a. Mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA
4.3.3.1.1Quỹ đường truyền
Tính toán quỹ đƣờng truyền ƣớc lƣợng suy hao tín hiệu cho phép cực đại (pathloss) giữa di động và trạm gốc. Tổn hao lớn nhất cho phép cho ta ƣớc lƣợng vùng phủ của cell lớn nhất với mô hình kênh truyền phù hợp. Với vùng bao phủ của cell sẽ cho ta tính toán đƣợc số trạm gốc đƣợc sử dụng để bao phủ vùng địa lý mong muốn. Tính toán quỹ đƣờng truyền cũng đƣợc dùng để so sánh quan hệ về vùng phủ của các hệ thống khác nhau. Mối quan hệ quỹ đƣờng truyền chỉ ra hệ thống vô tuyến LTE mới sẽ thực hiện tốt nhƣ thế nào khi nó đƣợc triển khai trong các trạm gốc đã tồn tại của hệ thống GSM và WCDMA.
Tính toán quỹ đƣờng lên cho LTE
82
Công suất máy phát (PTxm) : đối với đƣờng lên công suất máy phát ở đây là công suất của UE. Tùy thuộc vào lớp công suất phát mà UE sử dụng sẽ có giá trị công suất tối đa khác nhau. Đơn vị dùng để tính toán cho công suất máy phát là dBm.
• Khuếch đại anten (Gm) : phụ thuộc vào thiết bị và băng tần sử dụng. Nó có giá trị từ -5 đến 10 dBi.
• Tổn hao phi đơ và bộ nối (Lfm): Với k là hằng số Boltzman và có giá trị k = 1. 3824 x 10-23 J/K. B là băng thông phụ thuộc vào tốc độ bit, tƣơng ứng với mỗi tốc độ bit sẽ có số RB khác nhau đƣợc phát đi. Chẳng hạn nhƣ 64 kbps tƣơng ứng với 2 RB đƣợc phát đi tƣơng ứng với B là 360 KHz.
• Tổn hao cơ thể (Lbody) : là tổn hao điển hình đối với quỹ đƣờng truyền cho dịch vụ thoại vì di động đƣợc giữ gần với tai nghe. Có giá trị từ 3 đến 5 dB đối với dịch vụ thoại. Đơn vị là dB.
• Công suất phát xạ đẳng hƣớng tƣơng đƣơng (EIRPm) : có đơn vị là dBm và đƣợc tính toán theo công thức sau:
EIPRm = PTxm + Gm + Lfm – Lbody (4.1)
• Hệ số tạp âm máy thu (NF) : trong trƣờng hợp này máy thu là trạm gốc và có đơn vị là dB.
• Công suất tạp âm nhiệt đầu vào máy thu (Ni) : có đơn vị là dBm và đƣợc tính toán bằng công thức sau: Ni = 30 + 10lgk + 10log290K + 10lgB (4.2)
Công suất tạp âm nền máy thu (Ni) : có đơn vị là dBm và đƣợc tính toán theo công thức sau : N = Ni + NF (4.3)
• Dự trữ nhiễu (Mi) : dự trữ nhiễu ở LTE sẽ nhỏ hơn dự trữ nhiễu ở WCDMA vì các tín hiệu ở đƣờng lên đã đƣợc trực giao. Nó có đơn vị là dB và nó có giá trị nằm trong khoảng từ 1-10 dB.
• Tổng tạp âm nhiễu + giao thoa (N + I) : có đơn vị là dBm và đƣợc tính toán theo công thức sau : (N + I)(dBm) = N + Mi (4.4)
• Tỷ số SNR yêu cầu (SNRr) : đƣợc lấy từ mô phỏng. Có đơn vị là dB.
• Độ nhạy máy thu hiệu dụng (Pmin) : có đơn vị là dB và đƣợc xác định theo công thức sau: Pmin = (N + I) (dBm) + SNRr (dB) (4.5)
• Khuếch đại anten trạm gốc (Gb) : phụ thuộc vào kích cỡ anten và số sector. Có giá trị từ 15 đến 21 dBi. Đơn vị của nó là dBi.
• Tổn hao phi đơ và bộ nối (Lf) : tổn hao ở phía trạm gốc. Có đơn vị là dB.
• Khuếch đại MHA (GMHA) : MHA là bộ khuếch đại trên tháp anten, nó có đơn vị là dB.
83
• Tổn hao đƣờng truyền cực đại cho phép (Lmax) : có đơn vị là dB và đƣợc tính toán theo công thức sau: Lmax = EIRPm – Pmin + Gb – Lf + GMHA (4.6)
Tính toán quỹ đƣờng xuống cho LTE
Các thông số và công thức sử dụng để tính toán quỹ đƣờng truyền xuống cho LTE:
• Công suất máy phát (PTxb) : đối với đƣờng lên công suất máy phát ở đây là công suất của trạm gốc. Đơn vị dùng để tính toán cho công suất máy phát là dBm. Giá trị điển hình là từ 43 - 48 dBm.
• Khuếch đại anten (Gb) : phụ thuộc vào kích cỡ anten và số sector. Có giá trị từ 15 đến 21 dBi. Đơn vị của nó là dBi.
• Tổn hao phi đơ và bộ nối (Lf)
• Công suất phát xạ đẳng hƣớng tƣơng đƣơng (EIRPb) : có đơn vị là dBm và đƣợc tính toán theo công thức sau:
EIPRb = PTxm + Gb + Lf (4.7)
• Hệ số tạp âm máy thu (NF) : trong trƣờng hợp này máy thu là trạm gốc và có đơn vị là dB.
• Công suất tạp âm nhiệt đầu vào máy thu (Ni) : có đơn vị là dBm và đƣợc tính toán bằng công thức sau:
Ni = 30 + 10lgk + 10log290K + 10lgB (4.8)
Với k là hằng số Boltzman và có giá trị k = 1. 3824 x 10-23 J/K. B là băng thông phụ thuộc vào tốc độ bit, tƣơng ứng với mỗi tốc độ bit sẽ có số RB khác nhau đƣợc phát đi. Chẳng hạn nhƣ 1Mbps tƣơng ứng với 50 RB đƣợc phát đi tƣơng ứng với B là 9 MHz. • Công suất tạp âm nền máy thu (Ni) : có đơn vị là dBm và đƣợc tính toán theo công thức sau :
N = Ni + NF (4.9)
• Dự trữ nhiễu (Mi) : Nó có đơn vị là dB và có giá trị từ 3-8 dB. • Bổ sung nhiễu kênh diều khiển (Mcch)
• Tổng tạp âm nhiễu + giao thoa (N + I) : có đơn vị là dBm và đƣợc tính toán theo công thức sau :
(N + I)(dBm) = N + Mi + Mcch (4.10)
• Tỷ số SNR yêu cầu (SNRr) : đƣợc lấy từ mô phỏng. Có đơn vị là dB.
84 sau:
Pmin = (N + I) (dBm) + SNRr (dB) (4.11)
• Khuếch đại anten trạm gốc (Gm) : phụ thuộc vào thiết bị và băng tần sử dụng. Nó có giá trị từ -5 đến 10 dBi.
• Tổn hao phi đơ và bộ nối (Lfm) : tổn hao ở phía UE. Có đơn vị là dB.
• Tổn hao cơ thể (Lbody) : là tổn hao điển hình đối với quỹ đƣờng truyền cho dịch vụ thoại vì di động đƣợc giữ gần với tai nghe. Có giá trị từ 3 đến 5 dB đối với dịch vụ thoại. Đơn vị là dB.
• Tổn hao đƣờng truyền cực đại cho phép (Lmax) : có đơn vị là dB và đƣợc tính toán theo công thức sau:
Lmax = EIRPb – Pmin + Gm – Lfm - Lbody (4.12) Ví dụ về quỹ đƣờng truyền
• Ví dụ tính quỹ đƣờng lên LTE cho 64kbps với máy thu trạm gốc hai anten
Bảng 4.1 :Ví dụ về quỹ đường lên của mạng 4G LTE
Máy phát (đầu cuối di động)
Công suất phát (dBm) 24,0 PTxm Khuếch đại anten (dBi) 0,0 Gm Tổn hao phi đơ + bộ nối
(dB)
0,0 Lfm
Suy hao cơ thể của MS ở đƣờng lên (dB) 0,0 Lbody Công suất phát xạ đẳng hƣớng tƣơng đƣơng (dBm) 24,0 EIRPm = PTxm+ Gm - Lfm - Lbody Máy thu (BS)
Hệ số tạp âm máy thu trạm gốc (dB)
2,0 NF
Công suất tạp âm nhiệt đầu vào máy thu (dBm)
-118,4 Ni
=30+10lgk+10lg290K+10lg(360KHz) Công suất tạp âm nền
máy thu (dBm)
-116,4 N = Ni + NF
Dự trữ nhiễu (dB) 2,0 Mi
85 (dBm)
Tỷ số SNR yêu cầu (dB) -7 SNRr , từ mô phỏng
Độ nhạy máy thu (dBm) -121,4 Pmin= (N + I) (dBm) + SNRr Khuếch đại anten (dBi) 18,0 Gb
Tổn hao phi đơ + bộ nối trạm gốc
2,0 Lf
Khuếch đại MHA (dB) 2,0 GMHA
Tổn hao đƣờng truyền cực đại (dB)
163,4 Lmax=EIRPm-Pmin+Gb+GMHA-Lf
• Ví dụ quỹ đƣờng xuống 4G LTE cho 1Mbps với máy thu trạm gốc hai anten
Bảng 4.2 : Ví dụ về quỹ đường xuống mạng 4G LTE
Máy phát (trạm gốc)
Công suất phát (dBm) 46,0 PTxb
Khuếch đại anten (dBi) 18,0 Gb Tổn hao phi đơ + bộ nối 2,0 Lf Công suất phát xạ đẳng
hƣớng tƣơng đƣơng (dBm)
62,0 EIRPm = PTxm+ Gb - Lf
Máy thu (đầu cuối di động) Hệ số tạp âm máy thu (dB)
7,0 NF
Công suất tạp âm nhiệt đầu vào máy thu (dBm)
-104,5 Ni
=30+10lgk+10lg290K+10lg(9MHz) Công suất tạp âm nền
máy thu (dBm)
-97,5 N = Ni + NF
Dự trữ nhiễu (dB) 3,0 Mi
Bổ sung nhiễu kênh điều khiển
1,0 Mcch
Tổng tạp âm + giao thoa (dBm)
-93,5 (N + I) (dBm) = N + Mi + Mcch
Tỷ số SNR yêu cầu (dB) -10 SNRr , từ mô phỏng
86
Khuếch đại anten (dBi) 0,0 Gb Tổn hao phi đơ + bộ nối
(dB)
0,0 Lfm
Suy hao cơ thể (dB) 0,0 Lbody
Tổn hao đƣờng truyền cực đại (dB)
165,5 Lmax=EIRPb - Pmin+ Gm - Lf - Lbody
Ví dụ so sánh quỹ đƣởng truyền của các hệ thống.
Bảng 4.3 : So sánh quỹ đường truyền lên của các hệ thống
Đƣờng lên GSM thoại HSPA LTE
Tốc độ dữ liệu (kbps) 12. 2 64 64
Máy phát (đầu cuối di động)
Công suất phát (dBm) 33,0 23,0 23,0
Khuếch đại anten (dBi) 0,0 0,0 0,0
Suy hao cơ thể của MS ở
đƣờng lên (dB) 3,0 0,0 0,0 Công suất phát xạ đẳng hƣớng tƣơng đƣơng (dBm) 30,0 23,0 23,0 Máy thu (BS)
Hệ số tạp âm máy thu
trạm gốc (dB) - 2,0 2,0
Công suất tạp âm nhiệt
đầu vào máy thu (dBm) -119,7 -108,2 -118,4
Công suất tạp âm nền
máy thu (dBm) - -106,2 -116,4
Dự trữ nhiễu (dB) 0,0 3,0 1,0
Tỷ số SNR yêu cầu (dB) - -17,3 -7
Độ nhạy máy thu (dBm) -114,0 -123,4 -123,4
Khuếch đại anten (dBi) 18,0 18,0 18,0
Tổn hao phi đơ + bộ nối
trạm gốc 0,0 0,0 0,0
Độ lợi chuyển giao mềm
87 Tổn hao đƣờng truyền
cực đại (dB) 162,0 161,1 163,4
Bảng 4.4 : So sánh về quỹ đường truyền xuống của các hệ thống
Đƣờng xuống GSM thoại HSPA LTE
Tốc độ dữ liệu (kbps) 12,2 1024 1024
Máy phát (trạm gốc)
Công suất phát (dBm) 44,5 46,0 46,0
Khuếch đại anten (dBi) 18,0 18,0 18,0
Tổn hao phi đơ + bộ nối 2,0 2,0 2,0
Công suất phát xạ đẳng hƣớng tƣơng đƣơng (dBm)
60,5 62,5 62,0
Máy thu (đầu cuối di động) Hệ số tạp âm máy thu (dB)
- 7,0 7,0
Công suất tạp âm nhiệt đầu vào máy thu (dBm)
-119,7 -108,2 -104,5
Công suất tạp âm nền máy thu (dBm)
- -101,2 -97,5
Dự trữ nhiễu (dB) 0,0 4,0 4,0
Tỷ số SNR yêu cầu (dB) - -5,2 -9,0
Độ nhạy máy thu (dBm) -104,0 -106,4 -106,5
Khuếch đại anten (dBi) 0,0 0,0 0,0
Overhead của kênh điều khiển (%)
0,0 20,0 20,0
Suy hao cơ thể (dB) 3,0 0,0 0,0
Tổn hao đƣờng truyền cực đại (dB)
161,5 163,4 163,5
Quỹ đƣờng truyền cho ta thấy rằng LTE có thể triển khai sử dụng các trạm có sẵn của hệ thống GSM và HSPA.
88