Nghiờn cứu, tớnh toỏn dung lượng hệ thống cú thể dựng cỏch phõn tớch cõn bằng tải. Cỏc phương trỡnh tải riờng rẽđược sử dụng để nghiờn cứu cho cỏc hướng đường lờn và đường xuống, gồm cỏc thụng số chung: yờu cầu Eb/N0, độ lợi xử lý, hệ số tớch cực thoại và nhiễu giữa cỏc ụ. Ngoài ra:
- Phương trỡnh tải đường xuống bao gồm cả hệ số trực giao và tỷ lệ lưu lượng chuyển giao mềm.
- Phương trỡnh tải đường lờn bao gồm cả thụng số chỉ thị việc tăng mức nhiễu giữa cỏc tế bảo (do ảnh hưởng của việc điều khiển cụng suất của tế bào lõn cận khụng tương quan) với pha đinh tại đường lờn.
Từ phương trỡnh tải đường lờn cho thấy rằng tải của tế bào tỷ lệ trực tiếp với cả Eb/N0 yờu cầu và tốc độ bit. Với bất kỳ tốc độ bit và mức tải đường lờn nào đưa ra, một Eb/N0 yờu cầu thấp hơn cho phộp hệ thống cú thể hỗ trợ cho số lượng người dựng lớn hơn. Quan hệ giữa Eb/N0 và tốc độ bit xỏc định thụng lượng của toàn bộ cỏc tế bào cú thểđạt giỏ trị lớn nhất là bao nhiờu.
Luận văn thạc sĩ khoa học - Các ph−ơng pháp tối −u hóa hệ thống thông tin di động thế hệ mới
Bảng 2.4: Sự thay đổi về thụng lượng của cỏc tế bảo ởđường lờn theo dạng dịch vụ
12,2 kbit/s
thoại 64 kbit/s số liệu 144 kbit/s số liệu 384 kbit/s số liệu Người dựng số liệu - 10 5 2 Người dựng tiếng 51 2 1 4 Thụng lượng tổng 622 kbit/s 664 kbit/s 732 kbit/s 871 kbit/s
Bảng 2.4 minh họa sự thay đổi của thụng lượng tế bào với cỏc dịch vụ khỏc nhau. Số lượng người dựng trong mỗi cột tương ứng với tải của tế bảo ở đường lờn là 50%. Cột đầu tiờn chỉ gồm người dựng tiếng (51 người). Cỏc cột cũn lại gồm những người dựng cả tiếng và số liệu. Mục tiờu cần đạt tới là thờm nhiều người dựng số liệu ở mức cú thể mà khụng vượt quỏ giới hạn 50%. Phần dung lượng cũn lại ứng với mức tải 50% được dành cho người dựng tiếng.
Kờt quả này cho thấy thụng lượng toàn bộ cỏc tế bào đạt giỏ trị lớn nhất khi tỷ lệ người dựng số liệu cao. Do đú nhà khai thỏc sẽđược lợi từ việc cấp phỏt cỏc tốc độ bit cao trong thời gian ngắn hơn là cỏc tốc độ bit thấp trong thời gian dài. Tuy nhiờn, để thực hiện điều đú, yờu cầu vựng phủ dịch vụ phải lớn hơn.
Phương trỡnh tải đường xuống bao gồm cả tổng phớ do chuyển giao mềm và việc giảm nhiễu trong tế bảo do sự trực giao giữa cỏc kờnh mó húa. Núi chung với bất kỳ số lượng người dựng nào, tải trờn đường xuống sẽ lớn hơn tải trờn đường lờn. Điều này được minh họa trong bảng 2.5 cho cả tiếng (thoại) 12,2 kbit/s và số liệu 64/144 kbit/s. Trong trường hợp thoại , tải đường xuống sẽ lớn hơn đường lờn nhưng sự sai khỏc khụng lớn. Do vậy, dịch vụ thoại cú xu hướng gõy ra hiện tượng hạn chế dung lượng đường lờn. Đối với số liệu, tỷ lệ hoạt động đường lờn/đường xuống là 1:10 được cho là thớch hợp. Kết hợp với cỏc tốc độ số liệu khụng đồng nhất dẫn tới sự khỏc nhau đỏng kể của tải cỏc tế bảo ở đường lờn. Dịch vụ dữ liệu núi chung cú chiều hướng gõy ra hiện tượng hệ thống bị hạn chế dung lượng đường xuống.
Như vậy, hệ thống bị giới hạn dung lượng đường lờn chỉ cần được mụ tả bởi một phương trỡnh tải đường lờn. Hệ thống bị giới hạn dung lượng đường xuống được mụ tả bởi phương trỡnh tải đường xuống kết hợp với quỹđường truyền cảđường lờn và
Luận văn thạc sĩ khoa học - Các ph−ơng pháp tối −u hóa hệ thống thông tin di động thế hệ mới đường xuống. Quỹđường truyền lờn được sử dụng để xỏc định vựng phủ của tế bào và từđú xỏc định giỏ trị tối đa cho quỹđường truyền đường xuống.
Bảng 2.5: So sỏnh tải cỏc tế bào ởđường lờn và đường xuống Tiếng Số liệu khụng đối xứng
Đường lờn Đường
xuống Đường lờn Đường xuống Số lượng người dựng 51 51 5 5
Tốc độ bit 12,2 kbit/s 12,2 kbit/s 64 kbit/s 144 kbit/s Eb/No yờu cầu 4,0 dB 6,5 dB 2,0 dB 5,0 dB
Độ lợi MDC 0,0 dB 1,2 dB 0,0 dB 1,2 dB
Tớch cực thoại 0,67 0,58 0,1 1,0 Nhiễu giữa cỏc tế bào 0,65 0,65 0,65 0,65 Mức tăng nhiễu giữa cỏc tế
bào 1 dB - 1 dB - Tổng phớ chuyển gia mềm - 0,40 - 0,40 Tớnh trực giao - 0,50 - 0,50 Tải tế bào 50% 63% 2% 72% 2.3.3. Nhận dạng đường truyền giới hạn
Cỏc tải đường lờn và đường xuống cho cỏc dịch vụ tiếng 12,2 kbit/s và số liệu 64/144 kbit/s được vớ dụ trong bảng 2.5 ở phần trước. Những tải trong bảng này chỉ ra rằng với một hệ thống đạt 50% tải thỡ tiếng sẽ bị hạn chộ dung lượng đường lờn và số liệu sẽ bị hạn chế dung lượng đường xuống [4]. Điều này được khẳng định thụng qua việc tớnh toỏn yờu cầu cụng suất phỏt của trạm gốc dựa trờn quỹ đường truyền đường xuống (bảng 2.6).
Để tớnh yờu cầu cụng suất phỏt của trạm gốc, ta giả thiết: cụng suất phỏt trạm gốc là 20W (43 dBm); khoảng 20% (4W ~ 36 dBm) cụng suất phỏt được dành cho cỏc kờnh điều khiển chung và hoa tiờu; chỉ số suy hao truyền lan tối đa cho phộp được lấy từ quỹ đường truyền đường lờn cú trong bảng 2.2. Chỳ ý rằng thụng sốứng với dịch vụ số liệu là 64 kbit/s sẽ được dựng trong cả hai trường hợp (154,4 dBm). Trong trường hợp dịch vụ thoại, giả thiết rằng cú số người dựng đủ lớn để đảm bảo sự phõn chia đồng đều người dựng giữa cỏc tế bào. Cỏc tớnh toỏn tiếp sau đõy sẽ dựa trờn suy hao truyền lan cho phộp trung bỡnh (giỏ trị này nhỏ hơn khoảng 6 dB so với
Luận văn thạc sĩ khoa học - Các ph−ơng pháp tối −u hóa hệ thống thông tin di động thế hệ mới ở biờn của tế bào). Trong trường hợp số liệu, tất cả người dựng được giả thiết ở vị trớ biờn tế bào và sử dụng suy hao truyền lan cho phộp trong trường hợp xấu nhất. Việc tăng tạp õm sẽ tương ứng số lượng người dựng và tải của tế bào ở đường xuống nhưđược trỡnh bày trong bảng 2.5.
Kết quả là: một tế bào tải tới 51 người dựng tiếng sẽ yờu cầu một cụng suất phỏt trạm gốc là 41,4 dBm. Điều này khẳng định rằng trường hợp này là giới hạn dung lượng đường lờn vỡ: khi thờm một người dựng tiếng khỏc vào sẽ làm cho tải đường lờn vượt 50% nhưng tại đường xuống lại khụng sử dụng hết 43 dBm cụng suất phỏt của trạm gốc.
Tương tự, với dịch vụ số liệu 64/144 dẫn tới trường hợp giới hạn dung lượng đường xuống, vỡ 04 người dựng số liệu tạo ra tải đường lờn chỉ vào khoảng 2% nhưng lại yờu cầu cụng suất phỏt trạm gốc là 42,2 dBm để đạt tải tối đa ở đường xuống. Khi thờm người dựng sẽ cần thờm cụng suất phỏt lớn hơn 43 dBm, dẫn đến vượt quỏ cụng suất phỏt của trạm gốc.
Bảng 2.6: Quỹđường truyền đường xuống được sử dụng để tớnh toỏn yờu cầu cụng suất phỏt trạm gốc
Tiếng Số liệu khụng đối xứng Số người dựng 51 5
Tổng chi phớ chuyển giao mềm 0,40 0,40 Cụng suất kờnh chung và hoa tiờu 36 dBm 36 dBm
Suy hao truyền lan cho phộp 154,4 dBm 154,4 dBm Sửa lỗi suy hao truyền lan cho phộp 6 dB 0 dB Yờu cầu Eb/No đường xuống 6,5 dB 5,0 dB
Độ lợi MDC 1,2 dB 1,2 dB
Độ tăng tạp õm 4,3 dB 5,6 dB (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Độ lợi anten BTS 18,5 dB 18,5 dB
Suy hao cỏp BTS 2 dB 2 dB
Độ lợi anten MS 0 dBi 0 dBi
Suy hao thiết bị MS 3 dB 0 dB Cụng suất phỏt yờu cầu/ TCH 19,4 dBm 32,9 dBm Tổng cụng suất phỏt yờu cầu 41,4 dBm 42,4 dBm
Luận văn thạc sĩ khoa học - Các ph−ơng pháp tối −u hóa hệ thống thông tin di động thế hệ mới
2.4. Vai trũ của tải tế bảo ở đường lờn và cụng suất phỏt trạm gốc trong việc cải thiện dung lượng và vựng phủ việc cải thiện dung lượng và vựng phủ
Tải tế bảo ởđường lờn và cụng suất phỏt trạm gốc là cơ sở tại ra cỏc thụng số giới hạn cho hệ thống giới hạn dung lượng đường lờn và đường xuống. Mức thớch hợp của tải tế bảo ở đường lờn cần được tớnh toỏn ngay khi bắt đầu thiết kế mạng vụ tuyến. Mức tải được chọn phải đủ để hỗ trợ cả giai đoạn phỏt triển ban đầu và lưu lượng sẽ gia tăng trong giai đoạn trung đến dài hạn sau này. Khi mạng đó được triển khai, sẽ tương đối khú khi tăng giới hạn của tế bảo mà khụng phải chốn thờm cỏc trạm bổ xung để duy trỡ vựng phủ dịch vụ.
Yờu cầu cụng suất phỏt trạm gốc cũng cần phải được tớnh toỏn trong quỏ trỡnh lập kế hoạch mạng vụ tuyến. Tuy nhiờn, sẽ tương đối dễ dàng để nõng cụng suất phỏt trạm gốc mà khụng cần thay đổi cấu hỡnh mạng vụ tuyến. Trong trường hợp này, cầu hỡnh ban đầu cú thể chỉ dựa trờn lưu lượng tớnh toỏn trong một giai đoạn ngắn. Điều này cho phộp nhà khai thỏc tạm thời trỡ hoón cỏc khoản chi dựng cho phần cứng trạm gốc cũng như cần phải được tớnh toỏn, cõn nhắc dựa trờn chi phớ cho việc nõng cấp trạm tiếp theo.
2.4.1. Tỏc động của tải tế bào ởđường lờn
Mức cho phộp lớn nhất của tải tế bào ởđường lờn xỏc định giới hạn nhiễu khi tớnh toỏn quỹđường truyền. Tải tế bào càng lớn, số lượng cỏc trạm cũng như dung lượng tiềm năng cho mỗi trạm càng lớn.
Trong trường hợp hệ thống giới hạn dung lượng đường lờn, dung lượng cho mỗi trạm tỷ lệ trực tiếp với mức cho phộp lớn nhất của tải tế bào ởđường lờn. Với mỗi người dựng thiết lập một kết nối và cú một Eb/N0 yờu cầu và chỉ số tớch cực hoạt động giống nhau sẽ làm tăng tải tế bào cựng một lượng giống nhau. Tăng gấp đụi giỏ trị tải tế bào sẽ cho kết quả là tăng gấp đụi dung lượng tế bào trong hệ thống hạn chế dung lượng đường lờn. Sự ảnh hưởng của kớch thước tế bào phụ thuộc vào cỏc mức tải tế bảo tuyệt đối. Quan hệ giữa tải tế bào và suy hao truyền lan cho phộp lớn nhất tuõn theo luật số mũ. Biểu thức sau đõy mụ tả quan hệ giữa tải tế bào và giỏ trị gia tăng của mức nhiễu nền [3].
Luận văn thạc sĩ khoa học - Các ph−ơng pháp tối −u hóa hệ thống thông tin di động thế hệ mới L = 10.log10(1-η) (2.1)
Trong đú: η là tải của tế bào, L là mức gia tăng nhiễu nền tớnh theo đơn vị dB. Như vậy khi tải tế bào đạt tới 100%, mức nhiễu nền mỏy thu tăng lờn khụng giới hạn. Trạng thỏi này khụng bao giờ xảy ra trong thực tế bởi vỡ với một số lượng mỏy di động đầu cuối xỏc định luụn cú một khả năng cụng suất phỏt giới hạn. Giỏ trị nhỏ nhất được khuyến nghị cho tải tế bào ở đường lờn khi tớnh toỏn thiết kế mạng là 30% trong khi giỏ trị lớn nhất là 70%. Với 30% tải tế bào ởđường lờn dẫn tới phạm vi nhiễu là 1,5 dB (10log0,7) trong khi với 70% tải của tế thỡ phạm vi nhiễu là 5,2 dB (10log0,3). Giả thiết độ dốc suy hao đường truyền của mụi trường truyền súng là 3,5 dB, thỡ mức tải 70% sẽ tương ứng với số trạm nhiều hơn 62% (~ 1,61 lần) so với khi mạng được tớnh toỏn với mức tải là 30%. Hơn nữa, nếu dung lượng hệ thống bị hạn chế đường lờn thỡ dung lượng cho mỗi tế bào sẽ tăng lờn theo hệ số là 2,3. Với một mạng dựa trờn cỏc trạm 3 Sector, mức tải 70% cho phộp dung lượng hệ thống lớn hơn 3,7 (2,3 x 1,61) lần so với khi mạng được tớnh toỏn với mức tải 30%.
Khi dung lượng hệ thống bị hạn chế đường xuống, việc lập kế hoạch mạng để tăng tải tế bào ở đường lờn sẽ dẫn đến tăng dung lượng cho một ụ. Đú là do suy hao truyền lan cho phộp tối đa nhỏ hơn và trạm gốc cú yờu cầu cụng suất phỏt trung bỡnh cho một người dựng thấp hơn.
Bảng 2.7 túm tắt tỏc động của việc tăng mức tải tế bào cho hệ thống bị giới hạn dung lượng đường lờn và đường xuống.
Vớ dụ: Nếu một tế bào được cấu hỡnh với khuếch đại cụng suất là 43 dBm cú suy hao truyền lan cho phộp là 160 dBm khi đạt tới 30% tải, dung lượng sẽ tăng từ 37 lờn 52 người dựng tiếng nếu tải tế bào tăng tới 70%. Sự gia tăng tương đối của dung lượng phụ thuộc vào giỏ trị tuyệt đối của suy hao truyền lan cho phộp. Nếu chỉ số suy hao đường truyền ban đầu là 150 dBm, sự gia tăng sẽ ớt hơn nhiều.
Luận văn thạc sĩ khoa học - Các ph−ơng pháp tối −u hóa hệ thống thông tin di động thế hệ mới
Bảng 2.7: Tỏc động của việc tăng mức tải tế bào ởđường lờn Dung lượng đường lờn bị hạn
chế Dung lượng hạn chế đường xuống bị Dung lượng hệ
thống Số lượng trạm tăng dẫn tới dung lượng tăng Số lượng trạm tăng dẫn tới dung lượng tăng Dung lượng một ụ Tải tế bào tăng dẫn tới dung
lượng tăng theo tỷ lệ
Dung lượng tăng là do yờu cầu cụng suất phỏt trạm gốc trung bỡnh thấp hơn
2.4.2. Tỏc động của cụng suất trạm gốc
Một số cấu hỡnh cụng suất phỏt trạm gốc WCDMA [4], [5] điển hỡnh được trỡnh bày trong bảng 2.8. Cụng suất phỏt được cấp cho một tế bào WCDMA được chia sẻ cho tất cả những người dựng đang hoạt động thuộc về tế bào đú, gồm cả những người được kết nối bởi chuyển giao mềm. Nếu yờu cầu cụng suất phỏt trung bỡnh thấp hơn thỡ dung lượng tế bào cao hơn. Thụng thường, khoảng 20% cụng suất của tế bào được dành cho cỏc kờnh điều khiển chung và kờnh hoa tiờu. Phần 80% cụng suất cũn lại được dành cho dung lượng kờnh lưu lượng.
Bảng 2.8: Một số cấu hỡnh cụng suất phỏt trạm gốc điển hỡnh
Cụng suất phỏt trạm gốc cho một tế bào một súng mang
Ứng dụng
37 dBm (5W) Cung cấp dung lượng thấp cho trường hợp mục tiờu chớnh là cung cấp vựng phủ
40dBm (10W) Cung cấp dung lượng trung bỡnh cho một súng mang. Với 02 súng man (mỗi súng mang cấu hỡnh 10W) sẽ cung cấp dung lượng lớn hơn trường hợp một súng mang cấu hỡnh 20W 43 dBm (20W) Cung cấp dung lượng cao cho một súng mang
46 dBm (40W) Cung cấp dung lượng tăng thờm cho mỗi súng mang khi giỏ trị suy hao truyền lan cho phộp lớn nhất tương đối cao (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tựy theo mỗi cấu hỡnh cụng suất phỏt trạm gốc, dung lượng đưa ra là hàm của lưu lượng và suy hao truyền lan cho phộp tối đa. Suy hao truyền lan càng lớn, yờu cầu cụng suất phỏt trung bỡnh cảng lớn dẫn đến dung lượng tế bào càng nhỏ. Trong phần
Luận văn thạc sĩ khoa học - Các ph−ơng pháp tối −u hóa hệ thống thông tin di động thế hệ mới này sẽ xem xột trường hợp số lượng người dựng tiếng được phõn chia một cỏch đồng đều thống nhất trong một tế bào.
Trở lại với quỹđường truyền trong bảng 2.2, một tế bào được thiết kế cho tốc độ dữ liệu là 384 kbit/s sẽ cú suy hao truyền lan cho phộp tối đa là 149,6 dBm. Trường hợp này tương ứng với dung lượng 68 người dựng tiếng với cụng suất phỏt 20W (43 dBm). Tăng gấp đụi cụng suất tới 40W (46 dBm) dẫn tới tăng dung lượng 7%. Trong trường hợp này, kớch thước tế bào tương đối nhỏ cho nờn mức tải đường xuống sẽ tăng cao trước khi tế bào vượt quỏ cụng suất phỏt. Kết quả của tải tế bào ở đường xuống cao là mỗi khi tăng thờm người dựng sẽ tạo ra sự gia tăng tương đối