D = RV3N (2.3) Công thức tính diện tích của một hình lục giác theo bán kính
2.3CÀI THIỆN CHỈ TIÊU HỆ THỐNG CDMA BẰNG ẢNG TEN THÔNG MINH VÀ KHẢ NĂNG TRIỂN KHA
05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 c/l (dB)
2.3CÀI THIỆN CHỈ TIÊU HỆ THỐNG CDMA BẰNG ẢNG TEN THÔNG MINH VÀ KHẢ NĂNG TRIỂN KHA
TRONG THỰC TẾ
Nhìn chung, những lợi ích của ăng ten thông minh trong hệ thống GSM cũng tương tự đối với hệ thống CDMA. Tuv nhiên do đặc điểm riêng cùa hệ thống CDMA nên việc đánh giá khả năng cải thiện dung lượng nhờ ăng ten thông minh cần co nhũng phép tính toán khác.
Chương 2: cải thiện chỉ tiêu cùa hệ thống thông tin di động.. 79 Phần này sẽ trình bày một số tính toán ngắn gọn để đánh giá khả năng cài thiện dung lượng và vùng phủ khi SỪ dụng ăng ten
thích nghi.
2.3.1 Cải thiện dung lượng và vùng phủ đường lên bằng ăng ten thích nghi
Chúng ta có thể sử dụng các cõng thức sau làm cơ sở để phân tích sự ảnh hưởng đến dung lượng và vùng phủ ờ đường lên, nhằm tính tỳ số năng lượng bít thu được trẽn mật độ phổ cõng
£ suất táp âm nhiêt và nhiêu —:
Trong đó:
+ N,h là năng lượng bít;
+ I0 là mật độ phổ công suất của tạp âm nhiệt và nhiễu; + Nth là mật độ phổ công suất của tạp âm nhiệt;
+ s là cường độ tín hiệu thu được từ người mong muốn trên một phẫn tử ăng ten;
+ G là tăng ích xử lý;
+ N là số người sử dụng trong ô; + w là băng thông của hệ thống; + a là hệ sò tích cực tiếng; + p là nhiễu nội ô;
+ M là số phần từ ăng ten (tương đương với ăng ten thích nghi có độ rộng búp sóng bằng 360°/M).
lo
80 Ang ten thông minh Già thiết điều khiển công suất và định dạng chùm sóng lì hoàn hào.
Chúng ta sử dụng công thức (2.16) để biểu diên dung lượng cùa ô như là:
N w
N = N - - S ( 2 1 7 )
Ở đây Npoi, là dung lượng cực (còn gọi là dung lượng tiệm cận) định nghĩa bời:
Nrole= MG +1 (2.18)
ad(l + P) E
vói d là — cần thiết có. Chú ý rằng dung lương cúc là tỷ lí lo
vói số các phần tử ăng ten. Dung lượng cực là dung lượng cực đại theo lý thuyết nếu máy di động có thể phát vô hạn, khi dó sự giới hạn dung lượng không còn liên quan đến vùng phù sóng mà chì
bị hạn chế bởi nhiễu.
Trong thực tế máy di động không có công suất vô hạn. Vì vậy dung lượng thực tê chỉ là một phần tiêu biểu cùa dung lượng cực, giá trị này cỡ khoảng 50-60% dung lượng cực. Tùy theo hộ thống hoạt động gần dung lượng cực đến mức nào, công suất tín hiệu yêu cầu thu được trên ăng ten s, sẽ khác nhau. Từ cõng thức (2.17), nâng lượng tín hiệu yêu cầu thu được trên một ăng ten có thể biểu diễn là:
FN,„W
Chương 2: Cải thiện chi tiêu của hệ thống thông tin di động... 81 Có thể coi các đầu cuối người sử dụng có công suất hữu hạn p, và coi suy hao đường truyền có hệ số mũ suy hao là y, ta có thể biểu diễn bán kính R của ô là:
R = r°(f-) 1 (2.20)
Ở đây r0 là hằng số. Diện tích A của ô là tỷ lệ với bình phương bận kính ô sử dụng các công thức (2.19), (2.20), ta tìm được mối quan hệ:
A"2=k ; với k là hằng số (2.21) Npole - N (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nếu ta lấy xấp xỉ Npo,,. là tỷ lệ với M (có nghĩa là bỏ qua số Ì trong công thức (2.18)) và lấy chuẩn hóa, coi dung lượng cực
nhỏ là = Ì khi M = Ì và đưa hằng số k vào diện tích phù sóng chuẩn hóa, ta có thể viết lại công thức (2.21) như sau:
A-"2=—— (2.22)
M-N
Chúng ta có thể biểu diễn dung lượng chuẩn hóa đường lên N như là một hàm của diện tích phủ chuẩn hóa A, số các ăng ten M ờ trạm gốc và hệ số mũ suy hao đường truyền:
N = M - À"2 (2.23)
Đối vối một số ăng ten cho trước và hệ số suy hao đường
truyền cho trước, có sự cân đối nhất định giữa vùng phủ và dung lượng. Hình 2.9 biểu diễn sự cân đối này cho Ì và 4 ăng ten vói hệ số Ỵ = 3,5.
82 Ăng ten thông minh Trong hình 2.9, đường cong M = Ì biểu diễn sự cân đối dung lượng và vùng phủ khi có một phần từ ăng ten, đường cong M = 4 biểu diễn sự cân dối dung lượng và vùng phủ khi ẳng len thích nghi có 4 phần từ. Tại điểm có tải bằng 55% dung lượng cực, chúng ta có thể tăng dung lượng lên 4 lẩn và vùng phù lên 2,2 lần với ăng ten thích nghi.
Như đã nói ở trên, hệ thống CDMA thường hoạt động ờ một vùng nhất định cùa dung lượng cực của nó. Hình 2.9 minh họa vùng phù và dung lượng tăng như thế nào khi phần tài dược giữ không đổi và thay đổi từ Ì đến nhiều ăng ten trạm gốc. Với phán tải không đổi và với giả thiết dung lượng cực là tỷ lệ với số ảng ten, độ tăng dung lượng hiển nhiên là:
Độ tăng dung lượng khi tải không đổi = M (2.24) Để tính diện tích vùng phù tăng như thế nào, chúng ta có thể chia công thức (2.23) cho M, được hệ số tải trên ăng ten, n = N/M và viết lại nó là:
A = (l-H)2"M2» (2.25)
Giữ ụ. không đổi thì độ tăng diện tích phù với tài không dổi được cho bời:
Độ tăng diện tích phù sóng khi tải không đổi = M2" (2.26) Cả độ tăng dung lượng và độ tăng vùng phù dường lên trong công thức (2.24) và (2.26) đều có thể đạt dược mội cách đổng thời.
Chường 2: cải thiện chỉ tiêu cùa hệ thống thông tin di động.. 83
2.3.2 Cài thiện dung lượng và vùng phủ đường xuống bằng ăng ten thích nghi
Chúng ta phân tích chi tiết hem để đánh giá ảnh hưởng của ăng ten thích nghi vào dung lượng của đường xuống. Trước tiên ta sẽ tính theo tỳ số tín hiệu trên tạp âm và nhiêu tại thuê bao.
Giả thiết rằng chúng ta có thể biểu diễn tỷ số tín hiệu trên tạp âm trung bình cho một đầu cuối sử dụng là:
84 Ang ten thông minh SINR trung bỉnh N nhiệt + PglSc(l _1lningbinh)('phát trung bình + Pmnịbi* ^Pmmíbinh
(2.27) Trong đó:
+ Pphát lrang binh 'à C Ô ng s u â t t r u ng bình ph â n phát đèn dà" c u* người sử dụng;
+ Nnhiạ là công suất tạp âm nhiệt; + PgSc là tổng công suất phát bởi trạm gốc; + 1tn.ng binh là hệ số trực giao trung bình;
+ p ,mnỊ b ] n h là tỳ số nhiêu liên ô trên nhiễu nội ô trung bình; + p l n l n g b l n h là suy hao đường truyền trung bình cho nhiễu.
Tiếp theo chúng ta có thể biểu diễn công suất phát bung bình tới đầu cuối sử dụng như sau:
p****** = k^-M2R-' = k%MR" (2.28) MN N
ơ đây, chúng ta chia tổng công suất thực của trạm gốc cho N người sù dụng và M ăng ten, nhãn với tăng ích liên kết công suất hợp nhất M2, rồi nhân với hệ số suy hao đường truyền R"', R là bán kính ô và Y là hệ số suy hao, hằng số k là tiêu chuẩn hóa.
Giữa các biến của mẫu số ở công thức (2.27, chi có mội
biến phụ thuộc vào bán kính ô là suy hao trung bình cùa nhiễu Pininí binh. có thể biểu diễn nó như sau:
Chuông 2: cải thiện ch! tiêu của hệ thống thông tin di động... 85
p,n,„gb-,„h = p<|—J (2.29) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ở đây, p0 và Ro là hằng số. sử dụng công thức (2.28) và (2.29), ta có thể viết lại công thức (2.27) như sau:
kRõyPeốcMR-T/N
: Nn h l ệ, +P8<fc(l-tlmiIgbl„h)(l + pl ra l sM nh)PoR-y (2.30)
hay viết tại là:
kVPgdcM/N NnhiệtRY+Pgíjc(l —rít b ì n h)(l + pt r o n g b ì n h)p0 C4> SINR ' nhiệt1V ' " gốc V1 'I trung bi (2.31) Từ công thức (2.31), chúng ta có thể nhận được các kết quả sau:
- Nếu tăng số ăng ten trạm gốc lên M lần, giữ tổng còng suất trạm gốc không đổi và giữ bán kính ô không đổi, thì chúng ta cũng có thể tăng số người sử dụng lên M lần (ờ đây giả thiết định dạng chùm sóng đường xuống là hoàn hảo; trong thực tế, hệ số M bị suy giảm phần nào ứng với sự không hoàn hảo cùa định dạng chùm sóng đường xuống). Khi tăng số người sử dụng trên cùng trạm gốc, chúng ta không thể tăng bán kính của ô. Điều đó làm cho tỳ số tín hiệu trên nhiễu ờ đầu cuối sử dụng bị giảm đi. Dù vậy, nếu tăng số ăng ten trạm gốc lên M lần, giữ tổng công suất trạm gốc không đổi và giữ số người sử dụng không đổi thi chúne ta có thể tăng bán kính ô lên ít nhất M1" lẳn. Trên thực tế
86 Ang ten thòng minh điểu đó có thể tăng lớn hom vì nhiêu ờ mẫu số cùa công thúc (2.27) dã bị suy giảm.
- Nếu tăng số phần tử ăng ten lên M lẩn và tăng tổng công suất phát cùa trạm gốc lên M lần (có nghĩa là độ khuếch dại công suất không đổi) thì có thể đổng thời tăng số người sử dụng lên M lần và táng bán kính ô lên M'".
Độ tăng diện tích phủ sóng dường xuống tít nhiên l i băng bình phương của độ táng bán kính ô.
Tóm lại, trên đường lên, nếu tăng số phần tử ăng ten lên M lần thì dung lượng tăng M lẩn đổng thời vối diện tích phù sóng tăng M2" lán. Trên đường xuống, nếu tăng số phẩn tử ăng ten lên M lần, giữ tổng công suất phát trạm gốc không đổi thì có thể tăng dung lượng lên M lần (hay gần bằng M nếu định dạng chùm sóng đường xuống không hoàn hảo) hoặc tăng diện tích phù lên M2/Mần.
Ngoài ra có thể đánh giá ảnh hưởng của ăng ten thững minh vào hệ thống DS-CDMA theo cách tính khác, song ta cũng nhận được kết quả cuối cùng tuông tự như trên.
2.3.3 Khả năng triển khai trong thực tế
2.3.3.1 Cân bằng tải vói ăng ten dẻ quạt thông minh
Giả thiết vị trí ô được trang bị ăng ten 3 dè quạt thống thường, khi xảy ra mất cần bằng tải giữa các dẻ quạt, có dè quạt chịu tải lớn, trong khi dẻ quạt kia chịu ít tải. Nếu nhà khai thác
cô cán bằng lưu lượng giữa các sector thì sẽ gặp khó khăn rít lòn vì các dè quạt 120° kém linh hoạt. Ngoài ra, việc dổi hướng sector cần phái thực hiện bằng nhân công với những thay đói vật
Chương 2: cải thiện chỉ tiêu của hệ thống thông tin di động... 87 lý về vị trí ăng ten nên sẽ tốn thời gian và rất không hiệu quà nếu
mẫu lưu lượng lại thay dổi thường xuyên.
Trong khi đó, theo nghiên cứu cùa Metawave trong thời gian một năm, có tới 60% vị trí ồ trong một mạng di động bình thường có thẻ thu được lợi ích nếu cấu hình lại dẻ quạt theo phân bố lưu lượng thay đổi.
Metavvave đã cung cấp giải pháp ăng ten thông mình có thể thay đổi cấu hình từ xa mà không yêu cầu đến thay đổi hạ tầng trạm gốc hiện có. Hệ thống này cho phép thay đổi cà hướng sector và độ rộng chùm sóng dẻ quạt với bưốc tãng/giảm cỡ 30°.
Kết quà là nhà khai thác có thể cân bằng tải giữa các dẻ quạt rất linh hoạt. Trong mạng thực, nếu hệ thống này được triển khai, nhà khai thác sẽ tăng dược dung lượng lên tới 50% qua việc cân bằng tải giữa các dẻ quạt.
Ăng ten thông minh còn giảm bót các điểm nóng trong mạng, bằng cách kích hoạt phần dung lượng rỗi cùa hệ thống khi lưu lượng phân bố không đều. Thí dụ hệ thống SpotLight 2000 đã được triển khai tại 30 vị trí ô có vấn đề vào thời điểm dung lượng tâng đến ngưỡng, kết quà là dung lượng cùa mạng tăng khoảng từ 30% đến gần 40%.
2.3.3.2 Chuyển ó
Một vấn đề ảnh hường trực tiếp tới dung lượng vị trí ô trong hệ thống CDMA là việc quản lý chuyển ò. Đặc tính chuyển ô
mềm/mểm hơn cùa giao diện vô tuyên CDMA là đề cài thiện chất lượng và độ tin cây cùa cuộc gọi CDMA. Tuy nhiên, do một máy di động có thể kết nối với 2 vị trí ô hoặc nhiều hơn
88 Ang ten thông minh cùng một lúc, việc chuyển mểm/mềm hơn sẽ làm lốn dáng tí dung lượng.
Để giảm thiểu ảnh hường của việc chuyển ô mềm/mểm hon đến dung lượng, cần giảm thiểu khả năng máy di động chuyển A và đưa quá trình chuyên ô đó từ vùng có lưu lượng cao sang vùng lưu lượng thấp trong cùng vùng phù cùa ô. Các ăng ten thùng thường rất khó hỗ trợ mục đích này.
Trong thực tế, việc giảm chuyển ô nhờ đặc tính cùa ăng ten thông minh làm đường biên chuyển ô thay đổi, có thể tâng dung lượng vị trí ô tới 20%.
2.3.3.3 Tổng hợp dẻ quạt động
Với các địa bàn có mẫu phân bố lưu lượng thay dổi theo thòi gian trong ngày, việc tổng hợp dẻ quạt động giúp cân bằng tái trong các dẻ quạt một cách tốt nhất. Ví dụ, vào giờ đi làm trong buổi sáng, đường giao thông là nơi có lưu lượng lớn. Để cân bằng lưu lượng theo vị trí địa lý này, trong giờ đi làm ăng ten thông minh (3 dẻ quạt) sẽ chia lưu lượng ờ khu vực đường giao thông vào 2 dẻ quạt khá hẹp, còn dẻ quạt thứ 3 rộng thì phục vụ các lưu lượng thấp cùa các khu vực khác như các tòa nhà. Khi qua giờ đi làm, ăng ten thông minh lại tự động chuyển các dè quạt hẹp về nen có lưu lượng cao là các tòa nhà.
2.4 KHÁ NĂNG CÀI THIỆN CHÌ TIÊU CHO W-CDMA BẰNG ẢNG TEN THÔNG MINH (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});