III. CÁC KỸ THUẬT NÂNG CAO DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG
1. Kịch bản giới hạn dung lượng hướnglên và hướng xuống
1.1. Phân tích phương trình tả ị
Phương trình tải riêng biệt ñược sử dụng ñể tìm hiểu các hướng lên và hướng xuống. Cả 2 bao gồm yêu cầu về Eb/No, processing gain, activity factor và nhiễu giữa các cell. Phương tŕnh tải hướng xuống cũng bao gồm yếu tố trực giao và chuyển giao mềm. Nếu hướng lên tăng mức nhiễu giữa các cell – khi ñó việc xem xét ñiều khiển công suất trong các cell lân cận không ñược tương quan với fading tới bộ thu của BS – ñược bao gồm.
Phương trình 1 tải hướng lên ñược thể hiện như phương trình:
Có thể nhận thấy rằng tải cell là phù hợp với cả yêu cầu về Eb/No và tốc ñộ
thấp ơn cho phép hệ thống hỗ trợ thêm số lượng lớn thuê baọ Mối quan hệ giữa Eb/No và tốc ñộ bit quyết ñịnh thông lượng cell nói chung có thểñạt tối ñạ
Bảng 26 mô tả sự thay ñổi về thông lượng cell cho các dịch vụña dạng pha trộn lẫn nhaụ Số lượng thuê bao ñược mô tả trong mỗi cột ứng với tải hướng lên của cell là 50%. Cột ñầu tiên bao gồm các thuê bao sử dụng dịch vụ thoạị Dung lượng dự trữược chỉñịnh cho các dịch vụ thoạị
Kết quả chỉ ra tổng thông lượng của cell ñạt tối ña khi có tỷ lệ tương ñối cao về thuê bao sử dụng dịch vụ tốc ñộ dữ liệu caọ Do ñó nhà khai thác có thể tận dụng
ñể cấp phát tốc ñộ bit cao trong khoảng thời gian ngắn hơn là tốc ñộ bit thấp trong khoảng thời gian dàị Làm vậy, tuy nhiên, ñặt các yêu cầu lớn hơn về hoạt ñộng vùng phủ dịch vụ.
12.2 kbps speech
64 kbps data 128 kbps data 384 kbps data
Data users - 10 5 2
Speech users 51 2 7 4
Total throughput
622kbps 66skbps 805 kbps 814 kbps
Bảng 26: Sự thay ñổi về thông lượng cell ñối với từng dịch vụ
Dịch vụ thoại Dịch vụ dữ liệu bất ñối xứng
Uplink Downlink Uplink Downlink
Number of users 51 51 5 5 Bit rate 12.2 kbps 12.2 kbps 64 kbps 128 kbps Eb/N0 requirement 4.0 dB 6.5dB 2.0dB 5.0dB MDC gain 0.0 dB 1.2 dB 0.0 dB 1.2 dB Activity factor 0.67 0.58 0.1 1.0 Inter-cell interference 0.65 0.65 0.65 0.65 Increase in intercell interference 1dB — 1dB —
Orthogonality — 0.50 — 0.50
Cell loading 50% 63% 2% 64%
Bảng 27: So sánh tải cell hướng lên và hướng xuống
Phương trình 2 tải hướng xuống ñược thể hiện trong phương trình:
Trong trường hợp này phương trình tải bao gồm cả vấn ñề về chuyển giao và giảm nhiễu trong cell do tính trực giao giữa mã hóa kênh. Nói tóm lại, ñối với bất cứ số lượng thuê bao ñược ñưa ra, tải trên hướng xuống sẽ lớn hơn hướng lên.
Điều này ñược mô tả trong bảng 32 cho dịch vụ thoại tốc ñộ 12.2 kbps và dịch vụ
dữ liệu 64/128 kbps.
Trong trường hợp dịch vụ thoại, tải hướng xuống là lớn hơn nhưng sự khác nhau là không ñáng kể. Dịch vụ này sẽ có xu hướng tạo ra kịch bản giới hạn dung lượng hướng lên. Đối với các dịch vụ dữ liệu tỷ lệ hoạt ñộng giữa hướng lên – hướng xuống là 1:10 ñă ñược thừa nhận. Được kết hợp với tốc ñộ dữ liệu bất ñối xứng, ñiều này dẫn tới sự khác nhau ñáng kể trong tải cell hướng lên. Dịch vụ này sẽ có xu hướng tạo ra kịch bản giới hạn dung lượng hướng xuống. Điều ñó cho thấy rằng hệ thống giới hạn dung lượng tải hướng lên chỉ yêu cầu phương tŕnh tải hướng lên. Trong khi hệ thống giới hạn dung lượng tải hướng xuống yêu cầu phương trình tải hướng xuống kết hợp với dự trữ ñường truyền hướng lên và hướng xuống.
Sử dụng các sóng mang phụ là cách hiệu quả nhất và ñơn giản nhất ñể
tăng dung lượng hệ thống. Hoạt ñộng vùng phủñược cải thiện là kết quả của việc giảm tải hướng lên trên mỗi sóng mang. Vùng phủ sẽ bị giảm khi lưu lượng tăng và tải cell tăng cao trên mỗi sóng mang. Khi trạm gốc mà dung lượng của nó bị
giới hạn hướng xuống sẽ có sự giới hạn về công suất phát, dung lượng hệ thống là tối ña bằng cách chia sẻ công suất phát thông qua các sóng mang sẵn có. Cho ví dụ, dung lượng của 2 sóng mang ñược cấu hình 10 W có thể hiệu quả hơn 1 sóng mang cấu hEnh 20 W.
Mã scrambling code phụ ñược sử dụng khi dung lượng hệ thống bị giới hạn cứng bởi số lượng mã kênh có sẵn. Tóm lại, ñối với môi trường Macro-cell dung lượng bị giới hạn bởi tải cell hướng lên hoặc công suất phát trạm gốc. Mã hóa kênh trở thành hệ số giới hạn dưới kịch bản thông lượng caọ Điều này thường xảy ra trong môi trường Micro hoặc Indoor nơi mà vùng phủ cell giới hạn và tính trực giao của mã là caọ
1.3. Ảnh hưởng của sóng mang phụ
Phần lớn nhà khai thác mạng WCMDA có nhiều hơn 1 sóng mang. Thông thường là 2 hoặc 3 sóng mang ñược cấp cho 1 nhà khai thác. Các nhà khai thác phải ñưa ra kế hoạch ñể phân bổ các sóng mang thông qua cấu trúc mạng lướị Các sóng mang có thể ñược dành riêng hoặc chia sẻ giữa các lớp. Chia sẻ sóng mang có thể cung cấp dung lượng của toàn hệ thống và hiệu năng sử dụng phổ tần cao nhất nhưng yêu cầu về quy hoạch mạng vô tuyến phải cẩn thận ñể ñảm bảo tính phân tách giữa các lớp Macro và Micrọ
Ảnh hưởng của việc cấp phát nhiều sóng mang trong 1 cell phụ thuộc vào dung
lượng hệ thống giới hạn hướng lên và hướng xuống, công suất phát ñược chỉ ñịnh tới mỗi sóng mang và chức năng RRM hỗ trợ cân bằng tải giữa các sóng mang. Mặc dù tối ña số lượng sóng mang tại 1 cell cung cấp cách thức hiệu quả nhất ñể
khai thác mạng chỉ thêm sóng mang khi có nhu cầu tăng thêm về dung lượng hệ
thống. Điều này cho phép nhà khai thác giảm chi phí về phần cứng.
Trong trường hợp ñơn giản nhất việc thêm sóng mang thứ 2 với cấu hình tương tự sóng mang thứ nhất tối thiểu là nhân ñôi về dung lượng. Nếu hệ thống hỗ
trợ cân bằng tải giữa các sóng mang, dung lượng sẽ lớn hơn gấp ñôị Ảnh hưởng của vùng phủ dịch vụ vào mức tải cell hướng lên. Giả sử rằng lưu lượng ñược phẩn bổ qua các sóng mang, ñiều này thể hiện cách hiệu quả nhất của việc tối ưu nguồn tài nguyên bao gồm tải giao diện và công suất phát, tải cell sẽ giảm một nửạ Nếu tải cell ban ñầu thấp, việc chia ñôi sẽ không có tác dụng ñối với hoạt
ñộng vùng phủ. Nếu tải cell tương ñối cao, vùng phủ sẽ ñược cải thiện. Điều này giúp giảm bớt việc tăng cao lưu lượng và tải cell.
Node B cabinet thông thường ñi kèm với số lượng cố ñịnh bộ khuếch ñại công suất và bộ thu phát. Thông thường các tủ theo cấu trúc tầng, nhưng ñiều này không phải là giải pháp tốt trong chi phí và các yêu cầu về khoảng trống. Đối với các kịch bản nơi mà trạm gốc ñă hết khoảng trống cho các module khuếch ñại công suất thêm, công suất của module hiện tại có thể ñược chia sẻ như việc thêm các sóng mang phụ. Cho ví dụ, xem xét 1 tủ hỗ trợ 12 bộ thu phát và 6 bộ khuếch
ñại công suất. Giả sử nhà khai thác quy hoạch mạng ñối với vùng phủ dịch vụ 384 kbps và ñã mua bộ khuếch ñại công suất 20, bộ khuếch ñại công suất 40W ñem lại
ñộ lợi không ñáng kể khi suy hao truyền sóng cho phép khá thấp. Nhà khai thác ñă
cấu hình 2+2+2, không có chỗ ñể ñặt thêm bộ khuếch ñại công suất ñể cấu hình lên 3 + 3 + 3. Trong trường hợp này, 6 bộ khuếch ñại 20W có thể ñược cấp phát cho 1 sóng mang 20W và 2 sóng mang còn lại 10W. Sự mất mát về dung lượng trong trường hợp này là 10-20% so với mỗi sóng mang 20W.
Cấu hình trạm Module khuếch ñại công suất
Dung lượng Erlang B trên 1 cell 1 sóng
Dung lượng Erlang B trên 1 cell
1 + 1 + 1 3 x 20W 57 thuê bao 57 thuê bao
2 + 2 + 2 3 x 20W 53 thuê bao 106 thuê bao
2 + 2 + 2 6 x 20W 62 thuê bao 124 thuê bao
3 + 3 + 3 6 x 20W 57 thuê bao 171 thuê bao
3 + 3 + 3 3 x20W + 3x40W 63 thuê bao 189 thuê bao
Bảng 28: Dung lượng của 1 cell giới hạn dung lượng hướng xuống với các cấu hình công suất phát và sóng mang khác nhau
So sánh dạng 2 và 3 của bảng 28 mô tả rằng – khi nhân ñôi số lượng sóng mang trong khi duy trì module khuếch ñại công suất sẽ dẫn tới chỉ giảm 15% dung lượng so với việc nhân ñôi module công suất phát. Trong trường hợp 3 sóng mang, dung lượng. mất khi duy trì số lượng bộ khuếch ñại công suất 20 W thay với nâng cấp lên 40 W là 9%. Điều này chứng minh dung lượng hệ thống nhạy cảm với số
lượng sóng mang hơn. công suất với số sóng mang ñược cấu hình.
1. 4. Ảnh hưởng của mã scrambling code phụ
Dung lượng của các cell Macro bị giới hạn bởi giao diện vô tuyến bao gồm tải hướng lên và công suất phát hướng xuống. Khi hệ thống bị giới hạn bởi dung lượng hướng xuống, số lượng thuê bao ñược hỗ trợ phụ thuộc vào sự trực giao của mã kênh hướng xuống. Cải thiện khả năng trực giao giúp giảm nhiễu trong cell. Trong trường hợp này dung lượng cell nhạy cảm hơn nhiễu cell khác. Tính trực giao trước hết phụ thuộc vào ñường truyền kênh vô tuyến giữa thuê bao với BS/Node B. Bởi vì các mức ña ñường cao sẽ làm giảm tính trực giao, trừ khi vấn
ñề về phân tập ña ñường ñược giải quyết, bởi vì các tín hiệu thu sẽ làm nhiễu chính nó. Các cell Micro ñược cấp phát với các kênh vô tuyến có thành phần tầm nhìn thẳng và trễ tương ñối thấp. Trong trường hợp này tính trực giao ñược cải thiện, cụ thể 0.9 cho Micro so với 0.5 ñối với Macrọ
Các cell Micro sẽ ñược ñề cập. Bảng 29 thể hiện dung lượng giao diện vô tuyến cho các kịch bản Micro-cell khi sử dụng/ không sử dụng phân tập phát khi có tải với các tốc ñộ bit dịch vụ.
Phân tập phát không ảnh hưởng tới dung lượng cell ñối với các dịch vụ
thoại 12.2 kbps và các dịch vụ dữ liệu 64/64 kbps. Bởi vì các dịch vụ này là giới hạn dung lượng hướng lên và phân tập công suất phát chỉ cải thiện hướng xuống.
Ảnh hưởng phân tập phát cho các dịch vụ này có thể thấy ñược khi giảm công suất phát của trạm gốc. Trong trường hợp các dịch vụ dữ liệu 64/128 kbps và 64/384 kbps, phân tập công
suất phát tăng dung lượng cell xấp xỉ 70%.
Bảng 28 thể hiện dung lượng giới hạn mã kênh hướng xuống cho các cell Macro và Micro dựa vào mă scrambling code ñơn.
Độ khả dụng của các mã kênh là hệ số giới hạn cho các dịch vụ dữ liệu tốc
ñộ cao hơn khi phân tập phát ñang ñược sử dụng. Mã scrambling code thứ hai có thể sử dụng cho cây mã kênh thứ haị Tuy nhiên, hai mã kênh này sẽ không trực giao tới một cái khác. Các thuê bao ñược cấp phát mã kênh từ cây mã thứ nhất sẽ
gánh tải cell và dự trữñường truyền hướng xuống khác liên quan tới các thuê bao
ñược cấp phát mã kênh từ cây mă thứ haị Như ví dụ xem xét dưới ñây:
Dịch vụ Dung lượng hướng xuống trên 1 trạm [thuê bao] Tải hướng lên [%] Yêu cầu về công suất phát trạm gốc [dBm] Micro-cell không dung phân tập phát 12.2 kbps speech 64/64 kbps data 64/128 kbps dataa 64/384 kbps dataa 79 17 12 4 69.9 66.3 4.7 1.6 39.8 40.7 42.4 41.4 Micro-cell sử dụng phân tập phát 12.2 kbps speech 64/64 kbps data 64/128 kbps dataa 64/384 kbps dataa 79 17 18 7 69.9 66.3 7.0 2.7 37.2 38.7 42.7 42.0
Downlink bit rate [kbps]
Air interface bit rate [kbps]
Spreading factor Number of possible traffic channels Macro-cellb 12.2 64 128 384 60 240 480 960 128 32 16 8 89 22 10 5 Micro-cellc 12.2 64 128 384 60 240 480 960 128 32 16 8 104 25 12 5
Bảng 30 : Giới hạn kênh lưu lượng khi sử dụng hệ số trải phổ trực giao
Một cell Micro chịu tải bới 15 thuê bao với tốc ñộ bit 128 kbps. 12 thuê bao
ñầu ñược hỗ trợ bởi cây mã thứ nhất. Ba thuê bao còn lại ñược cấp phát mã kênh từ cây mã thứ haị Trong thuật ngữ tải giao diện, mỗi thuê bao thuộc12 thuê bao
ñầu trực giao với 11 thuê bao và không trực giao với 3 thuê baọ Mỗi thuê bao thuộc ba thuê bao cấp mã thứ hai sẽ trực giao với 2 thuê bao và không trực giao với 12 thuê bao còn lạị Do ñó dự trữñường truyền sẽ phức tạp hơn nhiều ñối với các thuê bao ñược cấp phát mă kênh từ cây mã số 1.
2. Cấu hình tối ưu triển khai (ROC)
Cấu hình tối ưu triển khai (ROC) dựa vào việc chia sẻ công suất giữa các cell.
Mục 5.1 mô tả các module khuếch ñại công suất BS có thể ñược chia sẻ
giữa các sóng mang. Làm như vậy thì nhìn chung sẽ giảm dung lượng trạm nhưng lại giảm yêu cầu về các bộ khuếch ñại công suất và do ñó giảm chi phí cho mỗi trạm. Kịch bản giới hạn dung lượng hướng lên áp dụng ROC có thể không ảnh hưởng tới dung lượng hệ thống.
Hướng lên của trạm gốc ROC tương ñồng với các trạm gốc tiêu chuẩn, ví dụ có các module thu phát gốc riêng biệt cho mỗi cell. Hướng xuống ñược mô tả
bởi 1 splitter phân chia tổng công suất giữa các sector. Hướng xuống ñược xem như một cell logic ñược cấu hình với mă scrambling code ñơn. Điều này là kết quả
tín hiện giống nhau ñược truyền từ 3 sector. Các anten tăng ích hướng xuống ñược kết hợp hiệu quả và có khả năng nhận các tín hiệu ña ñường từ nhiều anten. Sự kết hợp của 3 anten hướng xuống cần xem xét cụ thể. Hình 16 mô tả cấu trúc của 1 trạm gốc ROC
Hướng xuống có thể ñược cấu hEnh với 1 hoặc 2 module khuếch ñại công suất ñể chia sẻ giữa các sector. Thêm cái thứ 3 nghĩa là splitter có thểñược tháo ra và trạm gốc tiến tới cấu hình chuẩn. Hơn nữa, cấu hEnh trạm gốc ROC có thểñược cấu hEnh với nhiều sóng mang. Theo nội dung thể hiện trong mục 6.4, dung lượng trạm gốc sẽ tăng lên nếu bộ khuếch ñại công suất ñược cấp phát cho mỗi sóng mang hơn là chia sẻ qua các sóng mang giống nhaụ
Hình 15: Cấu trúc cấu hình trạm gốc tối ưu khi triển khai
2.1. Ảnh hưởng khi sử dụng cấu hình ROC
Nếu vùng phủ là giới hạn hướng lên thì cấu hình ROC có vùng phủ dịch vụ
tương tự như cấu hình chuẩn 3 sector, ví dụ dự trữñường truyền hướng lên không thay ñổi và vùng phủ của cell duy trì tương tự như cấu hình chuẩn. Nếu vùng phủ
dịch vụ là giới hạn hướng xuống thì cấu hình ROC sẽ có vùng phủ thấp hơn. Điều này bởi vì công suất phát hướng xuống thấp hơn từ mỗi sector. Trong kịch bản giới hạn nhiễu, ñiều này hầu như không ảnh hưởng bởi vì mức nhiễu cũng thấp hơn ñối với mật ñộ trạm ROC nhưng trong kịch bản giới hạn tạp âm nhiệt vùng phủ dịch vụ giảm xuống.
Ảnh hưởng ñối với dung lượng hệ thống liệu có phụ thuộc vào hệ thống là giới hạn dung lượng hướng lên hay giới hạn hướng xuống. Đối với kịch bản giới
hạn dung lượng hướng xuống, việc sử dụng cấu hình ROC sẽ giảm dung lượng như là kết quả của việc giảm công suất phát xuống thấp hơn, mặc dù tỷ lệ nhiễu giữa các cell cũng giảm xuống tới mức có thể so sánh với cấu hình trạm ñẳng