nhiễu và tính toán cuối cùng của số site dựa vào vùng phủ.
4.4.1. Ba cách định nghĩa tỷ số tín hiệu trên nhiễu cộng tạp âm yêu cầu cầu
Suy hao truyền sóng tối thiểu được tính toán dựa trên kết quả mô phỏng mức đường truyền về tỷ số tín hiệu trên tạp âm công nhiễu yêu cầu mà ở đó còn đảm bảo chất lượng đường truyền yêu cầu SINR. Trong phần này ta sẽ ký hiệu SINR tối thiểu hay SINR yêu cầu đựơc xác định từ mô phỏng đường truyền là ρreq. Chất lượng đường truyền được sử dụng để xác định ρreq có thể là BER (Bit Error Rate: tỷ số bit lỗi) hay BLER (Block Error Rate: tỷ số khối lỗi) hay FER (Frame Error Rate: tỷ số khung lỗi) hay thông lượng. Để đảm bảo chất lượng đường truyền yêu cầu, tỷ số tín hiệu trên tạp âm cộng nhiễu thu được phải đảm bảo bất đẳng thức sau:
req
SINR≥ ρ (4.16)
Nếu sử dụng bất đẳng thức (4.16) ở dạng đẳng thức và giải phương trình cho đăng thức này ra sẽ tìm được công suất thu tối thiểu hay còn được gọi là độ nhạy máy thu hiệu dụng mà tại công suất này chất lượng yêu cầu còn được đảm bảo.
SINRreq có thể được định nghĩa theo ba cách sau:
a. Tỷ số năng lượng bit trên mật độ phổ công suất tạp âm cộng nhiễu yêu cầu:
b min b min req,1 0 0 req b E P / R P B . N I (N I) / B (N I) R ρ = ÷ = = + + + (4.17)
Trong đó Eb=Pmin/Rb là năng lượng bit với Pmin là độ nhạy hiệu dụng máy thu, Rb là tốc độ bit, N0 và I0 là mật độ phổ công suất tạp âm và nhiễu, N và I là công suất tạp âm và nhiễu, B là băng thông.
b. Tỷ số năng lượng ký hiệu trên mật độ phổ công suất tạp âm cộng nhiễu yêu cầu:
s min s min req,2 0 0 req s E P / R P B . N I (N I) / B (N I) R ρ = ÷ = = + + + (4.18)
trong đó Es=Pmin/Rs là năng lượng ký hiệu với Pmin là độ nhạy hiệu dụng máy thu, Rs là tốc độ ký hiệu, N0 và I0 là mật độ phổ công suất tạp âm và nhiễu, N và I là công suất tạp âm và nhiễu, B là băng thông.
c. Tỷ số công suất thu tối thiểu (độ nhạy hiệu dụng máy thu) trên công suất tạp âm cộng nhiễu
min
req,3 req,1 req,2
b s P 1 1 . . (N I) (B / R ) (B / R ) ρ = = ρ = ρ + (4.19)
Trong đó Pmin là độ nhạy hiệu dụng máy thu, Rs là tốc độ ký hiệu, N và I là công suất tạp âm và nhiễu, B là băng thông.
Ta có thể biểu diễn quy hệ giữa các SINRreq nói trên theo dB như sau:
ρreq,3[dB]= ρreq,1[dB]- 10lg(B/Rb)[dB]=ρreq,2[dB]- 10lg(B/Rs)[dB] (4.20) Trong hệ thống thống thông tin di động sử dụng công nghệ đa truy nhập CDMA (Code Division Multiple Access: đa truy nhập phân chia theo mã), B/Rb được gọi là độ lợi xử lý và được ký hiệu là Gp, B/Rs được gọi là hệ số trải phổ và được ký hiệu là Gs, B=Rc với Rc là tốc độ chip. Trong hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ đa truy nhập OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access: đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao) B chính là cấu hình truyền dẫn Bconfig =Nsc.∆f, trong đó Nsc là số sóng mang con ấn định cho người sử dụng và ∆f là băng thông sóng mang con.Kiểu SINRreq thứ nhất được sử dụng để tính toán quỹ đường truyền cho hệ thống thông tin di động WCDMA (Wideband CDMA: CDMA băng rộng) và tính toán quỹ đường truyền đường lên cho hệ thống thông tin di động HSPA (High Speed Packet Access: truy nhập gói tốc độ cao). Kiểu thứ hai được sử dụng để tính toán đường xuống cho HSPA, đường xuống và đường
lên cho OFDMA. Kiểu thử ba có thể được sử đụng để tính toán cho tất cả các hệ thống thông tin di động.
4.4.2. Rút ra phương trình tính toán suy hao truyền sóng cực đại cho phép
Trước hết ta cần xác định công suất tối thiểu (hay độ nhạy hiệu dụng mà tại đó máy thu còn đáp ứng được tỷ số tín hiệu trên nhiễu công tạp âm yêu cầu. Để xác định công suất tối thiểu (còn được gọi là độ nhạy máy thu hiệu dụng) ta tìm Pmin từ phương trình sau:
b min min req,1 0 0 req b I b E P B P B . . N I (N I) R N.M R ρ = ÷ = = + + (4.21)
trong đó N0= k.NF.T là mật độ phổ công suất tạp âm nhiệt với k=1,38.10- 23WK-1Hz-1 là hằng số Boltzman, NF là hệ số tạp âm và T=290 K là nhiệt độ tạp âm bằng, I0 là mật độ phổ công suất nhiễu, N=N0.B là công suất tạp âm và MI là độ tăng tạp âm hay dự trữ nhiễu.
Trước hết ta tìm tổn hao cho phép cực đại đường lên: phát từ MS đến BTS. b min I req,1 R P .N.M . B = ρ (4.22)
Mặt khác Pmin có thể xác định từ quỹ đường truyền như sau:
max 2 SHO min pmax 2 F EI RP .G .G P L .L .m = (4.23)
Trong đó: Lpmax là tổn hao đường truyền cực đại cho phép, EIRPmax= PTxmax .G1.L1 với: Ptx là công suất phát, G1 là hệ số khuếch đại anten phát L1=Lph1.Lrf1.Lbody là suy hao của các phần tử nối máy phát với anten phát bao gồm suy hao phiđơ (Lph1), suy hao các phần tử vô tuyến như bộ lọc và các connectơ (Lrf1) và Lbody tổn hao cơ thể. G2 là hệ số khuếch đại anten thu, L2=Lph2.Lrf2 là suy hao của các phần tử nối máy thu với anten thu bao gồm suy hao phiđơ (Lph2) và suy hao các phần tử vô tuyến như bộ lọc và các connectơ
(Lrf2). mF=mf-F.ms-F là dự trữ pha đinh bao gồm dự trữ pha đinh nhanh Mf-F và dự trữ pha đinh chậm Ms-F. GSHO là độ lợi chuyển giao mềm.
Từ phương trình (4.23) ta rút ra được tổn hao truyền sóng cho phép cực đại: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
max 2 SHO pmax min 2 F EI RP .G .G L P .L .m = (4.24)
Thay Pmin từ phương trình (3.23) vào phương trình (3.24) ta được:
max 2 SHO pmax b I F 2 req,1 EI RP .G .G B L . R N.m .m .L . = ρ (4.25)
Chuyển phương trình (4.25) vào dB ta được:
Lmax[dB]= EIRPmax (dBm) +10lg(B/Rb)[dB]+ G2[dB]+GSHO[dB]
-N[dBm]-MI[dB]-MF[dB]-L2[dB]-ρreq,1[dB]-Lbody (4.26) Trong đó: EIRPmax[dBm]= PTxmax[dBm]+G1[dBi] + L1[dB] -23 3 1 1,38.10 .10 .290.NF.B.m N[dBm]=10lg 174dBmHz NF[dB]+10lgB[dBHz] 1m w w − = − + ÷ MI[dB]=10lgmIvà MF[dB]=10lgmF=10lg(mf-F)+10lg(ms-F)=Mf-F[dB]+Ms-F[dB] Đối với CDMA B/Rb=Rc/Rb (Rc=3,84Mcps là tốc độ chip dùng để trải phổ trong CDMA) là độ lợi xử lý và đựơc ký hiệu là Gp, nên ta có thể viết lại phương trình (4.26) vào dạng sau:
Lmax[dB]= EIRP (dBm) +10lg(Gp)[dB]+ G2[dB]+GSHO[dB]
-N[dBm]-MI[dB]-MF[dB]-L2[dB]-ρreq,1[dB] (4.27) Từ phương trình (4.20) thay ρreq,1[dB]= ρreq,3[dB]+10lgGp[dB] vào phương trình (4.27) ta có thể viết suy hao cho phép cực đại như sau:
Lmax[dB]= EIRP (dBm) +G2[dB]+GSHO[dB]
-N[dBm]-MI[dB]-MF[dB]-L2[dB]-ρreq,3[dB] (4.28) Từ phương trình (4.17) thay ρreq,3[dB]= ρreq,2[dB]-10lgGs[dB] và phương trình (4.28) ta có thể viết suy hao cực đại cho phép như sau:
Lmax[dB]= EIRP (dBm) +10lg(Gs)[dB]+ G2[dB]+GSHO[dB]
Bây giờ ta xét tổn hao truyền sóng cực đại cho đường xuống: phát từ BTS đến MS. Pmin có thể xác định từ quỹ đường truyền như sau:
max 2 SHO min pmax 2 F EI RP .G .G P L .L .m = (4.30)
Trong đó: Lpmax là tổn hao đường truyền cực đại cho phép, EIRPmax= PTxmax .G1.L1 với: Ptx là công suất phát, G1 là hệ số khuếch đại anten phát L1=Lph1.Lrf1 là suy hao của các phần tử nối máy phát với anten phát bao gồm suy hao phiđơ (Lph1), suy hao các phần tử vô tuyến như bộ lọc và các connectơ (Lrf1). G2 là hệ số khuếch đại anten thu, L2=Lph2.Lrf2.Lbody là suy hao của các phần tử nối máy thu với anten thu bao gồm suy hao phiđơ (Lph2) và suy hao các phần tử vô tuyến như bộ lọc và các connectơ (Lrf2) và Lbody là tổn hao cơ thể. mF=mf-F.ms-F là dự trữ pha đinh bao gồm dự trữ pha đinh nhanh Mf-F và dự trữ pha đinh chậm Ms-F. GSHO là độ lợi chuyển giao mềm.
Chứng minh tương tự như trên ta được công thức tính tổn hao truyền sóng dường xuống như sau:
Lmax[dB]= EIRP (dBm) +10lg(Gs)[dB]+ G2[dB]+GSHO[dB]
-N[dBm]-MI[dB]-MF[dB]-L2[dB]-ρreq,1[dB]-Lbody (4.31) Dưới đây ta sẽ áp dụng các công thức tính tổn hao truyền sóng cực đại cho các hệ thống thông tin di động. Tính toán sẽ được thưc hiện cho đường lên (từ MS đến BTS) vì công suất phát của MS cũng như độ nhạy máy thu của nó đều kém so với BTS.
Bảng 4.3.Trình bày thí dụ kết quả tính toán quỹ đường truyền từ máy di động đến trạm gốc (đường lên) cho các hệ thống thông tin di động LTE.
Đường lên LTE
Tốc độ số liệu (kbps) 64
Máy phát di động
Công suất phát cực đại (dBm) 23
Khuếch đại anten phát (dBi) 0,0 G1
Tổn hao phiđơ (dB) 0,0 Lph1
Tổn hao connectơ (dB) 0,0 Lrf1
Tổn hao tổng (dB) 0,0 L1=Lph1+Lrf1+Lbody
Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương cực đại (dBm)
23,0 EIRPmax = PTxmax+G1-L1
Máy thu trạm gốc (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
LTE
Hệ số tạp âm máy thu (dB) 2,0 NF
Băng thông (dBHz) 55,6 Băng thông HSPA là 3,84 MHz
Băng thông LTE là 2RB=360KHz Công suất tạp âm nhiệt máy thu
(dBm) - 116,4 N =-174+ NF+10lgB Dự trữ nhiễu (dB) 1,0 MI Nhiễu+ tạp âm (dBm) - 116,4 N+MI
SNRreq -7 ρ req,3 [dB], từ mô phỏng
Độ nhạy máy thu hiệu dụng (dBm)
- 122,4
Pmin= N+MI+ρ req,3
Dự trữ phađinh nhanh (dB) 0,0 Mf-F , Để được dự trữ cho điều khiển công suất vòng kín
Khuếch đại anten thu (dBi) 18,0 G2
Tổn hao connectơ và phiđơ (dB) 0,0 L2
Độ lợi chuyển giao mềm (dB) 0,0
cho phép (dB) F+GSHO
* Trong LTE RB=180kHz
Bảng 4.4 Trình bày thí dụ kết quả tính toán quỹ đường truyền từ trạm gốc đến máy di động (đường xuống) cho các hệ thống thông tin di động LTE.
Bảng 4.4. Quỹ đường truyền đường xuống cho LTE
Đường xuống LTE
Tốc độ số liệu (kbps) 1024
Máy phát trạm gốc
Công suất phát cực đại (dBm) 46 Công suất dành cho số liệu
(dBm)
45 20% tổng công suất dành cho điều khiển, nên: 10lg(104,6.0,8)
Khuếch đại anten phát (dBi) 18,0 G1
Tổn hao phiđơ (dB) 2,0 Lph1
Tổn hao connectơ (dB) 0,0 Lrf1
Tổn hao tổng (dB) 2,0 L1=Lph1+Lrf1
Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương cực đại (dBm)
61,0 EIRPmax = PTxmax+G1-L1
Máy thu di động (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
LTE
Hệ số tạp âm máy thu (dB) 7,0 NF
Băng thông (dBHz) 69,5 Băng thông HSPA là 3,84 MHz
Băng thông LTE là 50RB*=9MHz Công suất tạp âm nhiệt máy
thu (dBm)
-97,5 N =-174+ NF+10lgB
Dự trữ nhiễu (dB) 4,0 MI
Nhiễu+ tạp âm (dBm) -93,5 N+MI
Độ nhạy máy thu hiệu dụng (dBm)
- 102,5
Pmin= N+MI-Gp+ρ req
Dự trữ phađinh nhanh (dB) 0,0 Mf-F , do không điều khiển công suất vòng kín cho HSDPA
Khuếch đại anten thu (dBi) 0,0 G2 Tổn hao connectơ và phiđơ
(dB)
0,0 Lphi2+Lrf2
Độ lợi chuyển giao mềm (dB) 0,0 GHO do không chuyển giao mềm cho HSDPA và các hệ thống khác không có chuyển giao mềm
Tổng tổn hao máy thu 0,0 L2=Lph2+Lrf2+Lbody
Độ lợi chuyển giao mềm (dB) 0,0 GHO do không chuyển giao mềm cho HSDPA
Tổn hao cơ thể [dB] 0
Tổn hao đường truyền cực đại cho phép (dB)
163,5 Lmax= EIRPmax-Pmin+G2 – L2 -Mf- F+GSHO
* Trong LTE RB=180kHz