Một hệ thống viễn thụng thường được đỏnh giỏ hiệu suất sử dụng trong cỏc giờ bận, giờ cao điểm, khi mà tải là cực đại được phục vụ với một chất lượng yờu cầu. Nú thường được đo bởi khả năng bị rớt cuộc. Lưu lượng phục vụđược đưa ra gọi là Erlangs. Dung lượng UTRAN cú thể bị giới hạn bởi tài nguyờn phần cứng và giới hạn giao thoa, hoặc cả hai.
2.2.3.3.1 Dung lượng cứng
Giới hạn phần cứng hệ thống, lưu lượng hỗ trợ cú thể được tớnh với cụng thức Erlang B để xỏc đinh khả năng rớt cuộc, khi mà lưu lượng đến xử
lý theo luật phõn bố Poisson và thời gian xử lý được phõn bố theo hàm mũ. Cụng thức Erlang B diễn tả khả năng rớt của một cuộc gọi mới với lưu lượng
và tài nguyờn sẵn cú (cỏc kờnh phần cứng), với giả thiết một kờnh cú thể phục vụ một người dựng, đõy gọi là giới hạn cứng.
Cụng thức Erlang B hợp lệ với một dịch vụ đơn, nhưng bản chất của UMTS là hỗ trợ đa dịch vụ. Dựng cụng thức cho khả năng đa dịch vụ, việc tớnh toỏn dẫn tới một đỏnh giỏ thấp của dung lượng, vỡ thế cụng thức đa dịch vụ Erlang B trong một hệ thống cần được sử dụng. Nú định nghĩa khả năng của đơn vị băng thụng j khi xảy ra bận trờn tổng sống đơn vịđăng thụng Giới hạn phần cứng trong UTRAN xảy ra khi tài nguyờn dải tần cơ sở, giống như cỏc phần tử kờnh hoặc bộ mó húa được sử dụng hết. Thụng thường, trong cỏc cell riờng biệt hoặc phõn tỏn, một số tài nguyờn băng tần cơ sở xảy ra giới hạn trước khi dẫn đến giao thoa. Giải phỏp thứ nhất là hệ số i đạt tới 0, và thứ hai là hệ số trực giao đạt tới 1. Số lượng người dựng cho phộp trong cell cú thể vỡ thế mà tăng đỏng kể và khụng bị tổn hại về mặt tải hệ thống.
2.2.3.3.2 Dung lượng mềm
Trong một hệ thống CDMA, việc tớnh toỏn dung lượng Erlang để đưa ra khả năng rớt cuộc là phức tạp, từ số lượng kờnh vụ tuyến sẵn cú hoặc tài nguyờn vụ tuyến khụng cố định và cú thể biến đổi tựy theo điều kiện tải và
ảnh hưởng giao thoa. Khi đú, dung lượng vụ tuyến CDMA gọi là bị giới hạn mềm, khi vựng phủ cú thểđược co lại để tăng dung lượng và ngược lại.
Trong phần cụng thức tải cho phõn tớch quỹ đường truyền, tải cell được dựng để tớnh toỏn số lượng trung bỡnh số người dựng được phục vụ trong một cell tại một thời điểm, được biết đến như dung lượng kờnh của cell. Vấn đề ở đõy là lưu lượng cuộc gọi đến và đi được diễn tả bởi quỏ trỡnh ngẫu nhiờn, phụ thuộc vào khả năng được tỡm thấy khi một cuộc gọi mới đến.
• Tại đường lờn, giới hạn tăng nhiễu được giữ nguyờn (theo cỏch tất cả
người dung giữ kết nối của họ tại chất lượng để ra là Eb/N0)
• Tại đường xuống, sẽ vẫn cú tài nguyờn vụ tuyến để duy trỡ cỏc kết nối sẵn cú và phục vụ kết nối mới
Cú một số tham số ngẫu nhiờn cần được xem xột, khi tớnh toỏn dung lượng Erlang mềm, như là:
• Về bản chất cụng nghệ CDMA, hệ số người dựng hoạt động phụ thuộc vào hành vi người dựng, giao thoa trong cell và ngoài cell phụ thuộc và phõn bố người dựng và hệ số trực giao, fading tớn hiệu là biến đổi ngẫu nhiờn để xỏc định cụng suất phỏt và xỏc định giao thoa
• Lý do làm hệ thống CDMA suy yếu: Thuật toỏn điều khiển cụng suất chưa hoàn hảo tạo ra yờu cầu Eb/N0 tăng lờn, chất lượng phần cứng mỏy thu gõy ra cỏc loại nhiễu phần cứng, điều này khỏc nhau đối với mỗi người dựng và vỡ thế dẫn đến việc phõn tỏn ngẫu nhiờn của cỏc dạng nhiễu trong hệ thống.
Một số phõn tớch đưa ra khi tớnh toỏn cụng suất Erlang mềm đối với đường lờn
• Đưa ra một hạng mục với hệ số i tĩnh và cốđịnh. Xử lý ngẫu nhiờn lưu lượng đến và đi bằng cụng thức Erlang B cổ điển, tăng số lượng kờnh vụ tuyến cú sẵn NUL bằng (i + 1), chia Erlang cell riờng biệt cho (i + 1), và cuối cựng, đưa ra dung lượng Erlang cho nhiều cell
• Đưa ra một hạng mục với hệ số cố định và tớnh i, xử lý ngẫu nhiờn lưu lượng đến và đi, cú ý nghĩa của tham số tải (hệ số hoạt động thoại và yờu cầu cụng suất người dựng, là yờu cầu Eb/N0 của liờn kết trực tiếp), giả thiết rằng tổng tất cả phõn bố ngẫu nhiờn trong tổng cụng thức nhiễu phõn bố theo luật Gaussian hoặc phõn bố lognormally
Cỏch giải quyết đầu tiờn tương đối đơn giản để thực hiện và được dựng cho quy hoạch ( ) ( ) i i N P A capacity soft Erlang blocking UL + + = 1 1 . , . _ _ (2.26) Trong đú:
A.(Pblocking,NUL(1 + i)) là dung lượng Erlang B của một cell độc lập tớnh toỏn dựa vào khả năng rớt cuộc Pblocking và số lượng kờnh vụ tuyến NUL(1 + i)
Phương phỏp thứ hai cho thấy rằng ỏp dụng phõn bố Gaussian đưa ra cỏc kết quả tương tự với khả năng rớt cuộc khoảng 1%.
Vỡ cú nhiều biến ngẫu nhiờn phức tạp được xử lý trong việc đỏnh giỏ khả năng mềm của WCDMA, Việc tớnh toỏn dung lượng Erlang của hệ thống thực sẽđược dựng từ cỏc kết quả của quỏ trỡnh mụ phỏng.
2.2.4 Quy hoạch chi tiết
Hầu hết cỏc hoạt động quy hoạch mạng vụ tuyến cú liờn quan tới lớp cell, tức là đưa ra diện tớch vựng phủ rộng. Điều này thụng thường cú liờn quan tới sự phỏt triển của cỏc cell macro. Trước khi hoạt động quy hoạch mạng được tiến hành, cỏc tham số chớnh của mạng vụ tuyến cần được định nghĩa đểđưa ra được điều kiện tốt nhất của vựng phủ và dung lượng, với một chi phớ đầu tư nhỏ nhất. nú bao gồm:
• Khoảng cỏch vị trớ và chiều cao anten được định nghĩa với một mạng kiểu lưới
• Sector, bao gồm số lượng sector kết hợp với cỏc đặc tớnh thớch hợp của anten
• Hướng anten
• Điều chỉnh độ nghiờn anten
Cỏc tham số được xột với mức độ ưu tiờn theo giả định, ban đầu, khoảng cỏch giữa cỏc vị trớ được tớnh toỏn sử dụng quỹđường truyền, khi đú, cỏc tham số cú giỏ trị trung bỡnh và chiều cao anten là cố định. Như thế, việc tỡm kiếm vị trớ Node B được thiết lập ban đầu. Theo cỏch cũ, cỏc Node B
được xõy dựng theo dạng vị trớ hỡnh lưới, tạo ra cỏc phần tử cú cỏc gúc bằng nhau. Thường là hỡnh lục giỏc hoặc hỡnh thoi, phụ thuộc vào hướng anten và chựm tia theo hướng ngang của anten. Điều này hiện nay khụng cũn phụ hợp, khi mà mụi trường và phõn bố lưu lượng khụng cũn đồng nhất. Vị trớ thực tế
của Node B, và giới hạn nghiờng anten của nú sẽ khỏc với ý tưởng mụ hỡnh lưới ban đầu, cỏc sắp đặt ban đầu sẽđược điều chỉnh tựy theo mụi trường thực tế và yờu cầu lưu lượng. Thực tế, tớn hiệu sẽ suy yếu so với mụ hỡnh giả thiết ban đầu rất nhiều. Vớ dụ như một vị trớ Node B trong tớnh toỏn là khụng thể
trong thực tế, hoặc hướng của anten khụng thể đặt như giả thiết vỡ chướng ngại vật trong cỏc vựng phụ cận hoặc cỏc hệ thống vụ tuyến khỏc. Ngoài ra,
điều chỉnh anten để đạt được kế hoạch vựng phủ cú thể gõy giao thoa mạnh với cỏc cell khỏc.
2.2.4.1 Khoảng cỏch vị trớ và chiều cao anten
Khoảng cỏch vị trớ xỏc định mật độ mạng, bờn cạnh chiều cao anten, để đạt được dung lượng và vựng phủ, hai tham số này tỷ lệ nghịch nhau. Vớ dụ
như chiều cao anten tăng nhưng khoảng cỏch site là khụng đổi, khi đú, khả
năng phủ sẽ rộng hơn và diện tớch phủ tăng trờn mỗi cell. Vỡ thế, nhiều lưu lượng được phục vụ. Bờn cạnh đú, giao thoa cell cũng tăng lờn. Nếu khoảng cỏch tăng, nhưng anten cú độ cao khụng đổi, khi đú, vựng phủ của cell giảm xuống, vỡ thế, lưu lượng cũng giảm theo, tuy nhiờn, giao thoa vỡ thế cũng giảm, như thế dung lượng sẽ tăng lờn.
Một quan tõm khỏc vềđộ cao anten và khoảng cỏch giữa cỏc site là dự đoỏn chất lượng dữ liệu, dựng để ước lượng cỏc tham số đú. Nú bao gồm cụng suất tớn hiệu thu, chất lượng và lưu lượng của nú, như thế, dự đoỏn
đường truyền tớn hiệu vụ tuyến phụ thuộc nhiều hệ số. Một điều quan trọng là
độ phõn giải và số lượng, kớch cỡ của dữ liệu trong mụi trường, mụ hỡnh truyền súng và chế độ anten. Thực tế, rất khú dự đoỏn cho tất cả cỏc trường hợp, cỏc ứng dụng đều cú một số lỗi liờn quan.
Trong phần tiếp theo, một vớ dụ chi tiết được đề cập, đưa ra với mụi trường thành thị ở Chõu Âu, với anten hai chiều, dữ liệu hai chiều và chế độ
ngẩng với kớch thước 50m*50m pixel, mụ hỡnh truyền súng theo chuẩn COST 231 bao gồm cỏc hệ số sửa lỗi cho suy hao do tắc nghẽn, nhiễu xạ và hiệu ứng
độ cao anten. Mụ hỡnh dựđoỏn được điều chỉnh với độ lệch bỡnh quõn là 7dB cho cường độ tớn hiệu trung bỡnh đối với tớn hiệu mẫu trước khi cú bất cứ sự
quy hoạch nào được thực hiện. Tuy nhiờn, cỏc phộp đo với cỏc cell thực tế đưa ra kết quả khỏc với dự đoỏn và cường độ tớn hiệu đo thường lớn hơn 10dB, tương đường 40%. Để dựđoỏn chất lượng tớn hiệu (Ec/I0), nhiều lỗi cú thể xuất hiện và nguyờn nhõn của việc này là do tổng giao thoa trong một mạng chưa được đỏnh giỏ đỳng. Thờm vào đú, thực tế cỏc đặc tớnh anten của Node B là khỏc với ý tưởng ban đầu. Cỏc cụng suất bức xạ khụng mong muốn
cú ảnh hưởng đến giao thoa của cỏc cell khỏc, và nú quyết định đến hiệu năng toàn hệ thống. Dự đoỏn lưu lượng là khụng dễ dàng, đặc biệt trong một mạng mới, khụng chỉ số lượng khỏch hàng tiềm năng trong một khoảng thời gian,
đặc tớnh khỏch hàng với cỏc phỏt sinh lưu lượng với cỏc tốc độ khỏc nhau là rất khú tớnh toỏn, mà cũn phõn bốđịa hỡnh. Số lượng khỏch hàng cựng với cỏc dịch vụ sử dụng cú thể phụ thuộc chiến lược kinh doanh khả thi hay khụng, tốc độ thõm nhập vào thị trường, đỏp ứng của cỏc mỏy đầu cuối…
Tớnh chất biến đổi trong phần quy hoạch mạng đũi hỏi cỏc cell được quy hoạch theo một cỏch cố định cựng với chiều cao anten. Điều này giỳp giảm thiểu và hoàn toàn điều khiển được giao thoa với cỏc cell khỏc. Thờm vào đú, lượng tải lớn nhất được cốđịnh sẽ bảo vệ sự thay đổi giữa dung lượng và vựng phủ trong một cell. Thành thị đụng dõn Thành thị Ngoại ụ Đường cao tốc Nụng thụn Độ cao trạm gốc 20 25 25 30 30 40 40 60 40 60
Độ cao mỏy thu 1.5 1.5 1.5 1.5 1.
5 1. 5
1.5 1.5 1.5 1.5 Suy hao toà nhà
(dB)
20 20 15 15 10 10 5 5 0 0
SD suy hao tũa nhà (dB) 6 6 5 5 4 4 0 0 0 0 Fading chậm ngoài trời SD (dB) 7 7 7 7 8 8 8 8 8 8 Fading chậm trong nhà SD (dB) 6 6 6 6 6 6 0 0 0 0 Khả năng bao phủ 95 % 95 % 95 % 95 % 95 % 95 % 95 % 95 % 95 % 95 % Kớch thước cell (Km) 0.24 8 0.28 1 0.50 2 0.55 6 1. 66 5 1. 89 2 5.79 3 7.2 87 8.1 68 10.3 97
Khoảng cỏch vị trớ (Km) 0.37 2 0.42 2 0.75 2 0.83 4 2. 49 7 2. 83 7 11.5 86 14. 57 5 12. 251 15.5 96
Bảng 2.12: Vớ dụ về khoảng cỏch site và độ cao anten với cell macro với cỏc dịch vụ 64kbps, mụ hỡnh truyền súng COST 231 Hata
Bảng 2.12 cung cấp một vào vớ dụ độ cao anten tương ứng và cỏc khoảng cỏch vị trớ tương ứng cho một số loại mụi trường. Hiển nhiờn là trong mụi trường đụng dõn, thỡ sẽ cú nhiều người dựng và sẽ cú nhiều khú khăn truyền súng đối với cỏc người dựng trong nhà, nờn kớch thước cell sẽ giảm và chiều cao anten sẽ tăng.
Độ cao anten được xỏc định bởi độ cao địa hỡnh, vật trở ngại xung quanh và khoảng cỏch đứt điểm.
Theo lý thuyết, cỏc bỏn kớnh vựng gương Fresnel thứ nhất r1stzone được tớn toỏn như sau 2 1 2 1 _ 1 . . d d d d rst zone + = λ (2.26) Trong đú: • λ: Bước súng
• d1,d2: Lần lượt là khoảng cỏch giữa mỏy thu và mỏy phỏt tới vật cản gần.
Một điều quan trọng là vựng Fresnel thứ nhất khụng ràng buộc từ bất cứ vật cản đến mỏy phỏt để giảm thiểu sự suy hao của phản xạ và nhiễu xạ.
Đối với hệ thống thụng tin tế bào, thụng thường khụng thể duy trỡ vựng tự do hoàn toàn của vật cản, khụng giống liờn kết súng vụ tuyến giữa cỏc trạm, Tuy nhiờn, một điều hết sức quan trọng là cú một số vựng trống gần anten trạm gốc. Từ lý thuyết nhiễu xạ cạnh, ớt nhất 50% bỏn kớnh vựng Fresnel cần được làm trống, như thế, suy hao nhiễu xạ sẽ giảm xuống 0 dB. Vớ dụ, ở vựng cú độ
cao tũa nhà là 20m, khoảng cỏch giữa anten và núc nhà là 5m và gúc giữa chựm tia của anten so với phương thẳng đứng là 70, nếu độ nghiờn là 00, 50, 100, 150, thỡ độ cao tương ứng của anten so với đất là 21, 27.7, 22.4 và 22.9m.
Theo chế độ hai tia, với một tia phản xạđất, khoảng cỏch đứt điểm của
λ BS
MS h h
breakpoint=4. . (2.27)
Trong đú:
hMS và hBS là độ cao của anten của trạm gốc và mỏy di động.
Trước khi xột ảnh hưởng suy hao khoảng cỏch đứt điểm, nờn chỳ ý ảnh hưởng của điều kiện súng thẳng LOS, suy hao đường truyền giữa trạm gốc và mỏy di động sẽ giảm theo hệ số 20dB với 10 lần khoảng cỏch, tương tự suy giảm trong khụng gian tự do. Sau khoảng cỏch đứt điểm, suy hao đường truyền suy giảm khoảng 40dB với 10 lần khoảng cỏch (đối với nhiều mụi trường phức tạp hơn mụ hỡnh hai tia, suy hao đường truyền cú thể từ 30 đến 60dB). Anten càng cao thỡ khoảng cỏch điểm đứt của suy hao đường truyền càng lớn. Với một khoảng cỏch đứt điểm lớn, tớn hiệu suy giảm từ cell phục vụ khoảng 20dB trờn 10 lần khoảng cỏch và tạo giao thoa cho cỏc cell lõn cận. Vựng bao phủ trong cell vỡ thế bị giới hạn bởi khoảng cỏch đứt điểm và giao thoa với cỏc cell ngoài nú.
2.2.4.2 Địa điểm vị trớ
Hệ thống WCDMA bị giới hạn bởi giao thoa, vỡ thế, một vị trớ mới khụng chỉ cú ý nghĩa vựng phủ cho vựng dự tớnh, mà cũn được chỳ ý đến điều kiện trong việc tạo ra giao thoa. Việc xỏc định vị trớ hoàn hảo thường là khụng thể, chỉ cú lựa chọn để giảm cỏc ảnh hưởng tiờu cực của cụng suất phỏt trong giới hạn thớch hợp của cấu hỡnh Node B bằng cỏch chọn số lượng sector, anten, hướng và gúc của nú.
Vị trớ Node B cần được lựa chọn phụ thuộc vào lưới dự tớnh trước. Quy hoạch Node B quy định ảnh hưởng vựng phủ trong mụ hỡnh dự đoỏn và tối thiểu cỏc vựng cú tớn hiệu yếu, và đảm bảo nhiễu thấp. Đối với cỏc điểm nhiễu cao sẽ được hiệu chỉnh theo kinh nghiệm xử lý hiệu năng mạng. Nhiễu tớn hiệu được nhận ra khi tỷ số EC/I0 yếu, và khi cú nhiều hơn ba tớn hiệu dũ tỡm trong một điểm và độ chờnh lệch của tớn hiệu dũ tỡm thứ 4 so với thứ nhất là 6dB. Độ cao trung bỡnh của anten từ kinh nghiệm và lý thuyết tớnh toỏn cần
được duy trỳ, đặc biệt trong cỏc vựng đụ thị hiện đại. Ở một phương diện khỏc, ở cỏc vị trớ mà súng vụ tuyến vượt trội chồng lấn lờn cỏc vựng lõn cận
cần được trỏnh. Hiệu ứng chồng lặp giữa cỏc cell cần được duy trỡ khoảng 25
đến 35%, tức là cú tối đa 2 đến 3 cell lặp. Điều này tạo ra đủ số lượng kết nối