cópha và đường bao pha-đinh có dạng như hình vẽ (1.6)

Xét một tín hiệu cosωtt phát ra từ một máy phát và được truyền trên kênh vô tuyến, khi đó tín hiệu thu được tại máy thu sẽ có dạng rcos(ωt + Φ)ωtt + Φ)) trong đó r là

biên độ có dạng phức, Φ là pha ngẫu nhiên có phân bố đều Biên độ phức r cóthể được biểu diễn bởi hai thành phần ngẫu nhiên đồng pha I và vuông pha Qđộc lập nhau Và độ lớn của r được tính theo công thức:

2

2 Q

I

Hình 1.6: Pha và đường bao pha-đinh Rayleigh của một tín hiệu thu được tiêu

biểu khi MS di chuyển với vận tốc 30 mph, tại tần số 900 MHz

Tại máy thu, tín hiệu thu được có đường bao có phân bố Rayleigh hay phân

bố Ricean là phụ thuộc vào giá trị trung bình của các biến ngẫu nhiên I và Q.Nếu giá trị trung bình của cả hai biến ngẫu nhiên này bằng 0 thì pdf của r cóphân bố Rayleigh và được tính như sau:

σ / r e σ

2 2 2 2

Ar I σ / A r e σ

r

Trong đó A là đỉnh của tín hiệu trội

I0(.) là hàm Bessel sửa đổi loại 1 và có bậc bằng 0

Điều này dẫn đến một mô hình kênh như biểu diễn trên hình (1.3)

Hình 1.8: Hình vẽ minh hoạ mô hình kênh Rician và phân bố của r(t)

Hệ số Rician k miêu tả cường độ của tia LOS và được tính như sau:

2 2

1.1.2.4 Mô hình kênh Nakagami

Mô hình Nakagami là một mô hình hoàn toàn dựa trên việc phân tích các dữliệu đo đạc kinh nghiệm trên một quy mô lớn chứ không phải là dựa trên cácphân tích vật lí Nhưng mô hình này lại cung cấp cho chúng ta một vài dữ liệukinh nghiệm gần với thực tế hơn là các phân bố Rayleigh, ricean hay phân bốchuẩn log

Phân bố Nakagami Mô tả đường bao tín hiệu thu được z(t)  r(t) bằng phân

bố như sau:

2 1

2 exp 1 2 2

mx m

p Γ(m)Ω

m x m m (x)

z

Trong đó: E z2

p

Ω  Điều này được gọi là phân bố χ2 trung tâm với bậc m tự

do Phân bố Nakagami thường được sử dụng để làm mô hình kênh pha-đinh đađường với các lí do sau: Thứ nhất, phân bố Nakagami có thể làm mô hình trongcác điều kiện kênh truyền bị pha-đinh kể cả khi bị lớn hơn hay nhỏ hơn pha-đinhRayleigh Khi m = 1, thì phân bố Nakagami trở thành phân bố phân bố Rayleigh.Khi m = 21 thì nó trở thành một phía của phân bố Gaussian, và khi m → ∞ thì nótrở thành một xung (không phải là pha-đinh) Thứ hai, phân bố Nakagami có thểtiến tới phân bố Ricean theo mối quan hệ sau:

m m m

m m K

2 1

1.1.2.5 Kênh trong nhà (ωt + Φ)Indoor Channel)

Kênh vô tuyến trong môi trường indoor có kích thước nhỏ, thường là các tếbào có kích thước nhỏ, do đó độ trải trễ nhỏ (Độ rộng các thùng - “Bin” - thườngkhông vượt quá 500 ns) Trong môi trường này, tốc độ truyền có thể đạt lớn (tới

2 Mb/s) mà không cần san bằng kênh

1.1.2.6 Kênh ngoài trời (ωt + Φ)Outdoor Channel)

Kênh vô tuyến di động ngoài trời có kích thước tế bào lớn do đó có vô số cácchướng ngại vật trên đường truyền và làm cho việc phân tán kênh lớn gây ra trảitrễ có thể đạt rất lớn, do vậy hạn chế tốc độ truyền và nếu muốn truyền với tốc

độ cao thì phải sử dụng san bằng kênh

1.2 Bài toán tính toán quỹ công suất

Tính toán quỹ công suất hay quỹ đường truyền là cân đối toàn bộ công suấtphát cũng như khuếch đại của các phần tử trên đường truyền với tổn hao gây ra

do các phần tử đường truyền cùng với dự trữ pha-đinh đường truyền để nhậnđược công suất thu tại máy thu Công suất thu này phải đủ lớn để đảm bảo tí sốtín hiệu trên tạp âm yêu cầu ở máy thu (Eb/N0’)req để máy thu có thể khôi phục lạithông tin phát với chất lượng yêu cầu Tổn hao cực đại đáp ứng diều kiện nàyđược gọi là tổn hao cực đại cho phép Ta cần xác định tổn hao này ở cả đườnglên và đường xuống Tổn hao cực đại cho phép nhỏ hơn trong hai trường hợpnày được gọi là giới hạn vùng phủ của ô và dịch vụ Thông thường vùng phủ bịgiới hạn bởi đường lên do có thể đảm bảo được công suất đường xuống cao hơnđường lên Chẳng hạn nếu tổn hao cực đại cho phép ở đường lên là 130 dB còn

tổn hao này ở đường xuống là 125 dB thì ta phải đảm bảo tổn hao không vượtquá 130 dB và trong trường hợp này ta nói rằng vùng phủ hay dịch vụ giới hạntheo đường lên.

Đối với hệ thống CDMA 2000 1x, do sử dụng vocoder tiên tiến hơn và sử dụnggiải điều chế nhất quán nên nó đảm bảo quỹ đường truyền tốt hơn IS-95A/B khi tảilưu lượng như nhau Do vậy tải lưu lượng như nhau, CDMA 2000 1x cung cấp tổngdung lượng cao hơn Tuy nhiên khi quy hoạch mạng thông thường các thông số trướcđây sử dụng cho IS-95 vẫn được sử dụng vì thực tế vẫn là các thuê bao RC1 và RC

(RC_Radio configuration) được sử dụng

Đối với các dịch vụ số liệu gói, do việc cải thiện sơ đồ điều chế và mã hoá(nên Eb/N0’ thấp hơn) nên số liệu gói với tốc độ 38.2 Kbps ở CDMA 2000-1xgần như cũng có cùng quỹ đường truyền như vocoder tiếng 13 Kbps của IS-95.Nhưng tại các dịch vụ có tốc độ dữ liệu cao hơn thì quỹ đường truyền sẽ giảm dorất nhiều nguyên nhân khác nhau trong đó có độ lợi xử lý cũng như việc phân bổcông suất Đối với CDMA 2000-1x, dịch vụ thoại được ưu tiên nên số liệu góichỉ được sử dụng phần công suất còn lại

Mật độ phổ tạp âm máy thu

Mật độ phổ tạp âm máy thu được tính theo phương trình sau:

N T = (N x NF) [dB]

= 10lg(290 x 1.38 x 10 -23 ) + NF + 30 + 10lgB w [dB/Hz] (1.12)

Trong đó : N: Tạp âm nhiệt ở đầu vào máy thu

NF: Hệ số tạp âm của máy thu

Bw: Độ rộng kênh bằng tốc độ trải phổ

Độ nhạy cần thiết của máy thu để đảm bảo tỷ số (Eb/N0’)req yêu cầu được xácđịnh như sau:

req ' T N b E p G req ) I T (N b E p

G I

0

1 min

(1.13)Trong đó: Pmin: Là độ nhạy máy thu cần thiết để đảm bảo tỷ số (Eb/N0)req yêu cầu

Gp: Là độ lợi xử lý

NT và I: Là tạp âm nhiệt và nhiễu từ các người sử dụng khác

NT0 và I0: là mật độ tạp âm nhiệt và nhiễu từ các người sử dụngkhác

NT0’ = NT0 + I0: là mật độ phổ công suất tạp âm tương đương

Từ phương trình (1.13) ta được:

P min = (N T + I) [dBm] - G p [dB] + (E b /N 0 ’ ) req [dB] (1.14)

N T + I = N T  M I hay (N T + I) [dBm] = N T [dB] + M I [dB] (1.15)

Trong đó: MI: Là nhiễu giao thoa của nhiều người sử dụng khác nhau

Tổn hao cực đại cho phép đường lên:

Tổn hao cực đại cho phép đường lên được tính như sau:

L max = EIRP m - P min + G p – L f – L penet – M f – F – M l – F + G HO + G Div (1.16)Trong đó: EIRPm = Ptxm – Lfm – Lb + Gm là công suất phát xạ hiệu dụng của máy di

động và Ptxm, Lfm, Lb, Gm là công suất phát, tổn hao phider + đầu nối, tổnhao cơ thể và hệ số khuếch đại ăng-ten của máy di động

Gb: là hệ số khuếch đại ăng-ten

Lf = GTa + LJC1 + LL + Lph + LJC2 + LDup, là tổng các khuếch đại vàtổn hao sau của BTS:

GTa: Khuếch đại của bộ khuếch đại ăng-ten

LJC1 và LJC2: là tổn hao cáp nhảy và bộ đấu nối với ăng-ten và bộđấu nối với máy phát

LL: là tổn hao chống sét

Lph: là tổn hao phider

LDup: là tổn hao ghép song công

GHO: Là độ lợi chuyển giao mềm

GDiv: là độ lợi phân tập pha-đinhBảng 1.2 cho ta ví dụ tính toán quỹ đường lên cho người sử dụng dịch vụ sốliệu tốc độ 14,4 Kbps trong nhà ở hệ thống CDMA 2000-1x

Quỹ đường xuống:

Quỹ đường xuống được tính theo các phương trình sau:

Tổng công suất của một trạm được xác định như sau:

P tổng = 10lg(10 0.1P ll + 10 P ht + 10 P db + 10 10P tg ) [dBm] (1.17)

Trong đó: PTổng: Là tổng công suất phát trạm ô (dBm)

Pdb: Là tổng công suất kênh đồng bộ (dB)

Pht: Là công suất kênh pilot

Ptg: Là công suất kênh tìm gọi

Pll: Là công suất kênh lưu lượngCông suất phát kênh lưu lượng đỉnh cho một người sử dụng được xác địnhnhư sau:

P người sử dụng = P ll – 10lgυ – 10lgK tổng [dBm] (1.18)Trong đó: Pngười sử dụng = Công suất phát kênh lưu lượng đỉnh một người sử dụng

Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương tổng và một người sử dụng kênhlưu lượng được tính như sau:

EIRP tổng = P tổng – L f + G b (1.19)

EIRP người sử dụng = P người sử dụng – L f + G b (1.20)Công suất tổng và công suất kênh lưu lượng một người sử dụng thu tại MSđược xác định như sau:

Lp: Là tổn hao truyền sóng trung bình giữa trạm ô và MS (dB)

Gm: Là hệ số khuếch đại ăng-ten MS (dBi)

Lb: Là tổn hao cơ thể/ định hướng (dB)

Lf: Là tổng các tổn hao do phidơ, các dây nhẩy, chống sét và

bộ nối MS (dB)

MF: Là độ dự trữ pha-đinh (dB) Mật độ phổ nhiễu giao thoa trong ô do các người sử dụng khác cùng ô gây rađược xác định như sau:

I c = 10lg(10 0,1P r.tổng – 10 0,1P r.người sử dụng ) – 10R c [dBm/Hz] (1.23)Trong đó: Rc: là tốc độ chip

Mật độ phổ nhiễu giao thoa ngoài ô gây ra do các người sử dụng từ các ô khácđược xác định như sau:

I oc = I c + 10lg(1/f r – 1) [dBm/Hz] (1.24)

Trong đó: fr là thừa số tái sử dụng thường được chọn bằng 0.5 ÷ 0.65

Tổng mật độ nhiễu giao thoa sẽ là:

I 0 = 10lg(10 0,1Ic + 10 0,1Ioc ) [dBm/Hz] (1.25) Mật độ phổ tạp âm nhiệt máy thu được tính theo phương trình sau:

N T = 10lg(290  1,38  10 -23 ) + NF + 30 [dBm/Hz] (1.26)Trong đó: NF là hệ số tạp âm đối với MS

Năng lượng trên bit cho một kênh sẽ là:

E br = P r.người sử dụng / R b → P r.người sử dụng - 10lgR b [dBm/Hz] (1.27)Trong đó: Rb = tốc độ số liệu trên kênh

Có thể tính Eb/N0’ cho một kênh như sau:

0 0

br E '

Bảng 1.3 là thí dụ tính quỹ đường xuống cho người sử dụng dịch vụ số liệu tốc

độ 14,4 Kbit/s trong nhà ở hệ thống CDMA 2000-1x

Bảng 1.2: Thí dụ tính quỹ đường lên cho dịch vụ số liệu tố độ R b = 14,4 Kbps

Hệ số tạp âm máy thu (dB) 5,0 NF

Công suất tạp âm nhiệt máy thu (dBm),

tính cho 3,6864 Mchip/s -108,4

N T = N 0 + NF + 10lg(3,6864x10 6 )

Dự trữ nhiễu giao thoa ở máy thu 3,4 dB M T , hệ số tải 55 %

Tổng tạp âm + nhiễu giao thoa -105,03 (N T + I) [dB] = N T + M I

Độ lợi xử lý (dB) 24,0 G = 10lg(3.686.400/14.400)

Tỷ số SNR yêu cầu (dB) 7 (E P /N T0’) req , phụ thuộc dịch vụ

Độ nhạy máy thu hiệu dụng (dBm)

-122,03 Pmin= (NT + I)[dBm] - GP[dB]

+ (E b /N T0’) req [dB]

Khuếch đại ăng-ten trạm gốc (dBi) 17,14 G b

Khuếch đại của bộ khuếch đại đặt ở tháp

G Ta

Tổn hao bộ nối và cáp nhảy 1 (dB) 0,25 L JC1

Tổn hao phi dơ (dB) 1 dB L ph

Tổn hao chống sét (dB) 0,25 L L

Tổn hao bộ nối và cáp nhảy 2 (dB) 0,25 L JC2

Tổn hao bộ ghép song công (dB) 0,5 L Dup

Tổng tổn hao (dB) 2,25 L f

Dự trữ pha-đinh nhanh (dB) 0 M f-F

Dự trữ pha-đinh chuẩn log (dB) 10 M l-F

Tổn hao thâm nhập toà nhà (dB) 10 L penet

Độ lợi chuyển giao mềm (dB) 4 G HO

Độ lợi phân tập thu(dB) 0 G Div

Tổn (dB)hao đường lên cực đại cho

Công suất kênh hoa tiêu (dBm) 30,8 P ht = 1,2 W; 15,0%

Công suất kênh đồng bộ (dBm)

20,8 Pdb = 0,12W; 10,0% công suất kênh

hoa tiêu Công suất kênh tìm gọi (dBm)

36,2 Ptg = 0,417W; 35% công suất kênh

hoa tiêu Công suất kênh lưu lượng (dBm) 38,0 P ll = 6,31W; 78,9% công suất lớn

nhất trên một kênh

Số kênh lưu lượng sử dụng cho

các MS trong ô 13 K

Thừa số chuyển giao mềm 0,85 η HO

Số kênh lưu lượng tích cực cực 13,8 10lgK tổng = 10lg(1+ η HO )K

đại (dB) = 10lg24

Hệ số tích cực tiếng (dB) -3 10lgυ; tiếng = 10lg(0,479)

Số liệu = 10lg(1,0) Công suất phát kênh lưu lượng

P người sử dụng = P ll – 10lgυ – 10 lgK tổng

Tổn hao bộ ghép song công (dB) 0,5 L Dup

Tổn hao bộ nối và cáp nhẩy 1

Hệ số khuếch đại ăng-ten (dBd) 15 G b (dBd)

Hệ số khuếch đại ăng-ten (dBi) 17,14 G b (dBi) = G b (dBd) + 2,14

Công suất phát xạ đẳng hướng

tương đương cho kênh lưu lượng

của một người sử dụng (dBm) 42,1

EIRP người sử dụng = P người sử dụng – L f +

G b ; 16,2 W

Tổng công suất phát đẳng hướng

tương đương của trạm gốc (dBm) 53,8

Tổn hao phidơ, bộ nối … (dB) 0 L f

Tổn hao môi trường (dB) 15 M F + L penet

Tổn hao đường truyền cho phép

cực đại theo giới hạn đường lên

Tỷ số tín hiệu trên tạp âm đầu ra

máy thu MS (dB) 3,7 10lg(Eb/N0

’ )

1.3 Vấn đề phủ sóng trong quy hoạch mạng, thiết kế vô tuyến và tối ưu hoá mạng

1.3.1 Khái quát về quy trình thiết kế mạng vô tuyến di động

1.3.1.1 Dự báo lưu lượng

Việc quy hoạch mạng phải dựa trên nhu cầu về lưu lượng Dự báo lưu lượng làbước đầu tiên cần thiết trong quá trình quy hoạch mạng Dự báo lưu lượng có thểthực hiện trên cơ sở xu thế phát triển lưu lượng các mạng đã được khai thác.Trong trường hợp mạng mới được khai thác lần đầu, việc dự báo lưu lượng phảidựa trên sự đánh giá một số yếu tố như: sự phát triển kinh tế xã hội, thu nhập bìnhquân đầu người, mật độ điện thoại di động (thế hệ 2), nhu cầu về sử dụng internettrung bình, và các số liệu trung bình tương tự khác của thị trường cần phục vụ.Tính toán lưu lượng được thức hiện theo hai phương pháp: Phương pháp dựbáo và phương pháp phát hiện Phương pháp dự báo bao gồm việc phân tích chitiết lưu lượng thoại hiện có, tỷ suất chiếm và độ rộng băng tần cho từng thuê baodựa trên công tác tiếp thị cũng như kết quả phát triển thuê bao Sau đó phân tíchnhu cầu trên cho các vùng hoặc cho các BTS tương ứng để đạt được khối lượnglưu lượng dự báo Tiếp theo là chi tiết hoá ở các mức phần tử kênh, các sơ đồtriển khai 1x/DO… Phương pháp thứ hai là phương pháp phát hiện Ở phương

pháp này kênh 1x thay cho kênh F1 hoặc kênh F2 hiện có (trong đó F1, F2 là haisóng mang, F1 dành cho 1x còn F2 dành cho 1x EV-DO để truyền số liệu) Ởđây ta xác định số lượng MS có khả năng CDMA2000-1x sau đó ta nhân chúngvới 70Kbps Ta có thể coi rằng mọi MS khởi đầu hoạt động ở giờ cao điểm vàđánh giá khối lượng lưu lượng ở các BTS tham gia có nâng cấp đếnCDMA2000-1x/EV-DO

1.3.1.2 Dự báo số thuê bao

Đối với thị trường cần phục vụ, cần phải đánh giá tổng số thuê bao Về lítưởng có thể chia việc đánh giá cho từng tháng để có thể lấy được xu thế pháttriển của thuê bao Điều này là cần thiết khi quy hoạch mạng ta cần dự phòngtương lai Nếu có thể cung cấp các dịch vụ khác nhau, thì cũng cần dự báo chotừng loại thuê bao liên quan đến từng loại dịch vụ Chẳng hạn nhà khai thácmạng có thể chọn cung cấp các tổ hợp dịch vụ nào đó gồm chỉ tiếng, hoặc tiếng

và số liệu, hoặc chỉ số liệu Ngoài ra các dịch vụ số liệu cũng có thể được chithành các dịch vụ và các loại thiết bị khác nhau

1.3.1.3 Dự báo sử dụng lưu lượng tiếng

Dự báo sử dụng dịch vụ tiếng bao gồm đánh giá khối lượng lưu lượng tiếng dongười sử dụng dịch vụ tiếng trung bình tạo ra Lý tưởng cần cung cấp dữ liệu đánhgiá cho từng tháng Dữ liệu tiếng phải bao gồm phân bố lưu lượng: từ MS đến cốđịnh, từ MS đến MS, từ MS đến Email Đối với từ MS đến cố định cần phânthành: số % nội hạt và đường dài Lý tưởng thông tin dữ liệu về người sử dụngtiếng phải bao gồm số cuộc gọi trên một thuê bao trung bình ở giờ cao điểm vàthời gian chiếm giữ trung bình MHT (Medium Hour Time) trên cuộc gọi

1.3.1.4 Dự báo sử dụng lưu lượng số liệu

Như đã nói ở trên ta cần phân loại các người sử dụng dịch vụ số liệu gói và dựbáo cho từng kiểu người sử dụng cũng như khối lượng thông lượng số liệu Tacũng cần dự báo khi nào thì thông lượng bắt đầu và kết thúc Để minh hoạ chođiều này, ta xét ví dụ sau: Giả sử một người sử dụng có dịch vụ trình duyệt Webcộng với Email do người khai thác cung cấp Khi này một khối lượng lưu lượngđược kết cuối tại Email Server trong mạng của người khai thác, còn một khốilượng lưu lượng khác sẽ được kết cuối gửi đến và nhận về từ mạng Internet.Định kích cỡ giao diện với hệ thống Email và với Internet sẽ phụ thuộc vào khốilượng lưu lượng liên quan đến dịch vụ này Ngoài ra hệ thống Email cũng cầnđịnh kích cỡ để đáp ứng yêu cầu cho tổng số người sử dụng, tổng bộ nhớ lưu trữ

và tổng lưu lượng vào ra Đối với từng kiểu người sử dụng và dịch vụ ta cần thựchiện phân tích tương tự để xác định sự sử dụng trong giờ cao điểm Nước tatrong những năm gần đây nhu cầu lưu lượng thoại tăng tăng ổn định còn nhu cầu

về lưu lượng gói tăng lên nhanh

1.3.2 Thiết kế vô tuyến cho mạng tổ ong/PCS

Người thiết kế cần xem xét nhiều yếu tố khi thiết kế mạng tổ ong /PCS chovùng thành phố Chẳng hạn mức độ phủ sóng cho các vị trí trong nhà, chất lượngdịch vụ cho các môi trường khác nhau, sử dụng hiệu quả phổ tần và phát triểnmạng là các nhân tố quan trọng cần được các nhà khai thác dịch vụ tương laiđánh giá kỹ lưỡng Thông thường các yếu tố này lại trở nên phức tạp hơn do các

hn chế tạo ra bởi môi trường khai thác và các quy định luật pháp Nhà thiết kếphải cân đối kỹ lưỡng tất cả các vấn đề trên để đảm bảo rằng mạng bền vững,chịu được tương lai và có chất lượng dịch vụ cao

1.3.3 Quy hoạch mạng vô tuyến

Đánh giá cấp độ phục vụ (GOS: Grade Of Service) bao gồm xác suất phủ sóngvùng và chặn Xác xuất phủ sóng của vùng liên quan đến chất lượng quy hoạch

mạng và dung lượng của mạng Chặn được xây dựng trên cơ sở các các tàinguyên hiện có Ta có thể xác định xác suất phủ sóng của vùng bằng ngừng.Ngừng xảy ra khi mạng không thể cung cấp chất lượng dịch vụ quy định Nếu hệthống có phủ sóng giới hạn có thể định nghĩa ngừng như là xác xuất khi tổn haođường truyền và che tối vượt quá hiệu số giữa công suất phát cực đại và mức thutín hiệu yêu cầu Các chỉ tiêu chất lượng và dịch vụ đòi hỏi sự cân nhắc giữa chấtlượng và tổng giá thành mạng Xác xuất ngừng càng thấp có nghĩa là ô càng nhỏ

và vì thế giá thành mạng cao, xác xuất ngừng do nhiễu càng nhỏ, có nghĩa làdung lượng càng thấp và giá thành cao Xác xuất ngừng từ (5-10)% tương ứngvới xác xuất phủ sóng (90-95)% thường được sử dụng Xác xuất phủ sóng có thểkhác nhau đối với các dịch vụ khác nhau

Có rất nhiều yếu tố tham gia vào quá trình quy hoạch mạng Quy hoạch mạngphải xét đến các vấn đề như phân bố lưu lượng, triển khai ô vi mô và vĩ mô, đảmbảo phủ sóng trong nhà và tốc độ bit cao, bố trí các ô, giá thành đài trạm, các vấn

đề liên quan đến mĩ quan môi trường như vẻ ngoài của ăng-ten, cách đi cáp…

1.3.4 Thiết kế đường truyền vô tuyến

Đối với mọi hệ thống thông tin vô tuyến, bước quan trọng đầu tiên là thiết kếđường truyền vô tuyến Điều này cần thiết để xác định mật độ trạm gốc ở cácmôi trường khác nhau cũng như trong các vùng phủ tương ứng Đối với hệ thốngthông tin di động cần cung cấp các dịch vụ chất lượng tốt trong nhà và ngoàitrời, cần kết hợp tính mền dẻo và linh hoạt trong thiết kế Công suất phát củamáy cầm tay sẽ là yếu tố quyết định cho một hệ thống CDMA với công suấtđường kên/đường xuống

Mặc dù có hệ số khuếch đại ăng-ten không ảnh hưởng đến quá trình cân bằngquỹ đường truyền, nhưng nó là một nhân tố quan trọng khi thiết kế quỹ công suấtcho vùng phủ Từ quan điểm của người sử dụng, mạng tổ ong/PCS phải hàm ýrằng có một hạn chế nhỏ cho việc phát hay thu cuộc gọi trong nhà hay trong ô tô.Một hệ thống phải được thiết kế để ăng-ten của máy cầm tay có thể đặt ở vị tríkhông tối ưu Ngoài ra thậm chí có thể không cần rút ăng-ten khi thu hoặc phátcuộc gọi Ở các thiết kế hệ thống, thông thường hệ số khuếch đại ăng-ten đượccoi là 0dBi Tuy nhiên để ăng-ten của máy cầm tay có thể đặt ở vị trí không tối

ưu lắm, cần sử dụng hệ số khuếch đại hợp lí hơn: -3dBi Trong thực tế do đặtăng-ten ở vị trí bất kỳ hay với ăng-ten thụt vào trong máy cầm tay nên có thể chophép hệ số -6dBi đến -8dBi phụ thuộc vào từng máy cầm tay và thiết kế vỏ máy

1.3.5 Ước tính thông số ô

Số người sử dụng và tải lưu lượng phục vụ trên người sử dụng được sử dụng

để xác định tổng tải lưu lượng Biết dung lượng ô và phủ sóng của ô, có thể thựchiện đánh giá số ô

Dung lượng ô được xác định bằng các mô phỏng và các công thức giải tích Tốc độthông tin người của sử dụng, các yêu cầu chất lượng phục vụ, QoS (trễ, BER/FER) vàxác xuất ngừng là các yếu tố quan trọng để xác định dung lượng hệ thống

Quỹ đường truyền được sử dụng để xác định vùng phủ cực đại của ô Ngoài

Eb/It, các yếu tố đặc thù thiết bị như tổn hao cáp, hệ số khuếch đại ăng-ten và hệ

số tạp âm máy thu cũng là các yếu tố cần thiết để tính toán quỹ đường truyền

Độ lợi chuyển giao mềm có ảnh hưởng lớn đến quỹ đường truyền Độ lợichuyển giao mềm phụ thuộc vào tương quan che tối và xác xuất phủ sóng Chuyểngiao mềm đảm bảo độ lợi phân tập vĩ mô nhờ tăng khả năng phân tập Độ lợi thực

tế phụ thuộc vào moi trường vô tuyến và số “ngón” của máy thu RAKE Vì mỗi

môi trường vô tuyến có đặc tính riêng, nên để dự báo vùng phủ sóng chi tiết cần

có một thừa số hiệu chỉnh cho các mô hình tổn hao đường truyền

Đối với đường lên, ảnh hưởng của thừa số tải ρ lên quỹ đường truyền với dựtrữ nhiễu Im (dB) có thể được xác định từ biểu thức:

I

1

1 lg

Vì dự trữ nhiễu tăng cùng với ρ nên vùng phủ của ô sẽ giảm cùng với sự tăngcủa thừa số tải Khi tính toán quỹ năng lượng đường truyền cần tính tải lưu lượngkhông đối xứng CDMA có thể giảm dung lượng đường lên để được vùng phủ.Sau khi nhận được các thông số ô cần bắt đầu quy hoạch chi tiết mạng vô tuyến

số bằng cách xét đến môi trường chính xác nơi sẽ đặt ô Do giá thành các đài trạm,các yêu cầu phân vùng, các hạn chế của toà nhà và các lí do khác, có thể không đạtđược các đài trạm tối ưu như trong thiết kế Điều này có ảnh hưởng đến kế hoạchphủ sóng ban đầu Để quy hoạch mạng chi tiết, cần sử dụng công cụ phần mền quyhoạch mạng, phần mền quy hoạch mạng có bản đồ dân số vùng định quy hoạch.Chiều cao các toà nhà và búp sóng ăng-ten cũng được mô hình hoá Quá trình tối ưuvùng phủ mạng vô tuyến bao gồm:

Mô tả chi tiết môi trường vô tuyến

Quy hoạch công suất kênh điều khiển

Quy hoạch các thông số các chuyển giao mền

Quy hoạch chuyển giao giữa các tần số

quá trình quy hoạch vùng phủ là mô hình truyền sóng Độ chính xác của việc dựđoán bằng một mô hình nhất định phụ thuộc vào khả năng của mô hình này thểhiện được cụ thể mặt đất, cây cối và các toà nhà Độ chính xác này có tầm quantrọng sống còn để xác định tổn hao đường truyền và từ đó xác định kích thước ô,yêu cầu hạ tầng của mạng tổ ong/PCS Đánh giá thái quá dẫn đến việc sử dụngkhông hiệu quả các tài nguyên mạng, còn đánh giá thấp dẫn đến phủ vô tuyếnkém Thông thường các mô hình truyền sóng có xu hướng quá đơn giản hoá cácđiều kiện truyền sóng thực tế và có thể thiếu chính xác ở các điều kiện thành phốphức tạp Các mô hình truyền sóng thực nghiệm chỉ có tính chất hướng dẫnchung mà thôi, chúng quá bị đơn giản hoá làm cho việc thiết kế thiếu chính xác.

Để có được thông tin về vùng phủ cho môi trường thành phố cần thực hiện cácphép đo hiện trường chính xác Các số liệu đo phải sử dụng hoặc trực tiếp trongquá trình quy hoạch mạng để đạt được tính khả thi của từng trạm hoặc giám tiếp

để hiệu chỉnh các hệ số của mô hình truyền sóng thực nghiệm nhằm thể hiện đặctrưng môi trường cụ thể tốt hơn

Truyền sóng trong môi trường thành phố bị hiện tượng che tối Để đảm bảorằng 90% diện tích ô bằng hoặc lớn hơn ngưỡng quy định, cần đưa vào quỹđường truyền dự trữ pha-đinh che tối (Phụ thuộc vào độ lệch tiêu chuẩn của mứctín hiệu) Đối với môi trường thành phố điển hình, cần sử dụng dự trữ pha-đinhche tối bằng 8-9dB trên cơ sở coi rằng tổn hao đường truyền tuân theo luật hàm

mũ 2-5 đảo, nghĩa là tổn hao đường truyền tỉ lệ nghịch khi khoảng cách tăngtheo mũ 2-5 Giá trị công suất phụ thuộc vào các đặc trưng truyền sóng

Một nhân tố quan trọng khác ảnh hưởng đến vùng phủ vô tuyến là tổn hao thâmnhập sóng vào các toà nhà và ô tô Nếu vùng phủ phần ngoài toà nhà đủ, thì cầncoi rằng tổn hao thâm nhập là 10-15dB Tuy nhiên để đảm bảo khởi xướng và thucuộc gọi ở giữa các toà nhà cần sử dụng tổn hao thâm nhập 30dB Tương tự đối

với phủ sóng trong ô tô tổn hao thâm nhập cũng rất quan trọng Ô tô con sẽ bị tổnhao thâm nhập 3-6dB, trong khi đó các xe tải và xe Bus có tổn hao thâm nhập lớnhơn Tổn hao thâm nhập ở đầu xe tải không lớn hơn ở xe con nhưng tổn hao ởphía sau có thể tới 10-12dB phụ thuộc vào không gian cửa sổ Như vậy đối với cácmục đích thiết kế, cần cho phép tổn hao thâm nhập cao để đảm bảo chất lượngphục vụ tốt Đối với môi trường trong thành phố, tổn hao thâm nhập trong toà nhà

là quan trọng nhất vì thế tổn hao thâm nhập trong ô tô sẽ đủ

Các mô hình truyền sóng được sử dụng để xác định số lượng BS cần để đảmbảo các yêu cầu phủ sóng cho mạng Thiết kế ban đầu thường được thực hiệncho vùng phủ Phát triển tiếp theo của thiết kế mạng là tính toán dung lượng.Một số hệ thống có thể cần khởi đầu với vùng phủ rộng và dung lượng cao, nên

có thể khởi đầu giai đoạn phát triển sau

Yêu cầu vùng phủ đi cùng với các yêu cầu về tải lưu lượng, chúng dựa trên

mô hình truyền sóng được chọn để xác định phân bố lưu lượng hay chuyển tải từmột BS sang các BS khác trong chương trình giảm nhẹ dung lượng Mô hìnhtruyền sóng hỗ trợ việc xác định vị trí đặt các BS để đạt được vị trí tối ưu trongmạng Nếu mô hình truyền sóng được sử dụng không hiệu quả để hỗ trợ cho việcđặt trạm đúng, thì xác xuất triển khai sai BS trong mạng sẽ cao

Chất lượng của mạng bị tác động của mô hình truyền sóng được chọn, vì môhình này được lựa chọn để dự đoán nhiễu Thí dụ nếu mô hình truyền sóngkhông chính xác 6dB và nếu coi rằng yêu cầu thiết kế Eb/N0 = 7dB thì Eb/N0 cóthể là 13dB hoặc 1dB Theo tình trạng tải lưu lượng thì thiết kế mức Eb/N0 cao cóthể ảnh hưởng xấu đến khả thi về tài chính Ngược lại việc thiết kế mức Eb/N0

thấp sẽ làm giảm chất lượng dịch vụ

Mô hình truyền sóng cũng được sử dụng ở các khía cạnh hoạt động khác của

hệ thống như: Tối ưu hoá chuyển giao, điều chỉnh mức công suất và định vị

ăng-ten Mặc dù không có mô hình truyền sóng nào thể hiện được tất cả các nhiễuxảy ra ở môi trường thực tế, nhưng việc sử dụng một hoặc nhiều mô hình truyềnsóng để xác định tổn hao đường truyền là điều cần thiết Mỗi mô hình được sửdụng đều có ưu khuyết điểm Chỉ có sự hiểu biết tốt nhất các hạn chế của môhình mới có thể đạt thiết kế vô tuyến tốt

1.3.7 Tính toán dung lượng ô

Số thuê bao và lưu lượng của mỗi thuê bao được sử dụng để xác định tổng lưulượng ô Nếu biết được dung lượng và phạm vi phủ sóng của ô thì sẽ tính được

số ô cần phải xây dựng Dung lượng ô được xác định từ những mô phỏng hoặccác công thức phân tích Tốc độ thông tin người sử dụng, các đặc tính lưu lượng,yêu cầu QoS (trễ, BER/FER) là những nhân tố quan trọng trong việc xác địnhdung lượng ô

Quỹ đường truyền được sử dụng để xác định phạm vi phủ sóng cảu ô lớn nhất.Khi tính toán quỹ đường truyền, ngoài Eb/t còn cần chú ý tới các thông số xác địnhcủa thiết bị như suy hao cáp tăng ích ăng-ten, tạp âm máy thu và một yếu tố cóảnh hưởng rất lớn đến quỹ đường truyền đó là chuyển giao mềm Hệ số chuyểngiao mềm phụ thuộc vào sự tương quan shadowing và khả năng phủ sóng Chuyểngiao mềm cung cấp hệ số phân tập vĩ mô nhờ việc tăng phân tập Hệ số này thực

sự phụ thuộc vào môi trường vô tuyến và số ngón của máy thu Rake

Dung lượng tối đa của 1 ô cấu hình 3 sector được tính theo công thức sau:

) 1 ( ) / (

max

f I

E G M

f t b

c p

Trong đó: s là hệ số tăng ích do chia sector (thường lấy 2,55).

Thực tế, quá trình tải của sector thường chỉ bằng 0,5  0,7 các giá trị tínhtoán Do vậy, số thuê bao mà một sector hỗ trợ sẽ thấp hơn giá trị tính toán

1.4 Vấn đề tối ưu mạng

Tối ưu mạng là một quá trình nhằm cải thiện chất lượng mạng tổng thể và để đảmbảo các tài nguyên mạng được sử dụng một cách có hiệu quả Tối ưu mạng bao gồmquá trình phân tích mạng, cải thiện mạng về cấu hỉnh và hiệu năng Quá trình chuyểnđổi từ quy hoạch vùng phủ và dung lượng mạng chi tiết xang khai thác và tối ưu mạngdiễn ra một cách liên tục Các số liệu thống kê và các chỉ thị hiệu năng chính đối vớimột mạng khai thác được cung cấp cho công cụ phân tích trạng thái mạng và có thểđiều chỉnh các thông số quản lí tài nguyên mạng để đạt được hiệu năng tốt hơn

Giai đoạn đầu của quá trình tối ưu là định nghĩa các chỉ thị hiệu năng chính Chúnggồm các kết quả đo ở hệ thống quản lý mạng và số liệu đo ngoài hiện trường hay bất

kì thông tin khác có thể sử dụng để xác định chất lượng dịch vụ Với sự giúp đỡ của

hệ thống quản lí mạng ta có thể phân tích hiệu năng quá khứ hiện tại và dự báo tươnglai của mạng.

Việc phân tích chất lượng mạng có mục đích là cung cấp cho nhà khai thác mộtcái nhìn tổng quan về chất lượng và hiệu năng của mạng Phân tích chất lượng và báocáo bao gồm việc lập kế hoạch về trường hợp đo tại hiện trường và đo bằng hệ thốngquản lí mạng Sau khi đã đặc tả các chỉ tiêu chất lượng dịch vụ và đã phân tích số liệu

có thể lập báo cáo điều tra Đối với các hệ thống thông tin di động thế hệ hai, chấtlượng dịch vụ gồm chẳng hạn: Thống kê về các cuộc gọi bị rớt, phân tích nguyênnhân gây rớt cuộc gọi, thống kê về chuyển giao và kết quả đo các ý định gọi thànhcông Đối với hệ thống thông tin thế hệ ba, các dịch vụ đa dạng hơn nhiều, và cầnđưa ra các định nghĩa mới về chất lượng dịch vụ

Ở hệ thống thông tin di động thế hệ ba việc tối ưu hoá tự động sẽ rất quan trọng vì

ở đây có nhiều dịch vụ hơn ở các mạng thế hệ hai và việc tối ưu hoá bằng tay sẽ rấtmất thời gian Điều chỉnh tự động phải cung cấp câu trả lời nhanh cho các điều khiểnthay đổi lưu lượng trong mạng Cũng cần phải lưu ý rằng tại khởi đầu của hệ thốngthông tin di động thế hệ ba sẽ chỉ có một số thông số là được điều chỉnh tự động và vìthế vẫn cần phải duy trì quá trình tối ưu hoá của hệ thống thông tin di động thế hệ hai

công bố một phương pháp dự đoán kinh nghiệm trong việc dự đoán cường độ tínhiệu Cốt lõi của phương pháp này là tổn hao đường truyền trong không gian tự

do giữa các điểm quan trọng đã được xác định và được cộng với giá trị Amu(f,d),giá trị này được xác định từ hình vẽ 2.1 Amu(f,d) là tổn hao trung bình có quan

hệ với không gian tự do trong một khu vực đô thị trên một địa hình tương đốibằng phẳng với một chiều cao hiệu dụng của ăng-ten trạm gốc hte là 200 m vàchiều cao ăng-ten di động hre là 3 m Amu(f,d) được miêu tả như là một hàm củatần số (100 - 3000 MHz) và khoảng cách tính từ trạm gốc (1 - 100 km) Các hệ

số hiệu chỉnh phải được đưa ra để tính cho các ăng-ten không có được độ caonhư các độ cao giới thiệu Và công thức cơ bản của kĩ thuật này có thể được biểudiễn như sau:

L 50 (dB) = L F + A mu (f,d) + H tu + H ru (2.1)Trong đó: Htu là hệ số tăng ích chiều cao ăng-ten trạm gốc, nó được cho thấytrong hình (2.2) như là một hàm của chiều cao hiệu dụng của ăng-ten trạm gốc vàkhoảng cách; Hru là hệ số tăng ích chiều cao ăng-ten di động và nó được chỉ ra trênhình (2.3) Hình (2.2) cho thấy rằng Hru có bậc 20 dB/decade, nghĩa là công suất tínhiệu thu được tỉ lệ với h te2 , phù hợp với công thức truyền sóng trên đất phẳng Từhình vẽ (2.3) thì rõ ràng rằng Hru có mối quan hệ với hre nếu hre > 3m; tuy nhiên, Hru

chỉ thay đổi 10 dB/decade nếu hre < 3m

Thêm nữa, các hệ số hiệu chỉnh cũng được đưa ra, theo dạng đồ thị, đểcho phép truyền sóng trên phố giống như truyền sóng trong các khu vựcngoại ô, khu vực mở (nông thôn) và trên địa hình không đồng đều Các hệ sốnày đòi hỏi phải được cộng thêm vào hay trừ đi một cách thích hợp Ngoài

ra, địa hình không đồng đều lại được chia nhỏ ra thành địa hình đồi dốc, cácngọn núi riêng lẻ, địa hình dốc nói chung và địa hình hỗn hợp đất với biển

Hình 2.1: Cơ sở tổn hao đường truyền trung bình quan hệ với không gian tự

do trong khu vực đô thị trên địa hình tương đối bằng phẳng (theo Okumura)

Các tham số được liên quan đến địa hình cần phải được đánh giá để xác địnhcác hệ số hiệu chỉnh biến đổi như sau:

Hình 2.2: Hệ số tăng ích chiều cao ăng-ten BS trong các khu vực đô thị như

là một hàm của khoảng cách (chiều cao tham khảo là 200m)

Hình 2.3: Hệ số tăng ích chiều cao ăng-ten di động trong các khu vực đô thị

như là một hàm của tần số và mức độ đô thị hoá (chiều cao tham

khảo là 3m)

Hình 2.4: Phương pháp tính toán chiều cao ăng-ten trạm gốc hiệu dụng

Chiều cao ăng-ten trạm gốc hiệu dụng (hte): đây là chiều cao của ăng-ten BStrên mức đất trung bình được tính trên khoảng cách từ 3-15km (hoặc nhỏ hơnnếu khoảng cách nhỏ hơn 15 km) theo hướng tới máy thu

Chiều cao nhấp nhô của địa hình (∆h): Đây là tham số nói lên sự không đồngđều của địa hình được định nghĩa là chiều cao không đồng đều được đưa ra trênkhoảng cách 10 km từ máy thu theo hướng tới máy phát

Chiều cao đỉnh núi: Nếu đường truyền sóng bao gồm có một quả núi chắn thìchiều cao đo được của nó có quan hệ với mức đất trung bình giữa nó với trạm gốc

Độ dốc trung bình: Nếu mặt đất là dốc nói chung thì góc θ (có thể âm hoặcdương) được đo trên khoảng cách từ 5-10 km

Tham số đường truyền biển - đất hỗn hợp: đây là phần trăm của tổng chiềudài đường truyền được bao phủ bởi nước

Mô hình Okumura là một mô hình được sử dụng rộng rãi Nó được sử dụngnhư là một tiêu chuẩn so sánh cho các mô hình khác, từ lúc đó thì nó được dửdụng cho sự biến đổi mạnh của của đường truyền vô tuyến không chỉ cho khuvực đô thị mà nó còn cho các kiểu địa hình khác nhau nữa Mô hình này cũngđược sử dụng cho máy tính một cách dễ dàng

Có hai mô hình hoạt động: Trong điạ hình tương đối bằng phẳng thì các tham

số đầu vào yêu cầu đó là: Tần số, các độ cao ăng-ten, khoảng cách, kiểu môitrường, kích thước thành phố, hướng phố; với địa hình không đồng đều, một

trong các tham số liên quan đến địa hình, như được định nghĩa ở trên cũng có thểđược yêu cầu Nếu một cơ sở dữ liệu về địa hình cũng đã được lưu trong máytính thì sau đó máy tính có thể tính được kiểu không đồng đều của địa hình từmặt cắt đường truyền và do đó đưa ra được các tham số địa hình phù hợp.

2.1.1 Công thức Hata

Trong một nỗ lực làm cho phương pháp Okumura trở nên sử dụng dễ dànghơn, Hata đã thiết lập được mối quan hệ toán học kinh nghiệm để mô tả các thôngtin trên đồ thị của Okumura Công thức Hata có các dữ liệu đầu vào bị giới hạntrong các khoảng chính xác của tham số đầu vào và chỉ được áp dụng trên địa hìnhtương đối bằng phẳng Biểu diễn toán học và các ứng dụng của Hata như sau:Các khu vực đô thị:

L(dB) = 69,55 + 26,16logf c - 13,82logh t - a(h t ) + (44,9 - 6,55logh t )logd

(2.2)Trong đó: 150 ≤ fc ≤ 1500 (fc tính theo MHz)

30 ≤ ht ≤ 200 (ht tính theo m)

1 ≤d ≤ 20 (d tính theo km)a(hr) là một hệ số hiệu chỉnh chiều cao ăng-ten máy di động và được tính như sau:Với khu vực thành phố nhỏ và trung bình:

a(h r ) = (1,1logf c - 0,7)h r - (1,56logf c - 0,8) (2.3)Trong đó: 1 ≤ hr ≤ 10 m

, r

h , ,

MHz f

, r

h , ,

)

r

a(h

400 97

4 2 75 11 log 2 3

200 1

1 2 54 1 log 29 8

(2.4)Các khu vực ngoại ô:

L(dB) = L(urban) - 4,78(logf c ) 2 + 18,33 logf c - 40,94 (2.5)

Trong các khu vực tương đối mở, tổn hao vào khoảng 5 dB, lớn hơn khi tínhbằng công thức (2.5).

Mặc dù các công thức của Hata không có các hệ đường truyền cụ thể nhưtrong mô hình Okumura nhưng những biểu diễn trên làm tăng thêm ý nghĩa thựctiễn của phương pháp Hata Khi so sánh các dự đoán của các công thức trên vớinhững dự đoán thu được từ các đường cong của Okumura cho thấy sự khác nhau

là không đáng kể và ít khi sự sai khác vượt quá 1 dB Các biểu diễn của Hatacũng rất dễ dàng để đưa vào máy tính

2.1.2 Mô hình COST 231-Hata

Mô hình Hata theo như mô tả ban đầu của nó sẽ bị hạn chế trong dải tần 1500MHz và do đó không áp dụng được cho DCS 1800 và các hệ thống tương tựkhác hoạt động trong dải tần 1800-1900 MHz Tuy nhiên, trong chương trìnhCOST 231 đã tiến hành phân tích một cách cẩn thận chi tiết các đường cong củaOkumura trong dải tần lớn hơn, và đã đưa ra được một mô hình mở rộng Môhình đó được biểu diễn như sau:

150-L(dB) = 46,3 + 33,9logf c – 13,82logh t – a(h r ) +(44,9 – 6,55logh t )logd + C

(2.6)Trong mô hình này, a(hr) được định nghĩa như trên; còn C là một hệ số, C = 0 chocác thành phố có kích thước trung bình và các trung tâm ngoại ô với mật độ cây trungbình, C = 3 dB cho các trung tâm thành phố lớn

Công thức (2.6) có giá trị khi các tham số ht, hr, và d có khoảng giá trị giốngnhư trong công thức Hata nguyên bản nhưng có dải tần lớn hơn và mở rộngtrong khoảng 1500 ≤ fc (MHz) ≤ 2000 Mô hình này chỉ có giá trị trong cácMacrocell với chiều cao ăng-ten BS đặt trên các mái nhà của các toà nhà sátnhau, nếu chiều cao ăng-ten BS đặt thấp hơn các toàn nhà thì kể cả mô hìnhnguyên thuỷ của nó cũng không áp dụng được trong các microcell