Báo cáo bài tập lớn thông tin di động thực hiện quy hoạch cell GSM 900

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN:

THÔNG TIN DI ĐỘNG
GVHD:Tạ Trí Nghĩa
SINH VIÊN THỰC HIỆN:
Phan Ngọc Thiện
Nguyễn Thanh Hoàng

1


A.

YÊU CẦU
 Thực hiện quy hoạch cell GSM 900 cho nhà cung cấp dịch vụ để phủ sóng, cấu

hình trạm BTS và tính chi phí xây dựng hệ thống cho thành phố sau:

Các yêu cầu
về hệ thống:
 Theo ước tính,
xấp xĩ 90% dân số sử dụng điên thoại di động. Nhà cung cấp dịch vụ thiết kế hệ
thống để có thể phục vụ 20% người sử dụng trong thành phố.
Trong giờ cao điểm mỗi người sử dụng thực hiện trung bình 1 cuộc gọi với thời
gian trung bình của 1 cuộc gọi là 120 giây.
Tỉ số tính hiệu trên can nhiễu (C/I) của hệ thống tối thiểu 12 dB.
Xác suất phủ sóng tối thiểu 95% tại biên cell.
Xác suất nghẽn tại mỗi cell tối đa là 2%.

Chiều cao (effective height) của anten trạm gốc (BS) có thể thiết kế từ 30 – 60 m.
Sử dụng băng tần 8.2 MHz =>41 carriers








B.

THÔNG SỐ THIẾT BỊ SỬ DỤNG:
1.

Thông số Base Station (BS) RBS 2102:
•
•
•
•

2.

Số lượng transceivers :
Số sectors
:
Công suất phát
:
Độ nhạy máy thu
:

1-6
1-3
28W / 44.5dBm ( GSM 900)
-110dBm ( GSM 900)
-111.5dBm với TMA ( GSM 1800 )

Thông số Mobile Station ( MS) :
• Công suất phát
• Độ nhạy máy thu

:
:

Lớp 4 : 33dBm
Lớp 5 : 29dBm
-104dBm

( Sử dụng để tính toán)

PHẦN TRÊN NÀY CHƯA ĐỤNG

2


THỰC HIỆN:

C.
I.

Khu vực 1 :
1. Đặc điểm:
• Số người dự định phục vụ : N = 8800*32*90%*20% = 50688 người
• ρu = 120/3600 = 1/30 Erl => Tổng dung lượng khu vực: ρ = ρu * N = 1689 Erl.
• Nhận xét: Đây là khu vực có diện tích nhỏ trong khi số người sử dụng dịch vụ

đông, do đó ta ưu tiên thiết kế cho hệ thống đảm bảo được dung lượng của khu
vực, sau đó sẽ xét tới các yêu cầu về phủ sóng cho khu vực do khu vực có dung
lượng lớn sẽ cần nhiều trạm BTS => bán kính mỗi trạm phát sẽ nhỏ đi => dễ
thỏa yêu cầu về vùng phủ sóng.
• Xác suất phủ sóng : Pcov = 0.95 , σ = 6.
Gọi SFM là độ dự trữ kênh fading chậm ( Shadow fading margin ).
Pcov = 1 – Q(SFM/ σ) Q(SFM/ σ) = 1 – 0.95 = 0.05
 SFM / σ = 1.65 => SFM = 10dB ( Sử dụng luôn cho fast fading margin)
2. Quy hoạch cell:
• Chia 1200 – sectors cho các BTS.
• ht = 30m , hr = 1.5m.

Sử dụng mô hình Hata cho thành phố trung bình:
a(hr ) = (1.1lgfc – 0.7) hr – (1.56lgfc – 0.8)
= (1.1*lg 900 – 0.7)*1.5 – (1.56lg 900 – 0.8) = 0.011dB
L(dB) = 69.55 + 26.16lg fc – 13.82 log ht – a(hr) + (44.9 -6.55lg ht)lg d
= 69.55 + 26.16lg 900 – 13.82log 30 + (44.9 -6.55lg 30) lg d
= 69.55 + 77.2 -20.41 + 35.22lg d – 0.011 = 126.32 + 35.22d
 Xét Downlink:
Pt(BS) + GABTS≥ ∑Loss + SFM + Độ nhạy máy thu(MS)
 44.5 + 16 ≥ 126.32 + 35.22lg d + 10 + 3 + 0.065 + 10 – 104dBm
 35.22lg d ≤ 15.115 =>d ≤ 2.96km
 Xét Uplink:
Pt(MS) + GABTS≥ ∑Loss + SFM + Độ nhạy máy thu(BS)

 29 + 16 ≥ 126.32 + 35.22lg d + 10 + 3 + 0.065 + 10 – 110dBm
 35.22lg d ≤ 5.651 =>d ≤ 1.44km
• C/I ≥ 12dB => ≥ 12dB => K ≥ 3.34 => Chọn K = 4 (cells)
4 cells/cluster ; 3 sectors/cell => 12 sectors/cluster
Tối đa 41 carriers => Mỗi sectors sẽ sử dụng 3 carriers =>36 carriers/ cluster.
 23 channels/ sector được sử dụng cho kênh thoại => Dung lượng 1 sector :
15.76Erl => Dung lượng 1 cluster : 15.76*12 = 189.12Erl
 Số Clusters cần dùng: 1689/189.12 ≈9 clusters ≈ 36 cells=> Mẫu sử dụng
lại channel : M = 9
 Diện tích 1 cell : 32/36 = 0.89km2 => Bán kính 1 cell : R = 0.58km ( thỏa
yêu cầu d ≤ 1.44km) => Đảm bảo được xác suất phủ sóng ≥ 95%.
3.

Cấu hình trạm BTS:
3


• Mỗi cell sẽ chia thành 3 sectors. Mỗi sector sử dụng 3 carriers => Mỗi sector

sử dụng 3 bộ phát Tx.
• Xét Downlink: với d =0.58Km
Pt(BS) + GABTS ≥ ∑Loss + SFM + Độ nhạy máy thu(MS)
 Pt + 16 ≥ 126.32 + 35.22lg 0.58 + 10 + 3 + 0.065 + 10 – 104dBm
 21.05dBm ≤ Pt: Mỗi sector nên phát công suất ở 21.05dBm
4. Chi phí xây dựng:
• Chi phí xây trạm BTS 30m :
• Chi phí 36 trạm BTS có 1 sóng mang:

6kUSD * 36 = 216kUSD
15kUSD * 36 = 540kUSD

Chi phí tăng thêm cho 8 carriers mỗi BTS : 3kUSD * 8 = 24kUSD
• Chi phí tăng thêm carrierscho 36 BTS:
24kUSD * 36 = 864kUSD
• Chi phí chia sector cho 36 BTS :
2kUSD * 36 = 72kUSD
 Tổng chi phí cho Khu vực 1 :
1692kUSD

II.

Khu vực 2 :
1. Đặc điểm:
• Số người dự định phục vụ : N = 18500*10*90%*20% = 33300 người
• ρu = 120/3600 = 1/30 Erl => Tổng dung lượng khu vực: ρ = ρu * N = 1110 Erl.
• Nhận xét: Đây là khu vực có diện tích nhỏ trong khi số người sử dụng dịch vụ

đông (ít hơn khu vực 1), do đó ta ưu tiên thiết kế cho hệ thống đảm bảo được
dung lượng của khu vực, sau đó sẽ xét tới các yêu cầu về phủ sóng cho khu vực.
• Xác suất phủ sóng : Pcov = 0.95 , σ = 8.
Pcov = 1 – Q(SFM/ σ) Q(SFM/ σ) = 1 – 0.95 = 0.05
 SFM / σ = 1.65 => SFM = 13.2dB ( Sử dụng luôn cho fast fading margin)
2. Quy hoạch cell:
• Chia 1200 – sectors cho các BTS.
• ht = 30m , hr = 1.5m.

Sử dụng mô hình Hata cho thành phố trung bình:
a(hr ) = (1.1lg fc – 0.7) hr – (1.56lg fc – 0.8)
= (1.1*lg 900 – 0.7)*1.5 – (1.56lg 900 – 0.8) = 0.011dB
L(dB) = 69.55 + 26.16lg fc – 13.82 log ht – a(hr) + (44.9 -6.55lg ht)lg d
= 69.55 + 26.16lg 900 – 13.82log 30 + (44.9 -6.55lg 30) lg d

= 69.55 + 77.2 -20.41 + 35.22lg d – 0.011 = 126.32 + 35.22d
 Xét Downlink:
Pt(BS) + GABTS≥ ∑Loss + SFM + Độ nhạy máy thu(MS)
 44.5 + 16 ≥ 126.32 + 35.22lg d + 10 + 3 + 0.065 + 13.2 – 104dBm
 35.22lg d ≤ 15.115 =>d ≤ 2.17km
 Xét Uplink:
Pt(MS) + GABTS≥ ∑Loss + SFM + Độ nhạy máy thu(BS)
 29 + 16 ≥ 126.32 + 35.22lg d + 10 + 3 + 0.065 + 13.2 – 110dBm
 35.22lg d ≤ 5.651 =>d ≤ 1.17km
• C/I ≥ 12dB => ≥ 12dB => K ≥ 2.4 => Chọn K = 3 (cells)
3 cells/cluster ; 3 sectors/cell =>9 sectors/cluster
4


Tối đa 41 carriers => Mỗi sector sẽ sử dụng 4carriers => 36 carriers/ cluster.
 30 channels/ sector được sử dụng cho kênh thoại => Dung lượng 1 sector :
21.93Erl => Dung lượng 1 cluster : 21.93*9 = 197.37Erl
 Số Clusters cần dùng: 1110/197.37 ≈ 6 clusters ≈ 18 cells => Mẫu sử
dụng lại channel : M = 6
 Diện tích 1 cell : 10/18 = 0.56km2 => Bán kính 1 cell : R = 0.46km ( thỏa
yêu cầu d ≤ 1.17km) => Đảm bảo được xác suất phủ sóng ≥ 95%.
3. Cấu hình trạm BTS:
• Mỗi cell sẽ chia thành 3 sectors. Mỗi sector sử dụng 4carriers => Mỗi sector sử

dụng 4 bộ phát Tx.
• Xét Downlink: với d =0.46Km
Pt(BS) + GABTS ≥ ∑Loss + SFM + Độ nhạy máy thu(MS)
 Pt + 16 ≥ 126.32 + 35.22lg 0.46 + 10 + 3 + 0.065 + 13.2 – 104dBm
 20.7dBm ≤ Pt : Mỗi sector nên phát công suất ở 20.7dBm
4. Chi phí xây dựng:

• Chi phí xây trạm BTS 30m :
• Chi phí 18 trạm BTS có 1 sóng mang:

6kUSD * 18 = 108kUSD
15kUSD * 18 = 270kUSD
Chi phí tăng thêm cho 11carriers mỗi BTS : 3kUSD *11 = 33kUSD
• Chi phí tăng thêm carriers cho 18 BTS:
33kUSD * 18 = 594kUSD
• Chi phí chia sector cho 18 BTS :
2kUSD * 18 = 36kUSD
 Tổng chi phí cho Khu vực 2 :
1008kUSD

III.

Khu vực 3 :
1. Đặc điểm:
• Số người dự định phục vụ : N = 1900*210*90%*20% = 71820 người
• ρu = 120/3600 = 1/30 Erl => Tổng dung lượng khu vực: ρ = ρu * N = 2394 Erl.
• Nhận xét: Đây là khu vực có dung lượng sử dụng dịch vụ ở giờ cao điểm tương

đối so với diện tích, do đó ta sẽ cân bằng giữa dung lượng khu vực và diện tích
mỗi trạm BTS để đảm bảo xác suất phủ sóng yêu cầu.
• Xác suất phủ sóng : Pcov = 0.95 , σ = 6.
Pcov = 1 – Q(SFM/ σ) Q(SFM/ σ) = 1 – 0.95 = 0.05
 SFM / σ = 1.65 => SFM = 10dB ( Sử dụng luôn cho fast fading margin)
2. Quy hoạch cell:
• Chia 1200 – sectors cho các BTS.
• C/I ≥ 12dB => ≥ 12dB => K ≥ 3.33 => Chọn K = 4 (cells)
 4 cells/cluster ; 3 sectors/cell =>12 sectors/cluster

• Tối đa 41 carriers => Mỗi sector sử dụng 3carriers =>36carriers/ cluster.
 23 channels/ cell được sử dụng cho kênh thoại => Dung lượng 1 cell :

15.76 Erl =>Số lượng cell để đáp ứng dung lượng khu vực : 2394/29.17 ≈
152 sectors ≈ 52 cells ≈ 13 cluster => Mẫu sử dụng lại channel M=13
 Diện tích 1 cell :210/ 52 = 4.04km2 => Bán kính 1 cell R = 1.24km
• Giả thiết BTS và MS phát hết công suất tối đa, ta tính toán ht
• hr = 1.5m.
5


Sử dụng mô hình Hata cho thành phố trung bình:
a(hr ) = (1.1lg fc – 0.7) hr – (1.56lg fc – 0.8)
= (1.1*lg 900 – 0.7)*1.5 – (1.56lg 900 – 0.8) = 0.011dB
L(dB) = 69.55 + 26.16lg fc – 13.82 lg ht – a(hr) + (44.9 -6.55lg ht)lg d
= 69.55 + 26.16lg 900 – 13.82lg ht + (44.9 -6.55lg ht) lg R
= 69.55 + 77.2 -13.82lg ht – 0.011 + 4.29 – 0.61lg ht
= 151.03–14.43lg ht
 Xét Downlink:
Pt(BS) + GABTS ≥ ∑Loss + SFM + Độ nhạy máy thu(MS)
 44.5 + 16≥ 151.03 – 14.43lg ht+ 10 + 3 + 0.065 + 10 – 104dBm
 14.43lg ht ≥ 9.595 =>ht ≥4.62m
 Xét Uplink:
Pt(MS) + GABTS ≥ ∑Loss + SFM + Độ nhạy máy thu(BS)
 29 + 16≥ 151.03 – 14.43lg ht + 10 + 3 + 0.065 + 10 – 110dBm
 14.43lg ht ≥ 19.26 =>ht ≥21.05m
Chọn ht = 30m
3.
•

Cấu hình trạm BTS:
Mỗi sector sử dụng 3carriers => Mỗi sector sử dụng 3 bộ phát Tx.

• Xét Downlink: với R =1.24Km , ht =30m

Pt(BS) + GABTS≥ ∑Loss + SFM + Độ nhạy máy thu(MS)

 Pt + 16 ≥ 151.2 – 14.47lg 30 + 10 + 3 + 0.065 + 10 – 104dBm
 32.89dBm ≤ Pt : Mỗi sector nên phát công suất ở 32.89dBm
4.
•
•
•
•
•
IV.

Chi phí xây dựng:
Chi phí xây trạm BTS 30m :
Chi phí 51 trạm BTS có 1 sóng mang:
Chi phí tăng thêm cho 8carriers mỗi BTS :
Chi phí tăng thêm carriers cho 51 BTS:
Chi phí chia sector cho 51BTS
 Tổng chi phí cho Khu vực 3 :

6kUSD * 51 = 306kUSD
15kUSD * 51 = 765kUSD
3kUSD * 8 = 24kUSD
24kUSD * 51 = 1224kUSD
2kUSD * 51 = 102kUSD

2397kUSD

Khu vực 4 :
1. Đặc điểm:
• Số người dự định phục vụ : N = 160*736*90%*20% = 21197 người
• ρu = 120/3600 = 1/30 Erl=> Tổng dung lượng khu vực: ρ = ρu * N = 706.56Erl.
• Nhận xét: Đây là khu vực có dung lượng sử dụng dịch vụ nhỏ so với diện tích,

do đó việc thay diện tích phủ sóng của một cell sẽ linh động hơn => Ta ưu tiên
đảm bảo dung lượng phục vụ cho khu vực, sau đó sẽ cân chỉnh diện tích phủ
sóng của hệ thống để đảm bảm xác suất phủ sóng.
• Xác suất phủ sóng : Pcov = 0.95 , σ = 3.
Pcov = 1 – Q(SFM/ σ) Q(SFM/ σ) = 1 – 0.95 = 0.05
 SFM / σ = 1.65 => SFM = 4.95dB ( Sử dụng luôn cho fast fading margin)
2. Quy hoạch cell:
• Chia 1200 – sectors cho các BTS để giảm số lượng Cells
6


• C/I ≥ 12dB => ≥ 12dB => K ≥ 8 => Chọn K = 9 (cells)
 9 cells/cluster ; 3 sectors/cell =>27 sectors/cluster
 Tối đa 41 carriers => Mỗi sector sẽ sử dụng 1carriers =>27carriers/ cluster.
• Tối đa 41 carriers => Mỗi sector sẽ sử dụng 1 carrier =>27 carriers/ cluster.
 7 channels/ sector được sử dụng cho kênh thoại => Dung lượng 1 sector :

2.935 Erl => Số lượng sector để đáp ứng dung lượng khu vực :
706.56/2.935≈ 243sectors ≈ 81 cells ≈ 9 clusters => Mẫu sử dụng lại
channel M=9
 Diện tích 1 cell :736/81= 9.08km2 => Bán kính 1 cell R = 1.87km
• Giả thiết BTS và MS phát hết công suất tối đa, ta tính toán ht

• hr = 1.5m.
Sử dụng mô hình Hata cho thành phố trung bình:
a(hr ) = (1.1lg fc – 0.7) hr – (1.56lg fc – 0.8)
= (1.1*lg 900 – 0.7)*1.5 – (1.56lg 900 – 0.8) = 0.011dB
L(dB) = 69.55 + 26.16lg fc – 13.82 lg ht – a(hr) + (44.9 -6.55lg ht)lg d
= 69.55 + 26.16lg 900 – 13.82lg ht + (44.9 -6.55lg ht) lg R
= 69.55 + 77.2 - 13.82lg ht – 0.011+ 12.07 – 1.71lg ht
= 158.81 – 15.53lg ht
 Xét Downlink:
Pt(BS) + GABTS ≥ ∑Loss + SFM + Độ nhạy máy thu(MS)
 44.5 + 16 ≥ 158.81 – 15.53lg ht + 10 + 3 + 0.065 + 4.95 – 104dBm
 15.53lg ht ≥ 12.325 =>ht ≥ 6.21m
 Xét Uplink:
Pt(MS) + GABTS ≥ ∑Loss + SFM + Độ nhạy máy thu(BS)
 29 + 16 ≥ 158.81 – 15.53lg ht + 10 + 3 + 0.065 + 4.95– 110dBm
 15.53lg ht ≥ 21.825 =>ht ≥ 25.42
Chọn ht = 30m
3. Cấu hình trạm BTS:
• Mỗi sector sử dụng 1carrier => Mỗi sector sử dụng 1 bộ phát Tx.

• Xét Downlink: với R =1.87Km , ht =30m

Pt(BS) + GABTS≥ ∑Loss + SFM + Độ nhạy máy thu(MS)

 Pt + 16 ≥ 158.81 – 15.53lg ht + 10 + 3 + 0.065 + 4.95 – 104dBm
 33.88dBm ≤ Pt : Mỗi sector nên phát công suất ở 33.88dBm
4. Chi phí xây dựng:
• Chi phí xây trạm BTS 30m :
• Chi phí 81 trạm BTS có 1 sóng mang:

6kUSD * 81 = 486kUSD
15kUSD * 81 = 1215kUSD
Chi phí tăng thêm cho 2carriers mỗi BTS : 3kUSD * 2 = 6kUSD
• Chi phí tăng thêm carriers cho 81 BTS:
6kUSD * 81 = 486kUSD
• Chi phí chia sector cho 81 BTS
2kUSD * 81 = 162kUSD
 Tổng chi phí cho Khu vực 4 :
2349kUSD

D.

TỔNG KẾT:
7


Khu vực 1

Khu vực 2

Khu vực 3

Khu vực 4

SFM(dB)

10

13.2

10

4.95

Toàn thành
phố
-

Chia 1200-sector

Có

Có

Có

Có

-

Cluster size(K)

4

3

4

9

-

Số cell

36

18

52

81

186

Số cluster

9

6

13

9

-

Số carriers/sector

3

4

3

1

-

Bán kính cell(km)

0.58

0.46

1.24

1.87

-

30

30

30

30

-

21.05

20.7

32.89

33.88

-

1692

1008

2397

2349

7446

ht(m)
Công suất trạm
phát(dBm)
Chi phí (kUSD)

CÁC GIẢ THIẾT TRONG ĐỀ XUẤT:

E.

Đề xuất xem như việc quy hoạch channel ở vùng giao nhau giữa các khu

vực đã được thực hiện để tránh gây can nhiễu lẫn nhau.
• Các trạm phát BTS ( Sector ) phát ở các công suất đề nghị, chỉ phủ sóng
trong diện tích của mỗi trạm để tránh gây can nhiễu cho các vùng lân cận.
• Shadow fading margin ( SFM ) đã bao gồm Fast fading margin (3dB).
•

8