Báo cáo thực tậo tốt nghiệp Trang 20

Chương 3: Giải pháp phủ sóng di động cho tòa nhà
CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP PHỦ SÓNG DI ĐỘNG CHO TÒA NHÀ
3.1 Mở đầu
Để mở rộng thị phần, ngoài việc cạnh tranh về giá cả, dịch vụ giá trị gia tăng,
chăm sóc khách hàng các nhà cung cấp dịch vụ di động cũng không ngừng tập trung
phát triển mạng lưới để có vùng phủ rộng, phủ sâu, chất lượng phủ sóng tốt. Tuy nhiên,
ngay cả đối với các công ty cung cấp dịch vụ di động đã phủ sóng 64/64 tỉnh thành có
một vấn đề cần quan tâm là tại một số thành phố lớn như Hà Nội, TP. Hồ Chí
Minh…chất lượng phủ sóng trong các toà nhà, đặc biệt là các toà nhà cao tầng của
khách sạn, văn phòng…chưa được đảm bảo. Tại các tầng thấp thường cótình trạng
sóng yếu, chập chờn, ở các tầng cao thì nhiễu (nhất là đối với các nhà khai thác chia sẻ
chung băng tần GSM) dẫn đến khó thực hiện và rớt cuộc gọi. Một trong các giải pháp
nhằm khắc phục hiện tượng trên và đảm bảo chất lượng cho khách hàng được các công
ty áp dụng đó là giải pháp phủ sóng trong nhà (inbuilding). Bài viết sẽ giới thiệu về
giải pháp trên.
3.2 Giới thiệu về hệ thống inbuilding
Có thể nói hiện nay đối với các tòa nhà lớn như là sân bay, ga điện ngầm, văn
phòng cao tầng, siêu thị kinh doanh hàng hóa rộng lớn… thì vấn đề vùng phủ và dung
lượng đều rất quan trọng vì chất lượng thoại di dộng ảnh hưởng trực tiếp đến uy tín của
nhà cung cấp dịch vụ. Tuy nhiên, do đặc trưng vùng phủ của những khu vực này rộng
hoặc trải dài theo chiều dọc, sóng vô tuyến từ trạm BTS bên ngoài tòa nhà (BTS
outdoor macro) bị suy hao nhiều khi xuyên qua các bức tường bê tông dẫn đến cường
độ tín hiệu không đạt yêu cầu, nên giải pháp phủ sóng trong tòa nhà hiện nay được
nhiều nhà cung cấp dịch vụ di động lựa chọn. Hệ thống inbuilding bao gồm 3 phần
chính: nguồn tín hiệu, hệ thống phân phối tín hiệu và phần tử bức xạ. Trong đó hệ
thống phân phối tín hiệu là điểm khác biệt điển hình giữa hệ thống inbuilding so với hệ
thống mạng BTS outdoor macro thông thường.
anten
Báo cáo thực tậo tốt nghiệp Trang 21

Chương 3: Giải pháp phủ sóng di động cho tòa nhà
a. Nguồn tín hiệu
Để phủ sóng cho inbuilding ta có thể dùng:
Nguồn tín hiệu bằng trạm outdoor:
Đây là giải pháp đơn giản nhất để cung cấp vùng phủ cho các toà nhà với tín
hiệu từ các trạm macro bên ngoài toà nhà. Giải pháp này được khuyến nghị nếu lưu
lượng trong tòa nhà không cao, hoặc chủ tòa nhà không cho phép lắp đặt thiết bị và đi
cáp trong tòa nhà hoặc việc triển khai giải pháp dành riêng cho nó không kinh tế. Khi
đó vùng phủ được cung cấp bằng cách:
• Tín hiệu sẽ thâm nhập vào toà nhà từ bên ngoài. Điều này chỉ thực hiện được
đối với các tòa nhà có khoảng hở lớn đối với bên ngoài hoặc ít tường, cửa sổ kim loại.
• Đặt BTS trên các tòa nhà xung quanh và hướng anten tới tòa nhà cần phủ. Khi
đó không cần đến hệ thống phân phối tín hiệu nữa và phần tử bức xạ chính là anten của
trạm BTS outdoor macro đó.

Hình 3.2 Vùng phủ cho trong tòa nhà từ một tế bào macro trong mạng BTS outdoor
macro
Ưu điểm của giải pháp này là chi phí thấp, không mất nhiều thời gian trong triển
khai, có thể phủ cả ngoài nhà (outdoor) và trong nhà (indoor). Nhược điểm của giải
pháp này là vùng phủ hạn chế, tốc độ bit thấp đối với các dịch vụ dữ liệu, dung lượng
Báo cáo thực tậo tốt nghiệp Trang 22

Chương 3: Giải pháp phủ sóng di động cho tòa nhà
thấp và chất lượng không thể chấp nhận được ở một số phần trong toà nhà. Suy hao
tăng dần khi tần số càng cao, do vậy khó cung cấp vùng phủ cho toà nhà mức tín hiệu
tốt. Suy hao có thể khắc phục bằng cách tăng công suất từ các trạm ngoài nhà nhưng
nhiễu sẽ tăng. Việc thiết kế tần số gặp nhiều khó khăn do quỹ tần số hạn hẹp (nhất là

không quá rộng, có đặc điểm: Hình 3.4 Giải pháp hệ thống anten phân phối cáp đồng thụ động
• Trạm gốc được dành riêng cho toà nhà: Tín hiệu vô tuyến từ trạm gốc được
phân phối qua hệ thống đến các anten. Vùng phủ cho toà nhà được giới hạn đồng thời
không làm ảnh hưởng đến chất lượng mạng BTS outdoor macro. Nhưng yêu cầu kỹ sư
thiết kế phải tính toán quỹ đường truyền cẩn thận vì mức công suất ở mỗi anten phụ
thuộc vào sự tổn hao mà các thiết bị thụ động được sử dụng, đặc biệt là chiều dài cáp.
• Các thiết bị chính gồm: cáp đồng trục, bộ chia (splitter/tapper), bộ lọc (filter), bộ
kết hợp (combiner), anten.
Báo cáo thực tậo tốt nghiệp Trang 24

Chương 3: Giải pháp phủ sóng di động cho tòa nhà
Hệ thống chủ động:
Hệ thống chủ động là hệ thống anten phân phối sử dụng cáp quang và các thành
phần chủ động (bộ khuếch đại công suất). Việc sử dụng cáp quang từ BTS tới khối
điều khiển từ xa có thể mở rộng tới từng vị trí anten riêng lẻ bằng cách: tín hiệu RF từ
BTS được chuyển đổi thành tín hiệu quang rồi truyền đến và được biến đổi ngược lại
thành tín hiệu RF tại khối điều khiển từ xa trước khi được phân phối tới một hệ thống
cáp đồng nhỏ. Ngoài ra, hệ thống còn sử dụng các thiết bị khác trong việc phân phối tín
hiệu: Hub quang chính, cáp quang, Hub mở rộng, khối anten từ xa.

Hình 3.5 (a): Sơ đồ một hệ thống anten phân phối chủ động cho khu trường sở
RAU (Remote bi-direction antenna unit): Thiết bị anten song hướng từ xa
Giải pháp này thường được sử dụng cho những khu vực phủ sóng inbuilding rất
rộng, khi mà hệ thống thụ động không đáp ứng được chỉ tiêu kỹ thuật suy hao cho
phép. Khi đó một BTS phục vụ được nhiều tòa nhà trong một vùng, thường là các khu
trường sở. Các kết nối khoảng cách xa (hơn 1 km) sử dụng cáp quang, sự phân phối
giữa một tầng và các phần trong toà nhà có thể dùng cáp xoắn đôi dây. Nhưng nhược

Cáp rò: Đặc điểm của cáp rò (còn gọi là cáp tán xạ) là có cường độ tín hiệu đồng
đều theo một trục chính nên thường được dùng cho các vùng phủ phục vụ kéo dài đặc
biệt như: hành lang dài, xe điện ngầm, đường hầm Phạm vi phủ sóng của cáp dò chỉ
vào khoảng 6m nhưng lại có ưu điểm hơn hẳn so với anten là hỗ trợ được dải tần số
rộng từ 1 MHz ÷ 2500 MHz.

Hình 3.7 Hệ thống phân phối cáp rò
3.3 Mô hình truyền sóng và tính toán quỹ đường truyền
Trong hệ thống inbuilding thì tín hiệu sau khi từ nguồn tín hiệu đi qua hệ thống
phân phối tín hiệu đến phần tử bức xạ và phát ra không gian sẽ chịu thêm một lượng
suy hao phụ thuộc vào số tầng cũng như số bức tường mà sóng trực tiếp truyền qua rồi
mới đến được thiết bị đầu cuối của thuê bao di động. Để dự đoán được những suy hao
này nhà thiết kế sẽ sử dụng mô hình truyền sóng trong nhà từ đó tính toán ra quỹ
đường truyền yêu cầu tương ứng. Thực chất mô hình truyền sóng là công thức tính suy
hao sóng vô tuyến khi truyền qua các vật cản và được xây dựng từ rất nhiều quá trình
Báo cáo thực tậo tốt nghiệp Trang 27

Chương 3: Giải pháp phủ sóng di động cho tòa nhà
đo đạc thực nghiệm cụ thể, còn quỹ đường truyền sẽ xác định tất cả các tham số suy
hao tối đa cho phép tính từ nguồn tín hiệu đến máy di động để từ đó có được cái nhìn
tổng quan hơn về hệ thống.
Mô hình truyền sóng:
Khác với truyền dẫn hữu tuyến chỉ truyền trên những đôi dây đã được thiết kế
định trước, suy hao có thể lường trước và tính toán được thì việc tính toán trong truyền
dẫn vô tuyến là rất đa dạng và phức tạp do đặc điểm kênh truyền mở. Thông tin di
động là một trong những dịch vụ thông tin đặc biệt, cho phép thuê bao trao đổi thông
tin ngay cả khi đang di chuyển nên kênh truyền sóng liên tục thay đổi trong quá trình
thuê bao di động. Vì vậy, yêu cầu hàng đầu đối với nhà thiết kế là phải dự đoán tương
đối chính xác mức thu năng lượng tại từng vị trí của thuê bao di động. Do môi trường
truyền sóng của mạng BTS outdoor macro (không gian tự do) không còn đúng với môi

note 2: Đối với khoảng cách ở trên điểm ngắt, trung bình cộng thêm vào 0.2dB/m.
Điểm ngắt điển hình: 65m.

Hình 3.8 So sánh suy hao tường theo mô hình Keenan Motley với suy hao không gian
tự do và công thức xấp xỉ
Báo cáo thực tậo tốt nghiệp Trang 29

Chương 3: Giải pháp phủ sóng di động cho tòa nhà
Trên thực tế mô hình truyền sóng Keenan Motley hay được sử dụng để dự đoán
sơ bộ suy hao truyền sóng trong nhà bởi lẽ không quá phức tạp, mô hình này có ưu
điểm là tính toán đơn giản, không có nhiều thông số phải giả định hoặc thực nghiệm.
Ngoài ra cũng từ mô hình truyền sóng này, có thể nhận thấy suy hao truyền sóng trong
nhà phụ thuộc chủ yếu vào số tầng và số bức tường mà sóng trực tiếp truyền qua. Kết
quả đo đạc thực tế của các mô hình truyền sóng khác cũng đã chỉ ra sự phức tạp của
truyền sóng trong môi trường trong nhà và khó mô phỏng nó một cách chính xác vì kết
cấu của các toà nhà khác nhau, vật liệu sử dụng khác nhau
Tính toán quỹ đường truyền
Mục đích chính của việc tính toán quỹ đường truyền (link budget) là xác định
tất cả các tham số suy hao tối đa cho phép giữa trạm BTS và máy di động MS để từ đó
có được cái nhìn tổng quan về công suất, tăng ích và tổn hao của hệ thống. Đồng thời
giúp cho nhà thiết kế dễ dàng dự phòng mức dự trữ hợp lý dành cho khi cần nâng cấp
hoặc mở rộng hệ thống.
Pout_bts > SSdes + Lp - Ga + Lf + Lps + Lc (3)
Trong đó:
Pout_bts: Công suất đầu ra của tại đầu nối anten.
Lp: Suy hao đường truyền từ anten tới MS tại biên tế bào (mô hình truyền sóng
Keenan Motley).
Ga: Hệ số tăng ích của anten BTS, hệ số tăng ích của anten MS xem như là 0 dB.
Lf: Suy hao fiđơ.
Lps: Suy hao ở bộ công suất bộ chia.


Chương 3: Giải pháp phủ sóng di động cho tòa nhà
Trong đó:
TxBTS là công suất phát của trạm BTS, TxBTS = 47 dBm đối với dải tần 900 MHz và
45 dBm đối với 1800 MHz.
Booster là bộ khuếch đại sử dụng khi tuyến truyền dẫn từ BTS đến anten quá dài không
đảm bảo công suất đầu ra tại anten.
Ant. Gain = 5 dB.
Hiệu quả phủ sóng ở đường xuống:
• Mức công suất MS thu được nhỏ nhất:
MS minimum receivable level (dB) = EIRP – tổn hao không gian tự do – fading
margin – tổn hao thân nhiệt – att. Wall loss.
• Mức dự trữ hệ thống đường xuống (dành cho khi nâng cấp, mở rộng hệ thống):
System margin left over (dB) = tiêu chí vùng phủ + MS minimum receivable level.
• Tổn hao đường truyền lớn nhất cho phép:
Max allowable path loss (dB) = EIRP – fading margin – suy hao thân nhiệt – tiêu chí
vùng phủ.
Hiệu quả phủ sóng ở đường lên:
• Mức công suất BTS thu được nhỏ nhất:
BTS minimum receivable level (dB) = TxMS – tổng suy hao – suy hao không gian tự
do – fading margin – suy hao thân nhiệt.
• Mức dự trữ hệ thống đường lên (dành cho khi nâng cấp, mở rộng hệ thống):
System margin left over (dB) = RxBTS + BTS minimum receivable level.
3.4 Kết luận:
Quá trình truyền sóng trong môi trường trong nhà rất phức tạp và khó dự đoán
chính xác do cấu trúc, kết cấu, vật liệu xây dựng của các công trình khác nhau, mục
đích sử dụng cũng khác nhau: sân bay, ga điện ngầm, văn phòng cao tầng, khu vực
kinh doanh hàng hóa rộng lớn Vì vậy phải cân nhắc khi chọn giải pháp thiết kế sao
Báo cáo thực tậo tốt nghiệp Trang 32