Luận Văn Thiết kế hệ thống phủ sóng di động trong tòa nhà cao tầng

LỜI NÓI ĐẦU
I Lời nói đầu.
Hòa nhịp với sự phát triển chung của nền kinh tế thế giới, nền kinh tế Việt Nam đang từng bước đẩy mạnh phát triển kinh tế, xã hội, Trong đó, dịch vụ viễn thông đang là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn nhằm đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin đang tăng lên cả về số lượng lẫn chất lượng. Số lượng các nhà khai thác viễn thông trong và ngoài nước tham gia vào thị trường viễn thông ngày một tăng, sự cạnh tranh giữa các nhà khai thác ngày càng trở nên căng thẳng.
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế, cơ sở hạ tầng đô thị cũng ngày một đổi mới. Các khu nhà cao tầng đang mọc lên ngày một nhiều hơn. Phần lớn các toà nhà cao tầng này đều là văn phòng làm việc của các công ty trong và ngoài nước, khách sạn, nhà hàng cao cấp, siêu thị, khu chung cư cấp cao, Đây là nơi mà nhu cầu liên lạc rất lớn và là những khách hàng quan trọng của các nhà khai thác viễn thông. Vì vậy để có thể đảm bảo nhu cầu liên lạc, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của khách hàng đặc biệt là các khách hàng cao cấp, các nhà khai thác viễn thông đang từng bước tập trung nâng cao chất lượng viễn thông trong các toà nhà cao tầng, vì thế việc xây dựng một hệ thống phủ sóng di động trong các tòa nhà này trở nên cần thiết đặc biệt là hai thành phố lớn Hà Nội và Tp Hồ Chí Minh.
II Lý do chọn đề tài.
Vì nhu cầu thông tin liên lạc và sử dụng các dịch vụ viễn thông trong các tòa nhà cao tầng ngày một tăng cao, khi mà các nhà mạng ở Việt Nam đang tiến hành nâng cấp lên mạng di động 3G nên việc phủ sóng di động trong tòa nhà là rất cần thiết. Vì thế nhóm thực hiện tiến hành nghiên cứu luận văn: “ Thiết kế hệ thống phủ sóng di động trong tòa nhà cao tầng ”.
III Mục tiêu của đề tài.
Trong luận văn này, nhóm thực hiện đề tài sẽ trình bày quy trình thiết kế, kiểm định chất lượng và vận hành, bảo trì hệ thống phủ sóng điện thoại di động cho một tòa nhà cụ thể ở Tp Hồ Chí Minh và sẽ được triển khai rộng cho các tòa nhà cao tầng khác.
Trang vii
IV Đối tượng cần tìm hiểu.
Nhóm thực hiện đề tài tiến hành tìm hiểu các đặc điểm, thành phần, nguyên lý hoạt động của hệ thống IBC (Inbuilding Coverage) trong một tòa cao ốc chung cư 15 tầng ở quận 7, thành phố Hồ Chí Minh .
V Giới hạn đề tài.
Nhóm thực hiện tập trung vào việc thiết kế và đo kiểm một hệ thống phủ sóng di động cho mạng GSM với tần số 1800MHz và mạng di động 3G UMTS với tần số 2100MHz.
VI Tóm tắt luận văn.
Luận văn được tổ chức thành 4 chương như sau:
Chương 1:Chương này sẽ trình bày tổng quan về các mạng đang hoạt động chủ yếu ở Việt Nam và xu hướng phát triển các mạng di động này trong tương lai.
Chương 2:Giới thiệu các mô hình lan truyền sóng được sử dụng rộng rãi trên thế giới khi thiết kế một hệ thống IBC.
Chương 3:Giới thiệu hệ thống anten và các loại anten sẽ được sử dụng trong hệ thống IBC.
Chương 4:Chương này sẽ tập trung vào việc thiết kế hoàn chỉnh một hệ thống IBC cho tòa cao ốc cụ thể và tiến hành kiểm tra chất lượng sóng di động khi hệ thống đi vào hoạt động.
Kết luận và hướng phát triển đề tài: Phần này nhóm thực hiện sẽ trình bày các kết quả đạt được của luận văn, và một số hạn chế chưa khắc phục được, để từ đó đưa ra một số hướng phát triển trong tương lai của đề tài.
Phụ lục: Các bản vẽ thiết kế và các phần mềm để tiến hành một dự án IBC.

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN . I
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI III
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN IV
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN V
LỜI NÓI ĐẦU VI
LIỆT KÊ BẢNG .VIII
LIỆT KÊ HÌNH X
BẢNG TRA CỨU TỪ VIẾT TẮT XIV
MỤC LỤC XIX
CHƯƠNG 1 1
HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM VÀ WCDMA 1
1 .1 Giới thiệu về mạng GSM. 1
1.1.1 Lịch sử phát triển mạng GSM. 2
1.1.2 Cấu trúc địa lý của mạng 3
1.1.2.1 Vùng phục vụ PLMN (Public Land Mobile Network). 4
1.1.2.2 Vùng phục vụ MSC. 4
1.1.2.3 Vùng định vị (LA - Location Area). 5
1.1.3 Hệ thống GSM. 5
1.1.3.1 Trạm di động (MS – Mobile station). 7
1.1.3.2 Phân hệ trạm gốc (BSS Base Station Subsystem). 7
1.1.3.4 Phân hệ chuyển mạch (SS – Switching Subsystem). 9
1.1.3.5 Phân hệ khai thác và bảo dưỡng (OSS). 12
1.2 Hệ thống thông tin di động WCDMA. 14
1.2.1 Giới thiệu công nghệ W CDMA. 14
1.2.2 Các loại lưu lượng và dịch vụ được WCDMA UMTS hỗ trợ. . 14
1.2.3 Mô hình cấu trúc mạng WCDMA . 16
1.2.3.1 UE (User Equipment). 17
1.2.3.2 UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network). 18
1.2.3.3 CN (Core Network). . 18
1.2.3.4 Các mạng ngoài. . 19
Trang xx
1.2.3.5 Các giao diện vô tuyến. . 19
1.2.4 Cấu trúc phân lớp của WCDMA. 19
1.2.5 Các thông số lớp vật lí. 20
1.3 Xu hướng phát triển các mạng di động trong tương lai. 21
1.3.1 Xu hướng phát triển của mạng viễn thông. . 21
1.3.1.1 Mạng NGN. . 22
1.3.1.2 Mạng BCN (Broadband Convergence Network). 23
1.3.2 HSPA tiếp tục là công nghệ băng rộng di động chủ đạo . 24
1.3.3 Công nghệ 3G chiếm thị phần. . 26
CHƯƠNG 2 . 28
CÁC MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG . 28
2.1 Đặc điểm truyền sóng trong không gian tự do. . 28
2.2 Mô hình Okumura: 29
2.3 Mô hình COST231 – Walfish – Ikegami. . 31
2.4 Mô hình Motley & Keenan: . 34
2.5 Các đặc tính phading, phương pháp kỹ thuật hạn chế phading: 36
2.5.1 Các tính chất quan trọng của kênh phading. . 36
2.5.1.1 Sự biến động về pha và biên độ. . 36
2.5.1.2 Phading nhanh và chậm. . 36
2.5.1.3 Phading phẳng và phading chọn tần. 37
2.5.2 Mô hình kênh phading phẳng. 37
2.5.2.1 Phading nhiều tia. . 38
2.5.2.2 Hiệu ứng che khuất hàm log. 39
2.5.2.3 Phading nhiều tia, che khuất kết hợp. . 39
2.5.3 Mô hình kênh phading chọn tần. . 39
2.6 Các mô hình thực nghiệm. . 41
2.6.1 Truyền sóng bên ngoài vào trong tòa nhà. . 41
2.6.2 Truyền sóng bên trong tòa nhà. 47
2.6.2.1 Đặc tính lan truyền. 48
2.6.2.2 Nghiên cứu lan truyền sóng với hệ thống băng rộng. . 53
2.7 Mô hình giải tích truyền sóng trong nhà (Ray tracing). 55
CHƯƠNG 3 . 63
CÁC HỆ THỐNG ANTEN . 63
Trang xxi
3.1 Giới thiệu tổng quan về anten, hệ thống anten: 63
3.2 Các thuộc tính quan trọng của anten. . 65
3.2.1 Hệ số tăng ích và hệ số định hướng của anten. . 65
3.2.2 Công suất bức xạ hiệu dụng ERP và EIRP 68
3.2.3 Hình dạng búp sóng. . 70
3.2.4 Trở kháng và hệ số sóng đứng. 73
3.2.5 Các tham số khác. 74
3.3 Kỹ thuật hạn chế phading. . 75
3.3.1 Thu phân tập theo không gian. 76
3.3.2 Phân tập theo cực tính. . 77
CHƯƠNG 4 79
HỆ THỐNG PHỦ SÓNG TÍN HIỆU BÊN TRONG TÕA CAO ỐC . 79
4.1 Đặt vấn đề: 79
4.2 Tổng quan giải pháp IBC cho tòa nhà cao tầng: 79
4.2.1 Nguồn tín hiệu để phủ sóng cho indoor có thể dùng: 80
4.2.2 Hệ thống phân phối tín hiệu : . 82
4.3 Các bước thiết kế hệ thống IBC cho tòa nhà: . 84
4.3.1 Khảo sát và nhận dạng địa hình tòa nhà cần phủ sóng. . 84
4.3.1.1 Mục tiêu. 84
4.3.1.2 Khảo sát tòa nhà. 85
4.3.2 Khảo sát trạm thu phát gốc và tín hiệu bên trong tòa nhà. . 89
4.3.2.1 Cấu trúc BTS dùng trong indoor. 89
4.3.2.2 Lưu lượng của hệ thống. 91
4.3.2.4 Khảo sát tín hiệu bên trong tòa nhà. . 93
4.3.3 Các thông số cần thiết để lập kế hoạch vị trí. 93
4.3.3.1 Các tham số về tòa nhà. . 93
4.3.3.2 Các tham số lập kế hoạch. 94
4.3.4 Thiết kế, lắp đặt và cấu hình thiết bị cho hệ thống. 95
4.3.4.1 Thiết kế tổng quan: . 95
4.3.4.2 Tính Link-Budget cho tòa nhà. . 96
4.3.4.3 Các thông số khác trong mạng UMTS WCDMA. 100
4.3.4.4 Chuyển giao xuất hiện giữa hệ thống IBC với các hệ thống khác. 101
4.3.4.5 Các thiết bị dùng trong hệ thống DAS. . 105
4.4 Thiết kế hoàn chỉnh hệ thống IBC cho tòa cao ốc: . 108
Trang xxii
4.4.1 Thiết kế hệ thống IBC cho tòa nhà V-Star. . 108
4.4.2 Trạm thu phát gốc và tín hiệu bên trong tòa nhà V-Star. . 109
4.4.2.1 Khảo sát trạm thu phát gốc và dung lượng: . 109
4.4.2.2 Nội dung khảo sát tín hiệu: 112
4.4.2.3 Kết quả khảo sát tín hiệu: . 113
4.4.3 Thiết kế, lắp đặt và cấu hình thiết bị cho hệ thống. 120
4.4.3.1 Tính Link Budget: . 120
4.3.3.2 Lựa chọn nguồn tín hiệu: 121
4.3.3.3 Hệ thống cấp nguồn, tiếp đất: 122
4.3.3.4 Hệ thống cáp feeder và các bộ chia tín hiệu: . 123
4.3.3.5 Hệ thống anten trong toà nhà Block A và Block B: 123
4.4.4 Bản vẽ thiết kế hệ thống IBC của tòa nhà V-Star. 127
4.4.5 Kiểm tra chất lượng tín hiệu khi hệ thống IBC đi vào hoạt động. 127
4.4.5.1 Đo mức tín hiệu trong tòa nhà. . 127
4.4.5.2 Kiểm tra chất lượng phủ sóng trong thang máy 128
4.4.5.3 Đo chất lượng thoại (SQI) và chất lượng thu (RxQual). 128
4.4.5.4 Đánh giá về tỉ lệ thiết lập cuộc gọi và chuyển giao. . 129
4.4.5.5 Kiểm tra hệ thống anten, feeder. . 130
4.4.5.6 Kết quả kiểm tra chi tiết vùng phủ sóng các tầng. 130
CHƯƠNG 5 131
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI. . 131
5.1 Kết luận: . 131
5.2 Hướng phát triển đề tài: 131
PHỤ LỤC A: BẢN VẼ BỐ TRÍ ANTEN CỦA TÕA NHÀ. 133
PHỤ LỤC B: BẢNG LIỆT KÊ CÁC THÔNG SỐ THIẾT BỊ. 152