Phương pháp tính toán vùng phủ sóng của hệ thống thông tin di động WCDMA đi sâu phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến vùng phủ sóng của hệ thống đó

Vì thế cần thiết phải chuyển đổi lên mạngthông tin di động thế hệ tiếp theo để cải thiện dịch vụ truyền số liệu, nâng cao tốc độbit và tài nguyên được chia sẻ Mặt khác, khi các hệ thống

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WCDMA 3

1.1.LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 3

1.2.ĐẶC ĐIỂM CỦA UMTS 6

1.2.1 Giới thiệu 6

1.2.2 Những yêu cầu đối với hệ thống UMTS 7

1.3 CẤU TRÚC HỆ THỐNG UMTS 10

1.3.1 Cấu trúc tổng quát của hệ thống UMTS 10

1.3.2 Chức năng của các phần tử trong hệ thống UMTS 11

1.3.3 Giao diện giữa các phần tử trong hệ thống W-CDMA/UMTS 14

CHƯƠNG II PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VÙNG PHỦ SÓNG CỦA HỆ THỐNG WCDMA 15

2.1 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN MẠNG VÔ TUYẾN 15

2.1.1 Suy hao đường truyền 15

2.1.2 Fading 16

2.1.3 Hiệu ứng Doppler 16

2.1.4 Ảnh hưởng của nhiễu C/I và C/A 18

2.1.5 Xuyên nhiễu giữa hệ thống CDMA và các hệ thống tế bào khác 20

2.1.6 Phân tán thời gian 27

2.2.ẢNH HƯỞNG DO ĐỊA HÌNH 28

2.3.YẾU TỐ DO VẬT CHE CHẮN 31

3.3.1 Vật che cắn cố nhân tạo 31

3.3.2 Vật che chắn tự nhiên 32

2.4 YẾU TỐ DO SỐ LƯỢNG THUÊ BAO TĂNG CỤC BỘ 34

CHƯƠNG III CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH VÙNG PHỦ SÓNG CỦA TRẠM TRONG HỆ THỐNG WCDMA 36

3.1.PHÂN TÍCH VÙNG PHỦ SÓNG CỦA MẠNG WCDMA 37

3.1.1.Ước tính vùng phủ sóng di động 39

3.2.2.Mô hình ước tính tế bào 40

3.3.QUY HOẠCH VÙNG PHỦ SÓNG 43

3.3.1.Ảnh hưởng của quỹ đường truyền lên vùng phủ sóng 43

3.4.PHÂN TÍCH DUNG LƯỢNG 48

3.4.1 Tính toán hệ số tải 49

3.4.2 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến dung lượng và vùng phủ 55

3.5.TÍNH TOÁN CỤ THỂ 56

KẾT LUẬN 64

PHỤ LỤC A: DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 65

PHỤ LỤC B CÁC MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG 68

Tài liệu tham khảo 72

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, khoa học công nghệ phát triển mạnh mẽ và vượt bậc với hàng loạtcác phát minh, nghiên cứu ra đời đã mang lại cho con người những tiện ích làm thayđổi cuộc sống của chính họ Một trong những phát minh đó phải nói đến thông tin diđộng và các dịch vụ có liên quan

Ra đời từ những năm 40 của thế kỷ trước với hệ thống thông tin di động tế bàotương tự và công nghệ sử dụng là analog song do nhu cầu phát triển của thuê bao cũngnhư hạn chế về mặt công nghệ và hạn hep về mặt tài nguyên khiến cho các tổ chứcnghiên cứu phải tiến hành phát triển hệ thống để khắc phục những nhược điểm đó.Cùng với sự phát triển của thời gian là sự phát triển của công nghệ và 4G, 5G ra đờisau thành công của hệ thống 2G trên toàn thế giới Tuy nhiên trong đồ án này, ta chỉxét đến mạng 2G GSM và sự phát triển của nó lên 3G UMTS

Nếu so sánh về công nghệ ta nhận thấy sự nổi trội hoàn toàn về tốc độ củachuẩn 4G (1Gbps ) so với 3G (384kbps) và 2G (270.833kbps) Ta nhận thấy nó đã dầnđáp ứng được không chỉ nhu cầu về số lượng thuê bao gia tăng nhanh chóng mà còncác nhu cầu phi thoại tốc độ cao như truyền dữ liệu…nhưng cái giá phải trả là sự phứctạp về công nghệ và thiết bị đầu cuối cũng như sự đồng bộ hóa giữa các hệ thống

Hiện tại ở Việt Nam, mạng 3G đã được triển khai dựa trên cơ sở hạ tầng sẵn cócủa GSM và việc quan trọng nhất để triển khai mạng 3G chính là phần mạng truy nhập

vô tuyến RAN mà trọng tâm là quy hoạch cho mạng vô tuyến Trên cơ sở đó, em tiến

hành lựa chọn đề tài “ Phương pháp tính toán vùng phủ sóng của hệ thống thông tin di động WCDMA Đi sâu phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến vùng phủ sóng của hệ thống đó”.

Nội dung đồ án gồm 3 chương:

Chương I: Tổng quan về hệ thống thông tin di động WCDMA

Chương II: Phân tích các yếu tố ảnh hưởng tới vùng phủ sóng của hệ thống WCDMA

Chương III: Cơ sở lý thuyết tính toán vùng phủ sóng của trạm BTS /NODE B của hệ thống WCDMA

Trong quá trình thực hiện luận văn em đã nhận được rất nhiều ý kiến đóng góp,giúp đỡ và sự hướng dẫn rất chân thành từ các Thầy cô giáo trong khoa Khoa Điện-Điện Tử Tàu Biển, các anh chị khóa trước và bạn bè, đặc biệt là sự hướng dẫn rất nhiệt

tình trực tiếp từ Thầy giáo Th.S Bùi Đình Thịnh đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án của

mình

Do kiến thức và sự hiểu biết còn nhiều hạn chế và thời gian thực hiện làm đồ án

có hạn nên chắc rằng đồ án còn nhiều thiếu sót, em rất mong được sự góp ý thẳng thắncủa thầy cô và bạn bè để đồ của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hải Phòng, ngày…tháng…năm 2012

Sinh viên thực hiện Đặng Đình Toàn

CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WCDMA

1.1.LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất sử dụng công nghệ đa truy nhậptheo tần số (FDMA) là hệ thống tế bào tương tự dung lượng thấp và chỉ có dịch vụthoại, tồn tại là các hệ thống NMT (Bắc Âu), TACS (Anh), AMPS (Mỹ) Đến nhữngnăm 1980 đã trở nên quá tải khi nhu cầu về số người sử dụng ngày càng tăng lên Lúcnày, các nhà phát triển công nghệ di động trên thế giới nhận định cần phải xây dựngmột hệ thống tế bào thế hệ 2 mà hoàn toàn sử dụng công nghệ số Đó phải là các hệthống xử lý tín hiệu số cung cấp được dung lượng lớn, chất lượng thoại được cải thiện,

có thể đáp ứng các dịch truyền số liệu tốc độ thấp Các hệ thống 2G là GSM (GlobalSystem for Mobile Communication - Châu Âu), hệ thống D-AMPS (Mỹ) sử dụng côngnghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA, và IS-95 ở Mỹ và Hàn Quốc sửdụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA băng hẹp Mặc dù hệ thốngthông tin di động 2G được coi là những tiến bộ đáng kể nhưng vẫn gặp phải các hạnchế sau: Tốc độ thấp và tài nguyên hạn hẹp Vì thế cần thiết phải chuyển đổi lên mạngthông tin di động thế hệ tiếp theo để cải thiện dịch vụ truyền số liệu, nâng cao tốc độbit và tài nguyên được chia sẻ

Mặt khác, khi các hệ thống thông tin di động ngày càng phát triển, không chỉ sốlượng người sử dụng điện thoại di động tăng lên, mở rộng thị trường, mà người sửdụng còn đòi hỏi các dịch vụ tiên tiến hơn không chỉ là các dịch vụ cuộc gọi thoại vàdịch vụ số liệu tốc độ thấp hiện có trong mạng 2G Nhu cầu của thị trường có thể phânloại thành các lĩnh vực sau:

Dịch vụ dữ liệu máy tính(Computer Data):

Số liệu máy tính (Computer Data

E-mail

Truyền hình ảnh thời gian thực (Real time image transfer)

Đa phương tiện (Multimedia)

Tính toán di động (Computing) Dịch vụ viễn thông (Telecommunication)

Dich vụ nội dung âm thanh hình ảnh (Audio - video content)

Hình ảnh theo yêu cầu (Video on demand)

Các dịch vụ tương tác hình ảnh (Interactive video services) Báo điện tử (Electronic newspaper)

Mua bán từ xa (Teleshopping) Các dịch vụ internet giá trị gia tăng (Value added internet services Dịch vụ phát thanh và truyền hình (TV& Radio contributions) Những lý do trên thúc đẩy các tổ chức nghiên cứu phát triển hệ thống thông tin

di động trên thế giới tiến hành nghiên cứu và đã áp dụng trong thực tế chuẩn mới cho

hệ thống thông tin di động: Thông tin di động 2,5G và 3G

Hình 1.1 Xu thế phát triển của các hệ thống thông tin di động

STD-008)

IS-95(J-IS-136 TDMA(800)

ISS-95 CDMA

IDEN(800 )

GPRS

GPRS

EDGE

CDMA2000 1X

WCDMA

CDMA2000 MC

Trên thực tế có 2 nhánh công nghệ tiến lên 3G là WCDMA và cdma2000.Trong khuôn khổ đồ án này ta chỉ xét nhánh công nghệ tiến lên 3G theo hướngWCDMA.

WCDMA là một tiêu chuẩn thông tin di động 3G của IMT-2000 được phát triểnchủ yếu ở Châu Âu với mục đích cho phép các mạng cung cấp khả năng chuyển vùngtoàn cầu và để hỗ trợ nhiều dịch vụ thoại, dịch vụ đa phương tiện Các mạng WCDMAđược xây dựng dựa trên cơ sở mạng GSM, tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có của các nhàkhai thác mạng GSM Quá trình phát triển từ GSM lên WCDMA qua các giai đoạntrung gian, có thể được tóm tắt trong sơ đồ sau đây:

Hình 1.2 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA

Các giai đoạn tiến lên 3G

a GPRS

GPRS là một hệ thống vô tuyến thuộc giai đoạn trung gian lên 3G GPRS cungcấp các kết nối số liệu chuyển mạch gói với tốc độ truyền lên tới 171,2Kbps (tốc độ sốliệu đỉnh) và hỗ trợ giao thức Internet TCP/IP và X25, nhờ vậy tăng cường đáng kể cácdịch vụ số liệu của GSM

Công việc tích hợp GPRS vào mạng GSM đang tồn tại là một quá trình đơngiản Một phần các khe trên giao diện vô tuyến dành cho GPRS, cho phép ghép kênh

số liệu gói được lập lịch trình trước đối với một số trạm di động Phân hệ trạm gốc chỉ

cần nâng cấp một phần nhỏ liên quan đến khối điều khiển gói (PCU- Packet Control Unit) để cung cấp khả năng định tuyến gói giữa các đầu cuối di động các nút cổng (gateway) Một nâng cấp nhỏ về phần mềm cũng cần thiết để hỗ trợ các hệ thống mã

hoá kênh khác nhau

Mạng lõi GSM được tạo thành từ các kết nối chuyển mạch kênh được mở rộngbằng cách thêm vào các nút chuyển mạch số liệu và gateway mới, được gọi là GGSN(Gateway GPRS Support Node) và SGSN (Serving GPRS Support Node) GPRS làmột giải pháp đã được chuẩn hoá hoàn toàn với các giao diện mở rộng và có thểchuyển thẳng lên 3G về cấu trúc mạng lõi

b EDGE

EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) là một kỹ thuật truyền dẫn

3G đã được chấp nhận và có thể triển khai trong phổ tần hiện có của các nhà khai thác

D

TDMA và GSM EDGE tái sử dụng băng tần sóng mang và cấu trúc khe thời gian củaGSM, và được thiết kế nhằm tăng tốc độ số liệu của người sử dụng trong mạng GPRShoặc HSCSD bằng cách sử dụng các hệ thống cao cấp và công nghệ tiên tiến khác Vìvậy, cơ sở hạ tầng và thiết bị đầu cuối hoàn toàn phù hợp với EDGE hoàn toàn tươngthích với GSM và GRPS.

c WCDMA hay UMTS/FDD

WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là một công nghệ truynhập vô tuyến được phát triển mạnh ở Châu Âu Hệ thống này hoạt động ở chế độFDD và dựa trên kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS- Direct Sequence Spectrum)

sử dụng tốc độ chip 3,84Mcps bên trong băng tần 5MHz Băng tần rộng hơn và tốc độtrải phổ cao làm tăng độ lợi xử lý và một giải pháp thu đa đường tốt hơn, đó là đặcđiểm quyết định để chuẩn bị cho IMT-2000

WCDMA hỗ trợ trọn vẹn cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói tốc độ cao và đảm bảo sự hoạt động đồng thời các dịch vụ hỗn hợp với chế độ gói hoạtđộng ở mức hiệu quả cao nhất Hơn nữa WCDMA có thể hỗ trợ các tốc độ số liệu khácnhau, dựa trên thủ tục điều chỉnh tốc độ

Chuẩn WCDMA hiện thời sử dụng phương pháp điều chế QPSK, một phương pháp điều chế tốt hơn 8-PSK, cung cấp tốc độ số liệu đỉnh là 2Mbps với chất lượng truyền tốt trong vùng phủ rộng

WCDMA là công nghệ truyền dẫn vô tuyến mới với mạng truy nhập vô tuyến

mới, được gọi là UTRAN, bao gồm các phần tử mạng mới như RNC (Radio Network Controller) và NodeB (tên gọi trạm gốc mới trong UMTS)

Tuy nhiên mạng lõi GPRS/EDGE có thể được sử dụng lại và các thiết bị đầu cuốihoạt động ở nhiều chế độ có khả năng hỗ trợ GSM/GPRS/EDGE và cả WCDMA

1.2.ĐẶC ĐIỂM CỦA UMTS

2 Mbps cho những người sử dụng di động chậm và 144 kbps cho những người sử dụng

di động nhanh, ( tức là người sử dụng di động có thể di chuyển với vận tốc >500km/h).UMTS cũng có thể cung cấp các dịch vụ với tốc độ bít lên tới 2 Mbps nhưng lúc đó

pháp truy nhập đặc biệt Tất nhiên sự phát triển của UMTS phải có tính kế thừa từ các

hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai như GSM

Từ sự thành công lớn của GSM và sự đưa UMTS vào phục vụ thương mại ởChâu Âu bắt đầu từ năm 2002, chúng ta có thể thấy một sự chuyển đổi từng bước một

từ GSM tới UMTS Chúng ta cũng thấy UMTS mới đầu chỉ cung cấp các dịch vụ trongkhu vực có lưu lượng cao hoặc là phục vụ đối với khách hàng đặc biệt cần: Nhữngngười sử dụng thiết bị di động di chuyển trên những khu vực rộng hơn sẽ được đảmbảo Những thiết bị đầu cuối UMTS cũng có thể hoạt động như các thiết bị đầu cuốiGSM bởi các thiết bị đầu cuối có thể hoạt động ở hai chế độ UMTS có khả năng cungcấp các dịch vụ mang tính toàn cầu UMTS phủ sóng cả trên biển và rừng núi nhữngnơi đang sử dụng các vệ tinh để phủ sóng

W-CDMA/UMTS có hai đề xuất cho giao diện vô tuyến được đệ trình lên ITUnhư các giải pháp để đáp ứng được yêu cầu của IMT-2000 Cả hai giải pháp này đều sửdụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã trải phổ trực tiếp băng rộng DS-W-CDMA Hai giải pháp này tương ứng với hai chế độ là: Chế độ song công phân chiatheo thời gian TDD (Time Division Duplex) và chế độ song công phân chia theo tần sốFDD (Frequency Divisition Duplex) Chế độ FDD được triển khai rất rộng rãi ở Châu

Âu và Châu Mỹ, còn chế độ TDD được triển khai trong giai đoạn đầu ở Châu Á

Trong chế độ FDD, đường lên sử dụng một tần số và đường xuống sử dụng mộttần số, đường lên sử dụng dải tần 1920 MHz đến 1980 MHz; Đường xuống sử dụnggiải tần từ 2110 MHz đến 2170 MHz; Khoảng phân cách giữa đường lên và đườngxuống là 190 MHz Độ rộng băng tần có thể là 5/10/15/20 MHz

Trong chế độ TDD, một sóng mang cho trước được sử dụng cho cả đường lên

và đường xuống 1900 MHz đến 1920 MHz và 2010 MHz đến 2025 MHz Do vậykhông tồn tại khoảng phân cách về tần số giữa đường lên và đường xuống Độ rộngbăng tần có thể là: 1,25/5/10/15/20 MHz

Để thiết lập được hệ thống UMTS chúng ta sẽ tìm hiểu về các đặc điểm củaUMTS, các công nghệ mà UMTS sử dụng, cấu trúc của UMTS…

1.2.2 Những yêu cầu đối với hệ thống UMTS

Cấu trúc hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS khác với cấu trúc của các

hệ thống thông tin di động thế hệ hai và thế hệ hai cộng chủ yếu ở UTRAN (UMTSTerrtrial Radio Access Network: Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS) Tuy nhiênkhi thiết kế hệ thống UMTS thì cấu trúc của hệ thống UMTS cũng chịu ảnh hưởng bởicác dịch vụ được UMTS cung cấp, giao diện vô tuyến của UMTS…

a Các dịch vụ cung cấp bởi UMTS

+ Cung cấp nhiều loại hình dịch vụ thoại và phi thoại, cho phép người sử dụng có khảnăng truy nhập các dịch vụ một cách dễ dàng mà không cần thay đổi đường truyền ởtất cả các môi trường

+ Đưa ra các dịch vụ khác nhau ở các mạng phục vụ khác nhau và môi trường hoạtđộng khác nhau.

+ Cung cấp nhiều loại hình dịch vụ viễn thông khác nhau: Bao gồm cả việc cung cấpcác dịch vụ của các mạng cố định, nếu tốc độ bít của người sử dụng tăng nên 2 Mbpsthì chất lượng dịch vụ cung cấp bởi UMTS tương ứng với các dịch vụ cung cấp bởi cácmạng cố định Các dịch vụ có tốc độ thông tin cao như vậy chỉ được cung cấp ở môitrường trong nhà, và ở những khu vực có mật độ dân cư thay đổi

+ Cung cấp các dịch vụ tương ứng với các thiết bị đầu cuối: Thiết bị xách tay, thiết bị

di động, thiết bị đầu cuối cố định…Ở tất cả các môi trường cung cấp mà thiết bị đầucuối đó có các chức năng tương ứng

+ Cung cấp các dịch vụ thoại, các dịch vụ số liệu và đặc biệt là các dịch vụ đa truyềnthông

+ Cung cấp môi trường riêng, có khả năng cho phép người sử dụng truy nhập tất cả cácdịch vụ thông thường được cung cấp bởi các mạng cố định

+ Cung cấp khả năng trong môi trường cơ quan có thể cho phép người sử dụng truynhập tất cả các dịch vụ thông thường mà các mạng PABX và LAN cung cấp

+ Khả năng thay thế các mạng cố định ở những khu vực có mật độ dân cư thay đổi.+ Khả năng cung cấp các giao diện sao cho người sử dụng các thiết bị đầu cuối thôngthường cũng kết nối được với mạng cố định

Người ta đưa ra các điều kiện nhằm mục đích:

+ Cho phép người sử dụng truy nhập được nhiều dịch vụ viễn thông, trong đó có cácdịch vụ hiện nay vẫn chưa xuất hiện mà vẫn đạt được chất lượng dịch vụ cao và chấtlượng truyền số liệu cũng cao

+ Cung cấp các thiết bị đầu cuối sao cho dễ sử dụng, giảm giá thành của thiết bị đầucuối, thời gian đàm thoại dài, hoạt động ở trạng thái Standby dài

+ Khả năng sử dụng tài nguyên mạng hiệu quả, đặc biệt là phổ tần vô tuyến

b Định hướng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

Những yêu cầu của hệ thống truy nhập vô tuyến UMTS được xây dựng trên cơ

sở những yêu cầu của các dịch vụ cung cấp Những yêu cầu của truy nhập vô tuyếnmặt đất UMTS được thể hiện trong bảng 2.1

Từ bảng trên ta thấy các hướng phát triển tốc độ cao được ứng dụng chủ yếu ởthời điểm ban đầu ở tốc độ trong nhà Trong điều kiện UTRA không ngăn cản việcchuyển giao giữa các nhà khai thác khác nhau hoặc giữa các mạng truy nhập khácnhau, nhưng cũng cung cấp chuyển giao giữa các hệ thống 2G và 3G: GSM và UMTS

Bảng 1.1 Các yêu cầu đối với UTRA

Những dung lượng mang

và không thực

+ Những vật mang định hướng kênh và định hướng gói

+ Cung cấp danh mục vật mang (gồm cả điều khiển các vật mang theo kiểu ưu tiên)

+ Khả năng thích ứng chất lượng đường truyền, lưu lượng và mạng truyền tải, tốt như các quy định về vô tuyến

+ Khoảng rộng tốc độ bit sẽ cung cấp đầy đủ cho các dịch vụ chính + Cung cấp khả năng thay đổi tốc độ bit ở thời gian thực

+ Các dịch vụ mang trải tương thích với các tốc độ được cung cấp.Chuyển giao + Bảo đảm tính liên tục của quá trình thông tin khi thực hiện quá

trình chuyển giao giữa các Cell của một nhà khai thác

+ UTRA sẽ không ngăn cản qúa trình chuyển giao giữa các nhà khaithác khác nhau hoặc các mạng truy nhập khác nhau

+ Có khả năng chuyển giao giữa UMTS với các hệ thống thế hệ hai

Các yêu cầu đối với nhà khai thác

quan với nhau

+ Kế hoạch truy nhập vô tuyến phải phù hợp với các ứng dụng, trình độ, tính linh hoạt và tốc độ của người sử dụng được giới hạn.+ Các hệ thống không đồng bộ có thể được sử dụng chung một môi trường

+ Kế hoạch tần số là không cần thiết

+ Sử dụng phổ tần một cách hiệu quả

Hiệu suất phổ tần + Hiệu suất sử dụng phổ tần cao cho phép phối hợp các dịch vụ

Sử dụng phổ tần + Cho phép nhiều nhà khai thác cùng sử dụng băng tần cấp cho

+ Cung cấp các trạng thái khác nhau của các loại trạm di động với

sự phức tạp khác nhau, giá cả và các khả năng đưa ra các đáp ứng cần thiết cho những người sử dụng khác nhau

Giới hạn băng

tần cung cấp

+ Mạng hoạt động với độ rộng băng tần là 5 MHz

Độ an toàn + Giao diện vô tuyến UMTS sẽ đảm bảo độ an toàn cao của thông

tin, tối thiểu như chế độ an toàn ở giao diện vô tuyến GSM Tồn tại chung với

các hệ thống khác

+ UTRA có khả năng cùng tồn tại với các hệ thống khác, mặc dù băng tần dành cho mỗi hệ thống là khác nhau và chúng có thể phối hợp với nhau

+ Cho phép bổ xung nhiều chế độ

+ Cung cấp các thiết bị đầu cuối hai chế độ UMTS/GSMCác công nghệ mà UTRA sử dụng: ATM, IP, B-ISDN Vì vậy cho phép các nhàkhai thác xây dựng UMTS trên cơ sở các mạng hiện có

1.3 CẤU TRÚC HỆ THỐNG UMTS

1.3.1 Cấu trúc tổng quát của hệ thống UMTS

Sơ đồ khối tổng quát của mạng thông tin di động UMTS được thể hiện trênhình 2.1 Từ sơ đồ khối tổng quát ta có thể thấy mạng thông tin di động UMTS gồm haimạng con: Mạng lõi và mạng thâm nhập vô tuyến

+ Mạng lõi gồm các chung tâm chuyển mạch kênh (MSC) và các nút hỗ trợ chuyểnmạch gói (SGSN) Các kênh thoại và kênh truyền số liệu được kết nối với mạng ngoàithông qua các trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng (GMSC) và nút chuyểnmạch gói cổng (GGSN) Để kết nối trung tâm chuyển mạch kênh với các mạng ngoàinhư ISDN, PSTN thì cần có thêm phần tử làm tương tác mạng (IWF) Ngoài các trungtâm chuyển mạch kênh và các nút hỗ trợ chuyển mạch gói, mạng lõi còn có các cơ sở

dữ liệu cần thiết cho mạng thông tin di động như: HLR, AUC, EIR

Mạng thâm nhập vô tuyến gồm các phần tử sau:

+ RNC (Radio Network Controler): Bộ điều khiển mạng vô tuyến- đóng vai trò

+ NB (Base Node): Nút B- Đóng vai trò như BTS ở mạng GSM.

+ MS (Mobile Station): Trạm di động, không được thể hiện trên sơ đồ

+ TE (Terminal): Thiết bị đầu cuối.

+ Giao diện giữa MSC và RNC là Iµcs, giao diện giữa SGSN và RNC là Iµps, giao diện giữa các RNC với nhau là Iur, giao diện giữa RNC và Nút B là Ibu

Nút B

RNC RNC

PLMN, ISDN, PSTN

X.25, Internet Các mạng ngoài

1.3.2 Chức năng của các phần tử trong hệ thống UMTS

Hệ thống UMTS bao gồm các phần tử mạng logic và các giao diện Mỗi phần tửmạng thực hiện một số chức năng nhất định

+ Về mặt chức năng, các phần tử mạng được nhóm thành mạng thâm nhập vô tuyến(RAN) và mạng lõi (CN) Trong đó, mạng thâm nhập vô tuyến thực hiện các chứcnăng liên quan đến vô tuyến và mạng lõi thực hiện các chức năng chuyển mạch, địnhtuyến cuộc gọi và kết nối số liệu Ngoài hai mạng này thì để hoàn thiện hệ thống cầnphải có thiết bị người sử dụng (UE) UE thực hiện giao tiếp giữa người sử dụng với hệthống

+ Ngoài ra, mạng UMTS còn có thể được chia thành các mạng con Ở khía cạnh này,

hệ thống UMTS được thiết kế theo Modul nên có thể có nhiều phần tử mạng cho cùngmột kiểu Về nguyên tắc, yêu cầu tối thiểu cho một mạng hoạt động và có đầy đủ cáctính năng là phải có ít nhất một phần tử logic cho một kiểu Khả năng có nhiều phần tửcủa cùng một kiểu cho phép chia hệ thống thành các mạng con hoạt động hoặc độc lậphoặc cùng với các mạng con khác và các mạng con này được phân biệt bởi các nhậndạng duy nhất

a Mạng thâm nhập vô tuyến (UTRAN)

Cấu trúc mạng thâm nhập vô tuyến UTRAN được cho trong hình 2.1 UTRAN

bao gồm một hay nhiều hệ thống con mạng vô tuyến (RNS) Do vậy, RNS là mộtmạng con trong UTRAN Một RNS gồm một bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) vàmột hay nhíều nút B (Node B) Các RNC được kết nối với nhau thông qua giao diệnIur, còn các nút B được kết nối với RNC thông qua giao diện Iub

Sau đây ta xét chức năng của các phần tử trong bộ điều khiển mạng vô tuyến

* Nút B (Node B): Có chức năng chuyển đổi dòng dữ liệu giữa hai giao diện Iub và

Uu nên chức năng chính của nút B là thực hiện xử lý lớp vật lý của giao diện vô tuyến(mã hoá kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ ) Ngoài ra, nút B còn tham gia khaithác và quản lý tài nguyên vô tuyến

* Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC): là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển

các tài nguyên vô tuyến của UTRAN RNC giao diện với mạng lõi và kết cuối giaothức điều khiển tài nguyên vô tuyến (giao thức này định nghĩa các bản tin và các thủtục giữa UE và UTRAN) RNC là điểm thâm nhập tất cả các dịch vụ do UTRAN cungcấp cho mạng lõi, chẳng hạn như quản lý tất cả các kết nối đến UE

* RNC điều khiển một nút B cho trước được xem như RNC điều khiển (CRNC).

CRNC chịu trách nhiệm điều khiển tải và ứ nghẽn cho các ô của mình Khi một kếtnối giữa UE-UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên từ nhiều RNC thì các RNC tham dựvào kết nối này có vai trò logic riêng biệt Đó là:

+ RNC phục vụ (SRNC): Đối với một UE thì SRNC thực hiện kết cuối cả đường nối

Iu để truyền số liệu người sử dụng và cả báo hiệu RANAP tương ứng từ/ tới mạng lõi.SRNC cũng kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến, xử lý số liệu lớp đoạnnối số liệu từ/tới giao diện vô tuyến Các thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến như sắpxếp các thông số vật mang thâm nhập vô tuyến với các thông số kênh truyền tải giaodiện vô tuyến SRNC cũng là CNRC của một nút B nào đó được UE sử dụng để kếtnối với UTRAN

+ RNC trôi (DRNC): Là một RNC bất kỳ khác với SRNC để điều khiển các ô được

UE sử dụng Khi cần DRNC có thể thực hiện kết hợp và phân chia ở phân tập vĩ mô.DRNC không thực hiện xử lý số liệu lớp đoạn nối số liệu tới/từ giao diện vô tuyến màchỉ định tuyến số liệu trong suốt giữa các giao diện Iub và Iur Một UE có thể không

có hoặc có một hay nhiều DRNC

Lưu ý: Một RNC vật lý có chứa tất cả các chức năng của CRNC, SRNS, DRNC

b Mạng lõi (CN)

* Thanh gi định vị thường chú (HLR): Là một cơ sở dữ liệu được đặt tại hệ thốngchủ của người sử dụng để lưu bản sao chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng Lýlịch dịch vụ này bao gồm: Thông tin về các dịch vụ được phép, các vùng không đượcphép chuyển mạng và thông tin về các dịch vụ bổ xung như: Trạng thái chuyển hướng

cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi Các thông tin liên quan đến việc cung cấpcác dịch vụ viễn thông được lưu trong HLR không phụ thuộc vào vị trí hiện thời củathuê bao HLR thường là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạngnhưng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao.

* Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động/bộ ghi định vị tạm chú(MSC/VLR): Để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí hiện thờicủa nó Chức năng của MSC là sử dụng các dao dịch chuyển mạch kênh (CS) và chứcnăng của VLR là lưu giữ bản sao về lý lịch của người sử dụng cũng như vị trí của UEtrong hệ thống đang phục vụ ở mức độ chính xác hơn HLR Phần mạng được thâmnhập qua MSC/VLR thường được gọi là vùng chuyển mạch kênh CS

* Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng (GMSC): Làm nhiệm vụ giaotiếp với mạng ngoài Do vậy GMSC được đặt tại điểm kết nối UMTS với mạngchuyển mạch kênh bên ngoài

* IWF (chức năng tương tác): Bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức vàtruyền dẫn IWF cho phép mạng UMTS kết nối với các mạng khác như: Mạng số liệucông cộng chuyển mạch kênh (CSPND), mạng PSTN, mạng ISDN và các mạngPLMN khác

* EIR: Thực hiện quản lý thiết bị người sử dụng UE EIR lưu tất cả các dữ liệu liênquan đến UE EIR được nối đến MSC và SGSN qua đường báo hiệu để kiểm tra sựđược phép của thiết bị Một thiết bị không được phép sẽ bị cấm

* Trung tâm nhận thực (AUC): Quản lý các thông tin nhận thực và mật mã hoá liênquan đến từng cá nhân thuê bao dựa trên khoá bí mật Việc quản lý thuê bao được thựchiện thông qua khoá nhận dạng bí mật duy nhất cho từng thuê bao Khoá này được lưugiữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ của UE

* Node hỗ trợ GPRS phục vụ (SGSN): Cung cấp việc định tuyến gói tin từ/ tới mộtvùng dịch vụ của SGSN Nó phục vụ tất cả các thuê bao sử dụng dịch vụ gói nằmtrong vùng phục vụ của mình Một thuê bao sử dụng dịch vụ gói có thể được bất cứSGSN nào trong mạng phục vụ tuỳ thuộc vào vị trí của thuê bao Phần mạng đượcthâm nhập qua SGSN thường được gọi là vùng chuyển mạch gói PS

* Nude hỗ trợ GPRS cổng (GGSN): GGSN được nối với các mạng ngoài nhưInternet, mạng X.25 Nhìn từ mạng ngoài thì GGSN đóng vai trò như bộ định tuyếncho các cuộc gọi từ mạng ngoài tới được mạng UMTS GGSN tiếp nhận số liệu (cóđịa chỉ của một người sử dụng nhất định) thì nó sẽ kiểm tra, nếu địa chỉ này là tích cựcthì GGSN gửi số liệu đó tới SGSN tương ứng để phục vụ UE Trong trường hợp địachỉ này là không tích cực thì số liệu thu được bị loại bỏ Các gói tin từ UE nguồn đượcđịnh tuyến đến đúng mạng đích thông qua GGSN

c Thiết bị người sử dụng (UE)

Thiết bị người sử dụng là thiết bị duy nhất mà người sử dụng có thể thườngxuyên nhìn thấy của hệ thống UE có thể là thiết bị đặt trong ôtô hay thiết bị xách tayhoặc thiết bị cầm tay Loại thiết bị nhỏ cầm tay là thiết bị phổ biến nhất Ngoài cácchức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến UE còn phải cung cấp cácgiao diện với người sử dụng như: Micro, loa, màn hiển thị, bàn phím Hiện nay người

ta đang cố gắng sản xuất các thiết bị đầu cuối gọn nhẹ để đấu nối với thiết bị người sửdụng Việc lựa chọn thiết bị đầu cuối hiện đang để mở cho các nhà sản xuất Thiết bịngười sử dụng gồm hai phần:

* Thiết bị di động (ME): Là đầu cuối vô tuyến được sử dụng cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uµ*

* Modul nhận dạng thiết bị UMTS (USIM): Là một loại thẻ thông minh chứa nhận dạngthuê bao để thực hiện các thuật toán nhận thực, lưu giữ các khoá nhận thực và một sốthông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối

1.3.3 Giao diện giữa các phần tử trong hệ thống W-CDMA/UMTS

 Giao diện Cu: Đây là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME Giao diệnnày tuân theo tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh

 Giao diện Uu: Đây là giao diện vô tuyến WCDMA Uu là giao diện nhờ đó

UE truy cập được với phần cố định của hệ thống, và vì thế có thể là phần giaodiện mở quan trọng nhất trong UMTS

 Giao diện Iu: Giao diện này kết nối UTRAN tới mạng lõi Tương tự như cácgiao diện tương thích trong GSM, là giao diện A (đối với chuyển mạch kênh), và

Gb (đối với chuyển mạch gói), giao diện Iu đem lại cho các bộ điều khiển UMTSkhả năng xây dựng được UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau

 Giao diện Iur: Giao diện mở Iur hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC từ cácnhà sản xuất khác nhau, và vì thế bổ sung cho giao diện mở Iu

 Giao diện Iub: Iub kết nối một Nút B và một RNC UMTS là một hệ thống điện thoại di động mang tính thương mại đầu tiên mà giao diện giữa bộ điều khiển và trạm gốc được chuẩn hoá như là một giao diện mở hoàn thiện

CHƯƠNG II PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VÙNG PHỦ

2.1 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN MẠNG VÔ TUYẾN

2.1.1 Suy hao đường truyền

Hệ thống GSM được thiết kế với mục đích là một mạng tổ ong dày đặc và baotrùm một vùng phủ sóng rộng lớn Các nhà khai thác và thiết kế mạng của mình đểcuối cùng đạt được một vùng phủ liên tục bao tất cả các vùng dân cư của đất nước.Vùng phủ sóng được chia thành các vùng nhỏ hơn là các cell Mỗi cell được phủ sóngbởi một trạm phát vô tuyến gốc BTS Kích thước cực đại của một cell thông thường cóthể đạt tới bán kính R = 35 km Vì vậy, suy hao đường truyền là không thể tránh khỏi.Với một anten cho trước và một công suất phát đã biết, suy hao đường truyền tỉ lệvới bình phương khoảng cách từ trạm thu đến trạm phát gốc BTS Trong môi trườngthành phố, với nhiều nhà cao tầng, suy hao có thể tỉ lệ với luỹ thừa 4 hoặc cao hơnnữa

Dự đoán suy hao đường truyền trong thông tin di động GSM bao gồm một loạtcác vấn đề khó khăn, mà lý do chính bởi vì MS luôn luôn di động và anten thu thấp.Những lý do thực tế này dẫn đến sự thay đổi liên tục của địa hình truyền sóng, vì vậytrạm di động sẽ phải ở vào những vị trí tốt nhất để thu được các tia phản xạ

 Tính toán lý thuyết

Cách cơ bản mà đơn giản ta coi không gian truyền sóng là không gian tự do Giảthiết rằng không có tia phản xạ và sóng vô tuyến được truyền trong không gian tự do.Với anten vô hướng, ta có công thức suy hao đường truyền trong không gian tự do:

bị uốn cong

2.1.2 Fading

a.Fading chuẩn Loga: Trạm di động thường hoạt động ở các môi trường có

nhiều chướng ngại vật (các quả đồi, toà nhà ) Điều này dẫn đến hiệu ứng che khuất(Shaddowing) làm giảm cường độ tín hiệu thu, khi thuê bao di chuyển cường độ thu sẽthay đổi

b.Rayleigh: Khi môi trường có nhiều chướng ngại vật, tín hiệu thu được từ nhiều

phương khác nhau Điều này nghĩa là tín hiệu thu là tổng của nhiều tín hiệu giốngnhau nhưng khác pha và biên độ

Để giảm phần nào tác hại do Fading gây ra, người ta thường tăng công suất phát

đủ lớn để tạo ra một lượng dự trữ Fading, sử dụng một số biện pháp như: phân tậpanten, nhảy tần

c Pha đing đa đường

2.1.3 Hiệu ứng Doppler

Hiệu ứng Doppler gây ra do sự chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu

như trình bày ở hình 2.4 Bản chất của hiện tượng này là phổ của tín hiệu thu được bị

xê lệch đi so với tần số trung tâm một khoảng gọi là tần số Doppler

Giả thiết góc tới của tuyến n so với hướng chuyển động của máy thu là αn, khi đó tần số Doppler của tuyến này là [5]:

 

D f cos α c

v f

Trong đó f0, v, c lần lượt là tần số sóng mang của hệ thống, vận tốc chuyển động tương đối của máy thu so với máy phát và vận tốc ánh sáng Nếu αn = 0 thì tần số Doppler lớn nhất sẽ là:

Tán xạ

Phản xạ Tán xạ

Trạm gốc

Hình 2.1 Hiện tượng truyền sóng đa đường

Giả thiết tín hiệu đến máy thu bằng nhiều luồng khác nhau với cường độ nganghàng nhau ở khắp mọi hướng, khi đó phổ của tín hiệu tương ứng với tần số Dopplerđược biểu diễn như sau[5]:

(2.5)

Phổ tín hiệu thu được biểu diễn lại ở hình 1.5

Mật độ phổ tín hiệu thu bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Doppler do Jake tìm ra năm

1974 Và được gọi là phổ Jake Ý nghĩa của phổ tín hiệu này được giải thích như sau:Giả thiết tín hiệu phát đi ở tần số sóng mang f0, khi đó tín hiệu thu được sẽ không nhậnđược ở chính xác trên tần số sóng màng f0 mà bị dịch đi cả về hai phía với độ dịch là

fD,max như hình ở 1.5 Sự dịch tần số này ảnh hưởng đến sự đồng bộ của nhiều hệthống

a.Suy hao trên đường truyền

Mô tả sự suy giảm công suất trung bình của tín hiệu khi truyền từ máy phát đếnmáy thu Sự giảm công suất do hiện tượng che chắn và suy hao có thể khác phục bằngcác phương pháp điều khiển công suất

b.Hiệu ứng bóng râm (Shadowing)

0 các trường hợp còn lại

nếu =

Hình 2.3.Mật độ phổ của tín hiệu thu

)(

2 t



)(

Do ảnh hưởng của các vật cản trở trên đường truyền, ví dụ như các toà nhà caotầng, các ngọn núi, đồi,… làm cho biên độ tín hiệu bị suy giảm Tuy nhiên, hiện tượngnày chỉ xảy ra trên một khoảng cách lớn, nên tốc độ biến đổi chậm Vì vậy, hiệu ứngnày được gọi là fading chậm.

2.1.4 Ảnh hưởng của nhiễu C/I và C/A

Một đặc điểm của cell là các kênh đang sử dụng đã có thể được sử dụng ở cáccell khác Nhưng giữa các cell này phải có một khoảng cách nhất định Điều này cónghĩa là cell sẽ bị nhiễu đồng kênh do việc các cell khác sử dụng cùng tần số Cuốicùng vùng phủ sóng của trạm gốc sẽ bị giới hạn bởi lý do này hơn là do tạp âm thôngthường Vì vậy, ta có thể nói rằng một hệ thống tổ ong hoàn thiện là giới hạn đượcnhiễu mà đã được qui chuẩn, loại trừ được nhiễu hệ thống Một vấn đề trong thiết kế

hệ tổ ong là điều khiển các loại nhiễu này ở mức chấp nhận được Điều này được thựchiện một phần bởi việc việc điều khiển khoảng cách sử dụng lại tần số Khoảng cáchnày càng lớn thì nhiễu càng bé

Để chất lượng thoại luôn được đảm bảo thì mức thu của sóng mang mong muốn

C (Carrier) phải lớn hơn tổng mức nhiễu đồng kênh I (Interference) và mức nhiễu kênhlân cận A (Adjacent)

a Nhiễu đồng kênh C/I

Nhiễu đồng kênh xảy ra khi cả hai máy phát phát trên cùng một tần số hoặc trêncùng một kênh Máy thu điều chỉnh ở kênh này sẽ thu được cả hai tín hiệu với cường

độ phụ thuộc vào vị trí của máy thu so với hai máy phát

Tỉ số sóng mang trên nhiễu được định nghĩa là cường độ tín hiệu mong muốn trêncường độ tín hiệu nhiễu

Hình 2.4 ở trên chỉ ra trường hợp mà máy di động đặt trong xe đang thu một sóngmang mong muốn từ một trạm gốc phục vụ (Serving BS) và đồng thời cũng đang chịumột nhiễu đồng kênh do nhiễu phát sinh của một trạm gốc khác (Interference BS).Giả sử rằng cả hai trạm đều phát với một công suất như nhau các đường truyềnsóng cũng tương đương (hầu như cũng không khác nhau trong thực tế) và ở điểm giữa,máy di động có C/I bằng 0 dB, có nghĩa là cả hai tín hiệu có cường độ bằng nhau Nếumáy di động đi gần về phía trạm gốc đang phục vụ nó thì C/I > 0 dB Nếu máy diđộng chuyển động về phía trạm gây ra nhiễu thì C/I < 0 dB.

Theo khuyến nghị của GSM giá trị C/I bé nhất mà máy di động vẫn có thể làmviệc tốt là 9 dB Trong thực tế, người ta nhận thấy rằng giá trị này cần thiết phải lênđến 12 dB ngoại trừ nếu sử dụng nhảy tần thì mới có thể làm việc ở mức C/I là 9dB Ởmức C/I thấp hơn thì tỷ lệ lỗi bit BER (Bit Error Rate) sẽ cao không chấp nhận được

và mã hoá kênh cũng không thể sửa lỗi một cách chính xác được

Tỉ số C/I được dùng cho các máy di động phụ thuộc rất lớn vào việc quy hoạchtần số và mẫu tái sử dụng tần số Nói chung việc sử dụng lại tần số làm dung lượngtăng đáng kể tuy nhiên đồng thời cũng làm cho tỉ số C/I giảm đi Do đó việc quy hoạchtần số cần quan tâm đến nhiễu đồng kênh C/I

b Nhiễu kênh lân cận C/A

Nhiễu kênh lân cận xảy ra khi sóng vô tuyến được điều chỉnh và thu riêng kênh

C song lại chịu nhiễu từ kênh lân cận C-1 hoặc C+1 Mặc dù thực tế sóng vô tuyếnkhông được chỉnh để thu kênh lân cận đó, nhưng nó vẫn đề nghị một sự đáp ứng nhỏ

là cho phép kênh lân cận gây nhiễu tới kênh mà máy thu đang điều chỉnh Tỉ số sóngmang trên kênh lân cận được định nghĩa là cường độ của sóng mang mong muốn trêncường độ của sóng mang kênh lân cận

C/A = 10.log(Pc/Pa) (2.7)

Trong đó :

Pc = công suất thu tín hiệu mong muốn

Pa = công suất thu tín hiệu của kênh lân cậnGiá trị C/A thấp làm cho mức BER cao Mặc dù mã hoá kênh GSM bao gồm việcphát hiện lỗi và sửa lỗi, nhưng để việc đó thành công thì cũng có giới hạn đối vớinhiễu Theo khuyến nghị của GSM, để cho việc quy hoạch tần số được tốt thì giá trị C/

A nhỏ nhất nên lớn hơn - 9 dB

Khoảng cách giữa nguồn tạo ra tín hiệu mong muốn với nguồn của kênh lân cậnlớn sẽ tốt hơn cho C/A Điều này có nghĩa là các cell lân cận không nên được ấn địnhcác sóng mang của các kênh cạnh nhau nếu C/A được đã được đề nghị trong một giớihạn nhất định

Cả hai tỉ số C/I và C/A đều có thể được tăng lên bằng việc sử dụng quy hoạch cấutrúc tần số

 Một số biện pháp khắc phục

Vấn đề can nhiễu kênh chung là một thách thức lớn với hệ thống thông tin diđộng tế bào Có các phương pháp để giảm can nhiễu kênh chung như:

1 Tăng cự ly sử dụng lại tần số (D)

2 Hạ thấp độ cao anten trạm gốc

3 Sử dụng Anten định hướng ở BTS (Sector hóa)

Với phương pháp thứ nhất: việc tăng cự ly sử dụng lại tần số D sẽ làm giảm cannhiễu kênh chung, tuy nhiên khi đó số cell trong mỗi mảng mẫu sẽ tăng, tương ứng với

số kênh tần số dành cho mỗi cell sẽ giảm và như vậy thì dung lượng phục vụ sẽ giảmxuống

Phương pháp thứ hai việc hạ thấp anten trạm gốc làm cho ảnh hưởng giữa cáccell dùng chung tần số sẽ được giảm bớt và như vậy can nhiễu kênh chung cũng đượcgiảm bớt Tuy nhiên, việc hạ thấp anten sẽ làm ảnh hưởng của các vật cản (nhà caotầng…) tới chất lượng của hệ thống trở nên nghiêm trọng hơn

Phương pháp thứ 3 có hai ích lợi: Một là biện pháp làm giảm can nhiễu kênhchung trong khi cự ly sử dụng lại tần số không đổi, hai là tăng dung lượng hệ thống.Phương pháp này sẽ được trình bày trong phần sau

Ngoài ra, các kỹ thuật khác như:

 Điều khiển công suất phát sóng kiểu động

 Truyền phát gián đoạn

 Nhảy tầncũng làm cải thiện thêm đáng kể tỷ số C/ I của hệ thống

2.1.5 Xuyên nhiễu giữa hệ thống CDMA và các hệ thống tế bào khác

a.Nhiễu trong băng

Hiện nay, nhiều nhà khai thác mạng tế bào đang khai thác hoặc đang lắp đặt công nghệ

số CDMA ví dụ như ở Việt Nam có các nhà khai thác mạng CDMA là EVN Telecom,Sfone và Hanoi Telecom Với phương pháp đa truy nhập theo mã công nghệ này chophép họ tiếp tục tăng thêm dung lượng so với hệ thống AMPS, TACS…Các nhà khaithác mạng tế bào này có thể đang muốn lắp đặt hoặc đang lắp đặt thế hệ tiếp theo củaCDMA .Đó là hệ thống sử dụng công nghệ IS-2000 1X với độ rộng phổ là1.23/1.25MHz nhưng sử dụng mã Wash có tốc độ gấp 2 lần (128 chip) Mục tiêu củabước tiếp theo trong sự chuyển đổi công nghệ này là làm tăng số dịch vụ dữ liệu cũngnhư tốc độ truyền dữ liệu lên một mức cao hơn để đáp ứng nhu cầu sử dụng ngày càngtăng Trong thực tế, cả hệ thống CDMA và hệ thống tương tự đang hoạt động phải tồntại đồng thời và thậm chí trong một vài trường hợp còn phải chia sẻ cả phổ tần Nhưvậy, một hệ quả tất yếu là bên cạnh khả năng tăng lên của các khối trên một hệ thống

tế bào tương tự (do làm trắng phổ), còn tồn tại khả năng xuất hiện xuyên nhiễu giữacác hệ thống cùng tồn tại và được phân chia chung một dải tần ISI trong băng thườngxảy ra giữa các trạm gốc của một hệ thống và trạm thuê bao của một hệ thống khác sửdụng chung một băng tần và cùng tồn tại

Hình 2.5 Nhiễu trong băng

Ở đây, nhiễu được sinh ra như là một kết quả của hiệu ứng xa gần Ví dụ về mộttrường hợp tạo ra nhiễu trong băng (như trong hình 3.5) là khi trạm gốc của một hệthống A lại phục vụ cho một khối thuê bao của hệ thống B khi thuê bao B đang đứng ở

vị trí xa trạm gốc của hệ thống B và gần trạm gốc của hệ thống A Và thuê bao hệthống B càng gần với trạm gốc của hệ thống A thì trạm phát gốc gây nhiễu A càng cókhả năng “bắt giữ” máy thu khối thuê bao bị gây nhiễu B Bởi khi đó thì sự suy haođường truyền giữa chúng là rất nhỏ Hiện tượng nhiễu này có thể được thể hiện rất rõkhi triển khai một hệ thống mới với số tế bào nhỏ hoặc lớn hơn so với các hệ thống đã

và đang tồn tại sử dụng chung băng tần Bởi vì hệ thống mới với số tế bào nhiều hay íthơn sẽ tạo nên sự khác biệt lớn hơn trong các mức tín hiệu ở đường lên hoặc đườngxuống của kênh vô tuyến RF Thực tế thì tình huống này có thể tránh được nếu ngườithiết kế hệ thống cố gắng giữ cho tỉ lệ cell-site (B:A) gần bằng (1:1), trong đó “B” là

số tế bào mới của hệ thống B, tương ứng với “A” là số tế bào đã và đang tồn tại của hệthống A Một phương diện của quan trọng khác yêu cầu đối với mối quan hệ giữa hệthống A và hệ thống B là các trạm gốc của các tế bào của các hệ thống A và B nênđược đặt thật gần nhau hoặc được đặt chung, nói chung là gần nhất có thể

Một ví dụ cho trường hợp mất cân bằng, hai hệ thống cùng tồn tại với tỉ lệ cell (B:A) là (1:3) được mô tả trong Hình 2.6

Hình 2.6 Ví dụ về sự chồng phủ của hai hệ thống theo tỉ lệ (1:3)

Một thuê bao của hệ thống B sẽ có khả năng bị gây nhiễu máy thu của nó từ cácmáy phát trong một tế bào của hệ thống A Nhất là các thuê bao của hệ thống B nằm ởdìa cell của nó nhưng lại gần với tâm cell (tức là gần với trạm gốc) của hệ thống A cóthể bị gây nhiễu làm hoạt động của nó bị rối loạn

Tương tự, nếu các thuê bao của hệ thống A nằm ở vị trí đủ gần với một trạmgốc của hệ thống B không lắp đặt chung thì máy phát của thuê bao đó cũng có thể cókhả năng gây nhiễu cho máy thu của tế bào hệ thống B khi nó phát ở mức công suất đủlớn.

Tuỳ thuộc vào độ chồng phủ thực tế của cả hai hệ thống (A, B) mà có thể có 4khả năng gây nhiễu như sau:

 Thuê bao của hệ thống A gây nhiễu cho trạm gốc của hệ thống B

 Thuê bao của hệ thống B gây nhiễu cho trạm gốc của hệ thống A

 Trạm gốc của hệ thống A gây nhiễu cho thuê bao của hệ thống B

 Trạm gốc của hệ thống B gây nhiễu cho thuê bao của hệ thống AViệc sử dụng một hệ thống lắp đặt chung cho AMPS và IS-95 CDMA là một ví

dụ Lưu ý rằng nhiễu trong băng không phải là vấn đề chỉ duy nhất đối với hệ thốngCDMA, nó như là một bức xạ vô tuyến giữa các hệ thống Các bức xạ tương tự sẽ xảy

ra trong hệ thống GSM nếu nó được phủ xen phủ lên một hệ thống TACS trong cùngmột băng tần

Tất cả các công nghệ đều là sự tổng hợp của nhiều yếu tố Đối với các máy phátgây nhiễu thì có một số các yếu tố có thể điều chỉnh được là: ERP (Effective RadiatedPower- công suất phát hiệu dụng, là công suất cao tần được phát trực tiếp về phíaanten thu), công suất phát danh định, và các phát xạ đơn biên Còn đối máy thu có khảnăng bị gây nhiễu thì là: điểm chặn xuyên điều chế (IM) của máy thu, bộ lọc bảo vệsẵn có và độ khuếch đại của hệ thống anten thu

Sau khi đánh giá được khả năng gây nhiễu thì việc điều chỉnh có thể được thựchiện nếu yêu cầu Việc điều chỉnh này có thể được thực hiện dưới dạng cải thiện việclọc ở site đó hoặc có thể kết hợp một phương pháp nào đó trong số các phương phápnêu trên: cải thiện các phát xạ đơn biên, điều chỉnh ERP, quy hoạch tần số,…Trong tất

cả các trường hợp thì khả năng gây nhiễu vẫn còn và cách khắc phục hiệu quả nhất làtính toán điều chỉnh trên từng site cụ thể Do không có một giải pháp chung nào nênviệc thiết kế bố trí các site yêu cầu phải phù hợp với điều kiện thực tế

Một điều lưu ý là không được bỏ qua các máy phát Rogue Đó là các máy phátkhông được cấp phép và không hợp pháp Thực tế thì các máy phát loại này rất hiếmgặp nhưng chỉ cần một máy phát Rogue hoạt động chúng cũng có thể gây ra nhiều vấn

đề rắc rối cho một hay nhiều sector của hệ thống CDMA nếu công suất phát của nó ởmức tương đối cao Một dấu hiệu chung có thể nhận thấy là khi một khối Rogue đangphát thì các cell CDMA bị ảnh hưởng sẽ có hiện tượng giảm diện tích phủ sóng do tácđộng của nhiễu mạnh gây ra bởi khối Rogue đó

Các tế bào của hệ thống AMPS gây nhiễu cho các thuê bao IS-95 CDMA

Có một số khả năng gây xuyên nhiễu giữa các hệ thống thiết bị, nhưng vấn đề nổitrội hơn cả là nhiễu sinh ra do các tín hiệu trạm gốc của hệ thống AMPS mạnh trộn vớinhau ở đầu vào của một máy thu thuê bao từ đó tạo ra tín hiệu không mong muốn chen

vào dải tần thu của máy thu thuê bao CDMA Hiện tượng này chỉ xảy ra khi có đồngthời ba yếu tố sau:

1 Khối thuê bao của hệ thống CDMA phải có cấu trúc vật lý gần giống với máyphát trạm gốc của hệ thống AMPS

2 Các tần số phát của AMPS phải tạo ra một sản phẩm trộn bậc 3

3 Tín hiệu thu CDMA mong muốn phải tương đối yếu

Như vậy, khi hạn chế được sự kết hợp các hệ thống thiết bị nêu trên (AMPS vàCDMA) thì sẽ ngăn chặn được nhiễu Một trong những cách đơn giản nhất để ngănchặn loại nhiễu này là đảm bảo chắc chắn rằng có một trạm gốc CDMA được đặt ởmỗi vị trí đặt máy phát của hệ thống AMPS tức là được phủ chồng theo tỷ lệ (1:1)giống như một cấu hình đã được đưa ra ở phần trước Với sự bố trí như vậy thì các sảnphẩm không mong muốn của quá trình trộn vẫn sẽ xảy ra nhưng vì tín hiệu CDMAmong muốn từ các máy phát nội hạt luôn luôn mạnh hơn các sản phẩm trộn nên vấn đềnhiễu được loại bỏ

Thông thường, hiện tượng nhiễu này xảy ra khi một nhà khai thác cố gắng triểnkhai hệ thống IS-95 CDMA với số cell nhỏ hơn số cell của hệ thống AMPS Nhà khaithác có thể lắp đặt số trạm gốc của hệ thống IS-95 CDMA ít hơn số site của hệ thốngAMPS để tiết kiệm chi phí triển khai ban đầu Nếu tỷ số này vào khoảng 1-3 thì có thểgọi đó là một mức phủ chồng (1:3) tương ứng với tỷ số (B:A), (Hình 3.6)

Trong trường hợp này, các thuê bao IS-95 CDMA có thể được đặt trong một khuvực có tín hiệu AMPS mạnh trong khi đang cố gắng thu một tín hiệu CDMA yếu từmột khoảng cách xa Bởi bán kính cell của hệ thống AMPS chỉ bằng 2/3 bán kính cellcủa hệ thống IS-95 CDMA Trong thực tế, nếu hệ thống này thuộc một mạng lướichung với một mức chồng phủ là (1:3) thì các trạm gốc hệ thống AMPS không có cácmáy phát IS-95 CDMA lắp chung sẽ nằm ở điểm chính giữa cách đều các trạm gốc IS-

95 CDMA Điều này cho phép các khu vực có tín hiệu CDMA yếu được phủ sóng bởicác site gốc AMPS được lắp đặt ở đó

Hình 2.7 Sự chồng phủ giữa hệ thống AMPS với hệ thống CDMA có site lớn hơn.

(các cell đánh dấu “a” là các site CDMA có khả năng không bị gây nhiễu)

Nên chú ý rằng, khi triển khai hệ thống IS-95 CDMA, để giảm nhiễu giữa cáctrạm gốc hệ thống AMPS và hệ thống IS-95 CDMA của cùng một nhà khai thác thì tỷ

lệ phù hợp nhất là (1:1) Nhưng giải pháp này cũng không hoàn toàn loại bỏ đượcnhiễu Vẫn còn có khả năng một thuê bao CDMA có thể gặp phải nhiễu khi ở trongmột vùng lân cận với một cell của một nhà khai thác khác mà vùng này lại có tín hiệuCDMA mong muốn rất yếu Một tình trạng thường gặp trong thực tế là các khu vực cólưu lượng thông tin cao sẽ thu hút các cell từ phía cả hai nhà khai thác Khi đó, các khuvực này sẽ được lắp đặt nhiều trạm gốc của hệ thống IS-95 CDMA với mật độ phù hợp

và chúng sẽ tạo ra một tín hiệu CDMA đủ mạnh để khắc phục những vấn đề nhiễunày

Khi một thuê bao của hệ thống IS-95 CDMA nằm trong một site của hệ thốngAMPS mà site đó lại không được đặt chung trạm gốc nào của hệ thống CDMA thì thuêbao đó có thể hoặc không thể bị gây nhiễu Điều này phụ thuộc vào số, mức và tần sốsóng mang và độ mạnh của chính tín hiệu CDMA đó Thực tế cho thấy nhiễu có thểđược giảm đi bằng cách giảm mức tín hiệu AMPS hay tăng mức tín hiệu CDMA Vớicách tăng tín hiệu CDMA thì có thể được thực hiện một cách đơn giản bằng việc tăngthêm một hay nhiều vị trí đặt máy phát IS-95 CDMA ngay vùng lân cận của bất kì mộtmáy phát AMPS nào có khả năng gây nhiễu

Gần đây, một sự thay đổi đặc biệt đối với chuẩn IS-98A đã được đề nghị đó làcần địa chỉ hoá cho việc xuyên điều chế được cải thiện trong máy thu thuê bao Sựthay đổi này cho phép mở rộng dải tần hoạt động của máy thu thuê bao, hoặc bằngcách sử dụng bộ suy giảm điều chỉnh được, hoặc một bộ suy giảm có chuyển mạch ởđầu vào máy thu Khi sử dụng một trong những bộ suy giảm này sẽ dẫn đến một sựsuy hao xấp xỉ 20dB để thuê bao có thể hoạt động trong một môi trường có tín hiệukhoẻ Nhà khai thác vẫn phải quản lý độ mạnh của tín hiệu CDMA ở một mức tốithiểu phù hợp với các mức nhiễu đã được dự đoán rằng có thể gặp phải

Đối với dải 1.9GHz thì khả năng sinh ra nhiễu ISI là loại bức xạ cần phải đượcchú ý Bởi vì, nhìn chung mức công suất mà càng thấp thì các suy hao đường truyềncàng cao và trong môi trường đó thì không thể có được độ chồng phủ cân bằng Vẫnphải có một vài giải pháp trong quá trình thiết kế để đưa ra các phương pháp giám sátnhiễu ở dìa băng 1.9GHz, nơi mà hai nhà khai thác gặp nhau với các lưới định vị (site)khác nhau

Tóm lại, cách tốt nhất để thiết kế một vùng phủ sóng cho hệ thống IS-95CDMA là triển khai theo tỉ lệ (1:1) Dù vậy, vẫn phải phải xem lại sự bố trí site của hệthống AMPS trong các khu vực phủ sóng CDMA yếu hơn Nếu nhà khai thác lựa chọnviệc triển khai ban đầu với mật độ thấp hơn bằng cách giảm bớt một vài thứ so với hệthống được triển khai theo tỉ lệ (1:1) thì các biên của hai hệ thống A và B sẽ phải đượcthiết kế cẩn thận cho việc điều khiển nhiễu Nếu mong muốn có một chi phí đầu vào

thấp hơn thì việc triển khai một hệ thống với tỉ lệ (1:1) với các cell vô hướng sẽ tốthơn việc triển khai một hệ thống với tỉ lệ (1:3) hay cao hơn nữa

Nhiễu giữa các thuê bao

Tính nguy hại của xuyên nhiễu giữa các thuê bao phụ thuộc vào mật độ thuêbao của mỗi hệ thống và khoảng cách giữa chúng Do cả máy phát gây nhiễu và máythu bị gây nhiễu luôn di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác và ở các vị trí ngẫu nhiên

có liên quan đến các máy khác Khả năng gây nhiễu cũng phụ thuộc vào khả năng điềukhiển công suất của các máy phát thuê bao gây nhiễu và máy thu thuê bao bị gâynhiễu

Bảng 2.1 Sự so sánh nhiễu ngoài băng

Trạm thuê bao tới trạm

thuê bao

Trạm gốc đến trạm

gốc

nhau với các hệ thống

CDMA

1 trên một thuê bao ≥ 1 trên một trạm gốc

Suy hao do phân cực vuông

Bảng 2.1 cho thấy, nhiễu giữa các trạm thuê bao nhìn chung là ít hơn so với giữa cáctrạm gốc khi xét về cùng một khía cạnh nào đó

Do xuyên điều chế đòi hỏi phải có hai hay nhiều tín hiệu gây nhiễu ở một đoạntần số xác định nên khả năng sinh ra nhiễu vì thế mà rất thấp Do vậy, rất hợp lý khikết luận rằng, hầu hết các xuyên nhiễu giữa thuê bao với thuê bao đều gây ra bởi cácphát xạ đơn biên từ máy phát Ở các khu vực có mật độ thuê bao trên tuyến giao thôngcao như trung tâm thương mại, chợ búa, ga tàu…thì có thể đủ để gây ra ảnh hưởng xấuđến chất lượng của cuộc gọi hoặc gây ra một cuộc gọi rớt

Có rất ít phương pháp để thực hiện việc ngăn chặn xuyên nhiễu giữa các thuê baongoài cách xác định trước khả năng sinh ra nhiễu trong cơ cấu vật lý của khối thuê baogây nhiễu và thuê bao bị gây nhiễu để đưa ra sự cách ly phù hợp Tuy nhiên, cách nàydường như không thể thực hiện được do các yêu cầu về tính năng của thuê bao Cácquy hoạch về tần số cũng có thể thay đổi để giúp ngăn chặn sự xuyên nhiễu trong mộtvùng nào đó Và phương pháp này phụ thuộc vào độ phức tạp của công nghệ Tuy

nhiên, những khu vực có lưu lượng cao nơi mà hầu như tất cả đều có sự liên quan đếnnhau thì sự linh hoạt của việc quy hoạch tần số bị giới hạn

Như vậy khi triển khai một hệ thống tế bào số PCS (CDMA) thì trên các vùng đã

và đang khai thác các mạng tế bào tương tự thì nảy sinh ra rất nhiều vấn đề về xuyênnhiễu giữa các hệ thống mới và hệ thống cũ Do đó yêu cầu phải có sự tính toán chitiết đối với các khả năng gây nhiễu có thể xảy ra để có thể ngăn chặn ngay từ đầu bằngcác biện pháp như: quy hoạch băng tần hợp lý, thiết kế hệ thống tối ưu, xác định vùngđịnh vị, sử dụng các phần tử lọc khử nhiễu…

Các thuê bao AMPS gây nhiễu cho các tế bào của hệ thống IS-95 CDMA

Các thuê bao AMPS băng hẹp có ảnh hưởng không đáng kể tới các cell của hệthống IS-95 CDMA vì vậy có thể bỏ qua tác động này trong quá trình phân tích nhiễu.Các bức xạ đơn biên Tx của thuê bao AMPS ngoài băng cũng không quan trọng trongcác kênh AMPS 9 được khuyến nghị bao gồm cả dải phòng vệ của CDMA Các thuêbao AMPS trong băng thì phải được tách biệt bởi một dải phòng vệ ở mức suy hao vừađủ

b.Nhiễu ngoài băng

Nhiều nhà khai thác hệ thống mạng tế bào muốn đưa các công nghệ tế bào số vàocác hệ thống mạng tế bào tương tự hiện có của họ Sau khi triển khai hệ thống mạng tếbào số này thì có thể nó sẽ được sử dụng nhiều hơn hoặc có thể thay thế hẳn cho hệthống cũ Để triển khai các hệ thống số như CDMA với một băng tần xen kẽ mà trướcđây đã được cấp cho một mạng tế bào nào đó sử dụng trong một quốc gia nhất định Vídụ:

- Sử dụng băng tần của hệ thống AMPS cho hệ thống CDMA trong một vùng đã

hệ thống mới đang được triển khai là như thế nào Nói cách khác nhiễu ngoài băngthường xảy ra giữa các trạm gốc hoặc giữa các trạm thuê bao của hai hay nhiều hệthống cùng tồn tại (Hình 1.5) Như vậy nhiễu ngoài băng có thể được coi là một bức

xạ vô tuyến của các hệ thống VTĐ nói chung chứ không phải của duy nhất đối với mộtcông nghệ mạng tế bào riêng biệt nào Vài nhà khai thác đang trong giai đoạn thử lắpđặt chung các công nghệ mạng tế bào đa băng tần và kết quả của việc triển khai này là:

1 Khi hai hệ thống lắp đặt chung thì dải tần phòng vệ yêu cầu sẽ nhỏ hơn

2 Khoảng cách giữa các anten nhỏ hơn do mật độ hệ thống cao

3 Các yêu cầu trong việc chia sẻ anten giữa các công nghệ khác nhau qua việc sửdụng các bộ phối hợp, các bộ ghép…sẽ làm tăng các xung đột.Như vậy đòi hỏiphải có sự quan tâm thích đáng đối với sự xuất hiện của các hiện tượng nhiễubằng cách tiến hành các phép đo để kịp thời phát hiện và ngăn chặn bất kì nguy

cơ nào làm giảm chất lượng của hệ thống ví dụ như một sự suy giảm dung lượngcủa hệ thống hay suy giảm chất lượng/ độ tin cậy tuyến kết nối RF

Hình 2.8 Nhiễu ngoài băng

2.1.6 Phân tán thời gian

Phân tán thời gian xảy ra là do có nhiều đường truyền sóng từ máy phát đến máythu Hiện tượng phân tán thời gian gây ra một số vấn đề cho mạng thông tin di động

số Việc sử dụng truyền dẫn số cũng gây ra một số vấn đề khác như: phân tán thời gian

do các tín hiệu phản xạ (Reflection) gây ra

Sự phân tán thời gian sẽ gây ra hiện tượng “giao thoa giữa các ký tự” Giả thiếtchúng ta phát đi một chuỗi bit 1 và 0 Nếu tín hiệu phản xạ đi chậm hơn tín hiệu đithẳng đúng 1 bit thì máy thu phát hiện bit 1 từ sóng phản xạ đồng thời cũng phát hiệnbit 0 từ sóng đi thẳng

Cửa sổ thời gian được định nghĩa là khoảng thời gian 15 ms sau khi máy thu nhậnđược tín hiệu trực tiếp từ máy phát Giả sử các tia phản xạ đến máy thu bên ngoài cửa

sổ thời gian, tức là sau 15 ms, sẽ gây phiền phức cho hệ thống giống như là nhiễu.Ta

đã biết giá trị tối thiểu của C/I trong hệ thống GSM là 9 dB

Chúng ta có thể coi giá trị này là giá trị cực đại của phân tán thời gian Nghĩa làtất cả các tín hiệu phản xạ mà đến trễ hơn 15 ms, bên ngoài cửa sổ thời gian, phải cógiá trị tổng nhỏ hơn 9 dB Tỉ số này chính là C/R

Một số biện pháp khắc phục phân tán thời gian:

 Chọn vị trí đặt BTS:

• Di chuyển BTS đến càng gần vật gây phản xạ càng tốt Điều này sẽ đảm bảocho hiệu khoảng cách luôn nhỏ nằm trong phạm vi cửa sổ cân bằng

Hình 2.9 Đặt BTS gần chướng ngại vật để tránh phân tán thời gian

• Chuyển hướng anten của BTS ra khỏi phía vật chướng ngại gây phản xạ nếuBTS được đặt xa nó Anten nên chọn có tỉ số tăng ích trước trên sau cao

 Thay đổi anten và góc nghiêng anten:

Nếu vật phản xạ không bị chiếu vào thì sẽ không có hiện tượng phản xạ Nhưvậy, ta phải cố gắng giảm phần năng lượng bức xạ từ vật phản xạ mà có thể gây rahiện tượng phản xạ có hại

Sử dụng anten down tilt là một cách có thể áp dụng được Anten down tilt với

độ rộng búp sóng vào khoảng 100, được sử dụng để tránh chiếu vào những vùng núi vàtrong trường hợp cần phủ sóng cho một trục đường quốc lộ Vấn đề chính khi sử dụnganten này là chúng phải được lắp đặt thật chính xác, sai số không được vượt quá 10

 Điều chỉnh tham số cell:

Một cách khác để chống phân tán thời gian là thay đổi tham số của cell

Nếu một vùng nào đó trong một cell có cường độ tín hiệu thấp so với vùng cònlại trong cell thì các tham số điều khiển chuyển giao nên được thiết lập để tiến hànhcác cuộc chuyển giao ra ngay khỏi cell này trước khi để máy di động MS đi vào vùngnguy hiểm đó Các tham số của các cell bên cạnh cũng nên được thiết lập để sao chocác cuộc chuyển giao không bị chuyển vào những vùng có xảy ra tán sắc thời giannằm trong cell đó

2.2.ẢNH HƯỞNG DO ĐỊA HÌNH

Đối với từng loại địa hình như thành phố nông, nông thôn, miền núi,khu vực đườnggiao thông, khu vực dân cư đông đúc….có ảnh hưởng đến quá trình quy hoạch vùngphủ sóng của mạng nói chung và việc thiết kế trạm BTS/NODE B nói riêng Ta sẽphân tích cụ thể yếu tố địa hình ảnh hưởng đến vùng phủ sóng của hệ thống WCDMA.Qua việc phân tích thiết kế lắp đặt trạm BTS/NODE B của tập đoàn viễn thông quaannđội Viettel năm 2011

- Tiêu chí về khoảng cách đặt trạm được ban hành theo từng giai đoạn,kế hoạch

cụ thể

- Ví dụ: Tiêu chí đặt trạm năm 2010 của Tập đoàn như sau:

· Đối với trạm 2G: Áp dụng cho toàn quốc, trừ HNI và HCM)

Bảng 2.2 Tiêu chí đặt trạm năm 2010

Phủ sóng khu vực dân cưTiêu chí/Khu vực Nông thônmiền núi Nông thônđồng bằng trấnThị TP, Thị xãKhoảng cách từ (điểm giữa)

-Chọn vị trí đặt trạm đòi hỏi phải xem xét cẩn thận các yếu tố quyết định như:

· Khu vực mong muốn phủ sóng

· Điều kiện triển khai đặt trạm như: Điện, thuận tiện trong xây dựng trạm, ứngcứu thông tin

- Chọn vị trí đặt trạm được thực hiện qua 2 bước:

- Việc chấm trạm danh định được thực hiện trên: Bản đồ quân sự, phần mềmMapInfo hoặc Google Earth

- Một số trường hợp chấm vị trí danh định thường gặp trong thực tế:

· Khu dân cư: Đối với khu dân cư, cần thiết kế trạm gồm 3 cells sao cho các cell

có thể đồng thời phục vụ cả khu vực (hình sau):

· Kết hợp khu dân cư và tuyến giao thông: Đối với địa hình như này,thiết kế 3cells, 2 cell phục vụ đường còn 1 cell phục vụ khu dân cư như hình vẽ sau:

· Đường cong: Đối với địa hình này, ta có thể thiết kế hai cell phục vụtheo hướng đường đi như sau:

· Ngã 3: Địa hình này ta thiết kế 3 cell phủ cả 3 hướng đường như sau:

· Đối với khu vực đã có thiết kế mắt lưới hoặc khu dân cư rộng, đông đúc:Thiết

kế theo mô hình mắt lưới:

Ngã tư:

Còn đối với khu vực miền núi và ngoài biển do do địa hình phức tạp và tùythuộc vào nhu cầu phủ sóng mà nhà mạng có những thiết kể riêng để có thể đảm bảođược vùng phủ sóng của mạng là tốt nhất Địa hình khu vực miền núi cũng gây ảnhhưởng rất lớn đến việc phủ sóng của ra trạm do núi non, do cây cối che chắn.Vì thế đểkhăc phục được yếu tố đó thì phải khảo sát rất kỹ lượng và tiến hành đo đạc nhiều lầnphải Để đưa những tính toán, những phương pháp và phần mềm chuyên dụng để tínhtoán vùng phu sóng

2.3.YẾU TỐ DO VẬT CHE CHẮN

3.3.1 Vật che cắn cố nhân tạo

Vật che chắn ở đây chủ yếu là các tòa nhà cao tầng đối với khu vực thành phố.Còn khu vực nông thôn thì vật che chắn là một số tòa nhà cao tầng và cây cối

Khi kích thước một ô nhỏ hơn 1Km, hướng phố và các toà nhà riêng lẻ tạo ratín hiệu thu khác nhau Các toà nhà có tác động trực tiếp tới cường độ tín hiệu và đượccoi là một phần của suy hao đường truyền Cho dù tín hiệu thu từ các sóng phản xạ đađường, không phải là các sóng đi xuyên qua các toà nhà, là vẫn mạnh có sự tươngquan giữa độ suy hao tín hiệu và số các toà nhà dọc theo đường truyền Số và kíchthước toà nhà càng lớn thì suy hao cũng càng lớn

Theo phản ánh của khách hàng sử dụng mạng vinaphone

Trong thời gian gần đây, mạng Vinaphone, Mobifone và Viettel tại nhiều khuvực ở Hà Nội lại tái diễn tình trạng mất sóng hoặc sóng chập chờn, gây bức xúc và rắcrồi lớn cho các khách hàng, song nhà mạng khi được hỏi vẫn vòng vo, không rõnguyên nhân

Hiện tượng máy vẫn bật và đang trong vùng phủ sóng nhưng gọi vào lại tò te tý cóthể là do lỗi kết nối, sự cố đường truyền Lỗi này thường xảy ra khi gọi ngoại mạng.Còn một số trường hợp khách hàng gọi nội mạng mà vẫn bị sự cố “không liên lạcđược” thì là do độ phủ sóng của nhà mạng này tại khu vực người nhận cuộc gọi quákém Việc các tòa nhà cao tầng ngày càng mọc lên nhiều cũng ảnh hưởng xấu tới chất

lượng sóng di động Những khu vực nằm trong diện sóng yếu thường ở xen kẽ giữacác tòa nhà cao tầng hoặc bị hấp thụ bởi các vật liệu kim loại như bê tông, cốt théphay tôn lợp mái Ngay cả những tòa nhà hiện đại, nhà cao tầng nhưng nếu có lớp chắn

là bê tông quá dày thì cũng có thể bị rớt sóng Hiện nay, thông thường tại những điểm

mà các trạm thu phát sóng không phủ sóng tới, một số nhà mạng như Vinaphone… Một số biện pháp để khắc phục ảnh hưởng này :

●Đo đạc sóng thực tế từng khu vực mà khách hàng phản ánh mất sóng Từ đó đưa

ra sự điều chỉnh chùm tia chính anten “ main beam” tại khu vực đó Việc điều chỉnhnày có phần mềm chuyên dụng

●Điều chỉnh góc tilt của anten ta có thể điều chỉnh:

· Góc tilt điện: Có thể điều chỉnh hoặc không điều chỉnh được tùy thuộc vào loạianten

· Góc tilt cơ: Bảo độ chính xác phải dùng thước thủy để xác định tilt cơ ● Điều khiển công suất

●Nếu những trường hợp này mà không khắc phục được thì biện pháp tốt nhất làxây dựng thêm các trạm mới Tùy theo thiết kế của nhà mạng để đáp ứng được vùngphủ tốt cho toàn khu vực Tuy nhiên hiện nay, mặc dù các thủ tục đầu tư, đấu thầu,thậm chí là các thủ tục xây dựng, lắp đặt các trạm BTS đều đã hoàn thành, thiết bị sẵnsàng trong kho nhưng doanh nghiệp không thể triển khai Nguyên nhân chỉ vì sự phảnđối của người dân ở khu vực dự kiến lắp đặt trạm BTS Phần lớn người dân cho rằngcác trạm BTS ảnh hưởng sức khỏe con người, nhất là sức khỏe sinh sản Theo tínhtoán sơ bộ của Vụ Khoa học Công nghệ, đối với các trạm thông tin di động có côngsuất phát trung bình là 20W, thì tầm ảnh hưởng là trong phạm vi bán kính 8m tính từtâm ăngten Chiều cao trung bình hiện nay của các cột ăngten là 60m (nếu đặt trên mặtđất) và 15-20m (nếu đặt trên nóc nhà) Vì vậy, có thể kết luận rằng, người dân sốngxung quanh khu vực có đặt trạm thu phát sóng điện thoại di động đều an toàn, không

bị ảnh hưởng đến sức khỏe Hơn nữa công nghệ thông tin di động mà Việt Nam đang

sử dụng hiện nay hoàn toàn dựa trên các công nghệ mà toàn thế giới đang sử dụng,chưa có kết luận nào khẳng định các trạm BTS gây hại cho sức khoẻ con người Tuynhiên đã gặp nhiều khó khăn do phản ứng dữ dội về việc lắp đặt trạm BTS làm ảnhhưởng tới sức khoẻ của họ Đây chính là một bài toán khó đặt ra cho các nhà mạng để

có thể phục vụ được tốt dịch vụ của mình tới khách hàng

3.3.2 Vật che chắn tự nhiên

- Vật che chăn như các núi, đồi cũng là nhưng nguyên nhân ảnh hưởng tới sóng

vô tuyến Nó gây ra suy hao trong quá trình truyên sóng

Hình 2.10.Các tác động của vật cản hình nêm tới sóng vô tuyến

(a) ảnh hưởng tới lan truyền của vật hình nêm không cản sóng (b) Nhiễu xạ do vật cản hình nêm

Ta sử dụng mô hình truyền sóng LEE

1 1 2

r r

h p



Suy hao do nhiễu xạ của vật cản hình nêm được tính là :

Lr = 0 [dB] 1 

Lr = 20 lg(0,5 + 0,62  ) [dB] 0    1Vật cản có đỉnh tròn được miêu tả sau :

Tham số  trong trường hợp này được tính là :





2 / 1

1 1 1

r r

1 1

r r

h p



Chúng ta có thể áp dụng độ dịch anten  được gọi là thay đổi độ cao ảo để tính các

hệ số hiệu chỉnh của công thức nhiễu xạ vật cản hình nêm do đỉnh tròn Giả thiết

r1 > r2 thì:

3 / 1

2

1 1

316 ,

2

1 1

333 ,

phân cực ngang

Hình 2.11 Ảnh hưởng tới lan truyền của vật là đỉnh đồi cong cản sóng

Vậy hiệu  theo công suất giữa suy hao nhiễu xạ vật hình nêm và suy hao nhiễu

2 2

1 2

1

2 2 1

2 

Tín hiệu thu được dự tính như sau

Điều kiện vật che chắn

Pr = Pr1 - 0   0

lg lg

f

f n L r

2.4 YẾU TỐ DO SỐ LƯỢNG THUÊ BAO TĂNG CỤC BỘ

Cũng như trong giao thông, dù hạ tầng có tốt bao nhiêu đi chăng nữa thì những nútđầu mối hoặc tại những tụ điểm tập trung đông người trong những ngày lễ Tết bao giờcũng đông, tốc độ di chuyển chậm, thậm chí ùn tắc cục bộ trong khoảng thời gian nhấtđịnh Với thông tin di động cũng vậy, trong một bối cảnh tương tự, khi hàng ngàn người ởmột tụ điểm cùng nhấc máy gọi đi hoặc nhắn tin, thì khả năng đáp ứng của các mạng dù

đã tăng đầu tư và có dự phòng lớn cũng vẫn sẽ phải phục vụ tuần tự, nghĩa là sẽ có nhữngtin nhắn phải đi sau các tin nhắn khác, những thông báo chờ kết nối cuộc gọi hoặc đề nghịkhách hàng liên lạc lại sau

Ta sẽ đi tìm hiểu hiện tượng nghẽn mạng xảy ra như thế nào?

Nghẽn mạng là tình trạng quá tải đối với đường truyền cũng như trạm xử lý thôngtin Trong chu trình gửi/nhận tin nhắn (Tin nhắn của người gửi được truyền tới tổng đài,sau đó được đưa vào hệ thống nhắn tin của mạng; sau khi được hệ thống xử lý, đường điđến máy người nhận của tin nhắn sẽ theo trình tự ngược lại, tin nhắn được gửi từ hệ thốngnhắn tin của mạng đến tổng đài nơi đang quản lý máy của người nhận, từ đó tin nhắn sẽđược gửi đến máy người nhận), chỉ cần có hiện tượng nghẽn mạng ở một trong các yếu tốtrong chu trình thì tin nhắn sẽ bị chậm gửi/nhận, hoặc thậm chí có thể còn bị thất lạc,không đến được máy người nhận

Khi xảy ra nghẽn mạng, thường thì phải mất một thời gian sau tin nhắn mới tớiđược địa chỉ Nguyên do là vào cùng một thời điểm, tổng đài phải nhận một lượng tinnhắn quá lớn vượt mức cho phép, nên đã tự động lưu lại và lần lượt gửi đi theo thứ tự

Nghẽn mạng di động hay xảy ra thời điểm nào?

Trên thực tế, đối với bất cứ mạng di động nào cũng có thể xảy ra nghẽn mạng cục

bộ, tức thời ở một vài khu vực trong những giờ cao điểm, nhạy cảm Khi đó, thường làlưu lượng cuộc gọi và nhắn tin nhiều gấp hàng chục đến hàng trăm lần năng lực đáp ứngcủa các trạm BTS và hệ thống tổng đài của các mạng Một số thời điểm và địa điểm dễxảy ra nghẽn mạng như: ngày 27, 28 tháng Chạp khi người dân đi mua sắm Tết ở các siêuthị lớn, các phố trung tâm; thời điểm trước/sau giao thừa ở các tụ điểm tập trung đôngngười như quảng trường, nơi biểu diễn văn nghệ, ca nhạc hoặc điểm bắn pháo hoa

Chỉ tính riêng lưu lượng kết nối của 2 mạng di động Vinaphone và Mobifone trongnhững ngày Tết năm ngoái 2011 đã lên đến 180 triệu phút, gần gấp 3 lần so với năm 2007trước đó (60 triệu phút) Thường thường, những ngày từ 23-30 tháng Chạp, lưu lượngcuộc gọi của các mạng di động đã tăng gấp khoảng 4,5 lần so với bình thường

-Biện pháp khắc phục hiện tượng nghẽn mạng do số lượng thue bao tăng cục bộ.

+ Lắp đặt thêm các trạm (BTS)/(NODE B)

+Điều khiển công suất

+ Tăng cường đội ngũ kỹ thuật và nhân viên ứng trực 24/24 để hỗ trợ khách hàng.+ Sử dụng hệ thống các xe/trạm BTS lưu động cũng được bổ sung thêm để sẵnsàng ứng cứu khi xảy ra nghẽn cục bộ tại các điểm tập trung đông người sử dụng dịch vụcùng lúc

+ Lắp đặt hệ thống anten thông minh

suất

thu

Côngsuấtphát

độ lợi tuyệt đốicủa anten phát

và anten thu

Suy hao quá trìnhtruyền lan cơ bảntrong không gian tự do

Hay : P r dBm P dBm t  (G T AdBi G R AdBi) L dB (3.1)

Ví dụ: với công suất phát là P = 10 mW, khoảng cách lien lạc là 500 m, ở tần số t

400MHz , độ lợi của anten thu và phát G = RA G = 0 RA dBi :

3.1.PHÂN TÍCH VÙNG PHỦ SÓNG CỦA MẠNG WCDMA

Quá trình phân tích vùng phủ vô tuyến thực hiện khảo sát các địa điểm cần phủ sóng và

kiểu vùng phủ cần cung cấp cho các địa điểm này Các loại vùng phủ thông thường như:các vùng thương mại, các vùng dân số có mật độ dân số cao, và các đường cao tốc chính

Do vậy cần phải có các thông tin về các vùng cần phủ sóng Các thông tin có thể dựa trênbản đồ như: mật độ dân cư, vùng đó là thành phố, ngoại ô, nông thôn, vùng nào là khuthương mại, khu công nghiệp…

Mục đích của quá trình khảo sát này bao gồm:

 Để đảm bảo cung cấp một dung lượng phù hợp cho các vùng này

 Biết được đặc điểm truyền sóng của vùng để xác định môi trường truyền sóng vìmỗi môi trường sẽ có tác động trực tiếp đến mô hình truyền sóng

Phụ thuộc vào kiểu môi trường mà có thể có các mức phủ sóng khác nhau Ví dụ:đối với các vùng ngoại ô và thành thị thì cung cấp các vùng phủ trong nhà Tuy nhiên, đốivới các vùng có đường cao tốc thì chỉ cần đến vùng phủ trong xe Còn các vùng phủ khácthì chỉ cần cung cấp các vùng phủ ngoài trời Đối với các hệ thống GSM khảo sát cácnhân tố này đã có thể bắt tay vào thiết kế Nhưng đối với các hệ thống WCDMA thì cầnphải xem xét thêm kiểu dịch vụ sẽ cung cấp hoặc có sẵn trong vùng

Các thông tin về vùng phủ sẽ được dùng để chuẩn bị bước quy hoạch vùng phủ banđầu Thông thường quy hoạch vùng phủ sóng WCDMA thường quan tâm đến các loại hình phủ sóng sau:

Urban (Đô thị)

Thông thường đây là các khu vực đường phố vàcây xanh xen kẽ một vài tòa nhà cao tầng, các tòanhà cao tầng cách xa nhau

Sub Urban (Ngoại

ô)

Khu ngoại ô với các nhà vườn và công viên, khunghỉ dưỡng…

Rural (nông thôn) Khu vực nông thôn

Một yếu tố nữa cũng ảnh hưởng đến vùng phủ sóng là xác định vùng phủ theo dịch

vụ Như đã biết hệ thống WCDMA là hệ thống đa truy nhập dịch vụ với cấu trúc đa kênh

có thể sử dụng được nhiều dịch vụ Một số dịch vụ chính thường dùng trong hệ thống truynhập WCDMA:

Bảng 3.2 Các loại loại dịch vụ chính của WCDMA

Hình 3.2 Vùng phủ sóng của cell theo các loại dịch vụ khác nhau

Các thông tin về vùng phủ sẽ được dùng để chuẩn bị quy hoạch vùng phủ ban đầu.Trước khi quy hoạch vùng phủ cần phải quan tâm đầu tiên đến quỹ đường truyền vôtuyến Quỹ đường truyền vô tuyến đặc trưng cho từng loại dịch vụ, tức là mỗi loại dịch vụyêu cầu một quỹ đường truyền nhất định đảm bảo đáp ứng các yêu cầu

3.1.1.Ước tính vùng phủ sóng di động

Để ước tính vùng phủ sóng di động, mô hình suy hao đường truyền phải được đưavào tính toán Mô hình suy hao đường truyền được tính bằng cách kết hợp các dữ liệuthực nghiệm và phân tích kỹ thuật

Tách sóng đa người dùng (MUD) ảnh hưởng đến hệ số tải trên phạm vi cell NếuMUD được sử dụng để chuyển giao mềm thì có thể giảm 20% nhiễu trong Macrocell Do

đó nhiễu từ các cell khác sẽ ít hơn trong Macrocell Lưu lượng bất đối xứng cũng phảiđược quan tâm khi tính toán quỹ đường truyền Có thể cân bằng tải hệ thống đường lênđối với 1 vùng phủ tối đa của cell, vùng phủ trong hệ thống W-CDMA Công suất thục tếcủa người dùng (UE) sẽ bị giới hạn bởi phạm vi phủ sóng của cell

a.Quỹ đường truyền

Quỹ đường truyền được tính cho đường lên và đường xuống một cách riêng lẻ Độ lợi

an ten, tạp âm thu và các mất mát cơ thể cần phải được quan tâm

b Độ lợi chuyển giao mềm

Độ lợi chuyển giao mềm đạt được do việc chuyển giao tại biên, giữa hai hoặc nhiềucell và các cell tham gia có độ mất mát trung bình bằng nhau Để có được chuyển giaomềm, biên fading log-normal phải được tính toán Đây là thông số cần thiết để cung cấpxác suất vùng phủ xác định tại vùng biên của một tế bào riêng lẽ cũng như thông số tuơngứng tại vùng biên của hai hoặc nhiều hơn tế bào Do đó, độ lợi chuyển giao mềm trên thực

tế sẽ khác nhau giữa các biên khác nhau Xác suất vùng phủ càng lớn, thì mức yêu