Chương 9 Định Cỡ Mạng Truy Nhập Vô Tuyến Giáo Trình Đa Truy Nhập Vô Tuyến.pdf

TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng

397

Chương 9

ĐỊNH CỠ MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN

9.1. GIỚI THIỆU CHUNG

9.1.1. Các chủ đề được trình bầy trong chương

 Tổn hao đường truyền và che tối

 Khái niệm hệ thống tổ ong

 Các mô hình tổn hao truyền sóng

 Tính tóan suy hao cho phép cực đại

 Tính toán định cỡ ô

9.1.2. Hướng dẫn

 Học kỹ các tư liệu đựơc trình bầy trong chương

 Tham khảo thêm các tài liệu [38], [39], [46]

9.1.1. Mục đích chương

Nhằm cung cấp kiến thưc tổng quan về:

 Định cỡ ô trong thông tin di động

9.2. MỞ ĐẦU

Định cỡ cung cấp ước tính nhanh đầu tiên cho việc lập cấu hình mạng vô tuyến dự

kiến. Định cỡ là một bộ phận của quá trình quy hoạch tổng thể, trong đó quy hoạch tổng

thể bao gồm quy hoạch chi tiết và tối ưu mạng tổ ong không dây. Nói chung quy hoạch là

quá trình lặp bao gồm thiết kế, tổng hợp và thực hiện. Mục đích của toàn bô hoạt động

này là thiết kế một mạng tổ ong không dây đáp ứng được các yêu cầu của khách hàng. Có

thể thay đổi quá trình này để phù hợp với các nhu cầu của mọi mang tổ ong không dây.

Đây là một quá trình rất quan trọng khi triển khai mạng.

Định cỡ dựa trên một tập các thông số đầu vào và kết quả nhận được chỉ liên quan đến

tập các thông số đầu vào này. Các thông số này bao gồm vùng được xét, lưu lượng kỳ

vọng và QoS yêu cầu. Định cỡ cung cấp ước tính các yêu cầu đối với hạ tầng mạng. Định

cỡ được thực hiện với sự hỗ trợ của công cụ định cỡ cho cả mạng truy nhập và mạng lõi.

Định cỡ mạng tổ ong không dây trực tiếp liên quan đến chất lượng và hiệu suất mạng

và ảnh hưởng sâu sắc đến triển khai mạng. Định cỡ mạng không dây tổ ong bao gồm các

bước sau:

TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng

398

 Phân tích số liệu/lưu lượng

 Ước tính vùng phủ

 Ước tính lưu lượng

 Định cỡ truyền tải

Tập đầu vào đúng là yếu tố quan trọng cho định cỡ để đạt được các kết quả chính

xác. Định cỡ mạng vô tuyến tổ ong đòi hỏi một số phần tử số liệu cơ sở. Các thông số

này bao gồm số thuê bao, phân bố lưu lượng, vùng địa lý cần phủ sóng, băng tần, băng

thông được cấp, yêu cầu phủ sóng và dung lượng. Cần chọn các mô hình truyền sóng,

băng tần và khi cần có thê thay đổi mô hình. Điều này cần thiết cho ước tính vùng phủ

sóng.

Các thông số hệ thống như công suất phát, hệ số khuếch đại anten, ước tính tổn

hao, kiểu anten được sử dụng … phải được biết trước khi bắt đầu định cỡ mạng không

dây tổ ong. Mỗi mạng không dây có thông số riêng.

Phân tích lưu lượng cho phép ước tính lưu lượng mà mạng cần truyền tải. Các

kiểu lưu lượng khác nhau mà mạng sẽ truyền tải cần được mô hình hóa. Các kiểu lưu

lượng có thể gồm các cuộc thoại, VoIP, lưu lượng PS hay CS. Chi phí bổ sung cho từng

kiểu lưu lượng cần được tính và đưa vào mô hình. Thời gian và khối lượng lưu lượng

cũng cần được dự báo để đánh giá hiệu năng mạng và xác định liệu mang có thực hiện

được các yêu cầu đề ra.

Ước tính phủ sóng được sử dụng để xác định vùng phủ sóng của từng BTS. Ước

tính phủ sóng tính toán diện tích mà tại đó máy thu của người sử dụng có thể ‘nghe’

được tín hiệu từ BTS. Nó cung cấp diện tích cực đại mà BTS có thể phủ sóng. Nhưng

không nhất thiết phải là một kết nối chấp nhận được (thọai chẳng hạn) giữa BTS và MS.

Tuy nhiên máy thu MS có thể phát hiện được BTS trong vùng phủ sóng.

Quy hoạch phủ sóng bao gồm phân tích quỹ đường truyền vô tuyến (RLB:

Radio Link Budget) và vùng phủ. RLB tính toán công suất thu được bởi máy thu khi

cho trước công suất phát. RLB bao gồm tất cả các độ lợi và tổn hao trên đường truyền

từ máy phát đến máy thu. Dựa trên tính toán RLB ta được tổn hao truyền sóng cực đại

cho phép. Tổn hao đường truyền được chuyển vào khoảng cách bằng cách sử dụng các

mô hình truyền sóng thích hợp. Khoảng cách này hay bán kính ô được sử dụng để tính

toán số site cần thiết để phủ toàn bộ diện tích nhận được từ ước tính vùng phủ sóng.

Quy hoạch dung lượng xét đến khả năng của mạng cung cấp các dịch vụ cho

các người sử dụng với mức chất lượng dịch vụ yêu cầu. Sau khi đã tính toán diện tích

phủ sóng của site, sử dụng ước tính ước tính này để phân tích các vấn đề liên quan đến

dung lượng. Quá trình này bao gồm chọn site và cấu hình hệ thống chẳng hạn kênh, các

phần tử kênh và các đoạn ô. Các phần tử này khác nhau đối với từng hệ thống. Cấu hình

được chọn để đáp ứng được các yêu cầu lưu lượng. Trong một số hệ thống không dây tổ

ong, phủ sóng và dung lượng liên quan đến nhau.Trong trường hợp này, số liệu về phân

bố thuê bao và dự báo phát triển thuê bao có tầm quan trọng rất lớn. Nhóm chuyên viên

định cỡ phải đưa ra được ước tính về số lượng trạm cần để đảm bảo lưu lượng dự kiến

trên vùng phủ này.

TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng

399

Sau khi đã xác định được số trạm dựa trên dự báo lưu lượng, cần định cỡ các

giao diện mạng. Số lượng các giao diện có thể thay đổi từ vài giao diện cho đến rất

nhiều giao diện. Mục đích của bước này là thực hiện ấn định lưu lương để tránh tạo ra

nút cổ chai trong mạng. Cần đảm bảo tất cả các yêu cầu chất lượng dịch vụ và giảm

thiểu giá thành. Định cỡ tốt giao diện rất là quan trọng để đối với hiệu năng mạng.

9.3. CÁC MÔ HÌNH TỔN TRUYỀN SÓNG THỰC NGHIỆM CƠ SỞ

Trong phần này ta sẽ xét các mô hình tổn hao truyền sóng được sử dụng rộng rãi

nhất. Các mô hình này là phương tiện điển hình nhất để tính toán tổn hao truyền sóng

cơ sở.

Mô hình tổn hao không gian từ do là mô hình đơn giản nhất, ta có quan hệ giữa

tỏn hao đường truyền, tần số và cự ly phủ sóng như sau:

PLSF=32,45+20lg(f)+20lg(d) (9.1)

Trong đó PLSF là tổn hao đường truyền trong không gian tự do đo bằng dB, f là

tần số sóng mang đo bằng MHz và d là cự ly phủ sóng đo bằng km.

Từ phương trình (9.1) ta có thể tính đựơc cự ly phủ sóng như sau:

PL 32,45 20lgf /20 SF 

SF d 10  



(9.2)

Trong thực tế suy hao truyền sóng thường được tính theo các mô hình kinh

nghiệm ma ta sẽ xét dưới đây.

Tồn tại bốn mô hình tổn hao đường truyền (gọi tắt là Hata): Hở, Ngoại ô, Thành phố

nhỏ và thành phố lớn.

9.3.1. Mô hình truyền sóng Okumura-Hata

Hầu hết các công cụ truyền sóng sử dụng một dạng biến đổi của mô hình

Okumura-Hata (thườn tắt là Hata và đây là mô hình do Hata phát triển từ mô hình

Okumura). Mô hình Hata là quan hệ thực nghiệm được rút ra từ báo cáo kỹ thuật của

Okumura cho phép sử dụng các kết quả vào các công cụ tính toán. Báo cáo của

Okumura bao gồm một chuỗi các lưu đồ được sử dụng để lập mô hình thông tin vô

tuyến. Mô hình này được sử dụng trong dải tần từ 500MHz đến 2000 MHz (có thể áp

dụng cho cả 2500 MHz). Dưới đây là các biểu thức được sử dụng trong mô hình Hata

để xác định tổn hao truyền sóng trung bình (ký hiệu là Lp).

TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng

400

Vùng thành phố:

Lp = 69,55+26,16lgfc-13,82lghb-a(hm)+(44,9-6,55lghb)lgd -K [dB] (9.3)

trong đó f = tần số sóng mang (MHz)

Lp = tổn hao trung bình (dB)

hb = độ cao anten trạm gốc (m)

a(hm) = hệ số hiệu chỉnh cho độ cao anten di động (dB)

d = khoảng cách từ trạm gốc (km)

Dải thông số sử dụng được cho mô hình Hata là:

150  f < 1500 MHz

30  hb  200m

1  hm  10m

1  R  20 km

a(hm) tính như sau:

Đối với thành phố nhỏ và trung bình:

a(hm) [dB] = (1,1lgf - 0,7)hm - (1,56lgfc-0,8),

K=0 (9.4)

Đối với thành phố lớn:

a(hm) [dB]= 8,29(lg1,54hm)

2

-1,1,

K=0 tại fc  200MHz (9.5)

hay

a(hm) [dB]= 3,2(lg11,75hm)

2

- 4,97,

K=0 tại fc  400MHz (9.6)

Vùng ngoại ô:

Lp [dB]= LP(thành phố nhỏ) - 2[lg(f/28)]2

-5,4 (9.7)

Vùng nông thôn (thông thoáng):

Lp [dB]= Lp(thành phố nhỏ ) - 4,78(lgf)2+18,33(lgf)-40,49 (9.8)

Phương trình (9.1) áp dụng cho các môi trường khác nhau được tổng kết trong

bảng 9.1.

Bảng 9.1. Mô hình truyền sóng Okumura-Hata cho các điều kiện truyền sóng khác

nhau.

Kiểu vùng a(hm) K

Nông thôn

[1,1lg(f)-0,7]hm

- [1,56lg(f)-0,8]

4,78[lg(f)]2

-18,33lg(f) + 40,94

Ngoại ô 2[lg(f/28)]2+5,4

Thành phố nhỏ 0

Thành phố lớn 3,2[lg(11,75hm)]2

-4,97 0