Datn-thiet Ke He Thong Phu Song Di Dong Trong Toa Nha Cao Tang

PHẦN A

GIỚI THIỆU

Trang i

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên nhóm sinh viên thực hiện xin chân thành bày tỏ lòng cảm ơn

thầy Trƣơng Ngọc Hà, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn trong suốt quá trình hoàn thành

luận văn này. Thầy đã mở ra cho nhóm sinh viên thực hiện những vấn đề khoa học

hƣớng nhóm thực hiện đề tài vào nghiên cứu các lĩnh vực hết sức thiết thực và vô

cùng bổ ích, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi nhóm sinh viên thực hiện học tập và

nghiên cứu. Nhóm sinh viên thực hiện đã học hỏi đƣợc rất nhiều ở thầy phong cách

làm việc, cũng nhƣ phƣơng pháp nghiên cứu khoa học của thầy… Nhóm luôn đƣợc

thầy cung cấp các tài liệu, các chỉ dẫn hết sức quý báu khi cần thiết trong suốt thời

gian thực hiện luận văn.

Nhóm sinh viên thực hiện cũng xin thể hiện sự kính trọng và lòng biết ơn

đến quý thầy cô trong khoa Điện – Điện tử, những ngƣời đã trang bị cho nhóm rất

nhiều kiến thức chuyên ngành, cũng nhƣ sự chỉ bảo, giúp đỡ tận tình của quý thầy

cô đối với nhóm sinh viên thực hiện trong suốt quá trình học tập.

Nhân đây, nhóm sinh viên thực hiện xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến bố, mẹ

và những ngƣời thân trong gia đình, cảm ơn những tình cảm và những lời động viên

nhóm sinh viên thực hiện trong suốt quá trình hoàn thành luận văn này.

Nhóm sinh viên thực hiện cũng xin đƣợc cảm ơn tất cả anh chị, các bạn học,

những ngƣời đã cung cấp và chia sẻ những tài liệu, thông tin quý báu trong suốt quá

trình học tập, nghiên cứu, hoàn thành luận văn này.

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2011

Nhóm sinh viên thực hiện

NGUYỄN TOÀN VĂN

DƢƠNG LÊ NHẬT TIẾN

Trang ii

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI

Họ và tên sinh viên:…………………………………MSSV:

.………………………………...MSSV:

Ngành: Công Nghệ Điện tử-Viễn thông

Tên đề tài: …………………………………………………………………………...

1) Cơ sở ban đầu:

............................................................................................................................

............................................................................................................................

2) Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

............................................................................................................................

............................................................................................................................

3) Các bản vẽ:

............................................................................................................................

............................................................................................................................

............................................................................................................................

4) Giáo viên hƣớng dẫn:……………………………………………

5) Ngày giao nhiệm vụ:…………………………………………….

6) Ngày hoàn thành nhiệm vụ: ……………………………………

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ

THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Giáo viên hƣớng dẫn Ngày ........ tháng…..năm 20…

Chủ nhiệm bộ môn

Trang iii

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI

ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHỦ SÓNG DI ĐỘNG TRONG

TÕA NHÀ CAO TẦNG.

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

TP.HCM – ngày tháng năm 2011

NGƢỜI GIAO ĐỀ TÀI:

Trang iv

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN



………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………..


NGƢỜI NHẬN XÉT

Trang v

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN



………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………


NGƢỜI NHẬN XÉT

Trang vi

LỜI NÓI ĐẦU

I Lời nói đầu.

Hòa nhịp với sự phát triển chung của nền kinh tế thế giới, nền kinh tế Việt

Nam đang từng bƣớc đẩy mạnh phát triển kinh tế, xã hội, … Trong đó, dịch vụ viễn

thông đang là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn nhằm đáp ứng nhu cầu trao

đổi thông tin đang tăng lên cả về số lƣợng lẫn chất lƣợng. Số lƣợng các nhà khai

thác viễn thông trong và ngoài nƣớc tham gia vào thị trƣờng viễn thông ngày một

tăng, sự cạnh tranh giữa các nhà khai thác ngày càng trở nên căng thẳng.

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế, cơ sở hạ tầng đô thị cũng

ngày một đổi mới. Các khu nhà cao tầng đang mọc lên ngày một nhiều hơn. Phần

lớn các toà nhà cao tầng này đều là văn phòng làm việc của các công ty trong và

ngoài nƣớc, khách sạn, nhà hàng cao cấp, siêu thị, khu chung cƣ cấp cao, … Đây là

nơi mà nhu cầu liên lạc rất lớn và là những khách hàng quan trọng của các nhà khai

thác viễn thông. Vì vậy để có thể đảm bảo nhu cầu liên lạc, đáp ứng nhu cầu ngày

càng cao của khách hàng đặc biệt là các khách hàng cao cấp, các nhà khai thác viễn

thông đang từng bƣớc tập trung nâng cao chất lƣợng viễn thông trong các toà nhà

cao tầng, vì thế việc xây dựng một hệ thống phủ sóng di động trong các tòa nhà này

trở nên cần thiết đặc biệt là hai thành phố lớn Hà Nội và Tp Hồ Chí Minh.

II Lý do chọn đề tài.

Vì nhu cầu thông tin liên lạc và sử dụng các dịch vụ viễn thông trong các tòa

nhà cao tầng ngày một tăng cao, khi mà các nhà mạng ở Việt Nam đang tiến hành

nâng cấp lên mạng di động 3G nên việc phủ sóng di động trong tòa nhà là rất cần

thiết. Vì thế nhóm thực hiện tiến hành nghiên cứu luận văn: “ Thiết kế hệ thống

phủ sóng di động trong tòa nhà cao tầng ”.

III Mục tiêu của đề tài.

Trong luận văn này, nhóm thực hiện đề tài sẽ trình bày quy trình thiết kế, kiểm

định chất lƣợng và vận hành, bảo trì hệ thống phủ sóng điện thoại di động cho một

tòa nhà cụ thể ở Tp Hồ Chí Minh và sẽ đƣợc triển khai rộng cho các tòa nhà cao

tầng khác.

Trang vii

IV Đối tƣợng cần tìm hiểu.

Nhóm thực hiện đề tài tiến hành tìm hiểu các đặc điểm, thành phần, nguyên

lý hoạt động của hệ thống IBC (Inbuilding Coverage) trong một tòa cao ốc chung

cƣ 15 tầng ở quận 7, thành phố Hồ Chí Minh .

V Giới hạn đề tài.

Nhóm thực hiện tập trung vào việc thiết kế và đo kiểm một hệ thống phủ

sóng di động cho mạng GSM với tần số 1800MHz và mạng di động 3G UMTS với

tần số 2100MHz.

VI Tóm tắt luận văn.

Luận văn đƣợc tổ chức thành 4 chƣơng nhƣ sau:

Chƣơng 1:Chƣơng này sẽ trình bày tổng quan về các mạng đang hoạt động chủ

yếu ở Việt Nam và xu hƣớng phát triển các mạng di động này trong tƣơng lai.

Chƣơng 2:Giới thiệu các mô hình lan truyền sóng đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế

giới khi thiết kế một hệ thống IBC.

Chƣơng 3:Giới thiệu hệ thống anten và các loại anten sẽ đƣợc sử dụng trong hệ

thống IBC.

Chƣơng 4:Chƣơng này sẽ tập trung vào việc thiết kế hoàn chỉnh một hệ thống

IBC cho tòa cao ốc cụ thể và tiến hành kiểm tra chất lƣợng sóng di động khi hệ

thống đi vào hoạt động.

Kết luận và hƣớng phát triển đề tài: Phần này nhóm thực hiện sẽ trình bày các

kết quả đạt đƣợc của luận văn, và một số hạn chế chƣa khắc phục đƣợc, để từ đó

đƣa ra một số hƣớng phát triển trong tƣơng lai của đề tài.

Phụ lục: Các bản vẽ thiết kế và các phần mềm để tiến hành một dự án IBC.

Trang viii

LIỆT KÊ BẢNG

Bảng1.1 Phân loại dịch vụ của IMT-2000 15

Bảng 1.2 Các thông số lớp vật lý. 20

Bảng 2.1 Các giá trị ngầm định các tham số trong mô hình 34

Bảng 2.2 Bảng giá trị suy hao xâm nhập theo số tầng. 44

Bảng 2.3 Các tham số lan truyền trong tòa nhà. 49

Bảng 2.4 Các tham số từ các nghiên cứu về lan truyền sóng trong nhà. 55

Bảng 4.1: Các loại BTS thƣờng dùng trong Indoor. 91

Bảng 4.2 Các giá trị tham số điển hình. 95

Bảng 4.3 Các giá trị n tƣơng ứng với vật liệu tòa nhà. 98

Bảng 4.4 Hệ số suy hao của tín hiệu qua các vật chắn. 100

Bảng 4.5 Suy hao của các loại feeder của hãng Rosenberger (Đức): 105

Bảng 4.6 Suy hao các bộ Coupler của hãng Telestone (Trung Quốc): 106

Bảng 4.7 Chia theo từng dịch vụ của thuê bao 110

Bảng 4.8 Công suất tiêu thụ RBS 2206 111

Bảng 4.9 Công suất tiêu thụ RBS 3216 112

Bảng 4.10 Các file log sau khi sử dụng phần mềm Tems đo đƣợc: 113

Bảng 4.11 Các giá trị ngƣỡng thu đƣợc từ các log file: 114

Bảng 4.12 Thông số đo của mạng 3G trong thang máy 128

Bảng 4.13 Thông số chuyển giao các vùng biên của tòa nhà 129

Bảng A1 Bảng tính Link budget của tòa nhà. 141

Bảng A2 Bảng Erlang B. 148

Bảng B1 Danh mục các thiết bị dùng cho hệ thống IBC của tòa nhà. 152

Bảng B2 Dung lƣợng kết hợp của bộ POI. 153

Bảng B3 Đặc tính bộ POI. 155

Bảng B4 Đặc tính của Antenna, Celiling Mounted Omni Directional 800-

2500MHz, 3dBi. 156

Bảng B5 Đặc tính của Directional Source-Building Antenna 824 -2500MHz 240°,

4,5dBi. 156

Bảng B6 Đặc tính của Directed Dipole Antenna (for elevcator), Vpol 1710-

2170MHz 45° 14dBi. 157

Trang ix

Bảng B6 Đặc tính của các Slipter dùng trong hệ thống. 157

Bảng B7 Đặc tính của các Coupler. 158

Trang x

LIỆT KÊ HÌNH

Hình1.1 Thị phần của GSM chiếm đa số. ................................................................. 3

Hình 1.2 Phân cấp cấu trúc địa lý mạng GSM .......................................................... 3

Hình 1.3 Phân vùng và chia ô .................................................................................... 4

Hình 1.4 Mô hình hệ thống thông tin di động GSM ................................................ 6

Hình 1.6 Mô hình cấu trúc hệ thống UMTS. ........................................................... 16

Hình 1.7 Sơ đồ khối tổng quát của mạng thông tin di động thế hệ 3 WCDMA. .... 17

Hình 1.8 Cấu trúc lớp vật lý của hệ thống UMTS................................................... 20

Hình 1.9 Hƣớng phát triển mạng trong tƣơng lai. ................................................... 22

Hình 1.10 Mạng hội tụ băng rộng ............................................................................ 23

Hình 1.11 Mô hình BCN .......................................................................................... 24

Hình 1.12 Biểu đồ tăng trƣởng HSPA khu vực châu Á – Thái Bình Dƣơng .......... 25

(Nguồn Infoma & Media) ......................................................................................... 25

Hình 1.13 Phát triển mạng UMTS-HSPDA trong tƣơng lai. .................................. 26

Hình1.14 Dự báo sự phát triển của các thuê bao di động toàn cầu đến năm 2014 . 27

Hình 1.15 UMTS/HSPA vẫn là công nghệ chủ đạo trong họ 3G với 84% thị phần

(Nguồn: Informa & 3gamericas) ............................................................................... 27

Hình 2.1 Miền Fresnel thứ nhất. .............................................................................. 28

Hình 2.2 Đƣờng cong dự đoán suy hao. .................................................................. 31

Hình 2.3 Các tham số trong mô hình Walfish- Ikegami. ........................................ 34

Hình 2.4 : Truyền sóng vào tòa nhà ......................................................................... 41

Hình 2.5 Phân bố tích lũy của sự thay đổi tín hiệu tại tần số 900MHz trong tòa nhà

không có đƣờng truyền LOS. ( ): giá trị đo, (----): giá trị lý thuyết của phân bố

lognormal với độ lệch chuẩn 4dB. ............................................................................ 45

Hình 2.6 Mối quan hệ giữa suy hao xâm nhập và số tầng tòa nhà. ......................... 46

Hình 2.7 Suy hao khác nhau giữa môi trƣờng không gian tự do và tòa cao ốc. ...... 50

(Tài liệu tham khảo [5]) ............................................................................................ 50

Hình 2.8 Dạng trễ tín hiệu lan truyền trong một tòa nhà 6 tầng. ............................. 53

Hình 2.9 Phân bố tích lũy trễ lan truyền trong hai tòa nhà văn phòng. ................... 54

Hình 2.10 Ví dụ đơn giản về mô hình lan truyền sóng indoor. ............................... 57

Hình 2.11 Quá trình xử lý ảnh. ................................................................................ 58

Trang xi

Hình 2.12 (a) Điểm phản xạ P2 không tồn tại trên bức tƣờng 2. (b) Điểm phản xạ

P1 không tồn tại trên bức tƣờng 1. ............................................................................ 59

Hình 2.13 (c) Tồn tại cả hai điểm phản xạ, vì vậy đƣờng truyền đƣợc xác định. .... 61

(d) Máy thu không nằm trong miền mô phỏng. ........................................................ 61

Hình 3.1 Trƣờng bức xạ xung quanh anten. ............................................................. 64

Hình 3.2 Độ tăng ích của anten. .............................................................................. 66

Hình 3.3 Công suất bức xạ hiệu dụng của anten. ..................................................... 69

Hình 3.4 Độ tăng ích của anten isotropic so với anten dipole. ................................ 70

Hình 3.5 Tọa độ cực. ................................................................................................ 71

Hình 3.6 Hình dạng búp sóng bức xạ trên mặt phẳng ngang. ................................. 72

Hình 3.7 Hình dạng búp sóng bức xạ trên mặt phẳng đứng. ................................... 72

Hình 3.8 Hình dạng búp sóng bức xạ trong không gian 3 chiều. ............................ 73

Hình 3.9: Sự phân cực. ............................................................................................ 75

Hình 3.10 Một số cấu hình của anten thu phân tập không gian .............................. 77

Hình 3.11 Tín hiệu thu phân tập theo không gian. .................................................. 77

Hình 3.12 Thu phân tập theo cực tính. .................................................................... 78

Hình 4.1 Các thành phần chính của hệ thống IBC .................................................. 80

Hình 4.2 Vùng phủ trong tòa nhà từ một tế bào macro trong mạng BTS

outdoormacro ............................................................................................................ 80

Hình 4.3 Vùng phủ cho tòa nhà đƣợc cung cấp bởi trạm indoor dành riêng ........... 81

Hình 4.4 Giải pháp hệ thống anten phân phối cáp đồng thụ động. .......................... 82

Hình 4.5 Sơ đồ một hệ thống anten phân phối chủ động cho khu trƣờng sở ........... 83

Hình 4.6 Sơ đồ một hệ thống anten phân phối chủ động cho một toà nhà cao tầng

................................................................................................................................... 83

Hình 4.7 Sơ đồ hệ thống lai ghép ............................................................................ 84

Hình 4.8 Tòa nhà cao tầng ....................................................................................... 86

Hình 4.9 Tòa nhà công xƣởng ................................................................................. 87

Hình 4.10 Khu trƣờng học ....................................................................................... 88

Hình 4.11 Cấu trúc nhà ga sân bay ........................................................................... 89

Hình 4.12 BTS công suất thấp với bộ ghép thụ động. ............................................ 90

Hình 4.13 Xác suất nghẽn GoS .............................................................................. 92

Hình 4.14 Sự lan truyền sóng trong nhà. .................................................................. 96

Trang xii

Hình 4.15 Suy hao trong tòa văn phòng có mật độ ngƣời dùng cao. ...................... 99

Hình 4.16 Quá trình handover trong indoor .......................................................... 101

Hình 4.17 Quá trình handover trong tòa nhà. ......................................................... 103

Hình 4.18 Chuyển giao giữa các hệ thống GSM và UMTS WCDMA. ................ 104

Hình 4.19 Thủ tục chuyển giao giữa các hệ thống. ................................................ 104

Hình 4.20 Anten omni 3600 3dBi. .......................................................................... 105

Hình 4.21 Các loại slipter dùng trong IBC ............................................................ 105

Hình 4.22 Suy hao của Slipter 1:3 ......................................................................... 106

Hình 4.23 Coupler chia tín hiệu ra các anten có công suất 3.5 – 5dBm ............... 106

Hình 4.24 Vị trí của POI trong hệ thống IBC ....................................................... 107

Hình 4.25 Các tần số đƣợc kết hợp vào bộ POI. ................................................... 107

Hình 4.26 Phối cảnh tòa nhà V-Star ...................................................................... 108

Hình 4.27 Tín hiệu yếu tại các tầng thấp ................................................................ 116

Hình 4.28 Mức thu đƣợc khảo sát của tòa nhà. ..................................................... 117

Hình 4.29 Handover liên tục xảy ra tại các tầng cao của toà nhà. ........................ 118

Hình 4.30 Chất lƣợng thu của tòa nhà. .................................................................. 118

Hình 4.31 Chỉ số SQI thấp. .................................................................................. 119

Hình 4.32 Chỉ số C/I thấp khi xảy ra handover. .................................................... 119

Hình 4.33 Anten Omni đƣợc gắn ở tầng hầm. ...................................................... 124

Hình 4.34 Anten Omni đƣợc gắn trên trần giả. ..................................................... 125

Hình 4.35 Bố trí anten Panel trên đỉnh tòa nhà rồi hƣớng đến thang máy. ............ 126

Hình 4.36 Sơ đồ thiết kế hệ thống của IBC thụ động của tòa nhà. ....................... 127

Hình A1 Sơ đồ nguyên lý bố trí anten tòa nhà V-star. .......................................... 133

Hình A2 Bố trí anten mặt bằng tầng hầm .............................................................. 133

Hình A3 Kết quả sau khi phủ sóng tầng hầm ......................................................... 133

Hình A4 Kiểm tra tín hiệu sau khi phủ sóng tầng hầm. ......................................... 134

Hình A5 Bố trí anten mặt bằng tầng trệt ............................................................... 134

Hình A6 Kết quả phủ sóng tầng trệt ....................................................................... 135

Hình A7 Kết quả kiểm tra sau khi phủ sóng tầng trệt. .......................................... 135

Hình A8 Bố trí anten mặt bằng tầng 2-15 Block A ................................................ 136

Hình A9 Kết quả kiểm tra sau khi phủ sóng tầng 2-15 Block A ............................ 137

Hình A10 Kết quả phủ sóng tầng 2-15 Block A .................................................... 138

Trang xiii

Hình A11 Sóng đứng anten 1-tầng 1 ...................................................................... 139





Hình B1 Mặt trƣớc bộ POI ..................................................................................... 153

Hình B2 Sơ đồ nguyên lý bộ POI. ......................................................................... 154

Hình B3 Nguyên lý bộ 3dB Hybrid. ....................................................................... 154

Hình B4 Nguyên lý bộ Combiner 2 ....................................................................... 154

Hình B5 Nguyên lý bộ Coupler. ............................................................................. 155

Hình B6 Slipter dùng trong hệ thống. .................................................................... 157

Hình B7 Coupler 5dB. ............................................................................................ 158

Hình B8 RBS 2206. ................................................................................................ 159

Trang xiv

BẢNG TRA CỨU TỪ VIẾT TẮT

A

AMPS Advanced Mobile Phone

System

Hệ thống điện thoại di

động tiên tiến

ARIB Association Of Radio

Industries And Business

Liên hiệp công nghiệp và

kinh doanh vô tuyến

B

BCCH Broadcast Control

Channel

Kênh quảng bá điều

khiển.

BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá

BER Bit Error Ratio Tỷ số bit lỗi

BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc

BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc

BTS Base Tranceiver Station Trạm vô tuyến gốc

BSIC Base Station

Indentifization Code Mã nhận dạng trạm gốc

BCN Broadband Convergence

Network Mạng hội tụ băng rộng

BLER Block Error Rate Tốc độ lỗi khối

C

CCCH Common Control

Channel Kênh điều khiển chung

CDMA Code Division Multiple

Access Đa truy cập chia theo mã

C/I Carrier to Interference

Ratio

Tỷ số sóng mang trên

nhiễu

CPICH Common Pilot Chanel Kênh hoa tiêu chung

CS Circuit Switch Chuyển mạch kênh

CSPDN Circuit Switched Public Mạng số liệu chuyển

Trang xv

Data Network mạch kênh công cộng

CS-ACELP

Conjugate Structure

Algebraic Code Excited

Linear Pradiction

Dự báo tuyến tính kích

thích theo mã đại số cấu

trúc phức hợp

D

DCCH Dedicated Control

Channel

Kênh điều khiển dành

riêng

DPCCH Dedicated Physical

Control Chanel

Kênh điều khiển vật lý

riêng

DAS Distributed Antenna

System

Hệ thống phân phối anten

E

EIRP Equivalent Isotropically

Radiated Power

Công suất phát xạ đẳng

hƣớng

F

FACCH Fast Associated Control

Channel

Kênh điều khiển liên kết

nhanh

FACH Forward Access Chanel Kênh truy nhập đƣờng

xuống

FCCH Frequency Correction

Channel Kênh hiệu chỉnh tần số

FDD Frequency Division

Duplex

Ghép kênh song công

phân chia theo tần số

FDMA Frequence Division

Multiple Access

Đa truy cập phân chia

theo tần số

G

GOS Grade Of Service Cấp độ phục vụ

GSM Global System for

Mobile Communication

Thông tin di động toàn

cầu

GPRS General Packet Radio

Services

Dịch vụ vô tuyến gói

chung

Trang xvi

GMSC Gateway Mobile Service

Switching Center

Trung tâm chuyển mạch

di động định hƣớng

GGSN Gateway GPRS support

Node Node hỗ trợ GPRS cổng

GPS Global Positioning

System Hệ thống định vị toàn cầu

H

Handover Chuyển giao

HLR Home Location Register Bộ nhớ thƣờng trú

I

IMT-2000 International Mobile

Telecommunication

Tiêu chuẩn thông tin di

động toàn cầu

IMSI International Mobile

Subscriber Identity

Số nhận dạng thuê bao di

di động quốc tế

ISDN Integrated Servive Digital

Network Mạng số đa dịch vụ

IBC Inbuilding Coverage Phủ sóng trong tòa nhà

IBS Inbuilding Solution Giải pháp phủ sóng tòa

nhà

L

LAC Link Access Control Điều khiển truy nhập liên

kết

LAI Location Area Indentify Nhận dạng vùng vị trí

LA Location Area Vùng định vị

M

MS Mobile Station Trạm di động

MSC Mobile Service

Switching Center Tổng đài di động

ME Mobile Equipment Thiết bị di động

MCC Mobile Country Code Mã quốc gia

MNC Mobile Network Code Mã dạng di động

Trang xvii

N

NAS Non-Access Stratum Tầng không truy nhập

Node B Là nút logic kết cuối giao

diện IuB với RNC

NSS Network and Switching

Subsystem Hệ thống chuyển mạch

O

OM Operation and

Management Khai thác và bảo dƣỡng

OCQPSK

Orthogonal complex

quadrature Phase Shift

Keying

Khóa chuyển pha vuông

góc trực giao

P

PCCH Paging Control Chanel Kênh điều khiển tìm gọi

PCH Paging Channel Kênh nhắn tin

PCS Personal Communication

Services Dịch vụ thông tin cá nhân

PLMN Public Land Mobile

Network

Mạng di động mặt đất

công cộng

PSTN Public Switched

Telephone Network

Mạng chuyển mạch thoại

công cộng

PRACH Physical Random Access

Channel

Kênh truy cập ngẫu nhiên

vật lý

Q

QxLevel RF Signal Quality Chất lƣợng thu

R

RACH Random Access Channel Kênh truy cập ngẫu nhiên

RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô

tuyến

RxLevel RF Signal Level Mức thu tín hiệu

RSSI Receive Signal Strength Biểu thị tín hiệu thu

Trang xviii

Indication

RSCP Received Signal Code

Power

Công suất mã tín hiệu

nhận

S

SCH Synchronization Channel Kênh đồng bộ

SS Switching Subsystem Phân hệ chuyển mạch

SGSN Servicing GPRS Support

Node Node hỗ trợ GPRS

SQI Speech Quality Index Chất lƣợng thoại

T

TACH Traffic and Associated

Channel

Kênh lƣu lƣợng và liên

kết

TCH Traffic Channel Kênh lƣu lƣợng

TDMA Time Division Multiple

Access

Đa truy cập phân chia

theo thời gian

TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia

thời gian

U

UTRAN Universal Terrestrial

Radio Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến

mặt đất toàn cầu

UMTS

Universal Mobile

Telecommunnication

System

Hệ thống thông tin di

động chung

W

WCDMA Wideband Code

Division Multiplex Đa truy cập chia theo mã

WDM Wavelength Devision

Multiplexing

Ghép kênh phân chia

bƣớc sóng

Trang xix

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... I

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI ............................................................................ III

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN .............................................. IV

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN .................................................. V

LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................... VI

LIỆT KÊ BẢNG .................................................................................................VIII

LIỆT KÊ HÌNH .................................................................................................... X

BẢNG TRA CỨU TỪ VIẾT TẮT .................................................................... XIV

MỤC LỤC .......................................................................................................... XIX

CHƢƠNG 1 ............................................................................................................ 1

HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM VÀ WCDMA ................................ 1

1 .1 Giới thiệu về mạng GSM. .......................................................................... 1

1.1.1 Lịch sử phát triển mạng GSM. .................................................................... 2

1.1.2 Cấu trúc địa lý của mạng .............................................................................. 3

1.1.2.1 Vùng phục vụ PLMN (Public Land Mobile Network). ............................ 4

1.1.2.2 Vùng phục vụ MSC. .................................................................................. 4

1.1.2.3 Vùng định vị (LA - Location Area). .......................................................... 5

1.1.3 Hệ thống GSM. ................................................................................................ 5

1.1.3.1 Trạm di động (MS – Mobile station). ........................................................ 7

1.1.3.2 Phân hệ trạm gốc (BSS Base Station Subsystem). .................................... 7

1.1.3.4 Phân hệ chuyển mạch (SS – Switching Subsystem). ................................ 9

1.1.3.5 Phân hệ khai thác và bảo dƣỡng (OSS). .................................................. 12

1.2 Hệ thống thông tin di động WCDMA. ...................................................... 14

1.2.1 Giới thiệu công nghệ W CDMA. .................................................................. 14

1.2.2 Các loại lƣu lƣợng và dịch vụ đƣợc WCDMA UMTS hỗ trợ. ................. 14

1.2.3 Mô hình cấu trúc mạng WCDMA . ............................................................ 16

1.2.3.1 UE (User Equipment). ............................................................................ 17

1.2.3.2 UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network). .............................. 18

1.2.3.3 CN (Core Network). ............................................................................... 18

1.2.3.4 Các mạng ngoài. ..................................................................................... 19

Trang xx

1.2.3.5 Các giao diện vô tuyến. ........................................................................... 19

1.2.4 Cấu trúc phân lớp của WCDMA. ................................................................ 19

1.2.5 Các thông số lớp vật lí. ................................................................................ 20

1.3 Xu hướng phát triển các mạng di động trong tương lai. .......................... 21

1.3.1 Xu hƣớng phát triển của mạng viễn thông. ............................................... 21

1.3.1.1 Mạng NGN. ............................................................................................. 22

1.3.1.2 Mạng BCN (Broadband Convergence Network). .................................... 23

1.3.2 HSPA tiếp tục là công nghệ băng rộng di động chủ đạo . ........................ 24

1.3.3 Công nghệ 3G chiếm thị phần. ................................................................... 26

CHƢƠNG 2 ......................................................................................................... 28

CÁC MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG ..................................................................... 28

2.1 Đặc điểm truyền sóng trong không gian tự do. ......................................... 28

2.2 Mô hình Okumura: .................................................................................... 29

2.3 Mô hình COST231 – Walfish – Ikegami. ................................................. 31

2.4 Mô hình Motley & Keenan: ....................................................................... 34

2.5 Các đặc tính phading, phương pháp kỹ thuật hạn chế phading: ............ 36

2.5.1 Các tính chất quan trọng của kênh phading. ........................................... 36

2.5.1.1 Sự biến động về pha và biên độ. ............................................................. 36

2.5.1.2 Phading nhanh và chậm. ......................................................................... 36

2.5.1.3 Phading phẳng và phading chọn tần. ...................................................... 37

2.5.2 Mô hình kênh phading phẳng. .................................................................... 37

2.5.2.1 Phading nhiều tia. ................................................................................... 38

2.5.2.2 Hiệu ứng che khuất hàm log. .................................................................. 39

2.5.2.3 Phading nhiều tia, che khuất kết hợp. ..................................................... 39

2.5.3 Mô hình kênh phading chọn tần. ................................................................. 39

2.6 Các mô hình thực nghiệm. ......................................................................... 41

2.6.1 Truyền sóng bên ngoài vào trong tòa nhà. ................................................. 41

2.6.2 Truyền sóng bên trong tòa nhà. .................................................................. 47

2.6.2.1 Đặc tính lan truyền. .................................................................................. 48

2.6.2.2 Nghiên cứu lan truyền sóng với hệ thống băng rộng. ............................. 53

2.7 Mô hình giải tích truyền sóng trong nhà (Ray tracing). .......................... 55

CHƢƠNG 3 ......................................................................................................... 63

CÁC HỆ THỐNG ANTEN ................................................................................. 63

Trang xxi

3.1 Giới thiệu tổng quan về anten, hệ thống anten: ........................................ 63

3.2 Các thuộc tính quan trọng của anten. ....................................................... 65

3.2.1 Hệ số tăng ích và hệ số định hƣớng của anten. ......................................... 65

3.2.2 Công suất bức xạ hiệu dụng ERP và EIRP ................................................ 68

3.2.3 Hình dạng búp sóng. ..................................................................................... 70

3.2.4 Trở kháng và hệ số sóng đứng. .................................................................... 73

3.2.5 Các tham số khác. ........................................................................................ 74

3.3 Kỹ thuật hạn chế phading. ......................................................................... 75

3.3.1 Thu phân tập theo không gian. .................................................................... 76

3.3.2 Phân tập theo cực tính. ................................................................................. 77

CHƢƠNG 4 .......................................................................................................... 79

HỆ THỐNG PHỦ SÓNG TÍN HIỆU BÊN TRONG TÕA CAO ỐC............... 79

4.1 Đặt vấn đề: .................................................................................................. 79

4.2 Tổng quan giải pháp IBC cho tòa nhà cao tầng: ...................................... 79

4.2.1 Nguồn tín hiệu để phủ sóng cho indoor có thể dùng: ................................ 80

4.2.2 Hệ thống phân phối tín hiệu : ..................................................................... 82

4.3 Các bước thiết kế hệ thống IBC cho tòa nhà: ........................................... 84

4.3.1 Khảo sát và nhận dạng địa hình tòa nhà cần phủ sóng. ........................... 84

4.3.1.1 Mục tiêu. .................................................................................................. 84

4.3.1.2 Khảo sát tòa nhà. ...................................................................................... 85

4.3.2 Khảo sát trạm thu phát gốc và tín hiệu bên trong tòa nhà. ..................... 89

4.3.2.1 Cấu trúc BTS dùng trong indoor. ............................................................ 89

4.3.2.2 Lƣu lƣợng của hệ thống. .......................................................................... 91

4.3.2.4 Khảo sát tín hiệu bên trong tòa nhà. ....................................................... 93

4.3.3 Các thông số cần thiết để lập kế hoạch vị trí. ............................................ 93

4.3.3.1 Các tham số về tòa nhà. ........................................................................... 93

4.3.3.2 Các tham số lập kế hoạch. ...................................................................... 94

4.3.4 Thiết kế, lắp đặt và cấu hình thiết bị cho hệ thống. .................................. 95

4.3.4.1 Thiết kế tổng quan: ................................................................................. 95

4.3.4.2 Tính Link-Budget cho tòa nhà. ............................................................... 96

4.3.4.3 Các thông số khác trong mạng UMTS WCDMA. ................................ 100

4.3.4.4 Chuyển giao xuất hiện giữa hệ thống IBC với các hệ thống khác. ........ 101

4.3.4.5 Các thiết bị dùng trong hệ thống DAS. ................................................. 105

4.4 Thiết kế hoàn chỉnh hệ thống IBC cho tòa cao ốc: ............................... 108

Trang xxii

4.4.1 Thiết kế hệ thống IBC cho tòa nhà V-Star. ............................................. 108

4.4.2 Trạm thu phát gốc và tín hiệu bên trong tòa nhà V-Star. ..................... 109

4.4.2.1 Khảo sát trạm thu phát gốc và dung lƣợng: ........................................... 109

4.4.2.2 Nội dung khảo sát tín hiệu: .................................................................... 112

4.4.2.3 Kết quả khảo sát tín hiệu: ..................................................................... 113

4.4.3 Thiết kế, lắp đặt và cấu hình thiết bị cho hệ thống. ................................ 120

4.4.3.1 Tính Link Budget: ................................................................................. 120

4.3.3.2 Lựa chọn nguồn tín hiệu: ...................................................................... 121

4.3.3.3 Hệ thống cấp nguồn, tiếp đất: ................................................................ 122

4.3.3.4 Hệ thống cáp feeder và các bộ chia tín hiệu: ......................................... 123

4.3.3.5 Hệ thống anten trong toà nhà Block A và Block B: .............................. 123

4.4.4 Bản vẽ thiết kế hệ thống IBC của tòa nhà V-Star. .................................. 127

4.4.5 Kiểm tra chất lƣợng tín hiệu khi hệ thống IBC đi vào hoạt động. ........ 127

4.4.5.1 Đo mức tín hiệu trong tòa nhà. ............................................................. 127

4.4.5.2 Kiểm tra chất lƣợng phủ sóng trong thang máy.................................... 128

4.4.5.3 Đo chất lƣợng thoại (SQI) và chất lƣợng thu (RxQual). ...................... 128

4.4.5.4 Đánh giá về tỉ lệ thiết lập cuộc gọi và chuyển giao. ............................. 129

4.4.5.5 Kiểm tra hệ thống anten, feeder. ........................................................... 130

4.4.5.6 Kết quả kiểm tra chi tiết vùng phủ sóng các tầng. ................................ 130

CHƢƠNG 5 ........................................................................................................ 131

KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI. ......................................... 131

5.1 Kết luận: ................................................................................................... 131

5.2 Hướng phát triển đề tài: .......................................................................... 131

PHỤ LỤC A: BẢN VẼ BỐ TRÍ ANTEN CỦA TÕA NHÀ. ............................ 133

PHỤ LỤC B: BẢNG LIỆT KÊ CÁC THÔNG SỐ THIẾT BỊ. ...................... 152

PHẦN B

NỘI DUNG

Đồ án tốt nghiệp Trang 1

Chƣơng 1: Hệ thống thông tin di động GSM và WCDMA.

CHƢƠNG 1

HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM VÀ WCDMA

1 .1 Giới thiệu về mạng GSM.

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

Communications; viết tắt GSM) là một công nghệ dùng cho mạng thông tin di

động. Dịch vụ GSM đƣợc sử dụng trên hơn 2 tỷ ngƣời trên 212 quốc gia và vùng

lãnh thổ. Các mạng thông tin di động GSM cho phép có thể liên lạc với nhau do đó

những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau ở có thể sử dụng

đƣợc nhiều nơi trên thế giới.

GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động (ĐTDĐ) trên thế giới.

Khả năng phú sóng rộng khắp nơi của chuẩn GSM làm cho nó trở nên phổ biến trên

thế giới, cho phép ngƣời sử dụng có thể sử dụng ĐTDĐ của họ ở nhiều vùng trên

thế giới. GSM khác với các chuẩn tiền thân của nó về cả tín hiệu và tốc độ, chất

lƣợng cuộc gọi. Nó đƣợc xem nhƣ là một hệ thống ĐTDĐ thế hệ thứ hai (second

generation, 2G). GSM là một chuẩn mở, hiện tại nó đƣợc phát triển bởi 3rd

Generation Partnership Project (3GPP).

Đứng về phía quan điểm khách hàng, lợi thế chính của GSM là chất lƣợng

cuộc gọi tốt hơn, giá thành thấp và dịch vụ tin nhắn. Thuận lợi đối với nhà điều

hành mạng là khả năng triển khai thiết bị từ nhiều ngƣời cung ứng. GSM cho phép

nhà điều hành mạng có thể kết hợp chuyển vùng với nhau do vậy mà ngƣời sử dụng

có thể sử dụng điện thoại của họ ở khắp nơi trên thế giới.

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=M%E1%BA%A1ng_th%C3%B4ng_tin_di_%C4%91%E1%BB%99ng&action=edit

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=M%E1%BA%A1ng_th%C3%B4ng_tin_di_%C4%91%E1%BB%99ng&action=edit



1.1.1 Lịch sử phát triển mạng GSM.

Những năm đầu 1980, hệ thống viễn thông tế bào trên thế giới đang phát

triển mạnh mẽ đặc biệt là ở Châu Âu mà không đƣợc chuẩn hóa về các chỉ tiêu kỹ

thuật. Điều này đã thúc giục Liên minh Châu Âu về Bƣu chính viễn thông CEPT

(Conference of European Posts and Telecommunications) thành lập nhóm đặc trách

về di động GSM với nhiệm vụ phát triển một chuẩn thống nhất cho hệ thống thông

tin di động để có thể sử dụng trên toàn Châu Âu.

Ngày 27 tháng 3 năm 1991, cuộc gọi đầu tiên sử dụng công nghệ GSM đƣợc

thực hiện bởi mạng Radiolinja ở Phần Lan (mạng di động GSM đầu tiên trên thế

giới).

Năm 1989, Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ETSI (European

Telecommunications Standards Institute) quy định chuẩn GSM là một tiêu chuẩn

chung cho mạng thông tin di động toàn Châu Âu, và năm 1990 chỉ tiêu kỹ thuật

GSM phase I (giai đoạn I) đƣợc công bố.

Năm 1992, Telstra Australia là mạng đầu tiên ngoài Châu Âu ký vào biên

bản ghi nhớ GSM MoU (Memorandum of Understanding). Cũng trong năm này,

thỏa thuận chuyển vùng quốc tế đầu tiên đƣợc ký kết giữa hai mạng Finland

Telecom của Phần Lan và Vodafone của Anh. Tin nhắn SMS đầu tiên cũng đƣợc

gửi đi trong năm 1992.

Những năm sau đó, hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM phát triển một

cách mạnh mẽ, cùng với sự gia tăng nhanh chóng của các nhà điều hành, các mạng

di động mới, thì số lƣợng các thuê bao cũng gia tăng một cách chóng mặt.

Năm 1996, số thành viên GSM MoU đã lên tới 200 nhà điều hành từ gần 100

quốc gia. 167 mạng hoạt động trên 94 quốc gia với số thuê bao đạt 50 triệu.

Năm 2000, GPRS đƣợc ứng dụng. Năm 2001, mạng 3GSM (UMTS) đƣợc đi

vào hoạt động, số thuê bao GSM đã vƣợt quá 500 triệu. Năm 2003, mạng EDGE đi

vào hoạt động.

Năm 2006 số thuê bao di động GSM đã lên tới con số 2 tỉ với trên 700 nhà

điều hành, chiếm gần 80% thị phần thông tin di động trên thế giới. Theo dự đoán

của GSM Association, năm 2007 số thuê bao GSM sẽ đạt 2,5 tỉ



Hình1.1 Thị phần của GSM chiếm đa số.

1.1.2 Cấu trúc địa lý của mạng

Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định để định tuyến các cuộc gọi

đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi. Ở một mạng di động, cấu

trúc này rất quan trọng do tính lƣu thông của các thuê bao trong mạng. Trong hệ

thống GSM, mạng đƣợc phân chia thành các phân vùng sau.

Hình 1.2 Phân cấp cấu trúc địa lý mạng GSM



Hình 1.3 Phân vùng và chia ô

1.1.2.1 Vùng phục vụ PLMN (Public Land Mobile Network).

Vùng phục vụ GSM là toàn bộ vùng phục vụ do sự kết hợp của các quốc gia

thành viên nên những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau ở

có thể sử dụng đƣợc nhiều nơi trên thế giới.

Phân cấp tiếp theo là vùng phục vụ PLMN, đó có thể là một hay nhiều vùng

trong một quốc gia tùy theo kích thƣớc của vùng phục vụ.

Kết nối các đƣờng truyền giữa mạng di động GSM/PLMN và các mạng khác

(cố định hay di động) đều ở mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế. Tất cả các

cuộc gọi vào hay ra mạng GSM/PLMN đều đƣợc định tuyến thông qua tổng đài vô

tuyến cổng G-MSC (Gateway - Mobile Service Switching Center). G-MSC làm

việc nhƣ một tổng đài trung kế vào cho GSM/PLMN.

1.1.2.2 Vùng phục vụ MSC.

MSC (Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động, gọi tắt là tổng đài di

động). Vùng MSC là một bộ phận của mạng đƣợc một MSC quản lý. Để định tuyến

một cuộc gọi đến một thuê bao di động. Mọi thông tin để định tuyến cuộc gọi tới



thuê bao di động hiện đang trong vùng phục vụ của MSC đƣợc lƣu giữ trong bộ ghi

định vị tạm trú VLR.

Một vùng mạng GSM/PLMN đƣợc chia thành một hay nhiều vùng phục vụ

MSC/VLR.

1.1.2.3 Vùng định vị (LA - Location Area).

Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR đƣợc chia thành một số vùng định vị LA.

Vùng định vị là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR, mà ở đó một trạm di động

có thể chuyển động tự do mà không cần cập nhật thông tin về vị trí cho tổng đài

MSC/VLR điều khiển vùng định vị này. Vùng định vị này là một vùng mà ở đó

thông báo tìm gọi sẽ đƣợc phát quảng bá để tìm một thuê bao di động bị gọi. Vùng

định vị LA đƣợc hệ thống sử dụng để tìm một thuê bao đang ở trạng thái hoạt động.

Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử dụng nhận dạng vùng

định vị LAI (Location Area Identity):

LAI = MCC + MNC + LAC

MCC (Mobile Country Code): mã quốc gia

MNC (Mobile Network Code): mã mạng di động

LAC (Location Area Code) : mã vùng định vị (16 bit)

Cell (Tế bào hay ô)

Vùng định vị đƣợc chia thành một số ô mà khi MS di chuyển trong đó thì

không cần cập nhật thông tin về vị trí với mạng. Cell là đơn vị cơ sở của mạng, là

một vùng phủ sóng vô tuyến đƣợc nhận dạng bằng nhận dạng ô toàn cầu (CGI).

Mỗi ô đƣợc quản lý bởi một trạm vô tuyến gốc BTS.

CGI = MCC + MNC + LAC + CI

CI (Cell Identity): Nhận dạng ô để xác định vị trí trong vùng định vị.

Trạm di động MS tự nhận dạng một ô bằng cách sử dụng mã nhận dạng trạm

gốc BSIC (Base Station Identification Code).

1.1.3 Hệ thống GSM.



Hình 1.4 Mô hình hệ thống thông tin di động GSM

Các ký hiệu:

OSS : Phân hệ khai thác và hỗ trợ BTS : Trạm vô tuyến gốc

AUC : Trung tâm nhận thực MS : Trạm di động

HLR : Bộ ghi định vị thƣờng trú ISDN : Mạng số liên kết đa dịch vụ

MSC : Tổng đài di động PSTN (Public Switched Telephone Network):

BSS : Phân hệ trạm gốc Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng

BSC : Bộ điều khiển trạm gốc PSPDN : Mạng chuyển mạch gói công cộng

OMC : Trung tâm khai thác và bảo dƣỡng CSPDN (Circuit Switched Public Data Network):

SS : Phân hệ chuyển mạch Mạng số liệu chuyển mạch kênh công cộng

VLR : Bộ ghi định vị tạm trú PLMN : Mạng di động mặt đất công cộng

EIR : Thanh ghi nhận dạng thiết bị



Các thành phần chức năng trong hệ thống:

Mạng thông tin di động công cộng mặt đất PLMN (Public Land Mobile Network)

theo chuẩn GSM đƣợc chia thành 4 phân hệ chính sau:

Trạm di động MS (Mobile Station)

Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem)

Phân hệ chuyển mạch SS (Switching Subsystem)

Phân hệ khai thác và hỗ trợ (Operation and Support Subsystem)

1.1.3.1 Trạm di động (MS – Mobile station).

Trạm di động (MS) bao gồm thiết bị trạm di động ME (Mobile Equipment)

và một khối nhỏ gọi là mođun nhận dạng thuê bao (SIM-Subscriber Identity

Module). Đó là một khối vật lý tách riêng, chẳng hạn là một IC Card hoặc còn gọi

là card thông minh. SIM cùng với thiết bị trạm (ME-Mobile Equipment) hợp thành

trạm di động MS. SIM cung cấp khả năng di động cá nhân, vì thế ngƣời sử dụng có

thể lắp SIM vào bất cứ máy điện thoại di động GSM nào truy nhập vào dịch vụ đã

đăng ký. Mỗi điện thoại di động đƣợc phân biệt bởi một số nhận dạng điện thoại di

động IMEI (International Mobile Equipment Identity). Card SIM chứa một số nhận

dạng thuê bao di động IMSI (International Subcriber Identity) để hệ thống nhận

dạng thuê bao, một mật mã để xác thực và các thông tin khác. IMEI và IMSI hoàn

toàn độc lập với nhau để đảm bảo tính di động cá nhân. Card SIM có thể chống việc

sử dụng trái phép bằng mật khẩu hoặc số nhận dạng cá nhân (PIN).

Trạm di động ở GSM thực hiện hai chức năng:

Thiết bị vật lý để giao tiếp giữa thuê bao di động với mạng qua đƣờng vô tuyến.

Đăng ký thuê bao, ở chức năng thứ hai này mỗi thuê bao phải có một thẻ gọi là

SIM card. Trừ một số trƣờng hợp đặc biệt nhƣ gọi cấp cứu… thuê bao chỉ có thể

truy nhập vào hệ thống khi cắm thẻ này vào máy.

1.1.3.2 Phân hệ trạm gốc (BSS Base Station Subsystem).

BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động MS bằng thiết bị BTS thông

qua giao diện vô tuyến. Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài ở phân

hệ chuyển mạch SS. Tóm lại, BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài và nhờ

vậy đấu nối những ngƣời sử dụng các trạm di động với những ngƣời sử dụng viễn



thông khác. BSS cũng phải đƣợc điều khiển, do đó nó đƣợc đấu nối với phân hệ vận

hành và bảo dƣỡng OSS. Phân hệ trạm gốc BSS bao gồm:

TRAU (Transcoding and Rate Adapter Unit): Bộ chuyển đổi mã và

phối hợp tốc độ.

BSC (Base Station Controler): Bộ điều khiển trạm gốc.

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

Khối TRAU (Transcode/ Rate Adapter Unit):

Khối thích ứng và chuyển đổi mã thực hiện chuyển đổi mã thông tin từ các

kênh vô tuyến (16 Kb/s) theo tiêu chuẩn GSM thành các kênh thoại chuẩn (64 Kb/s)

trƣớc khi chuyển đến tổng đài. TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải

mã tiếng đặc thù riêng cho GSM đƣợc tiến hành, tại đây cũng thực hiện thích ứng

tốc độ trong trƣờng hợp truyền số liệu. TRAU là một bộ phận của BTS, nhƣng cũng

có thể đƣợc đặt cách xa BTS và thậm chí còn đặt trong BSC và MSC.

Khối BTS (Base Tranceiver Station) :

Một BTS bao gồm các thiết bị thu /phát tín hiệu sóng vô tuyến, anten và bộ

phận mã hóa và giải mã giao tiếp với BSC. BTS là thiết bị trung gian giữa mạng

GSM và thiết bị thuê bao MS, trao đổi thông tin với MS qua giao diện vô tuyến.

Mỗi BTS tạo ra một hay một số khu vực vùng phủ sóng nhất định gọi là tế bào

(cell).

Khối BSC (Base Station Controller) .

BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều

khiển từ xa. Các lệnh này chủ yếu là lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và

chuyển giao. Một phía BSC đƣợc nối với BTS, còn phía kia nối với MSC của phân

hệ chuyển mạch SS. Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa

BTS và BSC là giao diện A.bis.

Các chức năng chính của BSC :

Quản lý mạng vô tuyến: Việc quản lý vô tuyến chính là quản lý các

cell và các kênh logic của chúng. Các số liệu quản lý đều đƣợc đƣa về

BSC để đo đạc và xử lý, chẳng hạn nhƣ lƣu lƣợng thông tin ở một

cell, môi trƣờng vô tuyến, số lƣợng cuộc gọi bị mất, các lần chuyển

giao thành công và thất bại...



Quản lý trạm vô tuyến gốc BTS: Trƣớc khi đƣa vào khai thác, BSC

lập cấu hình của BTS ( số máy thu/phát TRX, tần số cho mỗi trạm... ).

Nhờ đó mà BSC có sẵn một tập các kênh vô tuyến dành cho điều

khiển và nối thông cuộc gọi.

Điều khiển nối thông các cuộc gọi: BSC chịu trách nhiệm thiết lập và

giải phóng các đấu nối tới máy di động MS. Trong quá trình gọi, sự

đấu nối đƣợc BSC giám sát. Cƣờng độ tín hiệu, chất lƣợng cuộc đấu

nối đƣợc ở máy di động và TRX gửi đến BSC. Dựa vào đó mà BSC sẽ

quyết định công suất phát tốt nhất của MS và TRX để giảm nhiễu và

tăng chất lƣợng cuộc đấu nối. BSC cũng điều khiển quá trình chuyển

giao nhờ các kết quả đo kể trên để quyết định chuyển giao MS sang

cell khác, nhằm đạt đƣợc chất lƣợng cuộc gọi tốt hơn. Trong trƣờng

hợp chuyển giao sang cell của một BSC khác thì nó phải nhờ sự trợ

giúp của MSC. Bên cạnh đó, BSC cũng có thể điều khiển chuyển giao

giữa các kênh trong một cell hoặc từ cell này sang kênh của cell khác

trong trƣờng hợp cell này bị nghẽn nhiều.

Quản lý mạng truyền dẫn: BSC có chức năng quản lý cấu hình các

đƣờng truyền dẫn tới MSC và BTS để đảm bảo chất lƣợng thông tin.

Trong trƣờng hợp có sự cố một tuyến nào đó, nó sẽ tự động điều

khiển tới một tuyến dự phòng.

1.1.3.4 Phân hệ chuyển mạch (SS – Switching Subsystem).

Phân hệ chuyển mạch bao gồm các khối chức năng sau:

Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động MSC

Thanh ghi định vị thƣờng trú HLR

Thanh ghi định vị tạm trú VLR

Trung tâm nhận thực AuC

Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR

Phân hệ chuyển mạch (SS) bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của

mạng GSM cũng nhƣ các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di

động của thuê bao. Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những ngƣời

sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác.



Trung tâm chuyển mạch di động MSC:

Tổng đài di động MSC (Mobile services Switching Center) thƣờng là một

tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC. MSC

thực hiện các chức năng chuyển mạch chính, nhiệm vụ chính của MSC là tạo kết

nối và xử lý cuộc gọi đến những thuê bao của GSM, một mặt MSC giao tiếp với

phân hệ BSS và mặt khác giao tiếp với mạng ngoài qua tổng đài cổng GMSC

(Gateway MSC).

Chức năng chính của tổng đài MSC:

Xử lý cuộc gọi (Call Processing)

Điều khiển chuyển giao (Handover Control)

Quản lý di động (Mobility Management)

Tƣơng tác mạng IWF(Interworking Function): qua GMSC

Hình 1.5 : Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC

(1): Khi chủ gọi quay số thuê bao di động bị gọi, số mạng dịch vụ số liên kết

của thuê bao di động, sẽ có hai trƣờng hợp xảy ra :

(1.a) – Nếu cuộc gọi khởi đầu từ mạng cố định PSTN thì tổng đài sau

khi phân tích số thoại sẽ biết đây là cuộc gọi cho một thuê bao di

động. Cuộc gọi sẽ đƣợc định tuyến đến tổng đài cổng GMSC gần

nhất.

(1.b) – Nếu cuộc gọi khởi đầu từ trạm di động, MSC phụ trách ô mà

trạm di động trực thuộc sẽ nhận đƣợc bản tin thiết lập cuộc gọi từ MS

thông qua BTS có chứa số thoại của thuê bao di động bị gọi.



(2): MSC (hay GMSC) sẽ phân tích số MSISDN (The Mobile Station ISDN)

của thuê bao bị gọi để tìm ra HLR nơi MS đăng ký.

(3):MSC (hay GMSC) sẽ hỏi HLR thông tin để có thể định tuyến đến

MSC/VLR quản lý MS.

(4):HLR sẽ trả lời, khi đó MSC (hay GMSC) này có thể định tuyến lại cuộc

gọi đến MSC cần thiết. Khi cuộc gọi đến MSC này, VLR sẽ biết chi tiết hơn về vị

trí của MS. Nhƣ vậy có thể nối thông một cuộc gọi ở mạng GSM, đó là chức năng

xử lý cuộc gọi của MSC.

Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm

truyền dẫn của mạng GSM với các mạng này. Các thích ứng này gọi là chức năng

tƣơng tác IWF (Inter Networking Function). IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng

giao thức và truyền dẫn. IWF có thể thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có

thể ở thiết bị riêng, ở trƣờng hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF đƣợc để mở.

Bộ ghi định vị thƣờng trú (HLR - Home Location Register):

HLR là cơ sở dữ liệu tham chiếu lƣu giữ lâu dài các thông tin về thuê bao,

các thông tin liên quan tới việc cung cấp các dịch vụ viễn thông. HLR không phụ

thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao và chứa các thông tin về vị trí hiện thời của

thuê bao.

HLR bao gồm:

Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN.

Các thông tin về thuê bao

Danh sách các dịch vụ mà MS đƣợc sử dụng và bị hạn chế

Số hiệu VLR đang phục vụ MS

Bộ ghi định vị tạm trú (VLR - Visitor Location Register):

VLR là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ở vùng

phục vụ của MSC. Mỗi MSC có một VLR, thƣờng thiết kế VLR ngay trong MSC.

Ngay cả khi MS lƣu động vào một vùng MSC mới. VLR liên kết với MSC sẽ yêu

cầu số liệu về MS từ HLR. Đồng thời HLR sẽ đƣợc thông báo rằng MS đang ở vùng

MSC nào. Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc gọi, VLR sẽ có tất cả các thông

tin cần thiết để thiết lập một cuộc gọi mà không cần hỏi HLR, có thể coi VLR nhƣ

một HLR phân bố. VLR chứa thông tin chính xác hơn về vị trí MS ở vùng MSC.



Nhƣng khi thuê bao tắt máy hay rời khỏi vùng phục vụ của MSC thì các số liệu liên

quan tới nó cũng hết giá trị.

Hay nói cách khác, VLR là cơ sở dữ liệu trung gian lƣu trữ tạm thời thông

tin về thuê bao trong vùng phục vụ MSC/VLR đƣợc tham chiếu từ cơ sở dữ liệu

HLR.

VLR bao gồm:

Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN, TMSI.

Số hiệu nhận dạng vùng định vị đang phục vụ MS

Danh sách các dịch vụ mà MS đƣợc và bị hạn chế sử dụng

Trạng thái của MS ( bận: busy; rỗi: idle)

Thanh ghi nhận dạng thiết bị(EIR - Equipment Identity Register):

EIR có chức năng kiểm tra tính hợp lệ của ME thông qua số liệu nhận dạng

di động quốc tế (IMEI-International Mobile Equipment Identity) và chứa các số liệu

về phần cứng của thiết bị. Một ME sẽ có số IMEI thuộc một trong ba danh sách sau:

Nếu ME thuộc danh sách trắng ( White List ) thì nó đƣợc quyền truy

nhập và sử dụng các dịch vụ đã đăng ký.

Nếu ME thuộc danh sách xám ( Gray List ), tức là có nghi vấn và cần

kiểm tra. Danh sách xám bao gồm những ME có lỗi (lỗi phần mềm

hay lỗi sản xuất thiết bị) nhƣng không nghiêm trọng tới mức loại trừ

khỏi hệ thống

Nếu ME thuộc danh sách đen ( Black List ), tức là bị cấm không cho

truy nhập vào hệ thống, những ME đã thông báo mất máy.

Khối trung tâm nhận thực AuC (Aunthentication Center)

AuC đƣợc nối đến HLR, chức năng của AuC là cung cấp cho HLR các tần số

nhận thực và các khoá mật mã để sử dụng cho bảo mật. Đƣờng vô tuyến cũng đƣợc

AuC cung cấp mã bảo mật để chống nghe trộm, mã này đƣợc thay đổi riêng biệt cho

từng thuê bao. Cơ sở dữ liệu của AuC còn ghi nhiều thông tin cần thiết khác khi

thuê bao đăng ký nhập mạng và đƣợc sử dụng để kiểm tra khi thuê bao yêu cầu

cung cấp dịch vụ, tránh việc truy nhập mạng một cách trái phép.

1.1.3.5 Phân hệ khai thác và bảo dưỡng (OSS).

OSS (Operation and Support System) thực hiện 3 chức năng chính:



1) Khai thác và bảo dƣỡng mạng.

2) Quản lý thuê bao và tính cƣớc.

3) Quản lý thiết bị di động.

Khai thác và bảo dƣỡng mạng:

Khai thác :

Là hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng

nhƣ tải của hệ thống, mức độ chặn, số lƣợng chuyển giao giữa hai cell.v.v..

Nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát đƣợc toàn bộ chất lƣợng dịch vụ mà

họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời nâng cấp. Khai thác còn bao gồm

việc thay đổi cấu hình để giảm những vấn đề xuất hiện ở thời điểm hiện thời,

để chuẩn bị tăng lƣu lƣợng trong tƣơng lai và mở rộng vùng phủ sóng. Ở hệ

thống viễn thông hiện đại, khai thác đƣợc thực hiện bằng máy tính và đƣợc

tập trung ở một trạm.

Bảo dƣỡng :

Có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố và hỏng hóc, nó

có một số quan hệ với khai thác. Các thiết bị ở hệ thống viễn thông hiện đại

có khả năng tự phát hiện một số các sự cố hay dự báo sự cố thông qua kiểm

tra. Bảo dƣỡng bao gồm các hoạt động tại hiện trƣờng nhằm thay thế các

thiết bị có sự cố, cũng nhƣ việc sử dụng các phần mềm điều khiển từ xa.

Hệ thống khai thác và bảo dƣỡng có thể đƣợc xây dựng trên nguyên lý

của TMN (Telecommunication Management Network - Mạng quản lý viễn

thông). Lúc này, một mặt hệ thống khai thác và bảo dƣỡng đƣợc nối đến các

phần tử của mạng viễn thông (MSC, HLR, VLR, BSC, và các phần tử mạng

khác trừ BTS). Mặt khác hệ thống khai thác và bảo dƣỡng đƣợc nối tới máy

tính chủ đóng vai trò giao tiếp ngƣời - máy. Theo tiêu chuẩn GSM hệ thống

này đƣợc gọi là trung tâm vận hành và bảo dƣỡng (OMC - Operation and

Maintenance Center).

Quản lý thuê bao :

Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao. Nhiệm vụ đầu tiên là nhập

và xoá thuê bao khỏi mạng. Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp, bao gồm

nhiều dịch vụ và các tính năng bổ sung. Nhà khai thác có thể thâm nhập đƣợc các



thông số nói trên. Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cƣớc các

cuộc gọi rồi gửi đến thuê bao. Khi đó HLR, SIM-Card đóng vai trò nhƣ một bộ

phận quản lý thuê bao.

Quản lý thiết bị di động :

Quản lý thiết bị di động đƣợc bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR thực hiện.

EIR lƣu trữ toàn bộ dữ liệu liên quan đến trạm di động MS. EIR đƣợc nối đến MSC

qua đƣờng báo hiệu để kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị. Trong hệ thống GSM thì

EIR đƣợc coi là thuộc phân hệ chuyển mạch NSS

1.2 Hệ thống thông tin di động WCDMA.

1.2.1 Giới thiệu công nghệ W CDMA.

W-CDMA (Wideband CDMA) là công nghệ thông tin di động thế hệ ba (3G)

giúp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cách dùng kỹ thuật

CDMA hoạt động ở băng tần rộng thay thế cho TDMA. Trong các công nghệ thông

tin di động thế hệ ba thì W-CDMA nhận đƣợc sự ủng hộ lớn nhất nhờ vào tính linh

hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt là dịch vụ

tốc độ bit thấp và trung bình.

W-CDMA có các tính năng cơ sở sau :

Hoạt động ở CDMA băng rộng với băng tần 5MHz.

Lớp vật lý mềm dẻo để tích hợp đƣợc tất cả thông tin trên một sóng

mang.

Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1.

Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiên tiến.

Nhƣợc điểm chính của W-CDMA là hệ thống không cấp phép trong băng

TDD phát liên tục cũng nhƣ không tạo điều kiện cho các kỹ thuật chống nhiễu ở các

môi trƣờng làm việc khác nhau.

1.2.2 Các loại lƣu lƣợng và dịch vụ đƣợc WCDMA UMTS hỗ trợ.

Có thể tổng kết các dịch vụ do WCDMA UMTS cung cấp ở bảng sau:



Bảng1.1 Phân loại dịch vụ của IMT-2000

Kiểu Phân loại Dịch vụ chi tiết

Dịch vụ di

động

Dịch vụ di động -Di động đầu cuối/ di động dịch vụ

Dịch vụ thông tin di

động

-Theo dõi di động / theo dõi di động thông

minh

Dịch vụ

viễn thông

Dịch vụ số liệu

-Dịch vụ số liệu trung bình(64-144 kbps)

-Dịch vụ số liệu tốc độ tƣơng đối cao(144kbps-

2Mbps)

-Dịch vụ số liệu tốc độ cao (>=2Mbps)

Dịch vụ âm thanh

-Dịch vụ âm thanh chất lƣợng cao (16-64 kbps)

-Dịch vụ truyền thanh AM(32-64 kbps)

-Dịch vụ truyền thanh FM (64-384kbps)

Dịch vụ video

(384kbps)

-Dịch vụ video (384kbps)

-Dịch vụ hình chuyển động(384-2mbps)

-Dịch vụ hình chuyển động thời gian thực

(>=2mbps)

Dịch vụ

internet

Dịch vụ internet

đơn giản

-Dịch vụ truy nhập Web (384-2Mbps)

Dịch vụ internet

thời gian thực

-Dịch vụ internet (384kbps-2Mbps)

Dịch vụ internet đa

phƣơng tiện

-Dịch vụ website đa phƣơng tiện thời gian thực

Thực tế triển khai ở những nƣớc khác, 3G là nền tảng cho phép vô vàn các

ứng dụng có thể đƣợc triển khai và số lƣợng các ứng dụng ngày càng gia tăng theo

thời gian cũng nhƣ theo nhu cầu của ngƣời dùng.

Tại Việt Nam, ngƣời ta đã bắt đầu nói đến điện thoại truyền hình (video call),

truyền tải đồng thời âm thanh, dữ liệu (rich voice), tải phim (video dowloading),

xem phim trực tuyến (video streaming), thanh toán điện tử (mobile payment), truy

cập Internet di động (mobile Internet), quảng cáo di động (mobile advertizing),



truyền dữ liệu, sao lƣu dự phòng v.v... Tại thời điểm khai trƣơng mạng 3G,

Vinaphone cung cấp cho khách hàng 6 dịch vụ mới, đƣa chất lƣợng phục vụ của

mạng di động Vinaphone lên một đẳng cấp mới: hiện đại và sang trọng. Trong đó,

gồm các dịch vụ internet di động tốc độ cao nhƣ Mobile Internet (truy cập internet

tốc độ cao trực tiếp từ điện thoại), Mobile Broadband (truy cập Internet tốc độ cao

từ máy tính qua sóng di động); các dịch vụ có tính đột phá nhƣ: Video Call (đàm

thoại thấy hình giữa các thuê bao Vinaphone), Mobile Camera (xem hình ảnh tình

trạng các nút giao thông); các dịch vụ giải trí cao cấp nhƣ Mobile TV (xem trực tiếp

15 kênh truyền hình trên máy di động), 3G Portal (thế giới thông tin và giải trí trên

điện thoại di động).

1.2.3 Mô hình cấu trúc mạng WCDMA .

Hệ thống WCDMA đƣợc xây dựng trên cơ sở mạng GPRS. Về mặt chức

năng có thể chia cấu trúc mạng WCDMA ra làm hai phần : mạng lõi (CN) và mạng

truy cập vô tuyến (UTRAN), trong đó mạng lõi sử dụng toàn bộ cấu trúc phần cứng

của mạng GPRS, còn mạng truy cập vô tuyến là phần nâng cấp của WCDMA.

Ngoài ra để hoàn thiện hệ thống, trong WCDMA còn có thiết bị ngƣời sử dụng

(UE) thực hiện giao diện ngƣời sử dụng với hệ thống.

Từ quan điểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN đều bao gồm những giao thức

mới đƣợc thiết kế dựa trên công nghệ vô tuyến WCDMA, trái lại mạng lõi đƣợc

định nghĩa hoàn toàn dựa trên GSM. Điều này cho phép hệ thống WCDMA phát

triển mang tính toàn cầu trên cơ sở công nghệ GSM.

Hình 1.6 Mô hình cấu trúc hệ thống UMTS.



WCDMA là một giao diện vô tuyến phức tạp và tiên tiến trong lĩnh vực

thông tin di động, nó sẽ là công nghệ xây dựng cơ sở hạ tầng và kiến trúc mạng tế

bào của hầu hết mạng 3G trên thế giới, hình thành kết nối giữa thiết bị di động của

ngƣời sử dụng cùng với mạng lõi.

Dƣới đây ta thấy mạng thông tin di động thế hệ 3 W CDMA gồm hai phần

mạng: mạng lõi và mạng truy cập vô tuyến.

Hình 1.7 Sơ đồ khối tổng quát của mạng thông tin di động thế hệ 3 WCDMA.

1.2.3.1 UE (User Equipment).

Thiết bị ngƣời sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp ngƣời sử dụng

với hệ thống. UE gồm hai phần:

Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment): Là đầu cuối vô tuyến đƣợc

sử dụng cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu.

Thiết bị nhận dạng thuê bao UMTS (USIM): Là một thẻ thông minh

chứa thông tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận

thực, lƣu giữ các khóa nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết

Mạng đƣờng trục

PSTN/ISDN PLMN PDN

IWF GMSC

VLR

MSC

GGSN

SGSN

AuC

HLR

EIR

Iucs Mạng lõi

NB

NB

NB

RNC

TE MT

NB

NB

NB

RNC

TE MT

Iups

Iur

Mạng truy cập vô tuyến



cho đầu cuối.

1.2.3.2 UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network).

Mạng truy cập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên

quan đến truy cập vô tuyến. UTRAN gồm hai phần tử :

Node B: Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub

và Uu. Nó cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến.

Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC: Có chức năng sở hữu và điều

khiển các tài nguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B đƣợc kết

nối với nó). RNC còn là điểm truy cập tất cả các dịch vụ do

UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN.

1.2.3.3 CN (Core Network).

Các phần tử chính của mạng lõi nhƣ sau:

HLR (Home Location Register), MSC/VLR (Mobile Services

Switching Center/Visitor Location Register): tƣơng tự cho mạng

GSM đã đƣợc trình bày ở phần trên

GMSC (Gateway MSC): Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động

cổng kết nối với mạng ngoài.

SGSN (Servicing GPRS Support Node): Node hỗ trợ GPRS (dịch vụ

vô tuyến gói chung) đang phục vụ, có chức năng nhƣ MSC/VLR

nhƣng đƣợc sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói (PS).

GGSN (Gateway GPRS Support Node): Node hỗ trợ GPRS cổng, có

chức năng nhƣ GMSC nhƣng chỉ phục vụ cho các dịch vụ chuyển

mạch gói.

Để kết nối MSC với mạng ngoài cần có thêm phần tử làm chức năng tƣơng

tác mạng (IWF). Ngoài mạng lõi còn chứa các cơ sở dữ liệu cần thiết cho các mạng

di động nhƣ: HLR, AuC và EIR.



1.2.3.4 Các mạng ngoài.

Mạng CS: Mạng đảm bảo các kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch

kênh.

Ví dụ: Mạng ISDN, PSTN.

Mạng PS: Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói. Ví dụ:

mạng Internet.

1.2.3.5 Các giao diện vô tuyến.

Giao diện Cu: Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao

diện này tuân theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh.

Giao diện Uu: Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố

định của hệ thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của

UMTS.

Giao diện Iu: Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các

nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất

khác nhau.

Giao diện Iur: Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà

sản xuất khác nhau.

Giao diện Iub: Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC. Iub

đƣợc tiêu chuẩn hóa nhƣ là một giao diện mở hoàn toàn.

1.2.4 Cấu trúc phân lớp của WCDMA.

Cấu trúc phân lớp của WCDMA đƣợc xây dựng trên cơ sở các tiêu chuẩn

của UMTS.

Các giao thức giữa các phần tử trong mạng WCDMA đƣợc chia thành hai

phần chính: tầng không truy nhập và tầng truy nhập. Giao diện vô tuyến đƣợc phân

thành 3 lớp giao thức:

Lớp vật lý (L1).

Lớp kết nối số liệu (L2).

Lớp mạng (L3).



Hình 1.8 Cấu trúc lớp vật lý của hệ thống UMTS

1.2.5 Các thông số lớp vật lí.

Bảng 1.2 Các thông số lớp vật lý.

Phƣơng pháp trải phổ DS-CDMA

Độ rộng băng tần (MHz) 5/10/15/20

Tốc độ chip (Mcps) (1,28)/3,84/7,68/11,52/15,36

Độ dài khung 10 ms

Mã hóa sửa lỗi Mã turbo, mã xoắn

Điều chế DL/UL QPSK/BPSK

Trải phổ DL/UL QPSK/OCQPSK (HPSK)

Bộ mã hóa thoại CS-ACELP/(AMR)

Tổ chức tiêu chuẩn 3GPP/ETSI/ARIB

DL: Downlink: đƣờng xuống; UL: Uplink: đƣờng lên .

OCQPSK (HPSK): Orthogonal Complex Quadrature Phase Shift

Keying (Hybrid PSK) = khóa chuyển pha vuông góc trực giao .



CS-ACELP: Conjugate Structure-Algebraic Code Excited Linear

Prediction = Dự báo tuyến tính kích thích theo mã đại số cấu trúc

phức hợp

3GPP: Third Generation Parnership Project: Đề án của các đối tác

thế hệ ba .

ETSI: European Telecommunications Standards Institute: Viện

tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu .

ARIB: Association of Radio Industries and Business: Liên hiệp

công nghiệp và kinh doanh vô tuyến .

1.3 Xu hƣớng phát triển các mạng di động trong tƣơng lai.

1.3.1 Xu hƣớng phát triển của mạng viễn thông.

Sự phát triển của các mạng viễn thông luôn gắn liền với sự phát triển của

công nghệ điện tử - tin học- viễn thông. Khi công nghệ điện tử -tin học - viễn thông

đạt đến một trình độ nào đó sẽ làm xuất hiện các công nghệ viễn thông mới và thậm

chí cả một thế hệ mạng mới cao hơn thế hệ cũ. Mặt khác, khi thế hệ mạng mới ra

đời sẽ là động lực thúc đẩy các công nghệ điện tử - tin học - viễn thông tiếp tục phát

triển và hoàn thiện.

Khi công nghệ viễn thông và tin học phát triển đến trình độ cao, chúng luôn

luôn tác động và hỗ trợ cho nhau cùng phát triển. Quá trình này dẫn đến sự hội tụ

của công nghệ viễn thông và tin học, tạo nên một mạng truyền thông thống nhất đáp

ứng mọi nhu cầu dịch vụ đa dạng, phong phú của xã hội. Mạng NGN, mà giai đoạn

tiếp theo của nó là mạng BCN, là một xu hƣớng hội tụ của các dịch vụ thoại, dữ

liệu, truyền thanh và truyền hình, hội tụ của các mạng thoại và dữ liệu, giữa cố định

và di động, giữa truyền tải và tính toán,… và nó đang đƣợc triển khai trên nhiều

nƣớc trên thế giới. Đó chính là giải pháp tổ chức mạng tích hợp các mạng viễn

thông.

Khi công nghệ truyền dẫn quang ghép kênh theo bƣớc sóng -WDM

(Wavelength Division Multiplexing), mà giai đoạn tiếp theo của nó là ghép kênh

quang theo bƣớc sóng mật độ cao - DWDM (Dense Wavelength Division

Multilexing), cùng với công nghệ chuyển mạch quang, đặc biệt là chuyển mạch



quang tự động, ra đời với những ƣu điểm vƣợt trội về chất lƣợng truyền dẫn cao,

đặc biệt là băng thông rộng/tốc độ lớn (tới hàng ngàn Terabit) đã là một cuộc các

mạng không chỉ trong công nghệ truyền dẫn mà còn cả giải pháp phát triển mạng

viễn thông.

Hiện nay và xu hƣớng phát triển mạng viễn thông trong tƣơng lai có 3 thế hệ

mạng: mạng hiện tai PSTN, mạng NGN và tƣơng lai là BCN. Do đó, ta có mô hình

các giải pháp phân phân tán phát triển mạng viễn thông theo thế hệ mạng đƣợc mô

tả ở hình sau:

Hình 1.9 Hƣớng phát triển mạng trong tƣơng lai.

1.3.1.1 Mạng NGN.

Là mạng hội tụ cả thoại , video và dữ liệu 1 cơ sở hạ tầng dựa trên giao

thức IP

Dễ dàng tƣơng tác giữa các nhà khai thác

Các giao diện mở: APIs

Truyền dẫn đơn giản qua TDM, ATM, IP

Dịch vụ mới và lợi nhuận mới

Tiết kiệm chi phí



Có sự phân chia dịch vụ điều khiển media và truy nhập

NGN có đặc điểm

Nền tảng là hệ thống mạng mở, chia theo chức năng, phát triển

độc lập

Sử dụng công nghệ chuyển mạch mềm. Các mạng của từng dịch

vụ riêng lẻ đƣợc kết nối với nhau thông qua sự điều khiển của 1

thiết bị tổng đài duy nhất

Mạng băng thông rộng cung cấp đa dịch vụ , mạng truyền dẫn

quang với công nghệ WDM và DWDM

Mạng chuyển mạch gói dựa trên 1 giao thức thống nhất. Cùng với

sự phát triển của công nghệ IP . Mạng viễn thông + mạng máy tính

+ mạng truyền hình cáp thành 1 khối

1.3.1.2 Mạng BCN (Broadband Convergence Network).

Là mạng hội tụ băng rộng. Là mạng dựa trên GMPLS/MPLS có khả năng

đáp ứng tất cả các loại hình dịch vụ với chất lƣợng dịch vụ đảm bảo

Hình 1.10 Mạng hội tụ băng rộng



Hình 1.11 Mô hình BCN

Trong mô hình đó, các thế hệ mạng (mạng hiện tai PSTN, mạng NGN và

mạng BCN) đƣợc tổ chức trên các bƣớc sóng khác nhau. Có thể mỗi thế hệ mạng

đƣợc tổ chức trên một hay một số bƣớc sóng xác định tuỳ theo nhu cầu trao đổi lƣu

lƣợng của các thế hệ mạng. Tuy nhiên, sẽ ƣu tiên phát triển các mạng thế hệ mới

nhƣ NGN/BCN. Đồng thời, trong quá trình phát triển mạng hiện tại cần quan tâm

đến mạng NGN và trong quá trình phát triển mạng NGN cần quan tâm đến mạng

BCN để có kế hoạch phát triển hợp lý các mạng này bảo đảm tính kinh tế, tính kế

thừa và tính phát triển.

1.3.2 HSPA tiếp tục là công nghệ băng rộng di động chủ đạo .

HSPA (công nghệ truy nhập gói tốc độ cao) gồm có hai giao thức băng rộng

di động, gọi là HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access: Truy cập gói Đƣờng

xuống tốc độ cao) và HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access: Truy cập Gói

Đƣờng lên tốc độ cao), vận hành trên các thiết bị 3G. HSDPA dùng trong các thiết

bị cầm tay 3G hiện nay có thể tải (download) dữ liệu với tốc độ 7Mbps, do các

hãng nhƣ AT&T, Samsung và Vodafone phát triển.



Tính đến thời điểm nay các mạng HSPA đã đạt hơn 125 triệu thuê bao tại

107 quốc gia, trong khi đó đối thủ của HSPA là WiMAX theo dự báo đến năm 2014

cũng mới chỉ đạt 75 triệu thuê bao. Điều đó khẳng định HSPA sẽ tiếp tục là công

nghệ băng rộng di động chủ đạo trong 5 năm tới.

Hình 1.12 Biểu đồ tăng trƣởng HSPA khu vực châu Á – Thái Bình Dƣơng

(Nguồn Infoma & Media)

Theo một công bố mới đây của Hiệp hội GSM, hiện có 245 nhà cung cấp

đang sử dụng công nghệ HSPA, và 65 nhà mạng khác đang trong giai đoạn thử

nghiệm, hoặc đang đƣợc triển khai. Trung bình một tháng có thêm khoảng bốn triệu

kết nối dịch vụ và hơn 1.380 thiết bị đầu cuối lựa chọn công nghệ này từ 134 nhà

cung cấp khác nhau trên toàn thế giới.

Các hãng phân tích thị trƣờng nhƣ Informa & Media, Pringle, Juniper

Research cũng lần lƣợt đƣa ra những dự báo của mình về công nghệ HSPA.

Một nghiên cứu của Juniper Research đã khẳng định HSPA sẽ là công nghệ

băng rộng di động "chiếm lĩnh" thị trƣờng này trong 5 năm tới và sẽ chiếm gần 70%

tổng số thuê bao băng rộng di động. Trong khi đó, một nghiên cứu khác của

Informa Telecoms & Media dự đoán rằng HSDPA sẽ chiếm 65% của các thuê bao

băng rộng di động 3,5G trên khắp thế giới với 2,8 tỉ thuê bao vào năm 2014



Hình 1.13 Phát triển mạng UMTS-HSPDA trong tƣơng lai.

1.3.3 Công nghệ 3G chiếm thị phần.

Tính tới tháng 9/2009 theo số liệu thống kê của hiệp hội GSM có khoảng 571

triệu thuê bao 3G (cả CDMA/EV-DO và UMTS/HSPA) trong tổng số 4,6 tỉ thuê

bao di động trên toàn cầu, chiếm khoảng 12%. Tuy nhiên theo dự báo của Informa

thì trong giai đoạn từ 2009-2014, tốc độ phát triển thuê bao 3G sẽ đạt trung bình

trên 50% một năm và đến cuối năm 2014 sẽ đạt mốc 3,2 tỉ thuê bao, chiếm khoảng

46% thị phần thuê bao di động trên toàn cầu. Đây đƣợc cho là giai đoạn phát triển

ấn tƣợng của các thuê bao 3G và là giai đoạn tiền đề để 3G chính thức chiếm lĩnh

thị trƣờng di động từ năm 2015.



Hình1.14 Dự báo sự phát triển của các thuê bao di động toàn cầu đến năm 2014

Tuy nhiên sự phát triển của thuê bao 3G chủ yếu chỉ tập trung ở công nghệ

UMTS/HSPA với khoảng 2,8 tỉ thuê bao, chiếm 84% số thuê bao 3G. Điều này

đƣợc cho là khá dễ hiểu bởi vì số lƣợng thuê bao 3G mới là không nhiều mà chủ

yếu là chuyển từ thuê bao 2G lên 3G, trong khi đó công nghệ GSM – công nghệ để

phát triển lên 3G UMTS/HSPA hiện đang chiếm tới 80,11% thị phần

Hình 1.15 UMTS/HSPA vẫn là công nghệ chủ đạo trong họ 3G với 84% thị phần

(Nguồn: Informa & 3gamericas)


Chƣơng 2: Các mô hình truyền sóng.

CHƢƠNG 2

CÁC MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG

2.1 Đặc điểm truyền sóng trong không gian tự do.

Lan truyền trong không gian tự do khi tín hiệu chỉ truyền trên một đƣờng,

không có sự phản xạ cũng nhƣ sự che chắn đƣờng truyền bởi vật thể. Về mặt kỹ

thuật, điều kiện để có lan truyền tự do là miền Fresnel thứ nhất không bị che chắn

bởi vật thể.

Nếu gọi d là bán kính miền Fresnel thứ nhất, là bƣớc sóng của tín hiệu, D là

khoảng cách từ trạm phát đến máy di động, ta có công thức tính bán kính miền

Fresnel thứ nhất nhƣ sau:

(2-1)

Hình 2.1 Miền Fresnel thứ nhất.

Trong quá trình tính toán suy hao đƣờng truyền, lan truyền trong không gian tự

do đƣợc xem nhƣ là một mô hình chuẩn. Các mô hình khác đƣợc xây dựng trên mô

hình chuẩn này và cố gắng tìm ra một cách tiếp cận tới một giá trị suy hao dự đoán

chính xác hơn.

Chúng ta bắt đầu với công thức tính suy hao sau:

(2-2)

Trong công thức này, d là khoảng cách giữa máy phát và máy thu.

là bƣớc sóng.

Dd 2

1

24

dL fs



Vì d và đều là tham số đo khoảng cách, nên kết quả của phép tính trên sẽ là

một giá trị phi khoảng cách.

Ta viết lại công thức trên theo các tham số thƣờng đƣợc sử dụng là tần số (f) và

khoảng cách với = c/f, trong đó f là tần số sóng mang (đơn vị là MHz), c là vận

tốc ánh sáng (c= 3.108 m/s).

(2-3)

Chuyển đổi công thức này sang logarit, ta có:

L (dB) = 32.44 + 20lgf(MHz) + 20lgd(km) (2-4)

Ta muốn chuyển đổi công thức 1-3 sang dB, trong đó d đƣợc tính là km, f là

MHz, giá trị hằng số c = 3.108 m/s. Chúng ta phải chuyển đổi công thức một cách

hoàn hảo để đảm bảo rằng tham số của hàm loga không còn giá trị đo khoảng cách.

Chuyển đổi sang dB, ta có:

Phép tính này cho kết quả nhƣ công thức 2.4 ở trên.

2.2 Mô hình Okumura:

Trong các bản báo cáo của Okumura có chứa một tập các đƣờng cong đƣợc xây

dựng từ rất nhiều các phép đo đƣợc thực hiện từ năm 1962 đến 1965. Mục đích của

nó là miêu tả sự suy hao và sự thay đổi cƣờng độ trƣờng điện từ theo sự thay đổi

của địa hình.

24

c

dfL fs

smx

MHz

Hzf

km

md

smx

fdMHzkm

MHzkm

/103

1

10

1

104

/103

48

63

8

3

40

/103

.1048

9 df

smx

Hzmdf

dfdBL fs lg20lg203

40lg20)(



Okumura muốn tính toán một cách hệ thống đối với các loại địa hình khác nhau

và các môi trƣờng khác nhau. Do vậy, ông đã phân loại địa hình và môi trƣờng nhƣ

sau:

Địa hình:

- Địa hình bằng phẳng: là địa hình có các vật thể trên đó có chiều cao trung

bình không vƣợt quá 20m.

- Địa hình bất thƣờng: là các địa hình không thuộc địa hình bằng phẳng, ví dụ

nhƣ địa hình có đồi núi.

Môi trường:

- Khu vực mở: là vùng không gian trong đó không có cây cao, tòa nhà cao

tầng chắn ngang đƣờng truyền sóng. Địa hình thoáng đãng, không có vật thể

nằm cản đƣờng truyền đến máy di động trong phạm vi 300 đến 400m. Ví dụ

nhƣ khu vực cánh đồng, nông trại.

- Khu vực ngoại ô: Khu làng xã, đƣờng cao tốc với cây và nhà thƣa thớt.

Trong khu vực này có một số vật thể chắn nhƣng không che chắn hoàn toàn.

- Khu vực thành phố: là khu vực có nhiều nhà cao tầng san sát nhau, dân cƣ

đông đúc, cây cối trồng thành hàng sát nhau.

Công thức Okumura:

LOKUMURA = Lfs + Am (2-5)

Trong đó:

Am là hệ số suy hao dự đoán Okumura.

Am đƣợc tra qua đồ thị đƣờng cong.

Lfs là suy hao lan truyền trong không gian tự do.

Ví dụ:

f = 900MHz. d = 10km

hBS = 200m hMS = 3m.

Từ đồ thị đƣờng cong dự đoán suy hao , ta có Am = 30dB.

Do đó, Ltotal = Lfs + Am = 32,44 +20lg(900) + 20lg(10) + 29 = 141,5dB.



Hình 2.2 Đƣờng cong dự đoán suy hao.

(Tài liệu tham khảo [6]).

2.3 Mô hình COST231 – Walfish – Ikegami.

COST là chữ viết tắt của công ty chuyên nghiên cứu công nghệ và khoa học

trƣờng điện từ Châu Âu. COST là công ty kết hợp giữa nghiên cứu và công nghiệp.

Mục tiêu chính của COST là nghiên cứu bản chất của quá trình lan truyền sóng điện

từ trong dải tần VHF và UHF và phát triển các mô hình kênh, lan truyền đã đƣợc

chứng minh.

Dự án COST231 nghiên cứu tiến trình phát triển của hệ thống thông tin di động

mặt đất là một trong số rất nhiều dự án nghiên cứu của COST, nó là kết quả của quá

trình phát triển và mở rộng các mô hình lan truyền sóng. Lấy ví dụ, mô hình Hata

đƣợc mở rộng để có thể ứng dụng vào phạm vi truyền sóng lên tới 100km, trên dải



tần số từ 1,5 đến 2GHz. Đây chính là mô hình COST213-Hata. Một mô hình khác

đƣợc phát triển mở rộng, đó là COST231-Walfish-Ikegami.

Các mô hình truyền sóng mà chúng ta đã đề cập ở phần trƣớc chỉ đƣợc áp dụng

cho đƣờng truyền sóng trực tiếp từ BTS đến MS. Những mô hình cổ điển này đƣợc

ứng dụng vào các cell lớn (macro Cell) với chiều cao lớn của cột anten BTS. Kết

quả là, các mô hình này không thể áp dụng vào các hệ thống đang đƣợc triển khai

hiện nay, với đƣờng truyền ngắn hơn 1km và rất hiếm đƣờng truyền thẳng trực tiếp

LOS.

Mô hình COST231-Walfish-Ikegami ƣớc lƣợng suy hao đƣờng truyền trong

môi trƣờng đô thị, với dải tần làm việc từ 800 đến 2000MHz. Mô hình này đƣợc áp

dụng cho cả đƣờng truyền thẳng LOS và đƣờng truyền gián tiếp NLOS. Đối với

đƣờng truyền LOS, mô hình sẽ đƣợc chuyển đổi về lan truyền trong không gian tự

do. Đối với đƣờng truyền NLOS, mô hình sẽ đƣợc bổ sung thêm 2 điều kiện về suy

hao. Điều kiện thứ nhất là suy hao nhiều bề mặt, nguyên nhân gây ra bởi tín hiệu lan

truyền từ BTS qua các mái nhà. Điều kiện thứ hai gây ra bởi suy hao khúc xạ và tán

xạ tại mái, cạnh tòa nhà, góc phố nơi máy mobile đang ở đó.

Có 3 thành phần cần quan tâm đến trong mô hình:

- Suy hao lan truyền trong không gian tự do Lfs

- Suy hao nhiều bề mặt Lms

- Suy hao khúc xạ và tán xạ từ mái nhà đến đƣờng phố Lrts.

Điều kiện ứng dụng của mô hình là cho đƣờng truyền sóng vô tuyến trong khu

vực đô thị.

- Tần số làm việc fC : 800 đến 2000MHz.

- Chiều cao cột anten BTS hb : 4 đến 50m.

- Chiều cao anten MS hm : 1 đến 3m.

- Khoảng cách từ BTS đến MS: 20 đến 5km.

Công thức COST231-Walfish-Ikegami :

Lfs + Lms + Lrts

LCOST = Lfs Nếu Lms + Lrts < 0 (2-7)

Chú ý: khi suy hao do khúc xạ và suy hao bề mặt nhỏ hơn hoặc bằng 0, thì mô

hình sẽ chuyển về suy hao lan truyền trong không gian tự do.



Trƣớc khi kiểm tra lại công thức, chúng ta phải định nghĩa một số tham số phụ

đƣợc sử dụng trong công thức.

- Độ rộng của đƣờng phố W (m).

- Khoảng cách giữa các tòa nhà dọc theo đƣờng truyền b (m).

- Chiều cao của tòa nhà hroof (m).

- hm = hroof – hm ; hb = hb - hroof

- Góc tới tạo với chiều của đƣờng phố (độ).

Các công thức tính suy hao chính:

Suy hao trong không gian tự do:

Lfs = L (dB) = 32.44 + 20logf(MHz) + 20logd(km)

Suy hao khúc xạ và tán xạ:

Lrts = -16,9 – 10logW + 10logfC + 20loghm + L .

Suy hao đa bề mặt:

Lms = Lbsh + ka + kdlog d + kplog fC – 9log b.

Các tham số phụ trong mô hình.

Suy hao hƣớng phố:

00

00

00

9055

5535

350

)55(114,00,4

)35(075,05,2

345,010

khi

khi

khi

Lori



Hình 2.3 Các tham số trong mô hình Walfish- Ikegami.

(Tài liệu tham khảo [6] )

Bảng 2.1 Các giá trị ngầm định các tham số trong mô hình

Tham số Ý nghĩa Giá trị

b Khoảng cách giữa các tòa nhà. 20 đến 50m

w Độ rộng đƣờng phố b/2

hroof Chiều cao tòa nhà 3m x số tầng

Góc tới 90 độ

2.4 Mô hình Motley & Keenan:

Các mô hình trƣớc có thể áp dụng vào hệ thống phủ sóng indoor nhƣng do

đặc trƣng của môi trƣờng truyền sóng trong nhà phức tạp, cấu trúc và vật liệu xây

dựng đa dạng nên ở đây ngƣời thực hiện đồ án chọn mô hình truyền sóng Motley &

Keenan vì mô hình này xây dựng trên cơ sở thực tế đo đạc tại hiện trƣờng của các

tòa nhà cao tầng và đƣợc áp dụng rộng rãi khi tính toán thiết kế hệ thống IBC ở

Việt Nam và trên thế giới.



Motley & Keenan cho rằng tổn hao trung bình pl(d) là một hàm của khoảng

cách d có thể đƣợc tính từ tổn hao không gian tự do plfs(d) và từ số các bức tƣờng I

giữa Tx và Rx.

𝑝𝑙𝐾𝑒𝑒𝑛𝑎𝑛 𝑀𝑜𝑡𝑙𝑒𝑦 𝑑 = 𝑝𝑙𝑓𝑠 𝑑 + 𝐿𝑤𝑖

𝐼

𝑖

Trong đó Lwi là tổn hao của bức tƣờng thứ i.

Cụ thể:

Ld(dB)= 32.5 + 20 * log f + 20 * log d + k * F(k) + p * W(k) + D(d-db)

(suy hao ở không gian tự do)

trong đó:

L : Tổn hao đƣờng truyền (dB).

f : tần số (MHz)

k : số tầng mà sóng trực tiếp truyền qua.

F : hệ số tổn hao của tầng (dB).

d: là khoảng cách từ MS đến antenna (km).

p: số bức tƣờng mà sóng trực tiếp truyền qua

W(k): suy hao tƣờng, thông thƣờng từ 7dB cho tƣờng gạch thông thƣờng và

10dB đến 20dB cho tƣờng bê-tông.

D : hệ số tổn hao tuyến tính (dB/m) (note ).

db : điểm ngắt trong nhà (indoor breakpoint) (m) (note).

note : Đối với khoảng cách ở trên điểm ngắt, trung bình cộng thêm vào

0.2dB/m.

Trên thực tế mô hình truyền sóng Keenan Motley hay đƣợc sử dụng để dự

đoán sơ bộ suy hao truyền sóng trong nhà bởi lẽ không quá phức tạp, mô hình này

có ƣu điểm là tính toán đơn giản, không có nhiều thông số phải giả định hoặc thực

nghiệm. Ngoài ra cũng từ mô hình truyền sóng này, có thể nhận thấy suy hao truyền

sóng trong nhà phụ thuộc chủ yếu vào số tầng và số bức tƣờng mà sóng trực tiếp

truyền qua. Kết quả đo đạc thực tế của các mô hình truyền sóng khác cũng đã chỉ ra



sự phức tạp của truyền sóng trong môi trƣờng trong nhà và khó mô phỏng nó một

cách chính xác vì kết cấu của các toà nhà khác nhau, vật liệu sử dụng khác nhau.


2.5 Các đặc tính phading, phƣơng pháp kỹ thuật hạn chế phading:

2.5.1 Các tính chất quan trọng của kênh phading.

2.5.1.1 Sự biến động về pha và biên độ.

Khi một tín hiệu thu đƣợc bị ảnh hƣởng của phading trong quá trình truyền, cả

pha và biên độ của tín hiệu sẽ bị biến đổi theo thời gian. Đối với các phƣơng pháp

điều chế chặt chẽ, ảnh hƣởng của phading đến pha có thể làm giảm hiệu suất

nghiêm trọng, trừ khi các biện pháp bù pha đƣợc áp dụng tại đầu thu. Thông

thƣờng, việc sử dụng các bộ phân tích hệ thống trong điều chế cho rằng sự ảnh

hƣởng của pha gây ra bởi phading sẽ đƣợc hiệu chỉnh chính xác tại phía thu, đây

đƣợc xem nhƣ là phƣơng pháp điều chế chặt chẽ. Đối với các phƣơng pháp điều chế

không chặt chẽ, thông tin về pha sẽ không đƣợc cần đến ở phía thu. Do đó, sự biến

động về pha gây ra bởi phading sẽ không làm giảm hiệu suất hoạt động.

2.5.1.2 Phading nhanh và chậm.

Sự phân biệt giữa phading nhanh và chậm là rất quan trọng trong các mô hình

toán học của kênh phading và việc đánh giá hiệu suất của các hệ thống viễn thông

hoạt động trên các kênh này. Khái niệm này liên quan đến thời gian liên kết kênh

(coherence time Tc), đƣợc đo bằng khoảng thời gian mà quá trình phading xảy ra.

Thời gian liên kết cũng liên quan đến kênh trải phổ Doppler, fd nhƣ sau:

d

Cf

T1

(2-8)

Phading đƣợc gọi là chậm nếu khoảng thời gian ký hiệu nhỏ hơn thời gian liên

kết của kênh TC. Ngƣợc lại, nó đƣợc gọi là phading nhanh. Trong phading chậm,

một giá trị phading xác định có ảnh hƣởng rất nhiều tới các ký hiệu liền nhau. Nó là

nguyên nhân dẫn tới sự lỗi cụm. Trong phading nhanh, phading gây ra tƣơng quan

giữa các ký hiệu. Khi các quyết định tại phía thu đƣợc thực hiện dựa trên sự quan

sát tín hiệu thu đƣợc trong khoảng thời gian của 2 hay nhiều ký hiệu thì sự thay đổi



của kênh phading từ khoảng thời gian của một ký hiệu tới ký hiệu tiếp theo phải

đƣợc tính đến. Điều này đƣợc thực hiện thông qua các mô hình tƣơng quan và phụ

thuộc vào môi trƣờng truyền dẫn cụ thể.

2.5.1.3 Phading phẳng và phading chọn tần.

Chọn tần cũng là một thuộc tính rất quan trọng trong phading. Nếu tất cả các

thành phần phổ của tín hiệu phát bị ảnh hƣởng cùng một phƣơng thức thì ta gọi đó

là phading phẳng. Trong trƣờng hợp này các hệ thống băng hẹp, trong đó băng

thông của tín hiệu phát nhỏ hơn nhiều so với băng thông liên kết của kênh fc. Băng

thông này đƣợc đo bằng độ rộng dải tần số mà quá trình phading diễn ra tƣơng

quan. Nó cũng đƣợc định nghĩa là băng thông tần số trong đó chức năng tƣơng quan

của hai mẫu của hai kênh đáp ứng tại cùng một thời điểm, nhƣng tại các tần số khác

nhau. Ngoài ra, băng thông liên kết còn liên quan đến trễ trải rộng cực đại, max .

max

1

Cf (2-9)

Mặt khác, nếu các thành phần phổ của tín hiệu phát bị ảnh hƣởng bởi hệ số tăng

ích biên độ và dịch pha khác nhau, thì phading đó đƣợc gọi là phading lựa chọn tần

số. Phading này đƣợc áp dụng vào các hệ thống băng thông rộng trong đó băng

thông của tín hiệu phát lớn hơn băng thông liên kết của kênh.


2.5.2 Mô hình kênh phading phẳng.

Khi phading ảnh hƣởng đến các hệ thống băng thông hẹp, biên độ của sóng

mang thu đƣợc bị điều chế theo biên độ của phading , trong đó là RV có giá trị

trung bình bình phƣơng 2 , và hàm mật độ xác suất (PDF) p() phụ thuộc

vào tính chất tự nhiên của môi trƣờng truyền dẫn. Sau khi bị ảnh hƣởng của phading

trên đƣờng truyền, tín hiệu bị xáo trộn tại phía thu bởi nhiễu nền Gaussian

(AWGN). Nhiễu AWGN đƣợc giả thiết là có tính độc lập thống kê với biên độ

phading và nó đƣợc mô tả bằng hàm mật độ phổ công suất một phía (W/Hz). Nói

một cách tƣơng đƣơng, công suất tín hiệu thu đƣợc tức thời bị điều chế bởi 2. Do

vậy, chúng ta định nghĩa hệ số tức thời của tín hiệu trên tạp âm SNR và ký hiệu là

oS NE /2 và hệ số SNR trung bình trên ký hiệu 0/ NES , trong đó ES là



năng lƣợng của một ký hiệu. Ngoài ra, hàm PDF của đƣợc xác định bằng cách

thêm vào một tham số biến đổi trong biểu thức của phading PDF p().

Ta có:

2

)()(p

p

(2-10)

Hàm sinh tức thời (MGF) M(s) kết hợp với hàm PDF p() đƣợc viết nhƣ sau:

desM 3

0

)(p)(

(2-11)

Hàm M(s) là một đặc tính thống kê quan trọng khác của kênh phading. Ngoài

ra, số lƣợng phading (hệ số phading) AF liên quan đến hàm PDF nhƣ sau:

2

22

2

22

22

2

)(

)()()(

)(

)var(

E

EEE

EAF

(2-12)

Trong đó: E[..] là hàm thống kê trung bình, var(..) là tham số.

Phần tiếp theo ngƣời thực hiện sẽ tìm hiểu ảnh hƣởng của các môi trƣờng lan

truyền khác nhau đến kênh phading và các hàm tƣơng ứng nhƣ PDF, MGF và AF,

cũng nhƣ mối quan hệ với các kênh vật lý.

2.5.2.1 Phading nhiều tia.

Phading nhiều tia gây ra sự kết hợp tích cực và tiêu cực của tín hiệu thu tổng

hợp sau khi trải qua các hiệu ứng phản xạ, khúc xạ, tán xạ và trễ một cách ngẫu

nhiên. Loại phading này là phading nhanh, thể hiện cho sự thay đổi của tín hiệu

trong khoảng thời gian ngắn. Phading nhiều tia phụ thuộc nhiều vào môi trƣờng lan

truyền tự nhiên, và có rất nhiều mô hình thống kê miêu tả trạng thái đƣờng biên

phading.

Trong đó có các mô hình sau:

- Mô hình Rayleigh.

- Mô hình Nakagami-q.

- Mô hình Nakagami-n.

- Mô hình Nakagami-m.



2.5.2.2 Hiệu ứng che khuất hàm log.

Trong hệ thống thông tin di động mặt đất, chất lƣợng đƣờng truyền cũng bị ảnh

hƣởng bởi sự thay đổi chậm của mức tín hiệu do hiện tƣợng che khuất đƣờng truyền

tín hiệu, gây ra bởi địa hình, tòa nhà, cây cối. Hoạt động của hệ thống thông tin sẽ

chỉ phụ thuộc vào hiệu ứng che khuất nếu phía thu có khả năng lọc đƣợc giá trị

trung bình của phading nhanh nhiều tia hoặc nếu phía thu sử dụng hệ thống thu

phân tập để hạn chế ảnh hƣởng của hiệu ứng nhiều tia. Dựa trên các phép đo thực

tế, các nhà nghiên cứu đã đạt đƣợc một sự thống nhất chung là hiệu ứng che khuất

có thể đƣợc mô hình hóa bằng hàm phân bố log cho các môi trƣờng truyền dẫn

trong nhà và ngoài trời.

2.5.2.3 Phading nhiều tia, che khuất kết hợp.

Môi trƣờng phading nhiều tia và che khuất kết hợp bao gồm phading nhiều tia

chồng đè lên phading che khuất log. Trong môi trƣờng này, phía thu sẽ không tách

đƣợc giá trị trung bình đƣờng biên. Đây là kịch bản của khu vực thành phố đông

đúc, với sự di chuyển chậm của ngƣời và phƣơng tiện. Kiểu phading tổ hợp này

cũng đƣợc thấy ở hệ thống thông tin di động vệ tinh. Có hai cách tiếp cận để tìm ra

sự phân bố tổ hợp. Ngƣời thực hiện có thể sử dụng hàm PDF gamma/log-normal do

Ho và Stillber tìm ra. Hàm PDF này phát triển từ hàm Nakagami-m trong môi

trƣờng che khuất và đƣợc thêm vào giá trị công suất tín hiệu phân bố gamma.

2.5.3 Mô hình kênh phading chọn tần.

Khi tín hiệu băng thông rộng lan truyền qua kênh phading chọn tần, phổ của tín

hiệu sẽ bị ảnh hƣởng bởi hàm biến đổi kênh gây ra sự phân tán theo thời gian của

dạng sóng. Loại phading này có thể đƣợc mô hình hóa bằng bộ lọc tuyến tính, đƣợc

miêu tả bởi bộ lọc thông thấp phức tạp, có đáp ứng xung nhƣ sau:

p

l

L

l

l

l

l teth1

)()(

(2-13)

Trong đó:

(..) là hàm Dirac delta.

l là chỉ số kênh.



(l)l=1LLp

, (l)l=1LLp

, (l)l=1LLp

là các hàm biên độ, pha và trễ kênh ngẫu nhiên

tƣơng ứng.

Trong công thức trên, LP là số lƣợng các đƣờng truyền (đƣờng truyền đầu tiên

đƣợc xem nhƣ là đƣờng chuẩn, có thời gian trễ l = 0), và nó liên quan đến thời gian

trễ cực đại trên thời gian của một ký hiệu. Với giả thiết là môi trƣờng phading

chậm, LP đƣợc coi là hằng số trong một khoảng thời gian xác định, (l)l=1LLp

,

(l)l=1LLp

, (l)l=1LLp

cũng là tham số bất biến trong khoảng thời gian của ký hiệu. Nếu

các đƣờng truyền khác của đáp ứng xung đƣợc tạo ra bởi tán xạ, chúng sẽ có xu

hƣớng thể hiện hạn chế tƣơng quan, và để thích hợp trong trƣờng hợp này, chúng ta

phải giả thiết rằng (l)l=1LLp

là độc lập thống kê với hàm RV.

Nếu mở rộng khái niệm của phading phẳng, biên độ phading 1 của đƣờng truyền

thứ l đƣợc giả thiết là 1 RV, mà giá trị trung bình bình phƣơng của nó 2 đƣợc định

nghĩa thông qua l và hàm PDF của nó p() có thể là một trong số các hàm PDF

đƣợc đề cập ở phần trên. Cũng giống nhƣ trong trƣờng hợp kênh phading phẳng,

sau khi đi qua kênh phading, tín hiệu băng thông rộng bị xáo trộn bởi AWGN với

mật độ phổ công suất một phía No(W/Hz). Hàm AWGN đƣợc giả thiết là độc lập

với biên độ phading (l)l=1LLp

. Do vậy tỉ số tức thời SNR với ký hiệu của kênh thứ l

đƣợc tính nhƣ sau: l = l2ES /N0 , và tỉ số trung bình SNR với ký hiệu của kênh thứ

l đƣợc tính là : .

Tín hiệu trên đƣờng truyền đầu tiên đến phía thu sẽ chịu ảnh hƣởng của phading

ít hơn so với các đƣờng truyền khác vì năng lƣợng thành phần sẽ giảm theo độ trễ

của tín hiệu. Tín hiệu trên đƣờng truyền cuối cùng bị ảnh hƣởng của phading nhiều

nhất. Hàm số (l)l=1LLp

liên quan đến trễ công suất của kênh PDP. Mô hình PDP

đƣợc mô tả theo nhiều dạng khác nhau, phụ thuộc vào môi trƣờng truyền dẫn indoor

hay outdoor, và các điều kiện truyền dẫn. Mô hình PDP indoor lại đƣợc chia thành

PDP cho tòa nhà văn phòng, nhà máy có nhiều máy móc, …Lấy ví dụ, các phép đo

thực tế đã chỉ ra rằng, kênh thông tin di động đƣợc miêu tả chính xác nhất thông qua

hàm PDF suy giảm hàm mũ cho môi trƣờng lan truyền là tòa nhà văn phòng và khu

đô thị đông đúc.

l = 1, 2, …, LP

0/ NESll

max/

1

lel



Trong đó, 1 là công suất phading trung bình tƣơng ứng với đƣờng lan truyền

tín hiệu thứ nhất, max là trễ lan truyền cực đại.

2.6 Các mô hình thực nghiệm.

2.6.1 Truyền sóng bên ngoài vào trong tòa nhà.

Hình 2.4 : Truyền sóng vào tòa nhà

(Tài liệu tham khảo [4])

Trong những năm gần đây, công nghệ thông tin di động đánh dấu sự phát triển

bùng nổ của các thiết bị di động cá nhân cả về số lƣợng lẫn chủng loại. Việc lập kế

hoạch mạng viễn thông là vấn đề cần thiết để theo kịp với sự phát triển này. Trong

thông tin di động, các nhà chuyên môn lấy yếu tố suy hao đƣờng truyền tín hiệu

trong tòa nhà để đánh giá chất lƣợng cho từng mạng di động. Các vấn đề của mô

hình lan truyền tín hiệu trong nhà rất khác nhau và phức tạp. Cụ thể là:

* Đó là môi trƣờng truyền dẫn 3 chiều. Bởi vì với một khoảng cách xác định từ

BTS đến MS, chúng ta phải quan tâm đến yếu tố chiều cao, nó phụ thuộc vào số

tầng của tòa nhà. Trong khu vực thành thị, chúng ta dễ nhận thấy rằng tín hiệu sẽ có

đƣờng truyền thẳng LOS từ BTS đến MS khi MS đang ở các tầng cao của tòa nhà,

trong khi nếu MS ở các tầng thấp hay trên phố, đƣờng truyền LOS rất khó đạt

đƣợc.

* Môi trƣờng truyền dẫn bên trong tòa nhà trong đó chứa nhiều vật cản. Những

vật cản này đƣợc làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau, và có vị trí rất gần với máy di



động. Với môi trƣờng nhƣ vậy, đặc tính lan truyền của tín hiệu sẽ thay đổi rất nhiều

so với môi trƣờng ngoài trời.

* Chúng ta đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu về lan truyền tín hiệu từ

ngoài vào bên trong tòa nhà, đặc biệt với các dải tần số sử dụng cho mạng di động.

Các công trình nghiên cứu này đƣợc chia thành 2 loại sau:

- Loại thứ nhất nghiên cứu trong môi trƣờng có chiều cao trạm BTS từ 3m đến 9m

và máy di động chủ yếu di chuyển trong các tòa nhà cao 1 hoặc 2 tầng nằm ở

ngoại ô.

- Loại thứ hai nghiên cứu trong môi trƣờng có chiều cao trạm BTS tƣơng đƣơng với

trong mạng di động cellular và máy di động di chuyển trong các tòa nhà cao tầng.

Các nghiên cứu cho loại thứ nhất xuất phát từ hệ thống điện thoại vô tuyến cầm

tay vì hệ thống này phục vụ cho một số lƣợng lớn các thiết bị cầm tay công suất

thấp, có bán kính cell nhỏ (< 1km). Trong hệ thống này, việc phủ sóng cho một tòa

nhà cao tầng đƣợc thực hiện thông qua rất nhiều cell nhỏ nằm trong tòa nhà. Đó là

lý do tại sao các nghiên cứu lại sử dụng chiều cao của anten thấp, khoảng cách từ

BTS đến MS nhỏ hơn 1km, và các phép đo đƣợc tiến hành trong nhà.

Trong mạng thông tin di động cellular, anten của các trạm thu phát macrocell

thƣờng đƣợc đặt trên mái nhà của tòa nhà cao tầng nên thƣờng có chiều cao từ 60

đến 100m so với mặt đất và bán kính cell lớn nhất có thể tới 30km. Do vậy chúng ta

không thể áp dụng các kết quả nghiên cứu của loại thứ nhất vào hệ thống này. Tuy

nhiên, các nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng tín hiệu trong các khu vực nhỏ nhƣ trong

tòa nhà có phading Rayleigh phân bố xấp xỉ với phading hàm log. Nói cách khác,

hàm thống kê tín hiệu trong tòa nhà có thể đƣợc mô hình nhƣ là sự xếp chồng của

quá trình small-scale (Rayleigh) và large-scale (lognormal)- là các mô hình truyền

sóng ngoài trời cho khu vực thành thị. Mức tín hiệu luôn thay đổi theo chiều cao

của anten và chịu ảnh hƣởng của sự phản xạ từ mặt đất.

Các kết quả nghiên cứu đã đƣa ra công thức suy hao của tín hiệu:

L = S + 10nlog d (2-14)

Trong đó:

S là hằng số, S = 32.0 đối với tần số 900MHz

= 38.0 đối với tần số 1800MHz.

d là khoảng cách giữa máy phát và máy thu.



n là hệ số lan truyền sóng.

Các phép đo thực nghiệm đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng một máy thu đƣợc

đặt cố định và một máy phát cầm tay di chuyển khắp mọi vị trí trong tòa nhà, đã cho

thấy giá trị của tham số n trong công thức (2-14) sẽ là 4,5; 3,9; 3,0 và 2,5 cho các vị

trí tƣơng ứng là bên ngoài tòa nhà, tại tầng 1, tại tầng 2 và tại tầng hầm.

Trong khi đó, các nghiên cứu của loại thứ hai lại liên quan đến các đặc tính

thống kê của suy hao tín hiệu trong nhà. Một công trình đầu tiên đƣợc giới thiệu bởi

Rice, đã chỉ ra sự khác nhau giữa tín hiệu trung bình tại tầng khảo sát của tòa nhà

với mức tín hiệu trung bình bên ngoài tòa nhà, trên phố nằm kề với tòa nhà. Rõ ràng

là có hai khả năng xảy ra, hoặc là ta có thể thực hiện các phép đo trên đƣờng phố

nằm xung quanh tòa nhà để tìm đƣợc mức tín hiệu trung bình bên ngoài tòa nhà,

nhƣ Rice đã đƣa ra, hoặc là ta có thể lấy kết quả của phép đo tức thời bên ngoài tòa

nhà tại vị trí nằm trên đƣờng thẳng nối từ tâm tòa nhà đến vị trí máy phát.

Phƣơng pháp thứ hai sẽ chính xác hơn nếu tồn tại một đƣờng truyền LOS giữa

máy phát và tòa nhà. Nhƣng trƣờng hợp này rất ít khả năng vì tín hiệu truyền vào

trong tòa nhà qua rất nhiều đƣờng truyền tán xạ, nên phƣơng pháp một mang tính

thực tiễn hơn. Phƣơng pháp phân tích số liệu cũng rất khác nhau. Mặc dù trong hầu

hết các nghiên cứu, tín hiệu đƣợc lấy mẫu tại theo từng khoảng thời gian và từng vị

trí. Nhƣng nhìn chung, các phƣơng pháp khác nhau này không làm ảnh hƣởng đến

giá trị trung bình phép đo suy hao tín hiệu trong tòa nhà.

Vì những lí do này, đôi khi rất khó so sánh kết quả của các công trình nghiên

cứu. Suy hao phụ thuộc rất nhiều các yếu tố, nhƣng chủ yếu là phụ thuộc vào tần số,

điều kiện lan truyền và chiều cao của máy thu trong tòa nhà. Tuy nhiên, một số yếu

tố khác cũng có ảnh hƣởng đến suy hao tín hiệu nhƣ hƣớng của tòa nhà so với anten

BTS, cấu trúc tòa nhà (vật liệu xây nhà, số lƣợng và kích thƣớc cửa sổ) và cách bố

trí vật dụng trong tòa nhà. Trong hầu hết các mô hình để dự đoán cƣờng độ tín hiệu

trong tòa nhà đều sử dụng phƣơng pháp kỹ thuật đƣợc đƣa ra bởi Rice. Cụ thể là

trƣớc tiên, dự đoán mức tín hiệu trung bình trên các con phố nằm xung quanh tòa

nhà, sau đó cộng thêm phần suy hao bởi tòa nhà.

Một nghiên cứu khác của Barry và Williamson – New Zealand tập trung nghiên

cứu vào tòa nhà, tại các tầng chính có đƣờng truyền thẳng tới trạm thu phát gốc

BTS. Hai ông đã sử dụng các tiêu chuẩn tƣơng tự nhƣ việc tính toán trong môi



trƣờng giao thông. Phƣơng pháp mô tả thống kê của Suzuki cho thấy tín hiệu trên

bất cứ tầng nhà nào tại tần số 900MHz có độ lệch tiêu chuẩn là 6,7dB. Mô hình

cũng cho rằng suy hao qua cửa sổ có ô kính nhỏ có giá trị là 10dB.

Các nghiên cứu thực nghiệm tại Anh cho tần số 441, 896.5 và 1400MHz đã cho

ra cùng một kết quả về sự thay đổi tín hiệu, tƣơng tự nhƣ những nghiên cứu ở trên.

Các nghiên cứu này đƣa ra cách nhìn về bản chất ảnh hƣởng của điều kiện lan

truyền đến độ sai lệch tiêu chuẩn.

Bảng 2.2 đƣa ra giá trị suy hao xâm nhập cho 3 tần số tín hiệu khác nhau khi

máy thu ở các vị trí khác nhau của một tòa nhà 6 tầng hiện đại. Giá trị suy hao tăng

khoảng 1.5dB khi tần số thay đổi từ 441 lên 896.5MHz và khoảng 4.3dB khi tần số

tăng lên 1400MHz.

Các phép đo thử khác nhau đƣợc thực hiện trong tòa nhà lớn, có tầng hầm thì

giá trị suy hao là 14.2, 13.4 và 12.8 tƣơng ứng với các tần số 900, 1800 và

2300MHz. Đối với các nhà thiết kế hệ thống, sự suy hao tín hiệu tại tầng hầm là rất

quan trọng. Bởi vì nếu một hệ thống đƣợc thiết kế mà đạt đƣợc chất lƣợng tốt nhất

tại tầng hầm thì chất lƣợng tại các tầng trên của tòa nhà cũng sẽ tốt.

Ngƣời thực hiện cũng phải nhấn mạnh một điều là, tổng suy hao tín hiệu lan

truyền từ trạm BTS đến MS đƣợc chia ra làm hai thành phần: một là suy hao tín

hiệu từ BTS đến vị trí xung quanh tòa nhà; thứ hai là suy hao của tín hiệu khi xâm

nhập vào tòa nhà. Sự phân chia này tạo thuận lợi khi ƣớc lƣợng suy hao của tín

hiệu. Theo các kết quả nghiên cứu ở trên, suy hao xâm nhập vào tòa nhà và suy hao

trong không khí của tín hiệu tăng tỉ lệ thuận với tần số. (Tài liệu tham khảo [4]).

Bảng 2.2 Bảng giá trị suy hao xâm nhập theo số tầng.

Số tầng Suy hao xâm nhập

441.0 MHz 896.5 MHz 1400.0 MHz

Tầng trệt 16.37 11.61 7.56

Tầng 1 8.11 8.05 4.85

Tầng 2 12.76 12.50 7.98

Tầng 3 13.76 11.18 9.11

Tầng 4 11.09 8.95 6.04

Tầng 5 5.42 5.98 3.31

Tầng 6 4.20 5.23 5.24



Các điều kiện của môi trƣờng truyền dẫn cũng có ảnh hƣởng rất lớn đến giá trị

sai lệch chuẩn và cũng ảnh hƣởng đến giá trị gốc của hàm phân bố lognormal. Hình

2.5 chỉ ra rằng, khi tín hiệu không có đƣờng truyền thẳng LOS, sự thay đổi của tín

hiệu theo tỉ lệ lớn (large-scale) sẽ tuân theo sự phân bố lognormal và khi đó giá trị

sai lệch chuẩn sẽ là 4dB. Trong trƣờng hợp khác, khi tín hiệu tồn tại đƣờng truyền

thẳng đến toàn bộ tòa nhà hoặc một phần của tòa nhà, thì sự thay đổi của tín hiệu

theo tỉ lệ lớn (large-scale) sẽ xuất phát từ một giá trị nào đó của hàm lognormal và

giá trị sai lệch chuẩn sẽ cao hơn. Đối với môi trƣờng truyền dẫn hoàn toàn LOS, giá

trị sai lệch chuẩn sẽ là 6 – 7dB.

Hình 2.5 Phân bố tích lũy của sự thay đổi tín hiệu tại tần số 900MHz trong tòa nhà

không có đƣờng truyền LOS. ( ): giá trị đo, (----): giá trị lý thuyết của phân bố

lognormal với độ lệch chuẩn 4dB.


Tóm lại, giá trị sai lệch chuẩn của tín hiệu có liên quan đến diện tích của sàn,

với sàn có diện tích nhỏ thì giá trị sai lệch chuẩn cũng sẽ nhỏ và ngƣợc lại. Suy hao



xâm nhập sẽ giảm khi MS di chuyển lên các tầng cao của tòa nhà, vì sẽ có nhiều

đƣờng truyền LOS đến các tầng cao hơn là các vị trí thấp trên các con phố xung

quanh tòa nhà.

Hình 2.6 Mối quan hệ giữa suy hao xâm nhập và số tầng tòa nhà.


Tuy nhiên, cũng có những trƣờng hợp cá biệt, đó là giá trị suy hao xâm nhập lại

tăng lên cùng với số tầng của tòa nhà. Điều này gây ra bởi điều kiện môi trƣờng lan

truyền đặc biệt tồn tại giữa BTS và MS. Hình 2.5 chỉ ra sự thay đổi 2dB trên mỗi

tầng.

Tổng kết lại, khi trạm thu phát nằm bên ngoài, tín hiệu bên trong tòa nhà sẽ có

những đặc tính sau:

- Sự thay đổi tín hiệu theo tỉ lệ nhỏ (small-scale) tuân theo phân bố Rayleigh.

- Sự thay đổi tín hiệu theo tỉ lệ rộng (large-scale) tuân theo phân bố lognormal

với độ lệch chuẩn phụ thuộc vào điều kiện môi trƣờng lan truyền và diện tích

từng tầng.

- Suy hao xâm nhập vào tòa nhà của tín hiệu sẽ giảm khi tần số tăng.

- Suy hao xâm nhập vào tòa nhà của tín hiệu sẽ giảm khi số tầng tăng lên.



- Khi không có đƣờng truyền thẳng LOS giữa BTS và tòa nhà (cơ chế tán xạ

chiếm ƣu thế), sự sai lệch tiêu chuẩn của giá trị trung bình cục bộ xấp xỉ

4dB. Khi có đƣờng truyền thẳng LOS, sự sai lệch tiêu chuẩn là 6 đến 9dB.

- Sự thay đổi suy hao xâm nhập của tín hiệu theo độ cao là 2dB/tầng.

Hầu hết các mô hình lan truyền ngoài trời đƣợc phát triển và tối ƣu cho

macrocell, và chúng không chính xác khi áp dụng cho microcell. Ngoài ra, việc dự

đoán suy hao đƣờng truyền từ một trạm BTS bên ngoài đến một máy thu nằm bên

trong tòa nhà sẽ chính xác hơn nếu nó đƣợc tính toán trực tiếp và không đơn thuần

là sự mở rộng của các mô hình ngoài trời. Barry và Williamson đã đƣa ra một hệ số

kết hợp liên quan đến sự lan truyền của tín hiệu từ ngoài vào trong tòa nhà và hệ số

liên quan đến sự lan truyền của tín hiệu bên trong tòa nhà để cho ra đời một mô

hình toàn diện.

Toledo đã thực hiện các phân tích hồi quy nhiều bƣớc với một cơ sở dữ liệu to

lớn, và nghiên cứu mối quan hệ của các tham số. Kết quả tốt nhất của ông là đƣa 3

tham số vào công thức toán hồi quy. Đó là khoảng cách d giữa máy phát và thu,

diện tích sàn Af, và hệ số SQ thể hiện cho số sàn của tòa nhà có đƣờng truyền thẳng

LOS. Mô hình cho tần số 900 và 1800MHz nhƣ sau:

L = -37,7 + 40logd + 17,6logAf –27,5SQ (2-15)

L = -27,9 + 40logd + 23,3logAf – 20,9SQ (2-16)

Sai số giữa công thức toán học trên với giá trị đo thực nghiệm là 2,4 và 2,2dB

tƣơng ứng. Sai số này nhỏ hơn một chút so với kết quả nghiên cứu của Barry và

Williamson.

2.6.2 Truyền sóng bên trong tòa nhà.

Có rất nhiều nghiên cứu về lan truyền sóng trong tòa nhà trên một phạm vi tần số

rộng. Lan truyền sóng trong nhà chịu ảnh hƣởng rất lớn bởi các đặc tính của tòa nhà

nhƣ các bố trí vật dụng trong nhà, vật liệu dùng để xây dựng tƣờng, sàn nhà, trần

nhà.

Hệ thống thông tin vô tuyến trong nhà khác với hệ thống vô tuyến bình thƣờng

ở hai yếu tố quan trọng sau: môi trƣờng can nhiễu và tốc độ phading. Môi trƣờng

can nhiễu thƣờng gây ra bởi sự bức xạ của các thiết bị điện tử nhƣ máy tính. Mức

nhiễu bên trong nhà này đôi khi lớn hơn bên ngoài. Hơn nữa, cƣờng độ tín hiệu thay



đổi từ chỗ này sang chỗ khác trong tòa nhà. Tín hiệu có thể bị suy hao rất nhiều khi

lan truyền một vài mét qua tƣờng, trần nhà hoặc sàn nhà hay thậm chí vẫn đủ mạnh

sau khi đã lan truyền hàng trăm mét dọc hành lang. Hệ số tín hiệu trên tạp âm SNR

rất khó dự đoán và thay đổi liên tục.

Tốc độ phading chậm làm nó không thích hợp cho việc tính toán hoạt động của

hệ thống. Có hai khả năng sau: thứ nhất, nếu ngƣời sử dụng máy điện thoại vô tuyến

di chuyển chậm xung quanh trong tòa nhà trong khi cuộc đàm thoại vẫn liên tục, thì

anten sẽ bị ảnh hƣởng bởi phading. Trƣờng hợp này đƣợc mô tả chính xác nhất

bằng tỉ lệ phần trăm của thời gian khi hệ số SNR rơi xuống thấp hơn một giá trị có

thể chấp nhận đƣợc. Nếu là hệ thống số, thì đó là tỉ lệ phần trăm của tỉ lệ lỗi rơi

xuống thấp hơn giá trị cho phép. Tuy nhiên vì các ảnh hƣởng thứ cấp (nhƣ chuyển

động của ngƣời, cửa bị đóng hoặc mở), những khả năng này thay đổi chậm theo

thời gian.

Sự hoạt động không nhƣ mong muốn của hệ thống băng thông rộng có thể gây

ra bởi nhiễu giữa các ký tự do sự trễ dải rộng. Điều này làm hạn chế tốc độ truyền

dữ liệu. Do vậy, trong hệ thống băng thông hẹp, phading nhiều tia và che khuất làm

hạn chế vùng phủ sóng. Nhiễu có thể xuất phát từ tự nhiên, cũng có thể do con

ngƣời, hoặc cũng có thể do các thuê bao khác trong một hệ thống nhiều thuê bao tạo

ra. Nó làm hạn chế số lƣợng thuê bao cùng tồn tại trong một vùng phủ sóng. Các kỹ

thuật nhƣ cấp kênh động, điều khiển công suất, thu phân tập có thể đƣợc sử dụng để

hạn chế vấn đề này.

2.6.2.1 Đặc tính lan truyền.

Một số các nghiên cứu đã đƣợc thực hiện để xác định các đặc tính lan truyền

trong nhà, trong tòa nhà văn phòng, trong nhà xƣởng. Một trong số các nghiên cứu

mới nhất, đƣợc thực hiện trên hệ thống điện thoại vô tuyến tại Nhật Bản, có dải tần

làm việc từ 250 đến 400MHz. Các kết quả đo đƣợc thực hiện với máy phát công

suất thấp 10mW. Kết quả nghiên cứu cho thấy suy hao đƣờng truyền trung bình

tuân theo quy luật suy hao trong không gian tự do trong khoảng cách rất gần (trong

phạm vi 10m). Sau đó, suy hao này tăng tỉ lệ với khoảng cách. Nếu đƣờng lan

truyền của tín hiệu bị che chắn bởi đồ vật, thì đặc tính lan truyền sẽ bị ảnh hƣởng

theo nhiều cách khác nhau và không có quy luật chung nào cả. Sự thay đổi tức thời



của tín hiệu rất gần với phân bố Rayleigh, đó là kết quả của quá trình tán xạ bởi sự

che chắn của tƣờng, sàn, trần và đồ vật.

Một quy luật liên quan giữa suy hao đƣờng truyền và khoảng cách từ máy phát

đƣợc sử dụng để dự đoán cƣờng độ tín hiệu trong một tòa nhà có cấu trúc, nhƣng rất

khó để đƣa ra đƣợc một công thức chung. Mô hình chính xác nhất để miêu tả đƣờng

truyền thẳng thƣờng xảy ra tại các phòng có diện tích tƣơng đƣơng nhau, có cùng

kiểu sắp xếp đồ đạc, có suy hao giống nhau của tƣờng ngăn giữa các phòng. Hệ số

mũ n trong công thức tính suy hao thay đổi xung từ 2 khi tín hiệu lan truyền tự do

tại sảnh hoặc hành lang đến 6 khi tín hiệu bị che chắn nhiều.

Motley and Keenan đã báo cáo kết quả nghiên cứu thực nghiệm của họ với môi

trƣờng nghiên cứu là tòa nhà văn phòng nhiều tầng, tại tần số là 900 và 1700MHz.

Một máy phát cầm tay di chuyển trong một phòng đƣợc lựa chọn trong tòa nhà này,

trong khi máy thu là cố định một chỗ. Máy thu có vị trí tại trung tâm của tòa nhà, nó

giám sát các mức của tín hiệu. Họ đã đƣa ra một công thức thể hiện mối quan hệ

giữa công suất và khoảng cách nhƣ sau:

P = P’ + kF = S + 10nlog d (2-17)

Trong đó:

F là suy hao tại mỗi tầng của tòa nhà.

K là số tầng.

P’ là tham số suy hao phụ thuộc tần số

Bảng 2.3 đƣa ra giá trị của các tham số đƣợc đo thực nghiệm. Chúng ta thấy

rằng hệ số n là tƣơng tự nhau cho cả hai tần số, nhƣng F và S lại có giá trị cao hơn 6

và 5 dB tại tần số 1700MHz. Kết quả này đã đƣợc kiểm tra lại trong các tòa nhà cao

tầng khác. Ta thấy rằng tổng giá trị suy hao đƣờng truyền của tín hiệu tại tần số

1700MHz sẽ lớn hơn 5,5dB so với suy hao tín hiệu tại tần số 900MHz. Nhận định

này phù hợp với các kết quả dự đoán về mặt lý thuyết.

Bảng 2.3 Các tham số lan truyền trong tòa nhà.

Tần số F (dB) S (dB) n

900MHz 10 16 4

1700MHz 16 21 3,5



Các kết quả đo thực nghiệm khác cho thấy suy hao tín hiệu qua vách ngăn mềm

là 3-4 dB, và suy hao qua tƣờng ngạch là 7-8dB. Giá trị suy hao qua các vật liệu

trên thƣờng nhỏ hơn giá trị suy hao tín hiệu qua sàn nhà, vì sàn nhà thƣờng bằng bê

tông có lƣới kim loại gia cố. Tại tần số 1700MHz có xu hƣớng bị giữ lại năng lƣợng

nhiều hơn tần số 900MHz khi truyền qua cầu thang bộ và thang máy. Các báo cáo

cho biết suy hao giữa các tầng chịu ảnh hƣởng bởi vật liệu xây dựng, số lƣợng và

kích thƣớc cửa sổ, cũng nhƣ chủng loại kính.

Môi trƣờng xung quanh tòa nhà cũng phải đƣợc xem xét, vì rõ ràng, năng lƣợng

bên trong tòa nhà có thể lan truyền ra xa gây ảnh hƣởng và nhiễu với các tòa nhà

xung quanh. Nó có thể phản xạ ngƣợc trở lại tòa nhà tại các tầng cao hoặc thấp hơn,

phụ thuộc vào vị trí đặt anten và hƣớng búp sóng. Các kết quả thực nghiệm đã chỉ ra

rằng suy hao giữa các tầng liền nhau sẽ lơn hơn suy hao của tín hiệu của các tầng

khác. Sau năm hoặc sáu tầng, tín hiệu không còn ảnh hƣởng lẫn nhau. Một số

nghiên cứu cũng đã xuất bản thông tin về suy hao tín hiệu gây ra bởi lan truyền qua

các loại vật liệu xây dựng khác nhau, trên các dải tần số khác nhau, hình dƣới đây

sẽ thống kê sự suy hao giữa truyền sóng bên trong tòa nhà và ngoài không gian tự

do.

Hình 2.7 Suy hao khác nhau giữa môi trƣờng không gian tự do và tòa cao ốc.




Lan truyền tín hiệu bên trong tòa nhà sẽ phụ thuộc nhiều hơn vào cấu trúc, vật

liệu xây dựng khi tần số cao hơn (ví dụ 1700MHz so với 900MHz). Băng tần thấp

(860MHz) đã đƣợc sử dụng cho hệ thống điện thoại vô tuyến số châu Âu DECT. Hệ

thống này đƣợc thiết kế cho môi trƣờng kinh doanh và dân dụng. Hệ thống này

cung cấp một chất lƣợng thoại tốt, cung cấp các ứng dụng về dữ liệu và thoại. Nó

cho phép ngƣời sử dụng các thiết bị cầm tay di chuyển linh hoạt trong tòa nhà. Mặc

dù suy hao tín hiệu tăng lên theo tần số, nhƣng dải tần 1700MHz có thể sử dụng

đƣợc cho hệ thống điện thoại vô tuyến trong nhà. Trong bất cứ trƣờng hợp nào, số

lƣợng trạm thu phát sóng sẽ phụ thuộc vào dung lƣợng và yêu cầu về chất lƣợng

hoạt động, chứ nó không bị giới hạn vào vùng phủ sóng của tín hiệu.

Trong tòa nhà, không gian đƣợc chia thành các phòng riêng biệt, phading

thƣờng xuất hiện thành từng cụm, kéo dài trong vài giây với phạm vi dao động

khoảng 30dB. Trong môi trƣờng văn phòng thoáng rộng, phading xuất hiện liên tục

nhƣng lại có phạm vi dao động hẹp hơn, khoảng 17dB. Sự thay đổi đƣờng biên theo

thời gian là Phading Racian với giá trị của K từ 6 đến 12dB. Giá trị của K là một

hàm mở rộng, có sự bổ sung yếu tố chuyển động, thay cho cấu trúc nhiều tia tồn tại

gần máy thu. Sự chuyển động của máy thu đầu cuối cũng gây ra phading, vì sự

chuyển động này xuyên qua các khu vực có trƣờng điện từ biến đổi.

Có một số công thức mở rộng của (2-1) trong mô hình suy hao tín hiệu trong

nhà.

L = S + 10n logd + Xd (2-18)

Trong đó Xd là tham số lognormal (dB) với độ sai lệch tiêu chuẩn là .

Anderson đã đƣa ra giá trị tiêu chuẩn của và n cho các loại tòa nhà khác nhau trên

một phạm vi tần số, n nằm trong khoảng 1.6 đến 3.3 , còn nằm trong khoảng từ 3

đến 14dB. Seidel cũng đƣa ra các giá trị cho n và cho các tòa nhà khác nhau. Các

giá trị này đƣợc tìm ra thông qua các phép đo thực nghiệm tại rất nhiều vị trí. Các

giá trị này đƣợc sử dụng để mô hình hóa lan truyền thông qua công thức sau:

L = S + 10nSF logd + F (2-19)

Trong đó, nSF là hệ số mũ cho các phép đo trên cùng một sàn.

Giả thiết rằng nếu có một giá trị nSF chính xác, thì suy hao lan truyền trên các

sàn khác nhau có thể đƣợc xác định bằng cách cộng thêm vào một giá trị thích hợp



cho hệ số suy hao F giữa các sàn. Một cách khác, trong công thức (2-19) F có thể

đƣợc loại bỏ bằng cách sử dụng hệ số nMF . Hệ số này đã bao gồm ảnh hƣởng cách

ly giữa các sàn. Khi đó công thức suy hao sẽ trở thành:

L = S + 10nMF logd (2-20)

Devarsirvatham đã nhận thấy suy hao trong nhà có thể đƣợc mô hình hóa nhƣ

suy hao trong không gian tự do và công thêm phần suy hao phụ có tính chất tăng

hàm mũ theo khoảng cách. Do đó, công thức tính suy hao sẽ đƣợc sửa lại nhƣ sau:

L = S + 10nSFlogd + d + F (2-21)

Trong đó, là hằng số suy hao (dB/m). Các công thức tính suy hao trong nhà

đã đƣợc Rappaport tổng hợp lại. Rappaport là nhà nghiên cứu hàng đầu trên thế giới

về lĩnh vực truyền sóng indoor.

Cuối cùng, xuất phát từ công thức cơ bản (2-14), Toledo và Turkmani đã tiến

hành nghiên cứu có sử dụng thêm các yếu tố khác. Hai ông đƣa ra công thức cuối

cùng dự đoán suy hao đƣờng truyền cho tần số 900 và 1800MHz, với máy phát đặt

tại một sàn xác định trong tòa nhà cao tầng:

L = 18.8 + 39.0logd + 5.6kr + 13.0Swin – 11.0G – 0.024Af

L = 24.5 + 33.8logd + 4.0kr + 16.6Swin – 9.8G – 0.017Af (2-22)

Trong đó,

kf là số sàn giữa máy phát và máy thu.

Swin là hệ số thể hiện cho mức năng lƣợng thoát ra và quay lại tòa nhà. Swin

có giá trị là 0 hoặc 1, phụ thuộc vào vị trí của máy thu.

G thể hiện cho mức năng lƣợng tại hai tầng thấp nhất của tòa nhà.

Af là diện tích sàn của phòng đặt máy thu.

Đối với các phòng nằm cùng phía với máy phát, Swin =1,

Phía đối diện Swin = 0.25;

Phía vuông góc Swin = 0.5;

Đối với các phòng bên trong, không có cửa sổ Swin =0.

Hệ số G có giá trị bằng 1 đối với 2 tầng thấp hơn so với tầng đặt máy phát, và

bằng 0 với các tầng khác.

Vùng phủ sóng tốt nhất trong bất kỳ tòa nhà nào khi vị trí của máy phát nằm

trong một phòng rộng và tại trung tâm của tòa nhà.



2.6.2.2 Nghiên cứu lan truyền sóng với hệ thống băng rộng.

Ngoài các nghiên cứu với hệ thống băng thông hẹp để tìm ra sự thay đổi cƣờng

độ tín hiệu so với khoảng cách, chúng ta cũng có một số nghiên cứu trên hệ thống

băng thông rộng về đặc tính lan truyền của tín hiệu bên trong tòa nhà.

Devarsirvatham đã sử dụng thiết bị hoạt động ở tần số 850MHz, có độ phân giải

trề lan truyền là 25ns (nghĩa là có thể phân biệt các đƣờng truyền có chiều dài khác

nhau 7,5m ) để tiến hành các phép đo về trễ lan truyền của tín hiệu trong tòa nhà và

khu dân cƣ. Thiết bị này cho thấy hình dạng chi tiết của hiện trạng trễ công suất có

ảnh hƣởng rất ít đến hoạt động của hệ thống vô tuyến. Do vậy, các nghiên cứu sẽ

tập trung vào là trễ lan truyền.

Nói chung, trễ của tín hiệu indoor sẽ rất nhỏ hơn so với tín hiệu lan truyền

outdoor. Hình 2.8 thể hiện dạng trễ trung bình trong một tòa nhà cao 6 tầng, diện

tích rộng. Hình 2.9 thể hiện phân bố tích lũy của trễ lan truyền cho tòa nhà này và

một tòa nhà văn phòng khác có 2 tầng với diện tích nhỏ hơn. Một hệ thống thông tin

di động sẽ phải làm việc trong điều kiện trễ lan truyền xấu nhất, 250ns cho cả hai

tòa nhà.

Hình 2.8 Dạng trễ tín hiệu lan truyền trong một tòa nhà 6 tầng.



Hình 2.9 Phân bố tích lũy trễ lan truyền trong hai tòa nhà văn phòng.

(Tài liệu tham khảo[6])

Bultitude đã so sánh các đặc tính indoor tại tần số 900MHz và 1.75GHz sử

dụng thiết bị có tham số giống với Devarsirvatham. Các phép đo đƣợc thực hiện tại

một tòa nhà xây bằng gạch, cao 4 tầng, và một tòa nhà hiện đại xây bằng bê tông, có

thể thấy đƣợc sự khác nhau trong kết quả đo, nhƣng nó chịu ảnh hƣởng nhiều về vị

trí hơn là tần số làm việc. Trong một tòa nhà, trễ lan truyền RMS có giá trị lớn hơn

một chút tại tần số 1.75GHz ở trên 90% vị trí đƣợc đo (28ns so với 26ns). Kết quả

đo cũng cho thấy vùng phủ sóng trong cả hai tòa nhà là có bán kính nhỏ hơn tại tần

số 1.75GHz so với tại tần số 900MHz.

Một mô hình thống kê cho lan truyền nhiều tia tín hiệu trong nhà đƣợc tiến

hành bởi Salah và Valenzuela trên tần số 1.5GHz sử dụng máy phát xung 10ns

trong một tòa nhà kích thƣớc trung bình. Kết quả của hai ông cho thấy, kênh thông

tin indoor gần nhƣ tĩnh, nghĩa là chúng biến đổi rất chậm. Đặc tính tự nhiên và

thống kê của đáp ứng xung đƣợc xem là độc lập với phân cực của tín hiệu phát và

thu khi không tồn tại đƣờng truyền thẳng LOS. Trề lan truyền lớn nhất trong phòng

từ 100 đến 200ns, nhƣng thỉnh thoảng giá trị này đạt 300ns khi đo tại sảnh. Trễ lan

truyền RMS đo đƣợc trong tòa nhà có giá trị trung bình 25ns, và có giá trị lớn nhất



(xấu nhất) là 50ns (bằng 1/5 so với giá trị của Devarsirvatham đo trong tòa nhà

rộng).

Cuối cùng, Rappaport, một lần nữa sử dụng các thiết bị đo tƣơng tự, nghiên cứu

lan truyền nhiều tia trong một nhà xƣởng tại tần số 1300MHz. Ta thấy rõ sự khác

nhau về mặt vật lý của các tòa nhà, về kỹ thuật xây dựng, về bố trí nội thất…sẽ là

nguyên nhân làm cho đặc tính lan truyền tín hiệu sẽ khác nhau.Trên thực tế, ta thấy

rằng hệ số suy hao n có giá trị xấp xỉ 2,2 và phading Racian là tiêu chuẩn. Trễ lan

truyền RMS có giá trị từ 30 đến 300ns, và có giá trị trung bình là 96ns cho đƣờng

truyền LOS và 105ns cho đƣờng truyền NLOS.

Bảng 2.4 Các tham số từ các nghiên cứu về lan truyền sóng trong nhà.

(Tài liệu tham khảo[ 5 ])

2.7 Mô hình giải tích truyền sóng trong nhà (Ray tracing).

Các mô hình lan truyền thƣờng nhận ra rằng khi khi một vật thể nằm chắn trên

đƣờng truyền của tia sóng, thì tia sóng có thể phản xạ, tán xạ hoặc trong một số

trƣờng hợp bị khúc xạ xung quanh rìa của vật thể. Môi trƣờng indoor chứa rất nhiều

vật thể có cấu trúc phức tạp. Việc xác định đƣờng đi của một tia sóng là điều khó

thực hiện đƣợc.



Để xác định đƣờng đi của một tia sóng lan truyền từ máy phát đến máy thu,

chúng ta có một số phƣơng pháp nhƣng hiệu quả nhất là phƣơng pháp ray tracing

(tìm vết). Phƣơng pháp này dựa trên công nghệ xử lý ảnh. Ray tracing xem tất cả

các vật cản nhƣ là vật phản xạ tiềm tàng và tính toán ảnh hƣởng của chúng dựa trên

xử lý ảnh. Đây là cách tiếp cận có tính phân tích kỹ lƣỡng, yêu cầu tính đến tất cả

các tia phát sinh do phản xạ hoặc khúc xạ. Do đó, với một môi trƣờng đơn giản, thời

gian tính toán sẽ ít. Với môi trƣờng phức tạp, cơ sở dữ liệu về môi trƣờng nhƣ công

trình, số bức tƣờng, cấu tạo, vật liệu…vô cùng lớn và thời gian tính toán lớn,

phƣơng pháp tính toán rất phức tạp. Do đó, vị trí giữa máy phát và máy thu đƣợc

xác định trong tọa độ không gian 3 chiều. Cƣờng độ của tia phản xạ và tia phát

đƣợc tính toán thông qua kỹ thuật quang hình học. Tia khúc xạ đƣợc xử lý bằng một

trong các kỹ thuật tiêu chuẩn, đó là UTD. Sự tồn tại hay không của một đƣờng

truyền LOS sẽ đƣợc xác định sau khi một nguồn tín hiệu giả đƣợc thiết lập. Dữ liệu

ảnh sẽ đƣợc tạo ra bằng cách phản xạ nguồn tín hiệu giả lên tất cả bề mặt của vật

cản có liên quan.

Để mô phỏng quá trình này, một chuỗi các bức tƣờng đƣợc tạo ra. Hình 2.10b

là biểu đồ một phần của chuỗi bức tƣờng (có cấu trúc hình cây) cho sơ đồ bố trí đơn

giản hình 2.10a.



Hình 2.10 Ví dụ đơn giản về mô hình lan truyền sóng indoor.

Trong hình 2.10, có bốn vật cản đƣợc bố trí để mô phỏng. Bức tƣờng 1 là vật

phản xạ thứ nhất, và đƣờng đi của lần phản xạ thứ 3 đƣợc xét đến. Những lần phản

xạ kế tiếp nhau trên cùng một bức tƣờng là không có khả năng xảy ra và chúng

không đƣợc đƣa vào ví dụ này. Hình 2.10b thể hiện có tất cả 13 khả năng của đƣờng

truyền cho bức tƣờng 1 nhƣ là vật phản xạ thứ nhất (phản xạ lần 1 có 1, phản xạ lần

2 có 3, phản xạ lần 3 có 9). Các biểu đồ tƣơng tự có thể đƣợc xác định cho bức

tƣờng thứ 2, 3 và 4. Nhƣ vậy sẽ có tổng số 52 khả năng của đƣờng truyền xảy ra,

cộng với 1 đƣờng truyền thẳng trực tiếp LOS trong một ví dụ đơn giản và chỉ xét

đến lần phản xạ thứ 3.



Hình 2.11 Quá trình xử lý ảnh.

Hình 2.11 minh họa quá trình xử lý ảnh trong môi trƣờng indoor. I1(w1) là ảnh

của lần phản xạ thứ nhất lên bức tƣờng 1. Có hai ảnh của lần phản xạ thứ 2. Đó là

ảnh của I1(w1) phản xạ lên bức tƣờng thứ 2 và thứ 3, đƣợc ký hiệu là I2(w2) và

I2(w3). Các ảnh của những lần phản xạ tiếp theo đƣợc tạo ra một cách tƣơng tự. Một

bức tranh hoàn thiện sẽ thể hiện các ảnh của lần phản xạ thứ nhất lên bức tƣờng 2

và 3, đồng thời các lần phản xạ tiếp theo. Đến đây có thể tính toán đƣợc vị trí của

các ảnh. Tiếp theo phần mềm sẽ kiểm tra xem liệu các ảnh đó có khả năng chứa các

đƣờng truyền hay không. Phần mềm sẽ bắt đầu tính toán từ các ảnh của lần phản xạ

cao nhất và tính ngƣợc đến máy phát. Các ảnh mà không chứa các đƣờng truyền sẽ

bị loại bỏ khỏi cơ sở dữ liệu trƣớc khi việc tính toán lan truyền đƣợc thực hiện.



(a)

(b)

Hình 2.12 (a) Điểm phản xạ P2 không tồn tại trên bức tƣờng 2. (b) Điểm phản xạ

P1 không tồn tại trên bức tƣờng 1.

Để miêu tả chi tiết hơn các điều kiện mà ta đang xét. Hình 2.12a thể hiện trƣờng

hợp đơn giản với 2 bức tƣờng. I1(w1) là ảnh lần phản xạ 1 của Tx lên bức tƣờng 1

và I2(w2) là ảnh lần phản xạ 2, nghĩa là ảnh của I1(w1) lên bức tƣờng 2. Chúng ta vẽ

một đƣờng thẳng nối giữa I2(w2) với máy thu để tạo nên điểm phản xạ thích hợp



trên bức tƣờng 2. Rõ ràng điểm P2 không nằm trung với bất cứ một điểm vật lý nào

trên bức tƣờng thứ hai, do vậy đƣờng phản xạ kép Tx-w1-w2-Rx không tồn tại

trong thực tế. Từ hình 2.12a chúng ta thấy điều kiện cho một đƣờng truyền tồn tại là

điểm phản xạ P2 phải có vị trí vật lý trên bức tƣờng 2. Đây chỉ là một khả năng khi

mà Rx nằm trong miền đƣợc minh hoạ đƣợc xác định bởi I2(w2) và bức tƣờng 2.

Nhƣng với điều kiện này, là cần nhƣng chƣa đủ.

Hình 2.12b minh họa điểm Rx nằm trong khu vực mô phỏng, nên đảm bảo rằng

điểm phản xạ nằm trên bức tƣờng thứ 2. Trong trƣờng hợp này, điểm phản xạ nằm

trên bức tƣờng 1 lại nằm ngoài vùng vật lý của tƣờng, do vậy một lần nữa đƣờng

truyền sẽ không tồn tại. Tuy nhiên, ta cũng thấy rõ đƣợc điều kiện cần thiết. Chúng

ta sẽ thiết lập điểm phản xạ P2 nằm trong miền vật lý của bức tƣờng 2, có điểm thu

Rx nằm trong miền đƣợc mô phỏng. Điểm phản xạ P1 cần thiết trên bức tƣờng 1

phải tồn tại để cung cấp điểm P2 nằm trong miền mô phỏng đƣợc xác định bởi I-

1(w1) và bức tƣờng 1. Hình 2.12c minh hoạ trƣờng hợp này.

Điều kiện cần và đủ để tồn tại một đƣờng truyền là điểm P2 phải nằm trên phần

của bức tƣờng 2, phần nằm trong miền đƣợc xác định bởi I2(w2) với bức tƣờng 2 và

miền đƣợc xác định bởi I1(w1) và bức tƣờng 1. Đây là phần tô đậm trong hình 2.9c.

Nếu không có phần bức tƣờng 2 rơi vào trong miền đƣợc xác định bởi I1(w1) và bức

tƣờng 1 thì đƣờng truyền sẽ đƣợc xem nhƣ là không tồn tại cho bất cứ vị trí nào của

Rx trong miền đƣợc mô phỏng. Nói chung, quá trình trên đƣợc áp dụng một cách đệ

quy, bắt đầu từ Rx, đƣợc tính toán ngƣợc lại Tx để xác định xem liệu mỗi điểm

phản xạ cần thiết có tồn tại thực tế với bất kỳ đƣờng truyền phản xạ nhiều lần nào

không.



(c)

(d)

Hình 2.13 (c) Tồn tại cả hai điểm phản xạ, vì vậy đƣờng truyền đƣợc xác định.

(d) Máy thu không nằm trong miền mô phỏng.



Một hình ảnh minh họa sâu thêm trong hình 2.13c. Trong trƣờng hợp này, cả

hai điểm phản xạ đều tồn tại và đáp ứng các yêu cầu trên. Nhƣng điểm thu Rx lại

nằm sai phía của bức tƣờng 2. Đây là một điểm chú ý là các ảnh này là của nguồn

phát ảo đƣợc sử dụng để mô phỏng đƣờng truyền bị phản xạ, nhƣng các khu vực

đƣợc xác định mô phỏng chỉ tồn tại ở phía bên kia so với ảnh (vùng mờ). Tuy nhiên

hình 2.12d chỉ miêu tả một đƣờng truyền phản xạ đơn lẻ từ Tx đến Rx thông qua

tƣờng 1. Đối với các vị trí khác nhau của Rx, rất có thể sẽ có các đƣờng phản xạ

khác.

Một ví dụ khác, quay trở lại hình 2.11. Trong trƣờng hợp này các bức tƣờng 1

và 2 đáp ứng các điều kiện cần thiết. Bức tƣờng 3 không tạo ra đƣờng truyền.

Nhƣng vì bức tƣờng 3 lại nằm trong miền xác định của I1(w1), đƣờng thẳng nối

I2(w2) và Rx sẽ không nằm trong miền xác định của I2(w3).

Để nâng cao hiệu suất tính toán trong thực tế, các điều kiện cụ thể đƣợc đƣa

vào. Ví dụ, sẽ không có đƣờng truyền trải qua quá n lần phản xạ hoặc có cƣờng độ

nhỏ hơn X dB so với cƣờng độ mạnh nhất.

Tóm lại, hơn một thập kỷ qua chúng ta có rất nhiều nghiên cứu quan trọng cho

việc mô hình hóa lan truyền tín hiệu macrocell và picrocell indoor. Độ chính xác

phụ thuộc chủ yếu vào tính sẵn sàng của cơ sở dữ liệu cập nhật thƣờng xuyên và kỹ

thuật tính toán. Các thuộc tính điện của vật liệu tự nhiên và nhân tạo đƣợc sử dụng

để xây dựng tƣờng, cửa ra vào, cửa sổ… cũng đƣợc xem xét chính xác.

(Tài liệu tham khảo[ 6])


Chƣơng 3: Các hệ thống anten.

CHƢƠNG 3

CÁC HỆ THỐNG ANTEN

3.1 Giới thiệu tổng quan về anten, hệ thống anten:

Nghiên cứu về các vấn đề liên quan đến anten có phạm vi rất rộng. Trong

chƣơng này, ngƣời thực hiện đồ án chỉ muốn đề cập một cách ngắn gọn các vấn đề

về hoạt động và các tham số đặc tính của anten.

Trƣớc tiên, anten đƣợc định nghĩa là thiết bị bức xạ và thu nhận năng lƣợng

sóng vô tuyến. Anten là một thiết bị tƣơng hỗ, nghĩa là anten có thể đƣợc sử dụng

đồng thời nhƣ nhau cho cả phía phát và phía thu. Cấu trúc của anten đƣợc thiết kế

để sao cho có khả năng chuyển đổi giữa sóng dẫn và sóng tự do. Sóng dẫn bị giam

cầm trong môi trƣờng giới hạn của đƣờng truyền dẫn để truyền tín hiệu từ một điểm

này đến một điểm khác. Trong khi đó, sóng tự do đƣợc bức xạ không có giới hạn

trong không gian. Một đƣờng truyền dẫn đƣợc thiết kế để có đƣợc sự suy hao bức

xạ là thấp nhất, trong khi anten đƣợc thiết kế sao cho đạt đƣợc độ bức xạ là cực đại.

Sự bức xạ xảy ra khi đƣờng truyền dẫn không liên tục, không cân bằng về dòng

điện.

Anten là một thiết bị quan trọng trong bất cứ hệ thống vô tuyến nào. Sóng vô

tuyến đƣợc phát vào trong không gian tự do thông qua anten. Tín hiệu đƣợc lan

truyền trong không gian và một phần nhỏ tín hiệu sẽ đƣợc thu lại bởi anten thu. Tín

hiệu sau đó sẽ đƣợc khuếch đại, chuyển đổi và xử lý để khôi phục lại thông tin.

Không gian xung quanh một anten đƣợc chia thành 3 miền tùy theo đặc tính của

trƣờng bức xạ. Vì trƣờng bức xạ thay đổi giữa các miền liên tục nên việc phân định

ranh giới giữa các miền là khó khăn.

+ Trƣờng gần phản xạ lại là miền gần anten nhất. Trong trƣờng này, năng lƣợng

không đƣợc bức xạ mà đƣợc khôi phục và bức xạ ngƣợc liên tục tạo thành dao

động. Ngoài ra, thành phần sóng phản xạ lại lớn hơn thành phần bức xạ. Đối với các

phần tử bức xạ bƣớc sóng ngắn, thành phần phản xạ lại và bức xạ sẽ cân bằng nhau

tại khoảng cách /2. Khi khoảng cách càng xa, thành phần trƣờng phản xạ lại giảm

theo hệ số 1/R2 hoặc 1/R

3 và trở lên yếu hơn thành phần bức xạ.



Trƣờng gần phản xạ lại có bán kính 3m đối với tần số 800MHz và 4,4m đối với

tần số 1900MHz.

Hình 3.1 Trƣờng bức xạ xung quanh anten.

+ Trƣờng gần bức xạ: Trƣờng gần bức xạ còn đƣợc gọi là miền Fresnel. Trong

miền này, mật độ công suất không tỉ lệ nghịch với khoảng cách mà nó tăng không

đều với khoảng cách, và đạt tới một giá trị cực đại. Sau đó mật độ công suất sẽ giảm

gần nhƣ tuyến tính.

Trƣờng gần bức xạ có bán kính 24m đối với tần số 800MHz và 50m đối với tần

số 1900MHz.

+ Trƣờng xa: trong miền này sóng phẳng có tính chi phối. Trong miền này,

trƣờng điện từ trực giao nhau. Miền này đƣợc gọi là miền không gian tự do.

Trong thực tế có rất nhiều loại anten, chúng ta có thể phân loại anten theo các

tiêu chí sau:

+ Theo hình dạng hình học của anten:

- Anten dây: dipole, loop, helix.

- Anten ống: horn, slot.



- Anten in : patch, printed dipole, sprial.

+ Theo độ tăng ích của anten:

- Độ tăng ích cao: dish

- Độ tăng ích trung bình: horn

- Độ tăng ích thấp: dipole, loop, slot, patch.

+ Theo hình dạng của búp sóng:

- Omnidirectional: dipole

- Pencil beam: dish

- Fan beam: array.

+ Theo băng thông:

- Băng rộng: log, spiral, helix

- Băng hẹp: patch, slot.

Mạch giao tiếp với anten là không gian tự do, nên nếu nhìn từ phía mạch điện,

anten đơn thuần là thiết bị có một cổng có trở kháng sóng. Trong phần tiếp theo,

chúng ta sẽ nghiên cứu các thuộc tính quan trọng của anten.

3.2 Các thuộc tính quan trọng của anten.

Đối với kỹ sƣ vô tuyến, kỹ sƣ thiết kế hệ thống, nhà khai thác mạng yêu cầu

nắm vững nguyên lý hoạt động của anten, đặc tính lan truyền sóng vô tuyến. Các

thuộc tính quan trọng của anten bao gồm:

Hệ số tăng ích của anten.

Hệ số định hƣớng.

Công suất bức xạ hiệu dụng.

Hình dạng búp sóng.

Độ rộng búp sóng nửa công suất.

Băng thông.

Phân cực.

Trở kháng và hệ số sóng đứng.

3.2.1 Hệ số tăng ích và hệ số định hƣớng của anten.

Có ý kiến cho rằng anten là thiết bị thụ động vì nó không sử dụng nguồn nuôi,

không khuếch đại năng lƣợng RF, cũng nhƣ nó không xử lý tín hiệu vô tuyến.

Anten không bức xạ năng lƣợng lớn hơn những gì nó nhận đƣợc từ đầu vào.



Nhƣng có ý kiến cho rằng anten là thiết bị tích cực, ví nó có độ tăng ích. Với hệ

số tăng ích của anten là gì? Để định nghĩa hệ số tăng ích của anten, cần sử dụng đến

một khái niệm anten bức xạ đẳng hƣớng (isotropic).

Hình 3.2 Độ tăng ích của anten.

Anten isotropic (anten chuẩn) là một anten mang tính lý thuyết, có năng lƣợng

bức xạ đều nhau theo mọi hƣớng.

Hệ số định hƣớng của anten ở một hƣớng đã cho là tỷ số của mật độ công suất

bức xạ bởi anten ở điểm nào đó nằm trên hƣớng ấy, trên mật độ công suất bức xạ

bởi anten chuẩn cũng tại hƣớng và khoảng cách nhƣ trên, khi công suất bức xạ của

hai anten giống nhau.

0

),(),(

S

SD

(3-1)

Trong đó, S(,) là mật độ công suất bức xạ của anten ở hƣớng (,) đã cho tại

khoảng cách R.

S0 là mật độ công suất của anten chuẩn cũng tại hƣớng và khoảng cách nhƣ trên

, với giả thiết anten bức xạ đồng đều theo các hƣớng.

Nhƣ vậy, hệ số định hƣớng đƣợc tính bằng tỷ số vectơ Poynting ở hƣớng đã cho

và giá trị trung bình của vectơ Poynting trên mặt cầu bao bọc của anten.

S(,) có thể đƣợc xác định theo công thức:

W

ES

2

),(),(

2

(3-2)



S0 có thể đƣợc xác định bằng tỷ số của công suất bức xạ P trên diện tích mặt

cầu bán kính R bao quanh anten.

20

4 R

PS

(3-3)

Thay các giá trị của S(,) và S0 vào (3-1) ta có:

WP

RED

222),(

),(

(3-4)

Biên độ cƣờng độ trƣờng bức xạ tại một hƣớng bất kỳ E(,) có quan hệ với

hàm phƣơng hƣớng chuẩn hóa và giá trị cƣờng độ trƣờng ở hƣớng bức xạ cực đại

bởi:

),(),( max mFEE (3-5)

Do đó, theo (3-4) và (3-5) sẽ có:

),(),( 2

max mFDD (3-6)

Dmax là hệ số định hƣớng ở hƣớng bức xạ cực đại.

Hệ số tăng ích của anten cũng đƣợc xác định bằng cách so sánh mật độ công

suất bức xạ của anten thực ở hƣớng khảo sát và mật độ công suất bức xạ của anten

chuẩn ở cùng hƣớng và khoảng cách nhƣ trên với giả thiết công suất đặt vào hai

anten bằng nhau và anten chuẩn có hiệu suất bằng 1.

Hiệu suất của anten cũng là một trong các thông số quan trọng đặc trƣng cho

mức độ tổn hao công suất của anten. Nó đƣợc xác định bởi tỷ số của công suất bức

xạ trên công suất đặt vào anten.

0P

PA

(3-7)

Đối với anten có tổn hao thì P < P0 => A < 1, còn anten lý tƣởng (không có

tổn hao) thì A = 1.

Trƣờng hợp hai anten có công suất đặt vào nhƣ nhau, bằng P0, thì anten thực

(hiệu suất A <1) sẽ có công suất bức xạ AP0 . Nhƣ vậy so với khi công suất bức xạ

bằng nhau thì trong trƣờng hợp này tỷ số mật độ công suất sẽ giảm đi, với hệ số

giảm bằng A .

Ta có biểu thức hệ số tăng ích của anten:



),(),(

),(0

DS

SA

A (3-8)

Hệ số tăng ích của anten là một thông số biểu thị đầy đủ hơn cho đặc tính bức

xạ của anten so với hệ số định hƣớng vì nó không chỉ biểu thị đơn thuần đặc tính

định hƣớng của anten mà còn biểu thị sự tổn hao trên anten.

3.2.2 Công suất bức xạ hiệu dụng ERP và EIRP

Công suất bức xạ hiệu dụng ERP là công suất bức xạ thực theo một hƣớng cụ

thể. Nó đƣợc tính bằng công suất phát thực tế nhân với hệ số tăng ích của anten theo

hƣớng đó.

Công suất bức xạ = Công suất đầu vào x hệ số tăng ích.

Công suất bức xạ hiệu dụng đƣợc thể hiện thông qua sự so sánh với các anten

chuẩn.

- ERP : khi so sánh với anten dipole. Ký hiệu đơn vị đo: dBd

- EIRP: khi so sánh với anten isotropic. Ký hiệu đơn vị đo: dBi

Lấy ví dụ, hai anten A và B có công suất đầu vào đều bằng 100W. Anten A là

anten chuẩn (giả thiết là anten isotropic), anten B là anten định hƣớng. Theo hƣớng

bức xạ cực đại, tín hiệu từ anten B có cƣờng độ mạnh gấp 2,75 lần so với tín hiệu từ

anten A tại cùng vị trí đến nguồn tín hiệu. Trong trƣờng hợp này, EIRP của anten B

là 275W.



Hình 3.3 Công suất bức xạ hiệu dụng của anten.

Sự chuyển đổi giữa ERP và EIRP.

Hệ số tăng ích của anten khi so sánh với anten isotropic đƣợc ký hiệu là dBi và

khi so sánh với anten dipole đƣợc ký hiệu là dBd. Lấy ví dụ, một anten dipole nửa

bƣớc sóng có hệ số tăng ích isotropic là 2,15dBi. Điều này có nghĩa là, anten dipole,

theo hƣớng bức xạ cực đại, có độ mạnh gấp 2,15dB so với độ bức xạ của anten

isotropic khi có cùng công suất đầu vào.

Ta có công thức chuyển đổi theo dB:

EIRP = ERP + 2,15dB. (3-9)

Công thức chuyển đổi số học:



EIRP = 1,64ERP. (3-10)

Trong công thức (3-9), ta thấy EIRP có giá trị lớn hơn ERP. Điều này có thể

đƣợc giải thích thông qua trƣờng hợp dƣới đây. Nếu bạn có một hệ thống anten

cùng với công suất phát xác định, suy hao ghép nối, suy hao trên cáp, hiệu suất và

độ tăng ích của anten thì bạn muốn xác định đƣợc công suất bức xạ. Giá trị này có

thể đƣợc xác định theo nhiều cách, phụ thuộc vào loại anten đƣợc tham chiếu làm

chuẩn. Một trong số đó có thể là anten dipole hoặc anten isotropic.

Vì anten dipole có hệ số tăng ích lớn hơn nên phép đo thực tế sẽ có giá trị gần

với dBd hơn dBi. Do vậy, giá trị dBd sẽ nhỏ hơn giá trị dBi. Điều này đƣợc thể hiện

rõ ràng trong công thức trên.

Hình 3.4 Độ tăng ích của anten isotropic so với anten dipole.

3.2.3 Hình dạng búp sóng.

Hình dạng búp sóng đƣợc thể hiện thông qua đồ thị trong tọa độ cực trên một

trong hai mặt phẳng sau:

- Mặt phẳng ngang (hoặc góc phƣơng vị).

- Mặt phẳng đứng (hoặc góc ngẩng).



Chú ý: mặt phẳng X-Y nằm song song với bề mặt trái đất.

Hình 3.5 Tọa độ cực.

Ngoài ra, chúng ta còn có khái niệm về mặt phẳng E và H.

- Mặt phẳng E chứa cƣờng độ điện trƣờng bức xạ của anten.

- Mặt phẳng H chứa cƣờng độ từ trƣờng bức xạ của anten.

Hai mặt phẳng này luôn trực giao nhau. Đối với anten dipole và Yagi, mặt

phẳng E luôn song song với các phần tử tuyến tính của anten.



Hình 3.6 Hình dạng búp sóng bức xạ trên mặt phẳng ngang.

Hình 3.7 Hình dạng búp sóng bức xạ trên mặt phẳng đứng.



Hình 3.8 Hình dạng búp sóng bức xạ trong không gian 3 chiều.

3.2.4 Trở kháng và hệ số sóng đứng.

Để đạt đƣợc sự truyền công suất tối đa qua các kết nối connector, ví dụ nhƣ kết

nối giữa một đƣờng cáp đồng trục với anten, trở kháng đầu vào của anten phải phối

hợp với trở kháng của đƣờng truyền dẫn.

Nếu hai trở kháng này không phối hợp, thì sẽ có một lƣợng sóng phản xạ sinh

ra, dội ngƣợc trở lại nguồn phát tín hiệu. Khi đó sóng (điện áp) trên đƣờng truyền là

sự chồng chéo của cả sóng tới và sóng phản xạ. Hệ số giữa giá trị cực đại và cực

tiểu của điện áp đƣợc định nghĩa là hệ số sóng đứng VSWR.

Hầu hết các hệ thống có trở kháng sóng là 50 Ohm. Do đó, anten phải đƣợc

thiết kế sao cho có trở kháng sóng xấp xỉ 50 Ohm. Tham số VSWR 1.0:1 chỉ ra rằng

anten có trở kháng sóng chính xác là 50 Ohm.

Tham số VSWR có giá trị càng bé càng tốt vì nó gây ra suy hao trực tiếp. Rõ

ràng, nếu không có sự phối hợp trở kháng thì sẽ dẫn tới hiệu suất làm việc của anten

giảm sút cả khi nó thu hay phát tín hiệu. Đối với nhiều hệ thống, anten thƣờng đƣợc

thiết kế để làm việc tốt với hệ số VSWR nhỏ hơn 1.5:1.

Lấy ví dụ về suy hao VSWR:



Giả thiết chúng ta có hệ số VSWR là 1.5:1. Ta sẽ tính suy hao là bao nhiêu?

Hệ số phản xạ có thể đƣợc xác định theo công thức dƣới đây:

2,015,1

15,1

1

1

VSWR

VSWR

Từ giá trị trên, ta tính đƣợc suy hao phản xạ:

RL = -20log(||) = -20log(0,2) = 14dB.

Công suất phản xạ lại sẽ là 14dB từ công suất đến.

Lấy ví dụ, nếu công suất cấp vào thiết bị là 0 dBm (1mW), VSWR là 1,5:1 thì

suy hao 14dB ( tƣơng đƣơng giảm 25 lần của 1mW = 0,04 mW) sẽ bị phản xạ lại

và bị tiêu hao trong một cái tải giả.

Khi đó, công suất phát ra của thiết bị sẽ là:

Pout = Pin - PRL

= 1mW – 0,04mW = 0,96mW.

Cuối cùng, nếu tính suy hao bằng dB:

Loss (dB) = 10log(Pout/Pin)

= 10log(0,96) = - 0,18dB

Do đó, suy hao ghép nối gây ra bởi công suất phản xạ là 0,18dB hay 4,0%.

3.2.5 Các tham số khác.

Độ rộng búp sóng nửa công suất: đây là góc mở mà tại đó công suất bức xạ

của anten giảm xuống 3dB so với hƣớng cực đại.

Hệ số front-to-back (hệ số búp sóng chính/búp sóng phụ) và mức búp sóng

phụ dùng để đo mức năng lƣợng bức xạ ra ngoài phạm vi của búp sóng chính. Đối

với anten phát, các búp sóng phụ gây ra nhiễu cho các anten thu gần đó. Đối với

anten thu, các anten phát quanh đó có thể gây nhiễu cho nó.

Trong trƣờng hợp anten định hƣớng, hầu hết các nhà sản xuất muốn đáp ứng

hoặc vƣợt qua các chỉ tiêu kỹ thuật tiêu chuẩn. Thực tế, có một số tham số mà

chúng ta rất khó có thể đo kiểm đƣợc, cũng nhƣ hoạt động thực tế của anten cũng

luôn thay đổi. Nói chung, với một anten định hƣớng có hệ số tăng ích cao thì sẽ có

hệ số front-to-back tốt hơn anten có hệ số tăng ích thấp.

Băng thông: băng thông của anten đơn giản là phạm vi tần số mà anten làm việc.



Phân cực: Phân cực miêu tả sự định hƣớng của vectơ trƣờng điện từ. Tất cả các

bức xạ trƣờng điện từ đƣợc xem nhƣ bị phân cực hình elip. Nó có các trƣờng hợp cụ

thể nhƣ sau: phân cực tuyến tính, tròn và elíp.

Điểm quan trọng ở đây là công suất cực đại truyền giữa anten thu và phát chỉ

diễn ra nếu các anten có cùng định hƣớng về không gian và phân cực.

Hình 3.9: Sự phân cực.

Công suất tối đa: Hoạt động của anten tại mức công suất mà vƣợt quá giới hạn

thiết kế của anten có thể làm tăng hệ số VSWR, dẫn tới gây lỗi.

Tản nhiệt: Vấn đề tản nhiệt rất quan trọng trong thiết kế của anten vì anten rõ

ràng là một loại tải tiêu thụ (nó sẽ suy hao 1dB/300W). Với loại cáp mềm đƣờng

kính lõi nhỏ có thể sinh ra nhiệt nếu chúng mang tín hiệu công suất lớn.

Khả năng chịu lực kéo của gió: Khi anten sử dụng tấm phản xạ kích thƣớc lớn

sẽ làm tăng hệ số front-to-back, tuy nhiên, nó cũng làm tăng sức cản của gió. Do

vậy, thiết kế cơ khí và quá trình lắp đặt anten cần đƣợc đặc biệt chú ý.

3.3 Kỹ thuật hạn chế phading.

Vậy sẽ làm thế nào để thu đƣợc tín hiệu tốt nhất trong điều kiện không có

đƣờng truyền thẳng trực tiếp giữa máy phát và máy thu? Vì không thể loại trừ hiệu

ứng nhiều tia, nên làm thế nào để hạn chế đƣợc ảnh hƣởng của hiệu ứng này?

Các nhà thiết kế đã tìm ra rất nhiều phƣơng pháp để hạn chế hoặc loại bỏ suy

hao tín hiệu gây ra bởi hiệu ứng nhiều tia. Các giải pháp trong đó có tối ƣu hóa vị trí

đặt anten, hạn chế các vật phản xạ. Tuy nhiên, môi trƣờng vô tuyến rất phức tạp.



Trong công nghệ thông tin di động cellular, có rất nhiều kỹ thuật thu phân tập

đƣợc áp dụng. Tuy nhiên, hai kỹ thuật thu phân tập thƣờng đƣợc sử dụng nhất là

phân tập theo không gian và phân tập theo cực tính.

3.3.1 Thu phân tập theo không gian.

Sự suy yếu của tín hiệu gây ra bởi truyền dẫn nhiều tia thƣờng xảy ra trong thời

gian ngắn, và đặc biệt là nó có tính chất phân bố độc lập. Thực tế cho thấy, nếu có

hai anten đƣợc đặt tại các vị trí cách xa nhau vài bƣớc sóng thì sẽ không chịu ảnh

hƣởng của phading tại cùng một thời điểm.

Tín hiệu phát ra từ máy di động sẽ chịu ảnh hƣởng của các hiệu ứng trong môi

trƣờng lan truyền, và nó đến anten BTS theo các đƣờng truyền khác nhau, pha khác

nhau. Kết quả là tín hiệu thu tại anten BTS là sự tổng hợp của rất nhiều tín hiệu

thành phần có biên độ, pha và cực tính khác nhau. Nếu hai anten đƣợc đặt cách xa

nhau một khoảng theo chiều đứng hoặc chiều ngang thì rất có thể một trong số

chúng sẽ thu đƣợc tín hiệu mạnh. Bộ chuyển mạch tức thời tín hiệu thu của hai

anten này để chọn ra một tín hiệu có hệ số SNR là tốt nhất.

Phụ thuộc vào đặc tính của môi trƣờng truyền dẫn từng khu vực mà thu phân

tập theo không gian sẽ đem lại hệ số tăng ích thu phân tập từ 3 đến 5 dB, khi so

sánh với thu bằng một anten. Yêu cầu khoảng cách giữa hai anten thu tối thiểu là từ

10 đến 20.

- 12 đến 24ft tại tần số 800MHz.

- 5 đến 10ft tại tần số 1900MHz.



Hình 3.10 Một số cấu hình của anten thu phân tập không gian

Hình 3.11 Tín hiệu thu phân tập theo không gian.

Rõ ràng, kỹ thuật thu phân tập theo không gian cho kết quả tốt nhƣng số lƣợng

anten thu cần sử dụng lại rất nhiều.

3.3.2 Phân tập theo cực tính.

Việc sử dụng thu phân tập theo không gian là một kỹ thuật để hạn chế phading

và đƣợc áp dụng trong các hệ thống thông tin di động ngày nay. Tuy nhiên, trong

vài năm trở lại đây, các nhà sản xuất thiết bị viễn thông đã đặc biệt quan tâm đến

loại anten phân cực kép cho trạm thu phát gốc. Động cơ thúc đẩy nghiên cứu ra loại



anten này, đó là giảm giá thành lắp đặt và giảm không gian lắp thiết bị. Trong thông

tin di động, anten cho trạm thu phát gốc thƣờng sử dụng loại 450 so với phân cực

tuyến tính thẳng đứng vertical. Với cấu trúc nhƣ vậy, anten phân cực kép có khả

năng thu đƣợc năng lƣợng đều nhau trên cả hai nhánh.

Các thông số quan trọng của anten phân cực kép đó là độ cách ly giữa 2 cổng

(port-to-port isolation) và mẫu phân cực chéo hoặc đồng cực.

Năng lƣợng vô tuyến đƣợc phát ra từ MS dƣới dạng phân cực tuyến tính, nhƣng

khi đến anten thu của BTS, nó bị biến đổi theo mọi hƣớng cực tính. Hai anten độc

lập sẽ thu năng lƣợng của tín hiệu theo cực tính của nó. Hầu hết môi trƣờng truyền

dẫn ở khu vực đô thị và ngoại ô chịu ảnh hƣởng của tán xạ đƣợc sử dụng kỹ thuật

thu phân tập này.

Hình 3.12 Thu phân tập theo cực tính.


Chƣơng 4: Hệ thống phủ sóng tín hiệu bên trong tòa cao ốc.

CHƢƠNG 4

HỆ THỐNG PHỦ SÓNG TÍN HIỆU BÊN TRONG TÕA CAO ỐC

4.1 Đặt vấn đề:

Ngày nay đối với các công ty cung cấp dịch vụ di động đã phủ sóng 63/63 tỉnh

thành có một vấn đề cần quan tâm là tại một số thành phố lớn nhƣ Hà Nội, TP. Hồ

Chí Minh là chất lƣợng phủ sóng trong các toà nhà, đặc biệt là các toà nhà cao tầng

của khách sạn, văn phòng của các công ty trong và ngoài nƣớc, khu chung cƣ cao

cấp… Đây là nơi mà nhu cầu liên lạc rất lớn và là những khách hàng quan trọng của

các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông. Vì vậy để có thể đảm bảo nhu cầu liên lạc, đáp

ứng nhu cầu ngày càng cao của khách hàng đặc biệt là các khách hàng cao cấp, các

nhà khai thác viễn thông đang từng bƣớc tập trung nâng cao chất lƣợng viễn thông

trong các toà nhà cao tầng.

Tại các tầng thấp thƣờng có tình trạng sóng yếu, chập chờn, ở các tầng cao thì

nhiễu (nhất là đối với các nhà khai thác chia sẻ chung băng tần GSM) dẫn đến khó

thực hiện và rớt cuộc gọi. Tuy nhiên, do đặc trƣng vùng phủ của những khu vực này

rộng hoặc trải dài theo chiều dọc, sóng vô tuyến từ trạm BTS outdoor macro bị suy

hao nhiều khi xuyên qua các bức tƣờng bê tông dẫn đến cƣờng độ tín hiệu không đạt

yêu cầu, nên giải pháp phủ sóng trong tòa nhà (Inbuilding Solutions) hay IBC

(Inbuilding Coverage) hiện nay đƣợc nhiều nhà cung cấp dịch vụ di động lựa chọn.

Trong các phần tiếp theo ngƣời thực hiện sẽ đi sâu vào việc thiết kế hệ thống IBC.

4.2 Tổng quan giải pháp IBC cho tòa nhà cao tầng:

Có thể nói hiện nay đối với các tòa nhà lớn nhƣ là sân bay, ga điện ngầm, văn

phòng cao tầng, siêu thị kinh doanh hàng hóa rộng lớn… thì vấn đề vùng phủ và

dung lƣợng đều rất quan trọng vì chất lƣợng thoại di dộng ảnh hƣởng trực tiếp đến

uy tín của nhà cung cấp dịch vụ. Tuy nhiên, do đặc trƣng vùng phủ của những khu

vực này rộng hoặc trải dài theo chiều dọc, sóng vô tuyến từ trạm BTS bên ngoài tòa

nhà (BTS outdoor macro) bị suy hao nhiều khi xuyên qua các bức tƣờng bê tông dẫn

đến cƣờng độ tín hiệu không đạt yêu cầu, nên giải pháp phủ sóng trong tòa nhà hiện

nay đƣợc nhiều nhà cung cấp dịch vụ di động lựa chọn.



Hệ thống inbuilding bao gồm 3 phần chính: nguồn tín hiệu, hệ thống phân phối

tín hiệu và phần tử bức xạ. Trong đó hệ thống phân phối tín hiệu là điểm khác biệt

điển hình giữa hệ thống inbuilding so với hệ thống mạng BTS outdoor macro thông

thƣờng.

Nguồn tín hiệu Hệ thống phân phối tín hiệu Phần tử bức xạ

Hình 4.1 Các thành phần chính của hệ thống IBC

4.2.1 Nguồn tín hiệu để phủ sóng cho indoor có thể dùng:

Nguồn tín hiệu bằng trạm outdoor:

Đây là giải pháp đơn giản nhất để cung cấp vùng phủ cho các toà nhà với tín

hiệu từ các trạm macro bên ngoài toà nhà. Giải pháp này đƣợc khuyến nghị nếu lƣu

lƣợng trong tòa nhà khôngcao, hoặc chủ tòa nhà không cho phép lắp đặt thiết bị và

đi cáp trong tòa nhà hoặc việc triển khai giải pháp dành riêng cho nó không kinh tế.

Khi đó vùng phủ đƣợc cung cấp bằng cách:

- Tín hiệu sẽ thâm nhập vào toà nhà từ bên ngoài. Điều này chỉ thực hiện đƣợc

đối với các tòa nhà có khoảng hở lớn đối với bên ngoài hoặc ít tƣờng, cửa sổ kim

loại.

- Đặt BTS trên các tòa nhà xung quanh và hƣớng anten tới tòa nhà cần phủ. Khi

đó không cần đến hệ thống phân phối tín hiệu nữa và phần tử bức xạ chính là anten

của trạm BTS outdoor macro đó.

Hình 4.2 Vùng phủ trong tòa nhà từ một tế bào macro trong mạng BTS

outdoormacro



Ƣu điểm của giải pháp này là chi phí thấp, không mất nhiều thời gian trong triển

khai, có thể phủ cả ngoài nhà (outdoor) và trong nhà (indoor).

Nhƣợc điểm của giải pháp này là vùng phủ hạn chế, tốc độ bit thấp đối với các

dịch vụ dữ liệu, dung lƣợng thấp và chất lƣợng không thể chấp nhận đƣợc ở một số

phần trong toà nhà. Suy hao tăng dần khi tần số càng cao, do vậy khó cung cấp vùng

phủ cho toà nhà mức tín hiệu tốt. Suy hao có thể khắc phục bằng cách tăng công

suất từ các trạm ngoài nhà nhƣng nhiễu sẽ tăng. Việc thiết kế tần số gặp nhiều khó

khăn do quỹ tần số hạn hẹp (nhất là đối với các nhà khai thác chia sẻ chung băng tần

GSM).

Nguồn tín hiệu dùng trạm lặp Repeater:

Ngoài cách phủ sóng trong nhà bằng trạm outdoor có thể sử dụng trạm lặp

(repeater) làm nguồn vô tuyến cung cấp cho hệ thống phân phối. Khi đó vùng phủ

của trạm outdoor hiện có đƣợc mở rộng. Nhƣng giải pháp này ít đƣợc sử dụng trong

thực tế vì cƣờng độ tín hiệu, chất lƣợng, sự ổn định, dung lƣợng phụ thuộc vào trạm

BTS bên ngoài và việc thiết kế cho trạm lặp (quỹ đƣờng truyền, mức độ cách ly 2

hƣớng) mặc dù giá thành thấp, triển khai nhanh, dễ dàng. Vì có nhiều nhƣợc điểm

nói trên nên trên thực tế rất ít nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng giải pháp này,

trừ trƣờng hợp bất khả kháng.

Nguồn tín hiệu bằng trạm indoor dành riêng:

Giải pháp này có thể tăng thêm dung lƣợng cho những vùng trong nhà yêu

cầu lƣu lƣợng cao. Vấn đề chính ở đây là cung cấp dung lƣợng yêu cầu trong khi

vẫn đảm bảo vùng phủ tốt của toà nhà mà không làm ảnh hƣởng tới chất lƣợng dịch

vụ của mạng BTS outdoor macro. Vì vậy giải pháp này đƣợc các nhà cung cấp dịch

vụ di động trong khu vực sử dụng nhƣ SingTel, Digi...

Hình 4.3 Vùng phủ cho tòa nhà đƣợc cung cấp bởi trạm indoor dành riêng



Ƣu điểm của giải pháp này là nguồn tín hiệu từ bên ngoài ổn định, mức tín hiệu

tốt, mở rộng dung lƣợng hệ thống dễ dàng. Nhƣợc điểm của giải pháp là giá thành

cao, yêu cầu phải có cách bố trí tần số/kênh cụ thể và xây dựng hệ thống truyền dẫn

đảm bảo tính mỹ thuật.

4.2.2 Hệ thống phân phối tín hiệu :

Hệ thống phân phối tín hiệu có nhiệm vụ phân phối tín hiệu từ nguồn cung cấp

đi đến các anten hoặc phần tử bức xạ khác và đƣợc phân loại thành:

Hệ thống thụ động:

Hệ thống thụ động là hệ thống anten đƣợc phân phối bằng cáp đồng truc và các

phần tử thụ động. Đây là giải pháp phổ biến nhất cho các khu vực phủ sóng

inbuilding không quá rộng, có đặc điểm:

Hình 4.4 Giải pháp hệ thống anten phân phối cáp đồng thụ động.

- Trạm gốc đƣợc dành riêng cho toà nhà: Tín hiệu vô tuyến từ trạm gốc đƣợc

phân phối qua hệ thống đến các anten. Vùng phủ cho toà nhà đƣợc giới hạn đồng

thời không làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng mạng BTS outdoor macro. Nhƣng yêu

cầu kỹ sƣ thiết kế phải tính toán quỹ đƣờng truyền cẩn thận vì mức công suất ở mỗi

anten phụ thuộc vào sự tổn hao mà các thiết bị thụ động đƣợc sử dụng, đặc biệt là

chiều dài cáp.

- Các thiết bị chính gồm: cáp đồng trục, bộ chia (splitter/tapper), bộ lọc (filter),

bộ kết hợp (combiner), anten.

Hệ thống chủ động:

Hệ thống chủ động là hệ thống anten phân phối sử dụng cáp quang và các thành

phần chủ động (bộ khuếch đại công suất). Việc sử dụng cáp quang từ BTS tới khối

điều khiển từ xa có thể mở rộng tới từng vị trí anten riêng lẻ bằng cách: tín hiệu RF

từ BTS đƣợc chuyển đổi thành tín hiệu quang rồi truyền đến và đƣợc biến đổi ngƣợc



lại thành tín hiệu RF tại khối điều khiển từ xa trƣớc khi đƣợc phân phối tới một hệ

thống cáp đồng nhỏ. Ngoài ra, hệ thống còn sử dụng các thiết bị khác trong việc

phân phối tín hiệu: Hub quang chính, cáp quang, Hub mở rộng, khối anten từ xa.

Hình 4.5 Sơ đồ một hệ thống anten phân phối chủ động cho khu trƣờng sở

Giải pháp này thƣờng đƣợc sử dụng cho những khu vực phủ sóng inbuilding rất

rộng, khi mà hệ thống thụ động không đáp ứng đƣợc chỉ tiêu kỹ thuật suy hao cho

phép. Khi đó một BTS phục vụ đƣợc nhiều tòa nhà trong một vùng, thƣờng là các

khu trƣờng sở. Các kết nối khoảng cách xa (hơn 1 km) sử dụng cáp quang, sự phân

phối giữa một tầng và các phần trong toà nhà có thể dùng cáp xoắn đôi dây. Nhƣng

nhƣợc điểm dễ nhận thấy là chi phí cao.

Hình 4.6 Sơ đồ một hệ thống anten phân phối chủ động cho một toà nhà cao tầng

Hệ thống lai ghép:



Hình 4.7 Sơ đồ hệ thống lai ghép

Hệ thống này là sự kết hợp giữa hệ thống thụ động và chủ động. Giải pháp này

dung hoà đƣợc cả ƣu nhƣợc điểm của hai hệ thống thụ động và chủ động. Vì nó vừa

đảm bảo chất lƣợng tín hiệu cho những khu vực phủ sóng trong nhà có quy mô lớn

lại vừa tiết kiệm chi phí.


4.3 Các bƣớc thiết kế hệ thống IBC cho tòa nhà:

Lập dự án một hệ thống phủ sóng tín hiệu di động bên trong tòa nhà (Inbuilding

Coverage - IBC) là một quá trình gồm nhiều bƣớc. Tất cả các bƣớc phải đƣợc tiến

hành một cách cẩn thận để thu đƣợc một hệ thống hoạt động tối ƣu. Trong chƣơng

này, ngƣời thực hiện đồ án sẽ giải thích từng bƣớc của quá trình thiết kế và thực

hiện lắp đặt hệ thống phủ sóng tín hiệu trong tòa cao ốc.

Hệ thống này đƣợc thiết kế dựa trên công nghệ thông tin di động GSM 1800 và

mạng 3G với tần số 2100MHz.

Quá trình lập dự án IBC đƣợc chia thành các bƣớc chính sau đây:

Khảo sát và nhận dạng địa hình tòa nhà cần phủ sóng.

Khảo sát trạm thu phát gốc và tín hiệu bên trong tòa nhà.

Lập kế hoạch vị trí.

Thiết kế, lắp đặt và cấu hình thiết bị.

Kiểm tra và hiệu chỉnh.

4.3.1 Khảo sát và nhận dạng địa hình tòa nhà cần phủ sóng.

4.3.1.1 Mục tiêu.

Khảo sát là một bƣớc cơ bản và quan trọng trong quá trình lập dự án IBC. Các

thông số quan trọng cần cho quá trình lập dự án phải đƣợc thu thập cẩn trọng và



chính xác trong quá trình khảo sát từng khu vực cụ thể của tòa nhà. Quá trình khảo

sát không có nghĩa là một ai đó đi vào tòa nhà và đi xung quanh khắp mọi nơi, ngoài

ra cũng có thể thu thập các thông tin cần thiết thông qua nhà cung cấp dịch vụ và

chủ tòa nhà. Tuy nhiên, một quá trình khảo sát tại thực địa sẽ dễ dàng thu thập đƣợc

thông tin đầy đủ và chính xác.

Những mục tiêu phải đạt đƣợc trong giai đoạn khảo sát:

Phạm vi phủ sóng: toàn bộ tòa nhà hay một số khu vực nhất định. Khu

vực đỗ xe có đƣợc mở rộng phủ sóng trong tƣơng lai hay không? Các khu

vực quan trọng đối với khách hàng ?

Loại cáp: cáp đồng trục, feeder, cáp quang hay loại cáp khác. Liệu ống

dẫn cáp cho phép đi loại cáp có kích thƣớc tối đa là bao nhiêu, góc uốn

cong cho phép của cáp trong ống dẫn cáp?

Vị trí đi cáp: cách đi cáp từ trạm thu phát gốc BTS đến các anten, vị trí

anten để đi cáp dễ nhất, khoảng cách kết nối.

Vị trí đặt anten: Liệu trần giả có cho phép đặt anten hay không? Từng loại

anten cụ thể để lắp trên trần giả hoặc trên tƣờng. Từng loại anten cụ thể

(có hƣớng, vô hƣớng, nhiều băng tần hoặc một băng tần…) đƣợc chỉ định

bởi nhà khai thác (Operator).

Số lƣợng anten cần thiết cho một tầng, loại tòa nhà (văn phòng, nhà máy,

điểm đỗ xe, cửa hàng, trung tâm mua sắm…). Các tầng có cấu trúc giống

hệt nhau hay không? Các phép đo cần thiết? Việc lắp nhiều anten có tiết

kiệm năng lƣợng hơn là việc lắp một anten ở trung tâm tầng nhà ?

Nguồn nuôi cho BTS và hệ thống, bằng ăcquy dự phòng hay nguồn điện

xoay chiều trực tiếp?

4.3.1.2 Khảo sát tòa nhà.

Trong quá trình khảo sát, các đặc tính sau đây của tòa nhà cần đƣợc quan tâm và

thu thập thông tin:

- Hình dáng : cao và dẹt, rộng và thấp, số lƣợng tầng, mặt bằng.

- Kích cỡ: Diện tích bao phủ (m2).

- Toà nhà cũ hay mới sẽ quyết định việc lựa chọn phƣơng thức truyền dẫn. Một

số tòa nhà cũ không cho phép sử dụng các loại cáp có trọng lƣợng lớn, các loại cáp



đồng trục lõi to đòi hỏi góc uốn cong lớn. Trong khi đó, các tòa nhà mới xây dựng,

hiện đại thƣờng có cấu trúc thẳng, ít uốn khúc, cho phép sử dụng các loại cáp có

đƣờng kính lớn.

- Các tòa nhà có sẵn hệ thống dây cáp (VD: SMF và MMF).

4.3.1.2.1 Kiểu văn phòng cao ốc.

- Mô tả chung

+ Nhiều tầng có cấu trúc giống nhau.

+ Hình tháp.

+ Mặt bằng hạn chế.

- Ảnh hƣởng tới IBC.

+ Thiết kế tƣơng đối gọn nhờ vào liên kết liên tầng .

+ Dễ lắp đặt IBC nhờ vào cấu trúc các lát sàn tƣơng tự nhau.

+ Lƣợng ăng ten cần cho một sàn ít.

+ Ngƣời thiết kế có thể lập kế hoạch phủ sóng (bao gồm vị trí đặt anten,

công suất ra anten EiRP) cho một sàn, sau đó áp dụng tƣơng tự cho các sàn khác.

Lập kế hoạch cho từng sàn trƣớc tiên, sau đó là đƣờng trục back bone.

+ Mức sử dụng lƣu lƣợng cao, cần đến nhiều tần số.

+ Cần có bản thiết kế chi tiết.

+ Nếu toà nhà đủ lớn hay buộc phải sử dụng FO hoặc BTS ở xa thì có thể sử

dụng active IBC.

Hình 4.8 Tòa nhà cao tầng



4.3.1.2.2 Kiểu công xƣởng.

- Mô tả chung.

+ Ít tầng.

+ Trần cao.

+ Các công xƣởng, kho bãi, bãi để xe.v.v...


+ Diện tích bao phủ lớn, khoảng cách kết nối xa.

+ Giảm sự mất đƣờng truyền trong không gian bởi tầm nhìn quang.

+ Việc lập kế hoạch phức tạp hơn cho các lát sàn không giống nhau.

+ Thuận lợi cho việc lắp đặt IBC do khoảng cách kết nối rộng.

+ Mức sử dụng đặc biệt thấp, số lƣợng thiết bị truyền tải ít.

Hình 4.9 Tòa nhà công xƣởng

4.3.1.2.3 Khu trƣờng học.

- Mô tả chung

+ Gồm nhiều toà nhà có thể nối liên kết với nhau.

+ Số lƣợng lát sàn hạn chế.

+ Diện tích mặt bằng hạn chế.

+ Giống mô hình kiểu văn phòng, kích cỡ nhỏ hơn.


+ Liên kết giữa các toà nhà lớn hơn, liên kết trong mỗi toà nhà tƣơng đối ít.

+ Có thể kết hợp mô hình hệ thống lai Coax/FO.

FO để nối khoảng cách giữa các toà nhà.

Coax để nối khoảng cách bên trong mỗi toà nhà.

+ Mức sử dụng cao, nhiều thiết bị truyền tải.

+ Thuận lợi cho việc lắp đặt active IBC do khoảng cách kết nối rộng.



Hình 4.10 Khu trƣờng học

4.3.1.2.4 Kiểu cấu trúc phức tạp (sân bay, ga tàu điện ngầm).

- Mô tả chung.

+ Gồm nhiều toà nhà có cấu trúc phức tạp.

+ Kích cỡ và chiều cao lát sàn khác nhau.

+ Số lƣợng sàn hạn chế

+ Mặt bằng rộng.


+ Khoảng cách liên kết kết nối xa.

+ Phải lên kế hoạch chi tiết, phức tạp do môi trƣờng và kích cỡ các phòng

không đồng nhất.

+ Mức sử dụng cao với các trạm điều hành BTS đƣợc nối với một thiết bị

IBC chung.

+ Số lƣợng thiết bị truyền tải lớn do mức sử dụng lớn.

+ Có thể phân khu

+ Thuận lợi cho việc lắp đặt active IBC, cần thiết phải có nhiều dịch vụ băng

thông (băng thấp kép).



Hình 4.11 Cấu trúc nhà ga sân bay

4.3.2 Khảo sát trạm thu phát gốc và tín hiệu bên trong tòa nhà.

Phần này đƣa đến cho ngƣời lập kế hoạch những tham số quan trọng của một

trạm thu phát kết nối đến hệ thống IBC. Tất cả các dữ liệu phải đƣợc thu thập từ các

nhà cung cấp dịch vụ cụ thể. Với sự hiểu biết sâu sắc về bản chất của trạm thu phát

gốc, ngƣời lập kế hoạch sẽ cấu hình một cách chính xác và hiệu quả và không làm

ảnh hƣởng đến cấu trúc mạng BTS của các nhà khai thác mạng. Ngƣời lập kế hoạch

cũng có thể thuyết phục nhà khai thác sử dụng loại BTS công suất thấp, giá rẻ, đầu

tƣ nhiều hơn vào các thiết bị IBC.

4.3.2.1 Cấu trúc BTS dùng trong indoor.

Để có đƣợc một thiết kế IBC tối ƣu, cần phải lựa chọn chính xác loại BTS

đƣợc sử dụng, ghi chú các tham số quan trọng của BTS cũng nhƣ kết nối cấu trúc

bên trong của nó, chủng loại bộ thu phát và vị trí đặt trạm. Các tham số sau đây cần

đƣợc quan tâm cho quá trình lập kế hoạch:

- Các loại hệ thống truyền thông di động (GMS 900/1800/1900, băng thông

kép, TDMA, CDMA, IDEN, ...).

- Số lƣợng sóng mang (tần số) cấp cho trạm.

- Công suất phát của từng sóng mang tại cổng kết hợp.

- Độ nhạy thu.

- Vị trí BTS (tại tầng nào, khoảng cách đến đƣờng cáp trục).

- Cấu hình kết hợp của BTS (ghép TRX, sector, …).

- Khả năng mở rộng trong tƣơng lai, số lƣợng sóng mang tối đa, mở rộng

băng tần (băng tần đơn, băng tần kép).



- Khả năng kết hợp nhiều Operators (bao nhiêu ? những hệ thống nào ? kết

hợp nhƣ thế nào ? ).

Ngƣời thiết kế sẽ khảo sát BTS công suất thấp với bộ ghép thụ động:

Một BTS mini hay micro có công suất phát ra khoảng 43 dBm (18W) có 4 sóng

mang ngõ ra kết hợp ở bộ LNA hƣớng lên điều này sẽ làm cân bằng công suất giữa

BTS và MS. Một MS điển hình có công suất phát cho hƣớng lên là 30 dBm và độ

nhạy thu của hƣớng xuống là -104 dBm cho hệ thống GSM, bên cạnh đó, độ nhạy

thu của BTS là -113 dBm.

Hình 4.12 BTS công suất thấp với bộ ghép thụ động.

Ví dụ :

BTS MS

4 TRX tại 18W (43dBm) PMS = 30dBm

Sử dụng bộ kết hợp thụ động có suy hao

7dB.

SMS = -104dBm

PBTS tại cổng kết hợp = +36dBm

SBTS tại cổng kết hợp = -106dBm

Suy hao đƣờng truyền cực đại hƣớng xuống: PBTS – SMS = 36 – (-104) = 140dB

Suy hao đƣờng truyền cực đại hƣớng lên: PMS – SBTS = 30 – (-106) = 136dB

Sự bất đối xứng về suy hao đƣờng truyền hƣớng lên và xuống là 4dB.

Khi kết hợp 4 sóng mang một cách thụ động, công suất phát hƣớng xuống và

độ nhạy thu hƣớng lên sẽ giảm 7 dB tại cổng kết hợp. Tính đối xứng phía MS sẽ

không bị ảnh hƣởng, vì suy hao đƣờng truyền hƣớng lên và xuống là nhƣ nhau. Do

đó, đƣờng lên lại có giới hạn về đƣờng truyền. Tuy nhiên, sự sai khác về link budget



chỉ là 4 dB. Một Micro/Pico BTS công suất thấp sẽ thích hợp hơn với các ứng dụng

bên trong toà nhà.

Hiện nay các nhà khai thác di động ở Việt Nam thƣờng dùng các loại BTS trong

indoor :

Bảng 4.1: Các loại BTS thƣờng dùng trong Indoor.

Tên Tần số hoạt

động(MHz)

Công suất phát

tối đa

(dBm)

Hãng sản xuất

Horizon II mini Indoor 900 63 Motorola

RBS 2206 900/1800 63 Ericson

RBS 3216 2100 45 Ericson

4.3.2.2 Lưu lượng của hệ thống.

Việc tính toán liên quan đến dung lƣợng của BTS theo cách thông dụng sẽ do

nhà khai thác thực hiện, cho nên ngƣời lập kế hoạch IBC không nhất thiết phải tính

toán. Số lƣợng sóng mang thƣờng do nhà khai thác đƣa ra, và ngƣời lập kế hoạch

IBC không phải tính toán. Tuy nhiên, phần này sẽ giúp ngƣời lập kế hoạch IBC hiểu

sâu hơn yêu cầu về lƣu lƣợng của nhà khai thác để từ đó tính toán đƣợc đối với mỗi

toà nhà sẽ cần bao nhiêu tần số và đồng thời nắm đƣợc nhu cầu mở rộng hệ thống

IBC trong tƣơng lai.

4.3.2.2.1 Lƣu lƣợng: Lƣu lƣợng đƣợc định nghĩa là tỉ số giữa cuộc gọi trung bình

trên cƣờng độ phục vụ trung bình. Khi đó lƣu lƣợng của một thuê bao A đƣợc tính

theo công thức sau:

𝐴 =𝑛 𝑥 𝑇

3600 (4.3)

Trong đó:

A: lƣu lƣợng thuê bao A

n: số cuộc gọi trung bình trong một giờ

T: thời gian trung bình của một cuộc gọi tính bằng giây (s)

Ví dụ: Tính lƣu lƣợng của thuê bao A trong mạng GSM có trung bình 1 cuộc

gọi 15 phút trong một giờ, khi đó lƣu lƣợng của thuê bao A sẽ là:



+ n = 1

+ T = 15 x 60s = 900 (s)


3600=

1 𝑥 900

3600= 0.25𝑒𝑟𝑙

Nhƣ vậy, để phục vụ cho 1000 thuê bao ta cần một lƣu lƣợng là 25 Erlang.

4.3.2.3.2 Một số định nghĩa cho mô hình Erlang:

+ Hệ thống tiêu hao: Đây là hệ thống mà các thuê bao sẽ bị từ chối thực

hiện cuộc gọi khi hệ thống đầy tải

+ Hệ thống theo kiểu đợi: Đây là hệ thống mà các thuê bao sẽ đƣợc chờ

thực hiện cuộc gọi khi hệ thống đầy tải.

+ Đơn vị lƣu lƣợng: Erlang là đơn vị đo mật độ lƣu lƣợng. Một Erl mô tả

tổng lƣu lƣợng trong một giờ.

+ Cấp độ phục vụ (GoS): là đại lƣợng thể hiện số % cuộc gọi không thành

công đối với hệ thống tiêu hao. Còn trong hệ thống đợi thì GoS là số % cuộc gọi

thực hiện chờ gọi lại, để mạng hoạt động với hiệu suất cao thì mạng cellular thƣờng

có GoS = 2 % nghĩa là tối đa 2% lƣu lƣợng bị nghẽn, tối thiểu 98% lƣu lƣợng đƣợc

truyền.

4.3.2.3.3 Mô hình ERLANG B:

Đây là mô hình hệ thống thông tin hoạt động theo kiểu tiêu hao. Thuê bao

không hề gọi lại khi cuộc gọi không thành. Đồng thời giả thiết rằng: Xác suất cuộc

gọi phân bố theo luật ngẫu nhiên Poisson, số ngƣời dùng rất lớn so với số kênh dùng

chung, không có kênh dự trữ dùng riêng, cuộc gọi bị nghẽn không đƣợc gọi lại

ngay.

Hình 4.13 Xác suất nghẽn GoS

Mô hình Erlang B là mô hình thích hợp hơn cả cho mạng GSM. Từ các công

thức toán học, ngƣời ta lập ra bảng Erlang B cho tiện dụng (phần Phụ lục).



Ví dụ: Số kênh dùng chung là 10, GoS là 2%. Tra bảng Erlang B ta có lƣu

lƣợng muốn truyền là A = 5,084 Erl. Vậy lƣu lƣợng đƣợc truyền là:

A*(1 - GoS) = 5,084*(1 – 0,02) = 4,9823 Erl.

4.3.2.4 Khảo sát tín hiệu bên trong tòa nhà.

4.3.2.4.1 Đối với mạng GSM:

-Đo mức thu RxLevel ( RF Signal Level ).

-Đo chất lƣợng thu QxLevel ( RF Signal Quality ).

-Đo tỉ số chất lƣợng thoại SQI ( Speech Quality Index).

4.3.2.4.2 Đối với mạng WCDMA:

- CPICH Ec/No : là tỉ số giữa mật độ công suất của tín hiệu CPICH trên mật độ công

suất của toàn băng tần. Thông số này đƣợc sử dụng cho việc chọn cell và các thủ tục

handover.

Mức chỉ tiêu Ec/No ≥ -10 dBm trên 98% diện tích tòa nhà.

- CPICH RSCP : là tín mức công suất của mã tín hiệu nhận đƣợc dựa trên các bit của

kênh CPICH, đây là công suất của một chip chứ không phải công suất của bit dữ liệu.

Ngoài việc phục vụ cho chọn cell handover, thông số này còn đƣợc sử dụng cho việc tính

toán pathloss cũng nhƣ điều khiển công suất trong mạng.

Mức chỉ tiêu RSCP ≥ -90dBm trên 95% diện tích tòa nhà.

Khi UE đang hoạt động nó luôn đo kiểm và gởi báo cáo chất lƣợng tín hiệu về cho

RNC thông qua kênh CPICH với hai thông số RSCP và Ec/No của tần số đang hoạt

động để RNC có thể thực hiện thủ tục Handover cho UE.

- PathLoss là độ chênh lệch giữa công suất phát và công suất thu của tín hiệu CPICH,

phản ánh chất lƣợng đƣờng truyền và đƣợc sử dụng để khởi tạo mức công suất cho

PRACH và quá trình handover giữa hai tần số.

4.3.3 Các thông số cần thiết để lập kế hoạch vị trí.

4.3.3.1 Các tham số về tòa nhà.

Khi lập dự án cho IBC, các thông số chi tiết về tòa nhà cần đƣợc thu thập. Các

thông số đó là:

Những khu vực cần đƣợc phủ sóng, đánh dấu những khu vực này trên sơ

đồ bản vẽ.



Diện tích sàn (ví dụ 50 x 50m) hoặc diện tích khu vực cần phủ sóng, xác

định tỉ lệ của bản vẽ hoặc xác định một kích thƣớc chuẩn trên bản vẽ.

Chiều cao của mỗi tầng (thông thƣờng là 4m).

Vật liệu của sàn, tƣờng, trần cũng nhƣ là độ dày của chúng.

Số lƣợng và vị trí của vách ngăn, đánh dấu vị trí trên bản vẽ.

Vị trí của máng cáp, các khu vực cho phép hoặc không cho phép dây cáp

đi qua, đánh dấu các khu vực này trên bản vẽ.

Xác định từng loại cáp cho các khu vực cụ thể.

Xác định vị trí có thể đặt anten, các khu vực không cho phép đặt anten,

các vị trí trần và tƣờng cho phép mắc antena, chủng loại anten, số lƣợng

anten cần thiết (công suất trên mỗi anten/ sóng mang), vị trí của trần giả

nếu có.

Vị trí của đƣờng cáp chính.

Vị trí đặt BTS, đánh dấu trên bản vẽ.

Tất cả các thông tin trên cần đƣợc đánh dấu trên bản vẽ tòa nhà.

4.3.3.2 Các tham số lập kế hoạch.

Trong các phần trên, thông tin về toà nhà, BTS, thiết bị hỗ trợ đã đƣợc thu thập.

Để hoàn thiện thông tin, thông số lập kế hoạch cho từng toà nhà cụ thể và cho từng

nhà khai thác cụ thể cần đƣợc xác định. Vì những thông số này thay đổi theo từng

trƣờng hợp và khác nhau giữa các nhà khai thác dịch vụ. Chúng phải đƣợc xác định

trƣớc khi tiến hành lập kế hoạch IBC. Các thông số cần cho thiết kế IBC nhƣ sau:

- Phần trăm diện tích cần bao phủ (thông thƣờng > 95%)

- Mức thu thiết kế ( tiêu chuẩn GSM > -85dBm).

- ERP tối đa cho phép/ăng ten/1 sóng mang.

Mức thu thiết kế đƣợc tính toán thông qua độ nhạy thu của máy di động, độ dự

phòng phading, và suy hao bởi cơ thể ngƣời. Độ suy hao này là tham số mà tín hiệu

phát ra từ máy di động hoặc tín hiệu thu đƣợc từ trạm BTS tại máy di động sẽ bị suy

hao bởi đầu và thân ngƣời thuê bao. Độ dự phòng phading đƣợc đƣa vào phép tính

suy hao vì có những điểm phading sâu. Thông thƣờng suy hao thân ngƣời là 5 đến

10dB, còn dự phòng phading là 10 đến 15 dB.

Độ nhạy thu của máy di động đƣợc tính nhƣ sau:



S = -174dBm + 10 log(NBW) + SNR + NF

Trong đó:

- 174 dBm là nhiễu nhiệt

- NBW: nhiễu băng thông.

- SNR: hệ số tín hiệu/nhiễu.

- NF: hệ số nhiễu của máy di động.

Bảng 4.2 Các giá trị tham số điển hình.

NBW(10logNBW) SNR NF-MS MS Sensitivity Typical

level

GSM 200KHz (53dB) 9dB 8dB -104dBm -85dBm

IS-136 30KHz (45dB) 17dB 8dB -104dBm -85dBm

NMT 25KHz (44dB) 18dB 8dB -104dBm -85dBm

AMPS 30KHz (45dB) 8dB 8dB -103dBm -85dBm

IS-95 1.5MHz (62dB) -15dB 10dB -117/-115 dBm -90dBm

Các tham số khác:

Diện tích vùng phủ sóng: 95 ~ 100% diện tích tòa nhà.

Mức thu RxLevel: > -85dBm cho mạng GSM.

Công suất phát cực đại tại mỗi antenna indoor/sóng mang:10 ~ 20 dBm.

Công suất tại đầu ra của BTS: 33 ~ 43 dBm.

Dải tần : GSM1800 MHz và 3G WCDMA 2100MHz

GoS: 2%.

Lƣu lƣợng cho một thuê bao: 25mErl.

4.3.4 Thiết kế, lắp đặt và cấu hình thiết bị cho hệ thống.

4.3.4.1 Thiết kế tổng quan:

Sau khi hoàn tất việc thu thập tất cả thông tin về toà nhà, về BTS và các chỉ tiêu

tham số cho thiết kế, chúng ta có thể bắt đầu với việc đặt kế hoạch.

Trƣớc hết ngƣời thiết kế phải chọn một hệ thống phân phối. Đối với những toà

nhà lớn có những đƣờng nối dài ( > 200m) hoặc nhiều tầng đòi hỏi công suất cân

bằng,ổn định, hệ thống phân phối tích cực đƣợc khuyến cáo sử dụng vì giá thành



thấp của cáp sợi quang, chi phí lắp đặt thấp. Đối với những hệ thống nhỏ hơn và

đƣờng nối ngắn hơn, số lƣợng anten ít (< 10 anten), ngƣời ta thƣờng dùng hệ thống

phân phối thụ động.

Sau đó ngƣời thiết kế bố trí hệ thống BTS bao gồm bao nhiêu cell để phục vụ,ví

dụ: trung bình 1 cell có thể phục vụ với diện tích 25 000m2 .

4.3.4.2 Tính Link-Budget cho tòa nhà.

Quỹ đƣờng truyền trong hệ thống GSM và 3G WCDMA dùng để tính toán suy

hao cho phép lớn nhất của tín hiệu từ trạm phát đến trạm thu (chú ý: đối với đƣờng

lên máy phát là MS, máy thu là BS; đối với đƣờng xuống: máy phát là BS, máy thu

là MS).

Để tính đƣợc quĩ đƣờng truyền cho tòa nhà ngƣời thiết kế phải dựa vào các mô

hình truyền sóng và sự lan truyền sóng trong nhà.

Hình 4.14 Sự lan truyền sóng trong nhà.


Cách tốt nhất để có thông tin về sự truyền lan trong nhà là thực hiện test hiện

trƣờng với thiết bị thử nghiệm RF phù hợp. Cách này thƣờng đƣợc thực hiện kết



hợp với sự tính toán lý thuyết. Sự kết hợp hai phƣơng pháp sẽ giúp ngƣời lập kế

hoạch tối ƣu hoá thiết kế.

Sự truyền lan RF trong nhà là một vấn đề rất phức tạp. Hiện nay chƣa có một

phƣơng pháp tính toán nào cho vùng phủ sóng trong nhà địa hình quá phức tạp, có

nhiều cơ chế lan truyền sóng nhƣ phản xạ, khúc xạ, tán xạ xảy ra. Trên thị trƣờng,

có một số phần mềm cố gắng mô phỏng quá trình lan truyền sóng trong nhà tới mức

tốt nhất có thể. Tuy nhiên, trong các phần mềm này, các tham số đầu vào nhƣ là

tƣờng, trần nhà, chủng loại, độ dày, vật liệu đƣợc giả thiết ở điều kiện tốt, do vậy

quá trình mô phỏng cho kết quả khá đơn giản. Cũng có một số phần mềm yêu cầu

các thông số đầu vào rất chi tiết và đầy đủ nhƣ là vật liệu của sàn, trần, tƣờng, vật

liệu làm cửa sổ, cửa ra vào, cũng nhƣ là vị trí và kích thƣớc của chúng. Và khi các

thông số đầu vào không đƣợc cung cấp đầy đủ, chƣơng trình sẽ không cho ra kết

quả mô phỏng.

Để tìm ra kết quả tính toàn vùng phủ sóng của một anten trong nhà, ngƣời thực

hiện sẽ sử dụng công thức dƣới đây nhƣ là một chìa khóa. Công thức này dựa trên

mô hình truyền sóng Keenan-Motley đƣợc sử dụng rộng rãi và dựa vào các phép đo

trên hiện trƣờng.

𝑝𝑙𝐾𝑒𝑒𝑛𝑎𝑛 𝑀𝑜𝑡𝑙𝑒𝑦 𝑑 = 𝑝𝑙𝑓𝑠 𝑑 + 𝐿𝑤𝑖

𝐼

𝑖

trong đó Lwi là tổn hao của bức tƣờng thứ i.

PL(dB)= 32.5 + 20 * log f + 20 * log d + k * F(k) + p * W(k) + D(d-db)


Công thức tính rút gọn: (tính cho từng tầng riêng biệt)

PL(dB)= 32.5 + 20 * log f + 20 * log d + p*W(k)


trong đó:

f : tần số (MHz).

d: là khoảng cách từ MS đến antenna (km).

p: số bức tƣờng mà sóng trực tiếp truyền qua.



W(k): suy hao tƣờng, thông thƣờng từ 7dB cho tƣờng gạch thông

thƣờng và 10dB đến 20dB cho tƣờng bê-tông.

Các công thức trên áp dụng cho cả mạng GSM1800 và WCDMA 2100.

Ngoài ra còn có một số mô hình tính toán suy hao dựa trên đặc điểm và cấu trúc

xây dựng của tòa nhà, và sự suy hao này đƣợc biểu thị bằng hệ số n:

Bảng 4.3 Các giá trị n tƣơng ứng với vật liệu tòa nhà.

Môi trƣờng Tần số

900MHz

Tần số

1800/2100MHz

Không gian tự do. 2 2

Bãi đậu xe,trung tâm hội nghị. 3.37 3.01

Xí ngiệp, sân bay, nhà kho. 3.5 3.2

Siêu thị, văn phòng với 80% tƣờng gạch

mỏng và 20% tƣờng bê tông dày.

3.61 3.31

Văn phòng với 50% tƣờng mỏng và 50%

tƣờng bê tông dày.

3.76 3.48

Bệnh viện, văn phòng cao ốc với 20%

tƣờng mỏng và 80% tƣờng bê tông dày.

3.94 3.81

Các công thức tính suy hao nhƣ sau:

PL(d) = PL(d0) + 10nlog(d) (dB)

PL(d0) = 20log(4 d0/) = 20log(4/) + 20log(d0)

PL(d0 = 1m; 900MHz) = 32.4 dB

PL(d0 = 1m; 1800MHz) = 38 dB

PL(d0 = 1m; 2100MHz) = 39 dB

Từ các công thức trên ngƣời thực hiện sẽ thống kê đƣợc suy hao điển hình trong

một tòa nhà văn phòng nhƣ sau:



Hình 4.15 Suy hao trong tòa văn phòng có mật độ ngƣời dùng cao.

(Tài liệu tham khảo[ 5 ])

Biểu đồ trên thể hiện suy hao với các khoảng cách từ 1- 50m, càng xa anten thì

suy hao càng tăng, tần số càng lớn suy hao càng tăng.

Từ công thức tính suy hao ta có thể tính đƣợc bán kính phủ sóng của anten:

𝑑 = 10(𝑃𝐿 𝑑 −𝑃𝐿(𝑑0))

10∗𝑛

Vì các tòa nhà hầu hết có hình khối là hình vuông, nên chúng ta khá dễ dàng

tính vùng phủ sóng là hình vuông. Bán kính hình tròn 65m có khả năng phủ sóng

một diện tích vuông kích thƣớc 90x90m.

Trong quá trình tính toán, chúng ta phải đặc biệt chú ý đến sự suy hao của tín

hiệu bởi tƣờng, vách và các vật thể trong phòng, dẫn đến bán kính phủ sóng của

anten sẽ giảm xuống. Đối với các bức tƣờng mỏng, suy hao tín hiệu là 7 dB, tƣờng

bê tông suy hao từ 10 đến 20 dB.



Bảng 4.4 Hệ số suy hao của tín hiệu qua các vật chắn.

4.3.4.3 Các thông số khác trong mạng UMTS WCDMA.

Trong hệ thống UMTS WCDMA, có một số các thông số đặc biệt trong quỹ

đƣờng truyền mà không đƣợc sử dụng trong hệ thống truy nhập vô tuyến của GSM,

đó là:

4.3.4.3.1 Độ dự trữ fadinh nhanh (khoảng hở điều khiển công suất).

Một số khoảng hở cần cho công suất phát của trạm di động để duy trì việc

điều khiển công suất hợp lý. Thông số này đƣợc áp dụng một cách đặc biệt cho MS

đi bộ di chuyển chậm mà tại đó điều khiển công suất nhanh có thể bù phading

nhanh một cách hiệu quả.

Một ảnh hƣởng khác của điều khiển công suất nhanh là tăng công suất phát

cần thiết trung bình (mức tăng công suất phát). Trong trƣờng hợp MS di chuyển

chậm, điều khiển công suất có thể theo kịp kênh phading và mức tăng công suất

trung bình. Điều này rất cần thiết trong các cell của MS đó để cung cấp chất lƣợng

tốt nhất cho các kết nối và không gây ra bất cứ một tác hại nào khi công suất phát

tăng đƣợc bù bởi kênh phading. Tuy nhiên đối với cell lân cận thì lại tăng thêm

nhiễu bởi vì phading nhanh trong các kênh là không tƣơng quan. Các giá trị thông

thƣờng của độ dự trữ phading nhanh là 2.0 - 5.0dB đối với các MS di chuyển chậm.



4.3.4.3.2 Độ lợi chuyển giao mềm.

Chuyển giao mềm hay cứng cung cấp một độ lợi chống lại phading chậm bằng

cách giảm độ dự trữ phading chuẩn log yêu cầu. Do trên thực tế phading chậm một

phần không tƣơng quan giữa các cell, và bằng cách thực hiện chuyển giao, máy di

động có thể chọn lựa một liên kết thông tin tốt hơn. Hơn nữa, chuyển giao mềm đem

lại một độ lợi phân tập bổ sung chống lại phading nhanh bằng cách giảm Eb/No tuỳ

theo liên kết vô tuyến đơn do tác dụng của việc kết hợp phân tập macro. Tổng độ lợi

là một hàm số của tốc độ máy di động và phụ thuộc vào thuật toán kết hợp phân tập

đƣợc sử dụng trong bộ thu và hiện trạng trễ kênh.

Các thông số trên nhằm giúp ngƣời lập kế hoạch có cách nhìn tổng quan về chất

lƣợng của từng mạng cụ thể khi thiết kế hệ thống.

4.3.4.4 Chuyển giao xuất hiện giữa hệ thống IBC với các hệ thống khác.

4.3.4.4.1 Đối với hệ thống GSM:

-Chuyển giao giữa 2 cell trong hệ thống.

-Chuyển giao giữa hệ thống bên trong và bên ngoài tòa nhà.

Hình 4.16 Quá trình handover trong indoor



Để giảm hiện tƣợng thƣờng xuyên chuyển giao trong tòa nhà ngƣời thiết kế sẽ

đƣa ra các giải pháp sau:

- Thiết lập các thông số chuyển giao tối ƣu trong các cell indoor:

Trong các cell indoor ngƣời thiết kế sẽ thiết lập thông số RxLev min phù hợp trong

BTS để khi handover thì chỉ số C/I ≥ 12dB, ở hình trên thông số RxLev min access

là -90dBm.

-Thiết lập chỉ số Handover Margin phù hợp:

Handover Margin là sự chênh lệch giữa mức thu của cell đang phục vụ và các cell

lân cận. Khi mức thu của một cell lân cận nào đó vƣợt quá mức thu của cell đang

phục vụ một khoảng lớn hơn giá trị Handover Margin định sẵn thì một Handover

Alarm sẽ đƣợc gửi về hệ thống nhằm đƣa đến quyết định chuyển giao. Thông

thƣờng thì thủ tục Handover sẽ đƣợc thực hiện ngay sau đó.

Nếu việc đặt giá trị Handover Margin quá thấp sẽ dẫn tới việc Handover quá

nhiều, nhƣng ngƣợc lại khi giá trị này đặt quá lớn có thể làm cho chất lƣợng cuộc

gọi bị giảm xuống.

4.3.4.4.2 Đối với hệ thống UMTS WCDMA:

Vì các cell lân cận trong hệ thống 3G sử dụng cùng một tần số nên thuê bao sẽ

chuyển giao mềm ngay khi nó phát hiện đƣợc BSIC của cell neighbor với tín hiệu

mạnh hơn cell service.

Các giải pháp đƣa ra tƣơng tự nhƣ hệ thống của GSM.



Hình 4.17 Quá trình handover trong tòa nhà.

4.3.4.4.3 Sự chuyển giao giữa hệ thống GSM và UMTS WCDMA:

Việc điều chỉnh các thông số chuyển giao phụ thuộc nhiều vào các nhà khai

thác, tuy nhiên để hiểu rõ hơn về chuyển giao giữa hệ thống 2G và 3G UMTS ngƣời

thực hiện sẽ trình bày sau đây.

Sự chuyển giao này có thể sử dụng cho mục đích phủ sóng và cân bằng tải. Tại

pha ban đầu khi triển khai WCDMA, chuyển giao tới hệ thống GSM có thể sử dụng

để giảm tải trong các tế bào GSM. Mô hình này đƣợc chỉ ra trong hình 4.32. Khi lƣu

lƣợng trong mạng WCDMA tăng, thì rất cần chuyển giao cho mục đích tải trên cả

đƣờng lên và đƣờng xuống. Chuyển giao giữa các hệ thống đƣợc khởi xƣớng tại

RNC/BSC và từ góc độ hệ thống thu thì chuyển giao giữa các hệ thống tƣơng tự nhƣ

chuyển giao giữa các RNC hay chuyển giao giữa các BSC. Thuật toán và việc khởi

xƣớng này không đƣợc chuẩn hoá.



GSM GSM GSM GSM GSM GSM

WCDMA WCDMA WCDMA

Chuyeån giao GSM -> WCDMA

ñeå môû roäng dung löôïng

Chuyeån giao WCDMA-> GSM

ñeå môû roäng phuû soùng

Hình 4.18 Chuyển giao giữa các hệ thống GSM và UMTS WCDMA.

Thủ tục chuyển giao nhƣ hình trên. Việc đo đạc chuyển giao giữa các hệ thống

không hoạt động thƣờng xuyên nhƣng sẽ đƣợc khởi động khi có nhu cầu thực hiện

chuyển giao giữa các hệ thống. Việc khởi xƣớng chuyển giao là một thuật toán do

RNC thực hiện và có thể dựa vào chất lƣợng (BLER) hay công suất phát yêu cầu.

Khi khởi xƣớng đo đạc, đầu tiên MS sẽ đo công suất tín hiệu của các tần số GSM

trong danh sách lân cận. Khi kết quả đo đạc đó đƣợc gửi tới RNC, nó ra lệnh cho

MS giải mã nhận dạng trạm gốc (BSIC) của cell GSM ứng cử tốt nhất. Khi RNC

nhận đƣợc BSIC, một lệnh chuyển giao đƣợc gửi tới MS.

(1) RNC ra leänh cho UE baét ñaàu ño ñaïc

chuyeån giao giöõa caùc heä thoáng ôû cheá ñoä neùn

(2) UE ño coâng suaát tín hieäu baêng taàn GSM

trong danh saùch cell laân caän

(3) RNC ra leänh cho UE giaûi maõ BSIC cuûa

cell öùng cöû GSM toát nhaát

(4) RNC göûi leänh chuyeån giao ñeán UE

Hình 4.19 Thủ tục chuyển giao giữa các hệ thống.

Khi biết đƣợc các quá trình chuyển giao trong hệ thống ngƣời thiết kế IBC sẽ

phối hợp với các operator đang hoạt động khai báo, điều chỉnh các thông số chuyển

giao, C/I… trong BTS của các cell gần hệ thống IBC, chỉ cho phép chuyển giao bên

trong vùng phủ sóng indoor gần vùng biên, khi thuê bao gần vùng phủ sóng indoor

thuộc vùng phụ vụ của macro cell thì không xảy ra sự chuyển giao.



4.3.4.5 Các thiết bị dùng trong hệ thống DAS.

4.3.4.5.1 Các loại anten dùng cho hệ thống:

Anten Omni 3dBi, Omni Direction 2400 4.5dBi, Panel 14 dBi, hỗ trợ dải tần từ 800-

2500 MHz, các thông số chi tiết xem phần phụ lục.

Hình 4.20 Anten omni 3600 3dBi.

4.3.4.5.2 Cáp feeder sử dụng cho hệ thống:

Hệ thống đƣợc thiết kế theo kiểu backbone nên cáp trục chính thƣờng dùng là

feeder 7/8’’ và cáp nhánh cho các tầng là feeder 1/2’’.

Bảng 4.5 Suy hao của các loại feeder của hãng Rosenberger (Đức):

Loại feeder Tần số 1800MHz Tần số 2100MHz

1/2’’ 10,7dB/100m 11,5dB/100m

7/8’’ 6,11dB/100m 6,63dB/100m

4.3.4.5.3 Bộ chia đều ( Slipter ):

Slipter đƣợc sử dụng nhƣ thiết bị thụ động trong hệ thống DAS để chia tín hiệu

ra các anten, tín hiệu đƣợc chia đều giữa các ngõ ra sau đó trừ đi hệ số suy hao điển

hình là 0.1dB, tất các ngõ ra của slipter phải đƣợc nối đến tải, nếu có một ngõ ra

không sử dụng thì phải kết nối nó với tải giả (dummy load) để tránh trƣờng hợp

công suất phản xạ ngƣợc, gây hƣ hỏng cho slipter và các connector.

Hình 4.21 Các loại slipter dùng trong IBC



Công thức tính suy hao trong Slipter:

Công thức tính suy hao:

Slipter loss= 10log (tổng số ngõ ra) + 0.1dB

Ví dụ: Slipter 1:3 thì suy hao tại mỗi ngõ ra là: 10log(3)+0.1dB = 4.87dB

Hình 4.22 Suy hao của Slipter 1:3

4.3.4.5.4 Bộ chia không đều (Coupler):

Bảng 4.6 Suy hao các bộ Coupler của hãng Telestone (Trung Quốc):

Coupler type Coupling Value (dB) Insertion Loss (dB)

Directional Coupler 5 dB 5 1,65




Directional Coupler 30 dB 30 0

Bộ coupler sử dụng trong hệ thống IBC để chia tín hiệu từ đƣờng trục backbone

ra từng tầng riêng biệt, phối hợp với slipter đảm bảo công suất ra các anten đƣợc

phân bố đều khắp tòa nhà.

Ví dụ:

Hình 4.23 Coupler chia tín hiệu ra các anten có công suất 3.5 – 5dBm



4.3.4.5.5 Bộ POI (Point of Interface ):

Chức năng của POI trong hệ thống IBC là kết hợp các Operator từ BTS rồi phân

phối ra hệ thống DAS thông qua feeder.

BTS Systems

or

Donor Signals

of all Operators

Provided By Operators

POI

System

DAS

(Distributed Antenna System)

PART A PART B PART C

Hình 4.24 Vị trí của POI trong hệ thống IBC

Phần A là tín hiệu từ BTS outdoor của các nhà cung cấp dịch vụ đƣợc đƣa vào

BTS indoor của hệ thống IBC, hiện tại có 3 nhà cung cấp dịch vụ chính ở nƣớc ta:

Vietel, VMS Mobifone và Vinaphone đều dùng tần số GSM 900MHz và DCS

1800MHz.

Phần B là bộ POI kết hợp tín hiệu của tất cả các nhà cung cấp dịch vụ đƣợc lấy

từ Phần A thành một đƣờng sau đó truyền đến hệ thống DAS ở phần C.

GSM 900 Viettel

Connected to

Part C

DAS

3dB

BridgeGSM 900VMS

GSM 1800VMS

Reserved for CDMA 800

GSM 1800Viettel

Combiner

1

Combiner

2

Combiner

3

Part B

POI

Connected to

Part C

DAS

Before CDMA800 Integrated

After CDMA800 Integrated

Legend:

GSM 1800Vinafone Sector 1


Reversed

Coupler

Hình 4.25 Các tần số đƣợc kết hợp vào bộ POI.

PART B



Phần C là hệ thống DAS bao gồm các linh kiện thụ động nhƣ feeder, anten

indoor, slipter…để phân phối công suất từ BTS đƣa tới.

Trong đồ án này, ngƣời thực hiện sẽ dùng bộ Hybrid 2 ngõ vào và 4 ngõ ra có

chức năng tƣơng tự nhƣ bộ POI.

4.4 Thiết kế hoàn chỉnh hệ thống IBC cho tòa cao ốc:

Đối tƣợng lập dự án là Chung cƣ, căn hộ cao cấp V-Star, tọa lạc tại đƣờng Gò Ô

Môi, Phƣơng Phu Thuận, Quân 7, Thành phố Hồ Chí Minh.

4.4.1 Thiết kế hệ thống IBC cho tòa nhà V-Star.

Hình 4.26 Phối cảnh tòa nhà V-Star

Sau khi tiến hành khảo sát tòa nhà V-Star, các thông số của tòa nhà đƣợc thu

thập nhƣ sau:

* V-Star bao gồm hai tòa nhà. Trong đó:

- Gồm 1 tầng hầm chung có diện tích: 72,5m x 55m (5120 m2).

- Tầng trệt có diện tích: 3096m2.

- Từ tầng trệt, chia thành 2 tòa nhà:

+ Tòa nhà 1 ( Block A): từ tầng 1 đến tầng 15 có diện tích 23220 m2.

+ Tòa nhà 2 ( Block B): từ tầng 1 đến tầng 15 có diện tích 23220 m2.

+ Diện tích mỗi tầng: 1548 m2.

+ Tổng diện tích: 54656 m2 sàn.

+ Tòa nhà sử dụng 6 thang máy làm phƣơng tiện di chuyển chủ yếu giữa các

tầng.

* Chiều cao mỗi tầng : 4m.



* Vật liệu và độ dày của tƣờng, vách ngăn: trần và sàn bằng bêtông, độ dày

80cm. Vách ngăn giữa các phòng: bằng gạch và vật liệu gỗ độ dày 30 cm.

* Chủng loại cáp: sử dụng cáp 7/8’’( inch) cho đƣờng trục tín hiệu, cáp 1/2’’

cho đƣờng nhánh.

* Ví trí đặt BTS: tại phòng Kỹ thuật nằm tại tầng hầm Block A của tòa nhà.

* Các thông số để tính toán lƣu lƣợng:

- Hiện tại chung cƣ cao cấp này đã đƣợc đi vào sử dụng và hầu hết có 80 %

ngƣời dân sống trong căn hộ sử dụng điện thoại di động, trong đó có 30% dùng dịch

vụ của một nhà cung cấp dịch vụ.

4.4.2 Trạm thu phát gốc và tín hiệu bên trong tòa nhà V-Star.

4.4.2.1 Khảo sát trạm thu phát gốc và dung lượng:

Để xác định đƣợc loại BTS nào có thể sử dụng trong hệ thống phải xét nhiều

yếu tố về tính kinh tế và phù hợp về mặt kỹ thuật, đầu tiên là về mặt dung lƣợng đáp

ứng của BTS. Ngƣời thiết kế sẽ tính dung lƣợng của 1 thuê bao sau đó dựa vào khảo

sát số thuê bao trong tòa nhà sẽ tính đƣợc dung lƣợng tổng mà BTS sẽ phục vụ cho

hệ thống.

Lƣu lƣợng dịch vụ thoại của 1 thuê bao : Theo thống kê trung bình một giờ

thuê bao thực hiện 1 cuộc gọi thoại là 15 phút. Khi đó để tính lƣu lƣợng bình quân

lƣu lƣợng thoại trên mỗi thuê bao sẽ thực hiện nhƣ sau:


3600=

1 𝑥 15 𝑥 60

3600= 25 𝑒𝑟𝑙𝑎𝑛𝑔

- Lƣu lƣợng dịch vụ data của 1 thuê bao: Theo thống kê trung bình một tháng

thuê bao thực hiện dịch vụ data với dung lƣợng gồm: 20MB Uplink với tốc độ 64

kbps và 50MB Downlink với các tốc độ 64 kbps, 128 kbps & 384 kbps.

+ Đối với Uplink: data bình quân trong giờ bận của một thuê bao sẽ là:

20 𝑀𝐵

22 𝑑𝑎𝑦 𝑥 8 𝑥 3600 𝑠= 0.032 𝑘𝑏𝑦𝑡𝑒 𝑠 = 0.256 𝑘𝑏𝑖𝑡 𝑠

+ Đối với Downlink: data bình quân trong giờ bận của một thuê bao sẽ

là:

50 𝑀𝐵

22 𝑑𝑎𝑦 𝑥 8 𝑥 3600 𝑠= 0.081 𝑘𝑏𝑦𝑡𝑒 𝑠 = 0.648 𝑘𝑏𝑖𝑡 𝑠



Bảng 4.7 Chia theo từng dịch vụ của thuê bao

Dịch vụ

(kbit/s)

MB trên thuê bao

trong một tháng

Kbit/s trên thuê

bao trong giờ

bận

64k 20 MB 0.256 kbit/s

128k 20 MB 0.256 kbit/s

384k 10 MB 0.136 kbit/s

- Chuyển đổi dung lƣợng các dịch vụ sang đơn vị Erlang:công thức chuyển

đổi qua lại của quan hệ này nhƣ sau:

Kbit/s = Erlang x tốc độ dịch vụ x Activity Factor.

Từ các kết quả khảo sát tòa nhà ban đầu, ngƣời thực hiện đồ án sẽ tổng kết các số

liệu phục vụ cho việc chọn BTS nào là tối ƣu:

Tòa nhà gồm:

15 tầng.

80% số ngƣời dân trong chung cƣ có máy di động.

1/3 số ngƣời dùng di động là thuê bao của một mạng nhất định.

25 mErlang cho 1 thuê bao.

Các số liệu thu đƣợc: 60 ngƣời mỗi tầng, 900 ngƣời/toà nhà và 300 ngƣời /mạng di

động. 300 ngƣời yêu cầu lƣu lƣợng là 7.5 Erlang đối với thoại.

Lƣu lƣợng bình quân của dịch vụ CS 64 của một thuê bao là 0.256 kbit/s, AF=1.

Lúc đó lƣu lƣợng Erlang của mạng có 300 thuê bao cho dịch vụ CS 64 sẽ là:

0.256 𝑘𝑏𝑝𝑠 𝑥 300 𝑠𝑢𝑏

64 𝑘𝑏𝑝𝑠 𝑥 1 (𝐴𝐹 = 1)= 1.2 𝐸𝑟𝑙𝑎𝑛𝑔

Tƣơng tự dịch vụ tốc độ 128 kbps của một thuê bao là:


128 𝑘𝑏𝑝𝑠 𝑥 1 (𝐴𝐹 = 1)= 0.6 𝐸𝑟𝑙𝑎𝑛𝑔

Tƣơng tự dịch vụ tốc độ 384 kbps của một thuê bao là:


384 𝑘𝑏𝑝𝑠 𝑥 1 (𝐴𝐹 = 1)= 0.1 𝐸𝑟𝑙𝑎𝑛𝑔



Vậy dung lƣợng mạng 3G cần thiết cho 300 thuê bao sẽ là:

1.2 Erlang x2 + 0.6 Erlang + 0.1 Erlang = 3.1 Erlang.

Một BTS với 14 kênh thoại có thể đáp ứng lƣu lƣợng này với hệ số GOS 2%.

Trong một BTS có 2 sóng mang GSM1800 và 2 sóng mang 3G WCDMA 2100 sẽ

cung cấp đƣợc 16 kênh thoại và các dịch vụ truyền dữ liệu ở tốc độ cao.

Vậy ngƣời thực hiện đồ án sẽ chọn BTS của hãng Ericson là RBS 2206 phục vụ cho

phủ sóng GSM 900/1800 MHz và RBS 3216 phục vụ cho phủ sóng 3G WCDMA .

Các thông số kí thuật của RBS 2206 và RBS 3216:

BTS của Ericson RBS 2206 :

Các đặc tính:

Hỗ trợ tối đa : 6dTRX dùng cho Indoor.

Cấu hình vô tuyến hỗ trợ : GSM 900,1800,EDGE.

Giao diện truyền dẫn :

T1 1.5 Mbit/s , 100 Ohm PCM cân bằng.

E1 2 Mbit/s , 70 Ohm hoặc 120 Ohm không cân bằng, đồng bộ từ luồng PCM đầu

vào.

Nguồn chính AC: 120 – 250 V AC, 50 – 60 Hz.

Nguồn +24 V DC.(PSU AC )

Nguồn – 40 - - 60 V DC.( PSU DC)

Bảng 4.8 Công suất tiêu thụ RBS 2206

RBS 2206 Điện áp cung cấp

120 – 250 V AC + 24 V DC - 48 V DC

Công suất tiêu thụ

cực đại

3.9 – 5.8 kW 3.2 kW 3.8 kW

BTS của Ericson RBS 3216:

Các đặc tính:

Hỗ trợ tối đa 6 TRX dùng cho Indoor.

Cấu hình vô tuyến hỗ trợ: CDMA 800, WCDMA 2100.

Giao diện truyền dẫn:

E1: 2Mbit/s 70 Ohm hoặc 120 Ohm không cân bằng



T1: 1.5Mbit/s 100 Ohm PCM cân bằng

E3: 4 luồng E2 gồm 480 kênh thoại

T3: 7 luồng T2 gồm 4032 kênh thoại

Nguồn chính : 200 – 250 VAC 50 – 60 Hz

Nguồn +24 V DC.(PSU AC )

Nguồn – 40 - - 60 V DC.( PSU DC)

Bảng 4.9 Công suất tiêu thụ RBS 3216

RBS 3216 Điện áp cung cấp

200 – 250 VAC(1phase) 100 – 433 VAC(2-3 phase)

Công suất tiêu thụ 1.4kW 1.4kW

Các thông số khác giống với RBS 2216.

(Các thông số kỹ thuật khác của họ RBS 2x16 và RBS 3x16 xem ở phụ lục).

Với diện tích 54656m2 , ngƣời thực hiện đồ án sẽ dùng 2 cell cho tòa nhà, với

thiết kế nhƣ vậy vấn đề về handover giữa các cell trong tòa nhà và các cell macro

outdoor sẽ đƣợc cân nhắc và điều chỉnh hợp lý.

4.4.2.2 Nội dung khảo sát tín hiệu:

Quá trình khảo sát sẽ thực hiện đo đạt các thông số kỹ thuật về chất lƣợng,

mức công suất thu đƣợc từ các trạm BTS outdoor bên ngoài, tình trạng nhiễu ,tỉ lệ

handover, drop-call.… Ngoài ra quá trình khảo sát về cấu trúc xây dựng của toà nhà,

bố trí các thiết bị vật dụng trong các căn hộ thuộc chung cƣ. Căn cứ trên các nội

dung trên một số tầng đƣợc lựa chọn khảo sát vùng phủ sóng và khả năng thâm

nhập sóng từ các trạm bên ngoài vào các tầng này để đƣa ra các số liệu cụ thể. Thiết

bị phục vụ cho việc khảo sát bao gồm:

- Máy đo TEMS hỗ trợ trên máy điện thoại cầm tay Sony-Ericsson K800i

- Máy tính xách tay IBM T61 với phần mềm đo kiểm Tems Investigation

8.0.3

- Máy định vị vệ tinh GPS.

- Máy ảnh kỹ thuật số.



Ngƣời thực hiện đề tài tiến hành đo các thông số kỹ thuật về chất lƣợng sóng

điện thoại di động của một nhà cung cấp dịch vụ điển hình, ở đây ngƣời thực hiện sẽ

chọn đo sóng Vinaphone trong tòa nhà và đánh giá chủ yếu về các thông số:

- Mức thu (RxLev).

- Chất lƣợng thu (RxQual).

- Nhiễu C/I và SQI.

Dựa trên kết quả đo và khảo sát các thông số này sẽ đƣa ra đánh giá, kết luận

về chất lƣợng phủ sóng trong tòa nhà và từ đó đƣa ra giải pháp kỹ thuật giải quyết

vấn đề trên.

4.4.2.3 Kết quả khảo sát tín hiệu:

Để rút ngắn thời gian, giảm thiểu chi phí, tăng tính kinh tế khi tiến hành

một hệ thống IBS nên ngƣời thực hiện chỉ tiến hành đo kiểm tại một số tầng điển

hình của tòa nhà, sau đây là kết quả đo chất lƣợng phủ sóng di động mạng

Vinaphone tại tòa nhà ở các tầng điển hình nhƣ sau:

- Khu vực thấp tầng: chọn tầng hầm, tầng trệt, tầng 5 của cả hai khối.

- Khu vực tầng trung: tầng điển hình đƣợc chọn đo là tầng 10 của cả hai khối.

- Ở các tầng cao: tầng 15 và tầng mái đƣợc tiến hành đo kiểm.

Bảng 4.10 Các file log sau khi sử dụng phần mềm Tems đo đƣợc:

Logfile information

#[Index] Logfiles HW[MS1] HW[MS2] GPS

1 GF2.log K800 Sony Ericsson

K800354716019295248 - YES

2 RF.log K800 Sony Ericsson

K800354716019295248 - YES

3 5A.log K800 Sony Ericsson

K800354716019295248 - YES

4 5b.log K800 Sony Ericsson

K800354716019295248 - YES

5 10A.log K800 Sony Ericsson - YES



K800354716019295248


K800354716019295248 - YES

7 15A.log K800 Sony Ericsson

K800354716019295248 - YES


K800354716019295248 - YES

9 bf.log K800 Sony Ericsson

K800354716019295248 - YES

10 GF.log K800 Sony Ericsson

K800354716019295248 - YES

Total

duration:

00:42:08.73

Bảng 4.11 Các giá trị ngƣỡng thu đƣợc từ các log file:

Thresholds

Information

Element

Threashold

value

% of

meas.

#[no.

of]

Average

duration

(hh:mm:ss)

#Cell #Log

SQI < 20 33.9 88 00:00:04.88 - 2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8

,9 ,10

C/I Best < 10 20.0 113 00:00:02.43 - 2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8

,9 ,10

C/I Worst < 10 25.1 170 00:00:02.03 - 1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7

,8 ,9 ,10

RxLev Sub

(dBm) < -95 13.0 78 00:00:06.46 -

1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7

,8 ,9 ,10

RxQual Sub

(%) > 2 30.8 278 00:00:02.11 -

1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7

,8 ,9 ,10



Events

Event #[no.of] Relationship #Cell #Log

Datalink Failure 6 - - 5 ,7 ,9

Handover

Intracell 35 - - 1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 ,9 ,10

Handover

Intracell Failure 1 - - 5

Missing Neighbor

Detection, GSM

Symmetry

2 - - 6 ,10

Authentication

Failure 0 - - -

Blocked Call 4 - - 3 ,5 ,7 ,9

Call Attempt

Retry 29 - - 1 ,3 ,5 ,6 ,7 ,8 ,9 ,10

Call End 52 - - 1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 ,9 ,10

Call Established 46 - - 1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 ,9 ,10

Call Setup 46 - - 1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 ,9 ,10

Dropped Call 3 - - 5 ,9 ,10

Handover 27 - - 3 ,4 ,5 ,6 ,9 ,10

Handover Failure 6 - - 3 ,6 ,9 ,10

Inter-frequency

Cell Reselection 0 - - -

Limited Service

Mode 9 - - 5 ,7 ,9 ,10

No Service Mode 6 - - 4 ,6 ,7 ,8 ,9

RACH Error 87 - - 3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 ,9 ,10



Từ các file log đo đƣợc ngƣời thực hiện tổng kết, nhận xét và vẽ các biểu đồ

thể hiện các giá trị cần thiết để lập kế hoạch IBC cho tòa nhà.

4.4.2.3.1 Đo mức thu RxLevel ( RF Signal Level ):

Sau khi kết thúc quá trình khảo sát toà nhà, ngƣời thực hiện đồ án có thể nhận

xét về mức thu RxLevel của toà nhà nhƣ sau: Mức thu RxLevel trong toà nhà là

yếu. Từ báo cáo của máy đo cho thấy, mức thu nằm trong khoảng từ –80 dBm đến

–112dBm. Tại tầng hầm của toà nhà, hoàn toàn không có sóng di động. Tại các tầng

từ tầng 1 đến tầng giữa của khách sạn, mức thu nằm trong khoảng – 80 dbm đến -96

dbm. Các phòng nằm sâu trong toà nhà mức thu RxLevel rất thấp, đặc biệt trong

thang máy hoàn toàn không có sóng. Đối với các tầng trên cùng, hiện tƣợng điển

hình của toà nhà cao tầng là floating xuất hiện. Điều này có ảnh hƣởng nghiêm

trọng đến quá trình thực hiện cuộc gọi.

Hình 4.27 Tín hiệu yếu tại các tầng thấp



Hình 4.28 Mức thu đƣợc khảo sát của tòa nhà.

4.4.2.3.2 Đo chất lƣợng thu QxLevel ( RF Signal Quality ):

Đánh giá chất lƣợng thu dựa trên các yếu tố, đó là mức thu RxLevel, hệ số lỗi

khung FER (frame error rate), interfere, handover...Sau khi khảo sát toà nhà, từ kết

quả cho thấy tại các tầng cao, hiện tƣợng hand over liên tục xảy ra. Trong toàn bộ cả

toà nhà, lƣu lƣợng cuộc gọi luôn ở mức cao. Kết hợp 2 yếu tố này dẫn đến tình trạng

rớt cuộc gọi khi chuyển giao rất cao. Tỷ lệ cuộc gọi thành công rất thấp. Chúng ta

thấy rõ hiện tƣợng handover xảy ra liên tục trong đồ thị bên dƣới.

Ngƣỡng chỉ tiêu RxQual < 2 trong tổng số 90% mẫu tín hiệu đo.



Hình 4.29 Handover liên tục xảy ra tại các tầng cao của toà nhà.

Hình 4.30 Chất lƣợng thu của tòa nhà.

4.4.2.3.3 Đo tỉ số chất lƣợng thoại SQI ( Speech Quality Index).

SQI đƣợc tính toán trên cơ sở tỷ lệ lỗi bít (BER), tỷ lệ lỗi khung (FER), các sự

kiện handover và việc sử dụng DTX trên mạng.

Ngƣỡng chỉ tiêu: SQI >20 trong tổng số 90% mẫu tín hiệu đo.



Hình 4.31 Chỉ số SQI thấp.

4.4.2.3.4 Đo tỉ số nhiễu đồng kênh C/I:

Theo khuyến nghị của GSM giá trị C/I bé nhất mà máy di động vẫn có thể

làm việc tốt là 9 dB. Trong thực tế, ngƣời ta nhận thấy rằng giá trị này cần thiết phải

lên đến 12 dB ngoại trừ nếu sử dụng nhảy tần thì mới có thể làm việc ở mức C/I là 9

dB. Ở mức thấp hơn C/I thì giá trị BER sẽ cao không chấp nhận đƣợc và mã hoá

kênh cũng không thể sửa lỗi một cách chính xác đƣợc.

Hình 4.32 Chỉ số C/I thấp khi xảy ra handover.

4.4.2.3.5 Đề xuất giải pháp kỹ thuật cho tòa nhà V-star.

Từ những kết quả phân tích và thống kê ở trên, ngƣời thực hiện đồ án đƣa ra

nhận xét, đánh giá chung nhƣ sau: mức thu của các máy điện thoại cầm tay và chất



lƣợng thu yếu, xảy ra chuyển giao liên tục trong tòa nhà dẫn đến ảnh hƣởng trực tiếp

tới chất lƣợng của cuộc gọi.

Để nâng cao chất lƣợng dịch vụ vì mức thu không ổn định và các mobile ở trạng

thái non-serving khi chuyển kênh, giải pháp kỹ thuật đƣợc lựa chọn là:

Lắp đặt bổ sung vùng phủ sóng cho tòa nhà theo các giải pháp tối ƣu. Từ kết

quả khảo sát cho thấy, để tránh gây nhiễu với các trạm BTS xung quanh, tòa nhà V-

Star đƣợc phủ sóng ở dải tần số GSM1800 và 3G WCDMA 2100. V-Star có 2 tòa

nhà Block A và Block B với tầng hầm chung có mặt bằng rất rộng ( khoảng 5120

m2) nên ngƣời thiết kế đặc biệt quan tâm đến suy hao công suất trên feeder.

4.4.3 Thiết kế, lắp đặt và cấu hình thiết bị cho hệ thống.

Một toà nhà chung cƣ 15 tầng và 1 tầng hầm sẽ đƣợc phủ sóng tín hiệu

GSM1800 và tín hiệu 3G WCDMA2100. Nhà khai thác lập kế hoạch sử dụng một

BTS có 4 sóng mang và đƣợc đặt ở tầng hầm của toà nhà.

Từ kết quả trên, toà nhà này có thể lựa chọn các giải pháp kỹ thuật sau:

+ Phủ sóng toàn bộ

Việc thiết kế tổng thể để phủ sóng toàn bộ các tầng trong toà nhà trên cơ sở tích

hợp đồng bộ cùng hệ thống mạng bên ngoài với việc lựa chọn các tham số phù hợp

sẽ giảm thiểu đƣợc ảnh hƣởng đến các BTS xung quanh.

+ Phủ sóng các điểm sóng yếu

Giải pháp này không thể giúp cải thiện hiệu suất chung trong toà nhà vì chỉ các

điểm đã đƣợc xác định mới đƣợc khắc phục.

+ Lắp đặt Repeater

Giải pháp này có thể giải quyết đƣợc vấn đề can nhiễu và nhƣng không giải

quyết đƣợc bài toán lƣu lƣợng.

Đối với tòa nhà này, ngƣời thực hiện lựa chọn giải pháp “phủ sóng toàn bộ” là

giải pháp nhằm cải thiện mức thu, chất lƣợng thu và cung cấp cho khách hàng chất

lƣợng dịch vụ tốt nhất.

4.4.3.1 Tính Link Budget:

Phần này, ngƣời lập kế hoạch sẽ thiết kế hệ thống phủ sóng tích hợp 2 băng

tần DCS1800 và 3G WCDMA 2100, trƣớc hết ngƣời lập kế hoạch sẽ tính toán quỹ

đƣờng truyền (link budget), mục đích chính của việc này là xác định tất cả các tham



số suy hao tối đa cho phép giữa trạm BTS và máy di động MS để từ đó có đƣợc cái

nhìn tổng quan về công suất, tăng ích và tổn hao của hệ thống. Đồng thời giúp cho

ngƣời thiết kế dễ dàng dự phòng mức dự trữ hợp lý dành cho hệ thống khi cần nâng

cấp hoặc mở rộng .

Pout_bts ≥ Ssdes + Lp – Ga + Lf + Lps + Lc

Trong đó:

Pout_bts: Công suất đầu ra tại đầu nối anten.

Lp: Suy hao đƣờng truyền từ anten tới MS tại biên tế bào (mô hình truyền

sóng Keenan Motley).

Ga: Hệ số tăng ích của anten BTS

Lf: Suy hao feeder.

Lps: Suy hao ở bộ công suất bộ chia.

Lc: Suy hao trong các bộ mở rộng, kết hợp, bộ song công, bộ phối hợp...

SSdes: Cƣờng độ tín hiệu thiết kế.

SSdes = EiRP – Lp.

EiRP: Công suất bức xạ đẳng hƣớng tƣơng đƣơng.

EiRP= Pout_bts – Lc – Lf + Ga .

Công suất thu của MS ở khoảng cách 1m (dƣới antenna) là:

PLo(dBm)=[(EiRP – Lo) – 6] = [EiRP - 38.5 - 20*logf - 20*log(1/1000) – 6]

Công suất thu của MS ở khoảng cách d(m) là:

LNF:suy hao dự trữ phading 6dB.

PLd(dBm)=[(EiRP–Ld)-6]=[EiRP-38.5 - 20*log f - 20*log(d/1000)- p*W(k) - 6]

Dựa vào các công thức tính trên ngƣời lập kế hoạch sẽ lập ra bảng Link Budget

cho tòa nhà (tham khảo phần phụ lục) .

4.3.3.2 Lựa chọn nguồn tín hiệu:

Căn cứ vào thực trạng mạng lƣới của nhà khai thác ngƣời thiết kế đƣa ra

phƣơng án sử dụng thiết bị trạm thu phát gốc Microcell để làm nguồn phát tín hiệu

nhằm phủ sóng toàn bộ toà nhà. Lý do của việc lựa chọn giải pháp này:

- Việc triển khai ít ảnh hƣởng đến các trạm Marco hiện có ở xung quanh toà nhà.

- Dung lƣợng của tòa nhà không lớn nên không cần phải sử dụng thiết bị dung

lƣợng lớn Marco.



Tần số sử dụng cho trạm này thuộc băng tần DCS 1800 MHz và 3G

WCDMA 2100MHz. Đây là giải pháp tối ƣu cho vùng phủ nhỏ bên trong khuôn

viên tòa nhà. Để đảm bảo công suất phát ra của hệ thống anten đủ lớn, ngƣời thiết

kế chọn công suất phát ra của thiết bị Microcell đối với GSM 1800 là 42 dBm và 3G

WCDMA 2100 là 33dBm.

Trong giải pháp này, thiết bị thu phát tín hiệu trạm gốc Microcell đƣợc đặt

trong phòng thiết bị kỹ thuật. Thiết bị thu phát sẽ đƣợc kết nối về tổng đài di động

của các nhà khai thác thông qua các truyền dẫn viba hoặc cáp quang, ở dự án này

ngƣời thiết kế dùng viba để thu phát tín hiệu cho hệ thống và đƣợc đặt tại tầng mái

và dẫn tín hiệu xuống BTS đặt ở tầng hầm của tòa nhà. Tín hiệu từ trạm Microcell

này sẽ đƣợc phân phối phủ sóng cho các tầng thông qua hệ thống anten phân tán

(DAS) bao gồm các phần tử thụ động nhƣ anten đặt tại các tầng, các bộ trích tín

hiệu coupler, các bộ chia tín hiệu splitter và các hệ thống cáp feeder dẫn tín hiệu.

Ngƣời thiết kế sử dụng anten vô hƣớng có tăng ích 3 dBi để phủ sóng hành

lang tầng hầm và vùng thang bộ. Các căn hộ của của toà nhà đƣợc phủ sóng bởi các

anten đẳng hƣớng lắp đặt bên ngoài hành lang lối đi chung có hƣớng phủ sóng 2400

ra bốn góc biên tòa nhà. Các thang máy tòa nhà đƣợc phủ bởi các anten panel 14dBi

đặt ở hốc thang máy tầng hầm.

4.3.3.3 Hệ thống cấp nguồn, tiếp đất:

- Nguồn điện 220VAC hoặc nguồn điện 3 pha 380 VAC đƣợc lấy từ nguồn điện

của tòa nhà. Do phòng đặt BTS đƣợc đặt trong phòng kỹ thuật của toà nhà nên

nguồn điện đƣợc cấp tại chỗ. Cáp nguồn đƣợc sử dụng có tiết diện lõi là 6mm/ lõi.

Sau khi đi qua UPS 3KVA, nguồn đƣợc cấp nuôi BTS, các thiết bị cảnh báo,

ngoại vi.

(Tiêu chuẩn Ngành: TCN 68-140-1995: Chống quá áp, quá dòng để bảo vệ đƣờng

dây và thiết bị thông tin - yêu cầu kỹ thuật).

- Nguồn điện nuôi điều hòa cũng đƣợc lấy từ đƣờng cáp này, nhƣng không đi qua

UPS.

- Ngoài ra, nguồn điện 220VAC đƣợc cấp cho các bộ khuếch đại.

- Tiếp đất của các thiết bị trong phòng đặt BTS đƣợc nối với hệ thống tiếp đất của

tòa nhà, yêu cầu của hệ thống tiếp đất phải có điện trở suất nhỏ hơn 5Ω .



(Tiêu chuẩn Ngành TCN 68-141-1999: Tiếp đất cho các công trình viễn thông)

- Các hệ thống cáp điện và cáp tín hiệu phải đƣợc đặt trên cầu cáp và đƣợc cố

định bằng gút nhựa.

- Các thiết bị trong phòng máy cần đƣợc lắp đặt cách xa vị trí điều hoà để tránh

hỏng hóc do nƣớc điều hoà chảy xuống.

4.3.3.4 Hệ thống cáp feeder và các bộ chia tín hiệu:

- Lắp đặt 1 trạm thu phát BTS RBS 2216 và Node B dùng RBS 3216 tại phòng

kỹ thuật nằm tại tầng hầm của tòa nhà Block A. Phòng kỹ thuật có kích thƣớc phù

hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật của công ty ITECOM JSC (Tp.HCM) và đƣợc lắp đặt

bổ sung hệ thống điều hoà không khí, bộ cảnh báo BTS.

- Thiết lập chế độ làm việc của BTS ở chế độ ƣu tiên, việc khai báo này do

operator cài đặt tại BSC của nhà cung cấp dịch vụ.

- Hệ thống feeder chạy trong tòa nhà đƣợc thiết kế theo kiểu backbone, trong đó

có 1 feeder trục chạy dọc tòa nhà từ tầng 1 lên đến tầng trên cùng. Tại mỗi tầng,

công suất đƣợc phân phối và điều khiển thông qua các bộ coupler. Để giảm thiểu

suy hao công suất trên feeder, đƣờng trục backbone đƣợc sử dụng loại feeder 7/8’’.

- Tại mỗi tầng, do việc thi công rất khó khăn, để vừa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật,

vừa đảm bảo tính khả thi trong thi công, ngƣời thực hiện sử dụng loại feeder 1/2’’.

- Tại các vị trí gãy 900 ngƣời thiết kế sử dụng các adapter vuông để kết nối 2

dây, nhằm đảm bảo thẩm mỹ tốt nhất cho tòa nhà.

- Anten Omni - Indoor 3dBi 3600 đƣợc bố trí tại các điểm có mức thu RxLev

thấp nhằm tăng mức thu trong toàn bộ toà nhà. Anten đƣợc lắp sát trần giả, rất đảm

bảo mỹ quan cho tòa nhà. Các anten đƣợc nối với các bộ chia, bộ trộn bằng feeder

1/2’’.

4.3.3.5 Hệ thống anten trong toà nhà Block A và Block B:

- Vì 2 tòa nhà Block A và Block B có cấu trúc giống nhau nên việc bố trí hệ

thống anten nhƣ nhau, vậy ngƣời thực hiện chỉ cần thiết kế cho Block A và block B

tƣơng tự.

- Từ BTS, feeder đƣợc phân chia thành 8 đƣờng cho Block A và B. Bốn đƣờng

đầu tiên nối tới hệ thống anten cho tòa nhà Block A, bốn đƣờng feeder này kết hợp

2 băng tần DCS 1800 và 3G WCDMA 2100 thông qua bộ Hybrid coupler. Tòa nhà



này có trục gen chạy thông suốt từ tầng hầm đến tầng 15. Khoảng cách từ trục gen

đến đầu ra BTS khoảng 10m. Đƣờng trục feeder loại 7/8” chạy suốt từ tầng hầm đến

tầng 15.

- Cụ thể tại tầng hầm là nơi sóng di động rất thấp, ngƣời thực hiện bố trí 8 anten

Omni- Indoor 3dBi 3600 và 6 anten Panel-Direction14dBi đặt tại 6 thang máy, các

anten này sẽ đƣợc gắn lên trần bê tông thông qua các thanh sắt đỡ. Hình dƣới đây

minh hoạ cách gắn anten lên trần bê tông của tầng hầm:

Hình 4.33 Anten Omni đƣợc gắn ở tầng hầm.

- Đối với các tầng khác (Sử dụng cấu trúc trần giả):Các anten vô hƣớng sẽ

đƣợc gắn lên trần giả bằng các bộ gá treo anten nhƣ hình minh họa ở dƣới.

Anten Omni



Hình 4.34 Anten Omni đƣợc gắn trên trần giả.

Từ tầng trệt đến tầng 15 chia ra 2 Block, xét trong Block A:

- Tại mỗi tầng trong tòa Block A với diện tích 38.7mx40m = 1548m2 vậy ngƣời

thiết kế sẽ lắp đặt 1 anten Omni-Indoor 3dBi 3600 ở giữa sàn và 4 anten Omni-

Direction- Indoor 4,5dBi 2400 hƣớng ra bốn góc tại mỗi tầng tòa nhà, bán kính

phạm vi phủ sóng của anten là 16m đƣợc đo trong bản vẽ mặt bằng của tòa nhà, các

anten này đƣợc gắn dƣới bộ gá cao 4cm, sử dụng đầu connector vuông.

Tòa nhà có tổng cộng 6 thang máy dùng cho hoạt động lƣu thông và chuyên chở

đi lại, ngƣời thiết kế sẽ lắp đặt 6 anten Panel-Direction14dBi đặt tại 6 thang máy.

Anten Omni



Hình 4.35 Bố trí anten Panel trên đỉnh tòa nhà rồi hƣớng đến thang máy.

- Phân phối công suất ra mỗi tầng thông qua các bộ coupler với các mức phân

tách là 3 và 5 dB.

Yêu cầu về lƣu lƣợng cho tòa nhà vẫn đƣợc tính nhƣ trên. Bốn sóng mang trong

BTS có thể đáp ứng đƣợc yêu cầu. Trong một mạng hai băng tần, các sóng mang

đƣợc phân bố trên cả hai băng tần. Do vậy, hệ thống sẽ phát 2 sóng mang DCS1800

và 2 sóng mang 3G WCDMA 2100.

Tổng công suất phát tín hiệu của BTS là 18W, đối với GSM1800 là

16W(42dBm)/tần số và 2W(33dBm)/tần số đối với WCDMA 2100. Hai băng tần

đƣợc kết hợp với nhau qua bộ Hybrid Combiner có suy hao là 6,2dB, ở đây ta chỉ sử

dụng 2 ngõ vào tƣơng ứng với 2 băng tần và 4 ngõ ra kết hợp 2 băng tần để phân

phối công suất ngang bằng ra các anten.



Hình 4.36 Sơ đồ thiết kế hệ thống của IBC thụ động của tòa nhà.

- Thiết kế chi tiết của tòa nhà xem trong các bản vẽ đi kèm trong phần phụ lục.

4.4.4 Bản vẽ thiết kế hệ thống IBC của tòa nhà V-Star.

- Bản vẽ vị trí lắp đặt anten.(Xem bản vẽ Vị trí lắp đặt anten phần phụ lục).

- Bản vẽ thiết kế hệ thống. (Xem bản vẽ Thiết kế hệ thống phần phụ lục).

4.4.5 Kiểm tra chất lƣợng tín hiệu khi hệ thống IBC đi vào hoạt động.

Sau khi ngƣời thực hiện đồ án hoàn thành một hệ thống IBC sẽ đƣa hệ thống đi

vào hoạt động và phục vụ cho các thuê bao trong tòa nhà. Ngƣời thiết kế sẽ tiến

hành từng bƣớc để kiểm tra chất lƣợng tín hiệu bên trong tòa nhà.

4.4.5.1 Đo mức tín hiệu trong tòa nhà.

Sử dụng máy đo TEMS, NEMO hoặc máy điện thoại có chức năng hiển thị

tham số mạng để đo.

- Các điểm chuẩn đƣợc xác định nhƣ sau:

Dƣới tất cả các anten các tầng.

Các khu vực nhƣ: cầu thang bộ, vùng biên của tòa nhà.

- Tối thiểu 200m2 phải thể hiện đƣợc 1 điểm chuẩn.

- Mức thu yêu cầu đối với từng hệ thống:

Đối với hệ thống 2G:

Mức thu dƣới anten: Rxlevel: ≥-55dBm



Vùng biên tòa nhà: Rxlevel: ≥-85dBm

Đối với hệ thống 3G:

Mức thu dƣới anten: RSCP: ≥-70dBm

Vùng biên tòa nhà: RSCP: ≥-95dBm

Các kết quả đo đƣợc trình bày ở phần phụ lục, theo đó hệ thống thiết kế đã đạt

đƣợc yêu cầu về tín hiệu RxLevel và RSCP.

4.4.5.2 Kiểm tra chất lượng phủ sóng trong thang máy.

Số thứ tự thang máy phải đƣợc thể hiện trong bản vẽ bố trí anten các tầng.

- Thực hiện cuộc gọi ở bên ngoài thang máy tại tầng thấp nhất và đi vào thang

máy. Cuộc gọi vẫn tiếp tục khi thang máy di chuyển lên đến tầng cao nhất. Ra

khỏi thang máy trong khi cuộc gọi vẫn kết nối. Không xảy ra rớt cuộc gọi

- Mức thu RxLevel trong thang máy phải ≥ -85 dBm.

- Mức thu RSCP trong thang máy phải ≥ -95 dBm.

Bảng 4.12 Thông số đo của mạng 3G trong thang máy

Thang máy số RxLevel RSCP Đạt/Không đạt

Thang số 1 -81 -90 Đạt






Qua các thông số đo đƣợc nhƣ trên thì hệ thống đã đạt đƣợc yêu cầu về phủ

sóng trong thang máy.

4.4.5.3 Đo chất lượng thoại (SQI) và chất lượng thu (RxQual).

- Mức thu RxQual = 0.

- Chỉ tiêu SQI cho cuộc gọi half rate phải đạt giá trị tối thiểu là 17, đối với

cuộc gọi full rate là 21, đối với Enhanced Full Rate là 30.

Biểu đồ đo SQI và RxQual trình bày ở phần phụ lục, theo đó hệ thống đạt đƣợc

yêu cầu về SQI và RxLevel.



4.4.5.4 Đánh giá về tỉ lệ thiết lập cuộc gọi và chuyển giao.

- Tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành công (Call Setup Success Rate) ≥ 98%.

- Tỷ lệ rớt cuộc gọi (Drop Call Rate) ≤ 1%.

- Tỷ lệ chuyển giao cuộc gọi (Handover Success Rate) ≥ 98%.

- Handover 3G sang 3G bao gồm các cell trong tòa nhà và các cell ngoài tòa nhà.

- Handover 3G sang 2G trong trƣờng hợp thuê bao đi từ trong tòa nhà ra ngoài

tòa nhà (trƣờng hợp ngoài tòa nhà không có sóng 3G hoặc Vinaphone có quy định

riêng nhƣ cân bằng tải…).

- 2G sang 3G chỉ áp dụng trong trƣờng hợp IDLE MODE (thuê bao chuyển vùng

từ 2G sang vùng 3G sẽ cập nhật ngay vào 3G khi sóng đủ lớn).

Bảng 4.13 Thông số chuyển giao các vùng biên của tòa nhà

STT Nội dung

GSM Cell: 31871, 31872

UMTS Cell: 5341

Neighbour list Kết quả

1 3G to 3G HO

11122 Tốt

11121 Tốt

11512 Tốt

2 3G to 2G HO

31871 Tốt

31872 Tốt

11221 Tốt

2142 Tốt

3 2G to 3G HO

5341 Tốt

11512 Tốt

11122 Tốt

11121 Tốt

4 2G to 3G HO

31871 Tốt

11512 Tốt

11122 Tốt

11121 Tốt



4.4.5.5 Kiểm tra hệ thống anten, feeder.

Sử dụng máy đo (Wiltron Sitemaster hoặc Bird Site Analyzer) để kiểm tra

chất lƣợng Anten/feeder theo thông số của nhà sản xuất.

- Yêu cầu hệ số sóng đứng ≤ 1.3 (VSWR ≤1.3).

Các kết quả kiểm tra sóng đứng đƣợc trình bày ở phần phụ lục, theo đó hệ

thống đã đạt yêu cầu.

4.4.5.6 Kết quả kiểm tra chi tiết vùng phủ sóng các tầng.

(Kết quả chi tiết biểu đồ RxLevel, RxQual, RSCP, Ec/No các tầng)

- Sử dụng máy TEMS, NEMO hoặc tƣơng đƣơng để walking test.

- Thực hiện 2 mẩu cuộc gọi cho 100m2 (tùy vào diện tích tầng mà có số mẫu

cuộc gọi tƣơng ứng). Các cuộc gọi đƣợc thực hiện trong khoảng thời gian 60

giây, thời gian nghĩ giữa 2 cuộc là 5 giây. Các cuộc gọi phải đƣợc thực hiện

từ câu dòng lệnh máy đo.

- Các kết quả đo (logfile) đƣợc cung cấp kèm theo phần phụ lục.

- Mức thu RxLevel ≥ -85 dBm trên 98% diện tích tòa nhà.

- Mức thu RSCP ≥ - 95 dBm trên 98% diện tích tòa nhà.

- Mức thu Ec/No ≥ - 10dBm trên 98% diện tích tòa nhà.

Xem các kết quả đo đạc ở phần phụ lục.


Chƣơng 5: Kết luận và hƣớng phát triển đề tài.

CHƢƠNG 5

KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI.

5.1 Kết luận:

Với đồ án này, ngƣời thực hiện đã trình bày cơ sở lý thuyết và quy trình từng

bƣớc thiết kế hệ thống IBC cho một tòa nhà, và thiết kế hoàn chỉnh một hệ thống

phủ sóng di động thực tế cho một tòa nhà mẫu có thể áp dụng cho các tòa nhà tƣơng

tự, ngoài ra đồ án còn phân tích các thông số của mạng dựa trên máy đo Tems

Investigation và Tems pocket, không những đo các thông số mạng trong Indoor mà

còn phục vụ cho việc đo các thông số cho các cell Macro outdoor, thực hiện Driving

test, phân tích handover, phục vụ cho việc quy hoạch, tối ƣu hóa và nâng cấp mạng.

Hạn chế của đồ án là chỉ đƣa ra cách thiết kế cho một tòa nhà cao tầng từ 15-

25 tầng với dung lƣợng trung bình, đối với các tòa nhà cao tầng hơn và dung lƣợng

cao cần phải có hệ thống cáp quang thay cho hệ thống feeder để giảm suy hao, lúc

này hệ thống cần phải bổ sung thêm những phần tử biến đổi Quang-điện và ngƣợc

lại, làm cho hệ thống phức tạp hơn nhiều.

5.2 Hƣớng phát triển đề tài:

Đồ án này chỉ trình bày về việc thiết một hệ thống phủ sóng di động trong

tòa nhà, ngoài ra giải pháp Inbuilding bao gồm nhiều thành phần khác nhƣ hệ thống

Wireless Lan, hệ thống IPTV, hệ thống truyền hình cáp…

Ngƣời thực hiện đồ án sẽ phát triển hệ thống phủ sóng di động tích hợp nhiều

dịch vụ nhƣ hệ thống Wireless Lan, hệ thống truyền hình cáp, và nghiên cứu, ứng

dụng hệ thống phủ sóng di động dùng cáp quang để giảm suy hao tối đa cho hệ

thống khi giá thành cáp quang ngày càng rẻ đi.

PHẦN C

PHỤ LỤC VÀ TÀI LIỆU

THAM KHẢO

Trang 133

PHỤ LỤC A: BẢN VẼ BỐ TRÍ ANTEN CỦA TÕA NHÀ.

Hình A1 Sơ đồ nguyên lý bố trí anten tòa nhà V-star.

Hình A2 Bố trí anten mặt bằng tầng hầm

Hình A3 Kết quả sau khi phủ sóng tầng hầm

Trang 134

Hình A4 Kiểm tra tín hiệu sau khi phủ sóng tầng hầm.

Hình A5 Bố trí anten mặt bằng tầng trệt

Trang 135

Hình A6 Kết quả phủ sóng tầng trệt

Hình A7 Kết quả kiểm tra sau khi phủ sóng tầng trệt.

Trang 136

Hình A8 Bố trí anten mặt bằng tầng 2-15 Block A

Trang 137

Hình A9 Kết quả kiểm tra sau khi phủ sóng tầng 2-15 Block A

Trang 138

Hình A10 Kết quả phủ sóng tầng 2-15 Block A

Trang 139

Hình A11 Sóng đứng anten 1-tầng 1


Trang 140



Trang 141


Bảng A1 Bảng tính Link budget của tòa nhà.

Trang 142

Trang 143

Trang 144

Trang 145

Trang 146

Trang 147

Trang 148

Bảng A2 Bảng Erlang B.

N: Số kênh hay mạch truyền dẫn cần cho lƣu lƣợng muốn truyền ở cấp phục vụ xác

định.

KÊNH

MẠCH CẤP PHỤC VỤ

N 0.002 0.005 0.008 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.050 0.100

1 0.002 0.005 0.008 0.010 0.015 0.020 0.026 0.031 0.053 0.111

2 0.065 0.105 0.135 0.153 0.190 0.222 0.254 0.282 0.381 0.595

3 0.249 0.349 0.418 0.455 0.535 0.602 0.661 0.715 0.899 1.271

4 0.535 0.701 0.810 0.869 0.992 1.092 1.180 1.259 1.525 2.045

5 0.900 1.132 1.281 1.361 1.524 1.657 1.772 1.875 2.218 2.881

6 1.325 1.622 1.809 1.909 2.112 2.276 2.417 2.543 2.960 3.758

7 1.798 2.157 2.382 2.501 2.742 2.935 3.102 3.250 3.738 4.666

8 2.311 2.730 2.990 3.128 3.405 3.627 3.817 3.987 4.543 5.597

9 2.855 3.333 3.627 3.783 4.095 4.345 4.558 4.748 5.370 6.546

10 3.427 3.961 4.289 4.461 4.807 5.084 5.320 5.529 6.216 7.511

11 4.022 4.610 4.971 5.160 5.539 5.842 6.099 6.328 7.076 8.487

12 4.637 5.279 5.671 5.876 6.287 6.615 6.894 7.141 7.950 9.474

13 5.270 5.964 6.386 6.607 7.049 7.402 7.701 7.967 8.835 10.470

14 5.919 6.663 7.115 7.352 7.824 8.200 8.520 8.803 9.730 11.473

15 6.582 7.376 7.857 8.108 8.610 9.010 9.349 9.650 10.633 12.484

16 7.258 8.100 8.609 8.875 9.406 9.828 10.188 10.505 11.544 13.500

17 7.946 8.834 9.371 9.652 10.211 10.656 11.034 11.368 12.461 14.522

18 8.644 9.578 10.143 10.437 11.024 11.491 11.888 12.238 13.385 15.548

19 9.351 10.331 10.922 12.230 11.845 12.339 12.748 13.115 14.315 16.579

20 10.068 11.092 11.709 12.031 12.672 13.182 13.615 13.997 15.249 17.613

21 10.793 11.860 12.503 12.838 13.506 14.036 14.487 14.885 16.189 18.651

22 11.525 12.635 13.303 13.651 14.345 14.896 15.364 15.778 17.132 19.692

23 12.265 13.416 14.110 14.470 15.190 15.761 16.246 16.675 18.080 20.737

Trang 149

24 13.011 14.204 14.922 15.295 16.040 16.631 17.133 17.577 19.031 21.784

25 13.763 14.997 15.739 16.125 16.894 17.505 18.024 18.483 19.985 22.833

26 14.522 15.795 16.561 16.959 17.753 18.383 18.918 19.392 20.943 23.885

27 15.285 16.598 17.387 17.797 18.616 19.265 19.817 20.305 21.904 24.939

28 16.054 17.406 18.218 18.640 19.482 20.150 20.719 21.221 22.867 25.995

29 16.828 18.218 19.053 19.487 20.352 21.039 21.623 22.140 23.833 27.053

30 17.606 19.034 19.891 20.337 21.226 21.932 22.531 23.062 24.802 28.113

31 18.389 19.854 20.734 21.193 22.103 22.827 23.442 23.987 25.773 29.174

32 19.176 20.678 21.580 22.048 22.983 23.725 24.356 24.914 26.746 30.237

33 19.966 21.505 22.429 22.909 23.866 24.626 25.272 25.844 27.721 31.301

34 20.761 22.336 23.281 23.772 24.751 25.529 26.191 26.776 28.698 32.367

35 21.559 23.169 24.136 24.638 25.640 26.435 27.112 27.711 29.677 33.434

36 22.361 24.006 24.994 25.507 26.530 27.343 28.035 28.647 30.657 34.503

37 23.166 24.846 25.854 26.378 27.424 28.254 28.960 29.585 31.640 35.572

38 23.974 25.689 26.718 27.252 28.319 29.166 29.887 30.526 32.624 36.643

39 24.785 26.534 27.583 28.129 29.217 30.081 30.816 31.468 33.609 37.715

40 25.599 27.382 28.451 29.007 30.116 30.997 31.747 32.412 34.596 38.787

41 26.416 28.232 29.322 29.888 31.018 31.916 32.680 33.357 35.584 39.861

42 27.235 29.085 30.194 30.771 31.922 32.836 33.615 34.305 36.574 40.936

43 28.057 29.940 31.069 31.656 32.827 33.758 34.551 35.253 37.565 42.011

44 28.882 30.797 31.946 32.543 33.735 34.682 35.488 36.203 38.557 43.088

45 29.708 31.656 32.824 33.432 34.644 35.607 36.428 37.155 39.550 44.165

46 30.538 32.517 33.705 34.322 35.554 36.534 37.368 38.108 40.545 45.243

47 31.369 33.381 34.587 35.215 36.466 37.462 38.310 39.062 41.540 46.322

48 32.203 34.246 35.471 36.109 37.380 38.392 39.254 40.018 42.537 47.401

49 33.039 35.113 36.357 37.004 38.296 39.323 40.198 40.975 43.534 48.481

50 33.876 35.982 37.245 37.901 39.212 40.255 41.144 41.933 44.533 49.562

51 34.716 36.852 38.134 38.800 40.130 41.189 42.091 42.892 45.533 50.644

52 35.558 37.724 39.024 39.700 41.050 42.124 43.040 43.852 46.533 51.726

53 36.401 38.598 39.916 40.602 41.971 43.060 43.989 44.813 47.534 52.808

Trang 150

54 37.247 39.474 40.810 41.505 42.893 43.997 44.940 45.776 48.536 53.891

55 38.094 40.351 41.705 42.409 43.816 44.936 45.891 46.739 49.539 54.975

56 38.942 41.229 42.601 43.315 44.740 45.875 46.844 47.703 50.543 56.059

57 30.793 42.109 43.499 44.222 45.666 46.816 47.797 48.669 51.548 57.144

58 40.645 42.990 44.398 45.130 46.593 47.758 48.752 49.635 52.553 58.229

59 41.498 43.873 45.298 46.039 47.521 48.700 49.707 50.602 53.559 59.315

60 42.353 44.757 46.199 46.950 48.449 49.644 50.664 51.570 54.566 60.401

61 43.210 45.642 47.102 47.861 49.379 50.589 51.621 52.539 55.573 61.488

62 44.068 46.528 48.005 48.774 50.310 51.534 52.579 53.508 56.581 62.575

63 44.927 47.416 48.910 49.688 51.242 52.481 53.538 54.478 57.590 63.663

64 45.788 48.305 49.816 50.603 52.175 53.428 54.498 55.450 58.599 64.750

65 46.650 49.195 50.723 51.518 53.109 54.376 55.459 56.421 56.609 65.839

66 47.513 50.086 51.631 52.435 54.043 55.325 56.420 57.394 60.619 66.927

67 48.378 50.978 52.540 53.353 54.979 56.275 57.383 58.367 61.630 68.016

68 49.243 51.872 53.450 54.272 55.915 57.226 58.346 59.341 62.642 69.106

69 50.110 52.766 54.361 55.191 56.852 58.177 59.309 60.316 63.654 70.196

70 50.979 53.662 55.273 56.112 57.790 59.129 60.274 61.291 64.667 71.286

71 51.848 54.558 56.186 57.033 58.729 60.082 61.239 62.267 65.680 72.376

72 52.718 55.455 57.099 57.956 59.669 61.036 62.204 63.244 66.694 73.467

73 53.590 56.354 58.014 58.879 60.609 61.990 63.171 64.221 67.708 74.558

74 54.463 57.253 58.929 59.803 61.550 62.945 64.138 65.199 68.723 75.649

75 55.337 58.153 59.846 60.728 62.492 63.900 65.105 66.177 69.738 76.741

76 56.211 59.054 60.763 61.653 63.434 64.857 66.073 67.156 70.753 77.833

77 57.087 59.956 61.681 62.579 64.378 65.814 67.042 68.136 71.769 78.925

78 57.964 60.859 62.600 63.506 65.322 66.771 68.012 69.116 72.786 80.018

79 58.842 61.763 63.519 64.434 66.266 67.729 68.982 70.096 73.803 81.110

80 59.720 62.668 64.439 65.363 67.211 68.688 69.952 71.077 74.820 82.203

81 60.600 63.573 65.360 66.292 68.157 69.647 70.923 72.059 75.838 83.297

82 61.480 64.479 66.282 67.222 69.104 70.607 71.895 73.041 76.856 84.390

83 62.362 65.386 67.204 68.152 70.051 71.568 72.867 74.024 77.874 85.484

Trang 151

84 63.244 66.294 68.128 69.084 70.998 72.529 73.839 75.007 78.893 86.578

85 64.127 67.202 69.051 70.016 71.947 73.490 74.813 75.990 79.912 87.672

86 65.011 68.111 69.976 70.948 72.896 74.452 75.786 76.974 80.932 88.767

87 65.896 69.021 70.901 71.881 73.845 75.415 76.760 77.959 81.952 89.861

88 66.782 69.932 71.827 72.815 74.795 76.378 77.735 78.944 82.972 90.956

89 67.669 70.843 72.753 73.749 75.745 77.342 78.710 79.929 83.993 92.051

90 68.556 71.755 73.680 74.684 76.696 78.306 79.685 80.915 85.014 93.146

91 69.444 72.668 74.608 75.620 77.648 79.271 80.661 81.901 86.035 94.242

92 70.333 73.581 75.536 76.556 78.600 80.236 81.638 82.888 87.057 95.338

93 71.222 74.495 76.465 77.493 79.553 81.201 82.614 83.875 88.079 96.434

94 72.113 75.410 77.394 78.430 80.506 82.167 83.592 84.862 89.101 97.530

95 73.004 76.325 78.324 79.368 81.459 83.133 84.569 85.850 90.123 98.626

96 73.895 77.241 79.255 80.306 82.413 84.100 85.547 86.838 91.146 99.722

97 74.788 78.157 80.186 81.245 83.368 85.068 86.526 87.826 92.169 100.819

98 75.681 79.074 81.117 82.184 84.323 86.035 87.504 88.815 93.193 101.916

99 76.575 79.992 82.050 83.124 85.278 87.003 88.484 89.804 94.216 103.013

100 77.469 80.910 82.982 84.064 86.234 87.972 89.463 90.794 95.240 104.110

Trang 152

PHỤ LỤC B: BẢNG LIỆT KÊ CÁC THÔNG SỐ THIẾT BỊ.

Bảng B1 Danh mục các thiết bị dùng cho hệ thống IBC của tòa nhà.

STT Tên thiết bị

Số lƣợng

1 Antenna, Celiling Mounted Omni

Directional 800-2500MHz, 3dBi

40

2

Directional Source-Building

Antenna 824 -2500MHz 240°,

4,5dBi

128

3

Directed Dipole Antenna (for

elevcator), Vpol 1710-2170MHz

45° 14dBi

6

4 POI 2

5 50 ohms - 1/2" Flexible Foam

Dielectric Cable

4714

6 50 ohms - 7/8" Foam Dielectric

Cable

1145

7 Connector, N Male for 1/2"

Coaxial Cable

212

8 Connector, N Male Right Angle

for 1/2" Coaxial Cable

138

9 Connector, N Male for 7/8"

Coaxial Cable

41

10 Connector, N Male Right Angle

for 7/8" Coaxial Cable

10

11 Directional Coupler 5 dB 10

12 Splitter 4 way 2

13 Splitter 3 way 42

14 Splitter 2 way 66

15 Adapter N Type Male - Male 4

16 Adapter N Type Male Right

Angle

86

17 Adapter N type Male/Female

Right Angle

4

18 Adapter N Male DIN Female 4

Trang 153

Bảng B2 Dung lƣợng kết hợp của bộ POI.

Operator/System Capacity Donor Signal

Power

Operating

Frequency

(Uplink/Downlink)

Qty of module

Vinaphone

(GSM1800) 06 Carriers 40 dbm/ch

1710 ~ 1712 MHz /

1805 ~1817 MHz 02 sectors (02 input ports)

Viettel

(GSM 900) 03 Carriers 40 dbm/ch

898.4 ~ 906.4 MHz /

943.4 ~ 951.4 MHz

01 Sector

(01 input port)

Viettel


1712 ~ 1724 MHZ /

1817 ~ 1829 MHZ

01 Sector

(01 input port)

VMS


906.6 ~ 914.6 MHz /

951.6 ~ 959.6 MHz

01 sector

(01 input port)

VMS


1724 ~ 1736 MHz /

1829 ~ 1831 MHz

01 Sector

(01 input port)

GSM900 Viettel BTS

Shanghai Xinmin

Retained for CDMA800

NMS

POI

Power Supply

If NMS is required

Front of POI Cabinet

GSM900 VMS BTS

GSM1800 Vinafone

GSM1800 Viettel BTS

GSM1800 VMS BTS

BTS Sector 1

BTS Sector 2GSM1800 Vinafone

3dB

Bridge

Co

mb

iner

1

Co

mb

iner

2

Re

vers

ed C

ouple

r

Hình B1 Mặt trƣớc bộ POI

Trang 154

GSM 900 Viettel

Connected to

Part C

DAS

3dB

BridgeGSM 900VMS

GSM 1800VMS

Reserved for CDMA 800

GSM 1800Viettel

Combiner

1

Combiner

2

Combiner

3

Part B

POI

Connected to

Part C

DAS

Before CDMA800 Integrated

After CDMA800 Integrated

Legend:



Reversed

Coupler

Hình B2 Sơ đồ nguyên lý bộ POI.

Hình B3 Nguyên lý bộ 3dB Hybrid.

Bộ 3dB Bride nằm bên trong bộ POI đƣợc sử dụng để kết hợp 2 tín hiệu GSM 900

từ các nhà khai thác và ngõ ra 1 sẽ kết hợp 2 tín hiệu này đƣa vào bộ Combiner,

ngoc ra 2 còn lại sẽ đƣợc nối với tải giả 50 Ohm.

Hình B4 Nguyên lý bộ Combiner 2

Trang 155

Bộ Combiner 1 sẽ kết hợp tín hiệu GSM 1800 từ các nhà khai thác sau đó tín hiệu

sẽ đƣợc kết hợp và đƣa ra bộ Combiner 2

Bộ Combiner 2 sẽ kết hợp cả 2 tín hiệu tổng hợp từ bộ Combiner 1 và bộ 3dB

Hybrid sau đó đƣa ra hệ thống anten.

Hình B5 Nguyên lý bộ Coupler.

Bảng B3 Đặc tính bộ POI.

Item Specifications

Insertion Loss

(dB)

GSM 900 Viettel <= 6

Mobifone <= 6

DCS 1800

Vinafone <= 6

Viettel <= 6

Mobifone <= 6

VSWR <= 1.4

IMD (dBc) >= 120

Max. Input Power (W) 200

Nominal Impedance (ohm) 50

Isolation among all ports of

intergraded systems (dB) > 30

Connectors N type Female

Trang 156

Bảng B4 Đặc tính của Antenna, Celiling Mounted Omni Directional 800-

2500MHz, 3dBi.

Type RM321-ANT152-2-E(2.5)

Frequency Range 600~960 MHz

1710~2500 MHz

Gain 2~3 dBi

VSWR 1.5 (Max.)

Polarization Vertical

Nominal Impedance 50 ohm

Limit Power 50 W

Connector N-50K

Dimension Ф185*100 mm

Weight 0.45 Kg

Radome Material ABS

Fixing Way Fix with Nut

Bảng B5 Đặc tính của Directional Source-Building Antenna 824 -2500MHz 240°,

4,5dBi.

Type RM321-ANT142-5-120-E(2.5)

Frequency Range 600~960 MHz; 1710~2500 MHz

Gain 4.5~5 dBi

VSWR 1.5 (Max.)

3dB beamwidth

H plane 120º

E plane 65º

F/B > 10 dB


Nominal impendence 50 ohm

Limit power 50 W

Connector N-50K

Dimension Ф185*100 mm

Weight 0.4 Kg

Radome material ABS

Trang 157

Bảng B6 Đặc tính của Directed Dipole Antenna (for elevcator), Vpol 1710-

2170MHz 45° 14dBi.

Type RM321-ANT144-10-65(2.5)

Frequency Range 600~960 MHz; 1710~2500 MHz

Gain 14 dBi

VSWR 1.5 (Max.)

3dB beamwidth

H plane 65º

E plane 50º

F/B > 25 dB


Nominal Impedance 50 ohm

Limit Power 50 W

Connector N-50K

Dimension 600*249*60 mm

Weight 0.85 Kg

Radome Material Fire –prevented ABS

Hình B6 Slipter dùng trong hệ thống.

Bảng B6 Đặc tính của các Slipter dùng trong hệ thống.

Type 2-WAY 3-WAY 4-WAY

RM321-PSP-52XN(2.5) RM321-PSP-53XN(2.5) RM321-PSP-54XN(2.5)

Frequency range 600~2500 MHz 600~2500 MHz 600~2500 MHz

Insertion loss 3.2 dB 5.1 dB 6.2 dB

VSWR 1.25 (Max.) 1.25 (Max.) 1.25 (Max.)

Limit power 200 W 200 W 200 W

Nominal impedance 50 ohm 50 ohm 50 ohm

Connector N type female N type female N type female

Trang 158

Hình B7 Coupler 5dB.

Bảng B7 Đặc tính của các Coupler.

Type 6 dB 10 dB 15dB

RM321-DCP-506XN(2.5) RM321-DCP-510XN(2.5) RM321-DCP-515XN(2.5)

Frequency Range 600~2500 MHz 600~2500 MHz 600~2500 MHz

Coulping 6 +/- 0.5 dB 10 +/- 0.6 dB 15 +/- 0.6 dB

Isolation 26 dB (Min.) 30 dB (Min.) 35 dB (Min.)

Insertion Loss 1.46 dB 0.66 dB 0.3 dB

VSWR 1.25 (Max.) 1.25 (Max.) 1.25 (Max.)

Limit Power 200 W 200 W 200 W

Nominal Impedance 50 ohm 50 ohm 50 ohm

Connector N type female N type female N type female

Trang 159

Hình B8 RBS 2206.

ACCU – Khối kết nối AC

ACCU/DCCU phục vụ cho phân phối nguồn, kết nối các nguồn đầu vào tới các

khối PSU. Bật tắt nguồn đƣợc thực hiện bởi chuyển mạch chính. Khối này cũng bao

gồm thiết bị lọc.

Số lƣợng : 1.

CDU –Combining and Distribution Unit - Khối phân phối và kết hợp

CDU là giao diện giữa khối thu phát và hệ thống anten.

Các tín hiệu đƣợc lọc trƣớc khi phát và thu qua một số các bộ lọc thông dải. CDU

cho phép nhiều dTRU chia sẻ các anten. Có tối đa 3 CDU trong một RBS 2206.

CDU kết hợp các tín hiệu đƣợc phát và phân bố các tín hiệu nhận đƣợc tới các bộ

thu phát. CDU đƣợc đƣợc thiết kế để hỗ trợ công nghệ EDGE. Có 2loại CDU dùng

cho RBS2206hỗ trợ các loại cấu hình:

• CDU-F là bộ lọc kết hợp dùng cho giải pháp dung lƣợng cao.

Trang 160

• CDU-G có thể đƣợc cấu hình cho dung lƣợng cao hoặc vùng phủ lớn. Nó là một

bộ kết hợp có thể đƣợc dùng cho synthesizer hopping.

Số lƣợng : 1 – 3.

CXU – Configuration Switch Unit- Khối chuyển đổi cấu hình

CXU kết nối chéo các CDU và các dTRU tại đƣờng thu. CXU cho ta khả năng mở

rộng và cấu hình lại tủ RBS mà không cần thay đổi các cáp RX. Đầu vào/ra trên

dTRU và CDU đƣợc đặt ở các vị trí làm giảm thiểu số lƣợng các dây cáp nối với

CDU và dTRU. CXU đƣợc cấu hình bằng phần mềm.

Số lƣợng :1.

DCCU – DC Connection Unit- Khối kết nối nguồn DC

DCCU phục vụ cho việc phân phối và kết nối các nguồn điện cung cấp cho PSU.

Bật/ tắt đƣợc thực hiện bằng chuyển mạch chính. Khối này cũng bao gồm thiết bị

lọc.

dTRU – double Transceiver Unit- Khối thu phát kép

dTRU chứa 2 TRX cho việc thu phát 2 sóng mang. Nó có 1 bộ kết hợp sẵn bên

trong để kết hợp 2 tín hiệu phát vào 1 đầu ra. Nó cũng hỗ trợ cho phân tập tín hiệu

thu với 4 đƣờng phục vụ cho việc cải thiện độ nhạy thu. Phiên bản này chỉ hỗ trợ

GMSK và phiên bản sau sẽ hỗ trợ cả GMSK và EDGE.


DXU-21 – Distribution Switch Unit- Khối chuyển mạch và phân phối

DXU là khối xử lýý trung tâm của RBS. Nó hỗ trợ các giao diện tới BSC và thu

thập và phát đi các cảnh báo. DXU điều khiển công suất và các thiết bị môi trƣờng

(quạt) cho RBS. Nó có 1 flash-card có thể tháo rời mỗi khi có một DXU bị hỏng và

không cần thiết phải nạp lại phần mềm và cấu hình từ BSC. DXU cũng cung cấp 4

kết nối cho truyền dẫn. Nó có thể xử lý cả luồng E1 hay T1 PCM. DXU có phần

cứng hỗ trợ EDGE trên cả 12 TRX.

Số lƣợng : 1.

FCU – Fan Control Unit – Khối điều khiển quạt

FCU điều khiển 4 quạt ở hệ thống làm mát bằng cách tăng giảm tốc các quạt này.

FCU bị điều khiển bởi DXU.

Số lƣợng :1.

IDM – Internal Distribution Module-Khối phân phối nguồn nội bộ

Trang 161

IDM là bảng phân phối nguồn +24 VDC nội bộ cho các khối khác nhau. Mỗi mạch

phân phối trong tủ có 1 công tắc trên IDM.

Số lƣợng :1.

PSU – Power Supply Units - Khối cung cấp nguồn

PSU có 2 phiên bản PSU AC cho nguồn AC, PSU DC cho kết nối -48 hoặc -60 V

DC. PSU AC chuyển đổi từ 120 - 250 V sang +24 V DC. PSU DC chuyển đổi từ -

(48 - 60)V DC sang +24 V DC.


DC Filter- Bộ lọc DC

Bộ lọc DC là giao diện giữa tủ và nguồn +24 V DC hoặc accu dự phòng.

Số lƣợng :1.

ASU – Antenna Sharing Unit-Khối chia sẻ anten

ASU dùng cho câu hình nhiều tủ RBS cùng chia sẻ 1 sector. ASU cho phép một tủ

TDMA và 1 tủ GSM RBS2206 cùng chia sẻ 1 anten thu.

Số lƣợng : 0-1.

Bias injector

Bias injector đƣợc dùng để cung cấp điện áp DC cho ddTMA, từ TMA-CM qua

RX/TX feeder. Sáu bias injector có thể kết nối tới 1 TMA-CM. BIAS-IC đƣợc gắn

bên trong tủ và gần đầu ra RF nhất có thể.

Số lƣợng :0 – 6.

BBS

Trong trƣờng hợp RBS 2206 hỏng nguồn chính thì nó sẽ đƣợc cung cấp điện bởi

accu dự phòng từ tủ accu, có thể là BBS 2000 hoặc BBS 2202.

ddTMA – dual duplex Tower Mounted Amplifier- Khuếch đại đỉnh tháp song

công kép

ddTMA đƣợc gắn vào cột và gần anten. Nó cải thiện độ nhạy thu cho anten. đTMA

giúp tiết kiệm feeder bằng cách kết hợp cả tín hiệu TX và RX trên 1 feeder.


DXX – Digital Cross Connector – Bộ nối chéo

1 khối gồm 1 hoặc 2 cạc DXX gắn trong tạo nên bộ nối chéo. Cạc 1 có 4 cổng

G.703/G.704. Cạc 2 có 4 cổng G.703/G.704 và có 1 khe cho 4 giao diện

Trang 162

G.703/G.704 dùng HDSL, LTE hay cáp quang. Các này đƣợc lắp sẵn bên trong

OXU.


Mini-DXC

Khối nối chéo mini này cung cấp 5 cổng G.703/G.704. Nó đƣợc lắp bên trong

OXU.


OXU – Optional Expansion Unit-Khối mở rộng tùy chọn

Có 4 vị trí cho các khối tùy chọn trong sub-rack DXU/PSU, ví dụ cho TMA-CM và

DXX. Một vị trí OXU 19” cũng có thể dùng giữa các sub-rack CXU và dTRU

Số lƣợng :0 - 1.

TMA-CM – Tower Mounted Amplifier - Control Module- Khối điều khiển

khuếch đại đỉnh tháp

Khối điều khiển đƣợc dùng để cung cấp tới 6 ddTMAThe với nguồn cung cấp là 15

VDC qua bias injector. Nó cũng đƣợc dùng đẻ chỉ ra TMA lỗi và chuyển thông tin

này về khối cảnh báo trong RBS. TMA-CM đƣợc gắn trong 1 các vị trí của OXU.

Số lƣợng trên 1 tủ : 0 – 2.

Trang 163

Tài liệu tham khảo :

[1]. PTS.Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin di động thế hệ 3 (tập 1), Nhà xuất

bản bƣu điện, 2001.

[2]. PTS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, cdmaOne và cdma2000, Nhà xuất bản bƣu

điện, Hà Nội – 1997.

[3]. KS Đinh Thị Minh Nguyệt, Giải pháp phủ sóng di động trong các công trình

đặc biệt – 2008.

[4]. Inbuilding system solution slide of: Ericsson, Alcatel, Singtel, Digi Business

Confidential, Qualcomm.

[5]. Professor Simon R. Saunders, Indoor Radio Planning, A John Wiley & Sons,

Ltd, Publication, United Kingdom-2008.

[6]. J.D.Parsons, The mobile radio propagation channel-Second Edition, A John

Wiley & Sons, Ltd, Publication, United Kingdom-2000.

[7]. Các Web Site tham khảo :

www.ericsson.com.review.

www.ericsson.com/tems

www.telestone.com

www.gsmworld .com

www.umtsworld.com

www.ericson.com

www.nokia.com

Documents

Datn-thiet Ke He Thong Phu Song Di Dong Trong Toa Nha Cao Tang