TRƯỜNG …………………
KHOA…………………….

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài:
Dự đoán phủ sóng trong hệ
thống thông tin di động

1
MỤC LỤC
CHƯƠNG I 3
KÊNH VÔ TUYẾN DI ĐỘNG VÀ VẤN ĐỀ DỰ ĐOÁN PHỦ SÓNG 3
1.1. Tổng quan về kênh vô tuyến di động 3
1.1.1. Các tác động cơ bản 3
1.1.1.1. Tổn hao đường truyền 3
Kênh Gaussian thường được coi là kênh lí tưởng, tuy nhiên điều này không hoàn toàn đúng
như vậy. Trong các microcell và đặc biệt là trong các Picrocell kiểu kênh này thường hay xuất
hiện. Ngoài ra, khi sử dụng các kĩ thuật phân tập, san bằng, mã kênh, mã dữ liệu … thì chất
lượng của các hệ thống không mang đầy đủ tính chất của kênh Gaussian cũng có thể tiến sát
được đến với chất lượng của kênh Gaussian 12
CHƯƠNG II 34
CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ ĐOÁN TRUYỀN SÓNG THÔNG DỤNG 34
2.1. Phương pháp Okumura 34
CHƯƠNG III 60
TÓM TẮT CÁC ĐIỀU KIỆN PHỦ SÓNG KHÁC NHAU 60
VÀ MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG HỆ THỐNG CDMA 60
3.1. Tổng quan 60
3.5. Các vấn đề quan trọng có liên quan đến tính toán phủ sóng trong hệ thống CDMA 80
3.5.1. Điều khiển công suất trong hệ thống CDMA 80
KẾT LUẬN 94
2

đối với các hệ thống thông tin vô tuyến mặt đất, nguyên nhân chính gây ra pha-
đinh đó là:
Sự thăng giáng của tầng điện ly đối với các hệ thống sóng ngắn.
Sự hấp thụ gây bởi các phân tử khí, hơi nước, mưa… sự hấp thụ này phụ
thuộc vào tần số công tác, đặc biệt là trong dải tần số cao (> 10GHz).
Sự khúc xạ gây bởi sự không đồng đều của mật độ không khí làm thay
đổi hướng sóng so với thiết kế.
Sự phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ từ các chướng ngại vật trên đường truyền
lan của sóng điện từ gây nên hiện tượng trải trễ và giao thoa sóng tại
máy thu.
Do các yếu tố kể trên, hệ số suy hao đặc trưng cho quá trình truyền sóng vô
tuyến có thể biểu diễn dưới dạng: a(f,t) = afs.A(t,f)
Trong đó a(f,t): là hệ số suy hao sóng vô tuyến, afs là suy hao trong không
gian tự do, A(t,f) là hệ số suy hao do pha-đinh.
Ta thấy rằng, hệ số suy hao do pha-đinh là một hàm của thời gian và tần số.
Nếu suy hao pha-đinh là hằng số trên toàn bộ băng tần hiệu dụng của tín hiệu thì
ta có pha-đinh phẳng (flat fading) hay pha-đinh không chọn lọc theo tần số
(nonselective fading). Trong trường hợp ngược lại thì gọi là pha-đinh chọn lọc
theo tần số (selective fading). Pha-đinh cũng còn được phân chia thành pha-đinh
4
nhanh và pha-đinh chậm tuỳ theo mức độ phụ thuộc vào thời gian của một bit
hay một symbol. Đối với các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp số mặt đất, do thời
gian của một bit (hay một symbol) khá nhỏ nên ta có thể coi là pha-đinh chậm,
pha-đinh chậm gây bởi sự che khuất (pha-đinh che khuất chuẩn log) còn trong hệ
thống thông tin di động, do tốc độ bit hiện còn khá nhỏ nên pha-đinh hầu như có
thể xem là các pha-đinh nhanh.
Khi một MS di động, do tại máy thu có rất nhiều tia tới (do các hiện tượng
phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ từ các chướng ngại vật) và pha-đinh này còn được gọi
là pha-đinh đa đường.
Xét trường hợp đơn giản nhất, khi MS “dừng” và không có chướng ngại di

rr
rf
σσ
(1.1)
5
Trong các hệ thống thông tin di động thì việc truyền dẫn đa đường là quan
trọng nhất do vậy pha-đinh đa đường cũng là quan trọng nhất.
1.1.1.3. Hiệu ứng Doppler
Hiệu ứng Doppler là sự thay đổi tần số của tín hiệu thu được so với tín hiệu đã
được phát đi, gây bởi chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu trong
quá trình truyền sóng. Khi MS di động so với BS hoặc khi các chướng ngại vật
di động thì các tia sóng tới máy thu MS còn chịu tác động của hiệu ứng Doppler.
Giả sử một sóng mang không điều chế f
c
được phát tới một máy thu đang di
động với vận tốc υ, như mô tả trong hình vẽ 1.2. Tại máy thu, tần số của tín hiệu
nhận được theo tia sóng thứ i sẽ là: f = f
c
+ f
m
.cosα
i

Trong đó α
i
là góc tới của tia sóng thứ i so với hướng chuyển động của máy
thu, f
m
là lượng dịch tần Doppler,
c

S
/2 tới f
c
+ W
S
/2) thì tín hiệu
nhận được sẽ trải ra trên một dải tần số có độ rộng tới cỡ W
S
+ W
D
với tần số trung
tâm có thể khác với f
c
.
Như vậy, hiệu ứng Doppler có thể gây nên suy giảm chất lượng liên lạc một cách
trầm trọng. Chỉ trong trường hợp máy thu đứng yên so với máy phát (υ = 0), hoặc máy
thu đang chuyển động vuông góc với góc tới của tín hiệu (cosυ = 0) thì tần số tín hiệu
thu mới không bị thay đổi so với tần số tín hiệu phát.
Trong các hệ thống thông tin di động, việc máy thu đứng yên so với máy phát
không có nghĩa là không xảy ra hiệu ứng Doppler. Các tia sóng từ các vật phản
xạ di động như xe cộ, người đi lại… vẫn có thể gây nên tác động Doppler tới tín
hiệu thu được tại máy thu.
Hiệu ứng Doppler xảy ra mạnh nhất khi máy thu di động theo phương của tia
sóng tới (cosα
i
= ±1). Điều này thường xảy ra trong thông tin di động khi máy thu
đặt trên xe di chuyển trên các xa lộ, còn các ăng-ten trạm phát thì được bố trí dọc
7
theo xa lộ (được gắn trên các cầu vượt ngang xa lộ chẳng hạn). Khi góc tia sóng tới
α






−
=
(1.2)
Trong đó A là hằng số, còn f
m
phụ thuộc vào tích của tốc độ υ và tần số truyền f
c
.
Hình 1.3: Phổ Doppler của một sóng mang không điều chế
1.1.1.4. Trải trễ
8
Trong thực tế, sóng mang được điều chế. Trong thông tin di động số, ảnh
hưởng của đặc tính truyền dẫn đa đường còn phụ thuộc nhiều vào tỷ số giữa độ
dài một dấu (Symbol) và độ trải trễ Δ của kênh vô tuyến biến đổi theo thời gian.
Độ trải trễ có thể xem như độ dài của tín hiệu thu được khi một xung cực hẹp
được truyền đi. Nếu số liệu được truyền đi với tốc độ thấp thì độ trải trễ có thể
được giải quyết dẽ dàng tại phần thu. Tuy thế nếu ta cứ tăng tốc độ truyền số liệu
lên mãi thì tới một lúc mỗi symbol số liệu sẽ trải hẳn sang các symbol số liệu lân
cận, tạo ra xuyên nhiễu giữa các dấu ISI (InterSymbol Interference) thì tỉ lệ lỗi
bit BER (Bit Error Rate) có thể sẽ lớn tới mức không chấp nhận được.
Hiện tượng trải trễ hạn chế tốc độ truyền tin: Tốc độ truyền (tốc độ bit), giả sử
là (1/T) để không xảy ra ISI (intersymbol interference: xuyên nhiễu giữa các
dấu) thì T phải ≥ ∆, tức là R = (1/T) < (1/∆) do vậy ∆ càng lớn, tốc độ truyền tin
càng nhỏ.
Hình 1.4: Trải trễ trong môi trường vô tuyến di động

s(t) là tín hiệu truyền
n(t) là tạp âm được cộng thêm vào trên kênh truyền
Tạp âm n(t) là trên kênh không phụ thuộc vào tần số truyền và nó thường
được coi là tạp âm trắng, biên độ của nó được mô tả bằng một hàm pdf có phân
bố Gaussian có giá trị trung bình bằng 0 như sau:
2
2
2
2
2
1
σ
a
e
πσ
p(a)
−
=
(1.4)
Trong đó: σ
2
là phương sai của biến ngẫu nhiên a.
Hình 1.5: Hình vẽ minh hoạ mô hình kênh Gaussian và phân bố của r(t)
Kiểu kênh như mô tả ở trên được gọi là kênh tạp âm Gaussian cộng tính. Kiểu kênh
này cũng được sử dụng để đánh giá giới hạn trên cho chất lượng của các hệ thống.
11
Kênh Gaussian thường được coi là kênh lí tưởng, tuy
nhiên điều này không hoàn toàn đúng như vậy. Trong
các microcell và đặc biệt là trong các Picrocell kiểu kênh
này thường hay xuất hiện. Ngoài ra, khi sử dụng các kĩ



−
=
2
2
2
2
σ/r
e
σ
r
p(r)
(1.6)
Hình 1.7: Hình vẽ minh hoạ mô hình kênh Rayleigh và phân bố của r(t)
1.1.2.3. Kênh Rician
Xét như kênh Rayleigh, nếu giá trị trung bình của các biến ngẫu nhiên không
bằng 0, tức là tại máy thu có xuất hiện thành phần đa đường là trội hay có xuất
hiện đường nhìn thẳng LOS thì khi đó pdf của biên độ phức r là phân bố Rician,
và đó là:








+
=

Hệ số Rician k miêu tả cường độ của tia LOS và được tính như sau:
2
2
2
σ
A
k =
(1.8)
Khi k tiến tới vô cùng thì khi đó phân bố Rician trở thành một hàm delta, điều
này phù hợp với mô hình kênh Gaussian có tầm nhìn thẳng LOS, Khi k tiến tới 0
thì phân bố Rician sẽ chuyển thành phân bố Rayleigh.
1.1.2.4. Mô hình kênh Nakagami
Mô hình Nakagami là một mô hình hoàn toàn dựa trên việc phân tích các dữ
liệu đo đạc kinh nghiệm trên một quy mô lớn chứ không phải là dựa trên các
phân tích vật lí. Nhưng mô hình này lại cung cấp cho chúng ta một vài dữ liệu
kinh nghiệm gần với thực tế hơn là các phân bố Rayleigh, ricean hay phân bố
chuẩn log.
Phân bố Nakagami Mô tả đường bao tín hiệu thu được
r(t)z(t) =
bằng phân
bố như sau:
2
1
2
exp
12
2
≥



Ω =
. Điều này được gọi là phân bố
2
χ
trung tâm với bậc m tự
do. Phân bố Nakagami thường được sử dụng để làm mô hình kênh pha-đinh đa
đường với các lí do sau: Thứ nhất, phân bố Nakagami có thể làm mô hình trong
các điều kiện kênh truyền bị pha-đinh kể cả khi bị lớn hơn hay nhỏ hơn pha-đinh
Rayleigh. Khi m = 1, thì phân bố Nakagami trở thành phân bố phân bố Rayleigh.
Khi m =
2
1
thì nó trở thành một phía của phân bố Gaussian, và khi m → ∞ thì nó
trở thành một xung (không phải là pha-đinh). Thứ hai, phân bố Nakagami có thể
tiến tới phân bố Ricean theo mối quan hệ sau:
15
mmm
mm
K
−−
−
=
2
2
Với m > 1 (1.10)
( )
12
2
1
+

lên và đường xuống. Tổn hao cực đại cho phép nhỏ hơn trong hai trường hợp
này được gọi là giới hạn vùng phủ của ô và dịch vụ. Thông thường vùng phủ bị
giới hạn bởi đường lên do có thể đảm bảo được công suất đường xuống cao hơn
đường lên. Chẳng hạn nếu tổn hao cực đại cho phép ở đường lên là 130 dB còn
16
tổn hao này ở đường xuống là 125 dB thì ta phải đảm bảo tổn hao không vượt
quá 130 dB và trong trường hợp này ta nói rằng vùng phủ hay dịch vụ giới hạn
theo đường lên.
Đối với hệ thống CDMA 2000 1x, do sử dụng vocoder tiên tiến hơn và sử dụng
giải điều chế nhất quán nên nó đảm bảo quỹ đường truyền tốt hơn IS-95A/B khi tải
lưu lượng như nhau. Do vậy tải lưu lượng như nhau, CDMA 2000 1x cung cấp tổng
dung lượng cao hơn. Tuy nhiên khi quy hoạch mạng thông thường các thông số trước
đây sử dụng cho IS-95 vẫn được sử dụng vì thực tế vẫn là các thuê bao RC1 và RC
(RC_Radio configuration) được sử dụng.
Đối với các dịch vụ số liệu gói, do việc cải thiện sơ đồ điều chế và mã hoá
(nên E
b
/N
0
’ thấp hơn) nên số liệu gói với tốc độ 38.2 Kbps ở CDMA 2000-1x
gần như cũng có cùng quỹ đường truyền như vocoder tiếng 13 Kbps của IS-95.
Nhưng tại các dịch vụ có tốc độ dữ liệu cao hơn thì quỹ đường truyền sẽ giảm do
rất nhiều nguyên nhân khác nhau trong đó có độ lợi xử lý cũng như việc phân bổ
công suất. Đối với CDMA 2000-1x, dịch vụ thoại được ưu tiên nên số liệu gói
chỉ được sử dụng phần công suất còn lại.
Mật độ phổ tạp âm máy thu
Mật độ phổ tạp âm máy thu được tính theo phương trình sau:
N
T
= (N x NF) [dB]

(N
b
E
p
GI
T
N
P








×=








+
×=
+
0
1

+ I
0
: là mật độ phổ công suất tạp âm tương đương.
Từ phương trình (1.13) ta được:
P
min
= (N
T
+ I) [dBm] - G
p
[dB] + (E
b
/N
0
’
)
req
[dB] (1.14)
N
T
+ I = N
T

×
M
I
hay (N
T
+ I) [dBm] = N
T

m
= P
txm
– L
fm
– L
b
+ G
m
là công suất phát xạ hiệu dụng của máy di
động và P
txm
, L
fm
, L
b
, G
m
là công suất phát, tổn hao phider + đầu nối, tổn
hao cơ thể và hệ số khuếch đại ăng-ten của máy di động.
G
b
: là hệ số khuếch đại ăng-ten
L
f
= G
Ta
+ L
JC1
+ L

: Là tổn hao thâm nhập
M
f – F
và M
l – F
: Là dự trữ ăng-ten nhanh và pha-đinh chuẩn loga.
G
HO
: Là độ lợi chuyển giao mềm
G
Div
: là độ lợi phân tập pha-đinh
Bảng 1.2 cho ta ví dụ tính toán quỹ đường lên cho người sử dụng dịch vụ số
liệu tốc độ 14,4 Kbps trong nhà ở hệ thống CDMA 2000-1x.
Quỹ đường xuống:
Quỹ đường xuống được tính theo các phương trình sau:
Tổng công suất của một trạm được xác định như sau:
P
tổng
= 10lg(10
0.1P
ll
+ 10
P
ht
+ 10
P
db

+ 10

(dBm)
υ = Hệ số tích cực tiếng.
K
tổng
= K(1+η
HO
); K
tổng
là số kênh lưu lượng tích cực cực đại gồm K
kênh sử dụng trong đoạn ô và các kênh bổ xung cho chuyển giao mềm.
η
HO
= % bổ xung điều khiển kênh lưu lượng cho chuyển giao mềm
19
Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương tổng và một người sử dụng kênh
lưu lượng được tính như sau:
EIRP
tổng
= P
tổng
– L
f
+ G
b
(1.19)
EIRP
người sử dụng
= P
người sử dụng
– L

p
+ L
b
+ M
F

L
p
: Là tổn hao truyền sóng trung bình giữa trạm ô và MS (dB)
L
penet
: Là tổn hao thâm nhập (dB)
G
m
: Là hệ số khuếch đại ăng-ten MS (dBi)
L
b
: Là tổn hao cơ thể/ định hướng (dB)
L
f
: Là tổng các tổn hao do phidơ, các dây nhẩy, chống sét và
bộ nối MS (dB)
M
F
: Là độ dự trữ pha-đinh (dB)
Mật độ phổ nhiễu giao thoa trong ô do các người sử dụng khác cùng ô gây ra
được xác định như sau:
I
c
= 10lg(10

0,1Ioc
) [dBm/Hz] (1.25)
Mật độ phổ tạp âm nhiệt máy thu được tính theo phương trình sau:
N
T
= 10lg(290
×
1,38
×
10
-23
) + NF + 30 [dBm/Hz] (1.26)
Trong đó: NF là hệ số tạp âm đối với MS
Năng lượng trên bit cho một kênh sẽ là:
E
br
= P
r.người sử dụng
/ R
b
→ P
r.người sử dụng
- 10lgR
b
[dBm/Hz] (1.27)
Trong đó: R
b
= tốc độ số liệu trên kênh.
Có thể tính E
b

Máy phát (MS)
Công suất máy phát (23 dBm) 23 P
Tx
Tổn hao cáp (dB) 2 L
fm
Tổn hao cơ thể (dB) 3
Công suất máy phát xạ đẳng hướng
tương đương (dBm)
18
EIRP
m
Máy thu (Trạm gốc)
Mật độ phổ tạp âm nhiệt (dBm/Hz) -174,0 N
0
Hệ số tạp âm máy thu (dB) 5,0 NF
Công suất tạp âm nhiệt máy thu (dBm),
tính cho 3,6864 Mchip/s
-108,4
N
T
= N
0
+ NF
+ 10lg(3,6864x10
6
)
Dự trữ nhiễu giao thoa ở máy thu 3,4 dB M
T
, hệ số tải 55 %
Tổng tạp âm + nhiễu giao thoa -105,03 (N

’
)
req
[dB]
Khuếch đại ăng-ten trạm gốc (dBi) 17,14 G
b
Khuếch đại của bộ khuếch đại đặt ở tháp
ăng-ten (dB)
0
G
Ta
Tổn hao bộ nối và cáp nhảy 1 (dB) 0,25 L
JC1
Tổn hao phi dơ (dB) 1 dB L
ph
Tổn hao chống sét (dB) 0,25 L
L
Tổn hao bộ nối và cáp nhảy 2 (dB) 0,25 L
JC2
Tổn hao bộ ghép song công (dB) 0,5 L
Dup
Tổng tổn hao (dB) 2,25 L
f
Dự trữ pha-đinh nhanh (dB) 0 M
f-F
Dự trữ pha-đinh chuẩn log (dB) 10 M
l-F
Tổn hao thâm nhập toà nhà (dB) 10 L
penet
Độ lợi chuyển giao mềm (dB) 4 G

39,0
P
tổng
= 8 W
Công suất kênh hoa tiêu (dBm) 30,8 P
ht
= 1,2 W; 15,0%
Công suất kênh đồng bộ (dBm)
20,8
P
db
= 0,12W; 10,0% công suất kênh
hoa tiêu
Công suất kênh tìm gọi (dBm)
36,2
P
tg
= 0,417W; 35% công suất kênh
hoa tiêu
Công suất kênh lưu lượng (dBm)
38,0
P
ll
= 6,31W; 78,9% công suất lớn
nhất trên một kênh
Số kênh lưu lượng sử dụng cho
các MS trong ô
13
K
22

L
JC1
Tổn hao chống sét (dB) 0,25 L
l
Tổn hao Phidơ (dB) 1 L
f
Tổn hao bộ nối và cáp nhẩy 2
(dB)
0,25 dB
L
JC2
Tổng tổn hao (dB) 2,25 L
f
Hệ số khuếch đại ăng-ten (dBd) 15 G
b
(dBd)
Hệ số khuếch đại ăng-ten (dBi) 17,14 G
b
(dBi) = G
b
(dBd) + 2,14
Công suất phát xạ đẳng hướng
tương đương cho kênh lưu lượng
của một người sử dụng (dBm)
42,1
EIRP
người sử dụng
= P
người sử dụng
– L

) + 30
Hệ số tạp âm máy thu (dB) 8 NF
Máy phát (Trạm gốc)
Mật độ phổ tạp âm nhiệt máy thu
(dBm/Hz)
-166
N
T
= N
0
+NF; 2,51.10
-17
Khuếch đại ăng-ten MS (dBi) 0 G
m
Tổn hao cơ thể (dB) 3 L
b
Tổn hao phidơ, bộ nối … (dB) 0 L
f
Tổn hao môi trường (dB) 15 M
F
+ L
penet
Tổn hao đường truyền cho phép
cực đại theo giới hạn đường lên
(dB)
138,9
L
p
Tổng suy hao (dB) 156,9 GL = L
p

Mật độ phổ nhiễu giao thoa trong
ô (dBm/Hz)
-162
I
c
= 10lg(10
0,1P
r.tổng
– 10
0,1P
r.người sử dụng
)
– 10lg(1,2288.10
6
); 6,31.10
-17
Hệ số tái sử dụng tần số (dB) -2,7 10lg(1/f
r
– 1), f
r
= 0,65
Mật độ phổ nhiễu từ các ô khác
(dBm/Hz)
-164,7
I
oc
= I
c
+ 10lg(1/f
r

= P
r.người sử dụng
/R
b
; R
b
= 14,4 Kbps
Tỷ số tín hiệu trên tạp âm đầu ra
máy thu MS (dB)
3,7
10lg(E
b
/N
0
’
)
1.3. Vấn đề phủ sóng trong quy hoạch mạng, thiết kế vô tuyến và tối ưu hoá
mạng
1.3.1. Khái quát về quy trình thiết kế mạng vô tuyến di động
1.3.1.1. 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 thiết trong quá trình quy hoạch mạng. Dự báo lưu lượng có thể
thực hiện trên cơ sở xu thế phát triển lưu lượng các mạng đã được khai thác.
Trong trường hợp mạng mới được khai thác lần đầu, việc dự báo lưu lượng phải
dựa trên sự đánh giá một số yếu tố như: sự phát triển kinh tế xã hội, thu nhập bình
quân đầu người, mật độ điện thoại di động (thế hệ 2), nhu cầu về sử dụng internet
trung bình, và các số liệu trung bình tương tự khác của thị trường cần phục vụ.
Tính toán lưu lượng được thức hiện theo hai phương pháp: Phương pháp dự
báo và phương pháp phát hiện. Phương pháp dự báo bao gồm việc phân tích chi
tiết lưu lượng thoại hiện có, tỷ suất chiếm và độ rộng băng tần cho từng thuê bao