Tìm hiểu kỹ thuật cdma và việc phân chia các vùng trong mạng truyền dẫn tổ ong

TỔNGQUAN VỀ MẠNGDI ĐỘNG CDMA

Tổng quan về hệ thống thông tin diđộng

1.1.1 Hệ thống thông tin di động tổong

Toàn bộ vùng phục vụ của hệ thống điện thoại di động tổ ong được chiathànhnhiềuvùngphụcvụnhỏgọilàcácô(cell),mỗiôcómộttrạmgốcquảnlývàđượcđiềukhi ểnbởitổngđàisaochothuêbaovẫncóthểduytrìđượccuộcgọimộtcáchliên tục khi di chuyển giữa các ô

Hình 1 1 Hệ thống thông tin di động tổ ong

Trong hệ thống điện thoại di động tổ ong, tần số sử dụng của các máy di động không cố định mà được xác định tự động thông qua kênh báo hiệu Các ô kềnh nhà sử dụng tần số khác nhau, và các ô ở cách xa nhau có thể sử dụng cùng một tần số Để duy trì cuộc gọi liên tục khi di chuyển, tổng đài sẽ điều khiển các kênh báo hiệu và kênh lưu lượng theo sự di chuyển của máy di động, tự động chuyển đổi tần số của máy di động thành một tần số thích hợp.

Trần Minh Phúc - Lớp 51K1 – Khoa CNTT Page 7

Thông tin di động ra đời đầu tiên vào cuối năm 1940, khi đó nó chỉ là hệthốngthôngtindiđộngđiềuvận.Đếnnaythôngtindiđộngđãtrảiquanhiềuthếhệ.Thếhệ1làthế hệthôngtindiđộngtươngtựsửdụngcôngnghệtruycậpphânchiatheotần số (FDMA-

Frequency Division Multiple Access) Tiếp theo là thế hệ 2 và hiệnnay là thế hệ 3 đang được triển khai ở một số quốc gia trên thếgiới

Hình 1 2Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động trên thế giới

1.1.3 Xu thế phát triển của thông tin di động

Hiện nay, thông tin di động đang phát triển nhanh chóng để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng về số lượng, chất lượng và loại hình dịch vụ Sự phát triển này có thể được chia thành nhiều hướng khác nhau.

Phát triển theo tiêu chuẩn IMT-2000 do ITU quy định, nhằm thống nhất các hệ thống di động đa năng thế hệ thứ ba trên toàn cầu.

- Xu hướng phát triển mạng vô tuyến trong nhà dùng cho các trụ sở, công ty lớn(trên tần số 18GHz)

Từ những năm 1990, nhiều nghiên cứu toàn cầu đã được thực hiện để phát triển hệ thống vô tuyến cá nhân, kết hợp trí tuệ của mạng PSTN, công nghệ xử lý tín hiệu số hiện đại và công nghệ RF Các kỹ thuật này bao gồm điều chế, đa truy cập và các phương pháp tiên tiến khác.

Trần Minh Phúc - Lớp 51K1 – Khoa CNTT đề cập đến việc phát triển dịch vụ mạng cá nhân như PCS (Dịch vụ Giao tiếp Cá nhân), ví dụ điển hình là mạng Cityphone PCN (Mạng Giao tiếp Cá nhân) cho phép người dùng thực hiện và nhận cuộc gọi mọi lúc, mọi nơi bằng thiết bị cá nhân nhỏ gọn.

Phát triển viễn thông kết hợp vệ tinh đang trở thành xu hướng quan trọng, nhờ vào sự tiến bộ của công nghệ vũ trụ Hệ thống thông tin vệ tinh phối hợp hiệu quả với hệ di động mặt đất, tạo ra một mạng viễn thông toàn cầu, phù hợp với mọi địa hình và các loại hình dịch vụ.

Các quốc gia phát triển hiện nay có cơ hội tiếp cận nhanh chóng các kỹ thuật tiên tiến và lựa chọn những mô hình phát triển phù hợp cho tương lai.

Hệ thống thông tin di độngCDMA

1.2.1 Cấu trúc hệ thống thông tin di động CDMA

CDMA (Code Division Multiple Access) is a digital mobile system that utilizes spread spectrum technology, consisting of four main components: a Mobile Station (MS), b Basic Station System (BSS), c Switching System (SS), and d Operation and Maintenance Center (OMC).

Hình 1 3Cấu trúc mạng thông tin di động a Máy di độngMS

Một máy điện thoại di động gồm hai thành phần chính:

+ Thiết bị di độnghayđầucuốilàthiếtbịtíchhợpcáckhốimạchchứcnăngnhư:mãhóa, điềuchế,khuếchđại…dùngđểthutínhiệuvôtuyếnvàtáitạolạidạngtínhiệubanđầu

+Modulenhậndạngthuêbao- SIMlàmộtCardthôngminhdùngđểnhậndạngđầucuối, mỗi SIM Card có một mã số nhận dạng cá nhân dùng để nhận thực thuê bao b Hệ thống trạm gốcBSS

BSS chịu trách nhiệm về việc phát và thu sóng vô tuyến, chia làm hai phần:

+ Trạm thu phát gốcBTS(Basic Transceiver Station): gồm bộ thu phát vàcácăngtensửdụngtrongmỗicell.MộtBTSthườngđượcđặtởvịtrítrungtâmcủamộtcell BTS đảm nhiệm chính về các chức năng vô tuyến trong hệ thống

Bộ điều khiển trạm gốc (BSC) là thiết bị quan trọng trong mạng di động, chịu trách nhiệm quản lý một nhóm các trạm phát sóng (BTS) và tài nguyên vô tuyến BSC đảm nhiệm việc điều khiển tần số, các chức năng tổng đài và điều chỉnh công suất tín hiệu của BTS, góp phần vào việc duy trì hiệu suất và chất lượng dịch vụ trong hệ thống chuyển mạch SS.

Hệ thống chuyển mạch SS bao gồm một số đơn vị chức năng sau:

+ Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di độngMSC(Mobile ServicesSwitchingCenter):đâylàthànhphầntrungtâmcủakhốiSS,thựchiệncácchứcnăngchu yểnmạch của mạng và cung cấp kết nối đến các mạng khác

+ Thanh ghi định vị thường trúHLR(Home Location Register): HLR đượcxemlàmộtcơsởdữliệurấtquantrọnglưutrữcácthôngtinvềthuêbaothuộcvùngphủsóngcủ aMSC.Nócònlưutrữvịtríhiệntạicủacácthuêbaocũngnhưcácdịch vụ thuê bao mà đang được sửdụng

+ Thanh ghi định vị tạm trúVLR(Visitor Location Register): lưu trữcácthông tin cần thiết để cung cấp dịch vụ thuê bao cho các máy di động từ xa đến

+ Trung tâm xácthựcAuC(Authentication Center): Thanh ghi AuC đượcdùngchomụcđíchbảomật.Nócungcấpcácthamsốcầnthiếtchochứcnăngxác thực và mã hoá Các tham số này giúp xác minh sự nhận dạng thuê bao

+ThanhghinhậndạngthiếtbịEIR(EquipmentIdentityRegister):EIRcũngđượcdùng chomụcđíchbảomật.Nólàmộtthanhghilưutrữcácthôngtinvềcácthiết bị diđộng

+ Cổng MSCGMSC(Gate MSC): Cổng MSClànơi giaotiếpgiữamạngdiđộngvàmạngcốđịnh.Nóchịutráchnhiệmđịnhtuyếncuộc gọi từ mạng cố định đến mạng di động và ngược lại

Trần Minh Phúc - Lớp 51K1 – Khoa CNTT Page 10 d Trung tâm vận hành bảo dưỡngOMC

OMC được kết nối đến các thành phần khác nhau của MSC và đến BSCđểđiềukhiểnvàgiámsáthệthốngMSC.Nócònchịutráchnhiệmđiềukhiểnlưulượng củaBSS

1.2.2 Nguyên lý kỹ thuật mạngCDMA

CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho phép nhiều người dùng chia sẻ cùng một kênh vô tuyến đồng thời thông qua mã đặc trưng riêng biệt Kênh vô tuyến được sử dụng lại ở mỗi cell trong toàn mạng và được phân biệt nhờ mã trải phổ ngẫu nhiên Kênh CDMA có bề rộng 1,23 MHz với hai dải biên phòng vệ 0,27 MHz, tổng cộng là 1,77 MHz CDMA hoạt động với tốc độ cắt (chiprate) 1,2288 MHz, trong đó dòng dữ liệu gốc được mã hóa và điều chế ở tốc độ này Tốc độ này chính là tốc độ mã đầu ra (mã trải phổ ngẫu nhiên, PN-PseudoNoise) Để phục hồi dữ liệu gốc, máy thu cần sử dụng mã trải phổ PN chính xác như ở máy phát; nếu mã PN không đồng bộ, thông tin sẽ không thể được thu nhận.

Trong CDMA sự trải phổ tín hiệu đã phân bố năng lương tín hiệu vào một dảitầnrấtrộnghơnphổgốccủatínhiệugốc.Ởphíathu,phổcủatínhiệulạiđượcnéntrở lại về phổ của tín hiệu gốc (xem hình 1.4)

Hình 1 4Phổ trong quá trình phát và thu CDMA

1.2.3 Các đặc tính của CDMA

1.2.3.1 Tính đa dạng phân tập

Trong hệ thống điều chế băng hẹp như điều chế FM analog sử dụng tronghệthốngđiệnthoạitổongthếhệđầutiênthìtínhđađườngtạonênnhiềufadingnghiêmtrọn g.TínhnghiêmtrọngcủavấnđềfadingđađườngđượcgiảmđitrongđiềuchếCDMAbăngrộngvì cáctínhiệuquacácđườngkhácnhauđượcthunhậnmộtcáchđộclập.Fadingđađườngkhôngthể loạitrừhoàntoànđượcvìvớicáchiệntượngfadingđađườngxảyraliêntụcdođóbộgiảiđiềuchếk hôngthểxửlýtín hiệu thu một cách độc lập được

1.2.3.2 Điều khiển công suấtCDMA Ở các hệ thống thông tin di động tổ ong CDMA, các máy di động đều phátchungởmộttầnsốởcùngmộtthờigiannênchúnggâynhiễuđồngkênhvớinhau.Chất lượng truyền dẫn của đường truyền vô tuyến đối với từng người sử dụng trong môitrườngđangườisửdụngphụthuộcvàotỷsốEb/N o ,trongđóEblànănglượngbitcònNolàmật độtạpâmtrắngGAUSbaogồmtựtạpâmvàtạpâmquyđổitừmáyphátcủangườisửdụngkhác.Đểđ ảmbảotỷsốE b /N o khôngđổivàlớnhơnngưỡngyêucầucầnđiềukhiểncôngsuấtcủacácmáyphát củangườisửdụngtheokhoảng cách của nó với trạm gốc Nếu ở các hệ thống FDMA và TDMA việc điềukhiển công suất không ảnh hưởng đến dung lượng thì ở hệthống CDMA việc điềukhiểncôngsuấtlàbắtbuộcvàđiềukhiểncôngsuấtphảinhanhnếukhôngdung

Trần Minh Phúc - Lớp 51K1 – Khoa CNTT Page 12 lượng hệ thống sẽgiảm

Việc giảm tỷ số Eb/N0, tức là tỷ số tín hiệu/nhiễu, không chỉ giúp tăng dung lượng hệ thống mà còn làm giảm công suất phát yêu cầu để khắc phục tình trạng tạp âm và giao thoa Giảm công suất phát sẽ tạo điều kiện cho các máy di động hoạt động hiệu quả hơn, đồng thời giảm giá thành và mở rộng vùng phục vụ Điều này cũng có nghĩa là sẽ cần ít trạm phát sóng (BTS) hơn so với các hệ thống khác như analog hoặc TDMA có công suất tương tự.

Một tiến bộ quan trọng trong việc điều khiển công suất của hệ thống CDMA là giảm công suất phát trung bình Trong nhiều trường hợp, việc mô phỏng môi trường truyền dẫn mang lại lợi ích cho CDMA Trong hệ thống băng hẹp, công suất phát cao luôn cần thiết để khắc phục hiện tượng fading theo thời gian Tuy nhiên, trong hệ thống CDMA, công suất trung bình có thể được giảm bớt, vì công suất yêu cầu chỉ tăng khi có fading và được điều khiển bởi hệ thống.

1.2.3.4 Chuyển giao (handoff) ởCDMA Ởcáchệthốngthôngtindiđộngtổong,chuyểngiaoxảyrakhitrạmdiđộngđang làm các thủ tục thâm nhập mạng hoặc đang có cuộc gọi Mục đích của chuyểngiaolàđểđảmbảochấtlượngtruyềndẫnđườngtruyềnkhimộttrạmdiđộngrờixatrạm gốc đang phục vụ nó Khi đó, nó phải chuyển lưu lượng sang một trạmgốc mớihaymộtkênhmới.ỞCDMAtồntạihailoạichuyểngiaolàchuyểngiaomềm(Soft Handoff) và chuyển giao cứng (HardHandoff)

+ Chuyển giao giữa các ô hay chuyển giao mềm (SoftHandoff)

+ Chuyển giaogiữa các đoạn ô (Intersector) hay chuyển giaomềmhơn(SofterHandoff) + Chuyển giao cứng giữa hệ thống CDMA này với hệ thống CDMA khác

+ Chuyển giao cứng giữa hệ thống CDMA đến hệ thống tươngtự

Hình 1 5Chuyển giao mềm và chuyển giao cứng trong CDMA

1.2.3.5 Giá trị E b /N 0 thấp (hay C/I) và chốnglỗi

E b /N 0 là tỷ số năng lượng trên mỗi bit so với mật độ phổ công suất tạp âm, đóng vai trò quan trọng trong việc so sánh hiệu suất của các phương pháp điều chế và mã hóa số Khái niệm này tương tự như tỷ số sóng mang trên tạp âm trong phương pháp FM Hệ thống CDMA sử dụng băng tần rộng, cho phép cung cấp một thiết bị có công suất và độ dư mã sử dụng cao Trong hệ thống điều chế số băng tần hẹp, chỉ những mã sử dụng có hiệu suất và độ dư thấp mới được phép sử dụng để đảm bảo giá trị E b /N 0 cao hơn yêu cầu của CDMA Mã sửa sai trước được áp dụng trong hệ thống CDMA cùng với giải điều chế số có hiệu suất cao, giúp tăng dung lượng và giảm công suất yêu cầu đối với máy phát thông qua việc giảm E b /N 0.

Dung lượng của hệ thống CDMA cao hơn 8-10 lần dung lượng của một hệ thống tương tự AMPS, hay 4-5 lần dung lượng của hệ thống GSM

Hệ thống CDMA áp dụng kỹ thuật trải phổ độc đáo, cho phép nhiều người dùng chia sẻ cùng một băng tần mà không cần phân chia theo thời gian Nhờ vào điều này, CDMA có khả năng phục vụ nhiều người dùng đồng thời hơn so với các hệ thống GSM.

Hệ thống CDMA là một hệ thống có dung lượng mềm Dung lượng phụ thuộc vào

Trần Minh Phúc - Lớp 51K1 – Khoa CNTT, cho biết rằng ngưỡng nhiễu của hệ thống CDMA là yếu tố quan trọng để duy trì hệ số chất lượng dịch vụ Điều này có nghĩa là dung lượng của hệ thống CDMA chỉ bị giới hạn bởi yêu cầu chất lượng của dịch vụ mà nó cung cấp.

1.2.4.2 Cải thiện chất lượng cuộc gọi :

Hệ thống CDMA có chất lượng âm thanh tốt và ổn định

Hệ thống CDMA sử dụng công nghệ điều khiển công suất nhanh và chính xác, cho phép trạm gốc gửi lệnh điều chỉnh công suất phát đến các máy di động Nhờ đó, công suất phát của các thiết bị gần trạm được giảm bớt, trong khi công suất của những thiết bị xa được tăng cường Kết quả là mức nhiễu giao thoa trong băng tần trở nên đồng đều, giúp giảm tổng công suất và triệt tiêu các nhiễu có công suất lớn Trong môi trường nhiễu bằng phẳng này, các trạm có thể dễ dàng lọc ra thông tin cần thiết.

Tỷ lệ rớt cuộc gọi trong hệ thống CDMA được giảm thiểu nhờ khả năng hoạt động đồng thời trong cùng một băng tần của các sector Điều này cho phép các cuộc gọi được chuyển giao “mềm” khi các thiết bị di động di chuyển giữa các vùng khác nhau.

Các bộ mã hóa và giải mã thoại của CDMA áp dụng kỹ thuật cải tiến, chỉ truyền tải thông tin cần thiết và loại bỏ tiếng ồn không cần thiết Nhờ vào việc bỏ qua các khoảng lặng, thông tin thoại được nén hiệu quả hơn.

1.2.4.3 Đơn giản hóa quy hoạch hệ thống :

Hệ thống CDMA sử dụng chung một băng tần cho tất cả các cell, điều này giúp đơn giản hóa quy trình quy hoạch và thiết kế Khác với các hệ thống analog hay GSM, nơi băng tần được chia thành các đoạn nhỏ và các cell lân cận phải sử dụng tần số khác nhau để tránh nhiễu, CDMA không gặp phải vấn đề phức tạp này Nhờ vào việc các cell sử dụng cùng một băng tần, CDMA không cần quy hoạch tần số phức tạp, giảm thiểu khó khăn trong việc quản lý và thay đổi hệ thống.

Bảo mật trong CDMA được đảm bảo nhờ vào cách thức làm việc của hệ thống

Mỗi cuộc gọi sử dụng toàn bộ băng thông lên đến 2.25 MHz, vượt xa mức cần thiết cho cuộc gọi Thông tin được mã hóa và trộn lẫn với các chuỗi mã, chỉ có trạm gốc và trạm di động mới có khả năng giải mã để tách thông tin hữu ích Đối với các thiết bị thu trộm, thiếu chuỗi mã, tín hiệu thu được chỉ giống như nhiễu nền.

Trần Minh Phúc - Lớp 51K1 – Khoa CNTT Page 15 của kỹ thuật CDMA trong quân sự cũng chính là lý do bảo mật

THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠNG CDMA

Lý thuyết về thiết kế hệ thống mạng cơ bản

Trong hệ thống mạng CDMA, dung lượng tăng lên tùy thuộc vào mức độ can nhiễu mà tín hiệu mong muốn có thể chịu đựng Để giải điều chế hiệu quả, mức tín hiệu của tín hiệu mong muốn phải luôn thấp hơn mức nhiễu Tất cả người dùng phải chia sẻ các kênh vô tuyến, và nếu một người dùng mất công suất quá nhiều, điều này sẽ ảnh hưởng đến các người dùng khác và làm giảm dung lượng hệ thống.

Trong hệ thống mạng analog và TDMA, tỉ số C/I (tỉ số công suất sóng mang trên nhiễu) là yếu tố quan trọng nhất quyết định chất lượng thoại Có hai loại tỉ số C/I: tỉ số tính toán, phản ánh chất lượng thoại của hệ thống, và tỉ số (C/I)s theo lý thuyết, đóng vai trò quan trọng trong hiệu năng tiêu chuẩn của mạng di động tổ ong Ví dụ, tỉ số (C/I)s trong mạng điện thoại di động Mỹ là 18dB Do ảnh hưởng của quang phổ và khoảng cách, nhiễu (I) thường thấp hơn nhiều so với tín hiệu nhận được (C), cho phép đo cường độ tín hiệu để tính toán C và xác định dung lượng mỗi cell Đồng hồ đo cường độ tín hiệu trở thành công cụ hữu ích trong thiết kế mạng TDMA.

Trong hệ thống mạng CDMA, tất cả các kênh lưu lượng được phục vụ bởi một kênh vô tuyến duy nhất trong mỗi cell Trong một cell với m kênh thoại, một kênh là kênh mong muốn và m-1 kênh còn lại là kênh nhiễu Tại đầu cuối máy thu, mức nhiễu thường cao hơn nhiều so với kênh mong muốn, làm cho tỉ số C/I khó đạt được Việc sử dụng đồng hồ đo cường độ tín hiệu có thể cho thấy mức nhiễu lớn hơn so với tín hiệu mong muốn Do đó, yếu tố thiết kế mạng CDMA khác biệt so với mạng TDMA, và có thể dựa vào tỉ số E b /I 0 để thiết kế mạng hiệu quả.

   (2.1) Ở vế trái công thức (2.1) được suy ra từ vế phải xác định rằng tỉ số tín hiệu/nhiễu

Giá trị SNR sau khi giải điều chế cao G lần so với tỉ số SNR đầu vào có sự khác biệt giữa kênh đường xuống và kênh đường lên do các phương pháp điều chế khác nhau Cần lưu ý rằng có hai yêu cầu khác nhau đối với tỉ số C/I: (C/I) f cho kênh đường xuống và (C/I) r cho kênh đường lên Chúng ta sẽ áp dụng (E b /I 0 ) F = 5dB và (E b /I 0 ) R = 7dB Do đó, khi thiết kế mạng, cần đảm bảo rằng yêu cầu tỉ số C/I được đáp ứng tại mỗi điểm trong vùng phủ với tỉ số E b /I 0 đã cho.

2.1.1 Kích thước các ô đồng đều Đối với tình huống xấu nhất của đường xuống được sử dụng để tìm ra mối liên hệ giữa công suất phát của các cells Vị trí của máy di động trong trường hợp này được thể hiện trong hình 2.1

Nếu chúng ta thừa nhận rằng suy hao tín hiệu lan truyền có thể xấp xỉ là R -4 và R

Tỉ số C/I tại máy di động đầu cuối có thể được biểu diễn dựa trên tham số cell, tức là khoảng cách từ máy di động đến trạm thu phát gốc.

Hệ thống mạng CDMA hoạt động với công suất phát α i (1,2,3) cho từng kênh thoại trong mỗi cell, trong khi m i biểu thị số lượng kênh trên mỗi cell Các thông số β và γ đại diện cho công suất phát của tổ hợp các ô lân cận tại khoảng cách 2R và 2,633R, ảnh hưởng đến mức nhiễu trong đường xuống.

Giải phương trình trên, chúng ta được m 1 như sau:

Nếu không có nhiễu ở các ô lân cận, nghĩa là α 2 =α 3 =β=γ=0 trong công thức 2.3 thì chúng ta có

Nếu không có nhiễu ngoại trừ từ 2 ô kề nhau thì:

 (2.6) Đó là mối quan hệ giữa  1 ,  2 và  3

Nếu tổng công suất phát P trong mỗi cell site là P 1 =  1 m 1 , P 2 =  2 m 2 , P 3 =  3 m 3 Khi m 1, m 2, m 3 cho trước, thì p1, p 2, p 3 là công suất cực đại của 3 cell đó

C I  m    Vậy mối liên hệ giữa tổng 3 công suất phát cực đại của cả 3 cell là:

Rút ra từ công thức, tiêu chuẩn thiết kế sẽ dùng chung trong hệ thống CDMA của N cell được thể hiện như sau : j tant i i j

Trong quá trình truyền tín hiệu từ máy di động đến trạm gốc, tín hiệu mong muốn nhận được là C Mỗi tín hiệu của một kênh tại trạm gốc cũng đạt mức C nhờ vào việc điều khiển công suất Công suất nhiễu từ máy di động là r.m 1, và mức nhiễu từ hai ô lân cận tại đường biên của cell cũng xấp xỉ C tại trạm gốc do vấn đề điều khiển công suất trong các ô này.

Trong trường hợp xấu nhất, r12 và r13 đại diện cho một phần của tổng số lượng kênh thoại tại các ô lân cận, có khả năng gây nhiễu cho tín hiệu mong muốn tại trạm gốc của cell 1.

Hệ thống mạng CDMA và mức nhiễu của nó phụ thuộc vào kích cỡ vùng chồng lấn tại các ô lân cận Nếu hệ thống được thiết kế chính xác, có thể giả định rằng tỷ lệ C/I là -17dB, tương đương với 50 - 1, và các giá trị r12 và r13 đều bằng 0,166.

Mối liên hệ giữa số lượng kênh thoại trong mỗi ô m1, m2 và m3 là rất quan trọng Để kiểm tra tình huống tại đường lên, cần xác định xem tất cả các điều kiện trong công thức có được đáp ứng hay không Vấn đề chính nằm ở số kênh thoại yêu cầu m1, m2 và m3 Dựa vào công thức của đường xuống, chúng ta có thể tính toán công suất phát cực đại cho mỗi cell.

2.1.2 Kích thước các ô không đồng đều

Chúng ta có thể xác định số lượng kênh thoại m trong mỗi cell do điều kiện từ dữ liệu

Trần Minh Phúc, sinh viên lớp 51K1 thuộc Khoa CNTT, đã nghiên cứu về dân số và cách tính tổng công suất phát trong mỗi kênh đường xuống của từng cell, dựa trên trường hợp xấu nhất như thể hiện trong hình 9.3.

Tỉ số (C/I) F nhận được tại phương tiện 1 là :

I a là mức nhiễu đến từ các ônằm bên cạnh 3 ô này Thành phần này thường là rất nhỏ so với 2 yếu tố kia và có thể được bỏ qua

Hình 2 3Trường hợp xấu nhất trong kênh đường xuống

(C 2 /I) F nhận được tại phương tiện thứ 2 và 3 có thể được thể hiện như sau :

Tính toán các công thức này ta sẽ được :

Giả sử rằng giá trị bé nhất của α 1 ,α 2 andα 3 sẽ làα 1 0 , α 2 0 và α 3 0 , thì chúng ta có :

Khi C 0 là tín hiệu yêu cầu tại vị trí xe và k i là hằng số khuếch đại liên quan đến độ cao ăngten tại vị trí cell, tổng công suất phát của mỗi ô được xác định dựa trên các yếu tố này.

Hình 2 4Trường hợp xấu nhất trong đường lên

Trong tình huống xấu nhất tại đường lên như mô tả trong hình 2.4, thuật toán điều khiển công suất đảm bảo rằng tất cả các tín hiệu trong các cell sẽ tương tự nhau.

Trong bài viết này, a1', a2' và a3' đại diện cho công suất của các kênh riêng biệt trong từng ô Vị trí R12 và R13 là các kênh thoại trong các ô lân cận có thể gây nhiễu cho tín hiệu tại cell 1 Mức nhiễu I˙a1 từ người dùng ở các cell khác, không bao gồm cell 2 và cell 3, có giá trị tương đối nhỏ và có thể được bỏ qua.

Trong đó, r là tỉ lệ phần trăm của tổng số kênh từ các ô gây nhiễu nhận được tại trạm gốc Rút gọn công thức, ta được :

Giá trị nhỏ nhất của a 1 ' ,a 2 ' và a 3 ' có thể được định nghĩa như sau :

Trong đó R1 R 2 và R 3 là bán kính của 3 cell và k là hằng số khuếch đại liên quan đến độ cao ăngten tại cell sites Và công thức (2.23) sẽ trở thành :

Trên đây, đưa ra các công thức thiết kế cơ bản cho mối quan hệ giữa các thông số mạng Từ đó, ta có :

Trần Minh Phúc - Lớp 51K1 – Khoa CNTT Page 26 m 1 , m 2 or m 3 < 1 1

Quy hoạch mạng CDMA

Định kích cỡ mạng vô tuyến CDMA là quá trình quy hoạch quan trọng, trong đó cần ước tính cấu hình và số lượng thiết bị mạng dựa trên yêu cầu của nhà cung cấp Quá trình này liên quan đến nhiều vấn đề khác nhau mà các nhà quản lý mạng cần xem xét để đảm bảo hiệu suất và khả năng phục vụ của mạng.

Vùng phủ, bao gồm vùng phủ sóng, thông tin về vùng phủ sóng, đặc điểm truyền sóng

Dung lượng, gồm trải phổ sẵn có, dự báo về sự tăng trưởng số lượng thuê bao, thông tin về mật độ lưu lượng

Chất lượng dịch vụ, gồm xác suất vùng phủ ( khả năng phủ sóng), xác suất tắc nghẽn, lưu lượng người dùng đầu cuối

Công việc định kích cỡ mạng bao gồm các bước quan trọng như tính toán quỹ đường truyền vô tuyến, phân tích vùng phủ và ước tính dung lượng mạng Ngoài ra, cần xác định tổng số lượng phần cứng của trạm gốc, vị trí của đài trạm, bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNCs) và thiết bị tại các giao diện khác nhau Cuối cùng, các thông số mạng lõi như hệ thống chuyển mạch kênh và hệ thống chuyển mạch gói cũng cần được xem xét để đảm bảo hiệu suất tối ưu cho mạng.

- Các yêu cầu phủ sóng

- Các yêu cầu về dung lượng

- Các yêu cầu về chất lượng

- Kieồu vuứng/ kieồu truyeàn sóng vô tuyến Định cỡ

- Hoạch định vùng phủ và dung lượng

- Hieồn thũ chổ tieõu kỹ thuật mạng

-Số trạm gốc và các site.

- Các thông số cụ thể của cell cho các thuật toán RRM.

-Phân tích vùng phủ và dung lượng.

- Phaân tích QoS Điều chỉnh các thông số

Các chỉ tiêu kỹ thuật của mạng đo được Đầu vào Đầu ra

Hình 2 5Quá trình quy hoạch mạng WCDMA

2.2.1 Quỹ đường truyền vô tuyến và hiệu suất vùng phủ Độ dự trữ nhiễu là cần có trong quỹ đường truyền bởi vì lượng tải của các cell

Hệ số truyền tải liên quan đến tỉ số (E b /N 0) R sẽ ảnh hưởng đến vùng phủ của hệ thống Khi chấp nhận phế tải trong hệ thống lớn, độ dự trữ nhiễu cần thiết sẽ tăng lên, dẫn đến vùng phủ bị thu hẹp Đối với các trường hợp giới hạn vùng phủ, yêu cầu về độ dự trữ nhiễu sẽ thấp hơn, trong khi với trường hợp áp dụng dung lượng giới hạn, độ dự trữ nhiễu cần cao hơn Đối với vùng phủ có giới hạn, kích cỡ cell bị giới hạn bởi suy hao đường truyền lớn nhất cho phép và không sử dụng hết dung lượng nhiễu tối đa của trạm gốc Giá trị đặc trưng cho độ dự trữ nhiễu trong trường hợp này nằm trong khoảng 1-3 dB, tương ứng với mức tải từ 20-50%.

Để duy trì điều khiển công suất nhanh vòng kín một cách hiệu quả, máy di động cần một khoảng hở nhất định Thông số này đặc biệt quan trọng cho người dùng đi bộ di chuyển chậm, nơi mà việc điều khiển công suất nhanh có thể bù đắp fading nhanh một cách hiệu quả Giá trị dự trữ fading nhanh thường nằm trong khoảng từ 2-5dB cho người sử dụng máy di động di chuyển chậm.

Chuyển giao mềm và cứng giúp cải thiện khả năng chống lại fading chậm bằng cách giảm độ dự trữ fading chuẩn log Fading chậm xảy ra do thiếu sự tương quan giữa các trạm gốc, và thông qua chuyển giao, các thiết bị di động có thể kết nối với trạm gốc có tín hiệu tốt hơn Chuyển giao mềm còn mang lại lợi ích phân tập bổ sung, giúp giảm thiểu ảnh hưởng của fading nhanh.

E b /N 0 phụ thuộc vào liên kết vô tuyến đơn do ảnh hưởng của việc kết hợp phân tập macro Độ lợi chuyển giao mềm tổng thể được giới hạn trong khoảng 2-3 dB, như được minh họa trong ví dụ dưới đây, bao gồm cả độ lợi để chống lại fading nhanh và chậm Các giả định hệ thống được trình bày trong bảng 2.1 và 2.2.

Trên cơ sở giả thiết này, quỹ đường truyền của 3 dịch vụ khác nhau thể hiện trong bảng 2.3, 2.4 và 2.5

Trần Minh Phúc - Lớp 51K1 – Khoa CNTT Page 28 Đầucuốithoại Đầucuốidữliệu

Côngsuấtphátlớnnhất 21dBm 24dBm Độ lợi ăngten 0dBi 2dBi

Bảng 2 1 Giảđịnhvềquỹđườngtruyềncủa máy di động ( MS)

Nhiễu 5dB Độ lợi ăngten 18dBi(trạmgốc3sector)

Thoại:5.0dB Dữliệuthờigianthực144kbps:1.5dB Dữliệuphithờigianthực384kbps:1.0dB

Dịch vụ thoại 12.2kbps (120 km/h, trong xe hơi)

Trạm phát (máy di động)

Công suất phát lớn nhất của MS [W] 0.125

Công suất phát lớn nhất của MS [dBm] 21.0 a Độ tăng ích của ăngten MS [dBi] 0.0 b

Suy hao cơ thể [dB] 3.0 c

Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương

Mật độ tạp âm nhiệt [dBm/Hz] -174.0 e

Dạng nhiễu bộ thu trạm gốc [dB] 5.0 f

Mật độ tạp âm bộ thu [dBm/Hz] -169.0 g=e+f

Công suất tạp âm bộ thu [dBm] -103.2 h=g+10*log(3840000) Độ dữ trữ nhiễu [dB] 3.0 i

Tạp âm hiệu dụng tổng cộng + nhiễu [dBm] -100.2 j =h+i Độ lợi xử lý [dB] 25.0 k*log (3840/12.2)

E b /N 0 yêu cầu [dB] 5.0 l Độ nhạy thu [dBm] -120.2 m =l-k+j Độ tăng ích ăngten trạm gốc [dBi] 18.0 n

Suy hao cáp bên trong trạm gốc [dB] 2.0 o Độ dự trữ fading nhanh [dB] 0.0 p

Suy hao đường truyền lớn nhất [dB] 154.2 q = d - m + n - o - p Các thành phần khác Độ dữ trữ fading normal log [dB] 7.3 r Độ lợi chuyển giao mềm [dB], nhiều cell 3.0 s

Suy hao do ở trong xe [dB] 8.0 t

Suy hao truyền sóng đƣợc phép đối với phạm vi của cell [dB]

3Quỹđườngtruyềnthamkhảochodịchvụthoại12.2kbpsđatốcđộ(120km/h,ngườisửdụngởtr ongxeôtô,chuyển giao mềm )

Dịch vụ dữ liệu 144kbps

Suy hao cơ thể [dB] 0.0 C

Tạp âm hiệu dụng tổng cộng + nhiễu [dBm] -100.2 j =h+i Độ lợi xử lý [dB] 14.3 k*log (3840/144)

Suy hao cáp bên trong trạm gốc [dB] 2.0 o Độ dự trữ fading nhanh [dB] 4.0 p

Suy hao đường truyền lớn nhất [dB] 151.0 q = d - m + n - o – p Các thành phần khác Độ dữ trữ fading normal log [dB] 4.2 r Độ lợi chuyển giao mềm [dB], nhiều cell 2.0 s

Suy hao do ở trong xe , trong nha [dB] 15.0 t

4Quỹđườngtruyềncủacácdịchvụthờigianthựctốcđộ144kbps(vậntốcdiđộng3km/h,ngườis ửdụngtrongnhàđượcphụcvụbởiBSngoàitrời, chuyển giao mềm)

Giả định trong bảng 9.3 rằng độ lợi ăngten máy di động là đẳng hướng

Hiệu suất vùng phủ của mạng WCDMA được xác định dựa trên vùng phủ trung bình tại mỗi địa điểm trong một khu vực cụ thể, dựa vào môi trường lan truyền tham chiếu và mật độ giao thông hỗ trợ Từ các thông số này, bán kính của cell R có thể được tính toán một cách dễ dàng bằng mô hình lan truyền đã được xác định.

Mô hình lan truyền mô tả cách tín hiệu trung bình lan tỏa trong môi trường, đồng thời chuyển đổi suy hao tín hiệu thành decibels để tối ưu hóa phạm vi phủ sóng của tế bào, đạt tối đa khoảng cách tính bằng km.

Dịch vụ dữ liệu phi thời gian thực 384 kbps

Tạp âm hiệu dụng tổng cộng + nhiễu [dBm] -100.2 j =h+i Độ lợi xử lý [dB] 10.0 k*log (3840/384)

Suy hao cáp bên trong trạm gốc [dB] 2.0 o

Trần Minh Phúc - Lớp 51K1 – Khoa CNTT Page 33 Độ dự trữ fading nhanh [dB] 4.0 p

Suy hao đường truyền lớn nhất [dB] 147.2 q = d - m + n - o - p Các thành phần khác Độ dữ trữ fading normal log [dB] 7.3 r Độ lợi chuyển giao mềm [dB], nhiều cell 0.0 s

5Quỹđườngtruyềncủadịchvụdữliệuphithờigianthực384kbps(3km/h,ngườisửdụngngoàit rời,kênhVehicularA,khôngchuyểngiaomềm)

Trong một nghiên cứu về mô hình lan truyền macrocell tại khu vực đô thị, các điều chỉnh cộng hưởng được thực hiện với độ cao ăngten trạm gốc là 30m, ăngten máy di động ở độ cao khoảng 1.5m, và tần số sóng mang xung quanh 1950 MHz.

Suy hao đường truyền (L) được đo bằng dB, trong khi bán kính phủ sóng của cell (R) được tính bằng km Hệ số lan truyền trong trường hợp này là n = 3.52 Đối với các vùng ngoại ô, hệ số sửa lỗi bổ sung là 8dB.

Bán kính của cell dịch vụ thoại 12.2-kbps với suy hao 141.9-dB trong vùng ngoại ô là 2.3km, trong khi bán kính dịch vụ thoại trong nhà là 1.4km Khi xác định khoảng cách cell, diện tích vùng cũng là một yếu tố quan trọng trong cấu hình sector của trạm gốc Với cell hình lục giác được phủ bởi ăngten đẳng hướng, vùng phủ có thể ước tính xấp xỉ là 2.6 R^2.

2.2.2 Hệ số tải và hiệu suất phổ

Giai đoạn thứ hai trong quá trình định kích cỡ bao gồm việc xác định tổng lưu lượng trên số vùng của trạm gốc Khi tần số tái sử dụng bằng 1, hệ thống thường xuất hiện đặc tính giới hạn nhiễu.

  = j Tín hiệu cða người dùng thứ j

Với G j là độ lợi xử lý của người dùng j Công thức này có thể được thể hiện như sau:

Tốc độ chip W, công suất tín hiệu Pj từ người dùng j, và hệ số hoạt động aj của người dùng j là những yếu tố quan trọng trong việc xác định tốc độ bit Rj của người dùng Tổng công suất thu băng thông rộng Itotal bao gồm cả công suất tạp âm nhiệt tại trạm gốc, ảnh hưởng đến hiệu suất truyền tải dữ liệu.

Từ công thức (2.30) ta có:

Với P j =L j x I total , ta sẽ thu được hệ số tải đường lên L j của một kết nối

(2.32) Tổng số nhiễu thu không tính tạp âm nhiệt P N , có thể được thể hiện như sau:

Mức tăng tạp âm được định nghĩa như sau:

   (2.34) và hệ số tải đường lên toàn cục là :

Khi mức UL gần bằng 1, tạp âm sẽ tăng lên gần như vô hạn, khiến hệ thống đạt dung lượng tối đa Trong việc tính toán hệ số tải nhiễu từ các cell khác, cần chú ý đến tỷ lệ nhiễu giữa các cell khác và cell đang xét, được tính theo công thức: i = nhiễu từ cell khác / nhiễu cell phôc vô.

Hệ số tải đường lên sẽ trở thành:

Mức tăng tạp âm được xác định từ phương trình (2.34) là -10log 10 (1-n UL) Để đảm bảo chất lượng tín hiệu, độ dự trữ nhiễu trong quỹ đường truyền cần phải tương ứng với mức tăng tạp âm lớn nhất đã được hoạch định Tỉ số E b /N 0 sẽ phụ thuộc vào việc điều khiển công suất vòng kín và quá trình chuyển giao mềm.

Hiệu suất phổ trong hệ thống mạng WCDMA

Mật độ lưu lượng có thể được tính trong bảng Erlang và được xác định như sau:

Tốc độ cuộc gọi đến ( call/s) Mật độ lưu lượng [Erlang]=

Tốc độ cuộc gọi đi ( call/s) (2.44)

Dung lượng mạng TDMA có thể bị giới hạn bởi tổng số khe thời gian, dẫn đến việc áp dụng mô hình Erlang B để tính toán dung lượng Erlang Khi dung lượng bị ảnh hưởng bởi nhiễu trong giao diện vô tuyến, nó được gọi là dung lượng mềm, vì không có giá trị cố định cho dung lượng tối đa Trong trường hợp này, dung lượng Erlang không thể được xác định chính xác từ bảng Erlang B, do số kênh trong một cell thường chỉ cao hơn số kênh trung bình, bởi vì các cell lân cận cũng chịu ảnh hưởng của nhiễu tương tự Khi nhiễu từ các cell lân cận giảm, số kênh trong cell trung tâm sẽ tăng lên Đối với người dùng dữ liệu thời gian thực với tốc độ bit cao, cần duy trì tải trung bình thấp để đảm bảo xác suất tắc nghẽn ở mức thấp Khi tải trung bình thấp, dung lượng có thể được chia sẻ từ các cell lân cận, cho phép dung lượng mềm được sử dụng hiệu quả Dung lượng mềm rất quan trọng cho các ứng dụng như kết nối hình ảnh và cũng tồn tại trong mạng GSM, đặc biệt khi nhiễu trong giao diện vô tuyến bị giới hạn bởi tổng số nhiễu thay vì số khe thời gian, với giả định hệ số tái sử dụng tần số thấp.

Trong việc tính toán dung lượng mềm của mạng WCDMA, giả định rằng số lượng thuê bao là giống nhau trong tất cả các cell, nhưng các kết nối bắt đầu và kết thúc một cách độc lập Thời gian các cuộc gọi đến tuân theo phân bố Poisson, cho phép áp dụng phương pháp tính toán dung lượng Erlang Nếu số người dùng trong các cell lân cận nhỏ hơn, mạng WCDMA sẽ có thêm dung lượng mềm Dung lượng mềm được định nghĩa là phần tăng thêm của dung lượng Erlang khi so sánh giữa tắc nghẽn mềm và tắc nghẽn cứng, dựa trên số lượng kênh lớn nhất tính trung bình trên một cell.

Dung lượng Erlang với nghẽn mềm 

Dung lượng Erlang với nghẽn cứng (2.45)

Dung lượng mềm đường lên có thể được ước lượng dựa vào tổng số nhiễu tại trạm gốc, bao gồm nhiễu từ cả cell phục vụ và các cell khác Tổng số kênh thu được bằng cách nhân số kênh trên một cell trong điều kiện tải bằng nhau với hệ số i+1, từ đó xác định dung lượng cell độc lập.

Nhiễu từ cell khác Nhiễu từ cell khác + Nhiễu cell phục vụ

NhiÔu cell phôc vô NhiÔu cell phôc vô

Dung lượng cell bị cô lập

Công thức Erlang B cơ bản được sử dụng khi số kênh lớn hơn Dung lượng Erlang sau đó được phân bổ đồng đều cho các cell Quy trình tính toán dung lượng mềm được tóm tắt như sau:

1 Tính toán số kênh trên một cell, N, trong trường hợp tải bằng nhau và dựa vào hệ số tải đường lên được tính toán trong công thức (2.37)

2 Nhân số kênh với i+1 để thu được kênh tổng cộng trong trường hợp nghẽn mềm

3 Tính toán lưu lượng đề nghị lớn nhất từ công thức Erlang

4 Chia dung lượng Erlang cho i+1

Kết quả trong bảng 2.9 cho thấy độ lợi dung lượng tăng thêm đối với dịch vụ tốc độ bit cao, đạt khoảng 28% cho dịch vụ 144 kbps Hiệu suất trunking, được định nghĩa là dung lượng tắc nghẽn cứng chia cho số lượng kênh, cho thấy rằng hiệu suất càng thấp thì lượng tải trung bình càng giảm, cho phép mượn nhiều dung lượng từ các cell lân cận và tăng cường dung lượng mềm.

Dữ liệu thời gian thực: 16-144kbps

Mức tăng tạp âm 3dB (P% hệ số tải)

Bảng 2 8Ví dụ trong tính toán dung lượng mềm

Số kênh trên một cell

Bảng 2 9Tính toán dung lượng mềm tại đường lên

Hình 2 8Dung lượng mềm là một hàm số tốc độ bit đối với các kết nối thời gian thực

TÍNH TOÁN

Bài toán

Trong nghiên cứu quy hoạch vùng đô thị có diện tích 12x12 km², yêu cầu xác suất vùng phủ cho các dịch vụ 8kbps, 64kbps, 384kbps lần lượt là 95%, 80% và 50% hoặc tốt hơn Quy trình bắt đầu bằng việc tính toán quỹ đường truyền và lựa chọn vị trí vùng, sau đó tối ưu hóa các vùng thống trị cho mỗi cell Các yếu tố như độ nghiêng, phương hướng ăngten và vị trí các site có thể điều chỉnh để đạt được các vùng chính rõ ràng cho các cell Mục tiêu chính của việc tối ưu hóa là giảm thiểu nhiễu, kiểm soát xác suất chuyển giao mềm và vùng chuyển giao mềm, qua đó cải thiện dung lượng mạng.

Một số giả định dùng trong bài toán chỉ ra trong bảng 3-1

Bảng 3.1Thông số sử dụng trong bài toán

Giới hạn tải đường lên 75%

Công suất phát lớn nhất của trạm gốc 20W (43dBm)

Công suất phát lớn nhất của trạm di động 300 mW (% dBm)

Phạm vi thay đổi của điều khiển công suất MS 70dB Độ tương quan fading chậm(normal-log) giữa các

BS 50% Độ lệch chuẩn cho fading chậm 6dB

Hiện trạng kênh đa đường ITU Vehicular A

Các tốc độ trạm di động 3km/h và 50km/h

Các dạng tạp âm trạm di động/ trạm gốc 7dB/5dB

Cửa sổ bổ sung chuyển giao mềm -6dB

Công suất kênh hoa tiêu 30dBm

Công suất kết hợp cho các kênh chung khác 30dBm

Hệ số trực giao đường xuống 0.5

Hệ số hoạt động của thoại/dữ liệu 50%/100%

Các anten trạm gốc 65 0 / 17dBi

Các anten trạm di động thoại /dữ liệu Đa hướng / 1.5dBi

3.1.3 Mô hình thực nghiệm Walfisch-Ikegami ( COST 231)

Mô hình này được áp dụng để tính toán suy hao đường truyền trong môi trường đô thị cho hệ thống mạng tổ ong, với phạm vi tần số từ 800 đến 2000 MHz.

Mô hình truyền sóng Walfish-Ikegami (COST 231)

Mô hình này bao gồm ba thành phần chính: suy hao trong không gian tự do, suy hao do nhiễu xạ và tán xạ từ đỉnh mái nhà đến đường phố, cùng với suy hao đa tầng chắn.

L f = suy hao trong không gian tự do

L rts = suy hao nhiễu xạ và tán xạ từ mái nhà đến đường phố

L ms = suy hao đa tầng chắn

Suy hao trong không gian tự do được xác định như sau:

Suy hao do tán xạ và nhiễu xạ từ mái nhà đến đường phố được tính như sau:

L rts = -16.9 - 10logW +10logf c + 20logh m + L 0 dB

Trong đó : W = bề rộng đường phố (m)

L 0 = 4 + 0.114 ( - 55) dB , 55 0    90 0 Trong đó :  = góc tương đối hợp giữa máy do động và đường phố

Suy hao đa tầng chắn được tính như sau:

L ms = L bsh + k a +k d logr + k f logf c - 9logb dB

Trần Minh Phúc - Lớp 51K1 – Khoa CNTT Page 46 b = khoảng cách giữa 2 toà nhà dọc theo đường truyền vô tuyến (m)

, đối với vùng thành phố cỡ trung bình và vùng ngoại ô với mật độ cây cối mức trung bình k f = 4 + 1.5 

, đối với vùng đô thị

- L bsh và k a làm tăng suy hao đường truyền khi độ cao ăng ten trạm gốc giảm

- Mô hình Walfish-Ikegami áp dụng cho phạm vi các thông số sau:

- Các thông số mặc định có thể sử dụng cho mô hình: b = 20 50 (m)

= 90 0 Độ cao mái nhà = 3m đối với mái dốc, 0m đối với mái bằng h r = 3 x số tầng + Độ cao mái nhà.

Tính toán

Chúng tôi phân tích quy trình triển khai định cỡ mạng vô tuyến cho khu vực dân cư, tập trung vào dịch vụ thoại với tốc độ 8kbps Các dịch vụ khác có thể được tính toán tương tự bằng cách điều chỉnh các thông số phù hợp.

Dựa trên các thông số giả định, chúng ta thiết lập quỹ đường truyền cho dịch vụ thoại 8kbps trong xe hơi di chuyển với tốc độ 50km/h, với xác suất phủ sóng tối đa của trạm gốc đạt 95% như được trình bày trong bảng 3.2.

Lưu ý: với hệ số tải đường lên 75%, ta tính được độ dự trữ nhiễu = mức tăng tạp âm

Trần Minh Phúc - Lớp 51K1 – Khoa CNTT Page 47 đường lên NR(UL) = -10log 10 (1-  UL ) log 10 (1 – 0.75) = 6dB

Bảng 3.2Quỹ đường truyền dịch vụ thoại 8kbps

Dịch vụ thoại 8 kbps (50 km/h, trong xe hơi)

Trạm phát(máy di động)

Công suất phát lớn nhất của MS [dBm] 25.0 a Độ tăng ích của anten MS [dBi] 0.0 b

Công suất bức xạ đẳng hướng(EIRP)

Tạp âm hiệu dụng tổng cộng + nhiễu

-97.2 j =h+i Độ lợi xử lý [dB] 26.8 k*log (3840/8)

E b /N 0 yêu cầu [dB] 5.0 l Độ nhạy thu [dBm] -119.0 m =l-k+j Độ tăng ích anten trạm gốc [dBi] 18.0 n

Suy hao cáp bên trong trạm gốc [dB] 2.0 o Độ dự trữ phadinh nhanh [dB] 0.0 p

Suy hao đường truyền lớn nhất [dB] 157.0 q = d - m + n - o - p Các thành phần khác Độ dữ trữ phadinh normal log [dB] 6.0 r Độ lợi chuyển giao mềm [dB], nhiều cell 6.0 s

Bước 2 : Tính theo mô hình Walfish –Ikegami(COST 231) cho cell macro vùng đô thị với các giả định như sau:

- Tần số sóng mang f c = 1950MHz

- Độ cao anten trạm gốc h b = 40m,

- Độ cao trung bình của toà nhà h r = 42m

- Khoảng cách trung bình giữa các toà nhà b = 45m

- Góc tạo với đường phố, = 90 0

Suy hao trong không gian tự do:

Suy hao tán xạ và khúc xạ:

Suy hao đa màn chắn(multiscreen):

L ms = L bsh + k a + k d log 10 R + k f log 10 f c – 9log 10 b

Suy hao đường truyền cho phép:

Theo tính toán trong quỹ đường truyền, giá trị L đạt 9.0 dB, từ đó suy ra bán kính phủ sóng của trạm gốc khoảng 1.93 Km Diện tích phủ sóng của trạm gốc được tính bằng công thức K x R^2.

=1.95 x 1.93 2 =7.4 Km 2 Số lượng cell site = S/7.4 x12/7.4 19 site macro 3 sector

Việc hoạch định mạng bao gồm 19 site macro thuộc 3 sector, với vùng phủ trung bình mỗi site là 7.4 km² Trong các khu vực đô thị, giới hạn đường lên được thiết lập ở mức 75%, tương ứng với mức tăng tạp âm 6dB Khi tải vượt quá, số lượng MS cần thiết sẽ được phân bổ ngẫu nhiên hoặc di chuyển đến một sóng mang khác từ các cell quá tải Hình 3.1 minh họa tổng quan mạng, trong khi bảng 3.3 thể hiện sự phân bố người sử dụng trong bài toán.

Bảng 3.3Toàn cảnh mạng Kích thước vùng là 12 x12 km 2 và được phủ sóng bởi 19 site, mỗi site 3sector

Bước 3: Định cỡ dung lượng cell có thể được thực hiện bằng cách tính toán dung lượng ban đầu dựa vào phương trình hệ số tải Nếu coi tất cả N người sử dụng có các thông số giống nhau, ta áp dụng công thức (2.38) để xác định dung lượng cần thiết.

Với các thông số như UL = 0.75, E b /N 0 = 5dB (tương đương 3.16), W = 3.84 Mcps, R = 8kbps, ν = 0.5 và i = 0.65, ta có thể tính toán số người đồng thời sử dụng dịch vụ thoại 8 kbps tối đa trên một cell là N = 8 người Tổng số người có thể sử dụng dịch vụ trên toàn vùng là 19 x 138 = 2622 người.

Quá trình mô phỏng thử nghiệm với ba dịch vụ 8kbps, 64kbps và 384kbps đã được thực hiện trên một nhóm người dùng, và các kết quả đo đạc thu được như sau:

Bảng 3.4Sự phân bố người sử dụng

Các dịch vụ quy ra tốc độ

Số người sử dụng trên một dịch vụ

Trong nghiên cứu này, ba trường hợp tốc độ di động được mô phỏng, bao gồm 3 km/h, 50 km/h và trường hợp không di chuyển Đặc biệt, trong trường hợp không di chuyển, 50% người sử dụng di chuyển với tốc độ 3 km/h (đi bộ), trong khi nửa còn lại có tốc độ 50 km/h.

Bảng 3.5Thông lượng cell, tải và tổng phí chuyển giao mềm

Tải cơ bản: tốc độ di động là 3km/h, số người sử dụng được phục vụ:1805

Cell ID Thông lượng UL

DL (kbps) Tải UL Tổng phí

SHO cell 1 728 720 0.5 0.34 cell 2 208.7 216 0.26 0.5 cell 3 231.2 192 0.24 0.35 cell 4 721.6 760 0.43 0.17 cell 5 1508.8 1132.52 0.75 0.22 cell 6 762.67 800 0.53 0.3

Tải cơ bản: tốc độ di động là 50 km/h, số người sử dụng được phục vụ:1777

SHO cell 1 672 710.67 0.58 0.29 cell 2 208.7 216 0.33 0.5 cell 3 226.67 192 0.29 0.35 cell 4 721.6 760 0.5 0.12 cell 5 1101.6 629.14 0.74 0.29 cell 6 772.68 800 0.6 0.27

Tải cơ bản: tốc độ dd là 50km/h, và 3km/h số người sử dụng được phục vụ:1802

SHO cell 1 728 720 0.51 0.34 cell 2 208.7 216 0.29 0.5 cell 3 240 200 0.25 0.33 cell 4 730.55 760 0.44 0.2 cell 5 1162.52 780.92 0.67 0.33 cell 6 772.68 800 0.55 0.32

Bảng 3.6Ảnh hưởng tốc độ trạm di động đến thông lượng và xác suất phủ sóng

Tải cơ bản: Tốc độ di động 3km/h

Tốc độ di động đã thử nghiệm

Tải cơ bản: Tốc độ di động 50 km/h

Tải cơ bản: Tốc độ di động 3 and

Trong ba trường hợp mô phỏng, thông lượng cell được đo bằng kbps và xác suất phủ sóng cho từng dịch vụ được chú trọng Ngoài ra, xác suất chuyển giao mềm và hệ số tải cũng được ghi nhận Kết quả từ bảng 3.4 và 3.5 cho thấy thông lượng cell và xác suất phủ sóng Tải đường lên tối đa được thiết lập ở mức 75% theo bảng 3.1 Một số cell có tải thấp hơn 75% và dung lượng cũng không đạt mức tối đa do lưu lượng yêu cầu không đủ lớn trong khu vực đó Cụ thể, cell 5 có tải 75% và được đặt ở góc dưới bên phải của hình 3-1, không có cell nào gần đó, cho phép cell này thu hút nhiều lưu lượng hơn Ngược lại, cell 2 và 3 nằm ở giữa khu vực nhưng không đủ lưu lượng để đạt tải tối ưu.

Kết luận và hướng phát triển đềtài

Trong đồ án này, tôi đã tìm hiểu công nghệ CDMA và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quy hoạch CDMA Đầu tiên, tôi tiến hành phân tích vùng phủ bằng mô hình truyền sóng Walfisch-Ikegami để áp dụng vào các điều kiện quy hoạch cụ thể, đồng thời phân tích hệ số ảnh hưởng của đường truyền nhằm xác định bán kính cell và số lượng cell cần thiết Tiếp theo, tôi phân tích dung lượng thực tế của từng vùng để xác định dung lượng cực đại cho một cell và số cell cần thiết cho mỗi khu vực Cuối cùng, tôi tối ưu hóa số cell sau khi đã phân tích vùng phủ và dung lượng để đưa ra lựa chọn số cell cuối cùng cho khu vực cần tính toán Đồ án đã hoàn thành nghiên cứu và giải quyết các vấn đề lý thuyết cơ bản liên quan.

- Tìm hiểu tổng quan về hệ thống mạng di động tổ ong và xu hướng phát triển

- Khái niệm, nguyên lý, đặc tính của hệ thống mạng CDMA

- Lý thuyết về thiết kế hệ thống mạng CDMA trong các trường hợp kích thước cell là đồng đều và không đồng đều

Phân tích yêu cầu và nguyên tắc quy hoạch mạng CDMA cần dựa vào đặc trưng và cấu trúc địa lý của từng vùng cụ thể Việc đưa ra các công thức tính toán dung lượng và vùng phủ phải xem xét các yếu tố như quỹ đường truyền, hệ số tải và dung lượng Erlang để đảm bảo hiệu quả hoạt động của mạng.

Hạn chế lớn nhất của đề tài là thiếu số liệu về nhu cầu dung lượng thực tế của từng vùng cụ thể, dẫn đến việc kết quả chỉ dừng lại ở việc định cỡ mạng sơ bộ và tính số cell Để mạng được lắp đặt và hoạt động hiệu quả, cần phải phân tích chi tiết từng vùng, xác định vị trí, các luồng kết nối, cũng như cách vận hành và tối ưu mạng Đây là hướng nghiên cứu mà đề tài sẽ tiếp tục phát triển trong tương lai.

[1] LGIC - Tổng cục bưu điện, “Thông tin di động (2 tập)” Nhà xuất bản KHKT,

[2] Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thông tin di động thế hệ 3 (2 tập)” Nhà xuất bản bưu điện, 2001

[3] Vũ Đức Thọ, “Thông tin di động số Cellular” Nhà xuất bản giáo dục, 1997

[4] Tommi Heikkilọ, “ WCDMA radio network planning ”

[5] Holma, H and Toskala, “WCDMA for UMTS ” New York: John Wiley & SonChap.8, pp 186-201

[6] Savo G.Glisic, “Adaptive WCDMA Theory and Practice” Vol.9, pp 271-293

[7] Các website và forum tham khảo: http://vntelecom.org/diendan/forum.php http://svptit.vn/@forum/ptit.php http://www.cellular.com/ http://www.mathworks.com/

Bài viết trình bày danh mục hình vẽ liên quan đến hệ thống thông tin di động, bao gồm các hình ảnh minh họa như hệ thống thông tin di động tổ ong, quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động trên thế giới, và cấu trúc mạng thông tin di động Ngoài ra, các hình ảnh cũng đề cập đến phổ trong quá trình phát và thu CDMA, chuyển giao mềm và cứng trong CDMA, cũng như kiến trúc địa lý mạng và phân vùng phục vụ MSC Hơn nữa, bài viết còn phân tích mức nhiễu trong hệ thống mạng CDMA cho cả đường xuống và đường lên, cùng với các trường hợp xấu nhất trong các kênh truyền Cuối cùng, bài viết cũng trình bày quá trình quy hoạch mạng WCDMA và mối quan hệ giữa vùng phủ và dung lượng, cũng như ảnh hưởng của công suất phát trạm gốc đến dung lượng và vùng phủ.

Tiêu đề	Tìm Hiểu Kỹ Thuật CDMA Và Việc Phân Chia Các Vùng Trong Mạng Truyền Dẫn Tổ Ong
Tác giả	Trần Minh Phúc
Người hướng dẫn	TS. Lê Văn Minh
Trường học	Trường Đại Học Vinh
Chuyên ngành	Công Nghệ Thông Tin
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2014
Thành phố	Nghệ An

Định dạng
Số trang	56
Dung lượng	1,41 MB