GIẢI PHÁP PHỦSÓNG DI ĐỘNG GSM TRONG CÁC CÔNG TRÌNH ĐẶC BIỆT

1
GIẢI PHÁP PHỦ SÓNG DI ĐỘNG GSM TRONG CÁC CÔNG TRÌNH ĐẶC BIỆT

KS. ĐINH THỊ MINH NGUYỆT

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
c
ấp 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 có
tình trạng sóng yếu, chập chờn, ở các tầng cao thì nhiễu (nhất là đối với các nhà khai thác chia sẻ
chung băng tầ
n 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.

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.



Hình 1. Thành phần chính của một hệ thống phủ sóng trong 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

Bộ lặp
hoặc
BTS
Hệ thống phân phối thụ động
hoặc
Hệ thống phân phối tích cực
hoặc
Hệ thống phân phối lai ghép
Nguồn tín hiệu Hệ thống phân phối tín hiệu

Cáp rò
hoặc
Anten
Phần tử bức xạ

2
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 2: Vùng phủ cho trong tòa nhà từ một tÕ bµo 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 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 đối với các nhà khai thác chia sẻ chung băng tần GSM).

Ngoài cách phủ sóng trong nhà bằng trạm outdoor ta có thể sử dụng trạm lặp (repeater) làm
nguồn vô tuyến cung cấp cho hệ thống phân phối. Khi đó vùng phủ của trạm outdoor hiện có
được mở rộng. Nhưng giải pháp này ít được sử dụng trong thực tế vì cường độ tín hiệu, chất
lượng, sự ổn định, dung lượng phụ thuộc vào trạm BTS bên ngoài và việc thiết kế cho trạm lặp
(quỹ đường truyền, mức độ cách ly 2 hướng) mặc dù giá thành thấp, triển khai nhanh, dễ dàng.
Vì có nhiều nhược điểm nói trên nên trên thực tế rất ít nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng giải
pháp này, trừ trường hợp bất khả kháng.

Hình 3: Vùng phủ cho toµ nhµ được cung cấp bởi trạm indoor dành riêng


3
Nguồn tín hiệu bằng trạm indoor dành riêng:

Giải pháp này có thể tăng thêm dung lượng cho những vùng trong nhà yêu cầu lưu lượng cao.
Vấn đề chính ở đây là cung cấp dung lượng yêu cầu trong khi vẫn đảm bảo vùng phủ tốt của toà
nhà mà không làm ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ của mạng BTS outdoor macro. Vì vậy giải
pháp này được các nhà cung cấp dịch vụ di động trong khu vực sử dụng như SingTel, Digi...
Ưu điểm của giải pháp này là nguồn tín hiệu từ bên ngoài ổn định, mức tín hiệu tốt, mở rộng
dung lượng hệ thống dễ dàng. Nhược điểm của giải pháp là giá thành cao, yêu cầu phải có cách
bố trí tần số/kênh cụ thể và xây dựng hệ thống truyền dẫn đảm bảo tính mỹ thuật.

b. Hệ thống phân phối tín hiệu
Hệ thống phân phối tín hiệu có nhiệm vụ phân phối tín hiệu từ nguồn cung cấp đi đến các anten
hoặc phần tử bức xạ khác và được phân loại thành:

Hệ thống thụ động:
Hệ thống thụ động là hệ thống anten được phân phối bằng cáp đồng trục và các phần tử thụ động.
Đây là giải pháp phổ biến nhất cho các khu vực phủ sóng inbuilding không quá rộng, có đặc
điểm:

Hình 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.

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 thố
ng 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.

4


RAU (Remote bi-direction antenna unit): Thiết bị anten song hướng từ xa
Hình 5 (a): Sơ đồ một hệ thống anten phân phối chủ động cho khu trường sở

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 khoả
ng 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 điểm dễ nhận thấy là chi phí cao.


MU (Main unit (E/O conversion)): Thiết bị chính (Chuyển đổi E/O)
RU (Remote unit (O/E conversion)): Thiết bị từ xa (Chuyển đổi O/E)
Hình 5 (b): Sơ đồ một hệ thống anten phân phối chủ động cho một toà nhà cao tầng

Hệ thống lai ghép

Hình 6: Sơ đồ hệ thống lai ghép

Hệ thống này là sự kết hợp giữa hệ thống thụ động và chủ động. Giải pháp này dung hoà được cả
ưu nhược điểm của hai hệ thống thụ động và chủ động. Vì nó vừa đảm bảo chất lượng tín hiệu
cho những khu vực phủ sóng trong nhà có quy mô lớn lại vừa tiết kiệm chi phí.

c. Phần tử
bức xạ

5
Phần tử bức xạ có nhiệm vụ biến đổi năng lượng tín hiệu điện thành sóng điện từ phát ra ngoài
không gian và ngược lại. Do hệ thống trong nhà được sử dụng ở những khu vực có vùng phủ
sóng đặc biệt như nên đối với từng công trình cụ thể đòi hỏi phải có phần tử bức xạ thích hợp. Cụ
thể:

Anten: sử dụng thích hợp với những vùng phủ có khuynh hướng hình tròn hoặc hình chữ nhật.
Đó là vì anten cho vùng phủ sóng không đồng đều, việc tính quỹ đường truyền phụ thuộc nhiều
vào cấu trúc của toà nhà. Phạm vi phủ sóng của anten ở dải GSM900 là 25m ÷ 30m; GSM1800 là
15m ÷ 18m. Có 2 loại anten thường được sử dụng là anten vô hướng (omni) và anten có hướng
(yagi). Anten vô hướng có tính thẩm mỹ, nhỏ gọn dễ lắp đặt nên có thể kết hợp hài hoà với môi
trường trong toà nhà, còn anten có hướng có độ tăng ích cao thích hợp khi phủ sóng trong thang
máy.

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 7: Hệ thống phân phối cáp rò

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 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 t
ạp 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