Tổng quan về hệ thống umts

Chương I Tổng quan về hệ thống umts Mở đầu Với sự phát triển nhanh của dịch vụ số liệu, dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao mà trước nhất là IP đã đặt ra các yêu cầu mới đối với công nghiệp viễn thông di động là động lực thúc đẩy việc nghiên cứu và phát triển khai thác các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba nhằm thay thế cho các hệ thống thông tin di động thế hệ hai sử dụng chuyển mạch kênh hiệu suất thấp vốn được phát triển cho các dịch vụ thoại là chủ yếu. Trong số các hệ thống thông tin thế hệ ba, hệ thống UMTS tỏ ra có nhiều ưu điểm nổi bật hơn cả. Hệ thống UMTS được phát triển ở nhiều nước trên thế giới, chủ yếu là cho các nước đang phát triển, đặc biệt là cho các nước hiện đang sử dụng mạng GSM trong khi số thuê bao GSM hiện nay vẫn đang chiếm hơn 60% tổng số thuê bao di động trên thế giới. Đây là một trong những yếu tố quyết định giúp UMTS trở thành hệ thống thông thông tin di động thế hệ ba phổ biến nhất hiện nay và sẽ tiếp tục phát triển nhanh trong thời gian tới. Chương I sẽ trình bày tổng quan về hệ thống thông tin di động UMTS này. Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động. Lịch sử các hệ thống viễn thông có thể tính từ năm 1831 khi Michael Faraday phát mính ra định luật cảm ứng điện từ và năm 1873, James Cler Maxwell chứng tỏ khả năng truyền của sóng điện từ trong không khí. Đó là những phát minh quan trọng, đặt nền móng cho sự phát triển của viễn thông nói chung và của thông tin di động sau này. Kỷ nguyên của các hệ thống vô tuyến tế bào sử dụng kỹ thuật Analoge bắt đầu vào năm 1979 với sự kiện mạng điện thoại di động đầu tiên được NTT thương mại hoá ở Nhật Bản. Các hệ thống Analoge tiếp tục phát triển cho đến khi hệ thống thông tin di động sử dụng kỹ thuật số ra đời năm 1991 được đánh dấu bằng việc triển khai mạng GMS đầu tiên tại Phần Lan. Các sự kiện quan trọng đối với sự phát triển của các hệ thống thông tin di động, đặc biệt của hệ thống thông tin di động UMTS kể từ năm 1991. Sự phát triển nhanh của công nghệ viễn thông và công nghệ thông tin ngày nay khẳng định một xu thế tất yếu đó là sự hội tụ của viễn thông và tin học. Vậy ta thấy được hệ quả là: dịch vụ viễn thông ngày càng có nhiều thay đổi. Để đáp ứng yêu cầu ngày càng tăng của khách hàng về dịch vụ viễn thông mới, các hệ thống thông tin di động phải được thay đổi sang hệ thống thông tin di động thế hệ ba là hệ thống thông tin di động băng rộng, hệ thống này có khả năng phục vụ ở tốc độ bit lên tới 2 Mbps. ở Lào, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của thông tin liên lạc nói chung, thông tin di động nói riêng, trong những năm gần đây thông tin di động ra đời như một tất yếu khách quan nhằm đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin trong thời kỳ đổi mới của đất nước. Trong thời kỳ đầu, vào năm 1993, công nghệ AMPS 1800 đã khởi đầu mạng thông tin di động đầu tiên ở Lào do Enterprise of Post and Telecommunication Lao (EPTL nay là LTC) cung cấp, mang tính chất thử nghiệm với vùng phủ chỉ ở thủ đô Viêng Chăn. Sau đó vào năm 1994, mạng điện thoại di động Lao Telecom sử dụng kỹ thuật GSM đã được triển khai và chính thức đưa vào hoạt động ở Lào do công ty Lao Telecommunication Company (LTC) cung cấp dưới vốn đầu tư của chính phủ Lào và Shinawatra International Public Co., Ltd (Thailand) sử dụng thiết bị của hãng ASBELL( ALCATEL-ShanghaiBell) và ERICSSON. Hiện nay LTC là nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động lớn nhất Lào, cho đến nay LTC có hơn 250.000 thuê bao có vùng phủ sóng trên cả nước. Năm 2000, mạng Thông tin di động số thứ hai do Công ty Viễn thông nhà nước Lào (Enterpries Telecommunication Lao - ETL) dựa trên tiêu chuẩn GSM 900/1800 (ETL Mobile) ra đời hoạt động trên cơ sở vốn đầu tư của chính phủ Lào, sử dụng thiết bị của nhà cung cấp là ASBELL( ALCATEL-ShanghaiBell) và ERICSSON. Hiện nay số thuê bao lên đến hơn 150.000. Đến năm 2002 mạng Thông tin di động số thứ ba (LAT Moblie) của Lao Asia Telecommunication State Enterpries dựa trên tiêu chuẩn GSM 900/1800 được đưa vào khai thác, hoạt động trên cơ sở vốn đầu tư của Bộ Quốc phòng, SIEMENS và MOTOROLA là nhà cung cấp thiết bị, hiện nay có khoảng hơn 50.000 thuê bao. Tháng 10 năm 2003, thị trường thông tin di động Lào trở nên hết sức sôi động với sự xuất hiện của Orange-một nhà khai thác mới ngoài 3 nhà khai thác trên. Đó là Millicom Lao Co,.Ltd (liên kết giữa Lào, Hutchison3 của Sweden và Orange của UK) gọi là mạng Tango dựa trên tiêu chuẩn GSM 900/1800 được đưa vào hoạt động với vùng phủ sóng hơn 8 tỉnh TP trên cả nước, cho đến nay có hơn 60.000 thuê bao. Hiện nay, Bộ Bưu điện, Giao thông Vận tải và Xây dựng Lào cùng với Lao Telecom (LTC) và ETL Mobile (ETL) đang nghiên cứu và sẽ triển khai mạng thông tin di động thế hệ thứ 2,5 (2,5 G) là dịch vụ GPRS trong cuối năm nay để xây dựng cơ sở hạ tầng thông tin di động nhằm chuẩn bị cho việc thử nghiệm hệ thống thông tin di động 3G trong những năm tới. Riêng mạng thông tin di động Lao Telecom trong giữa tháng 08/2004 này vừa triển khai thử nghiệm xong hệ thống thông tin di động nội vùng Win-Phone, với mục tiêu nhằm triển khai tại các thành phố lớn như là: Thủ đô VIENTIANE, TP. SAVANNAKHET, LUANGPRABANG và TP. CHAMPASAK và đã được đông đảo ngưòi dân sử dụng. Các đặc trưng cơ bản của hệ thống UMTS Một số đặc trưng cơ bản của hệ thống UMTS như sau: Dải tần : Hệ thống mặt đất: Đường lên: 1920 – 1980MHZ (FDD). 1900 – 1920MHz (TDD). Đường xuống: 2110 – 2170MHz (FDD). 2020 – 2025MHz (TDD). Hệ thống vệ tinh: Đường lên : 1980-2010MHz. Đường xuống: 2170-2200MHz. Tốc độ bít và vùng phủ: Tốc độ bít cực đại tới 2 Mbps hoặc cao hơn ở các hệ thống 3.5G Cung cấp vùng phủ toàn cầu nhờ vệ tinh. Tốc độ dữ liệu phụ thuộc vào vùng phủ như trong bảng dưới đây: Bảng 1-1. Tốc độ dữ liệu và vùng phủ Tốc độ Kiểu vùng phủ 2.048Mb/s Pico-cell/micro-cell 384kb/s Medium cell 144kb/s và 64kb/s Large cell 14.4kb/s Ver large cell 9.6kb/s Global cell 4.75kb/s – 12.2kb/s Voice Dịch vụ: Có khả năng cung cấp đồng thời các dịch vụ VBR với yếu cầu chất lượng khác nhau trên một kết nối duy nhất. Các dịch vụ đa phương tiện phong phú mà mạng 3G có thể cung cấp là: Truyền hình hội nghị, quản lý thông tin cá nhân, lập biểu, nhóm làm việc, fax màu…… Truyền thông: Báo, tạp chí, qoảng cáo,…… Mua sắm: Thương mại điện tử, tiền điện tử, ví điện tử, giao dịch tự động, đấu giá…….. Giải trí: Tin tức, thể thao, trò chơi, video, âm nhạc….. Giáo dục: Thư viện trực tuyến, máy tìm kiếm, học từ xa.. Sức khoẻ: Chữa bệnh, theo dõi và chuẩn đoán từ xa….. Tự động hoá: Đo đạc từ xa……….. Truy nhập các thông tin cá nhân: Thời gian biểu, đặt vé từ xa, cảnh báo vị trí…… Chất lượng: Chât lượng cao, có thể đạt tới BER=10-6 Tính bảo mật cao, chống nghe trộm.. Chuyển mạng: Cho phép thực hiện chuyển mạng toàn cầu giữa các nhà khai thác 3G khác nhau. Hỗ trợ chuyển giao giữa các hệ thống khác nhau để cân bằng tải tăng cường vùng phủ. Lộ trình phát triển từ thế hệ hai lên thế hệ ba. Từ những năm đầu của thập niên 80 đã bắt đầu xuất hiện các hệ thống thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G) sử dụng kỹ thuật tương tự như là: NMT, C-Nets, AMPS, TACS,…Một thập kỷ sau, các kỹ thuật số chẳng hạn như GSM, CdmaOne, DAMPS là hệ thống thông tin di động thế hệ hai đã được xuất hiện và được thương mại hoá với bước nhảy vượt bậc thay thế cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất. Với hai kỹ thuật đó điểm chung đều nhằm vào các dịch vụ thoại- dịch vụ mà phổ biến nhất lúc bấy giờ. Hình 1-1. Lộ trình phát triển của hệ thống TTDĐ từ thế hệ thứ hai đến thế hệ thư ba Ngày nay, cùng với sự bủng nổ của Internet và sự gia tăng nhu cầu trong việc sử dụng các kỹ thuật dịch vụ mới, đặc biệt là dịch vụ truyền thông số liệu tốc độ cao, các dịch vụ Video-giải trí,… đòi hỏi các nhà khai thác mạng cung cấp rất nhiều tính năng mới cho mạng và các dịch vụ giá trị gia tăng trên cơ sở mạng hiện có và buộc phải triển khai mạng lên thế hệ tiếp theo là thế hệ thứ ba (3G-UMTS) mới có thể cung cấp được nhu cầu của khách hàng. Do vậy, để đáp ứng được các dịch vụ mới về truyền thông máy tính và hình ảnh, đồng thời đảm bảo tính kinh tế thì hệ thống thông tin di động thế hệ hai (PDC, GSM,IS136, IS95) sẽ từng bước chuyển đổi sang hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba WCDMA/UMTS, tuỳ theo điều kiện sẵn có của từng nhà khai thác. Hình 1-1 sẽ tổng kết quá trình phát triên của hệ thống thông tin di động từ thế hệ thứ hai đến thế hệ thứ ba sử dụng các công nghệ khác nhau. Phân bổ tần số cho ITM-2000 Phân bổ tần số là một tài nguyên quý báu của mỗi quốc gia, là tư liệu sản xuất quan trọng của các nhà khai thác vô tuyến. Việc phân bổ tần số cho các hệ thống thông tin di động là việc làm cần thiết với mục tiêu quan trọng là hạn chế ảnh hưởng lẫn nhau của các hệ thống vô tuyến nói chung và các hệ thống thông tin di động nói riêng. Hình 1-2. Phân bổ phổ tần ở WRC-92 cho IMT-2000 Việc phân bổ tần số cho các hệ thống IMT-2000 được công bố tại các kỳ hội nghị WRC (World Radio Conference). WCR-92 được tổ vào 02/1992 tại Malaga xác định dải tần là 1885 – 2025MHz và 2110 – 2200 MHz dành cho các hệ thống IMT-2000. Phân bổ phổ tần ở WRC-92 cho IMT-2000 được cho ở hình 1-2. WRC-2000 xử lý các vấn đề phổ tần để ứng dụng cho các thông tin di động tiên tiến trong khuôn khổ IMT-2000 với mục tiêu xác định các băng thông bổ xung có thể thoả mãn nhu cầu vào khoảng thời gian 2005-2010. Phân bổ phổ tần ở WRC-99 cho IMT-2000 được cho ở hình 1-3. Hình 1-3. Phân bổ phổ tần ở WRC-2000 cho IMT-2000 Cấu trúc của hệ thống UMTS Hệ thống UMTS được phát triển cho các nước sử dụng hệ thống thông tin di động thế hệ hai là GSM vốn chiếm hớn 65% thị phần thuê bao di động trên thế giới. Mục tiêu ban đầu hệ thống UMTS không phải tương thích với hệ thống GSM nhưng phần mạng lõi của hệ thống UMTS lại được phát triển theo hướng tận dụng lại tối đa thiết bị của hệ thống GSM. UMTS nhận được sự ủng hộ lớn nhất trước hết nhờ tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt là các dịch vụ tốc độ bit thấp và trung bình. Với những tính năng trên, hệ thống UMTS mang lại những ưu điểm sau: Cải thiện những hệ thống thông tin di động hiện tại: cải thiện dung lượng, cải thiện vùng phủ sóng. Đem lại tính linh hoạt cao trong việc cung cấp dịch vụ. Thực hiện truy nhập gói hiệu và tin cậy Mang lại tính linh hoạt cao trong vận hành: hỗ trợ hoạt động không đồng bộ giữa các trạm gốc nên triển khai thuận lợi trong nhiều môi trường. Hệ thống UMTS được sử dụng hai giải pháp là FDD và TDD. Trong đó FDD sử dụng công nghệ WCDMA, còn TDD sử dụng công nghệ TD/CDMA. Tuy vậy, giải pháp FDD được phát triển rộng rãi hơn vì có nhiều ưu điểm đặc biệt trong việc sử dụng băng tần đối xứng. Còn giải pháp TDD chủ yếu dùng cho các ô quy mô nhỏ như ô micro hay ô picro. Cấu trúc của hệ thống Phần này, sẽ xét tổng quan về cấu trúc của hệ thống UMTS. Cấu trúc của hệ thống UMTS bao gồm các phần mạng logic và các giao diện. Hệ thống này gồm có nhiều phần tử, mỗi phần tử có chức năng khác nhau. Các phần tử của hệ thống UMTS có thể phân chia như chỉ ra ở hình 1-4. Trong các phần tử của mạng UMTS, một số phần tử về cơ bản có chức năng giống như trong hệ thống GSM. Các phần tử còn lại có chức năng như sau: USIM: Môđun nhận dạng thuê bao UMTS, tương tự như thẻ SIM trong mạng GSM. ME: Thiết bị di động, chính là phần máy di động không kể USIM. UE: Thiết bị người sử dụng, tương tự như MS trong mạng GSM. Node B: Trạm gốc trong UMTS, tương tự BTS trong hệ thống GSM. Node B và Iub, nó cũng tham gia vào việc quản lý các tài nguyên vô tuyến. RNC: Bộ điều khiển mạng vô tuyến, chức năng tương tự như BSC trong mạng GSM. SGSN: Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS, có chức năng tương tự như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho phần dịch vụ chuyển mạch gói. GGSN: Nút hỗ trợ cổng GPRS, có chức năng giống như GMSC nhưng liên quan đến các dịch vụ PS. Hình 1-4. Các phần tử của mạng UMTS mặt đất. 1.5.2.Mạng truy nhập vố tuyến UTRAN Cấu trúc của UTRAN được trình bày như hình vẽ: Hình 1-5. Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN bao gồm một hay nhiều hệ thống con mạng vô truyến RNS (Radio Network Subsystem). Mỗi RNS là một mạng con trong UTRAN bao gồm một bộ điều khiển RNC và các Node B. Các RNC có thể được kết nối qua giao diện Iur, các RNC và Node B được kết nối qua giao diện Iub. Các tính năng chủ yếu của UTRAN gồm: Hỗ trợ các chức năng ở mạng vô tuyến: Hai yêu cầu quan trọng nhất là khả năng hỗ trợ chuyển giao mềm và các thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến đặc thù. Xử lý số liệu PS và CS: Sử dụng một ngăn xếp giao thức duy nhất ở giao diện vô tuyến để xử lý cả hai loại số liệu chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Chế độ chuyển tải: Sử dụng ATM là chế độ chuyển tải chính ở UTRAN Còn hai phần tử chính của mạng UTRAN là Node B và RNC có chức năng như sau: Node B: Chức năng chính của Node B là xử lý lớp vật lý (L1) ở giao diện vô tuyến như mã hoa kênh, đan xen, trải phổ, điều chế,…Nó cũng thực hiện một chức năng tài nguyên vô tuyến như điều khiển công suất vòng trong… RNC: Trong trường hợp Node B chỉ có một kết nối với mạng thì RNC chịu trách nhiệm điều khiển Node B được gọi là CRNC (Controlling RNC). Ngược lại, khi Node B có hơn một kết nối mạng thì các RNC được chia thành hai loại khác nhau theo vai trò logic của chúng. RNC phục vụ (Serving RNC): Đây là RNC kết nối cả đường lưu lượng và báo hiệu RANAP với mạng lõi. SRNC cũng kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến vô tuyến giữa UE và UTRAN, xủ lý số liệu lớp 2 (L2) từ/tới giao diện vô tuyến. SRNC của Node B này cũng có thể lả CRNC của một Node B khác. RNC trôi (Drift RNC): Đây là RNC bất kỳ khác với SRNC, để điều khiển các ô được MS sử dụng. Khi cần, DRNC có thể thực hiện kết hợp và phân chia ở phân tập vĩ mô. DRNC không thực hiện xử lý ở lớp 2 (L2) đối số liệu từ/tới giao diện vô tuyến mà chỉ định tuyến số liệu một cách trong suốt giữa các giao diện Iub và Iur. Một UE có thể không có hoặc có một hay nhiều DRNC. 1.5.3.Mạng lõi và các phát hành của 3GPP. Phát hành của hệ thống UMTS không được phát hành hàng năm như hệ thống GSM. Phát hành đầu tiên của hệ thống UMTS là 3GPP Release 1999, sau đó là phát hành 3GPP Release 2000 được chia thành 3GPP Release 4 và 3GPP Release 5. 3GPP Release 1999: Đây có thể nói là tập tiêu chuẩn đầu tiên cho hệ thống UMTS được đưa ra cuối năm 1999. Mạng lõi trong phát hành này không khác biệt lớn so với mạng lõi ở hệ thống GSM. 3GPP Release 2000: Phát hành này rất khác biết so với phát hành trước vì phát hành này nhằm đề cập đến kiến trúc mạng UMTS hoàn toàn dựa trên nền IP với công nghệ chuyển mạch gói. Có thể nói mạng này đơn giản hơn là mạng All IP. 3GPP Release 2000 gồm hai phát hành: 3GPP Release 4: Đây là tập tiêu chuẩn thứ hai được ra vào tháng 03 năm 2001. Kiến trúc phát hành này là kiến trúc mạng phân bố, xây dựng hoàn toàn trên nền tảng giao thức IP. 3GPP Release 5: Đây là một tập tiêu chuẩn mà được đưa ra vào tháng 03 năm 2002. Tập tiêu chuẩn này là mạng đa phương tiện IP với mạng báo hiệu và điều khiển đều được xây dựng trên giao thức IP. Kiến trúc mạng UMTS ở 3GPP Release 1999 Kiến trúc mạng ở 3GPP Release 99 được thể hiện như hình vẽ: Hình 1-6. Kiến trúc mạng UMTS ở 3GPP Release 1999 Từ hình vẽ 1.6 ta thấy kiến trúc mạng 3G Rel99 cũng không khác gì nhiều so với kiến trúc mạng GSM, nhưng trong kiến trúc mạng này ta có thể thấy được là nó có hỗ trợ thêm các node là: SGSN, GGSN và GMSC,…Cụ thể như sau: Mạng lõi gồm các MSC, SGSN,GGSN,GMSC và các phần tử khác chứa các cơ sở dữ liệu cần thiết của mạng thông tin di động như: HLR,AUC, VLR,..Còn mạng truy nhập vô tuyến UTRAN thì ta có thể xem trong hai khía cạnh tức là giai đoạn đầu ta vừa triển khai mạng 3G, còn hệ thống GSM sẽ vẫn còn tồn tại. Vậy ta thấy được cả hai bộ phận bao gồm: RNC và BSC. Các giao diện mạng UTRAN của phát hành này đều xây dựng trên cơ sở ATM, còn giao diện giữa SGSN và GGSN là sử dụng giao thức IP và báo hiệu số 7 (SS7) cũng sử dụng trong của các bộ phận khác. 1.5.3.2.Kiến trúc mạng 3GPP Release 4 Điểm khác biệt chủ yếu của phát hành 3GPP Release 4 so với phát hành 3GPP Release 99 là mạng lõi trong phát hành 3GPP Release 4 sử dụng kiến trúc phân bố. Hình 1-7. Kiến trúc mạng UMTS ở 3GPP Release 4 Trong kiến trúc phân bố ở phát hành này, phần báo hiệu và lưu lượng của chuyển mạch kênh được tách hai tuyến riêng biệt. Phần chuyển mạch kênh giống như trong phân hành 3GPP Release 99. Các phần tử MSC và GMSC được tách thành hai thành phần sau: MSC: Được chia thành các thành phần sau: MSC Server: Chứa tất cả các phần mềm điều khiển cuộc gọi và quản lý di động có ở một MSC tiêu chuẩn. MSC và GMSC kết nối với MGW bằng giao thức MEGACO và với GSMC bằng giao thức BICC. MGW (Cổng đa phương tiện): Chứa ma trận chuyển mạch hoạt động dưới sự diều khiển của phần mềm tại MSC Server (Softswich). Việc tách MSC thành hai thành phần còn cho phép chuyển đổi tốc độ sang 64 Kbps chỉ cần thực hiện ở giao diện MGW với mạng ngoài mà không cần thực hiện trong mạng lõi của UMTS. GMSC: Thành phần này cũng được chia thành hai thành phần là GMSC Server và MGW, GMSC Server có chức năng tương tự như MSC Server Như vậy, ta có thể nói rằng trong phát hành này tồn tại hai đương trục cả chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Ngoài ra trong môi trường mạng lõi thì đều sử dụng giao thức IP và ATM, và trong đó UMTS được sử dụng báo hiệu số 7 (SS7). 1.5.3.3.Kiến trúc mạng ở 3 GPP Release 5. Kiến trúc mạng ở 3GPP Release 5 là kiến trúc mạng đa phương tiện IP. Điểm nổi bật nhất trong kiến trúc này là sự hội tụ toàn diện của tiếng và số liệu: cả tiếng và số liệu được xử lý giống nhau trên toàn bộ đường truyền từ đầu cuối tới đầu cuối. Kiến trúc mạng 3GPP Release 5 như hình vẽ 1.8. Chức năng của một số phần tử như: CSCF: Quản lý việc thiết lập, duy trì và giải phóng các phiên đa phương tiện đến và từ người sử dụng. SGSN/GGSN: Có chức năng hỗ trợ cả dịch vụ dữ liệu chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. MRF: Thực hiện chức năng lập cầu hội nghị nhằm hỗ trợ các chức năng như tổ chức cuộc gọi nhiều phía và dịch vụ hội nghị. MGCF: Điều khiển các cổng đa phương tiện MGW. Hình 1-8. Kiến trúc mạng đa phương tiện IP của 3GPP Release 5 Chương II Phương pháp quy hoạch mạng UMTS Mở đầu Trong chương trước ta đã tổng quát chung về đặc điểm của hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS. Việc xem xét đó làm cơ sở để phân tích quy hoạch hệ thống. Trong chương này ta sẽ nghiên cứu việc quy hoạch và thiết kế mạng UMTS, bao gồm định gỡ, quy hoạch chi tiết vùng phủ, tối ưu hoá mạng. Quá trình quy hoạch mạng UMTS được cho ở hình 2-1. Hình 2-1. Quá trình quy hoạch và triển khai mạng UMTS Quy hoạch mạng được tiến hành trên cơ sở yêu cầu của thông số được thiết lập. Công việc quy hoạch mạng có thể chia thành hai công việc chính là: quy hoạch mạng vô tuyến và quy hoạch mạng lõi. Quy hoạch mạng vô tuyến là công việc phức tạp nhất, công việc này bao gồm: định kích cỡ, quy hoạch lưu lượng và vùng phủ, tối ưu hoá mạng. ở giai đoạn định kích cỡ sẽ đưa ra kích cỡ số đài trạm gốc, cấu hình các trạm gốc và các phần tử khác trên cơ sở các yêu cầu của nhà khai thác và truyền sóng trong vùng. Định cỡ phải thực hiện được các yêu cầu của nhà khai thác về vùng phủ, dung lượng và chất lượng phục vụ. Dung lượng và vùng phủ liên quan chặt chẽ với nhau ở trong mạng di động. Vì vậy phải xem xét đồng thời khi định kích cỡ mạng. Quy hoạch mạng vô tuyến được thực hiện kết hợp với công cụ phần mềm quy hoạch UMTS. Tuy nhiên mạng UMTS là một hệ thống bị giới hạn bởi nhiễu nên các vấn đề nhiễu cũng cần được xem xét khi quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến. Khi mạng đi vào hoạt động, có thể quan sát hiệu năng của hệ thống qua việc đo các thông số và kết quả của các thông số đó sẽ được sử dụng để hiển thị và tối ưu hoá hiệu năng mạng. Qúa trình quy hoạch và tối ưu hoá mạng có thể thực hiện một cách tự động bằng cách sử dụng các công cụ thông minh và các phần tử mạng. Thông thường trong giai đoạn triển khai ta thấy không thể tối ưu khi triển khai hệ thống giống như quy hoạch mạng. Có rất nhiều nguyên nhân buộc ta phải thay đổi quy hoạch như: không thể đặt Node B đúng vị trí quy hoạch, nảy sinh các vấn đề về vùng phủ và chất lượng khi kết nối và tối ưu v.v… Cuối cùng cần phản hồi kết quả thống kê và đo đạc trong qúa trình khai thác mạng liên quan đến điều chỉnh quy hoạch, mở rộng vùng phủ, dung lượng và nhu cầu dịch vụ trên cơ sở thực tế so với nhóm kỹ thuật chịu trách nhiệm thiết kế. 2.1. Dự báo Dự báo là bước đầu tiên và quan trọng trong quá trình quy hoạch và triển khai thành công một hệ thống thông tin di động. Những dự báo là nhu cầu là đầu vào thiết yếu để xây dựng cấu hình mạng viễn thông trong tương lai, tính toán kế hoạch thiết bị và dự toán nhu cầu đầu tư. Tuỳ theo việc quy hoạch mạng là mới hay là phát triển từ nền tảng mạng hiện có mà dự báo có thể thực hiện khác nhau. Dự báo có thể chia thành hai dự báo là: dự báo nhu cầu dịch vụ/thuê bao và dự báo lưu lượng. 2.1.1. Dự báo nhu cầu dịch vụ/thuê bao. Mục tiêu chính của dư báo này là đánh giá tổng số thuê bao trong thị trường cần phục vụ. Việc đánh giá có thể thực hiện theo nhiều cách khác nhau có thể là theo từng tháng hoặc ba tháng - sáu tháng hoặc có thể là một năm để thấy được xu thế phát triển của thuê bao để tính toán dự phòng hợp lý cho sự phát triển mạng trong tương lai. Nhưng riêng đối với mạng UMTS, ta thấy được ngay là mạng có khả năng cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau dành cho các đối tượng khác nhau nên việc dự báo có thể tiến hành riêng từng loại dịch vụ sử dụng khác nhau. Chẳng hạn nhà khai thác mạng có thể chọn cung cấp tổ hợp các dịch vụ nào đó chỉ gồm tiếng, tiếng và số liệu hoăc chỉ số liệu. Ngoài ra, dự báo nhu cầu dịch vụ phải xác định được mục tiêu của dự báo tức là các nhu cầu của dân cư, nhu cầu của các cơ quan, vùng mục tiêu cần dự báo có thể là nội tỉnh hay ngoại tỉnh, khuôn khổ dự báo có thể là 5 năm, 10 năm hay 15 năm,…Bên cạnh đó, dự báo nhu cầu dịch vụ cũng cần phải xác định được các số liệu cần thu thập, các số liệu đó có thể bao gồm: mật độ điện thoại, số dân cư, số cơ quan, mức GDP/người, tốc độ tăng trưởng kinh tế,…… 2.1.2. Dự báo lưu lượng. Việc quy hoạch mạng phải dựa trên nhu cầu về lưu lượng. Dự báo lưu lượng là bước đầu tiên cần thực hiện trong quá trình quy hoạch mạng. Dự báo lưu lượng có thể thực hiện trên cơ sở xu thế phát triển lưu lượng của các mạng đã được khai thác. Trong trường hợp mạng được khai thác lần đầu, việc dự báo lưu lượng phải dựa trên các yếu tố như: sự phát triển kinh tế xã hội, thu nhập trung bình trên đầu người, mật độ dịch vụ thoại di động (thế hệ hai), sự sử dụng Internet trung bình và các số liệu tương tự khác của thị trường cần phục vụ. Dự báo lưu lượng bao gồm dự báo sử dụng lưu lượng tiếng và lưu lượng số liệu. 2.1.2.1. Dự báo sử dụng lưu lượng tiếng. Dư báo sử dụng lưu lượng tiếng bao gồm việc đánh giá khối lượng lưu lượng tiếng do người sử dụng dịch vụ tiếng trung binh tạo ra. Dữ liệu tiếng bao gồm phân bố lưu lượng: Từ MS đến thuê bao cố định, từ MS đến MS và từ MS đến E-mail. Đối với lưu lượng cố định cần chia ra số phần trăm nội hạt và đường dài. Trong trường hợp lý tưởng, thông tin dữ liệu về sự sử dụng lưu lượng tiếng phải bao gồm số cuộc gọi trên một thuê bao trung bình ở giờ cao điểm và thời gian giữ trung bình MHT (Mean Hold Time) trên cuộc gọi. Trong trường hợp bộ phận tiếp thị chỉ cung cấp thông tin về số phút sử dụng MoU trên thuê bao đối với mỗi cuộc gọi thì bộ phận thiết kế cần quy đổi thành sự sử dụng trong giờ cao điểm (Busy Hour) theo công thức: Sự sử dụng trong giờ cao điểm/thuê bao = (MoU/tháng) x (% ngày làm việc) x (%trong giờ cao điểm)/ (số ngày làm việc/tháng). Nhân kết quả này với tổng số thuê bao sẽ thu được tổng nhu cầu Erlang trong giờ cao điểm. Đó là một yêu cầu rất quan trọng trong quá trình định cỡ mạng. Ngoài ra, một số phần tử bị giới hạn bởi quá trình thiết lập cuộc gọi nên cũng cần xác định tổng số trong các lần thử gọi. Giả thiết rằng các cuộc gọi đều hoàn thành thì số lần thử gọi trong giờ cao điểm BHCA (Busy Hour Call Attempt) xác định như sau: BHCA = (Lưu lượng tính theo Erlang) x (3600)/(MHT tính theo giây). 2.1.2.2. Dự báo sử dụng lưu lượng số liệu. Về tính chất dự báo sử dụng lưu lượng số liệu rất khác nhau so với dự báo sử dụng lưu lượng tiếng, bởi vì dự báo này phải tính đến sự khác nhau giữa các kiểu dịch vụ, giữa đường lên và đường xuống và sự khác nhau về giờ cao điểm giữa dịch vụ số liệu và dịch vụ tiếng. Kiểu dịch vụ: Ta giả sử trong trường hợp người sử dụng đồng thời sử dụng cả hai dịch vụ là trình duyệt Web và E-mail thì một khối lưu lượng sẽ kết thúc tại E-mail server của nhà khai thác trong khi một phần lưu lượng khác sẽ được gửi và nhận qua giao diện với mạng Internet. Và như vậy, việc định cỡ các giao diện với hệ thống E-mail và Internet sẽ phụ thuộc vào các khối lượng lưu lượng liên quan với dịch vụ này. Đường lên và đường xuống: Đặc trưng nhất của các dịch vụ truyền số liệu là không đối xứng, tức là sự tải lên và tải xuống khác nhau (thường tốc độ tải xuống (Download) đòi hỏi cao hơn nhiều so với tốc độ tải lên (Upload)). Thông thường tỷ lệ tải xuống và tải lên khoảng 80%/20%. Cho nên, việc tính toán sử dụng lưu lượng trong giờ cao điểm phải tính cho cả hai chiều xuống và lên khác nhau. Ngoài ra cũng cần bổ sung thêm lưu lượng cho tính cụm hay đỉnh sử dụng trong giờ cao điểm. Giờ cao điểm: Trong giờ cao điểm của cả hai dịch vụ tiếng và số liệu thường là rất khác nhau. Vì thế, nếu hai kiểu dịch vụ tiếng và số liệu này được xử lý bởi các phần tử khác nhau thì sự khác biệt trong giờ cao điểm sẽ không là vấn đề quan tâm khi định cỡ nút mạng. Nhưng trong trường hợp đối với mạng truy nhập và mạng đường trục vốn được truyền tải đồng thời cả hai loại dịch vụ đó, sự khác biệt về giờ cao điểm lúc này trở thành một vấn đề rất nghiêm trọng. Vì thế nếu chưa có đủ kinh nghiệm, tốt hơn là coi rằng giờ cao điểm sử dụng lưu lượng tiếng và số liệu như nhau. 2.1.3. Dự phòng cho tương lai. Trong thực tế cho thấy với sự phát triển nhanh của thuê bao và các dịch vụ mới đã khiến cho các nhà khai thác mạng luôn luôn phải đối mặt với những khó khăn trở ngại không nhỏ. Hịên nay trên thị trường mạng viễn thông di động Lào vẫn còn mới mẻ và giàu tiềm năng, thuê bao có thể phát triển một cách bất ngờ, vượt qua mọi con số dự báo. Vì thế, một dự báo cho tương lai không có ý nghĩa thực tiễn. Với lý do đó, việc quy hoạch hệ thống thông tin di động cho tương lai là rất cần thiết và rất quan trọng để tránh sự mở rộng thường xuyên, bởi vì dự phòng cho tương lai cho phép cung cấp lưu lượng bổ sung trong trường hợp tăng trưởng thuê bao hơn thiết kế hoặc sự thay đổi đột biến lưu lượng tại một thời điểm nhất định như là có lễ hội, hội chợ, triển lãm, hội nghị lớn,.... Tuy nhiên dự phòng tương lai như thế nào để hợp lý?. Thông thường nên quy hoạch mạng để hỗ trợ nhu cầu dự kiến từ 6 đến 12 tháng trong tương lai. Chẳng hạn ta giả sử theo dự kiến mạng sẽ đưa vào khai thác vào 1/2005, thì 12 tháng dự phòng cho tương lai nghĩa là để quy hoạch mạng ta sử dụng dự báo thuê bao và đồ án sử dụng áp dụng cho 1/2006. 2.2. Quy hoạch vùng phủ vô tuyến. Nhiệm vụ chính của việc phân tích vùng phủ là làm thế nào để xác định được: nơi nào cần được phủ sóng, các kiểu phủ sóng đối với mỗi vùng. Như minh hoạ ở hình 2-2 một vùng phủ lý tưởng sẽ bao gồm tất cả các môi trường như là: trong toà nhà (ô picro), thành phố (ô micro), ngoại ô (ô macro) và toàn cầu (ô toàn cầu). Thông thường, ta cần phủ sóng trước hết ở các khu vực quan trọng như: các khu thương mại, khu công nghiệp, các vùng có mật độ dân cư cao và các đường cao tốc chính. Vì thế cần hiểu biết rõ về vùng cần phủ sóng trên cơ sở bản đồ mật độ dân cư, phân biệt ranh giới giữa các vùng: Thành phố, ngoại ô, nông thôn, khu thương mại, nhà ở, khu công nghiệp, bãi đỗ xe,….Bàn đồ cũng có thể cung cấp thông tin hữu ích cho việc xác định kiểu môi trường, mô hình truyền sóng giúp lựa chọn thừa số hiệu chỉnh môi trường và tổn hao thâm nhập toà nhà một cách chính xác. Hình 2-2. Các kiểu môi trường phủ sóng trong hệ thống UMTS. Các mức phủ sóng khác nhau có thể áp dụng cho từng kiểu môi trường riêng biệt, chẳng hạn là: áp dụng mức phủ sóng trong nhà cho vùng thành phố và ngoại ô, mức phủ sóng trong xe ô tô cho khu vực đường cao tốc trong khi áp dụng phủ sóng ngoài trời cho khu vực như bãi đỗ xe. Đối với các hệ thống thông tin di động thế hệ ba ngoài các tiêu chí trên, ta cũng cần phải xét đến: các loại dịch vụ cần cung cấp ở vùng được xét. Chẳng hạn thuê bao cần dịch vụ số liệu tốc độ cao hay thấp hay thuê bao chỉ cần dịch vụ tiếng hay số liệu…Tất cả các vấn đề trên đều rất quan trọng. Vì thế ở hình 2-3 thể hiện vùng phủ hiệu dụng của ô chịu ảnh hưởng của tốc độ số liệu, ta thấy được ngay là tốc độ số liệu càng cao thì vùng phủ sóng càng nhỏ. Hình 2-3. Các vệt phủ của cell cho các dịch vụ khác nhau. Sau khi đã nắm được yêu cầu về vùng phủ sóng, tiếp theo ta có thể tiến hành quy hoạch vùng phủ, trong việc quy hoạch vùng phủ vô tuyến này vấn đề cần xem xét chủ yếu như sau: Lựa chọn mô hình truyền sóng. Tính toán quỹ đường truyền. Quy hoạch vị trí cell. Cụ thể ta sẽ đi từng bước như sau: 2.2.1. Mô hình truyền sóng. Sự suy hao đường truyền của thông tin vô tuyến nói chung rất ít có thể hạn chế được, nhất là ở thông tin vô tuyến điểm - điểm hoặc điểm - đa điểm, bởi vì anten thu phát đặt cao nên suy hao đường truyền rất cao. ở hệ thống thông tin di động, anten của máy di động thường ở gần mặt đất nên suy hao truyền sóng tỷ lệ với lỹ thừa bậc n (n>2) của khoảng cách truyền sóng. Để có thể tính toán cụ thể đại lượng này, người ta đưa ra một số mô hình truyền sóng khác nhau, mỗi mô hình này đều mang tính thử nghiệm vì là đặc điểm truyền sóng không ổn định. Hình 2-4 là một ví dụ mô hình truyền sóng. Có rất nhiều mô hình truyền sóng thực hiện đã được xây dựng cho nghiên cứu tổn hao truyền sóng ngoài trời như các mô hình: Hata, Costa231,Walfish/Ikegami, Quick, Carey, Longley-Rice, Lee,….. nhưng phổ biến nhất là hai mô hình Hata (hay còn gọi là Okumura-Hata) và Walfish/lkegami. Mỗi mô hình có những độ phức tạp khác nhau và phù hợp với những điều kiện khác nhau ở các dải tần số khác nhau. Đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3 mô hình phù hợp nhất là Cost231 với dải tần 2 MHz. Hình 2-4. Các mô hình truyền sóng Các mô hình trong nhà phải tính đến tổn hao thâm nhập toà nhà đối với các kiểu toà nhà khác nhau cũng như đối với các tầng khác nhau. Ngoài ra, máy di động sử dụng trong nhà sẽ bị fading nhiều tia đối với các đường truyền bị chướng ngại vật fading Rician đối với các tia thuộc tầm nhìn thẳng. Fading nhiều tia là fading ngắn hạn gây ra do các tín hiệu hữu ích. Khác với fading Rician vì nó xảy ra do sự kết hợp đường truyền LOS (Line of sight) mạnh với đường truyền mặt đất và nhiễu đường truyền phản xạ yếu. Đường truyền LOS ở tầng cao có thể tạo ra tín hiệu mạnh hơn tín hiệu ở ngoài tường nhà. 1.) Một số mô hình thực nghiệm. a.) Mô hình Hata-Okumura. Mô hình Hata là một mô hình mang tính thực nghiệm, mô hình này cho phép sử dụng các kết quả vào các công cụ tính toán. Trong bài báo cáo của Okumura bao gồm rất nhiều các lưu đồ các bài toán được sử dụng để lập mô hình thông tin vô tuyến. Dưới đây là một số các biểu thức toán học được sử dụng trong mô hình Hata để xác định tổn hao trung bình L sau: Vùng thành phố: Lp = 69,55 + 26,16lgfc - 13,82lghb - a(hm) + (44,9 - 6,55lghb)lgR [dB] (2.1) Trong đó: fc: Tần số sóng mang (MHz). Lp: Tổn hao trung bình (dB). hb: Độ cao anten của trạm gốc (m). a(hm): Hệ số điều chỉnh cho độ cao của anten của trạm di động (dB). R: Khoảng cách giữa anten của trạm di động MS và anten của trạm gốc (Km). Dải thông số áp dụng cho mô hình Hata như sau: 150 fc<2500 MHz 30 hb 200m 1 hm 10m 1R20Km Trong đó a(hm) được tính như sau: Đối với thành phố vừa và nhỏ: a(hm) = (1,11gfc - 0,7)hm - (1,56lgfc - 0,8) [dB]. (2.2) Đối với thành phố lớn: a(hm) = 8,29(lg1,54hm)2 - 1,1[dB]. fc 200MHz (2.3) hay a(hm) = 3,2(lg11,75hm)2 - 4,97[dB]. fc 400MHz (2.4) Vùng ngoại ô: Lp = Lp (thành phố) - 2 {lg(fc/28 )2 - 5,4} [dB] Vùng nông thôn (thông thoáng): Lp = Lp(thành phố) - 4,78(lgfc)2 + 18,33lgfc - 40,49 [dB] Trong mô hình Hata không xét đến mọi hiệu chỉnh cho đường truyền cụ thể được sử dụng trong mô hình Okumura. Sắp tới mô hình này có khuynh hướng trung bình hoá một số trạng thái cực điểm và không đáp ứng nhanh sự thay đổi của mặt cắt đường truyền vô tuyến. Mô hình Okumura chỉ tập trung chủ yếu đối với vùng dân cư thành phố lớn, ngoài ra mô hình này còn yêu cầu việc thiết kế là chính, đặc biệt khi mà lựa chọn các yếu tố môi trường làm sao cho phù hợp nhất. b.) Mô hình Walfisch - Ikegami Mô hình Walfisch – Ikegami được sử dụng để thực hiện việc đánh giá sự tổn hao đường truyển cho thông tin di động tổ ong ở môi trường thành phố lớn trong khoảng dải tần 800 - 2000MHz. Hiện nay mô hình này được sử dụng cho hệ thống di động GSM ở Châu Âu và một số vùng ở Mỹ. Trong mô hình này có ba phần tử chính là: tổn hao không gian tự do, nhiễu xạ mãi nhà- đường phố và tổn hao tán xạ. Lp = Lr + Ln +Lt Hay Lp = Lr khi Ln + Lt 0 (2.5) Trong đó: Lf: Tổn hao không gian tự do. Ln: Nhiễu xạ mái nhà - đường phố và tổn hao tán xạ. Lt : Tổn hao các vật che chắn. Tổn hao không gian tự do được xác như định sau: Lf = 32,4 + 20lgR + 20lgfc [dB] Nhiễu xạ mái nhà - đường phố và tổn hao tán xạ được xác định như sau: Ln = -16,7 - 10lgW + 10lgfc +20lghm + L0 [dB] Trong đó: W: là độ rộng đường phố (m) hm = hr - hm (m) L0 = -9,646 [dB] 0550 (là góc đến so với trục phố). L0 = 2,5 + 0,075(-55) [dB] 550900 Tổn hao các vật che chắn được xác định như sau: Lt = Lb + Ka + KdlgR - 9lgb (2.6) Trong đó: b: là khoảng cách h giữa các toà nhà dọc theo đường truyền vô tuyến (m) Lb = -18lg11 + hb hb>hr Lb = 0 hb<hr Ka = 54 hb>hr Ka = 54 - 0,8hb R500m hbhr Ka = 54 - 1,6hmR R<500m hbhr Kd = 18 hb > hr Kd = 18 - 15hb/ hm hbhr Kr = 4 + 0,7(fc/925 - 1) đối với thành phố trung bình và vùng ngoại ô có mật độ dân cư trung bình. Kr = 4 + 1,5(fc/925 - 1) đối với trung tâm thành phố. Dải thông số cho mô hình Walfisch-Ikegami: 800fc<2000MHz 4hb 50m 1hm 3m 0,02R5Km Từ những biểu thức toán học trên của hai mô hình ta thấy rất rõ là tổn hao đường truyền dự đoán theo mô hình Walfisch-Ikegami cao hơn so với mô hình Hata. c.) Mô hình IMT-2000. Vì hệ thống IMT-2000 sẽ trở thành tiêu chuẩn toàn cầu nên các mô hình được đề xuất để đánh giá các công nghệ truyền dẫn sẽ phải xem xét đến các đặc tính của các môi trường như: thành phố lớn, thành phố nhỏ, vùng ngoại ô, vùng nông thôn, vùng xa mạc, vùng nhiệt đới….. Các thông số chính của môi trưòng gồm có: Trễ truyền lan, cấu trúc của nó và các thay đổi của nó. Quy tắc tổn hao địa lý và tổn hao đường truyền bổ sung. Fading che tối. Các đặc tính của fading nhiều đường cho hình bao của các kênh. Tần số công tác vô tuyến. Mô hình ITM-2000 có các kiểu mô hình sau: Mô hình môi trường trong nhà. Trong mô hình này được đặc trưng bởi các ô nhỏ và công suất phát thấp. Trạm gốc và người đi bộ đều ở trong nhà. Trễ truyền lan trung bình quân phương nằm trong khoảng từ 35 đến 460 ns. Quy tắc tổn hao thay đổi vì sự phân tán và suy hao do tường, tầng và các cấu trúc kim loại như: các vách ngăn và các tủ tài liệu. Các vật này gây ra ảnh hưởng che tối. Che tối này có thể tuân theo luật Log chuẩn với độ dịch chuẩn là 12dB. Các đặc tính fading thay đổi từ Rician đến Rayleigh với dịch tần Doppler phụ thuộc vào tốc độ của người đi bộ. Tổn hao truyền sóng cho mô hình trong nhà được biểu diễn theo biểu thức sau: Lp = 37 + 30lgR + 18,3F[(F+2)/(F+1) - 0,46] [dB] (2.6) Trong đó: + R là khoảng cách giữa máy phát và máy thu (m). + F là số tầng trên đường truyền. Mô hình môi trường trong và ngoài nhà và vỉa hè. Mô hình môi trường trong và ngoài nhà và vỉa hè này được đặc trưng bởi các ô nhỏ và công suất thấp. Các trạm gốc với anten thấp được đặt ngoài trời, người đi bộ có thể đi trong nhà hoặc đi bộ ngoài phố. Trễ truyền lan trung bình quân phương thay đổi từ 100 đến 1800 ns. Quy tắc tổn hao địa lý R-4 được áp dụng. Nếu đường lan có tầm nhìn thẳng trên phố dạng hẻm núi thì tổn hao đường truyền tuân theo quy tắc R-2 khi tồn tại khoảng hở của vùng Fressnel. Đối với vùng có khoảng cách hở Fressnel lâu thì lại áp dụng quy tắc R-4 nhưng cũng có thể là R-6 do các cây cối và các cọc chắn dọc đường truyền. Fading che tối tuân theo luật Log chuẩn với độ lệch chuẩn là 10dB cho ngoài trời và 12 dB cho trong nhà. Tổn hao thâm nhập toà nhà trung bình 18dB với lệch chuẩn 10dB. Tốc độ fading Rayleigh và fading Rician thường phụ thuộc vào tốc độ người đi bộ, nhưng đôi khi xảy ra fading nhanh hơn do các xe chuyển động. Tổn hao cho mô hình môi trường này được tính theo phương trình sau: Lp = 40lgR + 30lgfc + 49 [dB] Trong đó: + R là khoảng cách giữa máy phát và thu (m). + fc là tần sô sóng mang (MHz). Ta thấy rằng mô hình này chỉ đúng trong trường hợp không có tầm nhìn thẳng và mô tả truyền sóng tốt nhất với fading che tối chuẩn có độ lệch chuẩn là 10dB. Tổn hao thâm nhập toà nhà trung bình 18dB với lệch chuẩn 10dB. Mô hình môi trường xe cộ. Mô hình môi trường xe cộ gồm các ô lớn và công suất phát cao. Trễ trung bình quân phương từ 0,4ms đến khoảng 12ms có thể xảy ra ở các lộ đường dốc ở vùng núi đồi. Quy tắc tổn hao địa lý R-4 và fading che tối lô ga rit chuẩn với lệch chuẩn 10 dB được sử dụng ở các vùng thành phố và ngoại ô. Tổn hao truy nhập toà nhà trung bình 1dB với lệch chuẩn 10dB. Tại các vùng nông thôn có địa hình phẳng tổn hao đường truyền thấp hơn so với các vùng thành phố và ngoại ô. Với các vùng núi đồi, nếu có thể tránh được che chắn đường truyền bằng cách đặt các trạm gốc, thì tổn hao gần với R-2. Tốc độ fading Rayleigh phụ thuộc vào tốc độ xe. Tốc độ fading thấp phù hợp cho các ứng dụng sử dụng các đầu cuối cố định. Mô hình được sử dụng cho môi trường này là: Lp = 40(1-4x10-2hb)lgR-(18lghb) + 80 [dB] (2.7) Trong đó: + R là khoảng cách giữa BS và MS. + fc là tần số sóng mang (MHz). + hb là độ cao của anten BS so với mức trung bình của mái nhà. 2.2.2. Quỹ đường truyền. Tính quỹ đường truyền là cân đối toàn bộ công suất phát cũng như khuyếch đại của các phần tử trên đường truyền với tổn hao gây ra do các phần tử trên đường truyền cùng với dự trữ fading đường truyền để nhận được công suất thu tại máy thu. Công suất này phải đủ lớn để đảm bảo tỷ số tính hiệu trên tạp âm yêu cầu ở phía máy thu và để có thể khôi phục lại thông tin với chất lượng yêu cầu. Tổn hao cực đại đáp ứng điều kiện này được gọi là tổn hao cực đại cho phép. Tổn hao cực đại cho phép xác định ở các đường xuống và đường lên. Giá trị nhỏ hơn trong hai kết quả đó được gọi là giới hạn vùng phủ của ô và dịch vụ. Khi tính toán quỹ đường truyền ở hệ thống UMTS cần lưu ý các thông số quan trọng sau đây: Dự trữ nhiễu (Interference Margin): Vì hệ số tải khác nhau sẽ tác động khác nhau lên vùng phủ sóng: Hệ số tải càng lớn thì nhiễu đồng kênh càng lớn tức là càng cần có dự trữ nhiễu lớn ở đường lên và cần thu hẹp vùng phủ. Đối với trường hợp bị giới hạn bởi vùng phủ cần đề xuất dự trữ nhiễu nhỏ, và ngược lại, dự trữ nhiễu lớn cho trường hợp bị hạn chế bởi dung lượng. Dự trữ fading nhanh (fast fading margin): Để duy trì điều kiện công suất nhanh vòng kín cần một lượng dự trữ fading nhất định ở công suất phát của máy di động. Dự trữ fading nhanh điển hình 2,0-5,0dB cho các MS chuyển động chậm. Độ lợi chuyển giao mềm (soft handover gain): Chuyển giao mềm hay cứng đảm bảo độ lợi để chống fading bằng cách giảm dự trữ fading chuẩn log (fading do che tối). Lý do là, fading chậm thường không tương quan giữa các trạm gốc nên máy di động có thể chọn được trạm gốc tốt hơn nhờ thực hiện chuyển giao. Chuyển giao mềm cung cấp độ lợi phân tập vĩ mô bổ xung để chống lại fading nhanh bằng cách giảm tỷ số Eb/N0 liên quan đến một đường truyền đơn nhờ việc kết hợp phân tập vĩ mô. Độ lợi chuyển giao mềm được coi bằng 2dB hoặc 3dB. Dự trữ fading chuẩn log phụ thuộc vào mức độ yêu cầu độ tin cậy vùng phủ của ô (xác suất phủ sóng). Do những đặc điểm khác nhau, quỹ đường truyền cần được tính riêng cho cả đường xuống và đường lên cũng như cho các tốc độ khác nhau để xác định tổn hao cực đại cho phép mỗi đường, từ đó căn cứ vào mô hình truyền sóng sẽ tính được bán kính phủ sóng tương ứng đối với mỗi loại hình dịch vụ. 2.2.2.1. Quỹ đường lên. Tổng công suất tập âm nhiệt được tính theo công thức sau: NT = (NxNF) [dB] = 10lg(290x1,38.10 -23) + NF + 30 + 10lgBw [dBm/Hz] (2.8) Trong đó: + N là tạp âm nhiệt đầu vào máy thu. + NF là hệ số tạp âm của máy thu. + Bw độ rộng kênh bằng tốc độ trải phổ Độ nhạy cần thiết của máy thu để đảm bảo tỷ số (Eb/N0)req được xác định như sau: Pmin / (NT+1) = (1/GP)x[Eb/(NT0+I0)req] = (1/GP)x[Eb/(N’T0)req] (2.9) Trong đó: + Pmin là độ nhảy của máy thu cần thiết để đảm bảo tỷ số (Eb/N0)req theo yêu cầu. + GP là độ lợi xử lý. + NT0 là mật độ tạp âm nhiệt. + I0 là nhiễu từ nhiều người sử dụng khác. Xét ở khía cạnh khác, tức là nếu ta tính theo dB ta có: Pmin [dB] = (NT + I)[dBm] - GP[dB] + (Eb/(N’T0)req) [dB] (2.10) (NT +I)[dBm] = NT[dB] + MT[dB] (2.11) Trong đó: + MT là dự trữ nhiễu giao thoa của các người sử dụng khác. Tổn hao cực đại cho phép đường lên được tính theo công thức sau: LMax = EIRPm - Pm + GP - Lf - Lpenet - Mf-F - Ml-F + GHO (2.12) Trong đó: + EIRPm = PTxm - Lfm - Lb + Lb + Gm : là công suất phát xạ hiệu dụng của máy di động. + PTxm là công suất phát xạ của MS. + Lfm là tổn hao phi đơ. + Lb là tổn hao cơ thể. + Gm là hệ số khuyếch đại của anten MS. + Gb,Lf là hệ số khuyếch đại và tổn hao phi đơ, connector của BTS + Lpenet là tổn hao thâm nhập. + GHO là độ lợi chuyển giao mềm. + Mf-F, Ml-p là dự trữ fading nhanh và chuẩn log. Dưới đây ta sẽ xét ba thí dụ về quỹ đường truyền cho các dịch vụ UMTS: dịch vụ thoại 12,2 kbps sử dụng condec tiếng AMR, dịch vụ số liệu thời gian thực 144kbps và dịch vụ số liệu phi thời gian thực 384kbps, ở môi trường Macro tại tăng tạp âm đường lên quy hoạch 3dB. Dự trữ nhiễu 3dB dành cho tăng tạp âm đường lên. Các giá trị cho trước được dùng để tính toán quỹ đường truyền được cho ở bảng 2.1 và 2.2. Bảng 2.1 Các thông số cho trạm di động MS. Thông số Đầu cuối thoại Đầu cuối số liệu Công suất phát cực đại 21 dB 24 dB Hệ số khuếch đại anten 0 dB 2 dBi Tổn hao cơ thể 3 dB 0 dB Bảng 2.2 Các thông số cho trạmgốc BS Hệ số tạp âm 5,0 dB Hệ số khuếch đại anten 18 dBi ( cấu hình 3 secter) Yêu cầu Eb/N0:- Thoại: - Dịch vụ số liệu tốc độ 144kbps thời gian thực: - Dịch vụ số liệu tốc độ 384kbps phi thời gian thực: 5,0 dB 1,5 dB 1,0 dB Tổn hao cáp 2,0 dB Quỹ đường truyền ở bảng 2.3 được tính toán cho dịch vụ tiếng 12,2 kbps đối với người đi xe ô tô, bao gồm cả tổn hao trong ô tô là 8,0 dB. Trong trường hợp này không có dự trữ fading nhanh vì tại tốc độ 120 km/h điều khiển công suất nhanh không bù trừ được fading. Eb/N’0 yêu cầu được coi bằng 5.0 dB. Yêu cầu Eb/N’0 phụ thuộc vào tốc độ bít, dịch vụ, đặc điểm của tuyến đa đường truyền, tốc độ máy di động, thuật toán thu và cấu trúc anten tram BS. Đối với các tốc độ thấp, Eb/N’0 yêu cầu thấp, nhưng mặt khác cần có dự trữ fading nhanh. Bảng 2.3 Quỹ đường truyền tham khảo cho dịch vụ thoại 12,2kbps ARM (120km/h, thuê bao đi xe ô tô, kênh xe kiểu A, chuyển giao mềm) Dịch vụ tiếng 12,2 kbps (đi xe ô tô tốc độ 120 km/h) Máy phát MS Công suất phát cực đại 0,125W (21 dBm) a Hệ số khuếch đại của anten (dBi) 0.0 b Tổn hao cơ thể (dB) 3,0 c EIRP (dB) 18 d = a+b+c Máy thu trạm gốc Mật độ phổ tạp âm nhiệt (dBm/Hz) -174,0 e Hệ số tạp âm máy thu trạm gốc (dB) 5,0 f Mật độ phổ tạp âm máy thu (dBm/Hz) -169,0 g = e+f Công suất tạp âm máy thu (dBm) -103,2 h=g+10xlg(3840000) Dự trữ nhiễu 3,0 i Công suất nhiễu ở máy thu (dBm) -103,2 j=10xlg(100,1(h+i)-100,1h) Tổng tạp âm hiệu dụng cộng nhiễu (dBm) -100.2 k=h+i Độ lợi xử lý (dB) 25,0 l=10xlg(3840/12,2) Eb/N’0 yêu cầu (dB) 5,0 m Độ nhảy máy thu (dBm) -120,2 n=m+l+k Các phần tử khác[dBm] Hệ số khuếch đại anten trạm gốc (dBi) 18,0 o Tổn hao cáp ở BS (dB) 2,0 p Dự trữ fading nhanh 0,0 q Tổn hao đường truyền cực đại 154,2 r=d-n+o-p=q Xác suất phủ sóng(%) 95 Hằng sô fading log chuẩn (dB) 7,0 Thừa số mô hình truyền sóng 3,52 Dự trữ fading log chuẩn (dB) 7,3 S Độ lợi chuyển giao mềm (dB) 3,0 T Tổn hao trong xe (dB) 8,0 U Tổn hao truyền sóng cho phép đối với vùng phủ của ô (dB) 141,9 v=r-s+t-u Bảng 2. 4 trình bày quỹ đường truyền của dịch vụ số liệu thời gian thực 144kbps khi xác suất phủ trong nhà là 80%. Sự khác nhau giữa bảng 2.4 và 2.5 là độ lợi xử lý khác nhau, công suất phát của MS cao hơn và Eb/N0 yêu cầu thấp hơn. Ngoài ra dự trữ fading nhanh là 4,0 dB được dành trước cho điều khiển công suất nhanh để có thể bù trừ fading tại 3km/h. Tổn hao thâm nhập toà nhà ở đây được coi bằng 15dB. Bảng 2.4 Quỹ đường truyền tham khảo cho dịch vụ số liệu thời gian thực 144kbps (3km/h, người sử dụng trong nhà được phủ sóng bởi BS ngoài trời) Dịch vụ số liệu thời gian thực 144kbps Máy phát MS Công suất phát cực đại 0,25W (24 dBm) a Hệ số khuếch đại của anten (dBi) 2.0 b Tổn hao cơ thể (dB) 0,0 c EIRP (dB) 26 d = a+b+c Máy thu trạm gốc Mật độ phổ tạp âm nhiệt (dBm/Hz) -174,0 e Hệ số tạp âm máy thu trạm gốc (dB) 5,0 f Mật độ phổ tạp âm máy thu (dBm/Hz) -169,0 g = e+f Công suất tạp âm máy thu (dBm) -103,2 h=g+10xlg(3840000) Dự trữ nhiễu 3,0 i Công suất nhiễu ở máy thu (dBm) -103,2 j=10xlg(100,1(h+i)-100,1h) Tổng tạp âm hiệu dụng cộng nhiễu (dBm) -100.2 k=h+i Độ lợi xử lý (dB) 14,3 l=10xlg(3840/12,2) Eb/N’0 yêu cầu (dB) 1,5 m Độ nhảy máy thu (dBm) -113,0 n=m+l+k Các phần tử khác Hệ số khuếch đại anten trạm gốc (dBi) 18,0 o Tổn hao cáp ở BS (dB) 2,0 p Dự trữ fading nhanh 4,0 q Tổn hao đường truyền cực đại 151,0 r=d-n+o-p=q Xác suất phủ sóng(%) 80 Hằng số fading log chuẩn (dB) 12,0 Thừa số mô hình truyền sóng 3,52 Dự trữ fading log chuẩn (dB) 4,2 s Độ lợi chuyển giao mềm (dB) 2,0 t Tổn hao trong nhà (dB) 15,0 u Tổn hao truyền sóng cho phép đối với vùng phủ của ô (dB) 133,8 v=r-s+t-u Bảng 2.5 trình bày quỹ đường truyền của dịch vụ số liệu phi thời gian thực 384 kbps ngoài trời. Độ lợi xử lý thấp hơn các trường hợp trên vì tốc độ bit cao hơn. Ngoài ra Eb/N0 yêu cầu cũng thấp hơn. Quỹ đường truyền này được tính khi không xét đến chuyển giao. Bảng 2.5 Quỹ đường truyền tham khảo cho dịch vụ số liệu phi thời gian thực 384kbps (3km/h, người sử dụng ngoài trời, không có chuyển giao mềm) Dịch vụ số liệu phi thoại 384kbps, không có chuyển giao mềm Máy phát MS Công suất phát cực đại 0,25W (24 dBm) a Hệ số khuếch đại của anten (dBi) 2,0 b Tổn hao cơ thể (dB) 0,0 c EIRP (dB) 18 d = a+b+c Máy thu tram gốc Mật độ phổ tạp âm nhiệt (dBm/Hz) -174,0 e Hệ số tạp âm máy thu trạm gốc (dB) 5,0 f Mật độ phổ tạp âm máy thu (dBm/Hz) -169,0 g = e+f Công suất tạp âm máy thu (dBm) -103,2 h=g+10xlg(3840000) Dự trữ nhiễu 3,0 i Công suất nhiễu ở máy thu (dBm) -103,2 j=10xlg(100,1(h+i)-100,1h) Tổng tạp âm hiệu dụng cộng nhiễu (dBm) -100.2 k=h+i Độ lợi xử lý (dB) 10,0 l=10xlg(3840/12,2) Eb/N’0 yêu cầu (dB) 1,0 m Độ nhảy máy thu (dBm) -109,2 n=m+l+k Các phần tử khác Hệ số khuếch đại anten trạm gốc (dBi) 18,0 o Tổn hao cáp ở BS (dB) 2,0 p Dự trữ fading nhanh 4,0 q Tổn hao đường truyền cực đại 147,2 r=d-n+o-p=q Xác suất phủ sóng(%) 95 Hằng sô fading log chuẩn (dB) 7,0 Thừa số mô hình truyền sóng 3,52 Dự trữ fading log chuẩn (dB) 7,3 s Độ lợi chuyển giao mềm (dB) 0,0 t Tổn hao trong nhà (dB) 0,0 u Tổn hao truyền sóng cho phép đối với vùng phủ của ô (dB) 139,9 v=r-s+t-u 2.2.2.2. Quỹ đường xuống. Quỹ đường xuống được cho ở bảng dưới đây: Bảng 2.6 Chỉ ví dụ quỹ đường xuống cho dịch vụ tiếng 12,2kbps đi bộ ngoài trời Dịch vụ tiếng 12,2kbps (người đi bộ) Máy phát (BTS) Công suất phát cực đại(dBm) 40 PTxb Hệ số khuếch đại của anten trạm gốc(dBi) 18 Gb Tổn hao phi đơ và connector 2 Lfb Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương 56 EIRPb Máy thu (MS) Mật độ phổ tạp âm nhiệt (dBm/Hz) -174,0 N0 Hệ số tạp âm máy thu(dB) 5,0 NF Mật độ phổ tạp âm máy thu (dBm/Hz) -103,2 NT =N0+NF Tổng nhiễu và giao thoa (dB) 103,2 NT+I=NT+MT Dự trữ nhiễu và giao thoa (dB) 0 Ml Tổng tạp âm hiệu dụng và nhiễu (dBm) -100.2 MT+NT Độ lợi xử lý (dB) 25,0 GP=10lg(3,84x106/12,2x103) SNR yêu cầu (dB) 4 (Eb/No)req Độ nhảy máy thu hiệu dụng(dBm) -124,2 Pmin Dự trữ fading nhanh 4,0 Mf-F Dự trữ fading chuẩn log (dB) 7,4 ML-F Tổn hao thâm nhập toà nhà (dB) 0,0 Lpenet Tổn hao cơ thể (dB) 3,0 Lb Độ lợi chuyển giao mềm 2 GH-O Tổn hao đường truyền cực đại cho phép đối với vùng phủ của ô (dB) 167,7 Lmax Trên bảng 2.6 chỉ ra tính toán quỹ đường xuống. Sau đây ta sẽ xét tổng quan quỹ đường truyền của kênh hoa tiêu chung CPICH và kênh điều khiển chung đường xuống DL CCCH. Ta có thể coi rằng quỹ đường truyền của kênh hoa tiêu được thiết kế để đảm bảo thu được cả ở biên ô tại công suất thu quy định trước. Nhưng đối với kênh DL CCCH phải cần thủ tục thiết kế chặt chẽ và mô phỏng hệ thống. Đối với việc tính toán quỹ đường xuống cho kênh CPICH được cho ở bảng 2.7. Theo quy hoạch, công suất phát của BS được xác định sao cho công suất thu tại biên ô đạt mức quy định cho trước. Trong trường hợp này sẽ giống với quỹ đường xuống thông thường. Cần kiểm tra công suất xem nó có đủ là chuẩn pha cho giải điều chế từng kênh hay không, nếu không đủ thì cần phải tăng công suất. Bảng 2.7 Quỹ đường truyền của DL CPICH Tham số Định nghĩa CPICH a.) Công suất TX của CPICH (dBm) 33,00 b.) Tổn hao phi đơ TX (dB) 3,00 c.) Khuếch đại anten Tx (dBi) 17,00 d.) CPICH TX EIRP (dBm) a-b+c 47,00 e.) Khuếch đại anten thu (dBi) 0,00 f.) Tổn hao cáp Rx(dB) 0,00 g.) Mức thu yêu cầu (dBm) -115 h.) Độ lợi DHO (dB) 0,00 i.) Dự trữ fading log chuẩn (dB) 5,3 j.) Tăng công suất TX (dB) 0,00 k.) Tổn hao thâm nhập toà nhà (dB) 6,00 l.) Tổn hao đường truyền cho phép cực đại d-g+e=f+h-i-j-k 150,70 m.) Cự lý cực đại (Km) 2,96 Đối với bảng 2. 8 là ví dụ về quỹ đường truyền của kênh DL CCCH. Hệ số trực giao là một thông số phản anh sự giảm nhiễu trong một ô nhờ tính trực giao đường xuống. Hệ số nhiễu từ các ô khác là một thông số để chỉ độ lớn của nhiễu từ các ô khác tại biên ô so với công suất từ chính ô. Bảng 2. 8 Quỹ đường truyền của DL CCCH Tham số Định nghĩa CCPCH a.) Công suất BTS tổng (dBm) 42,00 b.) Công suất TX kênh (dBm) 36,00 B1) Tỷ lệ kênh (%) 25,12 c.) Tổn hao phi đơ TX (dB) 3,00 d.) Khuếch đại anten RX (dBi) 17,00 e.) TX EIRP tổng (dBm) a-c+d 56,00 f.) TX EIRP kênh (dBm) b-c+d 50,00 g.) Khuếch đại anten RX (dBi) 0,00 h.) Tổn hao cáp RX (dB) 0,00 i.) Mật độ tạp âm nhiệt (dBm/Hz) -174,00 j.) RX NF (dB) 5,00 k.) Tốc độ ký hiệu (kbps) 15,00 l.) Tốc độ ký hiệu (dBHz) 41,76 m.) Công suất tạp âm (dBm) I+j+l -127,24 n.) Tốc độ chíp (Mcps) 3,84 o.) Hệ số nhiễu từ đoạn ô khác(dB) 8,00 p.) Eb/No yêu cầu (dB) 7,00 q.) Hệ số trực giao 0,50 r.) Mức RX yêu cầu (dBm) -116,95 s.) Độ lợi DHO (dB) 0,00 t.) Dự trữ fading log chuẩn (dB) 5,30 u.) Tăng công suất TX (dB) 0,00 v.) Tổn hao thâm nhập toà nhà (dB) 6,00 w.) Bù trừ nghiên anten (dB) 0,00 x.) Tổn hao đường cho phép cực đại f-r+g-h+s-t-u-v 155,65 y.) Cự lý cực đại (Km) 4,12 2.2.2.3. Lặp đường lên và đường xuống Lặp đường lên Mục tiêu của lặp đường lên là ấn định các công suất phát của các MS được mô phỏng sao cho các mức nhiễu và các độ nhảy của BS hội tụ. Mức độ nhảy của BS được hiệu chỉnh bởi mức nhiễu đường lên dự tính (tăng tạp âm). ảnh hưởng của tải đường lên lên độ nhạy được xét theo thành phần – 10lg(1-UL). ở lặp đường lên công suất phát của các MS được đánh giá trên cơ sở độ nhạy của các trạm phục vụ tốt nhất, dịch vụ, tốc độ và các tổn hao đường truyền. Sau đó các công suất phát này được so sánh với các công suất cho phép phát của các MS và các MS vượt quá giới hạn này coi như vượt ngưỡng (ngừng thông tin). Sau đó có thể dự tính lại nhiễu, các giá trị tải mới và độ nhạy mới cho từng BS được ấn định. Nếu hệ số tải đường lên cao hơn giới hạn được thiết lập, các MS chuyển dịch một cách ngẫu nhiên ở ô có tải cao đến một sóng mang khác hoặc bị vượt ngưỡng. Lặp đường xuống Mục đích của lặp đường xuống là ấn định các công suất phát BS phù hợp cho từng MS cho đến khi tín hiệu thu được ở MS đáp ứng được đích Eb/N’0. 2.2.3. Hiệu suất vùng phủ vô tuyến Hiệu suất vùng phủ vô tuyến của hệ thống UMTS được định nghĩa là diện tích vùng phủ trung bình trên một đài trạm, được đo bằng Km2/đài trạm đối với môi trường truyền sóng tham khảo quy định trước và mật độ lưu lượng cần hỗ trợ. Từ việc phân tích và tính toán quỹ đường truyền cho phép ta tính toán được bán kính phủ sóng (R) của ô trong một mô hình truyền sóng cho trước. Khi xác định được R thì ta có thể xác định được diện tích phủ sóng của ô. Đối với một ô diện tích vùng phủ được tính như biểu thức sau: S = K x R2 (2.13) Trong đó: + S là diện tích vùng phủ. + R là bán kính ô cực đại. + K là hằng số. Giá trị của K phụ thuộc vào cấu hình ô như được cho ở bảng 2. 9: Bảng 2.9 Giá trị K cho tính toán diện tích ô. Cấu hình ô Ommi 2 Sector 3 Sector 6 Sector K 2,6 1,3 1,95 2,6 2.2.4. Quy hoạch vị trí Cell Quy hoạch vị trí Cell là một bước quan trọng trong việc quy hoạch hệ thống mạng UMTS bởi vì nó đảm bảo cho mỗi đài trạm được xây dựng đáp ứng được những tiêu chí chất lượng đã được đề ra của bộ phận kỹ thuật vô tuyến, tránh việc thiết kế đài trạm ở vị trí không đảm bảo chất lượng. Một số bước cơ bản để quy hoạch vị trí Cell: Tìm kiếm vùng: Tìm kiếm vùng thực hiện các ngiên cứu vùng và căn cứ vào mục tiêu thiết kế, các yêu cầu của bộ phận kỹ thuật vô tuyến để đưa ra các thông sô ứng cử. Kết quả của bước này là đưa ra tài liệu mô tả các thông số của các vùng ứng cử cho việc đặt đài trạm. Kiểm tra chất lượng vị trí: Vì chi phí cho việc xây dựng trạm là rất cao cho nên cần phải được kiểm tra thận trọng theo quy trình nghiêm ngặt các vị trí xây dựng nhằm đảm bảo việc lựa chọn vị trí là đúng đắn và trạm khi được lắp đặt sẽ hoạt động với chất lượng cao. Chấp nhận/ Loại bỏ vị trí (SA): Có hai trường hợp xảy ra cho việc xây dựng trạm của mỗi vị trí ứng cử. Nếu vị trí ứng cử qua được bước kiểm tra chất lượng thì cần được kiểm tra định lại thiết kế theo các mục tiêu đã định. Trong trường hợp không đáp ứng được yêu cầu đã được đề ra, cần phải lập mẫu loại bỏ trạm để có thể sử dụng trong tương lai khi nó trở thành khả dụng, đồng thời phải sử dụng một vị trí dự phòng khác. Kích hoạt vị trí trạm: Nếu vị trí nào được chấp nhận vị trí đó sẽ được chấp nhận để được sử dụng để xây dựng trạm, nhưng cần phải đánh giá hiệu quả việc thiết kế . 2.3. Các hệ số tải và hiệu suất sử dụng phổ. Dựa trên quỹ đường truyền đường lên và sử dụng mô hình truyền sóng ta có thể đưa ra quy hoạch phủ sóng bước đầu. Thông thường việc này được thực hiện bằng phần mềm công cụ quy hoạch. Tuy nhiên đây chỉ là quy hoạch bước đầu. Bước tiếp theo ta cần kiểm tra lại việc quy hoạch này để đảm bảo tải dự kiến. Cần nhắc lại rằng quỹ đường truyền bao gồm cả dự trữ nhiễu giao thoa và nhiễu này phụ thuộc vào tải dự kiến trong ô. Tải dự kiến càng lớn thì càng cần có dự trữ nhiễu giao thoa lớn. Giả sử ta cần thực hiện phân tích vùng phủ ban đầu trên cơ sở dự trữ nhiễu là 3 dB tương ứng với tải ô vào khoảng 50%. Trên cơ sở dự báo về lưu lượng và vùng phủ cần cung cấp, ta phải kiểm tra xem dự trữ nhiễu có đủ để đảm bảo tải dự kiến hay không. Bảng 2.10 cho ta thấy sự phụ thuộc dự trữ nhiễu vào tải ô đường lên (cũng có thể cho đường xuống). Bảng 2.10 Phụ thuộc dự trữ nhiễu yêu cầu vào tải ô. Tải ô Dự trữ nhiễu (hay tăng tạp âm) yêu cầu 0% 0 dB 10% 0,46 dB 20% 1 dB 50% 3 dB 75% 6 dB 90% 10 dB 95% 13 dB 99% 20 dB Dự trữ nhiễu được sử dụng để xét đến nhiễu do những người sử dụng khác gây ra. Đây là nhiễu bổ sung thêm vào tạp âm nhiệt. Nói cách khác tải càng lớn thì tạp âm càng lớn và ta cần phải đưa ra dự trữ nhiễu lớn hơn để xét đến tạp âm này. Sự tăng này được gọi là tăng tạp âm và dự trữ nhiễu mà ta đưa vào tính toán quỹ đường truyền phải phù hợp với tăng tạp âm do tải tải dự kiến tạo ra. Từ bảng 2.10 trên ta thấy rõ rằng tăng tạp âm có khuynh hướng tiến đến vô hạn khi tải ô tiến tới 100%. Hay nói cách khác không thể đạt được tải ô 100%. Như vậy ta thấy là tải ô càng lớn, tăng tạp âm càng lớn và diện tích vùng phủ ô hiệu dụng càng nhỏ. Chúng ta không thể đạt được tải ô 100% nhưng chúng ta cũng có thể dễ dàng tải ô 60%. Tất nhiên chúng ta cần chuyển đổi tải ô vào đơn vị đánh giá sự sử dụng của người sử dụng như chẳng hạn là tổng số thuê bao trên một dịch vụ cho trước hay tổng thông lượng. Việc chuyển đổi này cho phép ta dễ dàng kiểm tra xem vùng phủ mà chúng ta tính được có đủ đáp ứng tải cần cung cấp hay không. Để xác định xem ô được xét có đảm bảo tải dự kiến hay không, chúng ta cần định lượng tải ô. Để định lượng tải ô ta cần xác định nhu cầu sử dụng ở giờ cao điểm. Nhu cầu này được xác định cho các dịch vụ khác nhau mà ta cần cung cấp chẳng hạn như: tiếng và số liệu ở các tốc độ khác nhau. Sau đó ta xác định dung lượng ô và kiểm tra lại để tin chắc rằng đã đáp ứng được nhu cầu dự kiến. Bởi vì là UMTS cung cấp các dịch vụ không đối xứng, nên ta cần phải xác định nhu cầu cho cả đường lên và đường xuống và tính toán dung lượng cho cả hai đường. 2.3.1. Hệ số tải đường lên Hệ số tải đường lên UL thường được sử dụng để chỉ thị tải đường lên. Ta có thể định nghĩa hệ số tải đường lên như sau: = (2.14) Tróng đó: + Kmax là số người sử dụng cực đại trong ô. + UL là hệ số tải đường lên. Ta có hệ số tải đường lên như sau: = 1 - (2.15) Trong đó: + Ptotal = Prec + PN có thể đo ở BS. + Prec là tổng công suất thu được ở BTS. + PN là công suất tạp âm nhiệt. Từ phương trình (8.15) ta được phương trình tăng tạp âm, tăng tạp âm chính là dữ trữ nhiễu giao thoa MT: EN = = (2.16) Từ đó ta được: = (1+)= (1+) (2.17) Nếu K người sử dụng trong ô có tốc độ bit thấp (Rb>1 ) thì ta có thể viết phương trình (2.17) dưới dạng gần đúng sau: = x K x x(1+) (2.18) Trong đó: + K là số người sử dụng trong ô. + Li là hệ số tải. + là hệ số tích cực tiếng của người sử dụng i. + Gpi = là độ lợi xử lý. + là hệ số nhiễu từ các ô lân cận. + Rc là tốc độ chip. Từ các phương trình trên chúng ta có thể thấy được rõ: Phương trình (2.17) và (2.18) cho phép đánh giá tải theo thông lượng, khi đó các giá trị như là: Eb/N0, , và K được sử dụng để đánh giá tải ô. Phưong trình (2.15) được sử dụng để dự đoán lượng tăng tạp âm so với tạp âm nhiệt vì nhiễu giao thoa, dự trữ nhiễu đường lên phải bằng tạp âm quy hoạch cực đại. Theo các phương trình trên, ta thấy phương pháp đánh giá tải đường lên trên cơ sở công suất thu băng rộng, nhiễu từ các ô lân cận được tham gia trực tiếp trong việc đánh giá tải. Cho nên phương pháp này có thể đánh giá trạng thái quá tải của sóng mang của chính nó do nhiễu bên ngoài. Trạm gốc BS không thể phân biệt được nhiễu từ chính sóng mang của nó và nhiễu từ các sóng mang khác bằng cách đo công suất băng rộng. Nếu tải ở các ô lân cận thấp thì ô này có thể cho phép tải cao hơn tức là có thể nhận tải mềm. Trong khi đó ở phương pháp đánh giá tải trên cơ sở thông lượng thì nhiễu từ các ô khác không trực tiếp tham gia những cũng phải được xét bằng thông số . Nếu tải ở các ô lân cận cao hơn thì sẽ ảnh hưởng đến vùng của ô. Các thông số để đánh giá và tính toán hệ số tải đường lên được cho trong bảng 2.11 dưới đây: Bảng 2.11 Các thông số liên quan đến việc tính toán hệ số tải đường lên. TT Định nghĩa Các giá trị khuyến nghị K Số người sử dụng trên ô Hệ số tích cực tiếng cho người sử dụng ở lớp vật lý. 0,67 cho tiếng. 0,1 cho dịch vụ dữ liệu. Eb/N0 Tỷ số năng lượng một bit với mật độ phổ công suất tạp âm cần thiết để đáp ứng chấy lượng quy định của dịch vụ. Tạp âm ở đây gồm tạp âm nhiệt và nhiễu quy đổi. Phụ thuộc vào dịch vụ, tốc độ bít, kênh fading, nhiễu đường, tốc độ MS, phân tập anten thu,….. B Tốc độ chip 3,84 Mcps Ri Tốc độ bít của người sử dụng i Phụ thuộc vào từng dịch vụ Tỷ số nhiễu từ ô khác trên nhiễu nội ô ô Macro với anten vô hướng là 55% Ví dụ ta xét tải đường lên cho dịch vụ tiếng. Giả giả thiết cho các giá trị sau: + = 0,65 + Rb = 12,2 Kbps + Rc = 3,84 Kbps + Eb/N0 = 4dB (2,512) + = 0,65 Theo công thức gần đúng ta xác định được mối quan hệ số người sử dụng và hệ số tải. Theo hàm bậc 1, nếu số người sử dụng là 65 người thì = 50,5%. Hình 2.5 biểu diễn mỗi quan hệ giữa người sử dụng dịch vụ tiếng với tổn hao đường truyền cho phép cực đại ở đường lên. Hình 2.6 biểu diễn mối quan hệ giữa số người sử dụng với tải ô và dự trữ nhiễu đường lên. Nếu tổn hao đường truyền cho phép càng nhỏ thì vùng phủ của ô giảm khi số lượng người sử dụng tăng. Hình 2.5 Mỗi quan hệ giữa tổn hao đường lên cho phép cực đại và số lượng người sử dụng Hình 2.6 Mỗi quan hệ giữa tải đườnglên, nhiễu và số lượng người sử dụng Tải của ô có thể đo bằng đơn vị kbps, có thẻ xét đồng thời cả dịch vụ tiếng và dịch vụ số liệu cùng sử dụng trong ô. Đường lên có thông lượng là: Thông lượng = KRb = = () (2.19) Kết quả của tính toán nhiễu tăng đường lên được đưa ra hình vẽ 2.6 cho cả dịch vụ tiếng và số liệu. Ta thấy nhiễu tăng 3dB tương ứng với hệ số tải là 50%, nhiễu tăng tới 6 dB thì tương đương với hệ số tải là 75%. Trong hình 2.6 trên trong trường hợp đường cong dịch vụ dữ liệu: thông lượng 800Kbps tương ứng với nhiễu tăng 3dB, thông lượng 115 tương ứng với nhiễu tăng 6dB. Tương tự trong trường hợp đường cong của dịch vụ tiếng tương ứng là 400kbps và 550kbps. 2.3.2. Hệ số tải đường xuống Hệ số tải đường xuống có thể được định nghĩa tương tự như hệ số đường lên. Tuy nhiên cần xét thêm hệ số trực giao, ta có thể biểu diễn hệ số tải đường xuông như sau: = (2.20) Trong đó: Bảng 2.12 Các thông số được sử dụng tính toán tải đường xuống. Định nghĩa Các giá trị khuyến nghị K Số kết nối trên một ô = số người sử dụng Thừa sô tích cực tiếng 0,67 cho tiếng 1,0 cho dữ liệu Eb/N0 Tỷ số năng lượng tín hiệu bit trên mật độ phổ công suất tạp âm cần thiết để đáp ứng chất lượng quy định của dịch vụ trong đó tạp âm gồm tạp âm nhiệt và nhiễu quy đổi. Phụ thuộc vào dịch vụ, tốc độ bit, kênh fading nhiều đường, tốc độ di động của MS, phân tập anten thu,… B Bằng tốc độ chíp Rc WCDMA 3,84Mcps Ri Tốc đọ bit của người sử dụng i Phụ thuộc vào dịch vụ Hệ số trực giao trung bình trong ô Phụ thuộc vào truyền đa đường Tỷ số nhiễu trung bình từ ô khác đến ô được xét nhìn từ máy thu BS ô macro với anten vô hướng mặt ngang 55% cho tiếng và 65% cho dữ liệu. Hệ thống CDMA sử dụng các mã trực giao ở đường xuống để phân biệt các người sử dụng và nếu không xảy ra truyền sóng đa đường, tính trực giao vẫn đảm bảo khi MS thu tín hiệu từ BS. Nhưng khi độ phân tán trễ đủ lớn ở kênh vô tuyến, MS sẽ thu nhận một của tín hiệu từ BS như là nhiễu đa truy nhập. Tính trực giao hoàn hảo. thông thường hệ số trực giao nằm trong khoảng 0,2 – 0,9 trên các kênh đa đường. Nếu K người sử dụng ở ô có tốc độ bit thấp (Rb>) ta có thể viết lại phương trình 2.20 dưới dạng gần đúng như sau: (2.21) Trên đường xuống, hệ số nhiễu từ các ô khác phụ thuộc vào vị trí của người sử dụng và vì thế sẽ khác nhau đối với những người sử dụng khác nhau. Hệ số tải đường xuống thể hiện rất giống nhau với hệ thống tải đường lên ở chỗ là khi nó tiến gần đến 1, hệ thống đạt đến dung lượng cực đại và tăng tạp âm tiến tới vô cùng. Để định kích cỡ đường xuống, cần dự tính công suất phát trạm gốc cần thiết. Tính toán này thực hiện trên cơ sở công suất phát trung bình cho người sử dụng chứ không phải công suất cho góc ô như thấy ở quỹ đường truyền. Công suất phát tối thiểu cho từng người sử dụng được xác định bởi suy hao trung bình ()giữa máy phát BS và máy thu MS và độ nhạy của máy thu MS khi không có đa truy nhập. Lúc này ảnh hưởng của tăng tạp âm do nhiễu được bổ sung vào công suất tối thiểu và tổng công suất thể hiện công suất phát cần thiết cho một người sử dụng ở vị trí trung bình trong ô. Về mặt toán học, có thể biểu diễn tổng công suất phát của BS như sau: PBS-Tx = (2.22) Trong đó: + N0 là mật độ phổ tạp âm nhiệt của MS, N0 = K.T.FMS (2.23) + K = 1,38.10-23J/K hay W/K-Hz là hằng số Bolzman. + T là nhiệt độ Kenvin. + FMS là hệ số tạp âm của máy thu MS. là hệ số tải trung bình đường xuống của ô, có thể tính gần đúng như sau: (2.24) Hình 2.7 biểu thị mối quan hệ giứa tải đường xuống, nhiễu và số lượng người sử dụng. Hình 2.7 Mỗi quan hệ giữa tải đường xuống, nhiễu và số lượng người sử dụng. Với dịch vụ số liệu, trong các công thức tính hệ số tải, thay cho số người sử dụng ta có thể biểu thị bằng kbps. Sử dụng số đo tải bằng kbps sẽ rất có lợi cho cả hai dịch vụ tiếng và số liệu cùng trong một ô. Ta có thông lượng đường xuống là: Thông lượng = Rb.K = (2.25) Trong thực tế cả hai dịch vụ tiếng và số liệu cùng được sử dụng đồng thời, cho nên khi tiến hành quy hoạch ta cần phải xét riêng cho từng loại dịch vụ trên. Ngoài ra ở hệ thống UMTS các dịch vụ số liệu là không đối xứng, tốc độ đường xuống lớn hơn rất nhiều so với tốc độ ở đường lên. Do đó đường xuống trở thành nhân tô giới hạn nếu vùng phủ bị giới hạn bởi đường xuống, ta có thể tăng công suất phát của BTS hoặc tăng thêm sóng mang tuỳ thuộc vào khả năng sử dụng băng tần. Ta xét thí dụ sau: Cho các hệ số: + = 0,65 cho tất cả người sử dụng + Rb = 12,2 kbps cho tất cả người sử dụng + = 0,4 + = 0,5 Như vậy ở cả hai đường lên và xuống ta nhận thấy rằng tải giao diện vô tuyến đều ảnh hưởng lên vùng phủ nhưng không ảnh hưởng giống nhau. Hình 2.8 thể hiện sự khác nhau giữa tải đường lên và đường xuống: Hình 2.8. Ví dụ về vùng phủ và dung lượng liên quan đến đường lên và đường xuống trong các ô Macro Ví dụ ở hình 2.8, đường cong biểu diễn mối quan hệ suy hao đường truyền cực đại và tải. ở đường xuống, vùng phủ phụ thuộc nhiều vào tải hơn ở đường lên, vì ở đường xuống, công suất phát cực đại là bằng nhau và bằng 10W không phụ thuộc vào số người sử dụng và được chia cho các người sử dụng đường xuống. Trong khi đó ở đường lên, mỗi người sử dụng bổ sung lại có bộ khuếch đại công suất riêng, vì thế ngay cả khi tải thấp ở đường xuống vùng phủ cũng giảm phụ thuộc vào số người sử dụng. Nếu ta sử dụng công suất phát lớn hơn (20) ở đường xuống thì thấy vùng phủ và dung lượng được tăng lên. Sự khác nhau giữa vùng phủ và dung lượng đường xuống với công suất phát BS 10W và 20W được chỉ ra ở hình 2.9. Nếu tăng công suất cao hơn 3dB thì suy hao dường truyền cho phép lớn hơn 3dB. Dung lượng cũng được cải thiện nhưng nhỏ hơn vùng phủ. ở hình vẽ, giả sử suy hao đường truyền là 156 thì có thể tăng dung lượng đường xuống 10% tức là từ 560kbps đến 620kbps. Giả sử công suất phát 20W chia công suất đường xuống trên hai sóng mang khác nhau thì sẽ tăng dung lượng đường xuống từ 620kbps đến 2 x 560kbps = 1120kbps tức là tăng 80%. Sự phân chia công suất đường xuống thành hai sóng mang sẽ làm tăng dung lượng đường xuống. Theo giả thiết trên ta cũng thấy rõ là vùng phủ bị giới hạn một cách rõ ràng bởi đường lên đối với tải thấp hơn 650kbps, trong khi đó dung lượng bị giới hạn bởi đường xuống, nhưng cũng cần lưu ý rằng dung lượng còn phụ thuộc vào môi trường. Hình 2.9. ảnh hưởng của công suất phát BS lên dung lượng và vùng phủ đường xuống 2.3.3. Dung lượng mềm . Dung lượng Erlang Từ các phần nghiên cứu trên ta đã tính được số kênh trên một ô, từ đó ta có thể tính toán được mật độ lưu lượng cực đại mà hệ thống có thể hỗ trợ đối với một xác suất chặn cho trước. Mật độ lưu lượng có thể được đánh giá bằng Erlang như sau: Nếu dung lượng bị chặn cứng, nghĩa là bị giới hạn bởi phần cứng, thì có thể tính dung lượng Erlang theo mô hình B. Nêu dung lượng bị giới hạn đại lượng nhiễu ở giao diện vô tuyến, thì dung lượng này được xác định theo dung lượng mềm, vì không tồn tại một giá trị duy nhất cố định cho dung lượng cực đại. Đối với một hệ thống bị giới hạn bởi dung lượng mềm thì không thể tính toán dung lượng Erlang theo công thức Erlang B được vì nó sẽ dẫn đến kết quá quá thấp. Ta có thể giải thích dung lượng mềm như sau: Nhiễu đến từ các ô lân cận càng nhỏ thì càng nhiều kênh khả dụng ở ô đứng giữa, được thể hiện ở hình 2.10. Với số kênh trên một ô thấp hơn tải trung bình phải hoàn toàn thấp để đảm bảo xác suất chặn thấp. Vì tải trung bình thấp nên thông thường sẽ có dung lượng thừa ở các ô xung quanh. Có thể vay dung lượng này từ các ô lân cận, vì thế việc chia sẻ nhiễu sẽ cung cấp dung lượng mềm. Dung lượng mềm quan trọng đối với những người sử dụng số liệu thời gian thực tốc độ cao. Ta cũng có thể nhận được dung lượng mềm này ở hệ thống GSM, nếu dung lượng của giao diện vô tuyến bị giới hạn bởi nhiễu thay vì bởi số khe thời gian, điều này xảy ra khi giả thiết hệ số tái sử dụng tần số thấp ở GSM với tải phân đoạn. Hình 2.10 Chia sẻ nhiễu giữa các ô ở WCDMA ở dung lượng mềm, việc tính toán được thực hiện với các giả thiết số thuê bao giống nhau ở tất cả các ô nhưng khởi đầu và kết thúc các kết nối độc lập với nhau Ngoài ra khoảng thời gian đến của cuộc gọi tuân theo phân bố Possion. Phương pháp này cũng được sử dụng cho việc định kích cỡ khi tính toán dung lượng Erlang. Ngoài ra sẽ có một dung lượng mềm bổ sung ở WCDMA nếu số người sử dụng ở các ô xung quanh nhỏ. Các ví dụ dưới đây sẽ xét và chỉ ra sự khác nhau giữa chặn cứng và chặn mềm ở đường lên. Dung lượng mềm ở đường lên của hệ thống UMTS được định nghĩa như việc tăng dung lượng Erlang bằng chặn mềm so với chặn cứng với cùng số kênh cực đại trên ô tính trung bình với tất cả chặn cứng và mềm: Dung lượng mềm đường lên của WCDMA có thể tính gần đúng trên cơ sở tổng nhiễu ở trạm gốc. Tổng dung lượng nhiễu này bao gồm cả nhiễu của chính nó và nhiễu của các ô khác. Vì thế có thể nhận góp chung kênh bằng cách nhân số kênh trên một ô trong trường hợp tải phân bố đều với i + 1: Lúc đó biểu thức Erlang B cơ sở được áp dụng cho góp chung kênh lớn hơn này. Dung lượng Erlang nhận được này sẽ được chia sẻ đều giữa các ô. Phương pháp để chúng ta tính dung lượng mềm như sau: Tính toán số kênh trên ô, N, trong trường hợp tải được phân đều trên cơ sở hệ số tải đường lên theo phương trình (2. 27). Nhân số kênh trên với i + 1 để nhận được tổng góp chung kênh trong trường hợp chặn mềm. Tính toán lưu lượng cung cấp cực đại từ công thức Erlang B. Chia dung lượng Erlang cho i +1 2.4. Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến. Sau khi chúng ta đã lập được quy hoạch mạng vô tuyến, ta cần tiến hành quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến, việc quy hoạch mạng này là rất phức tạp và phải đầu tư lớn. Công việc chính của quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến UTRAN ở hệ thống UMTS này gồm các nội dung được trình bay trong sơ đồ sau: Hình 2.11. Nội dung quy hoạch mạng UTRAN 2.4.1. Định cỡ các phần tử mạng UTRAN Định cỡ các phần tử mạng truy nhập vô tuyến UTRAN gồm các nội dung sau: 2.4.1.1. Định cỡ Node B Mục đích của việc định cỡ Node B là cần phải xác định những vấn đề sau: Bán kính ô. Số lượng sóng mang trên mỗi Secter. Dung lượng băng gốc dùng chung yêu cầu. Khi chúng ta tiến hành quá trình quy hoạch mạng, thì việc định cỡ Node B là rất quan trọng. Từ việc tính toán về dung lượng và vùng phủ ở giao diện vô tuyến chúng ta có thể biết được số lượng của Node B và các cấu hình của nó. Cấu hình phần cứng của Node B sẽ như thế nào thì phải tuỳ thuộc vào nhà khai thác, nhưng chúng ta cũng phải kể đến nhưng thông số quan trọng khi xem xét đến cấu hình của Node B như sau: Loại Node B (trong nhà hay ngoài trời). Số lượng Node B có dung lượng thấp. Dự phòng yêu cầu (2N hay N+1). Các phân tập yêu cầu. Số lượng sóng mang trên Secter. Số lượng sóng mang trên Node B. Số lượng người sử dụng. Lưu lượng thoại và số liệu cần truyền tải. Đặc điểm phần mềm của Node B. Tính năng tuỳ chọn theo yêu cầu của Node B. Các yêu cầu của các hệ thống anten riêng biệt. Các yêu cầu đối với hệ thống truyền dẫn và công suất. 2.4.1.2. Định cỡ BSC. Thông thường BSC đặc trưng bởi sự giới hạn của số dung lượng được đưa ra như sau: Số máy phát (TRx) cực đại là 256 hoặc 512. Số trạm cơ sở (BS) cực đại là 128 hoặc 256 hoặc 512. Số cuộc gọi cực đại là 2000. Số lượng giao diện vật lý cực đại là 128. Trong nhiều trường hợp nhà cung cấp thiết bị BSC có thể có dung lượng cố định dựa trên sự kết hợp của các nguyên nhân giới hạn trên. Khi xác định BSC, ta cần phải phân tích quy hoạch vô tuyến cho mạng cần phục vụ và tính toán số lượng BSC để đảm bảo giới hạn đã được quy định trước. 2.4.1.3. Định cỡ RNC Việc quy hoạch và định cỡ RNC được thực hiện sau khi đã có sự quy hoạch giao diện vô tuyến và giao diện mạng. Sau khi hoàn tất công việc trên nó sẽ cho phép ta xác định được băng thông của mỗi đường truyền tới RNC. Mục đích của định cỡ RNC là cung cấp số RNC cần thiết để hỗ trợ cho lưu lượng đã được dự đoán. Định cỡ RNC bao gồm việc tính toán các số lượng RNC và các cấu hình của RNC để đáp ứng các yêu cầu của mạng truy nhập vô tuyến. Cần dung hoà giữa hai lơi ích có tính chất đối lập là chi phí và việc mở rọng trong tương lai. Thông thường vị trí của RNC được chọn cố định dựa trên vị trí đặt các trạm chính của nhà khai thác cho nên chi phí truyền dẫn sẽ xác định cấu hình RNC nào hiệu quả nhất về mặt kinh tế. Cấu hình phần cứng cho RNC cũng phụ thuộc vào nhà cung cấp song cũng có thể đưa ra một số tiêu chí quan trọng cần xem xét khi tiến hành định cỡ RNC như sau: Các tuỳ chọn cấu hình và dung lượng RNC. Tổng lưu lượng CS (Erlang). Tổng lưu lượng PS (Mbps). Tổng tải lưu lượng và báo hiệu. Tổng số lượng của Node B. Tổng số lượng của các ô. Tổng số của các sóng mang. Cấu hình kênh được sử dụng. Đặc điểm phần mềm RNC. Đặc điểm yêu cầu tuỳ chọn của RNC. Loại giao diện truyền dẫn. Các khả năng mở rộng. Việc xác định số lượng RNC cần thiết cho mạng sẽ dựa trên yếu tố ràng buộc nhất trong số các yếu tố trên. Khác với BSC, đối với RNS thông thường, các nhà cung cấp thiết bị có thể cung cấp nhiều cấu hình khác nhau. Việc xác định số RNC yêu cầu cũng phức tạp hơn việc xác định số BSC yêu cầu, đặc biệt khi cần xét đến đặc điểm của chuyển giao mềm vì số lượng của RNC phụ thuộc nhiều vào khối lượng chuyển giao mềm. Ví dụ như nếu 2 RNCs quản lý một số, khi thực hiện chuyển giao mềm của một thuê bao nào đó thì dung lượng chuyển mạch phải tiêu thụ là cả trên hai RNCs đó. Như vậy khi xác định số RNC chúng ta không những phải xét đến các phần tử vô tuyến cũng như tổng tải lưu lượng mà còn phải xét đến cả ảnh hưởng của chuyển giao mềm. Vì thế việc tính toán số của yêu cầu cần được tiến hành kết hợp chặt chẽ với quy hoạch vô tuyến. Ngoài ra, việc xác định số lượng của RNC còn bị giới hạn bởi giao diện Iub, bởi vì băng rộng của các giao diện trên được giới hạn ở mức độ nhất định. Vì vậy, việc thiết kế cũng như xác định số của RNC phải dựa trên cơ sở độ rộng băng cho phép của giao diện Iub, có vượt quá mức cho phép hay không. Nếu chúng bị vượt quá thì chúng ta cần bổ xung thêm dung lượng cho yếu tố ràng buộc đó. 2.4.2. Định cỡ các giao diện trong UTRAN Trong phần trên chúng ta vừa định cỡ xong các phần tử trong UTRAN. Trong phần này chúng ta sẽ đi xem xét và định cỡ các giao diện trong mạng truy nhập vô tuyến UTRAN, nội dung định cỡ gồm như sau: 2.4.2.1. Định cỡ giao diện Iub Giao diện Iub là một giao diện quan trọng nhất trong số các giao diện của hệ thống mạng UMTS. Sở dĩ như vậy là do tất cả các lưu lượng thoại và số liệu đều được truyền tải qua giao diện này, cho nên giao diện này trở thành nhân tố ràng buộc bậc nhất đối với các nhà cung cấp thiết bị đồng thời việc định cỡ giao diện này mang ý nghĩa rất quan trọng. Đặc điểm của giao diện vật lý với BTS dẫn đến dung lượng Iub với BTS có một giá trị quy định. Thông thường để kết nối với BTS ta có thể sử dụng luồng E1, E3 hoặc STM1 đó là theo tiêu chuẩn châu Âu, nếu không, ta cũng có thể sử dụng luồng T1, DS-3 hoặc OC-3 theo tiêu chuẩn Bắc Mỹ. Như vậy dung lượng của các đường truyền dẫn nối đến RNC có thể cao hơn tổng tải của giao diện Iub tại RNC. Chẳng hạn nếu ta cần đấu nối 100BTS với dung lượng Iub của mỗi BTS là 2,5 Mbps, biết rằng cấu hình cho mỗi BTS hai luồng 2Mbps và tổng dung lượng khả dụng của giao diện Iub sẽ là 100 x 2 x 2 = 400 Mbps. Tuy nhiên tổng tải của giao diện Iub tại RNC vẫn là 250 Mbps chứ không phải là 400 Mbps. Sau khi tính được yêu cầu dung lượng cho giao diện Iub đối với từng Node B, ta có thể tính tổng các dung lượng này, từ đó tính được số lượng của RNC cần thiết dựa trên dung lượng của RNC và khối lượng chuyển giao mềm. Để xác định dung lượng Iub yêu cầu ta cần cộng thêm một lượng bổ sung cho dung lượng người sử dụng và phải dự kiến các yếu tố sau: Tính cụm : thông thường cần bổ sung khoảng 25%. Tải báo hiệu: khoảng 10%. Tải khai thác và bảo dưỡng (O&M): khoảng 10%. Phần điều khiển của tế bào ATM:10,4%. Như vậy dựa trên cơ sở phân tích nói trên, tổng độ rộng băng Iub cần thiết được xác định như sau: Độ rộng băng Iub = Lưu lượng người sử dụng dư kiến x(1+10%)x(1+10%+10%) x (1+ 20 %) = Lưu lượng người sử dụng dự kiến x 1,8 Như vậy do báo hiệu, O&M và bổ sung điều khiển ATM, ta cần định cỡ độ rộng băng giao diện Iub gần gấp hai lần lưu lượng thô thực tế của người sử dụng. Thông thường, đường xuống có lưu lượng cao hơn đường lên nên việc định cỡ giao diện này chỉ cần xét cho đường xuống. 2.4.2.2. Định cỡ giao diện Iur Ta có thể thấy rõ vị trí của giao diện Iur trong cấu hình của các phần tử của mạng UMTS. Giao diện Iur mang thông tin của các thuê bao thực hiện chuyển giao mềm giữa hai Nod B ở các RNC khác nhau. Tương tự như giao diện Iub, độ rộng băng của giao diện Iur gần bằng hai lần lưu lượng do việc chuyển giao mềm giữa hai RNC gây ra. 2.4.2.3. Định cỡ giao diện Iu Giao diện Iu là giao diện kết nối giữa mạng lõi CN và mạng truy nhập vô tuyến UTRAN. Giao diện này gồm hai thành phần chính là: Giao diện Iu-CS: Giao diện này chủ yếu là truyền tải lưu lượng thoại giữa RNC và MSC/VLR. Việc định cỡ giao diện Iu-CS phụ thuộc vào lưu lượng dữ liệu chuyển mạch kênh mà chủ yếu là lượng tiếng. Giao diện Iu-PS: Là giao diện giữa RNC với SGSN. Định cỡ giao diện này phụ thuộc vào lưu lượng dữ liệu chuyển mạch gói. Việc định cỡ giao diện này phức tạp hơn nhiều so với giao diện Iub vì có nhiều dịch vụ dữ liệu gói với tốc độ khác nhau truyền trên giao diện này. 2.4.3. Quy hoạch mạng truyền dẫn vô tuyến UTRAN Phần trên chúng ta vừa quy hoạch định cỡ xong mạng truy nhập vô tuyến RNC, xác định số lượng của RNC cần thiết. Tiếp theo ta cần quy hoạch việc bố trí các BTS cho các RNC. Quy hoạch này sẽ xác định được biên giới của các RNC, việc phân tích các ô tại và gần các biên giới sẽ cho phép chúng ta đánh giá lượng lưu lượng chuyển giao giữa các RNC theo dự kiến, và như vậy ta có thể xác định được số các kết nối Iub và độ rộng băng cần thiết cho mỗi kết nối. Số lượng chuyển giao giữa các RNC sẽ phụ thuộc vào môi trường vô tuyến gần các biên giới của RNC. Một cách gần đúng chúng ta có thể coi rằng 50% lưu lượng tại các ô biên giới được phục vụ đồng thời bởi hai ô thuộc hai RNC khác nhau. Giả thiết này cho phéo bổ sung thêm chuyển giao mềm với sự tham gia của các ô không nằm trên biên giới. Để minh hoạ ta xét ví dụ sau: Một người sử dụng nào đó đang ở tầng trên cùng của một toà nhà cao tầng thì người này có thể được phục vụ bởi một ô không nằm trên biên giới giữa hai RNC nhưng nhờ ở vị trí cao nên người này phát đến một Node B thuộc một RNC khác. Tuy nhiên tại thời điểm này chưa thiết kế chính xác có bao nhiêu chuyển giao mềm được phép trong mạng mà chỉ tập trung vào sắp xếp Node B cho RNC và mạng truyền dẫn. Giao diện Iur được sử dụng để truyền dẫn lưu lượng từ MSC qua DRNC đến RNCC, vì thế ta cũng có thể áp dụng các giả thiết cơ sở khi định cỡ độ rộng băng Iur. Chẳng hạn nếu ta giả thiết là độ rộng băng Iub cần thiết gần gấp hai lần thông lượng của người sử dụng, thì độ rộng băng của Iur cần thiết cũng gần hai lần thông lượng xảy ra khi chuyển giao giữa các RNC. Sau đã quy hoạch bố trí Node B cho RNC đồng thời biết được các yêu cầu của giao diện Iur và Iub, tiếp theo chúng ta cần quy hoạch mạng truyền dẫn tải để kết nối giữa Node B và RNC, giữa các RNC và giữa các RNC với SGSN và MSC. Giả sử rằng các giao diện này đều là giao diện ATM và mạng cũng là mạng ATM. Dưới đây sẽ trình bày một ví dụ về một mạng truyền dẫn UTRAN đơn giản sử dụng công nghệ ATM. Trong ví dụ dưới, hình 2.12 ta có 3 RNC, một MSC/VLR và một SGSN, mỗi RNC điều khiển một số Node B, mỗi RNC lại được kết nối với một trong hai RNC còn lại và cả ba RNC trên đều được kết nối với SGSN và MSC/VLR. Trong hình 2.12a cho thấy kết nối logic giữa các Node khác nhau nhưng chúng ta nhận thấy rằng cách kết nối kiểu này là không hợp lý và không kinh tế. Ngược lại ở hình 2.12b đã đưa ra một giải pháp có lẽ là hợp lý hơn vì là sử dụng cấu hình xuyến, mà cấu hình này tuỳ thuộc vào dung lượng chúng ta có thể dùng xuyến SDH: STM-1 hoặc STM-4, trong cấu hình xuyến này mỗi vị trí sẽ trở thành Node trong vòng ring, tuy nhiên trong nhiều trường hợp như thế thì kinh phí sử dụng là rất cao. Trong trường hợp như vậy thì chúng ta có thể áp dụng cấu hình ở hình 2.13. Trong cấu hình 12.3a, ta triển khai chuyển mạch ATM để chuyển mạch các đường ATM khác nhau giữa các Node khác nhau, bằng cách triển khai tầng chuyển mạch ATM ta sẽ tiết kiệm được chi phí truyền dẫn, nhưng trong trường hợp này phải trang bị thêm thiết bị mới. Trong câu hình thứ hai (2.13b), ta sử dụng một trong số các RNC làm chuyển mạch ATM. ở phía chuyển mạch MSC chúng ta có thể sử dụng một SGSN hoặc một RNC làm chức năng giống như chuyển mạch ATM. Sở dĩ như vậy là vì bản thân RNC có chức năng như một chuyển mạch ATM. Sử dụng cấu hình này sẽ giúp cho nhà khai thác giảm được nhiều chi phí truyền dẫn mà không cần phải triển khai một mạng chuyển mạch ATM riêng nào. Quy hoạch và giá thành của mạng truyền dẫn UTRAN liên quan chặt chẽ với vị trí của đặt RNC. Có nhiều cách đặt RNC, ta có thể đặt nó ngay tại MSC, đặt xa MSC hoặc có thể kết hợp cả hai cách trên. Vị trí đặt các RNC liên quan đến dung lượng của một RNC, giá thành của RNC, tính khả dụng của vị trí đặt và giá thành truyền dẫn. Quy định cuối cùng phải cân bằng được các mục tiêu như: giá thành đầu tư, giá thành khai thác và cái quan trọng nhất là độ tin cậy. a.) Cấu hình kết nối logic b.) Cấu hình kết nối xuyến Hình 2.12. Kết nối RNC theo logic và theo cầu hình xuyến. a.) Lớp chuyển mạch ATM b.) Sử dụng RNC và (hoặc) SGSN cho chuyển mạch ATM Hình 2.13. Sử dụng lớp chuyển mạch riêng (a) hay sử dụng RNC và (hoặc) SGSN cho chuyển mạch ATM(b) 2.5. Quy hoạch mạng lõi Nội dung công việc quy hoạch mạng lõi gồm các công việc như trong sơ đồ dưới đây: Hình 2.14 Nội dung quy hoạch mạng lõi CN Cụ thể sẽ được trình bày sau: 2.5.1. Định cỡ trong các phần tử mạng lõi CN. 2.5.1.1. Định cỡ MSC/GMSC. Trong các cấu hình mạng khi MSC bao gồm cả chức năng BSC thì dung lượng MSC bị giới hạn bởi các phần tử vô tuyến như là số trạm, số Sector và số TRx. Nhưng trong các cấu hình phổ biến, MSC và BSC tách riêng nhau cho nên dung lượng MSC không bị phụ thuộc vào các yếu tố vô tuyến như trên nữa mà phụ thuộc vào hai yếu tố, đó chính là: BHCA cực đại và Erlang cực đại. Trong đó BHAC phản ánh công suất xử lý của MSC, luôn có giá trị không đổi đối với mọi phiên bản MSC. Còn Erlang phản ánh dung lượng của chuyển mạch và dung lượng cổng suất của MSC. Khi chúng ta tăng thiết bị phần cứng thì dung lượng của chuyển mạch và của cổng MSC tăng cho nên làm tăng số Erlang. Mặc dù chúng ta nói rằng dung lượng của MSC bị giới hạn bởi Erlang và BHCA nhưng trong thực tế cho thấy, BHCA mới là cổ chai chứ không phải Erlang nên dung lượng MSC bị giới hạn chính bởi BHCA. Nói cách khác, việc xác định số MSC phải dựa trên BHCA. Để có thể đạt được BHCA yêu cầu thì có thể tăng phần cứng để tăng số Erlang và BHCA cho tới khi đạt được tới hạn yêu cầu của BHCA. Khi ta chuyển sang các cấu trúc phân bố như cấu trúc với MSC Server và MGW của phát hành 3GPP 4, rất nhiều quy tắc định cỡ trước đây vẫn được áp dụng. Trong trường hợp này MSC Server sẽ chủ yếu bị giới hạn bởi BHCA, còn MGW bị giới hạn bởi Erlang. Các tham số sau đây cần phải xem xét khi định cỡ MSC: Số lượng của các thuê bao. Thời lượng trung bình cuộc gọi. Hỗn hợp cuộc gọi. Tổng lưu lượng CS (Erlang). Đặc điểm phần mềm của MSC. Yêu cầu dự phòng (2N, N+1). Tổng tải lưu lượng và báo hiệu. Định cỡ giao diện Iu-CS và các giao diện khác. Loại các giao diện truyền dẫn. Khả năng mở rộng. Các tuỳ chọn cấu hình và dung lượng MSC. Phương pháp triển khai hiệu quả nhất. Số lượng của NRC trong vùng phục vụ. Ngoài ra còn có phần định cỡ quy hoạch khác mà chúng ta có thể coi là tất nhiên và dễ dàng trong việc định cỡ mạng lõi CN: Kế hoạch đánh số. Quy hoạch định tuyến thông tin và lưu lượng. Quy hoạch mạng báo hiệu. Quy hoạch đồng bộ. Quy hoạch mở rộng. Định cỡ Node vật lý và logic. Quy hoạch mạng CS và PS. Quy hoạch tính bảo mật mạng. Quy hoạch Qos và độ dư. 2.5.1.2. Định cỡ SGSN và GGSN. Hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS vẫn sử dụng các phần tử SGSN và GGSN của mạng GPRS. Cho nên các quy tắc về định cỡ cho hệ thống UMTS cũng tương tự như định cỡ cho hệ thống mạng GPRS. Sau đây là các tham số giới hạn cần xem xét khi định cỡ SGSN bao gồm: Tổng số các thuê bao nhập mạng đồng thời. Tổng số PDP context tích cực. Tốc độ tích cực dịch vụ. Tổng lưu lượng đỉnh(kb/s và Packets/s). Tổng số giao diện Gb hay Iu-PS. Tổng số RNC trong vùng dịch vụ. Tổng số vùng định tuyến. Tổng số các đường truyền yêu cầu. Tổng số thông lượng. Thông thường ta nhận thấy rằng các nút cổ chai thực sự là số các thuê bao thâm nhập hay tổng thông lượng. Tất nhiên các giới hạn thay đổi tuỳ theo nhà cung cấp thiết bị, nhưng giá trị điển hình là 25.000 đến 150.000 thuê bao nhập mạng. Cũng như các công nghệ khác, các giới hạn này tăng nhanh cùng với thời gian, cho nên trong một hoặc hai năm tới các dung lượng này sẽ tăng lên và cao hơn rất nhiều. Đối với GGSN, các thông số giới hạn điển hình là: Tổng thông lượng. Tổng số các PDP context đồng thời (hiện nay các hệ thống này có giới hạn vào khoảng 100.000 PDP context đồng thời, nhưng trong các năm tới các giới hạn này sẽ tăng rất nhanh). 2.5.2. Định cỡ các giao diện trong mạng lõi CN. Định cỡ các giao diện trrong mạng lõi CN chủ yếu là thực hiện việc xét và định cỡ giao diện giữa RNC và MSC tức là hai giao diện Iu-CS và Iu-PS. Việc định cỡ hai giao diện này sẽ tính toán thông lượng người dùng đỉnh cho cả dòng dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Lưu lượng đỉnh của mỗi RNC được xác định từ khâu định cỡ RNC. Như vậy, sau khi đã thêm thông số bổ sung thì chúng ta sẽ xác định được thông lượng tổng cho cả hai dòng dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. 2.5.3. Quy hoạch truyền dẫn trong mạng lõi CN. Mạng truyền dẫn đường trục của hệ thống thông tin di động UMTS sẽ sử dụng các thiết bị truyền dẫn quang hiện đại như là PDH/SDH dựa trên hai công nghệ chính là ATM và IP với xu hướng là IP hoàn toàn để tiến tới mạng lõi toàn IP tức là All-IP. Tuy nhiên, các nhà khai thác mạng hiện nay (mạng 2G) khi tiến hành chuyển sang hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (UMTS) rât khó khăn và phức tạp vì phải đối mặt với những vấn đề truyền dẫn trong mạng lõi của hệ thống UMTS này. Các vấn đề nảy sinh khi tiến hành quy hoạch mạng truyền dẫn ở hệ thống này bao gồm: Sự tăng dung lượng truyền dẫn một cách nhanh chóng. Vấn đề hạn chế phổ tần. Sự hạn chế về thiết bị mới. Sụ hạn chế về chi phí. Các yêu cầu về thiết kế (đảm bảo sự linh hoạt và khả năng mở rộng). Vấn đề về các công nghệ mới thâm nhập. Môi trường nhiều nhà khai thác. Nguồn nhân lực có kỹ năng chuyên môn. Yêu cầu về độ tin cậy. Quy hoạch mạng truyền dẫn trong hệ thống UMTS phụ thuộc vào sự sử dụng lưu lượng của người dùng và lưu lượng được tải trên mạng. Hơn nữa, mạng đường trục của hệ thống UMTS này phải có băng thông rất rộng để có thể tuyền tải lưu lượng hỗn hợp của nhiều loại dịch vụ. 2.6. Triển khai mạng UMTS trên mạng GSM. Phần lớn các nhà khai thác khi triển khai hệ thống mạng UMTS thì vốn đã có trong tay mạng GSM. Việc tiến hành triển khai hệ thống mạng UMTS trên nền tảng mạng GSM hiện có thì cần đảm bảo tiết kiệm tối đa chi phí theo hướng là phải tận dụng hết mọi thiết bị, vị trí đài trạm cho đến các MSC, SGSN và HLR của mạng GSM. Vì mạng lõi của UMTS không khác gì nhiều so với mạng lõi của GSM/GPRS vì thế chúng ta chỉ cần nâng cấp hệ thống mạng là được chứ không cần thay đổi nhiều. Về mạng truy nhập vô tuyến, trong nhiều trường hợp các nhà cung cấp cho phép các thiết bị của hai hệ thống UMTS và GSM có thể đặt cùng một tủ máy, cho nên các thiết bị thu phát của hai hệ thống có thể sử dụng cùng một anten. Nhưng cũng có trường hợp là nhà cung cấp thiết bị cho phép hai tủ máy của hai hệ thống đặt cùng một chỗ để tiết kiệm chi phí xây dựng đài trạm mới. Hơn nữa, có thể sử dụng chung các phương tiện truyền dẫn từ Node B/BTS đến RNC/BSC cho cả hai trường hợp trên nhờ sử dụng các bộ nối chéo, như trong hình 2.15. Hình 2.15. Cấu hình chia sẻ truyền dẫn cho các giao diện Iub và Abis Hình 2.15 cho chúng ta thấy một thí dụ về sử dụng chung phương tiện truyền dẫn. Trong trường hợp này tủ máy của UMTS Node được đặt cùng chỗ với tủ máy GSM BTS. GSM đã có kết nối luông E1 với BSC. Giả sử BTS cần hai hoặc ba khe 64 kbps cho một tủ máy thu phát và số máy thu phát của BTS này mới sử dụng chưa được một nửa số khe thời gian của E1. Giả sử yêu cầu độ rộng băng thông giao diện Iub ít hơn độ rộng băng còn lại. Lúc này ta có thể sử dụng phần dung lượng còn lại của E1 để mang ATM. Tại BSC/RNC ta cần có bộ nối chéo để sắp xếp các khe 64 kbps cho BSC và cả RNC. ở phía BTS ta cũng cần một bộ nối chéo mini với chức năng tương tự cho UMTS Node và GSM BTS. Đối với nhiều trạm GSM BTS bộ nối chéo mini chiếm một phiến và đã có sẵn vì thế giá thành truyền dẫn sẽ giảm. Tất nhiên, việc dùng chung như vậy chỉ có thể thực hiện được ở các trạm có nhu cầu dự kiến thấp. Nếu ta đặt UMTS Node cùng trạm với GSM BTS ở thành phố có thể không còn dung lượng truyền dẫn thừa đủ dùng cho UMTS. Trong trương hợp này chúng ta không còn cách khác là phải tăng thêm dung lượng truyền dẫn cho trạm. Về vùng phủ, vùng phủ của hệ thống UMTS rất giống với vùng phủ của hệ thống GSM làm việc ở tần số 1800MHz và 1900MHz tuy có hơi rộng hơn một chút. Riêng đối với hệ thống GSM 900, do sự khác biệt về tần số nên vùng phủ rộng hơn nhiều so với hệ thống GSM. Vì vậy, khi triển khai hệ thống UMTS cần bổ sung thêm các đài trạm. 2.7. Nhiễu kênh lân cận giữa các nhà khai thác. Trong phần này sẽ xét ảnh hưởng của nhiễu kênh lân cận giữa các nhà khai thác ở các tần số lân cận. Trong môi trường có nhiều mạng UMTS hoạt động với các tần số gần nhau, tín hiệu có thể gây nhiễu lẫn nhau làm ảnh hưởng đến chất lượng, vùng phủ và dung lượng của mỗi hệ thống. Nhiễu này gọi là nhiễu kênh lân cận, gây ra do máy phát không lý tưởng và bộ lọc ở máy thu không hoàn hảo. Nhiễu kênh lân cận có thể gây ra chặn đường lên đối với Node B hoặc chặn đường lên và đường xuống đối với máy di động, hình 2.17 mô tả nhiễu kênh lân cận. Chặn đường lên: Giả sử máy di động MS của nhà khai thác 1 phát công suất cao với tần số lân cận với một ô của nhà khai thác 2 trong khi đang ở gần ô này. Kết quả là, nhiễu kênh lân cận ở máy thu trạm gốc của nhà khải thác 2 có thể lớn đến mức chặn các tín hiệu thu hữu ích của trạm này. Nguồn nhiễu kênh lân cận ở đường lên chính là bộ khuyếch đại phi tuyến ở MS gây ra do sự dò công suất kênh lân cận. Chặn đường xuống: Khi trạm gốc của nhà khai thác 2 phát thì máy di động của nhà khai thác 1 sẽ thu nhiễu của kênh lân cận đường xuống, nhiễu này có thể đủ lớn để làm rớt cuộc gọi trước khi máy di động có thể đến gần trạm gốc của mình. Trong trường hợp này, để tránh nhiễu ở kênh lân cận, máy di động có thể chuyển giao sang một tần số mới cách xa tần số phát của trạm gốc thuộc nhà khai thác 2. Nguyên nhân của nhiễu kênh lân cận đối với đường xuống là do độ chọn lọc của máy thu ở MS không hoàn hảo khiến nó không chỉ thu được tín hiệu hữu ích mà còn thu cả nhiễu.Yếu tố giới hạn đối với nhiễu kênh lân cận đường xuống chính là độ nhạy của máy thu của MS. Hình 2.16. Nhiễu kênh lân cận đường lên từ MS ô Macro đến BS ô Micro 2.7.1. Tính toán tuyến khi xét đến nhiễu giữa các nhà khai thác. Phần này sẽ trình bày trường hợp nhiễu kênh lân cận tồi nhất. Trường hợp này xảy ra khi một MS phát toàn bộ công suất ở rất gần với BTS thu sóng mang lân cận. Tổn hao ghép tối thiểu được định nghĩa như là tổn hao đường truyền tối thiểu giữa các connector của anten MS và BTS, tổn hao ghép tối thiểu được coi là bằng 50 dB. Các giả thiết khác nhau cho tính toán trường hợp tồi nhất được cho ở bảng 2.13 và kết quả được cho ở bảng 2.14. Bảng 2.13. Giả thiết cho các tính toán nhiễu kênh lân cận đường lên trường hợp tồi nhất Tổn hao ghép tối thiểu giữa MS và ô Micro 5o dB Công suất phát MS Công suất cực đại 21 dB Hệ số tạp âm của BTS Micro 5 dB Bảng 2.14. Kết quả tính toán trường hợp tồi nhất đường lên. Mức tạp âm nhiệt với 3,84 Mcps -108,2 dBm Mức tạp âm nhiệt ở máy thu BTS ô Micro -103,2 dBm Nhiễu kênh từ kênh lân cận -62 dBm Tăng tạp âm do nhiễu kênh lân cận 41,2 dB Từ bảng trên chúng ta thấy nhiễu kênh lân cận ở máy thu BTS Micro là -62 dBm lớn hơn tạp âm nhiệt là 41 dB. Việc tăng mức nhiễu lớn như vậy rõ ràng sẽ ảnh hưởng lên vùng phủ đường lên của ô Micro. Tuy nhiên rất ít khả năng xảy ra trường hợp tồi như vậy. Trường hợp này đòi hỏi phải thực hiện các điều kiện sau đây: MS của nhà khai thác 1 phát toàn bộ công suất 21 dBm. MS của nhà khai thác 1 nằm rất gần anten BTS Micro của nhà khai thác 2. Tổn hao ghép tối thiểu 50 dB chỉ xảy ra khi anten BTS rất thấp và MS có thể gần anten này. MS của nhà khai thác 1 phát sóng mang lân cận. Hệ số tạp âm của BS ô Micro bao gồm cả các tổn hao cáp chỉ là 5 dB. Nếu độ nhạy không đủ tốt, BS cũng ít nhạy cảm với nhiễu kênh lân cận. Để tránh nhiễu kênh lân cận có thể sử dụng các biện pháp sau: Đặt anten trạm gốc hợp lý: Việc này đảm bảo tổn hao truyền sóng để tránh nhiễu kênh lân cận đồng thời cũng phải đặt anten đủ cao để MS không thể quá gần anten. Giảm độ nhảy của máy thu trạm gốc: Trạm gốc sẽ ít bị ảnh hưởng của nhiễu kênh lân cận, tuy nhiên nó cũng ít nhạy cảm hơn đối với tín hiệu hữu ích và làm giảm vùng phủ. Điều chỉnh khoảng cách giữa các sóng mạng: Điều chỉnh này có thể đảm bảo một khoảng bảo vệ 200KHz hoặc lớn hơn giữa các sóng mang để giảm nhiễu kênh lân cận. Chuyển giao giữa các tần số: Đảm bảo hai tần số sử dụng của MS và BS đang là lân cận nhau trở thành không gian lân cận, do đó tránh được loại nhiễu này. 2.8. Tối ưu hoá mạng. Tối ưu hoá mạng là một quá trình rất quan trọng được thực hiện lập đi lặp lại một cách thường xuyên nhằm cải thiện chất lượng mạng tổng thể và đảm bảo các tài nguyên của mạng được sử dụng một cách có hiệu quả. Tối ưu hoá mạng không chỉ quan trọng trong quá trình quy hoạch và triển khai mạng mà còn có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật không nhỏ trong quá trình khai thác và mở rộng mạng. Ngoài những tiêu chí chung mà nhà khai thác bắt buộc phải tuân theo thì việc tối ưu cũng được thực hiện theo quan điểm riêng của mỗi nhà khai thác mạng. Tối ưu hoá mạng bao gồm việc thu thập thông tin về mạng, phân tích về cách cải thiện mạng, về cấu hình và hiệu năng của mạng, những yếu tố này đều nhằm tìm ra những vấn đề chưa được hợp lý, qua đó khôi phục caỉ thiện sao cho hợp lý nhất. Trong giai đoạn đầu của quá trình tối ưu mạng là định nghĩa các chỉ thị hiệu năng chính chúng gồm việc tiến hành phép đo, thu thập số liệu thống kê cho việc phân tích và điều chỉnh các thông số quản lý mạng để đạt được hiệu năng tốt nhất. Việc phân tích chất lượng mạng nhằm mục đích là giúp cho nhà khai thác có một cách nhìn tổng quan về chất lượng và hiệu năng của mạng. Phân tích chất lượng đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (UMTS) có sự khác biệt tương đối nhiều so với hệ thống thông tin di động thế hệ 2 vì mạng UMTS có nhiều các dịch vụ hơn và đa dạng hơn, vì vậy cần đưa ra các định nghĩa mới về chất lượng của từng loại dịch vụ. ở hệ thống tin di động thế hệ ba cần phải tối ưu hoá mạng một cách tự động. Vì thế hệ thống này có nhiều dịch vụ hơn các hệ thống thông tin di động thế hệ hai và việc tối ưu hoá mạng bằng nhân công sẽ mất nhiều thời gian. Tối ưu hoá tự động mạng phải cung cấp đáp ứng nhanh cho điều kiện lưu lượng trong mạng thay đổi. Cũng cần lưu ý ở trong giai đoạn đầu khi triển khai mạng thế hệ 3, chỉ có một số tham số được tự động thay đổi vì vậy quá trình tối ưu hoá cho mạng thế hệ 3 lúc này vẫn được duy trỳ. Chương III Quy hoạch mạng UMTS cho mạng entERprise of telecommunication lao (etl) Mở đầu Lào là một quốc gia nhỏ nằm trong Đông Nam á, với diện tích 236.800Km2 bao gồm 18 tỉnh, thành phố trên cả nước, dân số khoảng hơn 6 triệu người. Do chịu nhiều sự chi phối bởi các điều kiện tự nhiên, xã hội lại là nước vừa mới được giải phóng năm 1975. Vì thế sự phát triển kinh tế, xã hội của Lào vẫn chưa theo kịp các nước trong kkhu vực. Nhưng với xu thế phát triển và sự bủng nổ của khoa học công nghệ, Lào đã tận dụng cơ hội này để thúc đẩy phát triển cơ sở nền tảng kinh tế Nhà nước, trong đó viễn thông là một trong những lĩnh vực được Nhà nước quan tâm và đầu tư nhiều nhất. Với tổng số dân là hơn 6 triệu người trong khi mật độ điện thoại chỉ khoảng 4 máy/100 dân bao (bao gồm cả thuê bao cố định và di động) cho thấy tỷ lệ này là quá thấp so với các nước trong khu vực. Có nghĩa là tỷ lệ số dân không có máy điện thoại khá cao. Vì vậy, Lào là một thị trường viễn thông đầy tiềm năng. Nhận thấy tiềm năng phát triển cao của lĩnh vực viễn thông, nhất là lĩnh vực thông tin di động , được sự cho phép của chính phủ Lào và Bộ Bưu điện, Giao thông Vận tải và Xây dựng Lào có rất nhiều doanh nghiệp vừa và nhỏ tham gia vào việc khai thác và cung cấp dịch vụ thông tin di động, gồm các công ty Viễn thông Lào LTC (Lao Telecommunication Company), công ty viễn thông Nhà nước Lào ETL (Enterprise of Telecommunications Lao), công ty Viễn thông Châu á Lào LAT (Lao Asia Telecommunication State Enterpries), Công ty Millicom Lao Co và công ty SkeyTel Lào (Skey Telecom Lao). Trong đó LTC là công ty cung cấp dịch vụ điện thoại di động lớn nhất Lào. Hiện nay năm công ty trên đều đang sử dụng công nghệ GSM, và đang nghiên cứu và triển khai dịch vụ mạng GPRS để nâng cấp mạng tiến tới mạng thông tin di động thế hệ ba trong vài năm tới. Chương cuối cùng này sẽ trình bày về mạng thông tin di động ETL, trong khuôn khổ đồ án sẽ trình bay và phân tích, tính toán quy hoạch mạng UMTS giả sử được triển khai tại khu vực Thủ đô VIEN TIANE. 3.1. Thị trường thông tin di động ở Lào Mạng thông tin di động được đưa vào Lào là năm 1994, là mạng thông tin di động số Lao Telecom do công ty LTC cung cấp dưới vốn đầu tư của chính phủ Lào và Shinawatra International Public Co., Ltd (Thailand), với dung lượng 5,000 thuê bao địa bàn phục vụ là Thủ đô VIEN TIANE và tỉnh VIEN TIANE. Cho đến nay LTC có hơn 460.000 thuê bao, có vùng phủ sóng trên cả nước và trở thành nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động lớn nhất Lào. Năm 2000 mạng Thông tin di động số thứ hai ETL Mobile (entreprise of Telecommunication Lao) của ETL sử dụng công nghệ GSM 900/1800 đã được đưa vào hoạt động với vùng phủ sóng trải khắp trên cả nước, cũng trên cơ sở vốn đầu tư của chính phủ Lào, hiện nay ETL có số thuê bao lên hơn 280.000. Năm 2002 mạng Thông tin di động số thứ ba LAT Moblie của LAT dựa trên tiêu chuẩn GSM 900/1800 được đưa vào hoạt động với vùng phủ sóng hơn 10 tỉnh hoạt động trên cơ sở vốn đầu tư của Công ty dịch vụ Viễn thông Quân đội, hiện nay có khoảng 80.000 thuê bao. Tháng 10 năm 2003, thị trường thông tin di động Lào trở nên hết sức sôi động với sự xuất hiện của Orange một nhà khai thác mới ngoài 3 nhà khai thác trên, đó là Millicom Lao Co,.Ltd (liên kết giữa Lào, Hutchison3 của Sweden và Orange của UK) gọi là mạng Tango dựa trên tiêu chuẩn GSM 900/1800 được đưa vào hoạt động với vùng phủ sóng hơn 8 tỉnh TP trên cả nước, cho đến nay Tango có hơn 70.000 thuê bao. Tháng 2 năm 2005, thị trường thông tin di đông Lào càng hết sức sôi động hơn với sự xuất hiện của một nhà khai thác mới nhất ngoài 4 nhà khai thác