Quy hoạch mạng thông tin di động cdma2000 cho quận Hai Bà Trưng

Nếu mô hình CDMA WLL của Hải Dơng thành công thì nó sẽ đợc mở rộng chocác thị xã và các thành phố nh là một hệ thống thông tin với khả năng di động trongmột vùng hạn chế: một thành phố h

Quy hoạch thông tin di động cdma2000 cho quận Hai bà Trng

3.1 Tình trạng hiện tại và xu thế phát triển công nghệ CDMA tại Việt Nam

3.1.1 Tình trạng hiện tại của công nghệ CDMA ở Việt Nam

Hiện tại Việt Nam mới chỉ có một hệ thống thông tin sử dụng công nghệ CDMA

Đây là hệ thống mạch vòng thuê bao CDMA (CDMA WLL: CDMA Wireless LocalLoop) đang đợc khai thác thử nghiệm tại Hải Dơng Hệ thống này đợc xây dựng trêncơ sở cải tiến của công nghệ CDMA IS - 95 cho mạch vòng thuê bao vô tuyến Vớitổng đài VKX cùng với các thiết bị đợc lắp đặt, số thuê bao cho hệ thống này có thểtăng đến 500 t.b/BTS Hiện có hai BTS: Một ở huyện Chí Linh và một ở thành phố HảiDơng cho phép phục vụ 1000 thuê bao Trong tơng lai hệ thống này có thể mở rộng

đến 1000 t.b/BTS và 48 BTS Vùng phủ của hệ thống này đợc chia thành ba vùng:

 Vùng cho các trạm di động

 Vùng cho các trạm cố định

 Vùng cho các trạm cố định với anten đặt ngoài trời

Nếu mô hình CDMA WLL của Hải Dơng thành công thì nó sẽ đợc mở rộng chocác thị xã và các thành phố nh là một hệ thống thông tin với khả năng di động trongmột vùng hạn chế: một thành phố hoặc một thị xã

Hiện nay Saigon Postel cũng đang tiến hành hợp đồng hợp tác kinh doanh (BCC)với hãng SLD của Hàn Quốc để triển khai đề án cdma 2000 Phân bố tần số dự kiếncủa đề án này đợc cho ở hình 3.1

Hình 3.1 Phân bố tần số của đề án cdma 2000 của SPT

Đề án thông tin di động CDMA của SPT sẽ sử dụng công nghệ CDMA thế hệ ba,trong đó giai đoạn một sử dụng IS - 2000 1 x với dung lợng truyền dẫn 144 Mbps Đề án chia thành hai pha Pha 1 (3 năm) bảo đảm phủ sóng cho tất cả các thànhphố, thị xã, các vùng dân c và công nghiệp dọc đờng trục Bắc Nam Tổng số thuê bao ởgiai đoạn này là 150.000 thuê bao Giai đoạn 2 (2 năm): mở rộng vùng phủ sóng tuỳtheo nhu cầu và mật độ thuê bao yêu cầu cho đến khi đạt đợc tổng số thuê bao dự kiến

(8MHz) use (8MHz)

WLL CDMA AMPS Vitel

(5MHz) (6MHz) (6MHz) (4MHz)

GSM Not GSM (8MHz) use (8MHz)

MS→BTS

824 829 835 841 845 890,4 898,4 906,8 914,4

SPT Call link VINAPHONE MOBIPHONE

BTS→MS

869 874 880 886 890 935,4 943,4 951,8 959,4

WLL CDMA AMPS Vitel

(5MHz) (6MHz) (6MHz) (4MHz) GSM Not GSM

(8MHz) use (8MHz)

1

Một mặt chúng ta có thể triển khai các hệ thống CDMA WLL cho các thành phố vàthị xã và sau đó nâng cấp các hệ thống này lên cdma2000 hoặc triển khai đề án mạngthông tin di động mới sử dụng cdma2000 nh dự án của SPT, mặt khác chúng ta tiếp tục

sử dụng các mạng GSM và nâng cấp chúng lên W-CDMA Xu thế phát triển của cáccông nghệ thông tin di động hiện nay ở Việt Nam đến các hệ thống thông tin di

động thế hệ ba có thể đợc đề xuất nh ở hình 3.2

Hình 3.2 Xu thế phát triển lên thế hệ thông tin di động thế hệ 3 ở Việt Nam

3.2 Quy hoạch mạng thông tin di động cdma2000 Quận Hai Bà Trng

3.2.1 Cơ sở quy hoạch và triển khai mạng thông tin di động thế hệ 3 cdma2000 khu vực quận Hai Bà Trng

Quận Hai Bà Trng có diện tích 14,5 km2..

Dân số: 355300 ngời

Mật độ điện thoại/100 dân là 25 máy cố định

Trong thời đại hiện nay, cùng với sự phát triển quận với quy mô lớn thì việc đẩymạnh phát triển thông tin liên lạc đợc coi nh tiền đề phát triển kinh tế Thông tin di

động đợc coi là sự lựa chọn tối u nhất cho thông tin ở đô thị Việc quy hoạch và triểnkhai mạng thông tin di động cdma2000 phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, trong đó phải

kể đến nhu cầu sử dụng của khách hàng và khả năng phát triển tiếp tục sau này củamạng

IMT-2000 GS

M

WCDMA pha 1

uppgrade

IS-95 (WLL )

IS-2000 1X

WCDMA

cdma200 0

Hình 3.3 Bản đồ Quận Hai Bà Trng

Đối với mạng cdma2000, việc quy hoạch và triển khai mạng phải đ ợc chia thànhtừng bớc, từng giai đoạn nhất định Mỗi giai đoạn phải dự đoán đợc nhu cầu của kháchhàng cần sử dụng dịch vụ, tình hình tắc nghẽn cuộc gọi trong giờ cao điểm và lu lợngthực tế đợc phân bố trên mạng Việc triển khai toàn diện và ồ ạt là không thực tế, bởikhả năng đầu t có hạn và nhu cầu dịch vụ rất khác nhau Vì thế việc quy hoạch và triểnkhai mạng cdma2000 cho Quận là vấn đề cần xem xét kỹ lỡng Trớc lúc lập kế hoạchquy hoạch cần phải tìm hiểu các vấn đề sau:

 Khảo sát vùng phủ

 Đánh giá chất lợng dịch vụ

 Khả năng phát triển hệ thống

Sau đó phải dự đoán đợc yêu cầu về lu lợng phục phụ và số thuê bao có thể trong

t-ơng lai Cụ thể dựa trên các cơ sở sau:

 Số liệu thống kê về dân số và mật độ dân số

 Phân bố dân c, các trung tâm thơng mại, du lịch, dịch vụ

 Nhu cầu về thông tin liên lạc nói chung dựa trên cơ sở máy điện thoại cố

định

 Mức phí hoà mạng, cớc phí mỗi cuộc gọi

 Kinh nghiệm về phát triển mạng của các nớc phát triển trớc

 Mức tăng trởng kinh tế của khu vực

 Số lợng máy điện thoại đợc bán ra

 Nhu cầu sử dụng máy tính

SD Số liệu đựơc chuyển mạch kênh Chuyển mạch kênh

MMM* Đa phơng tiện trung bình Gói

HIMM Đa phơng tiện tơng tác Gói

* Các dịch vụ này đợc cung cấp ở dạng không đối xứng

Bảng 3.2 Tốc độ bit của ngời sử dụng ở mạng

Kiểu dịch vụ Đờng xuống (kbps) Đờng lên (kbps)

 Tỷ lệ thâm nhập: Là đánh giá số phần trăm ngời trong mật độ dân c sử dụng mộtdịch vụ nào đó Ví dụ nh quận Hai Bà Trng trong số 15000 ngời sử dụng có thể có,thì chỉ 5% muốn sử dụng một dịch vụ bản tin ngắn Nên khả năng sử dụng dịch vụnày là 750 ngời Mỗi dịch vụ có thể nhận đợc tỷ lệ thuê bao khác nhau và có thểxảy ra trờng hợp là tổng tỷ lệ thâm nhập lớn hơn 100%

 Diện tích vùng phủ Diện tích vùng phủ của một ô (hay đoạn ô) đợc xác định theobán kính để đảm bảo quỹ đờng truyền Trong giai đoạn đầu quỹ đờng truyền và bánkính ô chuẩn đợc tính toán đảm bảo vùng phủ kín cho Quận Tuy nhiên vùng phủcủa ô phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố (sự thay đổi tải của mạng chẳng hạn dẫn đến

sự co giãn của ô), nên ở giai đoạn quy hoạch tiếp theo diện tích vùng phủ cần đợc

sử dụng theo số giây cho một cuộc gọi đợc tính theo công thức sau:

Lu lợng/ngời sử dụng= BHCAx độ dài cuộc gọix hệ số tích cực tiếng (số giây cuộc gọi) (3.1)

trong đó độ dài cuộc gọi là thời gian chiếm giữ trung bình (HMT)

Số lợng trung kế cần thiết cho chuyển mạch kênh, chuyển mạch số liệu theo kênh vàHIMM đợc xác định theo bảng Erlang B, đối với các dịch vụ gói còn lại xác định theo Erlang C

Để định cỡ cho mạng gói ta cần xác định các thông số sau Đối với các dịch vụ đốixứng ta có thể định cỡ trực tiếp Nhng đối với các dịch vụ không đối xứng nh: MMMhoặc HMM ta cần xác định các thông số sau đây để định cỡ PDSN:

Thời gian truyền dẫn (s) = NPCPS x NPPPC x NBPP x 8 bit/1024 kbps (3.2)

Tổng thời gian phiên= truyền dẫn gói+ [PCIT x (NPCPS-1)]+ [PITx (NPPPC- 1)] (3.3)

Hệ số tích cực = thời gian truyền dẫn gói/tổng thời gian phiên (3.4)

Trong đó các ký hiệu ở các phơng trình trên đợc cho ở bảng 3.3

Bảng 3.3 Ký hiệu cho các phơng trình xác định thông số định cỡ mang gói ký hiệu

Bảng 3.4 Dự báo lu lợng cho hệ thống cdma20001x quy hoạch lần đầu

Trong nhà Độ dài

cuộc gọi(giây)

Hệ số tích cực tiếng

Số cuộcgiây gọi

Tỷ lệthâmnhập

số ngời

có thể sửdụng

Số ngời

sử dụngthực tế

§i bé §é dµi

cuéc gäi(gi©y)

HÖ sè tÝch cùc tiÕng

Sè cuécgi©y gäi

Tû lÖth©mnhËp

sè ngêi

cã thÓ södông

Sè ngêi

sö dôngthùc tÕ

HÖ sè tÝchcùc tiÕng

Sè cuécgi©y gäi

Tû lÖth©mnhËp

sè ngêi

cã thÓ södông

Sè ngêi

sö dôngthùc tÕ

B¶ng 3.5 Dù b¸o lu lîng cho hÖ thèng cdma 2000 1 x (Erlang vµ Mbps)

16416045,6

16416045,6

BHPS tæng Mbps

550023,755,5 5941,350,059

B¶ng 3.6 Tæng kÕt t¶i lu trong dù kiÕn

Bớc tiếp theo ta xác định số trạm cần thiết để đảm bảo tải dự kiến Ta giả thiết

là tất cả các trạm đều có ba đoạn ô Ngoài ra ta coi rằng mỗi đoạn ô có thể đảm bảo 8,2Erlang cho chuyển mạch kênh (tơng ứng với 14 trung kế khi GOS = 2%) và 2,35 trung

Bớc tiếp theo ta xác định bán kính phủ sóng cho từng ô theo công thức gần đúngsau (ở tần số MHz):

Lmax = 132 + 381 lg R[km] (3.5)

S= R2

(3.6 ) Các kết quả đo thực nghiệm tại khu vực này cho thấy các ô đều có quỹ đờng truyền

nh nhau và:

- Tổn hao cho phép cực đại trong nhà: Lmax = 140 dB

- Tổn hao cho phép cực đại đi bộ: Lmax = 145 dB

- Tổn hao cho phép cực đại trong xe: Lmax = 150 dB

kết quả tính toán theo ptr (3.5) và (3.6) ta đợc:

- TRờng hợp trong nhà: R = 1,623 km, S = 8,275 km2

- Trờng hợp đi bộ: R = 2,198, S = 15,18 km2

- Trờng hợp trong xe: R = 2,976, S = 27 km2

Số trạm cần phủ sóng cho lu lợng dự kiến và bảo đảm quỹ đờng truyền đợc tổng kết

Lúc đầu có một số vùng có nhu cầu sử dụng dịch vụ ít do đó l u lợng thấp, số trạm

hệ thống khi đó chịu sự khống chế của vùng phủ chứ không phải lu lợng Đối với trờnghợp của Quận Hai Bà Trng tải lu lợng yêu cầu ban đầu lớn nên ta có thể co bán kínhvùng phủ hiệu dụng lại Từ tính toán lu lợng cho vùng ta nhận thấy là trờng hợp trongnhà đòi hỏi thông lợng cao hơn trờng hợp trong xe Vì thế ta triển khai hai sóng mang

F1 và F2 cho trong nhà, trong đó F1 dành cho 1x còn F2 dành cho 1x EV-DO (hoặc1xEV-DO) để truyền số liệu

Để đơn giản ta có thể coi các vùng trên cạnh nhau, tuy nhiên trong thực tế các vùngtrên đợc đan xen nhau Việc đặt thêm các ô sẽ đợc thực hiện tại những nơi có mật độ lulợng lớn hoặc các vùng thờng xuyên có tỷ lệ rơi cuộc gọi cao Vị trí đặt các ô cần tínhtoán đến địa hình xung quanh, chẳng hạn các ô phủ cho các tuyến đờng giao thôngphải tránh các đờng biên của các ô chạy dọc theo tuyến đờng, nếu không một máy di

động chuyển động trên đờng có thể bị chuyển giao giữa hai ô một cách lặp đi lặp lại.Một cách tơng tự biên của các vùng định vị cũng không nên nằm dọc theo một tuyến đ-ờng giao thông, nếu không một máy di động sẽ thực hiện cập nhật vùng định vị mộtcách lặp đi lặp lại từ vùng định vị này sang vùng định vị khác và ngợc lại khi máy di

động này chuyển động trên đờng Sự cập nhật vị trí lặp đi lặp lại này sẽ tạo ra sự chiếmkênh báo hiệu không cần thiết trong mạng Đối với các vùng có mật độ lu lợng lớn cần

sử dụng các ô có kích thớc nhỏ hơn Sau khi đã khảo sát về mặt địa lý cũng nh nghiêncứu nhu cầu lu lợng của khu vực chúng ta dự kiến vị trí đặt các trạm và sơ đồ truyềndẫn của mạng ở hình 3.4 Các BSC đợc đặt tại Giáp Bát và Lạc Trung

F7-DO F5-1x F6-DO F2-1xDO F1-1x F3-1xDO F4-1x F10-DO F8-1x F9-DO

2G/2,5 G

3G/2,5G

Cáp quangViba số

Nguyễn An Ninh

Viện Đại Học Mở Hà Nội

Tô Hiến

Thành

Khu Đô Thị Mới Đầm Trầu

Bệnh Viện Không Quân

Công Viên Tuổi Trẻ

Giáp Bát

LạcTrung

Chùa Vua

Hoàng Văn Thụ

Ngã T Trung

Hiền

9

Hình 3.5 Sơ đồ triển khai kênh cdma2000 PCS 15 MHz

Hình3.6 Cho thấy sơ đồ triển khai sóng mang cdma20001x

Hình3.7 cấu hình hệ thống cdma 20001 x

Thông thờng hệ thống bao phủ một vùng rất rộng nên nhiều MSC đợc sử dụng đểgiảm giá thành thuê các đờng riêng Mạng nên sử dụng hai sóng mang cho môi trờngtrong nhà và một sóng mang cho ngời đi bộ và đi xe trong đó sóng mang F1 xử lý trớchết lu lợng tiếng còn sóng mang F2 dành cho số liệu Chuyển giao giữa F1 và F2 làchuyển giao cứng Kết nối với mạng ngoài với tỷ lệ mạng công/mạng riêng bằng 80/20

Sử dụng hai cấu hình phân tập cho BTS Cấu hình STD khi cả hai anten đều phát cùng

F1-1x

F1-1x

F1-1x F2-DO

F1-1x

F1-1x

F1-1x F2-DO

F1-1x F2-DO F1-1x F1-1x

F1-1x F2-DO F1-1x

F1-1x

F1-1x

F1-1x

F1-1x F1-1x

6

BSC#2-BSC#

1

12

BSC#7-BTS

BTS

Mạng điện thoại công cộng

Internet

Mạng số liệu công hoặc riêng

6,5 Mbps PVC

2Mbps PVC

BTS

TDM 2T1/E1

3E1

E1 hay 500kbps PVC

E3

STM1 hay 2Mbps PVC

3E1

IP E1 hay 500kps PVC

SMS-SC

một sóng mang F1 và cấu hình OTD khi hai anten phát hai sóng mang F1 và F2 đợctrải phổ trực giao.

Hình 3.8 Cấu hình phân tập

3.2.3 Quy hoạch tần số

Ngoài việc đánh giá nhu cầu, một trong những vấn đề hàng đầu nảy sinh khi xác

định cách thức triển khai IS-20001x là cách xác định quá trình ấn định kênh Phơngpháp ấn định kênh cho IS-2000 1x có thể hơi khác nhau giữa việc chỉ triển khai IS-

2000 1x hoặc triển khai cả IS-2000 1x và IS-2000 3x Sở dĩ nh vậy vì khoảng băng bảo

vệ cho IS – 2000 1x và IS-2000 3x khác nhau Khuyến nghị về các sơ đồ ấn định kênhcho tổ ong (băng tần 800 MHz) và PCS ( băng tần 1800 MHz) đợc cho ở bảng 3.8 và3.9

Bảng 3.8 ấn định sóng mang IS-20001x tổ ong

Các kênh đợc liệt kê ở các bảng trên đòi hỏi băng bảo vệ giống nh đối với IS-95(xem hình 3.9a) Hình 3.9b cho thấy yêu cầu khi thực hiện kênh thứ hai và ảnh hởnglên tần phố hay lên quy hoạch kênh hiện có hệ thống vô tuyến

Hình 3.9 Băng tần cdma2000 1x: (a) một kênh cdma2000 đơn và (b) hai kênh

cdma2000 1x Tuy nhiên cần nhấn mạnh một vấn đề quan trọng là đối với hệ thống tổ ong, F1 cần

đợc triển khai trớc cho mọi vùng địa lý vì máy thuê bao sẽ tìm kiếm tập kênh nên chọn

ở băng tổ ong dành cho hệ thống CDMA Các kênh nên chọn đợc chỉ ra ở hình 3.10

11

Hình 3.10 Các sóng mang CDMA nên dùng cho tổ ong

Từ hình 3.10 ta thấy không nên sử dụng các kênh sơ cấp 691 và 777 ( lúc đầu đ ợc

ấn định cho IS-95) do sự phát xạ ngoài băng dẫn đến tăng tạp âm nền và giảm hiệu quảhoạt động của hệ thống CDMA Hình 3.10 minh hoạ sơ đồ triển khai kênh ở hệ thống

tổ ong hoặc PCS, tuy nhiên cdma2000 cũng đợc triển khai ở băng vô tuyến di độngchuyên dùng ( SMR : specialized Mobile Radio ) Hình 3.11 cho thấy yêu cầu phổ tầnkhi triển khai cdma2000 ở băng SMR với các kênh có độ rộng 25 KHz Cần lu ý rằngnếu yêu cầu phổ tần đòi hỏi việc điều khiển để đợc các kênh liên tục trong vùng phục

vụ cũng nh trong vùng bảo vệ

Hình 3.11 Yêu cầu phổ tần cho SMR

3.2.4 Quy hoạch dịch thời PN

Quy hoạch tần số cho cdma2000 1x đợc thực hiện giống nh đối với IS-95 Điểmquan trọng là dịch thời PN sử dụng cho IS-95 hiện có cũng sẽ sử dụng cho cdma20001x Giá trị dịch thời PN cũng đợc giữ nguyên cho tất cả sóng mang đợc bổ sung chocùng đoạn ô

Dới đây ta xét sơ đồ ấn định và tái sử dụng dịch thời PN áp dụng cho cả IS-95 vàcdma2000 Chuỗi PN hoa tiêu nhận dạng BTS có 32.768 chip, nếu chia cho 64 chip ta

đợc 512 dịch thời PN hay 512 mã PN Một số thông số quan trọng đợc tổng kết ở cáccông thức dới đây

(32.768)/64 = 512 dịch thời PN

fchip=1.2288.106 chip

Tc=1/fchip=0.8144 s/chip

Độ dài chíp =244m/chip

Với 512 mã ngắn PN dựa trên ta có thể ấn định các mã PN cho toàn bộ mạng di

động CDMA Tuy nhiên cũng cần đảm bảo một số điều kiện để không xẩy ra các trởngại khi chọn các mã PN ( hay chỉ số dịch thời PN ) cho ô và cho các trạm xung quanh

nó Để ấn định chỉ số dịch thời PN ( hay mã PN) cho các ô ngời ta sử dụng mẫu tái sửdụng dịch thời cho phép dễ dàng khai thác, bảo dỡng và phát triển mạng Ngoài ra cần

lu ý là khi bổ sung thêm sóng mang trong đoạn ô, cần sử dụng cùng mã PN cho đoạn ônày

A” A B A’ B

991 1023

Bảng 3.10 cho thấy ra các thiết lập mã PN cho ô trong mạng Ph ơng pháp này đợc

sử dụng dể xác định các mẫu tái sử dụng mã PN 4,7,9 hay 19

Bảng 3.10 Mẫu tái sử dụng mã dịch thời PN

AlphaBetaGammaOmni

3.P.N-2 P3.P.N3.P.N-P3.P.N

Hình 3.12 cho thấy mẫu tái sử dụng PN với N=19 L u ý rằng không phải tất cả cácmã PN đều đợc sử dụng ở mẫu N=19 Các mã còn lại đợc dự trữ để sử dụng khi xảy racác vấn đề về mã PN Ngoài ra nên sử dụng số gia PN ( PN_INC) P = 6 ( số gia bằngmột tơng ứng với dịch tăng 64 chip so với mã PN lân cận)

Hình 3.12 Mẫu tái sử dụng mã PN

Khi ấn định chuỗi hoa tiêu ta cần đa ra giải pháp để đảm bảo đợc giới hạn nhiễugiữa các hoa tiêu tơng quan và tránh đợc việc nhầm lẫn giữa đờng truyền của một hoatiêu nào đó với một hoa tiêu nằm trong tập tích cực vì việc nhầm lẫn này có thể dẫn

đến việc thực hiện kết hợp các kênh lu lợng đờng xuống không liên quan

Phơng pháp tính dịch thời PN dựa trên các phơng trình sau ( xem hình 3.13)

1 9

1 1

1 8

7

1 5

1

3

5 2

1 3

P1

R

Hoa tiêu P0

13