Các mô hình dự đoán công suất cho quy hoạch cell

Để giải quyết vấn đề này đã có rất nhiều mô hình thực nghiệm và bán thực nghiệm được đặt ra như: mô hình Okumura-Hata, , Walfisch-Ikegami, …Các mô hình trên một cách khái quát đã trình b

PHUONG KIM YEAN

CÁC MÔ HÌNH DỰ ĐOÁN CÔNG SUẤT CHO QUY

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Đỗ Hồng Tuấn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Tp HCM, ngày tháng năm 2010

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Phuong Kim Yean Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 19/06/1981 Nơi sinh: Tỉnh Kampongcham

I- TÊN ĐỀ TÀI: Các mô hình dự đoán công suất cho quy hoạch cell

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

 Khái quát tình hình và xu hướng của ngành viễn thông Việt Nam

 Tìm hiểu về tổng quan quy hoạch mạng

 Nghiên cứu các mô hình truyền sóng vô tuyến ngoài trời và trong nhà

 Áp dụng các mô hình để tính toán các thông số và mô phỏng kết quả

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 14/02/2011

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 01/07/2011

V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS ĐỖ HỒNG TUẤN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký) QL CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp cao học này, ngoài sự nỗ lực cố gắng của bản thân, em luôn được sự quan tâm, khích lệ và ủng hộ rất lớn từ phía nhà trường Đại học Bách Khoa, các thầy cô trong Khoa Điện - Điện tử cũng như bộ môn Viễn thông

Trước hết, em xin cảm ơn trường Đại học Bách Khoa, cảm ơn các thầy cô, những người luôn tận tụy truyền kiến thức quý báu cho em trong quá trình học tập

Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy Đỗ Hồng Tuấn là người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm luận văn này

Em rất mong được sự chỉ bảo và góp ý của các thầy cô, bạn bè để luận văn này trở nên hoàn thiện hơn cũng như đề tài này có cơ hội tiến xa hơn trong tương lai

Xin chân thành cảm ơn!

Tp.HCM, tháng 06 năm 2011 HVTH: Phuong Kim Yean

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu về thông tin liên lạc ngày càng cao Do đó đòi hỏi các mạng viễn thông nói chung hay mạng di động nói riêng phải không ngừng phát triển, đổi mới, nâng cấp về tốc độ cũng như về phạm vi bao phủ để đáp ứng nhu cầu cấp thiết của xã hội Sự di động và dễ lắp đặt đã làm cho các mạng thông tin không dây (Wireless Communication System) trở thành một trong những hệ thống thông tin quan trọng nhất Trong đó việc quy hoạch cell là một bài toán quan trọng đặt ra để giải quyết vấn đề thông tin liên lạc không dây ngoài trời

Quy hoạch cell là tính toán phạm vi bao phủ của một cell từ một giá trị công suất phát cho trước Quy hoạch cell không chỉ là quy hoạch trên những khu đô thị mới mà còn

là tái quy hoạch trên những vùng đã quy hoạch trước đây nhưng do những lí do thay đổi khách quan về địa lí, về xã hội nên cần phải quy hoạch lại Trên quan điểm của các nhà thiết kế mạng thì việc tính toán vị trí bố trí các trạm thu phát BTS (Base Station Transceiver) cũng như số lượng các trạm thu phát BTS như thế nào để tối ưu được phạm vi bao phủ là quan trọng nhất Để giải quyết vấn đề này đã có rất nhiều mô hình thực nghiệm

và bán thực nghiệm được đặt ra như: mô hình Okumura-Hata, , Walfisch-Ikegami, …Các

mô hình trên một cách khái quát đã trình bày được phần nào cách tính suy hao theo phạm

vi bao phủ của một cell, tính công suất thu của MS,số cell trong một cluster cũng như số cluster trong vùng và tỷ số C/I trong tất cả các môi trường, đáp ứng được bài toán đặt ra của việc quy hoạch cell

Bên cạnh việc thông tin liên lạc không dây ngoài trời thì thông tin không dây trong nhà cũng rất quan trọng Việc thông tin trong nhà không chỉ phụ thuộc vào khoảng cách giữa máy phát và máy thu mà còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác như: số bức tường che chắn giữa máy phát, máy thu, vật liệu làm các bức tường, độ dày các bức tường, số tầng ngăn cách giữa máy phát, máy thu cũng như hệ số suy hao của các tầng v…v…Do đó dẫn đến sự suy yếu và biến thiên lớn đối với việc truyền sóng trong nhà Vì vậy việc tính toán phạm vi bao phủ của các Access Point cho môi trường truyền sóng trong nhà là một thử thách lớn đối với các nhà thiết kế mạng Để giải quyết vấn đề này cũng đã có rất nhiều

mô hình truyền sóng trong nhà khác nhau được đặt ra như: mô hình, Soft Partition and Concrete Wall Attenuation, Keenan-Motley, Multiple-Wall…

Luận văn gồm 5 chương

Chương 1 : Giới thiệu

Chương 2 : Tổng quan quy hoạch mạng

Chương 3 : Mô hình truyền sóng vô tuyến

Chương 4 : Tính toán và kết quả mô phỏng

Chương 5 : Kết luận và hướng phát triển đề tài

Phần quan trọng nhất của luận văn chính là Tính toán và kết quả phỏng Tác giả sử dụng

mô hình truyền sóng ngoài trời tiêu biểu như Okumura Hata dành cho Macrocell, Walfish Ikegami dành cho Microcell và trong nhà như Multiple-Wall dành cho Picocell và Femtocell để tính toán

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Họ và tên: PHUONG KIM YEAN

Ngày sinh: 19/06/1981

1 Lý lịch:

Nơi sinh : Tỉnh Kampongcham , Nước Kampuchia

Dân tộc : Kampuchia Tôn giáo: Đạo phật

Điện thoại : 0915947001 Email: phuongkimyean@gmail.com

2 Quá trình đào tạo:

Nơi học : Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Ngành học : Điện tử - Viễn thông

Cao học

Chế độ học : Chính quy

Thời gian : Từ tháng02/2009 đến nay

Nơi học : Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh

Ngành học : Kỹ thuật Điện tử

3 Quá trình công tác

Từ tháng 08/2008 – 10/2008: Nhân viên kỹ thuật tại công ty di động Metfone

Từ 06/2009 – 08/2009: Tiếp viên hàng không của hãng Cambodia Angkor Air

Từ 06/2010 đến 10/2011: Nhân viên chăm sóc khách hàng của tập đoàn Omely

Từ tháng 11/2010 đến 01/2011: Kỹ sư bán hàng của công ty cổ phần Sáng tạo

MỤC LỤC

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT 3

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ 4

DANH SÁCH CÁC BẢNG 5

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU 6

1.1 Khái quát tình hình và xu hướng của ngành viễn thông Việt Nam 6

1.2 Đặt vấn đề 8

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN QUY HOẠCH MẠNG 10

2.1 Mạng GSM 10

2.1.1 Tổng quan 10

2.1.2 Lịch sử GSM 10

2.1.3 Giao tiếp radio 11

2.2 Những vấn đề cơ bản của quy hoạch mạng vô tuyến 12

2.2.1 Phạm vị quy hoạch mạng vô tuyến 12

2.2.2 Một số khái niệm cơ bản : 14

2.2.3 Các tác nhân ảnh hưởng đến sóng lan truyền 23

2.3 Tiến trình quy hoạch mạng vô tuyến 26

2.3.1 Định tính hệ thống 26

2.3.2 Tiền quy hoạch 26

2.3.3 Điều tra và lựa chọn trạm 27

2.3.4 Quy hoạch chi tiết mạng vô tuyến 27

2.4 Các chỉ số chất lượng (Key Performance Indicators) 39

2.5 Tính toán đánh giá 40

2.5.2 Cấp dịch vụ GOS (Grade of Service) 40

2.5.3 Ảnh hưởng can nhiễu 41

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN 44

3.1 Truyền sóng trong hệ thống thông tin di động 44

3.2 Suy hao đường truyền (Path Loss) 45

3.3 Mô hình suy hao theo khoảng cách 46

3.4 Mô hình che khuất chuẩn log 47

3.5 Mô hình truyền sóng ngoài trời 48

3.5.1 Mô hình Allsebrook cho macrocell 48

3.5.2 Mô hình OKUMURA HATA cho macrocell 48

3.5.3 Mô hình Ikegami cho Microcell 49

3.5.4 Mô hình WALFISH IKEGAMI cho microcell 50

3.6 Mô hình truyền sóng trong nhà 52

3.6.1 Mô hình suy hao có tính đến vách ngăn bằng vật liệu mềm và tường bê tong (Soft Partition and Concrete Wall Attenuation Model) 53

3.6.2 Mô hình Keenan-Motley (Keenan-Motley Model) 53

3.6.3 Mô hình nhiều tường (Multiple-Wall Model) 54

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 56

4.1 Tính suy hao theo bán kính 56

4.1.1 Môi trường thành thị 56

4.1.2 Môi trường ngoại thành 57

4.1.3 Môi trường nông thôn 58

4.2 Tính công suất thu của MS 59

4.3 Tính số cell 61

4.4 Tính số cluster 62

4.5 Tính tỷ số C/I 62

4.6 Kết quả mô phỏng 63

4.6.1 Môi trường thành thị 63

4.6.2 Môi trường ngoại thành 66

4.6.3 Môi trường nông thôn 69

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 72

5.1 Kết luận 72

5.2 Hướng phát triển đề tài 72

Tài liệu tham khảo 73

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

BCH Broadcast Channel

BER Bit Error Rate

BS Base Station

BSC Base Station Controller

BTS Base Tranceiver Station

DCR Dropped Call Rate

FDMA Frequency Division Multiple Access

GoS Grade of Service

GSM Global System for Mobile communication GMSK Gaussian Minimum Shift key

LOS Line-Of-Sight

MS Mobile Station

MSC Mobile Switching Center

NLOS Non- Line- Of- Sight

PL Path Loss

SDCCH Stand alone Dedicated Control Channel SIM Subscriber Identify Module

SIR Signal Interference Ratio

SNR Signal Noise Ratio

TCH Traffic Channel

TDMA Time Division Muliple Access

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 : Thị truờng di động Việt Nam (5/2008) 6

Hình 1.2 : Biểu đồ tổng số máy điện thoại 7

Hình 2.1 : Phạm vi quy hoạch mạng vô tuyến 12

Hình 2.2: Sơ đồ khối của trạm di động GSM 13

Hình 2.3 : Sơ đồ khối của trạm thu phát 13

Hình 2.4 : Hình dạng cell 14

Hình 2.5 : Một số hình dạng cluster 15

Hình 2.6 : Mẫu tái sử dụng tần số 3/9 17

Hình 2.7 : Mẫu tái sử dụng tần số 4/12 18

Hình 2.8 : Mẫu tái sử dụng tần số 7/21 20

Hình 2.9: Các nhân tố ảnh hưởng đến sóng lan truyền 25

Hình 2.10: Minh họa tái sử dụng tần số 32

Hình 2.11: Cấu trúc khe thời gian cho một TRX 34

Hình 2.12: Link protocol trong hệ thống GSM 37

Hình 2.13 : Tỷ số nhiễu đồng kênh C/I 42

3.4 Mô hình che khuất chuẩn log 47

Hình 3.1 : Góc nhìn cho thấy các tia và tham số đề cập mô hình Ikegami 50

Hình 3.2: Mô hình W-I 51

Hình 4.1: Quan hệ giữa suy hao và bán kính trong môi truờng thành thị 56

Hình 4.2: Quan hệ giữa suy hao và bán kính trong môi trường ngoại thành 57

Hình 4.3: Quan hệ giữa suy hao và bán kính trong môi trường nông thôn 58

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 : Một số cluster 15

Bảng 2.2 : Ấn định tần số cho các cell mẫu 3/9 16

Hình 2.6 : Mẫu tái sử dụng tần số 3/9 17

Bảng 2.3 : Ấn định tần số cho các cell mẫu 4/12 18

Bảng 2.4 : Ấn định tần số cho các cell mẫu 7/21 19

Bảng 3.1: Hệ số mũ suy hao, được đo đạc trong thực tế 47

Bảng 4.1 : Đánh giá công suất thu Pr tại bán kính 2kmtrong môi trường thành thị 60

Bảng 4.2 : Đánh giá công suất thu Pr tại bán kính 2km trong môi trường ngoại thành60 Bảng 4.3 : Đánh giá công suất thu Pr tại bán kính 2km trong môi trường nông thôn 61 Bảng 4.4 : Vùng phủ cần tính toán 61

Bảng 4.5: Kết quả số cell của vùng phủ sóng 62

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU 1.1 Khái quát tình hình và xu hướng của ngành viễn thông Việt Nam

- Việt Nam được xem là một trong những thị trường di động năng động nhất châu

- Số liệu điều tra công bố chính thức của Bộ Thông tin Truyền thông chiều 3/6/2008 cho biết, tổng số thuê bao di động xác định trên toàn mạng của 4 nhà cung cấp lớn ở Việt Nam là 48.023.185 thuê bao, con số này không bao gồm các thuê bao cố định không dây sử dụng hạ tầng mạng thông tin di động như GPhone, HomePhone Trong số đó, Viettel có 19.426.006 thuê bao (tính đến ngày 19/5/08), MobiPhone

có 13.341.217 thuê bao (tính đến ngày 17/5/08), VinaPhone có 12.108.310 thuê bao (tính đến ngày 19/5/08), S-Fone có 3.148.252 thuê bao (tính đến ngày 21/5/08)

Hình 1.1 : Thị truờng di động Việt Nam (5/2008)

Không dừng lại ở con số, tính đến hết năm 2008 theo thống kê của bộ Thông tin và Truyền Thông, tổng số thuê bao tại VN đạt 82.25 triệu thuê bao, tăng 100% so với năm 2007 Như vậy mật độ điện thoại trên 100 dân đã đạt 97.5 máy/100 dân

Hình 1.2 : Biểu đồ tổng số máy điện thoại Theo sở Thông tin và Truyền Thông TP HCM, hết năm 2008, tổng số thuê bao điện thoại toàn thành phố đạt trên 14.1 triệu thuê bao, tăng 41% so với năm

2007 Tính trên tổng số 8.5 triệu dân của thành phố, mật độ điện thoại (cả di động

và cố định) đã đạt 165 máy/100 dân Trong đó thuê bao điện thoại di động đạt trên 12.4 triệu thuê bao, tăng 48% so với năm 2007 Thuê bao điện thoại cố định đạt trên 1.7 triệu thuê bao, tăng 6.6% so với năm 2007

Năm 2008, hệ thống trạm thu phát sóng BTS được các doanh nghiệp đầu tư

mở rộng lên 2.842 trạm, tăng 33,9% so với năm 2007 Số lượng thuê bao kênh thuê riêng đạt 12.559 thuê bao, tăng 38% so với năm 2007

1.2 Đặt vấn đề

- Hiểu được mô hình truyền sóng thực tế giúp ta đánh giá được những suy hao có thể có trong môi trường, từ đó tìm ra những giải pháp khắc phục và lên kế hoạch cho một thiết kế hợp lý Qua cơ chế truyền sóng cơ bản, các mô hình suy hao truyền sóng ta sẽ dễ dàng tính toán lý thuyết một số thông số ước lượng cho việc quy hoạch

- Kênh vô tuyến đặt ra các giới hạn cơ bản trong trong việc thực hiện hệ thống trong thông tin di động Kênh truyền giữa trạm phát và máy thu có thể thay đổi từ đường trựctiếp đơn gian đến đường che chắn nghiêm trọng bởi các toà nhà đồi núi và cây cối Không giống như các kênh hữu tuyến ổn định và có thể dự đoán được, kênh vô tuyến hết sức ngẫu nhiên và khó phân tích Thậm chí tốc độ chuyển động làm ảnh hưởng đến mức độ tín hiệu giảm nhanh chóng khi MS chuyển động trong không gian Việc mô hình hoá kênh vô tuyến từ trước đến nay luôn là phần khó nhất trong thiết kế hệ thống di động, được thực hiẹn theo phương pháp thống

kê, dựa trên đo lường được một cách đặt biệt cho một hệ thống thông tin trong vùng

cụ thể nào đó Ở đây, chúng ta không xem xét đến tính chính xác của số liệu Nhưng

ít nhiều qua đó, chúng ta đã có cái nhìn khái quát về tình hình thị trường viễn thông

Và điều không thể chối cãi chính là sự tăng trưởng mạnh mẽ của ngành viễn thông

ở Việt Nam trong những năm gần đây

- Một trong những vấn đề đặt ra là làm sao để tính suy hao theo bán kính cell, công suất thu của MS, số cell , số cluster và tỷ số C/I trong vùng phủ sóng nhất định nào đó dựa trên các mô hình truyền sóng ngoài và trong nhà trong môi trường thành thị , ngoại thành và nông thôn

- Tiêu biểu là các mô hình truyền sóng Macrocell và Microcell mà em nghiên cứu sâu là mô hình truyền sóng ngoài trời như Okumura Hata và Walfish Ikegami và mô hình truyền sóng trong nhà như mô hình Multiple-Wall để tính suy hao theo bán kính cell, công suất thu của MS, số cell , số cluster và tỷ số C/I

- Các thông số trên em viết code để chạy trên matlab để tính dựa trên mô hình truyền sóng ngoài trời như Okumura Hata và Walfish Ikegami và mô hình

truyền sóng trong nhà như mô hình Multiple-Wall trong môi trường thành thị , ngoại thành và nông thôn

- Yêu cầu đặt ra thì mình phải tính công suất thu Pr của MS -102 dBm (giá trị chuẩn của Ericsson)

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN QUY HOẠCH MẠNG 2.1 Mạng GSM

2.1.1 Tổng quan

GSM là tên viết tắt của Global System for Mobile Communications (Hệ thống thông tin di động toàn cầu), nhưng nguyên thủy của nó là Groupe Spécial Mobile Đây là chuẩn di động phổ biến nhất trên thế giới GSM được sử dụng bởi trên 3 tỉ người thuộc 212 quốc gia và lãnh thổ Tính rộng khắp của nó làm cho việc roaming quốc tế giữa các mạng di động trở nên rất bình thường, điều này cho phép thuê bao có thể sử dụng máy di động của mình ở bất kì nơi nào trên thế giới GSM khác với thế hệ di động tiền thân ở chỗ cả kênh thoại lẫn báo hiệu đều là số (digital), và vì vậy nó được xem là hệ thống thông tin di động thứ hai (Second Generation) GSM cũng mở đầu cho việc sử dụng dịch vụ SMS, là dịch vụ nhắn tin chi phí thấp bên cạnh dịch vụ thoại

2.1.2 Lịch sử GSM

- Vào đầu những năm 1980 tại châu Âu người ta phát triển một mạng điện thoại di động chỉ sử dụng trong một vài khu vực Sau đó vào năm 1982 nó được chuẩn hóa bởi CEPT (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations) và tạo ra Groupe Spécial Mobile (GSM) với mục đích sử dụng chung cho toàn Châu Âu

- Mạng điện thoại di động sử dụng công nghệ GSM được xây dựng và đưa vào sử dụng đầu tiên bởi nhà khai thác Radiolinja ở Phần Lan

- Vào năm 1989 công việc quản lý tiêu chuẩn và phát triển mạng GSM được chuyển cho viện viễn thông châu Âu (European Telecommunications Standards Institute (ETSI)), phase I của công nghệ GSM được công bố vào năm 1990 Mạng GSM đầu tiên được đưa vào hoạt động bởi Radiolinja (Phần Lan) với liên kết bảo trì cơ sở hạ tầng kĩ thuật từ phía Ericsson Đến cuối năm 1993 đã có hơn 1 triệu thuê bao sử dụng mạng GSM của 70 nhà cung cấp dịch vụ trên 48 quốc gia

2.1.3 Giao tiếp radio

- Các mạng GSM hoạt động trên 4 băng tần Hầu hết thì hoạt động ở băng 900Mhz và 1800Mhz, vài nước ở Châu Mỹ sử dụng băng 850Mhz và 1900Mhz do băng 900Mhz và 1800Mhz đã được sử dụng trước Các mạng sử dụng băng tần 900Mhz thì đường uplink sử dụng tần số trong dãi 890 - 915Mhz và đường downlink sử dụng tần số trong dãi 935 – 960Mhz Họ chia các băng tần thành 124 kênh với độ rộng băng thông 25Mhz, mỗi kênh cách nhau 1 khoảng 200Khz Khoảng cách song công (duplex spacing) được sử dụng là 45 MHz

- GSM sử dụng rất nhiều kiểu mã hóa thoại để nén âm thanh 3.1 KHz thành nằm trong khoảng giữa 5.6 Kbps và 13 Kbps Ban đầu, có hai loại mã hóa được đặt tên theo kênh dữ liệu chúng đã được phân bổ và được sử dụng, gọi là bán tốc (Half Rate) (5.6 Kbps) và toàn tốc (Full Rate) (13 Kbps) Những loại này sử dụng một hệ thống dựa trên mã hóa dự đoán tuyến tính (linear predictive coding – LPC)

- Sử dụng công nghệ phân chia theo thời gian TDM (Time division multiplexing) để chia ra 8 kênh full rate hay 16 kênh haft rate Có 8 khe thời gian gộp lại gọi thành một khung TDMA Tốc độ truyền dữ liệu của một kênh là 270.833 kbit/s và khoảng thời gian của một khung là 4.615m

- Nếu phân loại theo kích thước cell thì có 5 loại cell khác nhau trong mạng GSM: marco,micro, pico, femto và umbrella Vùng bao phủ của mỗi cell thay đổi tùy thuộc vào môi trường thực hiện Cell macro có thể xem như là các cell mà ở đó, các trạm BTS được lắp đặt trên một cái cột cao hay building nằm trên mức đỉnh mái (roof top level) trung bình Cell micro là các cell có chiều cao anten BTS dưới mức đỉnh mái trung bình, thường được dùng cho khu vực thành thị Cell pico là những cell nhỏ có chỉ kính chỉ vài chục met, chủ yếu được sử dụng indoor Cell femto được thiết kế để sử dụng cho khu nhà ở, khu buôn bán nhỏ, được kết nối với mạng của nhà cung cấp dịch vụ qua kết nối internet băng thông rộng (broadband) Cell umbrella được sử dụng để bao phủ những vùng bị che khuất của những cell nhỏ và lắp đầy những vùng trống trong vùng phủ sóng giữa những cell đó

- Bán kính phủ sóng theo chiều ngang của cell biến đổi theo độ cao anten, độ lợi anten, các điều kiện lan truyền từ vài trăm met tới hàng chục kilomet Khoảng cách xa nhất được GSM hỗ trợ trong thực tế là khoảng 35 kilomet Có nhiều cách thực hiện khác nhau cho khái niệm của một cell mở rộng mà ở đó bán kính của cell

có thể có thể tăng gấp đôi thậm chí hơn nữa tùy thuộc vào hệ thống anten, loại địa hình và TM (timing advance)

- Loại điều chế trong GSM là GMSK (Gaussian minimum shift key), là một loại điều chế FSK pha liên tục Trong GMSK tín hiệu được điều chế trước tiên được được làm trơn với bộ lọc thông thấp Gaussian rồi mới được điều tần Nhờ vậy sẽ làm giảm đáng kể nhiễu cho các kênh lân cận

2.2 Những vấn đề cơ bản của quy hoạch mạng vô tuyến

2.2.1 Phạm vị quy hoạch mạng vô tuyến

- Mạng vô tuyến là một phần quan trọng của hệ thống mạng, được trực tiếp kết nối với thuê bao di động, bao gồm trạm thu phát gốc (BTS) và trạm di động (MS) BTS phải được thiết kế để đảm bảo giao tiếp với MS về độ bao phủ, chuẩn chất lượng cuộc gọi

Hình 2.1 : Phạm vi quy hoạch mạng vô tuyến

- Trạm di động - Mobile Station (MS): bao gồm 2 phần

a Máy thu: điều chế và giải điều chế GMSK các kênh mã hóa/giải mã, cung cấp tín hiệu thoại 2 chiều với nhiều tần số khác nhau

b SIM (the subscriber identity module): cơ bản la một vi mạch điều khiển liên kết bộ nhớ, lưu trữ dữ liệu, duy trì việc điều khiển và quản lý thuê bao Qua đó người đăng ký có thể bảo mật được các thông tin cá nhân của họ Nhiệm vụ quan trọng của SIM bao gồm xác nhận thuê bao, bảo mật truyền dẫn vô tuyến và lưu trữ

dữ liệu người dùng

Hình 2.2: Sơ đồ khối của trạm di động GSM

- Trạm thu phát gốc - Base Transceiver Station (BTS):

a BTS cung cấp liên kết vật lý với MS thông qua giao diện không khí Mặt khác, BTS còn liên kết với BSC thông qua giao diện Abis

b Bộ thu phát (TRX) bao gồm phần tử thấp-tần (low-frequency unit – chịu trách nhiệm về các phương thức điều chế số) và phần tử cao-tần (highfrequency unit – chịutrách nhiệm về điều chế và giải điều chế GMSK)

Hình 2.3 : Sơ đồ khối của trạm thu phát

2.2.2 Một số khái niệm cơ bản :

Artific Ideal Pratical

Hình 2.4 : Hình dạng cell

- Cluster là một nhóm gồm N cell lân cận nhau Tất cả tài nguyên tần số của

hệ thống đều được sử dụng và không có bất kỳ các cell nào sử dụng cùng tần số trong một cluster N được tính bởi 1 cặp số nguyên dương (i,j) như sau :

N = i2 + ij + j2 Trong đó: N: kích thước cluster

(i, j): cặp số nguyên dương đặc trưng cho khoảng cách giữa 2 cluster kế cận, nếu xem khoảng cách giữa 2 cell liên tiếp là 1 đơn vị

- Một số mô hình cluster:

Bảng 2.1 : Một số cluster

Hình 2.5 : Một số hình dạng cluster

2.2.2.2 Tái sử dụng lại tần số ( Frequency Reuse)

- Tái sử dụng tần số là quá trình sử dụng lại các tần số (đã được sử dụng) nhằm tăng dung lượng của hệ thống

- Hệ số sử dụng lại tần số:

Q = D/ R = (2.1) Trong đó: Q: hệ số sử dụng lại tần số

D: khoảng cách giữa 2 cluster kế cận hay 2 cell đồng kênh

R: bán kính cell

N: kích thước cluster

_ Một số mô hình tái sử dụng tần số:

a Mẫu tái sử dụng tần số 3/9:

Mẫu tái sử dụng lại tần số 3/9 có nghĩa các tần số sử dụng được chia thành 9 nhóm tần số ấn định trong 3 vị trí trạm gốc (Site).Mẫu này có khoảng cách giữa các trạm đồng kênh là D = R = R =5,2R Hình 2.6 mô tả mẫu tái sử dụng tần số 3/9

Các tần số ở mẫu 3/9 (giả thiết có 41 tần số từ các kênh 84 đến 124 - là số tần số sử dụng trong mạng GSM900 của VMS)

Bảng 2.2 : Ấn định tần số cho các cell mẫu 3/9

Ta thấy mỗi cell có thể phân bố cực đại đến 5 sóng mang Với công nghệ truy cập TDMA của GSM, mỗi sóng mang chứa 8 khe thời gian tương ứng với 8 kênh vật lý Trong đó, có 1 kênh dành cho kênh quảng bá (BCH), 1 kênh dành cho kênh điều khiển dành riêng đứng một mình (SDCCH) để cập nhật vị trí và thiết lập cuộc gọi Vậy số kênh

(khe thời gian) dành cho kênh lưu lượng của mỗi cell là (5*8-2)=38 TCH

Tra bảng Erlang-B (Phụ lục), tại GoS 2 % thì một cell có thể cung cấp dung lượng 29,17 Erl

Giả thiết trung bình mỗi thuê bao trong một giờ thực hiện 1 cuộc gọi kéo dài 120s tức là trung bình mỗi thuê bao chiếm 0,0333 Erlang, thì mỗi cell (tối đa) có thể phục vụ được 29,17/0,0333 = 876 (thuê bao)

Hình 2.6 : Mẫu tái sử dụng tần số 3/9

b Mẫu tái sử dụng tần số 4/12:

Mẫu sử dụng lại tần số 4/12 có nghĩa là các tần số sử dụng được chia thành

12 nhóm tần số ấn định trong 4 vị trí trạm gốc Khoảng cách giữa các trạm đồng kênh khi đó là D = 6R

Các tần số ở mẫu 4/12:

Bảng 2.3 : Ấn định tần số cho các cell mẫu 4/12

Ta thấy mỗi cell có thể phân bố cực đại là 4 sóng mang, chẳng hạn như cell A1

Tương tự ta cũng có được số khe thời gian dành cho kênh lưu lượng của cell A1 là (4 x 8 – 2) = 30 TCH Tra bảng Erlang-B ( Phụ lục ), tại GoS = 2 % thì mỗi cell có thể cung cấp dung lượng 21,93 Erlang Giả sử mỗi thuê bao chiếm 0,0333 Erlang thì mỗi cell (tối đa) có thể phục vụ được 21,93/0,0333 = 658 thuê bao

Hình 2.7 : Mẫu tái sử dụng tần số 4/12

c Mẫu tái sử dụng tần số 7/21:

Mẫu 7/21 có nghĩa là các tần số sử dụng được chia thành 21 nhóm ấn định trong 7 trạm gốc Khoảng cách giữa các trạm đồng kênh là D = 7,9R

Các tần số ở mẫu 7/21 thể hiện ở hình 2.8

Bảng 2.4 : Ấn định tần số cho các cell mẫu 7/21

Hình 2.8 : Mẫu tái sử dụng tần số 7/21

Ta thấy mỗi cell chỉ được phân bố tối đa 2 sóng mang, như cell A1 chẳng hạn Phảicó một khe thời gian dành cho BCH và có ít nhất một khe thời gian dành cho SDCCH, số khe thời gian dành cho kênh lưu lượng của cell A1 là (2 x 8 – 2) =

14 TCH Tra bảng Erlang-B (Phụ lục), tại GoS = 2 % thì mỗi cell có thể cung cấp một dung lượng 8,200 Erlang Giả sử mỗi thuê bao chiếm 0,0333 Erlang, như vậy một cell có thể phục vụ được 8,200/0,0333 = 246 thuê bao

d Nhận xét

Khi số nhóm tần số N giảm (21, 12, 9, thì khoảng cách giữa các trạm đồng kênh D sẽ giảm 7,9R; 6R; 5,2R Như vậy, việc lựa chọn mẫu sử dụng lại tần số phải dựa trên các đặc điểm địa lý vùng phủ sóng, mật độ thuê bao của vùng phủ và tổng

số kênh Σ của mạng

Mẫu 3/9: số kênh trong một cell là lớn, tuy nhiên khả năng nhiễu cao Mô hình này thường được áp dụng cho những vùng có mật độ máy di động cao

Mẫu 4/12: sử dụng cho những vùng có mật độ lưu lượng trung bình

Mẫu 7/21: sử dụng cho những khu vực mật độ thấp

2.2.2.3 Dung lương kênh cua hệ thống cell

- Xét mô hình cluster có kích thước N cells, mỗi cell được gán một nhóm k kênh Khi đó, một cluster sẽ sử dụng S = k.N (kênh), và trong hệ thống có M cluster lặp lại Vậy tổng dung lượng của hệ thống là:

C = k.N.M = M.S (2.2)

- Công thức tính số users được phục vụ đồng thời của một hệ thống:

(2.3) Trong đó: Atot : tổng diện tích cần bao phủ

Ac : diện tích bao phủ của một cell

BW : tổng băng thông của hệ thống

B : băng thông của một kênh song công

Q : hệ số sử dụng lại tần số

2.2.2.4 Nhảy tần (Frequency Hoping)

- Trong mạng GSM 900, băng tần được sử dụng là 890-915 MHz ở hướng uplink và 935 –960 MHz ở hướng downlink, có nghĩa là băng tần 25 MHz ở mỗi hướng Toàn bộ hay bộ phận nào đó của băng này có thể sử dụng cho hoạt động của mạng Các tần số trung tâm bắt đầu ở 200 kHz từ biên của băng và trải đều ra Có

125 kênh tần số trong băng này Vấn đề nhiễu nghiêm trọng nhất là xảy ra giữa những kênh lân cận do sự chồng lấn phổ ở biên ở mỗi kênh Vì vậy, các kênh lân cận hay các kênh cùng tần số không được sử dụng ở các cell thuộc cùng site

- Nhảy tần là một kĩ thuật mà tần số của tín hiệu thay đổi mỗi burst theo cách

mà có ít nhiễu nhất trong mạng, và ở cùng thời gian các kênh được phân bổ được sử dụng hiệu quả Quá trình này trong mạng GSM cũng được biết như là nhảy tần

chậm (SFH) Bằng việc sử dụng SFH, sự cải thiện đạt được nhờ ưu điểm của phân tập tần số và phân tập nhiễu

- Phân tập tần số (Frequency diversity): Vì mỗi burst có một tần số khác nhau, nó sẽ fade trong thời gian và cách khác nhau Vì vậy, sự không tương quan giữa mỗi burst tăng lên, nhờ đó tăng hiệu quả của tín hiệu mã hóa (coding signal)

Sự phân bổ tần số có thể thực hiện bằng 2 cách: tuần tự và ngẫu nhiên Trước đây,

hệ thống theo một kiểu phân bổ tần số nghiêm ngặt cho mỗi burst; về sau này nó phân bổ tần số ngẫu nhiên

- Phân tập nhiễu (Interference diversity): Nếu mỗi di động có một tần số không đổi, một vài di động có thể bị ảnh hưởng bởi nhiễu nhiều hơn những cái khác Với sử dụng nhảy tần, nhiễu trải rộng trong hệ thống bởi vì ảnh hưởng của tín hiệu gây nhiễu sẽ giảm xuống Khi nhiễu ít hơn, phổ tần số có thể sử dụng tốt hơn,

và vì thế mà dung lượng hệ thống tăng lên

- Nhảy tần có 2 loại: nhảy tần dãi nền (base band FH) và nhảy tần cao tần (RF FH) Trong nhảy tần dãi nền, các cuộc gọi được hopped giữa các TRX khác nhau Số tần số được sử dụng cho hopping liên hệ với số TRXs và vì vậy là hằng số Trong RF FH, cuộc gọi ở một TRX nhưng sự thay đổi tần số có thể diễn ra với mỗi frame Những tần số này không bao gồm hopping sequence, vì vậy tạo ra một cách hiệu quả 2 layer ở mỗi cell, một FH và một non-FH Vì RF FH là không liên hệ với

số TRXs nó được xem như thiết thực hơn và vì thế được sử dụng trong quy hoạch tần số triển khai mạng

2.2.2.5 Quá trình chuyển giao (Handoff/handover)

- Chuyển giao là tự động chuyển thuê bao từ một cell sang một cell khác trong quá trình gọi mà không gây ra bất kì trở ngại nào đến cuộc gọi Quá trình này được ưu tiên hơn quá trình thiết lập cuộc gọi mới

- Như vậy, thực sự thì chuyển giao diễn ra như thế nào? Có rất nhiều tiến trình có thể được sử dụng, nhưng chỉ có một cái thường được sử dụng nhất là dựa vào các đo đạc công suất Khi một MS nằm ở biên chung của hai cell, BSS đo đạc công suất mà MS nhận được bởi trạm gốc của hai cell và rồi cái nào thỏa mãn tiêu

chuẩn đủ công suất và ít nhiễu nhất thì sẽ được lựa chọn Loại chuyển giao này trực tiếp liên quan tới điều khiển công suất, nó tạo cơ hội để cải thiện hiệu quả sử dụng phổ

2.2.3 Các tác nhân ảnh hưởng đến sóng lan truyền

Sự lan truyền sóng điện từ trong không gian tự do phụ thuộc rất nhiều vào tần số của tín hiệu và chướng ngại trên đường truyền

2.2.3.1 Phản xạ và đa đường

Sóng điện từ hầu như không bao giờ di chuyển trên một đường tới anten thu,

có nghĩa là sự truyền tín hiệu giữa các anten không bao giờ là truyền thẳng (line of sight) Vì vậy mà tín hiệu nhận được bởi anten thu là tổng hợp rất nhiều thành phần của tín hiệu được truyền từ anten phát

2.2.3.2 Nhiễu xạ và bóng râm

- Nhiễu xạ là một hiện tượng xảy ra khi sóng điện từ đập vào một bề mặt và đổi hướng truyền do bề mặt không có khả năng hấp thu Sự suy hao do nhiễu xạ phụ thuộc vào loại vật cản trên đường truyền Trên thực tế, chiều cao mobile antenna thường thấp hơn so với antenna của base station và có thể có nhiều tòa nhà cao hay đồi núi Vì vậy mà tín hiệu chịu nhiễu xạ trước khi tới moblie antenna Hiện tượng này còn được biết bằng cái tên là hiệu ứng bóng râm bởi vì thiết bị thu ở máy di động là nằm trong bóng râm của những kết cấu này

2.2.3.3 Building và Vehicle Penetration

- Khi tín hiệu đập vào bề mặt của một tòa nhà, nó có thể bị nhiễu xạ hoặc bị hấp thu Nếu sự hấp thu càng lớn thì cường độ tín hiệu sẽ càng giảm xuống Lượng hấp thu phụ thuộc vào loại building và môi trường của nó: lượng cấu trúc chất rắn

và kính ở bên ngoài bề mặt, các đặc tính lan truyền gần building, sự định hướng của tòa nhà trong quan hệ với độ định hướng của anten Đây là một sự xem xét quan trọng trong qui hoạch độ bao phủ của một mạng di động Sự suy hao của vehicle penetration thì tương tự, ngoại trừ vật thể trong thường hợp này là vehicle thay vì một building

2.2.3.4 Sự lan truyền của tín hiệu vào nước

- Sự lan truyền vào nước là một quan tâm lớn của những nhà quy hoạch vô tuyến Lý d là sóng điện từ có thể tạo nhiễu đồng kênh (interference) với những tần

số ở các cell khác

Thêm vào đó, bề mặt nước là một mặt phản xạ tốt cho sóng điện từ, có thể có những tín hiệu gây ra interference đối với các thành phần phát xạ của những cell khác

2.2.3.5 Sự truyền tín hiệu qua thực vật: (Foliage loss)

- Foliage loss gây ra bởi sự lan truyền tín hiệu qua thực vật, chủ yếu là rừng

Sự thay đổi cường độ tín hiệu phụ thuộc rất nhiều yếu tố, chẳng hạn như loại cây, thân, lá, cành, mật độ của chúng và độ cao của chúng quan hệ với độ cao của anten Foliage loss phụ thuộc vào tần số tín hiệu và biến thiên theo mùa Loại suy hao này

có thể cao tới 20 dB trong hệ thống GSM 800

2.2.3.6 Fading của tín hiệu

- Khi tín hiệu truyền từ anten phát tới anten thu, nó bị giảm cường độ Điều này xảy ra do hiện tượng suy hao đường truyền đã nói ở trên, hoặc có thể do hiệu ứng Rayleigh

Rayleigh (hay Ricican) fading xảy ra do sự biến thiên nhanh của mức tín hiệu trong

ở trong cả biên độ và pha giữa anten phát và anten thu khi không có đường truyền thẳng Rayleigh fading có thể được chia làm 2 loại: fading đa đường và fading lựa chọn tần số

a Sự đi tới của cùng một tín hiệu từ nhiều đường khác nhau ở những thời gian khác nhau và sự kết hợp của nó ở máy thu gây cho tín hiệu bị giảm (fade) Hiện tượng này gọi là fading đa đường và là kết quả trực tiếp của sự lan truyền đa đường Fading đa đường có thể gây ra sự biến thiên nhanh trong mức tín hiệu Loại fading này độc lập với downlink và uplink nếu băng tần sử dụng là khác lẫn nhau trong cả hai hướng

b Fading lựa chọn tần số xảy ra do sự biến thiên các điều kiện khí quyển Các điều kiện khí quyển có thể làm tín hiệu ở một tần số cụ thể bị fade Khi MS di chuyển từ vị trí này tới vị trí khác, mối quan hệ về pha giữa nhiều thành phần đến

anten thu thay Sđổi, điều này thay đổi mức tín hiệu tổng hợp Dịch Doppler ở tần

số xảy ra do sự di chuyển của MS trong quan hệ với các tần số thu

2.2.3.7 Interference

- Tín hiệu ở anten thu có thể bị yếu đi bởi ảnh hưởng của interference từ những tín hiệu khác Những tín hiệu này có thể từ cùng một mạng hay là do những đối tượng nhân tạo Tuy nhiên, nguyên nhân chính gây ra interference trong mạng tế bào là những nguồn vô tuyến trong mạng Có nhiều kênh vô tuyến được sử dụng trong mạng mà sử dụng chung băng tần chia sẻ

- Lời giải cho vấn đề này là sự quy hoạch tần số một cách chính xác, MS có thể chịu sự biến thiên nhanh hoặc chậm trong mức tín hiệu trong mạng vô tuyến Điều này là do một hay nhiều yếu tố được nói ở trên, và được thể hiện trong hình 2.8 Những yếu tố này hình thành những chỉ tiêu cơ bản về độ bao phủ cell

Hình 2.9: Các nhân tố ảnh hưởng đến sóng lan truyền (1) direct signal; (2) diffraction; (3) vehicle penetration

(4) interference; (5) building penetration

2.3 Tiến trình quy hoạch mạng vô tuyến

- Mục tiêu chính của quy hoạch viên vô tuyến là tăng vùng bao phủ của một cell và giảm số lượng thiết bị cần thiết cho mạng, để đạt được độ bao phủ cực đại với chi phí cực tiểu

- Các tiến trình quy hoạch:

a Định tính hệ thống: xác định vùng phục vụ, lưu lượng, công suất, băng tần được sử dụng

b Tiền quy hoạch: quy hoạch cụ thể liên quan tới độ bao phủ, dung lượng và chất lượng được tạo ra

c Điều tra và lựa chọn trạm

d Quy hoạch chi tiết mạng vô tuyến:

 Tính toán công suất đường truyền

 Quy hoạch độ bao phủ, dung lượng và hiệu suất phổ

 Quy hoạch thông số

2.3.1 Định tính hệ thống

- Đây là quá trình xác định thiết bị và loại mạng được lựa chọn để đáp ứng những yêu cầu về dung lượng, độ bao phủ và chất lượng có thể thỏa mãn cho hệ thống trong vài năm kế tiếp (thường là 3-5 năm)

- Đầu vào của quá trình bao gồm:

 Khu vực địa lý được bao phủ

 Lưu lượng xấp xỉ cho mỗi vùng

 Yêu cầu tối thiểu về công suất cho mỗi vùng và chỉ tiêu blocking

 Suy hao đường truyền

 Băng tần được sử dụng và hệ số sử dụng lại tần số

2.3.2 Tiền quy hoạch

- Giai đoạn này đưa ra một số kế hoạch ban đầu liên quan đến độ bao phủ, dung lượng và chất lượng được tạo ra Yếu tố quan trọng cho quy hoạch độ bao phủ

là tín hiệu trên nhiễu giữa BTS và MS, độ suy hao lan truyền do môi trường, và hệ

số sử dụng lại tần số (đối với quy hoạch dung lượng)

- Chất lượng của mạng vô tuyến hầu như hoàn toàn phụ thuộc vào quá trình thiết lập các thông số Với mạng GSM đầu tiên được đi vào hoạt động cho một vùng/quốc gia, qui hoạch viên vô tuyến cần phải quy hoạch những giá trị này sẵn, trước khi cho mạng ban đầu này đi vào hoạt động và trước khi chúng có những kết quả đo đạc đầu tiên Những điều này có thể bao gồm sự quản lý nguồn vô tuyến (RRM), quản lý di động, báo hiệu (signalling), chuyển giao (handover), và các thông số điều khiển công suất Một khi có những giá trị đo đạc từ mạng được hoạt động lần đầu tiên, quy hoạch viên bắt đầu tiến hành tinh chỉnh Tiến trình này trở thành một phần của quát trình tối ưu hóa mạng vôtuyến

2.3.3 Điều tra và lựa chọn trạm

- Phụ thuộc vào độ bao phủ quy hoạch, quy hoạch viên vô tuyến xác định vùng cụ thể cho các site trong tương lai Các quy hoạch viên vô tuyến nên ưu tiên cho nơi không có các vật cản cao xung quanh nó, có tầm nhìn rõ ràng cho tia chính (main beam) và nên tránh lựa chọn site ở vị trí cao vì có thể gây ra các vấn đề với interference không điều khiển được

- Có hai loại báo cáo trong quá trình điều tra site: một là khi bắt đầu tìm kiếm

và loại thứ hai là khi kết thúc Cả hai đều rất quan trọng và nên đưa ra thông tin mong muốn một cách rõ ràng Đối với báo cáo ở giai đoạn tìm kiếm, nội dung có thể bao gồm thông tin các vị trí site ưu tiên tìm kiếm lần đầu, sau đó đến các site ứng cử thứ hai, trong đó nên chứa địa chỉ, bản đồ, và thông tin bằng tiếng địa phương nếu có thể Đối với báo cáo ở giai đoạn sau cùng, nội dung nên có nhiều thông tin chi tiết hơn, bao gồm chiều cao của building, hệ tọa độ, kết cấu anten (vị trí, độ nghiêng, phương vị ), bản đồ, và một cái nhìn từ đỉnh của site với vị trí chính xác của trạm gốc

2.3.4 Quy hoạch chi tiết mạng vô tuyến

Quy hoạch chi tiết mạng vô tuyến có thể được chia thành 3 công đoạn: quy hoạch quĩ công suất đường truyền, quy hoạch độ bao phủ – dung lượng – hiệu suất phổ và quy hoạch thông số

2.3.4.1 Quĩ công suất đường truyền (The link budget)

- Tính toán link budget giúp xác định rõ cell xếp theo ngưỡng bao phủ (coverage thresholds) Việc tính toán link budget căn bản bao gồm công suất truyền giữa BTS và MS

- Tính toán link budget được thực hiện cho cả hai uplink và downlink Bởi vì công suất truyền bởi MS nhỏ hơn công suất truyền bởi BTS, nên quĩ công suất đường truyền lên (uplink power budget) nghiêm trọng hơn so với quĩ công suất đường truyền xuống (downlink power budget) Vì vậy độ nhạy ở BTS ở hướng uplink trở thành một trong những yếu tố sống còn cho việc nhận công suất truyền bởi MS Ở hướng downlink, công suất truyền và độ lợi của anten là các thông số quan trọng Trong điều kiện suy hao của thiết bị, bộ kết hợp suy hao và suy hao cáp

sẽ được xem xét Bộ kết hợp suy hao đến chỉ trong tính toán downlink trong khi độ suy hao cáp phải được đưa vào cả hai hướng

- Cho các thiết bị khác (như MS) công suất truyền ở hướng uplink là rất quan trọng Để nhận được tín hiệu được truyền từ anten BTS ngay cả vùng ở xa, độ nhạy của MS cũng tham gia vào Độ lợi của anten truyền và nhận và thông số suy hao cáp được xem xét ở phía BTS

- Các thành phần quan trọng của việc tính toán quĩ công suất đường truyền:

 Độ nhạy MS: Yếu tố này phụ thuộc vào hệ số tạp nhiễu (noise figure) ở đầu thu

và mức nhỏ nhất của Eb/No cần thiết Ở đây được tính toán bằng việc sử dụng các thông số kĩ thuật của GSM Giá trị của độ nhạy MS được cho trong các thông số kĩ thuật này theo phân loại của máy di động đang được sử dụng Giá trị khuyến khích dùng của độ nhạy MS trong GSM 900 và 1800 lần lượt là 102 dBm và 100 dBm Tuy nhiên khi thực hiện việc tính toán quĩ công suất đường truyền, những giá trị được cho bởi nhà sản xuất (hay giá trị đo đạc được) nên được sử dụng

 Độ nhạy BTS: Độ nhạy của trạm gốc cũng được chỉ ra bởi khuyến nghị ETSI’s GSM 05.05 và được tính toán tương tự như độ nhạy MS Giá trị đề nghị của độ nhạy BTS là 106 dBm Tuy nhiên khi thực hiện tính toán power budget thì giá trị được cho bởi nhà sản xuất (hay giá trị đo đạc được) nên được sử dụng

 Độ dự trữ fading (Fade margin): Đây là sự sai khác giữa tín hiệu nhận được và ngưỡng máy thu Thường thì một dự trữ fading nhanh quan trọng trong việc tính toán power budget Những giá trị khác nhau được sử dụng cho những loại vùng khác nhau, chẳng hạn như 2dB cho vùng đô thị rất đông đúc và 1 dB cho đô thị thường

 Suy hao cáp và suy hao ở bộ ghép nối: Vì cáp và bộ nối được sử dụng cho việc truyền công suất cho nên những suy hao xảy ra trên đó cũng nên được đưa vào tính toán Hệ số suy hao cáp thường được đánh giá bằng độ suy hao (dB) trên 100m Trong những trường hợp này, chiều dài thực sự của cáp được nhân lên bằng giá này để đạt được độ suy hao lý thuyết xảy ra trên cáp Trong vài trường hợp thì độ suy hao lý thuyết có thể vượt qua giá trị mong muốn, vì vậy mà bộ tiền khuyếch đại có thể được sử dụng để tính giá trị suy hao cáp Suy hao trên bộ ghép nối thì thường nhỏ hơn nhiều bậc của 0.1 dB

 Độ lợi anten BTS và MS: Các anten được sử dụng cho MS và BTS có mức độ lợi khác nhau một cách rõ ràng Hiển nhiên, anten MS có độ lợi thấp hơn, trong khi độ lợi anten BTS có thể dao động từ 8dBi tới 21 dBi phụ thuộc vào loại anten (vô hướng và hướng tính) được sử dụng Độ lợi có thể được tăng cường bằng việc sử dụng các kĩ thuật khác nhau, chẳng hạn như phân tập anten (cả uplink và downlink)

- Đầu ra và hiệu quả của tính toán quĩ công suất đường truyền: (Output and Effect

of Link Budget Calculation)

 Suy hao đường truyền và công suất thu: Đây là đầu ra chính của việc tính toán linkbudget Những suy hao về cường độ tín hiệu xuất hiện trong suốt quá trình truyền từ anten phát tới anten thu được cho bởi suy hao đường truyền (path loss), trong khi công suất nhận được là kết quả của hiện tượng suy hao đường truyền Tất cả các yếu tố góp phần tăng (độ lợi anten) và giảm (suy hao lan truyền) được tính đến trong suốt quá trình tính toán Dữ liệu đầu vào càng chính xác thì kết quả càng chính xác

 Cell range: Nếu suy hao đường truyền được giảm xuống, tín hiệu từ anten BTS

sẽ bao phủ khoảng cách lớn hơn, vì vậy tăng vùng bao phủ bởi một BTS Việc tính toán power budget đóng một vai trò trực tiếp trong việc xác định vùng bao phủ, và vì vậy cũng xác định số lượng trạm gốc sẽ được yêu cầu trong một mạng

 Ngưỡng bao phủ (Coverage threshold): Cường độ tín hiệu downlink ở vùng biên cell với xác xuất vị trí cho trước được gọi là ngưỡng bao phủ Mặc dù dự trữ fading chậm và công suất đẳng hướng MS được sử dụng để tính toán giá trị này nhưng việc tính toán power budget được dùng cho mục đích này Mô hình lan truyền được dùng để tính toán chính xác hơn cho cell range và vùng bao phủ

2.3.4.2 Độ bao phủ, dung lƣợng và hiệu suất phổ Quy hoạch độ bao phủ:

- Các mô hình lan truyền thường không được áp dụng trực tiếp Lý do là những mô hình này được phát triển tính toán trên cơ sở từng thành phố cụ thể và mỗi thành phố thì lại có đặc tính riêng của nó Sự thay đổi được tạo ra trên các mô hình lan truyền được gọi là các thông số hiệu chỉnh và chúng phụ thuộc vào kết quả của drive tests Nếu như chưa có mạng tế bào sẵn, thì các kĩ sư quy hoạch vô tuyến thiết lập một anten vô hướng ở vị trí mà có thể bao phủ tất cả hay hầu hết loại vùng như đô thị đông đúc, đô thị, nông thôn

Một drive test được thực hiện và các yếu tố hiệu chỉnh cho mô hình lan truyền nhờ

đó được xác định

- Phụ thuộc vào các mô hình lan truyền, các drive tests và các thông số hiệu chỉnh, việc dự đoán vùng bao phủ được thực hiện Các sites được định vị theo yêu cầu của mạng, việc dự đoán độ bao phủ được thực hiện như thể hiện Thường thì một vài tools cho việc quy hoạch mạng di động được sử dụng

Quy hoạch dung lƣợng:

- Quy hoạch dung lượng là một quá trình rất quan trọng trong network rollout như nó xác định số lượng trạm gốc cần thiết và dung lượng tương tứng của chúng Quy hoạch dung lượng được tạo ra trong giao đoạn preplanning cho việc tính toán ban đầu, cũng như tính toán chi tiết sau này

- Số lượng trạm gốc cần thiết cho một vùng được xác định từ quá trình quy hoạch độ bao phủ, và số máy thu phát cần thiết được tính ra từ quy hoạch dung lượng bởi vì nó liên hệ trực tiếp với hệ số sử dụng lại tần số Hệ số sử dụng lại tần

số được xác định như là số trạm gốc mà có thể được lắp đặt trước khi tần số được

sử dụng lại Một ví dụ của việc sử dụng lại tần số chỉ ra ở hình 2.10 Số tần số cực đại trong một hệ thống GSM 900 là 125 ở cả hai hướng downlink và uplink Mỗi tần số này gọi là một kênh Có nghĩa là có 125 kênh khả dụng ở cả hai hướng Việc tính toán hệ số sử dụng lại tần số cực tiểu phụ thuộc vào tỉ số C/I Ngay khi tỉ số C/I giảm, cường độ tín hiệu bắt đầu xấu đi, vì vậy giảm hệ số sử dụng lại tần số

Hình 2.10: Minh họa tái sử dụng tần số

- Một hệ số khác phải được nhắc đến là chiều cao anten trạm gốc Nếu anten quá cao thì tín hiệu sẽ truyền tới khoảng cách xa hơn, vì vậy xác suất tín hiệu gây nhiễu cũng trở nên lớn hơn Chiều cao anten trung bình cũng như số trạm gốc nên

đủ cho dung lượng cần thiết của mạng Dĩ nhiên, điều này phụ thuộc nhiều vào hệ

số sử dụng lại tần số Có 3 thông số cở bản được yêu cầu cho quá trình quy hoạch dung lượng: lưu lượng dự đoán, chiều cao anten trung bình, và việc sử dụng tần số

- Ước lượng lưu lượng (Traffic Estimates): việc ước lượng lưu lượng hay mô hình hóa phụ thuộc vào việc ước lượng theo lý thuyết hay việc giả định và vào việc nghiên cứu mạng có sẵn Lưu lượng trong mạng phụ thuộc vào tỉ số giao tiếp của