Embed Size (px)
Citation preview
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------
ĐINH THẾ SƠN
TÍNH TOÁN VÙNG PHỦ CHO HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 4-LTE
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI – 2013
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------
ĐINH THẾ SƠN
TÍNH TOÁN VÙNG PHỦ CHO HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 4-LTE
Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông
Mã số: 60.52.02.08
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS NGUYỄN PHẠM ANH DŨNG
HÀ NỘI – 2013
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn
ĐINH THẾ SƠN
ii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i
MỤC LỤC ................................................................................................................. ii
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................... iv
DANH MỤC HÌNH VẼ .......................................................................................... xi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................... xi
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1
CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LTE ... 2
1. GIỚI THIỆU ..................................................................................................... 2
1.1 Mục đích và phƣơng pháp tiếp cận ............................................................... 5
1.2 Thế hệ kế tiếp của 3GPP (LTE) và định cỡ ................................................... 5
1.2.1 Yêu cầu cho LTE ........................................................................................ 6
1.2.2 Công nghệ đa truy nhập ......................................................................... 7
1.2.2.1 OFDMA đối với DL ........................................................................... 8
1.2.2.2 SC-FDMA cho UL ........................................................................ 13
1.3 Khả năng mở rộng băng thông ................................................................... 14
1.4 Kiến trúc mạng LTE ................................................................................... 14
1.5 Giao diện E-UTRAN ................................................................................. 16
CHƢƠNG 2 ĐỊNH CỠ MẠNG LTE ..................................................................... 19
2.1 MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 19
2.1 CÁC MÔ HÌNH TỔN TRUYỀN SÓNG THỰC NGHIỆM CƠ SỞ .......... 21
2.3 Mô hình truyền sóng Okumura-Hata ........................................................... 22
2.3.2 Mô hình truyền sóng Walsfisch-Ikegami ............................................. 25
2.4 ĐỊNH CỠ MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN .......................................... 30
2.4.1. Các đầu vào cho định cỡ ....................................................................... 30
2.4.2. Các đầu ra của quá trình định cỡ mạng đa truy nhập ............................... 31
2.4.3. Quá trình định cỡ mạng đa truy nhập ....................................................... 32
2.5 ƢỚC TÍNH SỐ LƢỢNG THUÊ BAO ....................................................... 35
2.6. PHÂN TÍCH PHỦ SÓNG ........................................................................... 38
iii
2.7. NHIỄU TRONG MẠNG ĐA TRUY NHẬP LTE ...................................... 45
2.8. QUY HOẠCH TẦN SỐ .............................................................................. 47
2.8.1. Các dải tần số đƣợc quy định cho 3G UMTS và LTE .......................... 47
2.8.2. Phƣơng pháp quy hoạch tần số cho LTE ................................................. 48
2.8.2.1. Nguyên lý cơ sở ................................................................................. 49
2.8.2.2. Phân tích thừa số tái sử dụng ............................................................. 51
2.8.2.3. Ấn định công suất trong SFR ............................................................. 53
2.9 NGHIÊN CỨU TÌNH HUỐNG CỤ THỂ (CASE STUDY) ...................... 53
2.9.1 Tính toán tổn hao cực đại từ trạm gốc đến máy di động và cự ly phủ sóng
............................................................................................................................ 53
2.9.2 Tính toán tổn hao cực đại từ máy di động đến trạm gốc ...................... 59
2.9.3 Thí dụ minh họa so sánh tính toán quỹ đƣờng truyền cho các hệ thống
thông tin di động ................................................................................................. 61
CHƢƠNG 3- ĐỊNH CỠ LƢU LƢỢNG VÀ CÔNG CỤ ĐỊNH CỠ LTE ............... 69
3.1 Qui hoạch lƣu lƣợng LTE ........................................................................... 69
3.2 Tính toán thông lƣợng trung bình ............................................................... 70
3.3 Ƣớc lƣợng lƣu lƣợng yêu cầu và các yếu tố vƣợt quá ............................... 72
3.4 Phƣơng pháp và cấu trúc ............................................................................. 73
3.5 Định cỡ đầu vào .......................................................................................... 74
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ..................................................................................... 87
KẾT LUẬN ............................................................................................................... 87
KIẾN NGHỊ .............................................................................................................. 87
THAM KHẢO .......................................................................................................... 88
iv
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Kí hiệu Từ viết tắt Nghĩa tiếng Việt
1G One Generation Cellular Hệ thống thông tin di động thế
hệ thứ nhất
2G Second Generation Cellular Hệ thống thông tin di động thế
hệ thứ hai
3G Third Generation Cellular Hệ thống thông tin di động thế
hệ thứ ba
4G Four Generation Cellular Hệ thống thông tin di động thế
hệ thứ tƣ
3GPP Third Generation Partnership
Project
Dự án hợp tác thế hệ 3
A
ACK Acknowledgement Tín hiệu xác nhận
AMC Adaptive Modulation and Coding Mã hóa và điều chế tƣơng thích
ARQ Automatic Repeat-reQuest Yêu cầu phát lại tự động
B
BBERF Bearer binding and event reporting
function
Chức năng thiết lập ràng buộc
kênh mang và báo cáo sự kiện
BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá
BLER Block Error Rate Tỷ lệ lỗi khối
BW Bandwidth Băng thông
C
CA Carrier Aggreation Kết hợp sóng mang
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã
v
CINR Carrier to Interference Noise Ratio Tỷ số sóng mang so với nhiễu
CoMP Cooperative Multipoint Tx/Rx Phát và nhận đa điểm phối hợp
CRS Common Reference Symbols Tín hiệu tham chuẩn chung
D
DeNB Donor eNodeB Nút B phát triển dẫn
DTCH Dedicated Traffic Channel Kênh lƣu lƣợng riêng
DCS1800 Digital Cellular System 1800 Hệ thống di động tổ ong số 1800
DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng
DL Downlink Hƣớng xuống
E
E-UTRAN Evolved UMTS Terrestrial Radio
Access
Mạng truy cập vô tuyến cải tiến
EARFCN Evolved Absolute Radio Frequency
Channel Number
Số kênh tần số vô tuyến tuyệt
đối
ECGI E-UTRAN Cell Global Identifier Định danh cell E-UTRAN toàn
cầu
ECI E-UTRAN Cell Identifier Định danh cell E-UTRAN
EV-DO Evolution -Data Optimized Tối ƣu dữ liệu
EPS Evolved Packet System Hệ thống gói cải tiến
EPC Evolved Packet Core Mạng lõi gói cải tiến
eNodeB Enhance NodeB NodeB phát triển
F
FDD Frequency Division Duplexing Ghép kênh phân chia theo tần số
FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần
số
vi
FM Frequency Modulation Điều chế tần số
FEC Forward Error Correction Sửa lỗi hồi tiếp
G
GSM Global System for Mobile Hệ thống mạng di động toàn cầu
GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ gói vô tuyến thông dụng
GoB Grid-of-Beams Vạch các búp sóng
GI Guard Interval Khoảng bảo vệ
H
HSDPA High Speed Downlink Packet
Access
Truy cập gói đƣờng xuống tốc
độ cao
HO Handover Chuyển giao
HARQ Hybrid-ARQ Yêu cầu tự động phát lại
HSPA High Speed Packet Access Truy cập gói tốc độ cao
HSS Home Subscriber Server Quản lý thuê bao
I
ITU International Telecommunication
Union
Liên minh viễn thông quốc tế
IP Internet Protocol Giao thức Internet
IMT International Mobile
Telecommunication
Viễn thông di động toàn cầu
IMT-
Advance
International Mobile
Telecommunication - Advance
Viễn thông di động toàn cầu –
Phát triển
IRC Interference Rejection Combining Bộ kết hợp chống nhiễu
IMS IP Multimedia Sub-System Phân hệ đa phƣơng tiện sử dụng
IP
K
vii
KPI Key Performance Indicator Thông số chính về hiệu suất
L
LTE Long Term Evolution Giải pháp tiến hóa dài hạn
LTE-Adv Long Term Evolution-Advanced Giải pháp tiến hóa dài hạn – phát
triển
LA Location Area Vùng vị trí
M
MCCH Multimedia Control Channel Kênh điều khiển đa phƣơng tiện
MTCH Multimedia Traffic Channel Kênh lƣu lƣợng đa phƣơng
MBMS Multimedia Broadcast and
Multicast Services
Đa dịch vụ đa phƣơng tiện
MCL Minimum Coupling Loss Suy hao ghép tối thiểu
MS Mobile Station Trạm di động
MIMO Multi Input Multi Ouput Đa ngõ vào đa ngõ ra
MRC Maximum Ratio Combiner Bộ kết hợp tỷ lệ tối đa
MCC Mobile Country Code Mã di động quốc gia
MNC Mobile Network Code Mã mạng di động
MCS Modulation and Coding Scheme Giản đồ điều chế và mã hóa
MME Mobility Management Entity Thực thể quản lý di động
MAC Medium Access Control Điều khiển truy cập môi trƣờng
N
NAS Network Access Stratum Tầng truy cập mạng
O
OFDM Orthogonal Frequency Division
Multiple
Ghép kênh phân chia theo tần số
trực giao
viii
O&M Operation and Maintenance Bảo dƣỡng và vận hành
OFDMA Orthogonal Frequency Division
Multiple Access
Đa truy cập phân chia theo tần
số trực giao
P
PCell Primary Cell Ô phục vụ chính
PCRF Policy and Charging Rules
Function
Tính cƣớc và quản lý chính sách
PCC Primary Component Carrier Sóng mang thành phần chính
PDCP Packet Data Convergence Protcol Giao thức hội tụ số liệu gói
PDSCH Physical Downlink Shared Channel Kênh vật lý chia sẻ đƣờng xuống
PDN-GW Packet Data Network Gateway Cổng giao tiếp mạng dữ liệu gói
PUSCH Physical Uplink Shared Channel Kênh vật lý chia sẻ đƣờng lên
PBCH Physical Broadcast Channel Kênh quảng bá vật lý
PMIP Proxy Mobile IP IP di động đại diện
PUCCH Physical Uplink Control Channel Kênh vật lý điều khiển đƣờng
lên
PAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ lệ công suất đỉnh so với trung
bình
PC Power Control Điều khiển công suất
PCS1900 Personal Communication System Hệ thống viễn thông cá nhân
1900
PCI Physical Cell Identity Thực thể cell vật lý
PDN Packet Data Network Mạng dữ liệu gói
PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng
PDCCH Physical Downlink Control
Channel
Kênh vật lý điều khiển đƣờng
xuống
ix
PCCH Paging Control Channel Kênh điều khiển tìm gọi
PCH Paging Channel Kênh tìm gọi
Q
QoS Quality of Service Chất lƣợng dịch vụ
QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phƣơng
QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha cầu phƣơng
R
RLC Radio Link Control Điều khiển kết nối vô tuyến
RLC SDU RLC Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ
RLC PDU RLC Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức
RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến
RB Resource Block Khối tài nguyên
RSRP Reference Signal Receive Power Công suất thu tín hiệu tham khảo
RSRQ Reference Signal Receive Quality Chất lƣợng thu tín hiệu tham
khảo
RAN Radio Access Network Mạng truy cập vô tuyến
RTT Round Trip Time Thời gian truyền lan một vòng
RS Reference Signal Tín hiệu tham khảo
RA Routing Area Vùng định tuyến
S
SCC Secondary Component Carrier Sóng mang thành phần phụ
S-GW Serving Gateway Cổng phục vụ
SINR Signal to Interference Noise Ratio Tỷ lệ cƣờng độ tín hiệu trên
nhiễu
SC- Single Carrier - Frequency Division Đa truy nhập phân chia theo tần
x
FDMA Multiple Access số - Sóng mang đơn
SMS Short Message Service Dịch vụ tin nhắn ngắn
SAE System Architecture Enhance Kiến trúc hệ thống nâng cao
SGSN Serving SGSN Support Node Nút cung cấp dịch vụ GPRS
T
TDD Time Division Duplexing Ghép kênh phân chia theo thời
gian
TA Tracking Area Vùng theo dõi
TAC Tracking Area Code Mã vùng theo dõi
TTI
TPC Transmit Power Command Lệnh công suất phát
U
UL Uplink Đƣờng lên
UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access
Networks
Mạng truy cập vô tuyến mặt đất
UMTS Universal Telecommunication
Mobile
Hệ thống thông tin di động vũ
trụ
UE User Equipment Thiết bị ngƣời dùng
V
VoIP Voice over IP Thoại trên nền IP
W
WCDMA Wideband Code Division Multiple
Access
Đa truy cập phân chia theo mã
băng rộng
Wimax Worldwide Interoperability for
Microwave Accesss
WAP Wireless Application Protocol Giao thức ứng dụng không dây
xi
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................... xi
Hình 1.1 Chu trình đời hoạt động của một mạng thông tin di động ........................... 3
Hình 1.2. Tổng quan quá trình quy hoạch mạng ......................................................... 4
Hình 1.3 Cấu trúc kí tự thời gian OFDM .................................................................... 9
Hình 1.4 Cấu trúc khung đƣờng xuống cho khung với tiền tố ngắn ........................ 11
Hình 1.5 Cấu trúc khung đƣờng xuống cho khung với tiền tố dài ........................... 11
Hình 1.6 Cấu trúc khung UL cho LTE ...................................................................... 13
Hình 1-7 Kiến trúc E-UTRAN .................................................................................. 15
Hình 1-8 Giao diện E-UTRAN ................................................................................. 17
Hình 2.1. Định nghĩa các thông số mô hình Walsfisch-Ikegani ............................... 25
Hình 2.2 qui trình định cỡ mạng truy nhập ............................................................... 33
Hình 2.3 Phƣơng pháp tính số thuê bao dựa trên tốc độ số liệu ............................... 35
Hình 2.4. Bố kiểu site: a) Site vô hƣớng ngang, b) Site hai đoạn ô, c) site ba đoạn ô
và d) site sáu đoạn ô. ................................................................................................. 44
Hình 2.5. Dự trữ nhiễu phụ thuộc tải ........................................................................ 46
Hình 2.6. Khái niệm tái sử dụng tần số mềm (SFR) trong hệ thống tổ ong ............. 49
Hình 2.7. Tái sử dụng tần số mềm (SFR) trong hệ thống OFDMA ......................... 50
Hình 2.8. SINR tại biên ô .......................................................................................... 52
Hình 2.9. Dung lƣợng tại biên................................................................................... 52
Hình 2.10. Các bƣớc trong tính toán công suất cho phép tối thiểu, tổn hao đƣờng
truyền cực đại cho phép và cự ly phủ sóng cực đại đối với đƣờng xuống ............... 58
Hình 2.11. Biểu đồ mức tín hiệu vô tuyến ................................................................ 58
Hình 2.12. minh họa các bƣớc trong tính toán công suất cho phép tối thiểu, tổn hao
đƣờng truyền cực đại cho phép và cự ly phủ sóng cực đại đối với đƣờng lên. ........ 61
Hình 2.13. Biểu đồ mức tín hiệu vô tuyến đƣờng lên ............................................... 61
Hình 3.1 Công cụ định cỡ : Đầu vào ......................................................................... 75
Hình 3-2 Công cụ định cỡ: Đầu vào vùng phủ ......................................................... 76
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Các tham số lớp vật lí .................................................................................. 9
Bảng 1-2: Các tham số lớp vật lí UL ........................................................................ 14
Bảng 2.1. Mô hình truyền sóng Okumura-Hata cho các điều kiện truyền sóng khác
nhau. .......................................................................................................................... 23
Bảng 2.2. So sánh tổn hao đƣờng truyền từ mô hình Hata và Walfisch-Ikegami. ... 29
xii
Bảng 2.4. Yêu cầu SNR (ρreq) đƣờng xuống ............................................................. 40
Bảng 2.5. Các giá trị độ nhạy UE cho các cấu hình MCS khác nhau đối với băng
thông 10MHz. ........................................................................................................... 41
Bảng 2.6 cho thấy độ nhạy đối với các băng thông 5MHz và 20 MHz cho máy thu
UE và máy thu eNodeB............................................................................................. 42
Bảng 2.8. Các băng tần 3GUMTS và LTE ............................................................... 47
Bảng 2.9. Các thông số vô tuyến đƣợc sử dụng cho tính toán .................................. 51
Bảng 2.10. Quỹ đƣờng truyền đƣờng xuống cho LTE cho tốc độ số liệu đƣờng
xuống 1 Mbps sử dụng sơ đồ QPSK1/3 .................................................................... 54
Bảng 2.12. Cự ly phủ sóng theo mô hình truyền sóng Hata ..................................... 57
Bảng 2.13. diện tích phủ sóng của site ba đoạn ô ..................................................... 57
Bảng 2.14. Quỹ đƣờng truyền đƣờng lên cho tốc độ số liệu 64kbps với sơ đồ điều
chế QPSK 1/3. ........................................................................................................... 59
Bảng 2.15 tổng kết các thông số quỹ đƣờng truyền cho LTE. ................................. 62
Bảng 2.16. Thí dụ tính quỹ đƣờng truyền đƣờng lên cho GSM, HSPA và LTE ...... 64
Bảng 2.17. Thí dụ tính quỹ đƣờng truyền đƣờng xuống cho GSM, HSPA và LTE . 65
Bảng 3-1 Thông lƣợng di động trung bình cho LTE ................................................ 71
1
LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay có hai yếu tố từ nhu cầu của ngƣời dùng tác động đến sự phát triển
của công nghệ 4G. Thứ nhất, đó là sự gia tăng về nhu cầu của các ứng dụng của
mạng không dây và nhu cầu băng thông cao khi truy nhập Internet. Thứ hai, ngƣời
dùng luôn muốn công nghệ không dây mới ra đời vẫn sẽ cung cấp các dịch vụ và
tiện ích theo cách tƣơng tự nhƣ mạng hữu tuyến, mạng không dây hiện có. Và hiển
nhiên, nhu cầu về chất lƣợng dịch vụ cung cấp đƣợc tốt hơn, tốc độ cao hơn, tốc độ
truy nhập Web, tải xuống các tài nguyên mạng nhanh hơn…là đích hƣớng tới của
công nghệ di động 4G.
Chính vì điều này, việc xây dựng kích cỡ mạng và vùng phủ là một trong
những yếu tố hàng đầu để có thể xây dựng đƣợc hệ thống thông tin di động 4G
LTE. Chính vì thế đề tài sẽ nghiên cứu về vấn đề này, thực hiện tham số và tính
toán vùng phủ của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4.
Trong thời gian tới, khi mạng thông tin di động thế hệ thứ 4 (4G) đƣợc triển
khai, hi vọng đây sẽ là một tham khảo hữu ích cho các nhà khai thác và những
ngƣời quan tâm tới vấn đề này.
Về nội dung, luận văn đƣợc chia làm 3 chƣơng:
Chƣơng 1: Giới thiệu chung hệ thống thông tin di động LTE.
Chƣơng 2: Trình bày về định cỡ mạng LTE- chia vùng phủ và tài nguyên vô
tuyến. Chƣơng này trình bày về cách định cỡ vùng phủ, và các tham số tài nguyên
vô tuyến, định cỡ mạng trong LTE. Các tham số đặc trƣng về hệ thống để tính toán
vùng phủ.
Chƣơng 3: Trình bày về các thông số lƣu lƣợng, cách tính toán và sử dụng
các công cụ để tiến hành định cỡ cho mạng truy nhập LTE. Và đƣa ra những kiến
nghị để tiếp tục hoàn thiện công cụ định cỡ cho mạng LTE trong tƣơng lai.
Em xin trân trọng cảm ơn thầy giáo TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng đã tận tình
hƣớng dẫn và cung cấp cho em nhiều tài liệu phục vụ việc hoàn thiện luận văn này.
2
CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI
ĐỘNG LTE
1. GIỚI THIỆU
Ngành công nghiệp viễn thông đang trải qua sự xuất hiện của một số công
nghệ cạnh tranh và nâng cao, bao gồm cả WIMAX, HSPA, DVB-H. Với các yêu
cầu ngƣời dùng ở bên ngày càng tăng các mạng di động đang phải đối mặt lớn hơn
bao giờ cạnh tranh từ các công nghệ khác. HSPA (High speed packet access) và
MBMS (multimedia broadcast and multicast service), đã tăng cƣờng các mạng 3G
bằng cách đƣa quan trọng khả năng, nhƣng những cải tiến này vẫn không đủ để phù
hợp với công nghệ phát thanh truyền hình (nhƣ DVB-H) hoặc truy cập không dây
băng thông rộng(nhƣ WiMAX) để cung cấp các dịch vụ hiện đại, ví dụ nhƣ điện
thoại di động truyền hình, truy cập Internet và các dịch vụ quan trọng khác. Do đó,
mạng 3G cần một sự thay đổi lớn để cạnh tranh trong tƣơng lai.
Để giữ tính cạnh tranh về lâu dài, 3GPP (dự án hợp tác thế hệ thứ ba) đã bắt
đầu hoạt động trên sự phát triển lâu dài của UTRAN (Universal Terrestrial Radio
Access Network), trong đó đang chú ý đến rõ ràng là vƣợt qua các chức năng và tốc
độ WCDMA có thể làm với HSDPA hoặc cao tốc độ Uplink Packet Access
(HSUPA). Câu trả lời 3GPP để tình hình này đòi hỏi là 3G LTE (Long Term
Evolution) hay Super 3G, trong đó có thể làm tăng đáng kể khả năng của mạng 3G
và làm cho nó ngang bằng với các công nghệ khác.
LTE là một hệ thống với băng thông lớn hơn ( lên đến 20 MHz), độ trễ thấp
và gói tối ƣu hóa công nghệ truy cập vô tuyến có tốc độ dữ liệu đỉnh cao100Mbps
downlink và 50Mbps trong các đƣờng lên. Công nghệ truy cập vô tuyến cho LTE là
OFDM ( ghép kênh phân chia tần số) cung cấp hiệu quả quang phổ cao hơn và
mạnh mẽ hơn so với nhiễu đƣờng và giảm fading, so với CDMA ( Code Division
Multiple Access). Để cung cấp cho các nhà khai thác tăng linh hoạt trong triển khai
mạng, hệ thống LTE hỗ trợ khả năng mở rộng băng thông và cả hai phƣơng pháp
3
ghép kênh FDD và TDD. Hệ thống này cũng hỗ trợ truyền tải unicast và multicast-
trong kích thƣớc tế bào từ local cell hoặc các micro cell ( hàng trăm mét) hoặc đến
các cell lớn nhƣ macro cell ( bán kính>10Km).
Quy hoạch mạng vô tuyến nhằm xác định các vị trí site và cấu hình tƣơng
ứng của các site. Cấu hình này bao gồm chiều cao anten, số lƣợng các đoạn ô, các
tần số đƣợc sử dụng hay các nhóm kênh chính, các kiểu anten, góc phƣơng vị và độ
nghiêng, kiểu thiết bị, công suất vô tuyến. Bản quy hoạch cuối cùng đƣợc kiểm tra
theo các yêu cầu KPI mà chủ yếu là vùng phủ sóng và dung lƣợng .
Chu trình đời hoat động của một mạng thông tin di động đƣợc thể hiện trên
hình 1. Trƣớc hết mạng đƣợc quy hoạch. Sau đó nó đƣợc triển khai, khi này quá
trình tối ƣu ban đầu cũng đƣợc tiến hành. Sau khi đạt đƣợc chất lƣợng dịch vụ yêu
cầu, mạng đƣợc đƣa vào khai thác thƣơng mại.Trong giai đoạn này quá trình tối ƣu
liên tục đựơc thực hiện để đáp ứng nhu cầu nâng cấp hiệu năng và dung lƣợng
mạng.
Quy hoạch
Tối ưu ban đầuTối ưu liên tục
Khởi động khai
thác thương mại
Cải thiện hiệu năng.
Cải thiện dung lượng. Quyết định
dựa trên nhu cầu phát triển
Xác định cấu hình vô
tuyến. Ước tính điểm
khởi đầu cho các thông
số lớp vật lý cơ sở
Triển khai
mạng
Kiểm tra các thông số ban đầu.
Làm sạch môi trường vô tuyến.
Đánh giá hiệu năng hệ thống
Hình 1.1 Chu trình đời hoạt động của một mạng thông tin di động
Trong quá trình quy hoạch mạng ban đầu ( hay thiết kế chuẩn), cần xác định
số lƣợng site cần thiết để đảm bảo phủ sóng và dung lƣợng cho diện tích đích. Các
yêu cầu phủ sóng đƣợc kiểm tra bởi phân tích quỹ đƣờng truyền và mô hình vô
tuyến. Do mô hình vô tuyến phụ thuộc vào từng trƣờng hợp cụ thể nên trong
4
chƣơng này ta sẽ chỉ xét phân tích quỹ đƣờng truyền. Trong quá trình quy hoạch chi
tiết, ta cần ta cần đánh giá vị trí mạng xem có đảm bảo phủ sóng và dung lƣợng yêu
cầu hay không. Sử dụng các công cụ quy hoạch mạng ta có thể đánh giá phủ sóng
cả về phƣơng diện mức tín hiệu lẫn nhiễu. Các công cụ này cũng cho phép đánh giá
tƣơng tác giữa phủ sóng và dung lƣợng. Giai đoạn cuối cùng của quy hoạch là triển
khai các nút mạng sẽ nhƣ thế nao.
Sau khi triển khai, ta cần đánh giá khả năng đáp ứng các yêu cầu và kỳ vong
của mạng. Trƣớc hết ta cần kiểm tra xem điều kiện tiên quyết để khởi đầu tối ƣu đã
đƣợc thiết lập hay chƣa. Trƣớc tiên là các điều kiện vô tuyến, tiếp theo là các mức
dịch vụ thấp ( thoại chăng hạn) và cuối cùng là các dịch vụ mức cao ( chẳng hạn
toại video hay các dịch vụ PS) cần đƣợc đo và hiệu chỉnh.
Số liệu địa lý/ bản đồ Các dịch vụ và số liệu khách hàng Số liệu truyền sóng
Thiết lập công cụ quy hoạchMô tả các thiết bị
vô tuyếnĐịnh nghĩa KPI
Vị trí các site
Cấu hình các site
Phân tích phủ sóng/
dung lượng
Phân tích KPI
Khảo sát site
Đo ngoài trời và
kiểm tra
Điều chỉnh mô
hình
Vị trí và cấu
hình site
cuối cùng
Tối ưu ban đầu
Hình 1.2. Tổng quan quá trình quy hoạch mạng
5
1.1 Mục đích và phƣơng pháp tiếp cận
Đề tài mô tả việc định cỡ mạng truy nhập vô tuyến 3GPP, và các mô hình
của nó, phƣơng pháp và công cụ phát triển để định cỡ mạng. Những mục tiêu chính
đƣợc liệt kê dƣới đây:
● Giới thiệu các ính năng LTE có liên quan đến định cỡ
● Xác định các mô hình cơ bản cho định cỡ mạng truy nhập
● Ƣớc tính vùng phủ
● Ƣớc tính các tham số của mạng
● Đánh giá khả năng
● Phát triển và mô tả công cụ ƣớc lƣợng
1.2 Thế hệ kế tiếp của 3GPP (LTE) và định cỡ
Mặc dù HSDPA và HSUPA có đủ khả năng để duy trì cạnh tranh trong nhiều
năm tới, nhƣng để đảm bảo rằng các hệ thống thông tin liên lạc 3GPP sẽ tiếp tục
cạnh tranh, thế hệ tiếp theo của mạng truy cập 3GPP đang trải qua tiêu chuẩn hóa (
System Architecture Evolution, SAE, đề cập đến các hoạt động mạng lõi tƣơng
ứng). Các mục tiêu cơ bản của huôn khổ LTE là xây dựng một hệ thống đáp ứng
nhu cầu cho tốc độ dữ liệu cao, độ trễ thấp và tối ƣu hóa cho lƣu lƣợng gói. Hệ
thống LTE sẽ đƣợc thiết kế để có tốc độ dữ liệu đỉnh cao 100Mbps DL và lên đến
50Mbps trong UL. Luận văn mô tả các tính năng cơ bản của hệ thống LTE: các yêu
cầu đƣa ra, nhiều kỹ thuật truy cập đƣợc sử dụng, khả năng mở rộng băng thông,
kiến trúc mạng và các chức năng kênh và cấu trúc.
Chƣơng này với mục tiêu đặt ra cho LTE, tính năng của nó đặc biệt là những
thành phần có liên quan đến kích cỡ của mạng. Phần sau của chƣơng trình bày việc
thực hiện kích thƣớc, mô tả các đầu vào và đầu ra và các bƣớc khác nhau thực hiện
để kích thƣớc mạng.
3GPP bắt đầu phát triển thế hệ kế tiếp của 3G bắt đầu vào năm 2004. Nhân
lúc này RAN tiến hày triển lãm tại TORONTO, Canada. Triển lãm phục vụ cho tất
6
cả các tổ chức quan tâm cả thành viên và không phải thành viên của 3GPP. Triển
lãm thu hút sự tham gia của hầu hết các lĩnh vực lien quan tới dịch vụ và cung ứng
điện thoại di động. Điều này lien quan tới các nhà khai thác, các nhà sản suất và các
viện nghiên cứu đƣa ra các quan điểm của họ về sự phát triển tiếp theo của UTRAN
(Universal Terrestrial Radio Access Network).
Một tập hợp các yêu cầu mức cao hơn đã đƣợc xác định trong triển lãm để cải
thiện hơn nữa tính dự phòng, nâng cấp dịch vụ và giảm chi phí vận hành. Nói một
cách rõ ràng hơn, mục tiêu và các chỉ tiêu phát triển LTE chính có thể đƣợc quy
định nhƣ sau:
● Tăng cƣờng năng lực hệ thống và giảm chi phí cho mỗi bit,cũng nhƣ sử dụng
phổ tần 2G hiện có và phổ tần 3G cùng với các băng tần mới.
● Đạt đƣợc tốc độ dữ liệu cao với các hệ thống 3G hiện tại, với mục tiêu tốc độ
100Mbps trong đƣờng lên và đƣờng xuống trên 50Mbps trong.
● Phủ sóng rộng hơn bằng cách cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn so với khu
vực rộng lớn hơn và linh hoạt sử dụng các băng tần số hiện có và mới.
● Đạt công suất hệ thống cao hơn lên đến ba lần công suất của hệ thống hiện
tại và tăng trích lập dự phòng dịch vụ dịch vụ tốt hơn với chi phí thấp hơn.
1.2.1 Yêu cầu cho LTE
Hệ thống LTE dự kiến sẽ cạnh tranh trong nhiều năm tới, do đó, các yêu cầu
và mục tiêu đặt ra cho hệ thống này là khá nghiêm ngặt. Mục tiêu chính của sự phát
triển là cải thiện hơn nữa dịch vụ và giảm chi phí. Cụ thể hơn, một số yêu cầu quan
trọng và mục tiêu khả năng cho sự phát triển dài hạn là:
● Độ trễ thấp: cho cả mặt bằng sử dụng và mặt bằng điều khiển, với một phân
bổ phổ 5MHz mục tiêu độ trễ là dƣới 5ms.
● Khả năng mở rộng băng thông: băng thông khác nhau có thể đƣợc sử dụng
tùy thuộc vào các yêu cầu (1,4 đến 20 MHz).
● Tốc độ đỉnh dữ liệu: 100 Mbps cho DL, 50Mbps cho UL
7
● Năng lực cao gấp 2 tới 3 lần so với R6 đối với HSUPA.
● Năng lực cao gấp 2 tới 4 lần so với R6 đối với HSDPA.
● Chỉ hỗ trợ chuyển mạch gói.
● Cải thiện hiệu suất biên cell.
● Làm việc với các hệ thống 2G và 3G hiện có.
● Tối ƣu hóa đối với tốc độ di động thấp nhƣng cũng hỗ trợ tốc độ di động cao.
● Giảm độ phức tạp cho cả hệ thống và đầu cuối.
● Đơn giản hóa và giảm thiểu các giao diện.
Một yêu cầu quan trọng cho LTE là làm cho có thể chuyển đổi liền mạch từ
hệ thống viễn thông hiện nay. Điều này có thể có thể đƣợc thực hiện bằng cách tái
sử dụng của quang phổ hiện tại, khả năng tƣơng tác giữa các hệ thống hiện tại và
sắp tới, tái sử dụng các vị trí hiện có và sản xuất thiết bị có giá cạnh tranh. Nó
mang lại cho các nhà khai thác khả năng di chuyển đến hệ thống mới một cách dễ
dàng. Nhƣng điều này đòi hỏi phải áp dụng các kiến trúc hệ thống đơn giản, giới
hạn nghiêm ngặt về quang phổ và sử dụng một công nghệ truy nhập vô tuyến mới
với các đặc tính tốt hơn.
1.2.2 Công nghệ đa truy nhập
Các yêu cầu đƣợc đƣa ra cho LTE đối với mục 1.2.1 đƣợc đƣa ra sử dụng
để lựa chọn công nghệ cho các giao diện vô tuyến. Theo các nghiên cứu đƣợc tiến
hành thì giữ nguyên trung tâm của 8 phổ yêu cầu, tốc độ và hiệu suất, có thể kết
luận rằng công nghệ đa truy nhập đƣợc sử dụng sẽ là trực giao theo tần số
(OFDM) trong DL.
Đối với UL, sự lựa chọn đƣợc hƣớng tới giải pháp có băng thông linh hoạt
với tần số sóng mang cơ bản là đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA. Động
cơ đƣa ra đối với sự lựa chọn này đó là giảm điện năng tiêu thụ đối với thiết bị
8
đầu cuối. Các tham số cơ bản nhƣ sub-frame và TTI đã suất hiện đối với ngƣời sử
dụng là DL.
1.2.2.1 OFDMA đối với DL
Trong DL, sơ đồ truyền tải là OFDM với các tiền tố tuần hoàn, chủ yếu là
vì sự dễ dàng trong truyền và nhận. OFDM đƣa ra cấu trúc tần số là chia dữ liệu
trên một số song mang phụ. Khoảng cách giữa các song mang phụ cố định là 15
kHz. Một khối tài nguyên ( đơn vị nhỏ nhất trong thời gian và tần số) đƣợc xác
định bằng 12 sóng mang con và 14 kí tự liên tục trong khoảng thời gian. Vì thế
một khối tài nguyên sẽ lên tới 180 kHz trong khoảng thời gian tƣơng ứng là 1ms.
Sub-frame này cũng là khoảng thời gian truyền tải tối thiểu ( TTI). Sự lựa chọn
TTI thấp cho phép đạt đƣợc các yêu cầu về độ trễ thấp. Trong thực tế, mặc dù
OFDM đƣa ra tỉ lệ công suất trung bình cao hơn nhƣng điều này không đƣợc coi
là vấn đề lớn đối với bên phía mạng.
Linh hoạt trong các kênh băng thong đƣợc cung cấp bằng cách cho phép
sáu lựa chọn băng thông khác nhau cho các nhà khai thác lựa chọn. Các kênh băng
thông cho phép bao gồm 1.4, 3, 5,10,15, và 20 MHz. Nhƣ đã đề cập ở trên khoảng
cách giữa các song mang con là cố định cho tất cả các băng thông là 15 kHz.
Tƣơng ứng với khoảng cách giữa các song mang là 15 kHz, thời gian cho một kí
tự là 1/Tb= 66,68 ms. Để tránh ISI, một khoảng bảo vệ đƣợc chèn vào giữa hai kí
tự liên tiếp. Khoảng bảo vệ sau đó đƣợc lấp đầy bởi các tiền tố. Điều này có nghĩa
là bản sao chép của cố định số mẫu cuối cùng đƣợc gắn vào đầu mỗi kí tự. Cấu
trúc đầy đủ của một mẫu OFDM đƣợc hiển thị nhƣ hình 1.1.
9
Hình 1.3 Cấu trúc kí hiệu thời gian OFDM
Khi khoảng cách giữa các song mang con là cố định, băng thông truyền tải
đƣợc thay thế bằng số lƣợng của các song mang con. Mỗi sub-frame bao gồm 6
hoặc 7 kí hiệu OFDM tùy thuộc vào kích thƣớc của CP. Các thông số vật lí của
DL đƣợc tóm tắt trong bảng dƣới:
Bảng 1.1 Các tham số lớp vật lí
Băng thong
truyền dẫn
1.4 MHz 3 MHz 5 MHz 10 MHz 15 MHz 20 MHz
Khoảng thời
gian sub-
frame
0.5 ms
Khoảng cách
song mang
con
15 kHz
Tần số mẫu 1.92
MHz
3.84
MHz
7.68
MHz
15.36
MHz
23.04
MHz
30.72
MHz
Cyclic
prefix
Symbol window
Guad intervalOFDM Symbol, Tsym
FFT length Nfft
Copy of Np last samples
10
(1/2 x
3.84
MHz)
(2 x 3.84
MHz)
(4x3.84
MHz)
(6 x 3.84
MHz)
(8 x 3.84
MHz)
FFT size 125 256 512 1024 1536 2048
Số lƣợng của
song mang
con sử dụng
76 151
301 601 901 1201
Số lƣợng của
mẫu OFDM
cho mỗi sub-
frame
7/6
Cấu trúc khung DL trong LTE đƣợc mô tả trong hình 1-2 và 1-3 ở dƣới.
Cấu trúc khung này dành cho đƣờng suống kênh chung ( DSCH: Downlink Shared
Channel) cho cả CP dài và ngắn. Một khung vô tuyến bao gồm các sub-frame
PDSCH, PDSCCH, và PBCH.PDSCH và PDSCCH có mặt trong tất cả các sub-
frame. PBCH chỉ suất hiện trong các sub-frame lập lịch cho thong tin hệ thống.
System Frame Number (SFN) đƣợc sử dụng nhƣ thời gian tham khảo của khung
và LTE SFN (eSFN) là thời gian tham khảo khung con cho tất cả các kênh vật lí.
Cho đƣờng xuống và gián tiếp cho các đƣờng lên. Chi tiết cấu trúc tham khảo, mô
hình điều chế sử dụng kĩ thuật đa antena.
Khung vô tuyến bao gồm Tf=307200 x Tts =10 ms và 20 khung con có độ
dài là Tsf= 15360 x Tts = 0.5 ms, đánh số từ 0 tới 19. Một khe có 2 sub-frame, khe
i bao gồm khung con 2i và khe 2i+1. Với ghép kênh song công ( FDD : Frequency
division duplex) 10 khe cho đƣờng xuống và 10 khe cho đƣờng lên trong mỗi
khoảng 10ms. Truyền dẫn đƣờng lên và đƣờng xuống đƣợc tách ra trong miền tần
số. Đối với TDD ( Time division duplex), một khe sẽ đƣợc phân bổ cho truyền
dẫn đƣờng lên hoặc đƣờng xuống. Khe 0 và 5 luôn đƣợc phân bổ cho truyền dẫn
11
đƣờng xuống. Nói cách khác, mỗi khung bao gồm 20 khung con với kí hiệu mẫu
và kênh đồng bộ ghép vào mỗi khung con. Kênh đồng bộ đƣợc truyền đi trong
mẫu OFDM với 4 khung con và kĩ hiệu mẫu sẽ đƣợc ghép thứ tự vào mỗi khung
con. Để hoàn tất quá trình OFDM, các tiền tố (CP) sẽ đƣợc thêm vào đầu mỗi mẫu
OFDM ( với DL) và khối mẫu SC-FDMA ( với UL). Cấu trúc khung đƣờng xuống
cho cả hai trƣờng hợp tiền tố ngắn và dài đƣợc mô tả nhƣ hình 1.2 và hình 1.3.
Hình 1.4 Cấu trúc khung đường xuống cho khung với tiền tố ngắn
Hình 1.5 Cấu trúc khung đường xuống cho khung với tiền tố dài
Sub-frame #0 Sub-frame #1 Sub-frame #i Sub-frame #19
Alloc
tableData Data Data Data Data
Data
Syinfo
PDSCCHSynCH
Sub-frame, Tst=0.5ms PBCH
PDSCH
One radio frame, Tf=10 ms
Sub-frame #0 Sub-frame #1 Sub-frame #i Sub-frame #19
Alloc
tableData Data Data Data
Data
Syinfo
PDSCCHSynCH
Sub-frame, Tst=0.5ms PBCH
PDSCH
One radio frame, Tf=10 ms
12
Hình 1.6 Cấu trúc tài nguyên truyền dẫn không gian thời gian của LTE trong một
lớp cho trường hợp CP bình thường
13
1.2.2.2 SC-FDMA cho UL
Truyền dẫn song mang đơn với CP đƣợc sử dụng cho UL. CP sử dụng để
có thể trực giao giữa các ngƣời sử dụng và cho phép cân bằng hiệu quả phạm vi
tần số bên phía ngƣời nhận. Cấu trúc cơ sở cho các khung con sử dụng cho UL
đƣợc biểu diễn nhƣ hình 1.4. Cấu trúc này sử dụng hai khối ngắn (SB: short block)
và 6 khối dài ( LB: Long block) trong mỗi khung con. Khối ngắn đƣợc sử dụng
cho giải điều chế dịch tần nhất quán hoặc cho điều khiển và truyền dữ liệu hoặc
cho cả hai mục đích.Với khối dài đƣợc sử dụng để điệu khiển hoặc truyền dữ liệu.
Cả hai truyền cục bộ và truyền dẫn phân phối sử dụng các khung con giống nhau,
trong khi dữ liệu có thể là lập lịch hoặc truyền dữ liệu cơ bản.
Hình 1.7 Cấu trúc khung UL cho LTE
Bảng 2 mô tả phân phối giá trị quang phổ khác nhau cho các tham số lớp
vật lí UL. Tham số TTI ( Tranmission time interval) đƣợc cố định trong khoảng
thời gian của khung con UL. TTI có thể là bán tĩnh hoặc động đối với thuộc tính
kênh truyền dẫn. TTI bán tĩnh cung cấp với chiều dài cố định và chiều dài của TTI
sẽ đƣợc điều chỉnh thong qua lớp báo hiệu cao hơn. Ngƣợc lại, nhƣ ở trên ta có
thể thấy, với TTI động có thể thay đổi đƣợc. TTI động thay đổi hoặc số lƣợng
khung con đƣợc ghép vào nhau có thể thực hiện thong qua đƣờng truyền khởi tạo.
Hiện nay, ngƣời ta cho rằng Node-B sẽ kiểm soát TTI. Tuy nhiên điều này vẫn
cần đƣợc nghiên cứu thêm.
Cùng định dạng khung UL sẽ đƣợc sử dụng cho hai trƣờng hợp phân phối
FDMA và khu vực. Trong băng thông truyền 10 MHz, sáu khối dài bao gồm
512/1024 kí tự/mẫu.Trong khi đó khối ngắn bao gồm 256/512 kí tự/mẫu cho một
khối. Các khối ngắn có thể mang dữ liệu trong 10MHz băng thông truyền
dẫn.Tham số lớp vật lí UL đƣợc tổng hợp trong hai bảng dƣới đây.
1 sub-frame = 0.5 msec
LB#1 LB#2 LB#3 LB#5 LB#6LB#4CP CP CP CP CPCP CPSB
#1
SB
#2
14
Bảng 1-2: Các tham số lớp vật lí UL
Băng thông
truyền dẫn
Khoảng thời gian
Khung con
Kích cỡ khối dài
(µs/samples)
Kích cỡ khối ngắn
(µs/samples)
20 0.5 66.67/2048 33.33/1024
15 0.5 66.67/1536 33.33/768
10 0.5 66.67/1024 33.33/512
5 0.5 66.67/512 33.33/256
3 0.5 66.67/256 33.33/128
1.4 0.5 66.67/128 33.33/64
1.3 Khả năng mở rộng băng thông
Hệ thống LTE hoạt động trên băng tần 2GHz, cũng nhƣ mở rộng lên 2.6
GHz và băng 900 MHz. Nhƣ đã nói ở trên, để cung cấp sử dụng linh hoạt của
băng thông, các sóng mang với băng thông khác nhau là có thể xảy ra, dao động từ
1,4 MHz tới 20 MHz ( cụ thể hơn: 1,4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15MHz
và20 MHz). Khoảng cách giữa các sóng mang con vẫn giữ nguyên cho tất cả các
trƣờng hợp là 15 KHz, nó làm cho số lƣợng sóng mang con thay đổi ( xem bảng 1).
1.4 Kiến trúc mạng LTE
Kiến trúc LTE đƣợc đặc trƣng bởi ba yêu cầu: hỗ trợ cho một miền PS duy
nhất, độ trễ thấp và giảm chi phí. Để đạt đƣợc mục tiêu trên và vƣợt qua đƣợc sự
phức tạp của kiến trúc mạng trƣớc đây thì LTE phải đƣợc thiết kế sao cho số lƣợng
node mạng ít hơn. Điều này cực kì quan trong vì với số lƣợng các node mạng nhỏ
hơn thì việc giảm tổng thể của xử lý giao thức liên quan, chi phí kiểm tra và số
lƣợng các giao diện.Kiến trúc này sẽ dễ dàng tối ƣu hóa các giao diện vô tuyến. Nó
có thể làm đƣợc bằng cách kết hợp giữa điều khiển giao thức và sử dụng các chuỗi
báo hiệu ngắn hơn để thiết lập phiên đƣợc nhanh hơn. LTE sử dụng kiến trúc hai
15
node. Hình 1-5 đƣa ra một kiến trúc tổng quan về E-UTRAN. Phần mầu vàng sẽ thể
hiện các node logic. Phần màu trắng mô tả các thực thể chức năng của mặt phẳng
điều khiển. Phần màu trắng thể hiện các thực thể ngƣời sử dụng. Chi tiết của các mô
tả sẽ đƣợc trình bày dƣới đây.
Hình 1-8 Kiến trúc E-UTRAN
E-UTRAN gồm có:
● eNB (Enhanced Node B)
● aGW (access Gateway)
eNB là phần tử truy nhập cơ bản bao gồm tế bào đơn hoặc đƣợc lắp đặt ở
site.Nó cung cấp mặt phẳng ngƣời sử dụng E-UTRA (PDCP/RLC/MAC/PHY) và
mặt bằng điều khiển hƣớng đầu cuối ngƣời sử dụng. Hai eNB đƣợc đấu nối với
nhau thông qua giao diện X2. LTE đƣợc thiết kế để cung cấp cho eNB một mức
độ thông minh để giảm chi phí. Kết quả, chức năng quản lí tài nguyên vô tuyến
đƣợc cung cấp bởi eNB. Bao gồm điều khiển sóng mang vô tuyến, điều khiển kết
16
nối di động, cấp phát tài nguyên tới các UE cả đƣờng lên và đƣờng xuống. eNB
đƣợc bảo vệ bằng cách mã hóa dữ liệu ngƣời sử dụng và định tuyến dữ liệu mặt
bằng sử dụng tới cổng phục vụ. Hơn nữa, nó cũng thực hiện lập lịch, truyền tải
bản tin cuộc gọi và các thông tin về BCCH.
aGW là lớp trên của eNB. Một aGW có thể kết nối tới một hoặc nhiều
eNB phụ thuộc vào thiết kế của mạng. aGW có thể thực hiện nhiều chức năng
khác nhau, cùng với khởi tạo cuộc gọi, mã hóa dữ liệu phần ngƣời sử dụng và điều
khiển sóng mang SAE. Chức năng của aGW đƣợc chia thành hai phần :MME
(Mobility Management Entity) and UPE (User Plane Entity). MME là phần mặt
bằng điều khiển của aGW. Chức năng của nó bao gồm quản lí và lƣu trữ các ID sử
dụng tạm thời. Kết cuối của các gói thuộc mặt bằng sử dụng, quản lí và bảo mật
NAS.Mặt khác, UPE chịu trách nhiệm cho các nhiệm vụ liên quan tới mặt bằng sử
dụng.Nó chịu trách nhiệm định tuyến và chuyển tiếp gói, phân phối địa chỉa IP
cho di động. Tính cƣớc cho roaming và định vị cho liên eNB di động, tính cƣớc
cho bản tin cuộc gọi tới các eNB và truy cập mạng di động.
1.5 Giao diện E-UTRAN
Một trong những mục tiêu của E-UTRAN là đơn giản hóa và giảm số
lƣợng các giao diện giữa các thành phần mạng khác nhau. Giao diện giữa các
thành phần mạng khác nhau là S1 ( eNodeB-aGW) và X2 (Liên eNodeB) nhƣ hình
1-6.
17
Hình 1-8 Giao diện E-UTRAN
Từ giao diện S1, mạng E-UTRAN với điểm truy nhập là một eNB và EPC
sẽ đƣợc điều khiển bởi các thực thể MME hay mặt bằng sử dụng bởi các node
gateway SAE. Các điểm truy cập S1 sẽ phải tuân thủ các yêu cầu về kĩ thuật có
lien quan tới nó. Giao diện S1 hỗ trợ nhiều chức năng trong đó bao gồm thiết lập,
quản lí và các chức năng di động. Chức năng khởi tạo hỗ trợ việc cho việc thiết
lập UE context với song mang SAE context, bảo mật, chuyển vùng, khả năng
thông tin của các UE…trong eNB để cho phép chuyển trạng thái tiếp theo. Giao
diện S1 cũng thiết lập và đƣa ra các bản tin UE context trong eNB và trong EPC
để hỗ trợ báo hiệu ngƣời sử dụng. Hơn nữa S1 cũng cung cấp chức năng chuyển
giao di động. Chuyển giao có thể thực hiện đƣợc trong mạng LTE hoặc chuyển
giao với các lien mạng thuộc 3GPP ( với hệ thống khác với LTE).
Giao diện X2 cho phép kết nối giữa các eNB, X2 có trạng thái nhƣ một
giao diện mở, nó hỗ trợ việc trao đổi thông tin giữa hai eNB, cùng với sự chuyển
tiếp của PDU tới các đích. Đƣợc xem nhƣ một điểm logic, X2 là một giao diện
điểm điểm trong E-UTRAN. Do đó nó có thể tạo ra một giao diện X2 giữa hai
eNB ngay cả khi không có kết nối trực tiếp giữa chúng.
18
TE
ME
USIM
R
Cu
UE
LTE-Uu
eNodeB
eNodeB
E-UTRAN
S-GW P-GW
MME HSS
PCRF
Mạng
ngoài: các
dịch vụ của
nhà khai
thác (IMS)
và Internet
S1-U
S1-MME
S5/S8
S6a
S11
SGi
RxGxGxc
EPC
SAE GW
S10
X2
Lớp kết nối IP
Các dịch vụ
Lớp kết nối các dịch vụ
E-UTRAN: Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network: Mạng truy nhập vô tuyến UMTS phát triển,
EPC: Evolved Packet Core: Lõi gói phát triển, MME: Mobility Management Entity: Thực thể quản lý di động,
SAE: System Architecture Evolution: Phát triển kiến trúc hệ thống, PCRF: Policy and Charging Rules
Function: chức năng các quy tắc tính cƣớc và chính sách, HSS: Home Subsscriber Server: Server thuê bao
nhà, S-GW: Serving Gateway: Cổng phục vụ, P-GW: Packet Data Network Gateway: Cổng mạng số liệu gói,
SAE-GW: SAE Gateway: Cổng SAE, IMS: IP Multimedia Subbsystem: Phân hệ đa phƣơng tiên IP
Hình 1-9 Giao diện E-UTRAN
X2 cho phép liên kết giữa các eNB của các nhà sản suất khác nhau và
cung cấp các dịch vụ thông qua giao diện S1 để có một mạng lƣới trơn tru. Ngoài
ra, nó cung cấp tiền đề cho sự phát triển công nghệ mới trong tƣơng lai bằng cách
tách biệt rõ ràng chức năng mạng vô tuyến và mạng truyền tải. Với những cải tiến
đáng kể của mạng vô tuyến và các thành phần khác, sẽ cho phép một giá thành
nhỏ hơn đối với mỗi megabyte dữ liệu truy cập, cũng nhƣ một số dịch vụ mới có
khả năng và quan trọng, 3G Long-Term Evolution (LTE) sẽ mang lại những cải
tiến công nghệ đáng kể. Những nỗ lực này sẽ mang lại lợi ích kinh tế cho ngƣời
khai thác, và do đó tạo ra một lợi thế quyết định về việc thay đổi công nghệ không
dây, giữ cho hệ thống điện thoại di động vẫn cạnh tranh đƣợc trong thập kỉ tới.
19
CHƢƠNG 2 ĐỊNH CỠ MẠNG LTE
2.1 MỞ ĐẦU
Định cỡ cung cấp ƣớc tính nhanh đầu tiên cho việc lập cấu hình mạng vô
tuyến dự kiến. Định cỡ là một bộ phận của quá trình quy hoạch tổng thể, trong đó
quy hoạch tổng thể bao gồm quy hoạch chi tiết và tối ƣu mạng tổ ong không dây.
Nói chung quy hoạch là quá trình lặp bao gồm thiết kế, tổng hợp và thực hiện. Mục
đích của toàn bô hoạt động này là thiết kế một mạng tổ ong không dây đáp ứng
đƣợc các yêu cầu của khách hàng. Có thể thay đổi quá trình này để phù hợp với các
nhu cầu của mọi mang tổ ong không dây. Đây là một quá trình rất quan trọng khi
triển khai mạng.
Định cỡ dựa trên một tập các thông số đầu vào và kết quả nhận đƣợc chỉ liên
quan đến tập các thông số đầu vào này. Các thông số này bao gồm vùng đƣợc xét,
lƣu lƣợng kỳ vọng và QoS yêu cầu. Định cỡ cỡ đƣợc thực hiện với sự hỗ trợ của
công cụ định cỡ cho cả mạng truy nhập và mạng lõi. Định cỡ mạng tổ ong không
dây trực tiếp liên quan đến chất lƣợng và hiệu suất mạng và ảnh hƣởng sâu sắc đến
triển khai mạng. Định cỡ mạng không dây tổ ong bao gồm các bƣớc sau:
● Phân tích số liệu/lƣu lƣợng
● Ƣớc tính vùng phủ
● Ƣớc tính lƣu lƣợng
● Định cỡ truyền tải
Tập đầu vào đúng là yếu tố quan trọng cho định cỡ để đạt đƣợc các kết quả
chính xác. Định cỡ mạng vô tuyến tổ ong đòi hỏi một số phần tử số liệu cơ sở. Các
thông số này bao gồm số thuê bao, phân bố lƣu lƣợng, vùng địa lý cần phủ sóng,
băng tần, băng thông đƣợc cấp, yêu cầu phủ sóng và dung lƣợng. Cần chọn các mô
hình truyền sóng, băng tần và khi cần có thê thay đổi mô hình. Điều này cần thiết
cho ƣớc tính vùng phủ sóng.
20
Các thông số hệ thống nhƣ công suất phát, hệ số khuếch đại anten, ƣớc tính
tổn hao, kiểu anten đƣợc sử dụng … phải đƣợc biết trƣớc khi bắt đầu định cỡ mạng
không dây tổ ong. Mỗi mạng không dây có thông số riêng.
Phân tích lƣu lƣợng cho phép ƣớc tính lƣu lƣợng mà mạng cần truyền tải.
Các kiểu lƣu lƣợng khác nhau mà mạng sẽ truyền tải cần đƣợc mô hình hóa. Các
kiểu lƣu lƣợng có thể gồm các cuộc thoại, VoIP, lƣu lƣợng PS hay CS. Chi phí bổ
sung cho từng kiểu lƣu lƣợng cần đƣợc tính và đƣa vào mô hình. Thời gian và khối
lƣợng lƣu lƣợng cũng cần đƣợc dự báo để đánh giá hiệu năng mạng và xác định liệu
mang có thực hiện đƣợc các yêu cầu đề ra.
Ƣớc tính phủ sóng đƣợc sử dụng để xác định vùng phủ sóng của từng BTS.
Ƣớc tính phủ sóng tính toán diện tích mà tại đó máy thu của ngƣời sử dụng có thể
„nghe‟ đƣợc tín hiệu từ BTS. Nó cung cấp diện tích cực đại mà BTS có thể phủ
sóng. Nhƣng không nhất thiết phải là một kết nối chấp nhận đƣợc (thọai chẳng hạn)
giữa BTS và MS. Tuy nhiên máy thu MS có thể phát hiện đƣợc BTS trong vùng
phủ sóng.
Quy hoạch phủ sóng bao gồm phân tích quỹ đƣờng truyền vô tuyến (RLB:
Radio Link Budget) và vùng phủ. RLB tính toán công suất thu đƣợc bởi máy thu
khi cho trƣớc công suất phát. RLB bao gồm tất cả các độ lợi và tổn hao trên đƣờng
truyền từ máy phát đến máy thu. Dựa trên tính toán RLB ta đƣợc tổn hao truyền
sóng cực đại cho phép. Tổn hao đƣờng truyền đƣợc chuyển vào khoảng cách bằng
cách sử dụng các mô hình truyền sóng thích hợp. Khoảng cách này hay bán kính ô
đƣợc sử dụng để tính toán số site cần thiết để phủ toàn bộ diện tích nhận đƣợc từ
ƣớc tính vùng phủ sóng.
Quy hoạch dung lƣợng xét đến khả năng của mạng cung cấp các dịch vụ cho
các ngƣời sử dụng với mức chất lƣợng dịch vụ yêu cầu. Sau khi đã tính toán diện
tích phủ sóng của site, sử dụng ƣớc tính ƣớc tính này để phân tích các vấn đề liên
quan đến dung lƣợng. Quá trình này bao gồm chọn site và cấu hình hệ thống chẳng
hạn kênh, các phần tử kênh và các đoạn ô. Các phần tử này khác nhau đối với từng
21
hệ thống. Cấu hình đƣợc chọn để đáp ứng đƣợc các yêu cầu lƣu lƣợng. Trong một
số hệ thống không dây tổ ong, phủ sóng và dung lƣợng liên quan đến nhau.Trong
trƣờng hợp này, số liệu về phân bố thuê bao và dự báo phát triển thuê bao có tầm
quan trọng rất lớn. Nhóm chuyên viên định cỡ phải đƣa ra đƣợc ƣớc tính về số
lƣợng trạm cần để đảm bảo lƣu lƣợng dự kiến trên vùng phủ này.
Sau khi đã xác định đƣợc số trạm dựa trên dự báo lƣu lƣợng, cần định cỡ các
giao diện mạng. Số lƣợng các giao diện có thể thay đổi từ vài giao diện cho đến rất
nhiều giao diện. Mục đích của bƣớc này là thực hiện ấn định lƣu lƣơng để tránh tạo
ra nút cổ chai trong mạng. Cần đảm bảo tất cả các yêu cầu chất lƣợng dịch vụ và
giảm thiểu giá thành. Định cỡ tốt giao diện rất là quan trọng để đối với hiệu năng
mạng.
2.1 CÁC MÔ HÌNH TỔN TRUYỀN SÓNG THỰC NGHIỆM CƠ SỞ
Trong phần này ta sẽ xét các mô hình tổn hao truyền sóng đƣợc sử dụng rộng
rãi nhất. Các mô hình này là phƣơng tiện điển hình nhất để tính toán tổn hao truyền
sóng cơ sở.
Mô hình tổn hao không gian từ do là mô hình đơn giản nhất, ta có quan hệ
giữa tổn hao đƣờng truyền, tần số và cự ly phủ sóng nhƣ sau:
PLSF=32,45+20lg(f)+20lg(d) (1)
Trong đó PLSF là tổn hao đƣờng truyền trong không gian tự do đo bằng dB,
f là tần số sóng mang đo bằng MHz và d là cự ly phủ sóng đo bằng km.
Từ phƣơng trình (1) ta có thể tính đựơc cự ly phủ sóng nhƣ sau:
DSF= 10(𝑃𝐿𝑆𝐹 −32.45−20𝑙𝑔𝑓 )/20 (2)
Trong thực tế suy hao truyền sóng thƣờng đƣợc tính theo các mô hình kinh
nghiệm ma ta sẽ xét dƣới đây.
Tồn tại bốn mô hình tổn hao đƣờng truyền (gọi tắt là Hata): Hở, Ngoại ô,
Thành phố nhỏ và thành phố lớn.
22
2.3 Mô hình truyền sóng Okumura-Hata
Hầu hết các công cụ truyền sóng sử dụng một dạng biến đổi của mô hình
Okumura-Hata (thƣờng tắt là Hata và đây là mô hình do Hata phát triển từ mô hình
Okumura). Mô hình Hata là quan hệ thực nghiệm đƣợc rút ra từ báo cáo kỹ thuật
của Okumura cho phép sử dụng các kết quả vào các công cụ tính toán. Báo cáo của
Okumura bao gồm một chuỗi các lƣu đồ đƣợc sử dụng để lập mô hình thông tin vô
tuyến. Mô hình này đƣợc sử dụng trong dải tần từ 500MHz đến 2000 MHz (có thể
áp dụng cho cả 2500 MHz). Dƣới đây là các biểu thức đƣợc sử dụng trong mô hình
Hata để xác định tổn hao truyền sóng trung bình (ký hiệu là Lp).
Vùng thành phố:
PL = 69.55 +26.16lgfc -13.82lghb –a(hm) + (44.9 -6.55lghb) lgd – K (3)
Trong đó f = tần số sóng mang (MHz)
PL = tổn hao trung bình (dB)
Hb= độ cao anten trạm gốc (m)
a(hm) = hệ số hiệu chỉnh cho độ cao anten di động (dB)
d = khoảng cách từ trạm gốc (km)
Dải thông số sử dụng đƣợc cho mô hình Hata là:
150 ≤ f < 1500 MHz
30 ≤hb ≤200m
1 ≤ hm ≤10m
1 ≤R ≤ 20 km
a(hm) tính nhƣ sau:
Đối với thành phố nhỏ và trung bình:
a(hm) [dB] = (1,1lgf - 0,7)hm- (1,56lgfc-0,8), K=0
(4)
23
Đối với thành phố lớn:
a(hm) [dB]= 8,29(lg1,54hm)2-1,1, K=0 tại fc ≤ 200MHz (5)
hay
a(hm) [dB]= 3,2(lg11,75hm)2- 4,97, K=0 tại fc ≥ 400MHz (6)
Vùng ngoại ô:
Lp[dB]= Lp(thành phố nhỏ) - 2[lg(f/28)]2
- 5,4 (7)
Vùng nông thôn (thông thoáng):
Lp[dB]= Lp(thành phố nhỏ ) - 4,78(lgf)2+18,33(lgf)-40,49 (8)
Phƣơng trình (1) áp dụng cho các môi trƣờng khác nhau đƣợc tổng kết trong
bảng 2.1.
Bảng 2.1. Mô hình truyền sóng Okumura-Hata cho các điều kiện truyền sóng khác nhau.
Kiểu vùng a(hm) K
Nông thôn [1,1 lg (f) -0,7] hm-
[1,56lg(f) -0,8 ]
4,78[lg(f) ]2
-18,33 lg(f) + 40,94
Ngoại ô 2[ lg (f/28) ]2 +5,4
Thành phố nhỏ 0
Thành Phố lớn 3,2 [ lg(11,75 hm) ]2-4,97 0
Mô hình Hata không xét đến mọi hiệu chỉnh cho đƣờng truyền cụ thể đƣợc
sử dụng trong mô hình Okumara. Mô hình Okumara có khuynh hƣớng trung bình
hoá một số trình trạng cực điểm và không đáp ứng nhanh sự thay đổi nhanh của mặt
cắt đƣờng truyền vô tuyến. Thể hiện phụ thuộc vào khoảng cách của mô hình
Okumura phù hợpvới các giá trị đo. Các phép đo của Okumura chỉ đúng cho các
kiểu toà nhà ở Tokyo. Kinh nghiệm đo đạc tƣơng tự ở Mỹ cho thấy rằng tình trạng
ngoại ô điển hình ở Mỹ thƣờng ở một vị trí nào đó giữa các vùng nông thôn và các
24
vùng thành thị. Định nghĩa Okumura có tính thể hiện tốt hơn đối với vùng gia đình
thành phố với các nhóm nhà xếp thành hàng. Mô hình Okumura yêu cầu thực hiện
đánh giá thiết kế khá lớn, đặc biệt khi chọn lựa các yếu tố môi trƣờng phù hợp. Cần
có các dữ liệu để có khả năng dự đoán các nhân tố môi trƣờng trên cơ sở tính chất
vật lý của các toà nhà xung quanh máy thu di động. Ngoài các nhân tố về môi
trƣờng phù hợp, cần thực hiện hiệu chỉnh theo đƣờng truyền cụ thể để biến đổi dự
đoán tổn hao đƣờng truyền trung bình của Okumura và dự đoán cho đƣờng truyền
cụ thể đang đƣợc khảo sát. Các kỹ thuật của Okumura để hiệu chỉnh mặt đất bất
thƣờng và các đặc điểm khác của đƣờng truyền cụ thể đòi hỏi các diễn giải thiết kế
và vì thế không phù hợp cho việc sử dụng máy tính.
Đối với PCS (Personal Communication System: hệ thống thông tin cá nhân)
làm việc ở tần số 1500-2000 MHz, Lp sử dụng ô micro (tầm phủ 0,5-1 km) đƣợc
tính theo mô hình COST 231 Hata khi anten cao hơn nóc nhà nhƣ sau:
PL = 46,3 + 33,9lgfc-13,82lghb-a(hm) + (44,9-6,55lghb)lgd + cm[dB] (9)
trong đó:
f, hb, hm, a(hm) và d giống nhƣ trên
cm= 0 cho thành phố trung bình và các trung tâm ngoại ô, 3dB cho các trung tâm
thành phố.
Công thức trên không áp dụng khi hb ≤ h của nóc nhà.
Tồn tại một số điểm yếu trong các mô hình thực nghiệm và bán thực nghiệm
khi nghiên cứu truyền sóng trong các môi trƣờng ô vi mô. Nếu chiều cao anten BTS
thấp hơn mái nhà của các tòa nhà xung quanh, thì tính chất truyền sóng sẽ thay đổi.
Không thể phân tích tình trạng này bằng các phƣơng pháp thống kê vì các tòa nhà
quá lớn so với kích thƣớc ô và không thể bỏ qua các tính chất điạ lý chính xác của
các tòa nhà nhƣ trong các mô hình ô vĩ mô.
25
2.3.2 Mô hình truyền sóng Walsfisch-Ikegami
Mô hình Walsfisch-Ikagami đƣợc xây dựng với giả thiết là sóng điện từ
truyền trên máy nhà và chịu ảnh hƣởng của nhiều nhiễu xạ. Các tòa nhà giữa máy
phát và máy thu xếp thành hàng đóng vai trò nhƣ những tầng nửa chắn nhiễu xạ có
cùng độ cao (hình 1).
Tại đầu cuối di động trƣờng thu bao gồm hai tia nhƣ trên hình 1: (1) tia
nhiễu xạ trực tiếp và (2) tia phản xạ và nhiễu xạ. Công suất của hai thành phần này
cộng với nhau. Đối với trƣờng hợp LOS (trực xạ), mô hình ban đầu đựơc mở rộng
thành mô hinh „hẻm phố‟. Mô hình tổng hợp này đựơc gọi là mô hình COST231-
Walfisch-Ikegami.
b W
h r
M S
R
qh b
D h b
h m
Dh m
f
Tòa nhà
Tòa nhà Tòa nhà
Tòa nhà
M S
d
Hình 2.1. Định nghĩa các thông số mô hình Walsfisch-Ikegani
Mặc dù mô hình Walfisch-Ikegami đƣợc coi là mô hình ô vi mô, cần hết sức
cẩn thận khi sử dụng nó cho trƣờng hợp anten phát thấp hơn mái nhà của các tòa
nhà xung quanh. Trong trƣờng hợp này, sóng phát truyền qua các hẻm phố chứ
không truyền bên trên các mái nhà nhƣ giả thiết trong mô hình. Chẳng hạn, nếu kích
26
thứơc thực tế của tòa nhà lớn và phần tử nhiễu xạ qua mái nhà không đáng kể, thì
mô hình Walfisch Ikagami sẽ đánh giá tổn hao thái quá. Vì thế cấn hết sức cẩn thận
trong trƣờng hợp này và cần kiểm chứng lại bằng các kết quả đo. Các giả thiết của
mô hình Walfisch- Ikegami hạn chế khả năng sử dụng nó trong các trƣờng hợp
trong dó các tòa nhà giống nhau và đựơc đặt cách đều nhau, chiều cao đia hình cũng
không đổi trên toàn bộ vùng tính toán của ô.
Mô hình COST 231- Walfisch-Ikegami đƣợc chia thà hai phần : (1) trực xạ
(LOS) và không trực xạ (NLOS). Thông tin về độ cao tòa nhà đƣợc sử dụng để xác
định đƣờng truyền là LOS hay NLOS. Tổn hao đƣờng truyền của mô hình này
đựơc tính nhƣ sau :
PL= 42,6 + 26.lgd+20lgfc [dB] cho LOS (10)
PL= Lf + Lrts + Lms [dB] cho NLOS (11)
trong đó d cự ly đo bằng km, f là tần số sóng mang đo bằng MHz
Lf = tổn hao không gian tự do
Lrts= nhiễu xạ mái nhà-phố và tổn hao tán xạ
Lms=tổn hao các vật che chắn
PL = Lf xác định theo phƣơng trình (9.12) khi Lrts+ Lms 0 [dB]
Tổn hao không gian tự do đƣợc xác định nhƣ sau:
Lf = 32,4 + 20lgd+20lgfc [dB] (12)
Nhiễu xạ nóc nhà-phố và tổn hao phân tán tính nhƣ sau:
Lrts = (-16,7) -10lgW+10lgfc+20lgDhm+L0 [dB] (13)
Trong đó W = độ rộng phố (m)
Dhm = hr-hm(m)
L0 = -9,646 [dB] 0 f < 55 độ
27
L0 = 2,5 +0,075(f-55) [dB] 55 f 90 độ
Trong đó f là góc đến so với trục phố do bằng độ.
Tổn hao các vật chắn xác định nhƣ sau:
Lms = Lbsh+ka+kdlgd + kflgfc - 9lgb [dB] (14)
Trong đó b = khoảng cách giữa các toà nhà dọc theo đƣờng truyền vô tuyến (m).
Lbsh = -18lg11 + Dhb [dB] hb > hr
Lbsh = 0 hb hr
ka = 54 hb > hr
ka = 54-0,8hb d 500m, hb hr
ka = 54- bd d< 500m, hb hr
Lƣu ý: cả Lbsh và ka đều tăng tổn hao đƣờng truyền khi độ cao anten trạm
gốc thấp hơn.
kd = 18 hb > hr,
hb hr
đối với thành phố trung bình và vùng ngoại ô có
mật độ cây trung bình
đối với trung tâm thành phố
Dải thông số cho mô hình Walfisch-Ikegami phải thoả mãn:
800 fc< 2000 MHz
4 hb 50m
m
bd
h
hk
D
D15
18
1
925704 c
f
f,k
1
925514 c
f
f,k
28
1 hm 3m
0,02 d 5km
Có thể sử dụng các giá trị mặc định sau cho mô hình:
b = 20-50m
W = b/2
f = b/2
Nóc nhà = 3 m cho nóc nhà có độ cao và 0 m cho nóc nhà phẳng
hr = 3(số tầng) + nóc nhà
Ta tính toán tổn hao đƣờng truyền từ mô hình Hata và Walfisch-Ikegami
theo các số liệu dƣới đây và so sánh kết quả ở bảng 2.
fc = 880 MHz
hm = 1,5 m
hb = 30 m
nóc nhà = 0 m
hr = 30 m
f = 90 độ
b = 30 m
W = 15 m
29
Bảng 2.2. So sánh tổn hao đường truyền từ mô hình Hata và Walfisch-Ikegami.
Khoảng cách
km
Tổn hao đƣờng truyền, dB
Mô hình Hata Mô hình Walfisch-Ikegami
1
2
3
4
5
126,16
136,77
142,97
147,37
150,79
139,45
150,89
157,58
162,33
166,01
Tổn hao đƣờng truyền dự đoán theo mô hình Hata thấp hơn 13-16 dB so với
mô hình Walfisch-Ikegami. Mô hình Hata bỏ qua ảnh hƣởng của độ rộng phố, nhiễu
xạ phố và các tổn hao tán xạ. Các ảnh hƣởng này đƣợc xét ở mô hình Walfisch-
Ikegami.
Thừa số hiệu chỉnh tổn hao do cây.
Weissberger đã phát triển mô hình trễ hàm mũ cải tiến có thể sử dụng ở nơi
đƣờng truyền vô tuyến bị chắn bởi cây nhiều lá, khô, mật độ cao ở các vùng khí hậu
ôn hoà. Có thể tính toán tổn hao bổ sung nhƣ sau:
Lf = 1,33(fc)0,284
(df)0,588
, dB đối với 14m df 400m (15)
= 0,45(fc)0,284
df , dB đối với 0 df < 14 m
trong đó Lf = tổn hao tính bằng dB
fc = tần số tính bằng GHz
df = độ cao cây tính bằng m
Hiệu số tổn hao đƣờng truyền đối với các cây có lá và không có lá vào
khoảng 3-5 dB. Đối với tần số trong dải 900 MHz, phƣơng trình (9.31) rút gọn còn:
Lf = 1,29(df)0,588
dB đối với 14 df 400m (16)
30
= 0,437df dB đối với 0 df 14m
2.4 ĐỊNH CỠ MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN
Mục đích của định cỡ mạng truy nhập LTE là ƣớc tính đƣợc mật độ site yêu
cầu và cấu hình site cần thiết cho vùng quy hoạch. Các hoạt động quy hoạch mạng
truy nhập LTE ban đầu bao gồm phân tích quỹ đƣờng truyền vô tuyến và vùng phủ,
ƣớc tính dung lƣợng ô, ƣớc tính khối lƣợng eNode B và các cổng truy nhập
(MME/S-GW), cấu hình phần cứng và cuỗi cùng là thiết bị tại các giao diện khác
nhau.
2.4.1. Các đầu vào cho định cỡ
Một trong số các mục tiêu quan trọng của phần này là phân biệt rõ các đầu
vào và đầu ra của quá trình định cỡ. Có thể chia các đầu vào của quá trình định cỡ
LTE một cách tƣơng đối thành các đầu vào liên quan đến chất lƣợng, phủ sóng và
dung lƣợng. Các đầu vào liên quan đến chất lƣợng bao gồm thông lƣợng ô trung
bình và xác suất chặn. Các thông số này là các yêu cầu của khách hàng về việc cung
cấp một mức độ dịch vụ nhất định đối với các ngƣời sử dụng của họ. Các đầu vào
này đƣợc chuyển đổi trực tiếp thành các thông số QoS. Ngoài ra tiêu chuẩn hiệu
năng biên ô đƣợc sử dụng trong công cụ định cỡ để xác định bán kính ô và từ đó
xác định số site. Ba phƣơng pháp đƣợc sử dụng để xác định biên ô. Ba phƣơng pháp
này bao gồm thông lƣợng cực đại tại biên ô, phủ sóng cực đại tƣơng ứng với MCS
(MCS: Modulation and Coding Scheme: sơ đồ mã hóa và điều chế) bậc thấp
nhất(cho ta số lƣợng site tối thiểu) và bán kính ô quy định trƣớc. Với bán kinh ô
quy định trƣớc, các thông số có thể đựơc thay đổi để phù hợp với tốc độ số liệu đạt
đƣợc tại kích cỡ ô này. Tùy chọn này cho phép linh họat tối ƣu công suất phát và
xác định tốc độ số liệu phù hợp với công suất này. Quỹ đƣờng truyền vô tuyến
(RLB: Radio Link Budget) có tầm quan trong trung tâm đối với quy hoạch vùng
phủ trong mạng đa truy nhập vô tuyến. Các đầu vào RLB baogồm công suất phát,
các hệ thống anten phát thu, số các anten đƣợc sử dụng, các độ lợi và các tổn thất hệ
thông thông thƣờng, tải ô và các mô hình truyền sóng. Các hệ thống đa truy nhập
31
nhƣ LTE có thể hoạt có thể hoạt động cả ở các băng tần thông thƣờng 900 MHz và
1800MHz cũng nhƣ mở rộng đến 2600MHz. Mô hình cho tất cả các băng tần này sẽ
đƣợc đƣa ra để tính toán định cỡ. Ngoài ra các kiểu kênh (đi bộ, đi xe) và thông tin
địa lý cũng cần có để bắt đầu quá trình định cỡ vùng phủ. Thông tin địa lý bao gồm
thông tin kiểu vùng (thành phố, nông thôn, …) và kích cỡ của từng vùng cần phủ.
Các đầu vào quy hoạch dung lƣợng cung cấp các yêu cầu cần đáp ứng trong
quá trình định cỡ mạng đa truy nhập vô tuyến. Các đầu vào quy hoạch dung lƣợng
cung cấp số lƣợng thuê bao trong hệ thống, các dịch vụ mà họ yêu cầu và mức độ
sử dụng của thuê bao. Phổ khả dụng và băng thông kênh cho hệ thống đa truy nhập
cũng là một thông số quan trọng trong quy hoạch dung lƣơng cho các hệ thống này.
Phân tích lƣu lƣợng và tốc độ số liệu để hỗ trợ các dịch vụ khả dụng (thoại, số liệu)
đƣợc sử dụng để xác định số lƣợng thuê bao đƣợc hỗ trợ bởi một ô và từ đó bán
kính ô dựa trên ƣớc tính dung lƣợng. Các kết quả mô phỏng mức hệ thống và các
kết quả mô phỏng mức liên kết đƣợc sử dụng để thực hiện quá trình quy hoạch dung
lƣợng cùng với các đầu vào khác. Dự báo phát triển thuê bao để dự kiến phát triển
và chi phí cho mạng trrong những năm tới. Đây là đầu vào đặc thù maketing để đạt
đƣợc tính khả thi của mạng trong thời gian dài. Dự báo đƣợc cung cấp bởi các nhà
khai thác.
2.4.2. Các đầu ra của quá trình định cỡ mạng đa truy nhập
Các đầu ra của giai đoạn định cỡ mạng đa truy nhập đƣợc sử dụng để đánh
giá tính khả thi và giá thành của mạng. Các đầu ra này tiếp tục đƣợc sử dụng trong
quy hoạch mạng chi tiết và có thể đƣợc sử dụng cho công việc quy hoạch mạng lõi
sau này. Mạng đƣợc định cỡ có thể hỗ trợ nhóm chuyên gia quy hoạch mạng lõi quy
hoạch thiết kế mạng phù hợp và xác định các liên kết đƣờng trục cần thiết trong giai
đoạn khởi đầu mạng.
Kích thƣớc ô là đầu ra của quá trình định cỡ mạng đa truy nhập. Qúa trình
này cho ra hai bán kính ô: một nhận đƣợc từ ƣớc tính vùng phủ và một nhận đƣợc
từ ƣớc tính dung lƣợng. Bán kính nhỏ hơn sẽ đƣợc chọn là đầu ra cuối cùng. Sau đó
32
bán kính này đƣợc sử dụng để xác định số lƣợng site. Dung lƣợng của các eNodeB
nhận đƣợc từ ƣớc tính dung lƣợng cùng với số thuê bao đƣợc hỗ trợ bởi từng ô.
Định cỡ giao diện là bƣớc cuối cùng trong quá trình định cỡ mạng truy nhập mạng
di động.
2.4.3. Quá trình định cỡ mạng đa truy nhập
Quá trình định cỡ mạng đa truy nhập đƣợc bắt đầu bằng tính toán quỹ đƣờng
truyền vô tuyến để xác định tổn hao đƣờng truyền cực đại. Kết quả bƣớc này phụ
thuộc vào mô hình truyền sóng đƣợc sử dụng. Kích thƣớc ô đƣợc ƣớc tính trong
bƣớc này dẫn đến kích thƣớc ô cho phép cực đại. Thông số này đựơc sử dụng để
tính toán số ô trong vùng quy hoạch. Bằng cách này ta tính đƣợc sơ bộ số eNodeB
cần thiết.
Tính toán dung lƣợng đƣợc tiến hành sau ƣớc tính vùng phủ. Nếu các ƣớc
tính vùng phủ đảm bảo đƣợc các yêu cầu dung lƣợng, thì không cần bổ sung thêm
cho quy hoạch trƣớc. Trái lại cần bổ sung số ô thích hợp để đạt đƣợc các chỉ tiêu
dung lƣợng. Lƣu lƣợng kỳ vọng càng cao thì số site càng lớn.
Ƣớc tính dung lƣợng là bƣớc tiếp theo và là bƣớc cuối cùng của quá trình
định cỡ. Hình 2 cho thấy chi tiết quy trình định cỡ mạng đa truy nhập.
33
Hình 2.2 qui trình định cỡ mạng truy nhập
Bƣớc 1: Phân tích số liệu và lƣu lƣợng
Đây là bƣớc đầu tiên trong quá trình định cỡ mạng đa truy nhập. Bƣớc này
bao gồm thu thập các đầu vào cần thiết và phân tích chúng để chuẩn bị sử dụng
chúng trong quá trình định cỡ mạng truy nhập. Số liệu và yêu cầu cuả nhà khai thác
đƣợc phân tích để xác định cấu hình hệ thống tốt nhất. Một khả năng khác là chọn
ra một nhóm các cấu hình và tiến hành định cỡ cho từng cấu hình để chọn ra câu
hình phủ hợp tốt. Chẳng hạn có thể chọn hai hoặc ba băng thông kênh để phân tích.
Các đầu vào quan trọng cần thiết cho bƣớc này đã đƣợc giải thích trong hình 2.2.
Bƣớc 2. Phân tích lƣu lƣợng
Phân tích yêu cầu lƣu lƣợng để đạt đƣợc cấu hình mạng tốt nhất có thể với
chi phí thiết bị tối thiểu. Trong phần này ta sẽ xét ba kiểu lƣu lƣợng: VoIP, truyền
luồng và lƣớt web. Khi tính toán tốc độ bit tịnh cho các kiểu lƣu lƣợng này cần xét
34
đến các chi phí do các lớp cao hơn. Lƣu lƣợng đỉnh đƣợc sử dụng thay cho các giá
trị trung bình. Tƣơng tự cũng cần xem xét yêu cầu đối với các dịch vụ khác.
Bƣớc ba: Quy hoạch vùng phủ
Phân tích vùng phủ về nguyên tắc vẫn là bƣớc tối quan trọng trong thiết kế
mang di động. RLB (Radio Link Budget: quỹ đƣờng truyền vô tuyến) là trung tâm
của quy hoạch vùng phủ. Nó cho phép kiểm tra mô hình tổn hao đƣờng truyền và
tốc độ số liệu đỉnh yêu cầu đối với các mức phủ sóng đích. Kết quả cho ta một dải
các kích thƣớc ô để tìm ra số lƣợng site bị hạn chế bởi phủ sóng. Điều này đòi hỏi
phải chọn đƣợc mô hình truyền sóng phù hợp để tính toán tổn hao đƣờng truyền.
Khi biết đƣợc các ƣớc tính kích thƣớc ô và diện tích cần phủ sóng, có thể tìm đƣợc
ƣớc tính tổng số site. Ƣớc tính này dựa trên các yêu cầu phủ sóng và cần đƣợc kiểm
tra đối với các các yêu cầu dung lƣợng.
Bƣớc bốn: Quy hoạch dung lƣợng
Với ƣớc tính sơ bộ về kích thƣớc ô và số site, thực hiện kiểm tra phân tích
phủ sóng cho dung lƣợng yêu cầu. Kiểm tra xem liệu với mật độ site đã cho, hệ
thống có thể truyền đƣợc tải quy định hay cần bổ sung thêm các site mới. Trong
LTE, chỉ thị dung lƣợng chính là phân bô SINR trong ô. Phân bố này nhận đƣợc
bằng cách thực hiện mô phỏng mức hệ thống. Có thể chuyển đổi trực tiếp phân bố
này vào dung lƣợng (tốc độ số liệu). Dung lƣợng ô LTE chịu ảnh hƣơng bởi một số
nhân tố, chẳng hạn thực hiện bộ lập biểu gói, các sơ đồ MCS đƣợc hỗ trợ, các cấu
hình anten và các mức nhiễu. Vì thế nhiều tập các kết quả mô phỏng cần thiết cho
phân tích toàn diện. Sau đó số lƣợng site dựa trên dung lƣợng đƣợc so sánh với kết
quả phủ sóng và số lớn hơn trong hai số sẽ đƣợc chọn làm số lƣợng site cuối cùng
nhƣ đã đề cập trong phần trƣớc.
Bƣớc 5: Định cỡ truyền tải
Định cỡ truyền tải xét đến định cỡ các giao diện giữa các phần tử mạng khác
nhau. Trong 3GUMTS, hai Iub là giao diện giữa UE và NodeB và giao diện
35
IUcs/IUPS, còn trong LTE, S1 (giữa eNodeB và S-GW/MME) và X2 (giữa các
eNodeB) là các giao diện cần định cỡ.
2.5 ƢỚC TÍNH SỐ LƢỢNG THUÊ BAO
Trong phần này ta sẽ xét cách chuyển đổi thông lƣợng ô vào số thuê bao
băng rộng cực đại. Số thuê bao cực đại ở đây đƣợc hiểu là số thuê bao cực đại đồng
thời sử dụng mạng. Hình 2.3 cho thấy hai phƣơng pháp (thí dụ xét cho mạng LTE):
(1) dựa trên thể tích lƣu lƣợng và (2) dựa trên tốc độ số liệu.
Chuyển đổi Mbps vào
Gbyte
3600 giây trên một giờ
Tải trung bình giờ cao
điểm 50%
Giờ cao điểm mang 15%
lƣu lƣợng số liệu ngày
30 ngày trên tháng
Ba đoạn ô trên một site
5 GB trên một ngƣời sử
dụng
Dung lƣợng ô 35 Mbps
Dung lƣợng ô 35 Mbps
Tổng
Tải trung bình giờ cao
điểm 50%
Tốc độ số liệu ngƣời sử
dụng yêu cầu
Hệ số đăng kí vƣợt quá
Tốc độ số liệu trung bình
giờ cao điểm trên một
thuê bao
Ba đoạn ô trên một site
Tổng
20MHz/1,74 bps
/ô/Hz
/8192
/3600
/50%
/15%
/30
3/4600GB/
Site/tháng
/5GB
920tb/site
/50%
/1Mbps
/20
50 kbps
/3
1050 tb/site
1GB≈8192 Mbit
Hình 2.3 Phương pháp tính số thuê bao dựa trên tốc độ số liệu
Phƣơng pháp dựa trên thể tích lƣu lƣợng ƣớc tính thể tích lƣu lƣợng cực đại
đo bằng Gbyte đƣợc mang bởi cấu hình LTE 20MHz 1+1+1. Hiệu suất sử dụng phổ
đƣợc giả thiét bằng 1,7 bit/s/Hz sử dụng cấu hình 2x2MIMO. Giờ cao điểu đƣợc coi
36
rằng mang 15% lƣu lƣợng của ngày ( hình 2.3) và tải trung bình của giờ cao điểm
đƣợc coi bằng 50%. Tải phụ thuộc vào các tốc độ số liệu đích trong giờ cao điểm:
tải cao càng cao thì các tốc độ số liệu càng thấp. Tải cực đại cũng phụ thuộc vào
chiến lƣợc phân biệt QoS đƣợc áp dụng: phân biệt QoS đẩy tải lên đến 100%, trong
khi vẫn duy trì các tốc độ số liệu đối với các kết nối quan trọng. Để đảm bảo 5MB
cho từng thuê bao trong một tháng, số thuê bao trên một site sẽ là:
Nsub/site=35
8192 x
3600.0,5.30.3
0,5 .5 ≈ 920 sub/site
Dung lƣợng ô là tốc độ số liệu trung bình đƣợc tính theo hình 2.3. Giả sử đặt
chỉ tiêu cung cấp 1Mbps trên một thuê bao. Vì chỉ một số thuê bao là tải số liệu
đồng thời, nên hệ số đăng ký quá (Overbooking Factor) còn đƣợc gọi là tỷ lệ va
chạm đƣợc sử dụng ở đây để biểu thị số ngƣời sử dụng chia sẻ cùng một dung
lƣợng tại một thời điểm. Giá trị dựa trên kinh nghiệm này thƣờng đƣợc đặt bằng 20.
Tỷ lệ va chạm càng thấp thì chất lƣợng phục vụ càng cao. Điều này có nghĩa là tốc
độ trung bình giờ cao điểm là 50kbps trên một thuê bao. Giờ cao điểm (BH: Busy
Hour) là giờ trong khung 24 giờ có số cuộc gọi lớn nhất. Tải giờ cao điểm đƣợc đặt
mặc định bằng 50% và có thể thay đổi phụ thuộc vào nhà khai thác. Số thuê bao
trên một site tính theo phƣơng pháp này sẽ là 1050.
Có thể tính số thuê bao cho phƣơng pháp hai nhƣ sau:
Nsub= Nsector . 𝐶𝑐𝑎𝑝 .𝐿𝐵𝐻
𝑅𝑠𝑢𝑏𝑂𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟
(17)
Trong đó Ccap là dung lƣợng ô, LBH là tải trung bình giờ cao điểm, Rsub là tốc
độ số liệu yêu cầu của ngƣời sử dụng, Ofactor là thừa số đăng ký vƣợt quá, AHR-uer=
Rsub/Ofactor là tốc độ số liệu trung bình giờ cao điểm trên một thuê bao và Nsector là số
đoạn ô trên một site.
Sử dụng phƣơng trình (17) tính toán thuê bao trên một site ta đƣợc:
Nsub/site=3. 35 𝑀𝑏𝑝𝑠 .0,5
1𝑀𝑏𝑝𝑠
20
= 1050 sub/site
37
Các tính toán nói trên cho thấy LTE có thể hỗ trợ số lƣợng lớn các thuê bao
băng rộng. Đối với tốc độ theo khả năng UE, thì trong 3GPP R8 LTE thì có năm
loại đầu cuối với các tốc độ bit khác nhau nhƣ cho trong bảng 1.
Loại 1 Loại 2 Loại 3 Loại 4 Loại 5
Tốc độ đỉnh đƣờng
xuống (gần đúng)
10 Mbit/s 50Mbit/s 100Mbit/s 150Mbit/s 300Mbit
/s
Tốc độ đỉnh đƣờng lên
(gần đúng)
5 Mbit/s 25 Mbit/s 50 Mbit/s 50 Mbit/s 75
Mbit/s
Số bit thu cực đại
trong một TTI
10296 51024 102048 149776 299522
Số bit phát cực đại
trong một TTI
5160 25456 51024 51024 75376
Băng thông 20 MHz 20 MHz 20 MHz 20 MHz 20 MHz
Điều chế đƣờng xuống 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM
Điều chế đƣờng lên 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 64QAM
Phân tập thu Có Có Có Có Có
Phân tập phát eNodeB 1-4Tx 1-4Tx 1-4Tx 1-4Tx 1-4Tx
MIMO đƣờng xuống Tùy chọn 2x2 2x2 2x2 4x4
Các loại đầu cuối cũng đƣợc định nghĩa thêm trong các phát hành sau này
của 3GPP. Giai đoạn triền khai LTE ban đầu dự định sử dụng các loại đầu cuối 2,3
và 4 đã có cung cấp tốc độ số liệu đƣờng xuống 150 Mbps và hỗ trợ 2x2 MIMO.
Thí dụ tính toán số thuê bao đƣờng xuống cực đại trong một ô ba đoạn có
dung lƣợng 35 Mbps và đầu cuối loại 1 đƣợc chọn là 3x(35x50%)/(10/20)=150.
38
2.6. PHÂN TÍCH PHỦ SÓNG
Phân tích sóng cho phép ƣớc lƣợng số tài nguyên cần thiết để đảm bảo phục
vụ trong vùng triền khai với các thông số hệ thống cho trƣớc. Trong phần này ta sẽ
xét quỹ đƣờng truyền vô tuyến và tính tóan bán kính đoạn ô dựa trên mô hình
truyền sóng.
Quỹ đƣờng truyền là sự tính toán tất cả các độ lợi và tổn hao xẩy ra từ máy
phát, qua môi trƣờng (tổn hao truyền sóng, tổn hao cáp, khuếch đại anten) đến máy
thu trong một hệ thống vô tuyến. Phƣơng trình quỹ đƣờng truyền trong kênh vô
tuyến nhƣ sau:
PRx[dBm]=PTx[dBm]+GTx[dBi-LTx[dB] ]+GRx[dBi]+ GSHO-LRx[dB] -
PM[dB]-PL[dB] = EIRP + GRx[dBi]-LRx[dB] -PM[dB]-PL[dB] (18)
Trong đó PTxvà PRx là công suất phát và thu đo bằng dBm, GTX và GRx là hệ
số khuếch đại anten phát và thu đo bằng dBi, GSHO là độ lợi chuyển giao mềm,
LTxvà LRx là tổn hao cáp và các phần tử vô tuyến khác tại phía máy phát và máy thu
đo bằng dB, PM là dự trữ quy hoạch và PL là tổn hao đƣờng truyền đo bằng dB. Dự
trữ quy hoạch đƣợc bổ sung để xét đến cho phép phađinh chậm, các lỗi dự báo
trƣớc và các tổn hao bổ sung. EIRP = PTx[dBm]+GTx[dBi-LTx[dB] là công suất phát
xạ đẳng hƣớng tƣơng đƣơng đo băng dBm.
Từ (16) có thể tính đƣợc suy hao đƣờng truyền nhƣ sau:
PL[dB] = EIRP [dBm] + GRx[dBi]+ GSHO-LRx[dB] -PM[dB]- PRx[dBm] (19)
Trong đó PL là suy hao đƣờng truyền đo bằng dB, EIRP (Equivalent
Isotropic Radiated Power: công suất phát xạ đẳng hƣơng tƣơng đƣơng) đo bằng
dBm, GRxlà hệ số khuếch đại anten thu, GSHO là độ lợi chuyển giao mềm, LRx là tổn
hao cáp và các phần tử vô tuyến tại máy thu, PRx là công suất thu và PM (Plan
Margin) là dự trữ quy hoạch đo bằng dB.
39
Để tính toán vùng phủ cực đại, cần xét đến công suất công suất thu tối thiểu.
Để đảm bảo chất lƣợng đƣờng truyền yêu cầu, tỷ số tín hiệu trên tạp âm cộng nhiễu
thu đƣợc phải đảm bảo lớn hơn hoặc bằng một giá trị yêu cầu ρreq (nhận đƣợc từ mô
phỏng mức đƣờng truyền với với âm là AGWN) nhƣ trong bất đẳng thức sau:
SINR ≥ ρreq . MIM . MF
Hay ρreq . MIM . MF = 𝑃𝑅𝑥 𝑚𝑖𝑛
𝑁+𝐼 =
𝑃𝑅𝑥 𝑚𝑖𝑛
𝑁 .𝑀𝐼 (20)
Trong đó PRxmin là công suất thu tối thiểu mà ở đó vẫn còn đảm bảo tỷ số tín
hiêu trên tạp âm công nhiễu yêu cầu, MJM là dự trữ thực hiện, MF là dự trữ phađinh
và MI là dự trữ nhiễu, N=kTB là công suất tạp âm với k= 1,38 . 10-23
WHz-1
K-1
, T=
290K , B[Hz] là băng thông
Hay theo dB:
PRxmin[dBm]= -174dBm.Hz -1
+10lg(B) [dBHz] +NF[dB]+ ρreq[dB] + MIM[dB]+
MF[dB]+ MI[dB] -Gd[dB] = REFSENS [dBm] +MF+ MI [dB] (21)
Trong đó kT=- 174 dBm (k= 1,38 . 10-23
WHz-1
K-1
v à T= 290K ) B là băng
thông truyền dẫn kênh. NF (Noise Figure: hệ số tạp âm), ρreq là SNR yêu cầu phụ
thuộc vào sơ đồ điều chế và mã hóa kênh và MIM là dự trữ thực hiện đƣợc cho trong
bảng 2.2, MF là dự trữ phađinh tính theo dB, MIlà dự trữ nhiễu tính theo dB, Gd là
độ lợi phân tập (3dB chẳng hạn). REFSENS là độ nhạy tham chuẩn của máy thu UE
đựơc tính nhƣ sau:
REFSENS [dBm] = -174 dBm.Hz-1
+ 10 lg (B) [dBHz] + NF[dB] + ρreq [dB] +
MIM[dB] –Gd [dB] (22)
Đối với hệ thống CDMA Gp=Rc/Rb, Gs=Rc/Rs , Rs= Rb/ log2(M), B=Rc = GpRp =
GsRs, trong trong đó Rc là tốc độ chip, Rs là tốc độ ký hiệu, Gp là độ lợi xử lý, Gs là
hệ số trải phổ, nên phƣơng trình (19) có dạng sau:
PRxmin[dBm]= -174dBm.Hz-1
+ 10lg (Gp) [dBHz] + 10lg(Rb) [dBbps]
+ NF[dB] + ρreq [dB]+ MIM[dB]+MF+ MI-Gd[dB] (23)
40
= REFSENS [dBm] +MI [dB]
Hay
PRxmin[dBm]= -174dBm.Hz-1
+ 10lg(Gs) [dBHz]+ 10lg(Rs)[dBsps) +NF[dB]+
ρreq[dB]+ MIM[dB]+MF+ MI-Gd[dB] (24)
= REFSENS [dBm] +MF+ MI [dB]
Đối với hệ thống LTE B=NRB.180.103 Hz, trong đó NRB là số khối tài
nguyên cấp phát cho kênh, mỗi khối có băng thông 180 kHz, nên phƣơng trình (21)
có dạng sau:
PRxmin[dBm]= -174dBm.Hz-1
+10lg(NRB.180.103Hz)[dBHz] + NF[dB]
+ ρreq[dB]+ MIM[dB]+ MF+ MI-Gd[dB] (25)
= REFSENS [dBm] +MF+ MI [dB]
Từ các phƣơng trình (19), (21) ta có thể tính đƣợc suy hao đƣờng truyền cực
đại cho phép nhƣ sau:
PLmax[dB] = EIRP [dBm] + GRx[dBi]+ GSHO-LRx[dB] -PM[dB]
- REFSENS [dBm] –MF- MI [dB] (26)
Trong các hệ thống thông tin di động 3G và 4G mức độ nhạy là cƣờng độ tín
hiệu thu tối thiểu tại các cửa anten mà ở đó SINR vẫn đủ để sơ đồ điều chế đƣợc
đặc tả đáp ứng đƣợc yêu cầu thông lƣợng tối thiểu bằng 95% thông lƣợng cực đại.
Tỷ số tín hiệu trên tạp âm cộng nhiễu yêu cầu đối với LTE UE đƣợc cho
trong bảng 4.
Bảng 2.4. Yêu cầu SNR (ρreq) đường xuống
Hệ thống Điều chế Tỷ lệ mã SNR
(ρreq) [dB]
MIM [dB] SINR+MIM
[dB]
1/8 -5,1 -2,5
41
LTE UE
QPSK
1/5 -2,9
2,5
-0,4
1/4 -1,7 0,8
1/3 -1 1,5
1/2 2 4,5
2/3 4,3 6,8
3/4 5,5 8,0
4/5 6,2 8,7
16QAM
1/2 7,9
3
10,9
2/3 11,3 14,3
3/4 12,2 15,2
4/5 12,8 15,8
64QAM
2/3 15,3
4
19,3
3/4 17,5 21,5
4/5 16,8 22,6
UMTS UE QPSK 1/3 1,2 2 3,2
Các giá trị độ nhạy tham chuẩn đƣờng xuống tính theo phƣơng trình (22) cho
băng thông 10 MHz đƣợc liệt kê trong bảng trong bảng 2.5 (giả thiết DFB=0dB).
Bảng 2.5. Các giá trị độ nhạy UE cho các cấu hình MCS khác nhau đối với băng thông
10MHz.
Điều
chế
Tỷ
lệ
mã
kTB(dBm) NF
(dB)
MIM(
dB)
ρreq(SNR)
(dB)
ρreq+MIM
(SINR+IM)(dB)
REFSE
NS
(dBm)
42
QPSK
1/8
-104,5
7*
2,5
-5,1 -2,6 -101,1
1/5 -2,9 -0,4 -98,9
1/4 -1,7 0,8 -97,7
1/3 -1 1,5 -97
1/2 2 4,5 -94
2/3 4,3 6,8 -91,7
4/5 6,2 8,7 -89,8
16QAM
1/3
3
7,9 10,9 -87,6
2/3 11,3 14,3 -84,2
4/5 12,3 15,8 -82,7
64QAM
2/3
4
15,3 19,3 -79,2
3/4 17,5 21,5 -77
4/5 18,6 22,6 -75,9
Bảng 2.6 cho thấy độ nhạy đối với các băng thông 5MHz và 20 MHz cho máy thu UE và
máy thu eNodeB.
Hệ
thống
Điều chế Băng
thông
(MHz)
kTB
(dBm)
NF
(dB)
ρreq
(dB)
MIM
(dB)
REFS
ENS
(dBm)
LTE
UE
QPSK1/3 5 -107,5 7 -1 2,5 -100
QPSK1/3 20 -101,4 7 -1 2,5 -94
64QAM 3/4 5 -107,5 7 17,5 4 -80
64QAM 3/4 20 -101,4 7 17,5 4 -74
43
eNode B QPSK 1/3 5 - 107,5 2* 1,5 2,5 -101,5
UMTS
UE
QPSK 1/3 3,84 -108,2 9 1,2-21,1 2,5 117
Trong một số tài liệu NF cho eNodeB đựơc lấy bằng 5 dB, tuy nhiên các
máy thu tiên tiến hiện nay có NF thấp hơn, nên trong tài liệu này ta sẽ sử dụng
NF=2dB cho eNodeB.
Công suất cực đại cuả eNodeB Ptmax phụ thuộc vào băng thông. Với băng
thông thấp hơn 5MHz, PTxmax=20W (43dBm) còn với băng thông từ 5MHz đến
20MHz PTxmax=40W (46dBm).
Công suất cực đại của UE có thể là 0,125W hay 0,200 W (21 hay 23dBm).
Bán kính vùng phủ sóng có thể đựơc tính theo các mô hình truyền sóng nhƣ: tổn
hao không gian tự do, Hata-Okumura nhƣ đã xét ở trên.
Từ phƣơng trình (3) ta có thể tính cự ly phủ sóng theo mô hình Hata nhƣ sau:
dHata= 10(𝑃𝐿𝐻𝑎𝑡𝑎 −69,55−26,16 lg 𝑓 + 13,82 lg 𝑏 +𝑎 𝑚 +𝐾
44,9−6,55 lg 𝑏 ) (27)
Diện tích phủ sóng phụ thuộc vào cấu hình site. Hình 2.4 cho thấy bốn loại
cấu hình site thƣờng đƣợc sử dụng: vô hƣớng ngang (Omnidỉectional), hai đoạn ô,
ba đoạn ô và sáu đoạn ô với giả thiết các ô hay các đoạn ô có hình lục giác đều và
sáu đoạn ô có dạng tam giác đều. Ba cấu hình đầu trên hình 4 thƣờng đƣợc áp dụng
nhất.
D=R D>>2R D=2R D=R
a) Site vô hướng ngang b, site hai đoạn ô c,Site 3 đoạn ô d, site sáu đoạn ô
44
Hình 2.4. Bố kiểu site: a) Site vô hướng ngang, b) Site hai đoạn ô, c) site ba đoạn ô
và d) site sáu đoạn ô.
Vì diện tích của hình lục giác bằng:
S=6.𝑆𝑖𝑛 600 𝑅2
2 ≈ 2,6 . R
2 (28)
nên diện tích vùng phủ sóng của các site đƣợc tính theo cự ly phủ sóng d nhƣ sau.
1. Site vô hƣớng ngang Ssite= 2,6 . d2
(29)
2. Site hai đoạn ô: Ssite= 1,3 . d2
(30)
3. Site ba đoạn ô: Ssite= 1,95 . d2 (31)
4. Site sáu đoạn ô: Ssite= 2,6 . d2 (32)
Số trạm cần triển khai có thể tính đƣợc từ diện tích cần quy hoạch (Splan)
nhƣ sau:
NSite= 𝑆𝑃𝑙𝑎𝑛
𝑆𝑠𝑖𝑡𝑒 (33)
Từ các quỹ đƣờng truyền nói trên, có thể dễ dàng tính toán bán kính phủ R
của ô cho một mô hình biết trƣớc, chẳng hạn mô hình Okumura-Hata hay Walfish-
Ikegami. Mô hình truyền sóng mô tả truyền sóng tín hiệu trung bình ở môi trƣờng
và biến đổi tổn hao truyền sóng cho phép cực đại ở môi trƣờng phụ thuộc vào cự ly
phủ của ô ở km. Chẳng hạn ta có thể chọn mô hình truyền sóng Okumura-Hata cho
ô Macro với độ cao anten BS 30 m, độ cao anten MS 1,5 m và sóng mang 1950
Mhz:
L=137,4+35,2 lg(d) (34)
Trong đó L là tổn hao đừơng truyền ở dB và R là cự ly ở km. Đối với vùng
ngoại ô ta có thể sử dụng thừa số hiệu chỉnh vùng phủ bổ sung bằng 8 dB và nhận
đƣợc tổn hao đƣờng truyền nhƣ sau:
L= 129,4 + 35,2lg(d) (35)
45
2.7. NHIỄU TRONG MẠNG ĐA TRUY NHẬP LTE
Dự trữ nhiễu đƣợc tính toán dựa trên công thức sau:
MIM= SNR/SINR (36)
Trong đó SNR= 𝑃𝑅𝑥
𝑁 (37)
SINR = 𝑃𝑅𝑥
𝐼𝑜𝑤𝑛 +𝐼𝑜𝑡 𝑒𝑟 +𝑁 (38)
Trong dó Iown là nhiễu nội ô và Iother là nhiễu từ ô khác.
Với công nghệ truyền dẫn OFDM và giả sử độ dài CP đủ lớn, ta có thể coi
rằng nhiễu nội ô bằng không và chỉ còn nhiễu từ ô khác:
SINR ≈ 𝑃𝑅𝑥
𝐼𝑜𝑡 𝑒𝑟 +𝑁 (39)
Để đánh giá nhiễu từ ô khác, mô hình mạng đơn giản đựơc sử dụng trong đó
giả thiết là tải đƣợc phân bố đều giữa các ô.
Đối với đƣờng lên, nhiễu đƣợc xem xét nhƣ sau. Trên đƣờng lên, dự trữ
nhiễu đến từ ô khác đƣợc nghiên cứu dựa trên các mô phỏng mức hệ thống sử dụng
kịch bản trong đó có 19 site ba đoạn ô (nghĩa là 57 ô). Các site này đƣợc đặt trên
một lƣới lục giác đều và cách nhau 1732m với tổn hao thâm nhập 20dB và công
suất UE bằng 21dBm. Các mô phỏng đƣợc thực hiện với ba giá trị của tải hệ thống.
Băng thông ấn định cho ngƣời sử dụng là 312,5MHz.
Hình 2.5 cho thấy dự trữ nhiễu phụ thuộc tải.
46
ISD: khoảng cách giữa các site, PL: tổn hao đƣờng truyền, B băng thông
Hình 2.5. Dự trữ nhiễu phụ thuộc tải
Quan hệ giữa tải và dự trữ nhiễu đƣợc cho trong bảng 2.7.
Bảng 2.7 Quan hệ giữa tải và dự trữ nhiễu
Tải Dự trữ nhiễu (dB)
35 1
40 1.3
50 1.8
60 2.4
70 2.9
80 3.3
90 3.7
47
100 4.2
2.8. QUY HOẠCH TẦN SỐ
3GPP định nghĩa các yêu cầu hiệu năng vô tuyến tối thiểu cho các đầu cuối
(UE) và cho eNodeB/Nodeb của 4G LTE và 3G UMTS. Các yêu cầu hiệu năng này
là bộ phận quan trọng của tiêu chuẩn, chúng cho phép duy trì hiệu năng hệ thống
nhất quán và dự báo đƣợc trong môi trƣờng nhiều nhà cung cấp thiết bị. Trong phần
này ta sẽ xét các vấn đề liên quan đến quy hoạch tài nguyên tần số và sơ đồ quy
hoạch tần số cho 3G UMTS và LTE.
2.8.1. Các dải tần số đƣợc quy định cho 3G UMTS và LTE
LTE đƣợc quy định một dải tần rộng trong đó nhiều hãng khai thác có thể sử
dụng. Bảng 2.8 cho thấy các băng tần có thể đƣợc sử dụng cho 4G UMTS và LTE.
Bảng 2.8. Các băng tần 3GUMTS và LTE
Băng
LTE
Đƣờng lên Đƣờng xuống Chế độ
song công
1 1920MHz-1980 MHz 2110 MHz – 2170 MHz FDD
2 1850 MHz – 1910 MHz 1930 MHz – 1990 MHz FDD
3 1710 MHz – 1785 MHz 1805 MHz – 1880 MHz FDD
4 1710 MHz – 1755 MHz 2110 MHz – 2155 MHz FDD
5 824 MHz – 849 MHz 869 MHz – 894 MHz FDD
6 830 MHz – 840 MHz 875 MHz – 885 MHz FDD
7 2500 MHz – 2570 MHz 2620 MHz – 2690 MHz FDD
8 880 MHz – 915 MHz 925 MHz – 960 MHz FDD
9 1749,9 MHz – 1784,9 Hz 1844,9 MHz – 1879,9 MHz FDD
48
10 1710 MHz – 1770 MHz 2110 MHz – 2170 MHz FDD
11 1427,9 MHz – 1452,9 MHz 1475,9 MHz – 1500,9 MHz FDD
12 698 MHz – 716 MHz 728 MHz – 746 MHz FDD
13 777 MHz – 787 MHz 746 MHz – 756 MHz FDD
14 788 MHz – 798 MHz 758 MHz – 768 MHz FDD
17 704 MHz – 716 MHz 734 MHz – 746 MHz FDD
18 815 MHz – 830 MHz 860 MHz – 875 MHz FDD
19 830 MHz – 845 MHz 875 MHz – 890 MHz FDD
……………
33 1900 MHz – 1920 MHz 1900 MHz – 1920 MHz TDD
34 2010 MHz – 2025 MHz 2010 MHz – 2025 MHz TDD
35 1850 MHz – 1910 MHz 1850 MHz – 1910 MHz TDD
36 1930 MHz – 1990 MHz 1930 MHz – 1990 MHz TDD
37 1910 MHz – 1930 MHz 1910 MHz – 1930 MHz TDD
38 2570 MHz – 2620 MHz 2570 MHz – 2620 MHz TDD
39 1880 MHz – 1920 MHz 1880 MHz – 1920 MHz TDD
40 2300 MHz – 2400 MHz 2300 MHz – 2400 MHz TDD
2.8.2. Phƣơng pháp quy hoạch tần số cho LTE
Quy hoạch tần số phải đối mặt với các thách thức trong thiết kế thực tế máy
phát vì giao diện vô tuyến là tài nguyên đƣợc chia sẻ giữa nhiều sóng mang. Máy
phát không chỉ có nhiệm vụ tạo ra một tín hiệu sạch trong băng tần đƣợc ấn định mà
còn phải duy trì nhiễu giữa các sóng mang (ICI) nằm trong các mức đƣợc phép.
Máy thu phải giải điều chế tin cậy tín hiệu mong muốn và lọai bỏ nhiễu từ các sóng
49
mang lân cận. Bộ lập biểu trạm gốc có thể thực hiện đƣợc các điều tƣơng tự trong
thời gian thực bằng cách phân tích tình trạng nhiễu. Loại bỏ nhiễu ICI luôn là một
thách thức lớn trong các hệ thống tổ ong. Trong phần này ta sẽ xét sơ đồ tái sử dụng
tần số mềm (SFR: Soft Frequency Reuse) đƣợc coi là một giải thuật mạnh cho phép
giảm đang kể ICI của các hệ thống sử dụng OFDMA. Nguyên lý SFR đƣợc xây
dựng dựa trên lập luận sau đây. Tại vùng tâm ô (gần BTS) công suất thu của tín
hiệu mang muốn của ngƣời sử dụng lớn, vì thế có thể sử dụng toàn bộ các tần số
sóng mang con để đạt đƣợc tốc độ số liệu cao nhất, còn tại biên ô công suất thu tín
hiệu mong muốn cuả ngƣời sử dụng yêu nên để tránh nhiễu từ ô khác sóng mang
đƣợc sử dụng phải khác với sóng mang của các ô liền kề. Vì thế trong sơ đồ SFR hệ
số tái sử dụng tần số (FRF) bằng 1 tại vùng tâm ô và đƣợc chọn lớn hơn 1 tại biên
ô.
2.8.2.1. Nguyên lý cơ sở
Mọi ngƣời đều biết rằng, tái sử dụng hiệu quả tài nguyên có thể nâng cao
đáng kể dung lƣợng hệ thống. Với hệ số tái sử dụng tần số (FRF: Frequency Reuse
Factor) thấp, ta có thể đạt đƣợc băng thông khả dụng lớn hơn trong từng ô. Ta xét
một mạng không dây băng rộng với OFDMA, trong đó mỗi ô đƣợc chia thành ba
đoạn. Giải thuật ấn định tần số đƣợc minh họa trên hình 6.
Hình 2.6. Khái niệm tái sử dụng tần số mềm (SFR) trong hệ thống tổ ong
50
Ý tƣờng cơ sở của sơ đồ SFR là áp dụng FRF=1 cho ngƣời sử dụng tâm ô
(CCU: Cell Center User), chẳng hạn các ngƣời sử dụng UE12, UE22, UE32 trên
hình 7 và áp dụng FRF=1/3 cho ngƣời sử dụng biên ô (CEU: Cell Edge User),
chẳng hạn các ngƣời sử dụng UE11, UE21, UE31 trên hình 7.
Hình 2.7. Tái sử dụng tần số mềm (SFR) trong hệ thống OFDMA
Nhƣ thấy trên các hình 2.6 và 2.7, chỉ một phân ba băng thông đựơc gọi là
các kênh con chính đƣợc sử dụng cho các CEU và trên các kênh con chính này các
gói đƣợc phát đi với công suất cao hơn với FRF=3 (hay 1/3). Tần số đƣợc ấn định
trong kênh chính giữa các ô lân cận phải trực giao để có thể giảm ICI từ các ô lân
cận đến các ngƣời sử dụng này. Các CCU có thể truy nhập đến toàn bộ tài nguyên
tần số với công suất phát thấp hơn trong các kênh con bình thƣờng.
51
2.8.2.2. Phân tích thừa số tái sử dụng
Trong hệ thống thông tin vô tuyến tổ ong, có thể biểu diễn tỷ số tín hiệu trên
tạp âm cộng nhiễu (SINR) nhƣ sau:
SINR = 𝑃𝑅𝑥
𝐼𝑜𝑤𝑛 +𝐼𝑜𝑡 𝑒𝑟 +𝑃𝑛 (40)
Trong đó PRx là công suất thu tín hiệu mong muốn của ngƣời sử dụng, Pown là công
suất nhiễu nội ô, Pother là công suất nhiễu giữa các ô và Pn là công suất tạp âm trắng.
Giả sử máy thu tiên tiến loại bỏ đƣợc nhiễu nội ô, SINR đƣợc đơn giản hóa
thành:
SINR = 𝑃𝑅𝑥
𝐼𝑜𝑡 𝑒𝑟 +𝑃𝑛 (41)
Trong trƣờng hợp kênh phađinh phẳng, theo định lý Shannon, dung lƣợng
kênh đƣợc biểu diễn nhƣ sau:
C=𝐵
𝐹𝑅𝐹log2(1+ SNR) (42)
Trong đó B là băng thông hệ thống, FRF là thừa số tái sử dụng tần số. Tính
toán SNR và C phụ thuộc vào FRF theo các phƣơng trình (40) và (41) đƣợc thực
hiện với các thông số cho trong bảng 9 và theo mô hình gồm 27 ô trong đó MS nằm
tại điểm cắt ba ô với các ô đều phát công suất 45 dBm. Kết quả tính toán đƣợc thể
hiện trên các hình 8 và 9.
Bảng 2.9. Các thông số vô tuyến được sử dụng cho tính toán
Các thông số Giá trị Phƣơng trình tính
Băng thông B (MHz) 20 B
Mật độ phổ công suất tạp âm
(dBm/Hz)
-174 No
Hệ số tạp âm máy thu (dB) 5 NF
52
Công suất tạp âm (dBm) -96 N=10*log(B)+N0+NF
Công suất phát (dBm) 45 P
Bán kính ô (km) 1,0 R
Mô hình tổn hao đƣờng truyền
(dB)
13
7,3
PL=137,3 +
35,2*log(R)
Công suất tín hiệu thu PRx -92,5 P-PL
Hình 2.8. SINR tại biên ô
Hình 2.9. Dung lượng tại biên
53
Từ cac hình 8 và 9 ta thấy, FRF càng nhỏ thì băng thông khả dụng cho từng
ô cao nhƣng SINR biên ô lại thấp do nhiễu đồng kênh cao. Trái lại khi SINR cao,
băng thông khả dụng cho mỗi ô thấp nhƣng SINR cao. FRF=3 đạt đựơc dung hòa
giữa hai trƣờng hợp nói trên nên dung lƣợng biên cao nhất. Đây là lý do FRF=3
đƣợc đặt cho SFR.
2.8.2.3. Ấn định công suất trong SFR
Nhƣ trình bày trong phần 2.8.2.1, các CCU sử dụng công suất truyền dẫn
thấp hơn các CEU. Ấn định công suất cho mỗi loại ngƣời sử dụng có thể đƣợc tính
nhƣ sau:
PCCU=𝑆 .𝑃
𝛼−1 .𝑇+𝑆=
3𝑃
𝛼+2 (43)
PCEU= αPCCU (44)
Trong đó S là tổng số sóng mang con và gấp ba lần T. T là số sóng mang con
CEU. P là công suất phát đều trên từng sóng mang con trong hệ thống FRF=1 và α
là tỷ số giữa công suất sóng mang con CEU và CCU. α=1 SFR là hệ thống FRF=1
và khi α∞ SFR trở thành hệ thống FRF=3.
Khi lƣu lƣợng tại biên ô cao, FRF tăng để đạt đƣợc tốc độ bit biên ô cao (α
tăng). Trái lại, khi lƣu lƣợng chủ yếu tại phần trong của ô, FRF giảm (α giảm). Hoạt
động SFR đƣợc điều hành bởi BTS. Sơ đồ này bao gồm cả việc phân chia các sóng
mang cho các MS để đạt đƣợc nhiễu thấp.
2.9 NGHIÊN CỨU TÌNH HUỐNG CỤ THỂ (CASE STUDY)
2.9.1 Tính toán tổn hao cực đại từ trạm gốc đến máy di động và cự ly
phủ sóng
Dƣới đây ta sẽ áp dụng các công thức tính tổn hao đƣờng truyền cho phép
cực đại nói trên cho hệ thống thông tin di động LTE.
Bảng 10 trình bày thí dụ kết quả tính toán quỹ đƣờng truyền từ máy di động
đến trạm gốc (đƣờng xuống) cho LTE cho trƣờng hợp tốc độ số liệu 1Mbps với sơ
54
đồ điều chế và mã hóa kênh QPSK1/3. Giả thiết sử dụng phân tập anten và băng
thông bằng 50 khối tài nguyên (50RB=9MHz). Giả thiết công suất eNodeB là
46dBm và tổn hao cáp bằng 2dB. Giá trị SINR nhận đựơc từ mô phỏng mức đƣờng
truyền bằng -1dB, dự trữ nhiễu bằng 3dB. Coi rằng hệ số tạp âm máy thu UE là
7dB.
Bảng 2.10. Tổn hao thâm nhập tòa nhà và dự trữ phađinh chậm.
Thành phố
đông dân
Thành
phố
Ngoại ô Nông thôn
Tổn hao thâm nhập tòa nhà
(dB)
Không định cỡ 18 12 10
Xác suất phủ sóng biên ô
trong nhà (%)
Không định cỡ 90 90 90
Lệch chuẩn trong nhà (dB) Không định cỡ 12 10 9
Dự trữ pha đinh chậm
trong nhà (dB)
Không định cỡ 10,1 7,8 6,6
Bảng 2.11. Quỹ đường truyền đường xuống cho LTE cho tốc độ số liệu đường xuống 1
Mbps sử dụng sơ đồ QPSK1/3
Máy phát trạm gốc
Công suất phát cực đại (dBm) 46
Công suất dành cho số liệu (dBm) 45 20% tổng công suất dành cho
điều khiển, nên: 10lg(104,6
.0,8)
Khuếch đại anten phát (dBi) 18,0 GTx
Tổn hao phiđơ (dB) 2,0 Lph1
Tổn hao vô tuyến (dB) 0,0 Lrf1
55
Tổn hao tổng (dB) 2,0 LTx=Lph1+Lrf1
Công suất phát xạ đẳng hƣớng tƣơng
đƣơng cực đại (dBm)
61,0 EIRPmax= PTxmax+GTx-LTx
Máy thu di động
Hệ số tạp âm máy thu (dB) 7,0 NF
Băng thông (dBHz) 69,5 Băng thông LTE là
50RB=50x180 kHz = 9MHz
Công suất tạp âm nhiệt máy thu
(dBm)
-97,5 N =-174+ NF+10lgB
Dự trữ thực hiện (dB) 2,5 MIM
Tạp âm+ dự trữ thực hiện (dBm) -95 N+MIM
SINR yêu cầu (dB) -1 ρreq[dB], từ mô phỏng
Độ lợi phân tập 3dB Gd
Độ nhạy máy thu tham chuẩn,
REFSENS (dBm)
-99 REFSENS= N+ ρreq-Gd
Dự trữ nhiễu (dB) 3,0 MI
Khuếch đại anten thu (dBi) 0,0 GTx
Tổn hao vô tuyến và phiđơ (dB) 0,0 Lphi2+Lrf2
Tổn hao cơ thể (dB) 0,0 Lbody
Tổng tổn hao máy thu (dB) 0,0 LRx=Lph2+Lrf2+Lbody
Công suất thu tối thiểu (dBm) -94 PRxmin=REFSENS+MI
Tổn hao thâm nhập tòa nhà (dB) 18 PH
Dự trữ pha đinh chậm trong nhà (dB) 10 PHL
56
Dự trữ phađinh (dB) 0 PM
Tổn hao đƣờng truyền cực đại cho
phép (dB)
127 PLmax= EIRPmax-PRxmin -
PM+GRx -LRx-PHL-PH
Sử dụng bảng 6 với giả thiết f=2140MHz, hb=25m, hm=1,5m ta tính đƣợc
các thông số cho mô hình suy hao Okumura-Hata nhƣ trong bảng 11 cho đƣờng
xuống với tần số phát xuống là 2140 MHz.
Bảng 2.12. Các thông số môi trường Okumura-Hata được tính toán cho hb=25m,
hm=1,5m.
Kiểu vùng a(hm) K
Mở
[1,1lg(2140)-0,7].1,5
- [1,56lg(2140)-0.8≈0,05
4,78[lg(2140)]2 -
18,33lg(2140)+40,94=32,9
Ngoại ô 2[lg(2140/28)]2+5,4=12,5
Thành phố nhỏ 0
Thành phố lớn 3,2[lg(11,75x1,5)]2-4,97=
-0,001
0
-69,55-26,16lg2140+13,82lg25=137,35
44,9-6,55lg25=35,74
Sử dụng các phƣơng trình (15) với giả thiết hb=25m, hm=1,5m, ta tính đƣợc
cự ly cực đại của vùng phủ sóng nhƣ sau:
dHata= 10(𝑃𝐿𝐻𝑎𝑡𝑎 −69,55−26,16 lg 𝑓 + 13,82 lg 𝑏 +𝑎 𝑚 +𝐾
44,9−6,55 lg 𝑏 )
= 10(𝑃𝐿𝐻𝑎𝑡𝑎 −137,35+𝑎 𝑚 +𝐾
35,74) (45)
1. Vùng nông thôn
dHata=10(𝑃𝐿𝐻𝑎𝑡𝑎 −137,35+𝑎 𝑚 +𝐾
35,74)=10
(127−137,55+0,05+32,9
35,74) =5km
57
2. Ngoại ô
dHata=10(𝑃𝐿𝐻𝑎𝑡𝑎 −137,35+𝑎 𝑚 +𝐾
35,74)=10
(127−137 ,55+0,05+12,5
35,74)=3 km
3. Thành phố nhỏ
dHata=10(𝑃𝐿𝐻𝑎𝑡𝑎 −137,35+𝑎 𝑚 +𝐾
35,74)=10
(127−137 ,55+0,05+0
35,74)=2 km
4. Thanh phố lớn
dHata=10(𝑃𝐿𝐻𝑎𝑡𝑎 −137,35+𝑎 𝑚 +𝐾
35,74)=10
(127−137 ,55−0,001+0
35,74)=2 km
Bảng 12 tổng kết các cự ly phủ sóng đƣợc tính toán theo các vùng nói trên
cho Site vô hƣớng ngang Ssite=2,6xd2
Bảng 2.13. Cự ly phủ sóng theo mô hình truyền sóng Hata
Các mô hình Hata Cự ly dHata(km)
Mở 5
Ngoại ô 3
Thành phố nhỏ 2
Thành phố lớn 2
Nếu sử dụng các site ba đoạn ô, sử dụng phƣơng trình (18) ta tính đƣợc diện
tích phủ sóng của các site nhƣ trong bảng 13.
Bảng 2.14. diện tích phủ sóng của site ba đoạn ô
Các mô hình Hata Diện tích Ssite(km2)
Ngoại ô 41
Thành phố nhỏ 8
Thành phố lớn 8
58
Hình 2.10 minh họa các bƣớc trong tính toán công suất cho phép tối thiểu,
tổn hao đƣờng truyền cực đại cho phép và cự ly phủ sóng cực đại đối với đƣờng
xuống.
Hình 2.10. Các bước trong tính toán công suất cho phép tối thiểu, tổn hao đường
truyền cực đại cho phép và cự ly phủ sóng cực đại đối với đường xuống
Hình 2.11 cho thấy biểu đồ mức tín hiệu vô tuyến đƣờng xuống
Hình 2.11. Biểu đồ mức tín hiệu vô tuyến
59
2.9.2 Tính toán tổn hao cực đại từ máy di động đến trạm gốc
Bảng 2.14 trình bày thí dụ kết quả tính toán quỹ đƣờng truyền từ máy di
động đến trạm gốc (đƣờng lên) cho LTE với giả thiết tốc độ số liệu 64 kbps sử dung
sơ đồ điều chế và mã hóa kênh QPSK 1/3. Giả thiết sử dung phân tập anten và ấn
định hai khối tài nguyên (2RB=360kHz băng thông). Giả thiết công suất UE là 24
dBm (không có tổn hao cơ thể và tổn hao vô tuyến). Giả thiết eNodeB có hệ số tạp
âm bằng 2dB và và tỷ số tín hiệu trên tạp âm công nhiễu (SINR) nhận đựơc từ mô
phỏng mức đƣờng truyền bằng -1dB. Dự trữ nhiễu đựơc giả thiết bằng 2dB. Tổn
hao cáp eNodeB đựơc coi bằng 2dB. Hệ số khuếch đại anten thu cuả eNodeB đƣợc
coi bằng 18 dBi khi xét cho site ba đoạn ô.
Bảng 2.15. Quỹ đường truyền đường lên cho tốc độ số liệu 64kbps với sơ đồ điều chế
QPSK 1/3.
Máy phát di động
Công suất phát cực đại (dBm) 24 PTx
Khuếch đại anten phát (dBi) 0,0 GTX
Tổn hao phiđơ (dB) 0,0 Lph1
Tổn hao vô tuyến (dB) 0,0 Lrf1
Tổn hao tổng (dB) 0,0 LTx=Lph1+Lrf1+Lbody
Công suất phát xạ đẳng hƣớng tƣơng
đƣơng cực đại (dBm)
24,0 EIRPmax= PTxmax+G1-L1
Máy thu trạm gốc
Hệ số tạp âm máy thu (dB) 2,0 NF
Băng thông (dBHz) 55,6 B=2RB=360KHz
Công suất tạp âm nhiệt máy thu (dBm) -116,4 N =-174+ NF+10lgB
Dự trữ thực hiện (dB) 2,5 MIM
60
Tạp âm+ dự trữ thực hiên (dBm) -113,9 N+MIM
SINR yêu cầu (dB) -1 ρreq
Độ lợi phân tập 3dB Gd
Độ nhạy máy tham
chuẩn
-117,9 REFSENS=N+MIM+ρreq-Gd
Dự trữ nhiễu (dB) 2,0 MI
Dự trữ pha đinh
nhanh
0,0 MF
Công suất thu tối
thiểu yêu cầu (dBm)
-115,9 PRxmin=REFSENS+MI
Khuếch đại anten thu
(dBi)
18,0 GRx
Tổn hao vô tuyến và
phiđơ (dB)
2,0 LRx
Dự trữ phađinh 0 MF
Tổn hao đƣờng
truyền cực đại cho
phép (dB)
155,
9
PLmax= EIRPmax-PRxmin–
MF+GRx – LRX
Hình 2.12 minh họa các bước trong tính toán công suất cho phép tối thiểu,
tổn hao đường truyền cực đại cho phép và cự ly phủ sóng cực đại đối với đường
lên.
61
Hình 2.12. minh họa các bước trong tính toán công suất cho phép tối thiểu, tổn hao
đường truyền cực đại cho phép và cự ly phủ sóng cực đại đối với đường lên.
Hình 2.13 cho thấy biểu đồ mức tín hiệu vô tuyến đường lên.
Hình 2.13. Biểu đồ mức tín hiệu vô tuyến đường lên
2.9.3 Thí dụ minh họa so sánh tính toán quỹ đƣờng truyền cho các hệ
thống thông tin di động
Dƣới đây ta sẽ áp dụng các công thức tính tổn hao truyền sóng cực đại cho
phép cực đại cho các hệ thống thông tin di động. Tính toán sẽ đƣợc thƣc hiện cho
62
đƣờng lên (từ MS đến BTS) vì công suất phát của MS cũng nhƣ độ nhạy máy thu
của nó đều kém so với BTS.
Bảng 2.16 tổng kết các thông số quỹ đường truyền cho LTE.
Thứ tự Mô tả Giá trị điển hình
a Công suất phát cực đại UE cho loại công suất
3. Các loại công suất khác sẽ có mức công suất
khác. Có thể giảm công suất phụ thuộc vào sơ
đồ điều chế.
23 dBm
b Hế số khuếch đại anten phụ thuộc vào kiểu
thiết bị. Thiết bị cầm tay nhỏ tại băng tần thấp
(băng VIII chẳng hạn)có thể có hệ số khuếch
đại -5dB, trong khi thiết bị đầu cuối không dây
cố định với anten có hƣớng có hệ số khuếch
đại lên đến 10dBi
-5 đến 10 dBi
c Tổn hao cơ thể thƣờng xẩy ra trong trƣờng hợp
thoại khi đầu cuối đƣợc giữ gần đầu ngƣời sử
dụng
Từ 3 đến 5dB đối
với thoại
d Tính tóan a+b+c
e Hệ số tạp âm RF trạm gốc. Phụ thuộc vào thiết
kế đƣợc thực hiện. Yêu cầu hiệu năng tối thiểu
vào khoảng 5dB, nhƣng thực tế hiệu năng tốt
hơn.
2dB
f Tạp âm đầu cuối đƣợc tính bằng kxT
(=290K)xbăng thông. Băng thông phụ thuộc
vào tốc độ bit (từ đó xác định khối tài nguyên).
-118,4dBm cho hai
khối tài nguyên (360
kHz)
g Tính tóan e+f
63
h Tỷ số tín hiệu trên tạp âm từ mô phỏng đƣờng
truyền hay đo. Giá trị này phụ thuộc vào các sơ
đồ điều chế và số khối tài nguyên đƣợc ấn định
-7dB cho 64 kbps và
hai khối tài nguyên
i Tính toán g+h
j Dự trữ nhiễu xét đến tăng mức tạp âm đầu cuối
do nhiễu từ các ngƣời sử dụng khác. Vì đƣờng
lên LTE trực giao nên không có nhiễu nội ô
tuy nhiên vẫn cần dự trữ nhiễu từ ô khác.
Trong thực tế dự trữ nhiễu phụ thuộc rất lớn
vào dung lƣợng đƣợc quy hoạch: cân đối giữa
dung lƣợng và vùng phủ. Dự trữ nhiễu LTE có
thể thấp hơn dự trữ nhiễu WCDMA/HSUPA vì
trong WCDMA/HSUPA các ngƣời sử dụng
không trực giao. Nói một các khác co giãn ô
(Cell Breathing) trong các hệ thống CDMA
nhỏ hơn trong các hệ thống CDMA.
Từ 1 đến 10 dB
l Hệ số khuếch đại anten trạm gốc phụ thuộc
vào kích thƣớc anten và số đoạn ô. Annten 3
đoạn ô thông thƣờng cao 1,3 m tại tần số 2GHz
cho hệ số khuếch đại 18dBi. Anten cùng kích
cỡ tại tần số 900 MHz cho hệ số khuếch đại
nhỏ hơn
15 đến 21 dBi cho
trạm gốc đƣợc phân
đoạn
M Dự trữ phađinh nhanh thƣờng sử dụng cho
WCDMA do điều khiển công suất nhanh để dự
trữ khoảng trống công suất cho điều khiển
công suất. LTE không sử dụng điều khiển công
suất nên không cần dự trƣc phađinh trong LTE
0 dB
64
Chuyển
giao mềm
Chuyển giao mềm không sử dụng trong LTE 0 dB
Bảng 2.16 trình bày thí dụ kết quả tính toán quỹ đƣờng truyền từ máy di
động đến trạm gốc (đƣờng lên) cho các hệ thống thông tin di động GSM, HSPA và
LTE.
Bảng 2.17. Thí dụ tính quỹ đường truyền đường lên cho GSM, HSPA và LTE
Đƣờng lên GSM HSPA LTE
Tốc độ số liệu (kbps) 12,2 64 64
Máy phát di động
Công suất phát cực đại
(dBm)
33,0 23 23
Khuếch đại anten phát
(dBi)
0,0 0,0 0,0 G1
Tổn hao phiđơ (dB) 0,0 0,0 0,0 Lph1
Tổn hao connectơ (dB) 0,0 0,0 0,0 Lrf1
Tổn hao tổng (dB) 3,0 0,0 0,0 L1=Lph1+Lrf1+Lbody
Công suất phát xạ đẳng
hƣớng tƣơng đƣơng cực
đại (dBm)
30 23,0 23,0 EIRPmax=PTxmax+G1-L1
Máy thu trạm gốc
HSPA LTE
Hệ số tạp âm máy thu
(dB)
- 2,0 2,0 NF
65
Băng thông (dBHz) - 65,8 55,6 Băng thông HSPA là 3,84 MHz
Băng thông LTE là
2RB=360KHz
Công suất tạp âm nhiệt
máy thu (dBm)
- -
106,2
-
116,4
N =-174+ NF+10lgB
Dự trữ nhiễu (dB) - 3,0 1,0 MI
Nhiễu+ tạp âm (dBm) - -
103,2
-
116,4
N+MI
SNRreq - -17,3 -7 ρreq,3 [dB], từ mô phỏng
Độ nhạy máy thu hiệu
dụng (dBm)
-114 -
120,5
-
122,4
Pmin= N+MI+ρreq,3
Dự trữ phađinh nhanh
(dB)
0,0 1,8 0,0 MF , Để đƣợc dự trữ cho điều
khiển công suất vòng kín
Khuếch đại anten thu
(dBi)
18,0 18,0 18,0 G2
Tổn hao connectơ và
phiđơ (dB)
0,0 0,0 0,0 L2
Độ lợi chuyển giao mềm
(dB)
0,0 2,0 0,0
Tổn hao đƣờng truyền
cực đại cho phép (dB)
162 161,7 163,4 Lmax= EIRPmax-Pmin+G2 – L2 -
MF+GSHO
Bảng 2.18. Thí dụ tính quỹ đường truyền đường xuống cho GSM, HSPA và LTE
Xuống GSM HSPA LTE
66
Tốc độ số liệu (kbps) 12,2 1024 1024
Máy phát di động
Công suất phát cực đại
(dBm)
44,5 46 46
Công suất dành cho số
liệu (dBm)
45 45 20% tổng công suất dành cho
điều khiển, nên: 10lg(104,6
.0,8)
Khuếch đại anten phát
(dBi)
18,0 18,0 18,0 G1
Tổn hao phiđơ (dB) 2,0 2,0 2,0 Lph1
Tổn hao connectơ (dB) 0,0 0,0 0,0 Lrf1
Tổn hao tổng (dB) 2,0 2,0 2,0 L1=Lph1+Lrf1
Công suất phát xạ đẳng
hƣớng tƣơng đƣơng cực
đại (dBm)
60,5 61,0 61,0 EIRPmax=PTxmax+G1-L1
Máy thu trạm gốc
HSPA LTE
Hệ số tạp âm máy thu
(dB)
- 7,0 7,0 NF
Băng thông (dBHz) - 65,8 69,5 Băng thông HSPA là 3,84 MHz
Băng thông LTE là
50RB*=9MHz
Công suất tạp âm nhiệt
máy thu (dBm)
- -
101,2
-97,5 N =-174+ NF+10lgB
Dự trữ nhiễu (dB) - 4,0 4,0 MI
67
Nhiễu+ tạp âm (dBm) - -97,2 -93,5 N+MI
SNRreq - - 5,2 -9 ρreq,3 [dB], từ mô phỏng
Độ nhạy máy thu hiệu
dụng (dBm)
-104
-
102,4
-
102,5
Pmin= N+MI-Gp+ρreq
Dự trữ phađinh nhanh
(dB)
0,0 0,0 0,0 MF , do không điều khiển công
suất vòng kín cho HSDPA
Khuếch đại anten thu
(dBi)
0,0 0,0 0,0 G2
Tổn hao connectơ và
phiđơ (dB)
0,0 0,0 0,0 Lphi2+Lrf2
Độ lợi chuyển giao mềm
(dB)
0,0 0,0 0,0 GHO do không chuyển giao
mềm cho HSDPA và các hệ
thống khác không có chuyển
giao mềm
Tổng tổn hao máy thu 3,0 0,0 0,0 L2=Lph2+Lrf2+Lbody
Độ lợi chuyển giao mềm
(dB)
0,0 0,0 0,0 GHO do không chuyển giao
mềm cho HSDPA
Tổn hao cơ thể [dB] 3,0 0 0
Tổn hao đƣờng truyền
cực đại cho phép (dB)
162 161,7 163,4 Lmax= EIRPmax-Pmin+G2 – L2 -
MF+GSHO
* Trong LTE RB=180kHz
Chƣơng này đã xét đến các vấn đề liên quan đến tổ chức phủ sóng theo kiểu
tổ ong trong các hệ thống thông tin di động. Suy hao đƣờng truyền cho phép chia
vùng phục vụ của hệ thống thông tin di động thành vùng phủ sóng nhỏ đƣợc gọi là
ô mà vẫn đảm bảo chúng không gây nhiễu cho nhau. Hệ thông thống tin di động với
68
các vùng phủ sóng thành các ô nhỏ đƣợc gọi là hệ thống tổ ong. Ƣu điểm chủ yếu
của hệ thống này là cho phép tái sử dụng tần số nhờ vậy ta có thể tăng dung lƣợng
hệ thống mà chỉ sử dụng một tập hữu hạn các tần số đƣợc cấp phát. Trong quá trình
thiết kế hệ thống thông tin di động trƣớc hết ngƣời ta cần xác định đƣợc kích thƣớc
và diện tích phủ sóng của từng ô. Dựa trên cấu trúc các ô tính toán đƣợc nhà thiết kế
sẽ xác định đựơc các điểm cần đặt BTS và số lƣợng các BTS. Tính toán suy hao
truyền sóng cực đại cho phép cho phép ta sơ bộ xác định đựơc kích cỡ ô. Sau đó
dựa trên các mô hình tổn hao đƣờng truyền ta tính đƣợc bán kinh phủ sóng của ô và
diện tích ô.
69
CHƢƠNG 3 ĐỊNH CỠ LƢU LƢỢNG VÀ CÔNG CỤ ĐỊNH
CỠ LTE
Mục đích của chƣơng này là mô tả định cỡ lƣu lƣợng cho LTE và và giải
thích thuật toán sử dụng và các yếu tố ảnh hƣởng đến quá qui hoạch lƣu lƣợng.
Chƣơng đƣợc chia thành nhiều phần. Phần đầu mô tả tính toán thông lƣợng, phần
thứ hai là ƣớc tính lƣu lƣợng yêu cầu, phần sau làm sang tỏ đánh giá về lƣu lƣợng
trên cơ sở số site.
3.1 Qui hoạch lƣu lƣợng LTE
Định cỡ lƣu lƣợng là ƣớc lƣợng tài nguyên cần thiết để có thể đáp ứng
đƣợc lƣu lƣợng trong khu vực với QoS ở mức độ cho phép. Lƣu lƣợng của mạng
đƣợc giới hạn bởi số lƣợng eNodeB đƣợc thiết lập trong mạng. Lƣu lƣợng trong
LTE bị ảnh hƣởng bởi một số yếu tố. Trong đó bao gồm mức độ nhiễu, thực hiện
lập lịch gói và hỗ trợ điều chế và mã hóa. Tài nguyên đƣờng truyền (qui hoạch
vùng phủ) sẽ đƣa ra suy hao đƣờng tối đa cho phép và phạm vi tối đa của cell.
Trong khi đó qui hoạch có tính tới các can nhiễu bằng cách cung cấp một mô hình
phù hợp. LTE cũng có khả năng linh hoạt lƣu lƣợng nhƣ trong hệ thống tiền
nhiệm 3G. Vì thế sự tăng cƣờng nhiễu bởi việc tăng số lƣợng ngƣời dung sẽ giảm
vùng phủ di động thuộc bán kính tế bào cell và trở nên nhỏ hơn.
Trong LTE chỉ số chính của lƣu lƣợng là SINR đƣợc phân phối trong
cell.Trong nghiên cứu này, để đơn giản, mạng truy nhập LTE giả sử bị giới hạn
trong vùng phủ trong hƣớng lên và lƣu lƣợng bởi hƣớng xuống.
Việc đánh giá lƣu lƣợng cần hoàn thành hai nhiệm vụ sau:
● Việc ƣớc lƣợng thông lƣợng cell có thể tƣơng ứng với việc thiết lập thiết
bị để có thể tìm đƣợc bán kính cell.
● Phân tích lƣu lƣợng đầu vào đƣợc cung cấp bởi các nhà vận hành để lấy
đƣợc lƣu lƣợng yêu cầu, trong đó gồm có lƣợng thuê bao, các loại lƣu lƣợng, và
dữ liệu về khu vực truyền sóng của các thuê bao trong khu vực.
70
3.2 Tính toán thông lƣợng trung bình
Mục tiêu của bài toán định cỡ lƣu lƣợng là có thể ƣớc lƣợng đƣợc số site
cần thiết dựa trên các yêu cầu về lƣu lƣợng. Các yêu cầu về lƣu lƣợng đƣợc thiết
lập bởi các nhà mạng dựa trên lƣu lƣợng dự đoán của họ. Thông lƣợng trung bình
là cần thiết để tính số lƣợng site trên cơ sở lƣu lƣợng. Đánh giá chính xác nhất lƣu
lƣợng cell (theo chế độ nhất định) đƣợc đƣa ra bởi việc chạy mô phỏng. Từ đó
định cỡ thƣờng đƣợc sử dụng bằng bảng tính excel, giải pháp tốt nhất về để lấy
đƣợc thông lƣợng cell là ánh xạ trực tiếp phân phối SINR thu đƣợc từ mô phỏng
tới MSC, hoặc trực tiếp thông lƣợng từ việc sử dụng mức độ liên kết thích hợp.
Nhƣ vậy, ƣớc lƣợng lƣu lƣợng yêu cầu đòi hỏi kết quả mô phỏng sau:
● Bảng phân phối SINR trung bình ( kết quả từ hệ thống). Đƣợc cung cấp
bởi xác suất SINR.
● Thông lƣợng trung bình hoặc hiệu suất quang phổ so với bảng SINR trung
bình (kết quả từ các liên kết)
Trong các yếu tốt khác, môi trƣờng truyền khác nhau ( mô hình truyền,
khoảng cách giữa các site) và cấu hình anten sẽ ảnh hƣởng tới kết quả trên. Do đó,
nhiều bảng sẽ có sẵn các yếu tố nhƣ khu vực ngoại thành, nông thôn hay đô thị.
Xác suất SINR có thể tính toán đƣợc bằng cách tính xác xuất đƣợc đƣa tới trong
trƣờng hợp giá trị của SINR tại biên tế bào. Tất cả các mô phỏng đƣợc chạy với
khoảng cách của các liên site đƣợc xác định trƣớc. Trong phƣơng pháp này, tốc độ
bit cho mỗi MSC đƣợc lấy từ các tham số OFDM cho LTE. Sau đó giá trị SINR sẽ
hỗ trợ các MSC đƣợc lấy từ bảng tra cứu đƣợc tạo ra từ mô phỏng liên kết đƣờng
truyền.
Sau đó, MSC sẽ đƣợc hỗ trợ với mỗi giá trị của SINR đƣợc chọn bởi việc
sử dụng SINR nhỏ nhất từ kết quả liên kết đƣờng truyền. Điều này cho phép tốc
độ dữ liệu tƣơng ứng đƣợc hỗ trợ bởi mỗi MSC. Bằng cách này, tốc độ dữ liệu
tƣơng ứng với mỗi giá trị SINR sẽ thu đƣợc với mỗi trƣờng hợp cụ thể. Đối với
71
kênh truyền đô thị và khoảng cách giữa các site là 1732m, đƣờng xuống cho LTE
đƣợc thể hiện trong bảng 3.1.
Bảng 3-1 Thông lượng di động trung bình cho LTE
MSC SINR(min) (dB) DL cell throughput
(Mbps)
QPSK 1/3 -0.75 4.00
QPSK 1/2 1.50 6.00
QPSK 2/3 3.50 8.00
16QAM 1/2 7.00 12.00
16QAM 2/3 9.50 16.01
16QAM 4/5 11.50 19.20
64QAM ½ 11.50 21.0
64QAM 2/3 14.7 24.01
Chúng ta sẽ xem xét một ví dụ trong bảng 3-1 ( thành phố/khoảng cách
liên site là 1732m) cho giá trị của SINR là 2dB, QPSK ½ đƣợc lựa chọn từ bảng
trên và nó cho phép thông lƣợng đạt đƣợc là 6Mbps. Tƣơng tự nhƣ vậy giá trị
tƣơng ứng của với SINR 3 dB là 6Mbps, 4dB là 8 Mbps và 7 dB là 12 Mbps trong
đƣờng xuống. Khi tất cả các giá trị đƣợc tính bằng cách sử dụng bảng tra cứu,
thông lƣợng cell đƣợc suy ra nhƣ sau:
CellThourghput= (𝑋á𝑐 𝑥𝑢ấ𝑡 𝑆𝐼𝑁𝑅. 𝑇ô𝑛𝑔 𝑙ượ𝑛𝑔 𝑡𝑟𝑢𝑛𝑔 𝑏ì𝑛)𝑎𝑙𝑙𝑆𝐼𝑁𝑅𝑣𝑎𝑙𝑢𝑒𝑠(46)
Trong đó :
72
Xác suất SINR = SINR trong từng trƣờng hợp cụ thể ở biên di động đƣợc sử dụng
mô phỏng
Thông lƣợng trung bình = Thông lƣợng trung bình tƣơng ứng với giá trị SINR
3.3 Ƣớc lƣợng lƣu lƣợng yêu cầu và các yếu tố vƣợt quá
Từ việc băng thông chỉ có thể đáp ứng đƣợc một số lƣợng nhất định của
lƣu lƣợng, vì thế việc nắm rõ nhu cầu về lƣu lƣợng là khá cần thiết. Phần phức tạp
nhất là phân tích lƣu lƣợng vào giờ cao điểm với nhiều loại lƣu lƣợng khác nhau
và các đặc trƣng lƣu lƣợng. Kết quả cần thiết là có thể chỉ ra đƣợc yếu tố vƣợt quá
năng lực ghép kênh hoặc số lƣợng ngƣời cùng chia sẻ kênh nhất định.
Các yếu tố chính đƣợc liệt kê dƣới đây:
● Phân tích lƣu lƣợng và giờ cao điểm
● Mật độ thuê bao
● Lƣợng dữ liệu cho mỗi thuê bao
● Dữ liệu đỉnh và trung bình
● Hồ sơ lƣu lƣợng hàng ngày
Giống nhƣ qui hoạch vùng phủ, qui hoạch lƣu lƣợng cũng đƣợc thực hiện
riêng cho các khu vực khác nhau (đô thị, ngoại ô và nông thôn).
Nếu chúng ta sử dụng các yêu cầu tƣơng ứng với lƣu lƣợng giờ cao điểm,
điều này sẽ dẫn tới việc định cỡ là lớn. Tài nguyên sẽ bị lãng phí trong các giờ
khác trong ngày và chi phí mạng sẽ cao hơn đáng kể. Vì lí do này, điều quan trọng
sẽ là xác định các yếu tố vƣợt quá (OBF: overbooking factor). OBF là số trung
bình ngƣời sử dụng có thể chia sẻ một đơn vị kênh. Các đơn vị kênh sử dụng trong
định cỡ là tốc độ dữ liệu đỉnh. Giả sử rằng 100% kênh tải, sau đó OBF đơn giản
chỉ bằng chỉ số giữa tốc độ đỉnh và tốc độ trung bình (PAR: Peak and the average
rates).
73
Tuy nhiên, nó sẽ không an toàn với định cỡ mạng với tải là 100 phần trăm.
Do đó tham số sử dụng đƣợc giới thiệu. Trong hầu hết các mạng dữ liệu, hệ số sử
dụng ít hơn 85% để đảm bảo chất lƣợng dịch vụ QoS. Vì thế khi vƣợt quá tham số
này, thời gian chờ cho các thuê bao truy nhập sẽ dài hơn. Vì thế hệ số vƣợt quá sẽ
đƣợc suy ra nhƣ sau:
OBF=Tỉ số đỉnh /trung bình. Hệ số sử dụng (47)
3.4 Phƣơng pháp và cấu trúc
Công cụ định cỡ đƣợc thiết kế để thực hiện tính toán cả định cỡ vùng phủ
và lƣu lƣợng để định cỡ cho mạng LTE. Nó thực hiện yêu cầu tính toán, cung cấp
số trạm trên cơ sở các ƣớc lƣợng lƣu lƣợng nhƣ kết quả cuối cùng. Excel dựa trên
matlab là phần mềm đƣợc lựa chọn để thực hiện cho các công cụ định cỡ. Excel là
một ứng dụng bảng tính với các tính năng đặc biệt để thực hiện tính toán và cung
cấp một loạt các đồ họa, làm excel trở thành một trong những ứng dụng phổ biến
nhất. Động lực để sử dụng Excel là việc tiếp cận dễ dàng và dễ sử dụng. Ý tƣởng
thiết kế và phát triển phần mềm này là làm cho nó đơn giản và dễ sử dụng nhất.
Mục tiêu này đạt đƣợc bằng cách có sự khác biệt giữa các bộ phận với các chức
năng khác nhau. Đầu vào và đầu ra là rõ rang . Tất cả các yếu tố đầu vào đƣợc cho
vào sheet của excel và đầu ra tại sheet cuối.
Các tính toán trung gian và công thức chi tiết đƣợc đặt trên một sheet.
Điều này cho phép có thể tính toán không cần trực tiếp. Lý tƣởng nhất là chỉ cần
thấy đầu vào và đầu ra của sheet. Ngƣời sử dụng có thể nhập tất cả các yếu tố đầu
vào trên một sheet và có thể trực tiếp xem kết quả ở sheet cuối.
Bảng tính ( công cụ định cỡ dựa trên excel) đƣợc tách biệt rõ ràng giữa
qui hoạch đầu vào, đầu vào hệ thống ( ví dụ nhƣ link và kết quả lớp hệ thống)
phần làm việc và kết quả. Nó bao gồm 8 sheet.
● Đầu vào
● Bảng
74
● Tài nguyên đƣờng truyền vô tuyến
● Tính toán lƣu lƣợng
● Dự báo lƣu lƣợng
● Đầu ra định cỡ
● Phiên bản và lịch sử thay đổi
3.5 Định cỡ đầu vào
Sheet đầu vào gồm tất cả các đầu vào yêu cầu cho quá trình định cỡ mạng
LTE. Đầu vào đƣợc nhóm thành 3 cụm:
● Đầu vào hệ thống
● Đầu vào qui hoạch vùng phủ
● Đầu vào qui hoạch lƣu lƣợng
Sheet đầu vào là một phần rất quan trọng trong cấu trúc của công cụ định
cỡ. Nó thu thập tất cả các yếu tố đầu vào ở một nơi. Đây là cách tiếp cận hoàn
toàn khác biệt khi so sánh với các công cụ định cỡ khác có sẵn cho các hệ thống
khác. Đối với công cụng định cỡ khác, rất khó để có thể thu thập tất cả các yếu tố
đầu vào tại một nơi. Ngƣời dùng phải chuyển tới phần khác để thay đổi các yếu tố
đầu vào. Điều này là gây tốn thời gian và khó sử dụng. Mục đích của việc tách
biệt đầu vào là cho phép ngƣời dùng thay đổi định cỡ đầu vào từ một nơi.
Để thực hiện phân tách rõ rang giữa đầu vào, vùng phủ và lƣu lƣợng thì
đầu vào đƣợc sắp xếp thành hai cột. Đầu vào hệ thống đƣợc đặt trên đầu trang và
đầu vào vùng phủ đƣợc dùng để đánh giá trực tiếp. Điều này cho phép ngƣời dùng
kiểm soát đầu ra của phạm vi vùng phủ và lƣu lƣợng độc lập với nhau.
Hệ thống đầu vào bao gồm tần số sóng mang, băng thông kênh, và khu
vực triển khai. Đầu vào liên quan tới vùng phủ đƣợc có sẵn trong các công cụ định
cỡ là đầu vào RLB và mô hình truyền. Cùng với các tham số đầu vào cho RLB, thì
công suất truyền giới hạn của antenna, độ lợi và suy hao... cũng có mặt. Đầu vào
75
liên quan tới lƣu lƣợng là dự đoán lƣu lƣợng cho từng loại lƣu lƣợng, yếu tố sử
dụng và thuê bao theo vùng. Thuê bao theo vùng cho biết tỉ lệ dân số đƣợc phủ
bởi mạng của từng khu vực. Có ba vùng đƣợc xem xét đó là đô thị, ngoại ô và
vùng nông thôn. Các yếu tố đầu vào này sẽ đƣợc nhà mạng cung cấp cụ thể. Ảnh
chụp sheet đầu vào nhƣ dƣới đây:
Hình 3.1 Công cụ định cỡ : Đầu vào
76
Hình 3-2 Công cụ định cỡ: Đầu vào vùng phủ
3.6 Định Cỡ Theo Lƣu Lƣợng
Dung lƣợng lý thuyết của mạng bị giới hạn bởi số eNodeB đặt trong mạng.
Dung lƣợng của mạng bị ảnh hƣởng bởi các yếu tố nhƣ mức can nhiễu, thực thi lập
biểu, kỹ thu ật mã hóa và điều chế đƣợc cung cấp. Sau đây là các công thức dùng
đểtính số eNodeB đƣợc tính bởi khía cạnh dung lƣợng.
Số eNodeB=𝑇𝑜à𝑛 𝑏ộ 𝑡ố𝑐 độ 𝑑ữ 𝑙𝑖ệ𝑢 (𝑜𝑣𝑒𝑟 𝑎𝑙𝑙𝑑𝑎𝑡𝑎𝑟𝑎𝑡𝑒 )
𝐷𝑢𝑛𝑔 𝑙ượ𝑛𝑔 𝑠𝑖𝑡𝑒 (𝑠𝑖𝑡𝑒 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡𝑦 ) (48)
Trong đó site capacity là bội số của thông lƣợng cell (cell throughput), nó
tùy thuộc vào cấu hình của cell trên site.
● Tính toán cell throughput
1frame = 10ms = 10subframe =20 time slot
77
1 timeslot =0.5ms= 7 kí tự OFDM với normal CP và 6 kí tự OFDM với
CP mở rộng.
Trong OFDMA, việc chỉ định số sóng mang con cho ngƣời dùng không dựa
vào từng sóng mang con riêng lẻ mà dựa vào các khối tài nguyên (Resource
Block).
1RB=12 sóng mang con cho một slot
Khoảng cách 1 sóng mang con là 15 KHz 1 khối RB độ rộng
12x15=180Khz.
Đơn vị nhỏ nhất của tài nguyên là thành phần tài nguyên (RE), nó bao gồm
một sóng mang con đối với khoảng thời gian của một ký tự OFDM. Một RB bao
gồm 84 RE (tức 7 x12) trong trƣờng hợp chiều dài CP thông thƣờng và 72 RE
(6x12) trong trƣờng hợp chiều dài CP mở rộng.
Bảng 3.2 quan hệ giữa băng thông kênh truyền và số sóng mang
Băng
thông
kênh
truyền
1.4 3 5 10 15 20
Số khối
tài nguyên
6 15 25 50 75 100
Số sóng
mang yêu
cầu
72 180 300 600 900 1200
Tốc độ (number of bits in a sub-frame) = 100RBs x 12 sub-carriers x 2 slots
x 7 modulation symbols x 6 bits = 100800 bits. Do đó tốc độ dữ liệu là 100.8 Mbps
Nếu sử dụng MIMO 4x4 thì tốc độ dữ liệu là 4x108.8=403 Mbps
Nếu sử dụng mã hóa bảo vệ ¾ thì ta có tốc độ bằng 0.75x403= 302 Mbps.
Để tính toán cell throughput trƣớc tiên ta xét tốc độ bit đỉnh (peak bit rate).
Tƣơng ứng với mỗi mức MCS (điều chế và mã hóa) cùng với có kết hợp MIMO
78
hay không sẽ tạo ra các tốc độ bit đỉnh khác nhau. Tốc độ bit đỉnh đƣợc tính theo
công thức sau:
Tốc độ bit đỉnh= số lƣợng kí tự/slot . số bit một kí tự . số RB . 12 .2 slot
Đối với mỗi loại điều chế khác nhau sẽ mang số bit trên ký tự khác nhau.
QPSK mang 2 bit/ký tự, 16QAM mang 4bit/ký tự và 64QAM mang 6bit/ký tự. 2x2
MIMO gấp đôi tốc độ bit đỉnh. QPSK ½ (tốc độ mã hóa ½) mang 1bps/Hz, với
64QAM không sử dụng tốc độ mã hóa và với 2x2 MIMO sẽ mang 12bps/Hz. Mỗi
băng thông chỉ định sẽ có số sóng mang tƣơng ứng cho mỗi băng thông: 72 sóng
mang đối với 1.4 MHz, 180 đối với 3MHz, và đối với băng thông 5MHz, 15MHz,
20MHz tƣơng ứng sẽ là 300, 600 và 1200 sóng mang con. Tốc độ đỉnh lý thuy ết
cao nhất xấp xỉ 170 Mbps sử dụng 64QAM, 2x2 MIMO. Nếu sử dụng 4x4
MIMO, tốc độ đỉnh sẽ gấp đôi là 340 Mbps. Số ký tự trên subframe thƣờng là 14
ký tự tƣơng ứng với mỗi slot là 7 ký tự.
Bảng 3.3 Tốc độ bit đỉnh trên băng thông theo mô hình điều chế
MCS Kỹ thuật
anten sử
dụng
Tốc độ bit đỉnh trên sóng mang con / băng thông
72/1.4
MHz
180/3.0
MHz
300/5.0
MHz
600/10
MHz
1200/20
MHz
QPSK1/2 Dòng đơn 0. 9 2. 2 3. 6 7. 2 14. 4
16QAM1/2 Dòng đơn 1. 7 4. 3 7. 2 14. 4 28. 8
16QAM3/4 Dòng đơn 2. 6 6. 5 10. 8 21. 6 43. 2
64QAM3/4 Dòng đơn 3. 9 9. 7 16. 2 32. 4 64. 8
64QAM4/4 Dòng đơn 5. 2 13. 0 21. 6 43. 2 86. 4
64QAM3/4 2x2
MIMO
7. 8 19. 4 32. 4 64. 8 129. 6
64QAM4/4 2x2 10. 4 25. 9 43. 2 86. 4 172. 8
79
MIMO
Tƣơng ứng với mỗi MCS và tốc độ bit đỉnh là mỗi mức SINR, ta xét trong
điều kiện kênh truy ền AWGN nên SNR đƣợc dùng thay cho SINR, tốc độ bit đỉnh
đƣợc xem nhƣ dung lƣợng kênh. Dựa vào công thức dung lƣợng kênh Shannon:
C1 = BW1 * log2(1+SNR) (49)
Ta suy ra đƣợc SNR :
SNR = 2(C1/BW1)-1
(lần) (50)
Trong đó BW1 là băng thông của hệ thống (chẳng hạn nhƣ 1. 4 MHz,
3MHz…20MHz)
Từ SNR tìm đƣợc ta tính thông lƣợng cell (cell throughput) qua công thức sau:
C = F.BW.log2(1+SNR) (51)
Trong đó BW là băng thông cấu hình chỉ chiếm 90% của băng thông kênh
truyền đối với băng thông kênh truyền từ 3-20 MHz. Đối với băng thông kênh
truyền 1.4 MHz, băng thông truyền chỉ chiếm 77% của băng thông kênh truyền. Vì
vậy triển khai ở kênh truyền 1.4 MHz, hiệu suất sử dụng phổ thấp hơn so với băng
thông 3MHz. Băng thông cấu hình đƣợc tính theo công thức sau:
BW=𝑁𝑠𝑐 .𝑁𝑠 .𝑁𝑟𝑏
𝑇𝑠𝑢𝑏 (51)
Nsc là số sóng mang con trong một khối tài nguyên (RB), Nsc = 12Ns là số
ký tự OFDM trên một subframe. Thông thƣờng là 14 ký tựnếu sử dụng CP thông
thƣờng.
Nrb là số khối tài nguyên (RB) tƣơng ứng với băng thông hệ thống (băng
thông kênh truyền). Chẳng hạn nhƣ đối với băng thông kênh truyền là 1. 4 MHz thì
sẽ có 6 RB đƣợc phát đi.
80
Hình 3.3 Quan hệ giữa băng thông kênh truyền và băng thông cấu hình
Tính toán overalldatarate
Overalldatarate đƣợc tính toán theo công thức sau:
Overalldatarate = Số user x Tốc độ bit đỉnh x Hế số OBF (52)
Với hệ số OBF = 20
Bảng 3.4 Giá trị của băng thông cấu hình tương ứng với băng thông kênh truyền
Băng thông kênh truy ền
(MHz)
Số RB chỉ định cho
băng thông kênh truyền
Băng thông cấu hình
1.4 6 1.08
3 15 2.7
5 25 4.5
10 50 9
15 75 13.5
20 100 18
81
F là hệ số sửa lỗi, F đƣợc tính toán theo công thức sau
F= 𝑇𝑓𝑟𝑎𝑚𝑒 −𝑇𝑐𝑝
𝑇𝑠𝑢𝑏x
𝑁𝑠𝑐 .𝑁𝑠2−4
𝑁𝑠𝑐 .𝑁𝑠2
(53)
Trong đó:Tframe là thời gian của một frame. Có giá trị là 10 ms. Mỗi frame
bao gồm 10 subframe và mỗi subframe có giá trị là 1ms. Tcp là tổng thời gian CP
của tất cả các ký tự OFDM trong vòng một frame. Chiều dài khoảng bảo vệ cho
mỗi ký tự OFDM là 5.71 µs đối với CP ngắn và 16.67 µs đối với CP dài. Mỗi
frame sẽ bao gồm 10 subframe, mỗi subframe lại bao gồm 2 slot mà mỗi slot bao
gồm 7 ký tự OFDM. Do đó Tcp sẽ có giá trị là 14x10x5.71 = 779.4 µs hay
14x10x16.67 = 2. 33ms.
Suy ra:
F=10−0.7794
1x
12.7𝑥14
2−4
12.7𝑥14
2
= 8.8 (54)
đối với CP dài
Và
F=10−2.33
1x
12.7𝑥14
2−4
12.7𝑥14
2
(55)
Các thông số đầu vào của tính toán dung lƣợng tại một phần tử mạng
(eNobeB):
Băng thông: dựa trên cấu hình đƣợc sử dụng và băng thông cung cấp ta tính
đƣợc các chi phí tổn hao băng thông và đƣa ra băng thông kh ả dụng.
Hiệu suất sử dụng băng thông: Với cấu hình MIMO nhất định ta xác định
đƣợc hiệu suất băng thông tƣơng ứng.
Các thông số đầu ra:
● Từ dung lƣợng tại một phần tử tác xác định đƣợc số lƣợng đầu cuối có thể
đáp ứng đồng thời (dựa trên tốc độ số liệu yêu cầu Rsub và tải trung bình Lbh …)
● Với ƣớc lƣợng ngƣời dùng ta tính đƣợc số site cần lắp đặt.
82
● Ta tính đƣợc dung lƣợng tổng cần đáp ứng (số site*dung lƣợng site eNodeB)
Nsub= 𝐶𝑐𝑎𝑝 .𝐿𝐵𝐻
𝑁𝑠𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 .𝑅𝑠𝑢𝑏
𝑂𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟
(56)
Nsite= 𝑁𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑁𝑠𝑖𝑡𝑒
Từ đó ta có
Ccap= 𝑁𝑠𝑢𝑏 .𝑁𝑠𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 .𝑅𝑠𝑢𝑏
𝐿𝐵𝐻 .𝑂𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 (57)
LBH Tải trung bình
RBH Tốc độ số liệu yêu cầu
AbhTốc độ số liệu giờ cao điểm
Ofactor Hệ số đăng kí vƣợt quá
Nsector Đoạn ô trên một site
Số thuê bao đồng thời
Ntotal Số ngƣời dùng cần phục vụ
Nsite Số site
Nsub Số thuê bao có thể quản lý
Bảng tính tại dòng 1 ta có thể tính số site, số thuê bao dựa trên các yêu cầu
của ngƣời dùng: Với dung lƣợng ô là 35 Mbps, tốc độ dự liệu yêu cầu Rsub biến đổi
(ví dụ =3), tốc độ số liệu giờ cao điểm Abh-user= 50kbps, hệ số đăng ký vƣợt quá 20
và có 3 đoạn ô trên 1 site ta có thể áp dụng vào bảng tính và cho kết quả nhƣ sau:
● Số thuê bao dùng đồng thời với tốc độ 3M là: 12
● Số thuê bao dùng đồng thời tại giờ cao điểm là: 350
● Số site cần dùng để đáp ứng 10000 ngƣời là: 29
83
Bảng tính dòng 2 ta tính đƣợc dung lƣợng và số site. Với tốc độ dự liệu yêu
cầu Rsub biến đổi (ví dụ =3), tốc độ số liệu giờ cao điểm Abh-user= 50kbps, hệ số đăng
ký vƣợt quá 20, số thuê bao đáp ứng vào giờ cao điểm là 500 và có 3 đoạn ô trên 1
site ta có thể áp dụng vào bảng tính và cho kết quả nhƣ sau:
● Dung lƣợng ô: 50 Mbps
● Số thuê bao dùng đồng thời với tốc độ 3M là: 16
● Số site cần dùng để đáp ứng 8000 ngƣời là: 20
Trên đây là các ví dụ minh họa cho việc tính toán dung lƣợng khi biết các
đầu vào, hay số thuê bao có thể phục vụ, số site trên một vùng.
Ta phân thành 2 giai đoạn để ƣớc lƣợng các giá trị:
- Giai đoạn 1: mới triển khai, yêu cầu dịch vụ chƣa lớn.
- Giai đoạn 2: yêu cầu dịch vụ cao hơn, số lƣợng thuê bao tăng
Thiết kế giai đoạn 1 cho khu vực Hoàng Mai Hà Nội:
Giai đoạn 1 thiết kế cho các phƣờng Định Công, Đại Kim, Giáp Bát, Hoàng Liệt,
Thanh Trì và Trần Phú.
Sử dụng điều chế 64 QAM do khoảng cách tới thuê bao ngắn yêu cầu của
đầu cuối cao.
+ Hệ thống MIMO áp dụng có cấu hình 2x2.
+ Tốc độ số liệu yêu cầu của thuê bao là 1Mbps.
+ Nsector= 1,2,3
84
+ Băng thông sử dụng 20M
Sử dụng công thức :
Nsub= 𝐶𝑐𝑎𝑝 .𝐿𝐵𝐻
𝑁𝑠𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 .𝑅𝑠𝑢𝑏
𝑂𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟
Ta có bảng sau:
Tính toán số thuê bao dựa vào dung lƣợng ô có sẵn ta có với dung lƣợng
30Mbps, tốc dộ yêu cầu giờ cao điểm 50kbps, đoạn ô có 3 sector, tải trung bình
giờ cao điểm là 50%. Ta tính đƣợc số thuê bao site có thể truy nhập đồng thời là
1050, tƣơng tự với các điều kiện trên nhƣng với Rsub= 1,2Mbps ta tính đƣợc số
thuê bao đƣợc đồng thời giờ cao điểm là 525.
Hình 3.4 Phân bổ site khu vực hoàng mai giáp bát
85
Tính toán dung lƣợng dựa trên lƣợng thuê bao truy nhập, ta xét 3 trƣờng
hợp số thuê bao nhƣ bảng với số sector 1,2,3. Với các điều kiện nhƣ vậy ta tính
đƣợc dung lƣợng ô và số lƣợng site yêu cầu nhƣ bảng.
Giai đoạn 2:
Vùng trung tâm với mật độ thuê bao lớn và yêu cầu dịch vụ cao:
+Hệ thống MIMO áp dụng có cấu hình 2x2.
Với loại vùng này chúng ta nên sử dụng kiểu điều chế 64QAM do khoảng
cách đến thuê bao ngắn, mức độ yêu cầu của đầu cuối cao.
+Tốc độ số liệu yêu cầu của thuê bao là 3Mbps.
+ Nsector= 1,2,3
+ Băng thông sử dụng 20M
Sử dụng công thức ta có bảng tính toán nhƣ sau:
86
Với nhu cầu về các dịch vụ ngày càng tăng cùng với việcphát triển lƣợng
đầu cuối nội vùng thì số thuê bao truy cập vào site đƣợc đáp ứng giảm chính vì
vậy ta phải tăng số site tại vùng đó, theo tính toán với cùng một vùng tại giai đoạn
1 số site phải triển khai là 9 thì giai đoạn 2 đã là 15.
87
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
Chƣơng này trình bày tóm tắt kết quả công việc. Nó đƣa ra một bản tóm
tắt công việc thực hiện và kết quả cuối cùng. Những đề xuất để tiếp tục nghiên
cứu cũng đƣợc đề cập trong chƣơng này.
KẾT LUẬN
Để duy trì lợi thế cạnh tranh của mình của các mạng di động trong tƣơng
lai, 3GPP đã bắt đầu làm việc trên công nghệ LTE. LTE là công nghệ gói tối ƣu
dành cho truy nhập vô tuyến với độ trễ thấp và băng thông lớn. Việc này dựa trên
việc định cỡ của mạng LTE. Trong quá trình nghiên cứu này mô hình và công cụ
cho định cỡ LTE đƣợc phát triển. Ƣớc lƣợng vùng phủ và lƣu lƣợng đƣợc thực
hiện. Tài nguyên liên kết vô tuyến đƣợc tính toán để qui hoạch vùng phủ và các
yếu tố khác nhau ảnh hƣởng tới RLB. Việc hiện thực tính toán đƣợc đƣa vào bảng
công cụ excel. Nó đƣợc giữ cho giao diện đơn giản và thiết lập bộ phận chức năng
phân biệt rõ ràng. Sản phẩm cuối cùng đó là số lƣợng trạm hay tế bào cần thiết để
hỗ trợ cho số thuê bao nhất định với lƣu lƣợng nhất định.
KIẾN NGHỊ
Rất khó có thể hoàn thiện hết các khía cạnh của luận án. Và với tất cả các
dự án cần có sự cải tiến và hoàn thiện. Đối với luận án này đó là định cỡ cho mạng
truy nhập LTE. Trong tƣơng lai có thể tiếp tục định cỡ giao diện. Hơn nữa chƣa có
công cụ mô phỏng đáng tin cậy là một trở ngại lớn trong việc chuẩn hóa đầy đủ
của công cụ này. Sử dụng một công cụ mô phỏng chính xác hơn sẽ mang lại kết
quả tốt hơn cho bài toán qui hoạch lƣu lƣợng này. Hiện nay các kết quả mô phỏng
chi cho ra với một cấu hình antenna giới hạn và các kịch bản có sẵn. Nếu hoàn
thiện với các cấu hình antenna khác và kịch bản khác thì công cụ này sẽ trở nên
hoàn thiện hơn. Công cụ định cỡ đã đƣợc thiết kế để chứa các phần mở rộng.
88
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Giáo trình thông tin di động”. Hà Nội 2002.
[2] Nguyễn Phạm Anh Dũng,” Giáo trình lí thuyết trải phổ và đa truy nhập vô
tuyến. Hà Nội 2004.
[3] Nguyễn Phạm Anh Dũng,” Giáo trình thông tin di động thế hệ thứ 3”. Hà Nội
2004.
[4] Abdul Basit, Syed, “Dimensioning of LTE Network, Description of Models
and Tool, Coverage and Capacity Estimation of 3GPP Long Term Evolution radio
interface”. Hesinky 2009.
[5] Anssi Hoikkanen, “Economics of 3G Long-Term Evolution: the Business Case
for the Mobile Operator,” IEEE Conference on Wireless and Optical
Communications Networks. July 2007.
[6] Antti Toskala, Harri Holma, Esa Tiirola, Kari Pajukoski, #UTRAN Long Term
Evolution in 3GPP,” PIMC 06, Helsinki, Finland.
[7] Dahlman, Parkvall, Skold and Beming, 3G Evolution: HSPA and LTE for
Mobile Broadband, Academic Press, Oxford, UK, 2007.
[8] “3GPP webpage for LTE Overview,” 3rd GenerationPartnership Project,
viewed on 17.11.07, available at http://www.3gpp.org/Highlights/LTE/LTE.htm
[9] “Long Term Evolution (LTE): an introduction,” Ericsson White paper,
October 2007.
[10] Bissell, C.C., “Spreadsheets in the teaching ofinformation engineering,”
IEEE Engineering Science and Education Journal. April 1994.
[11] Bissell, C. Chapman, D., “Modelling applications of spreadsheets [in
engineering],” IEEE Review. July 1989.
89
[12] “The 3rd Generation Partnership Project Agreement”, PDF document,
available at „http://www.3gpp.org/About/3GPPagree_300806.pdf‟
[13] “Partnership Project Description”, Slide set, available at
„http://www.3gpp.org/About/3GPP.ppt‟
[14] 3GPP TR 25.913, Requirements for Evolved UTRA (E-UTRA) and Evolved
UTRAN (E-UTRAN), V7.3.0,
[15] 3GPP technical Report TR 25.814, “Physical Layer Aspects for Evolved
UTRA”, version 7.1.0
[16] OFDM and MC-CDMA References,[website] seen on ..2007 available at
„http://www.eng.usf.edu/wcsp/OFDM_links.html‟
[17] R. W. Chang, Synthesis of band-limited orthogonal signals for multichannel
data transmission, Bell Syst. Tech. J., vol. 45, pp. 1775-1796, Dec. 1966.
[18] 3GPP technical Report TS 36.410, “E-UTRAN; S1 general aspects and
principles”
[19] 3GPP Technical Report TS 36.420 “E-UTRAN; X2 general aspects and
principles”
[20] 3GPP Technical Specification TS 36.420 “E-UTRAN; Physical channels and
modulation”, Version 1.0.0
[21] Harri Holma and Antti Toskala, “HSDPA / HSUPA for UMTS”, High Speed
Radio Access for Mobile Communications, John Willey and Sons, 2006
[22] Harri Holma and Antti Toskala, “WCDMA for UMTS” Third Edition, John
Willey and
Sons, 2004.
[23] Jamalipour, A., Mirchandani, V., Kibria, M.R.,“Dimensioning of an
enhanced 4G/B3G infrastructure for voice traffic,” IEEE 16th International
90
Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 2005.
PIMRCSeptember 2005.
[24] RuzIcka, Z. Hanus, S., “Radio Network Dimensioning in UMTS Network
Planning Process,” 18th International Conference on AppliedElectromagnetics and
Communications, 2005. ICECom October 2005.
[25] Preben Mogensen, et al, “LTE Capacity comparedto the Shannon Bound,”
IEEE 65th Vehicular Technology Conference, 2007. VTC2007-Spring. April
2007.
[26] C. E. Shannon, "Communication in the presence of noise", Proc. Institute of
Radio Engineers, vol. 37, no.1, pp. 10-21, Jan. 1949. Reprint as classic paper in:
Proc. IEEE, Vol. 86, No. 2, (Feb 1998)
[27] 3GPP Technical Report TR 25.813, “Radio Interface Protocol Aspects for
Evolved UTRA”, version 7.0.0
[28] E. Joseph Billo, “EXCEL for Scientists and Engineers,” Wiley Interscience,
New York, 2007, ISBN 978-0-471-38734-3
[29] 3GPP Technical Specification TS 36.300 V8.2.0,“E-UTRA and E-UTRAN
Overall description; Stage 2”
[30] Olin, B.; Nyberg, H.; Lundevall, M., “A novel approach to WCDMA radio
network dimensioning”, IEEE 60th
Vehicular Technology Conference, vol 5, pp.
3443-3447, Sep. 2004.
[31] Upase, B.; Hunukumbure. M.; Vadgama. S.; “Radio Network Dimensionign
and Planning for WiMAX Networks”. Retreived 26.11.2007 from Fujitsu
Website: www.fujitsu.com/downloads/MAG/vol43-4/paper09.pdf.
[32] Toskala, A.; Holma, H.; Pajukoski, K.; Tiirola, E.; “Utran Long Term
Evolution in 3GPP”, IEEE 17th International Symposium on Personal, Indoor and
Mobile Radio Communications, pp. 1-5, Sep. 2006.
91
[33] 3GPP Technical Specification TS 36.211 V8.0.0,“E-UTRA Physical channels
and modulation”
[34] Jaana Laiho, Achim Wacher and Tomas Novosad, “Radio Network Planning
and Optimisation for UMTS”, John Willey and Sons, 2002
[35] “Introduction to Wireless Links for Digital Communications: Radio Link
Budget”. Retrieved November 29, 2007, from Enigmatic Consulting Website:
http://www.enigmaticconsulting.com/Communications_articles/Radio_intro_articl
e/Radio_intro_article.html
[36] 3GPP technical Report TS 36.414 V0.1.1, “E-UTRAN; S1 data transport”.
