Như chỳng ta đó biết, dải tần số dựng cho GSM là 890 ữ 960 MHz gồm 124 tần số súng mang theo mỗi hướng, tương ứng với 124*8 = 992 kờnh. Do Việt Nam đang sử dụng hai mạng di động, cựng đồng thời hoạt động (nờn mỗi mạng chỉ được sử dụng 124/2 = 62 tần số súng mang tương ứng với 496 kờnh). Nờn việc sử dụng lại tần số là điều tất yếu. Khi sử dụng lại tần số thỡ vấn đề nhiễu đồng kờnh xuất hiện. Do đú cần cú sự hoạch định tần số tốt để tối thiểu hoỏ ảnh hưởng của nhiễu tới chất lượng của hệ thống.
Trong chương trước ta đẫ núi đến cỏc mẫu tỏi sử dụng lại tần số thường dựng phổ biến nhất là: 7/21, 4/12, 3/9. Ta xột mối quan hệ giữa cự ly đồng kờnh (D) và bỏn kớnh ụ (R) theo cụng thức sau:
N R
D= 3* (N: số nhúm tần số) Với cỏc trường hợp cụ thể ta cú:
- Mẫu 7/21: cỏc tần số qui định được chia thành 21 nhúm và đặt tại 7 vị trớ đài trạm (7 BTS). Cú khoảng cỏch tỏi sử dụng lại tần số là:
R R
D
D= 1 = 3*21≈7.9*
- Mẫu 4/12: cỏc tần số qui định được chia thành 12 nhúm và đặt tại 4 vị trớ đài trạm. Khi đú khoảng cỏch tỏi sử dụng lại tần số là:
R R
D
D= 2 = 3*12 =6*
- Mẫu 3/9: cỏc tần số qui định được chia thành 9 nhúm và đặt tại 3 vị trớ đài trạm. Nờn khoảng cỏch tỏi sử dụng lại tần số là:
R R
D
D= 3 = 3*9 ≈5.2*
Rừ ràng khi số nhúm tần số N càng nhỏ thỡ nguy cơ nhiễu sẽ càng cao. Để xỏc định vị trớ của cỏc cell đồng kờnh ta sử dụng cụng thức:
2 2 i.j j i
N = + + (Với i, j là cỏc số nguyờn, dương)
Theo cụng thức này: nếu di chuyển từ cell thứ nhất đi i cell theo một hướng nhất định, sau đú quay đi 60 độ và di chuyển đi j cell theo hướng mới này. Hai cell đầu và cuối của quỏ trỡnh di chuyển này sẽ là hai cell đồng kờnh. Với mỗi nhúm tần số đó qui định, ta sẽ xỏc định được một cặp i và j tương ứng. Vớ dụ: 9 . 2 2 + + = =i i j j N ⇒ i = 0 & j = 3 4.2. Cụng suất thu phỏt
Nhờ chức năng điều khiển cụng suất phỏt mà 1 MS cú thể đảm bảo giuy trỡ hoạt động trong một thời gian dài với nguồn năng lượng nhỏ bộ. Mỗi MS cú thể cụng suất lớn nhất là 12 W. Nhưng thụng thường một MS cầm tay cú cụng suất 2 W. Do đú khi thiết kế phải tớnh toỏn xem BTS cú thể thu được tỡn hiệu phỏt của MS ở xa nhất trong vựng phục vụ của Cell hay khụng. Cụng suất phỏt của BTS cũng phải được tớnh toỏn đến mặc dự BTS - MS coi như là hai bờn thu phỏt tương đương, nhưng khả năng thu tớn hiệu ở BTS và MS là khỏc nhau. Cỏc yếu tố đú là:
- Anten: Anten phỏt và thu của BTS và MS hoàn toàn khỏc nhau ở BTS cú thể dựng cỏc Anten như:
+ Anten đẳng hướng (Ominiderectional Antena) : Trường súng bức xạ của Anten ra moi hướng là như nhau
+ Anten định hướng ((Un) - Directional Antena) : loại Anten cho phộp thu hoặc phỏt theo một hướng nhất định. Chỳng thường được sử dụng trong cỏc ụ Sectouze. Cụng suất phỏt tập trung vào một hướng do đú nú cú phần phản xạ hoặc phối hợp giữa phản xạ và định hướng.
Cú hai loại Anten đinh hướng như sau:
+ Anten đa hướng: Đõy là hệ thống Anten mà mỗi Anten thực hiện một mẫu bức xạ phối hợp. Loại đơn giản nhất là Anten 2 hướng được phỏt di theo 2 hướng ngược nhau. Loại này cú khả năng phủ súng theo dải tần như trục giao thụng mà cú lưu lượng nhỏ.
- Độ khuếch đại Anten phõn tập Anten: Phõn tập Anten là sử dụng 2 Anten thu độc lập đặt ở vị trớ gúc thu khỏc nhau để phối hợp, chon lựa sự đa dạng của cỏc mức tớn hiệu thu được gõy bởi truyền lan đa đường dẫn. Phõn tập Anten cải thiện chất lượng tớn hiệu trong vựng cú mụi trường truyền súng phức tạp. Khả năng cú thể tăng tớn hiệu thu từ 3 ữ 6 dB nhờ sử dụng Anten phõn tập.
- Độ nhạy cảm của phần thu: Độ nhạy cảm là mức tớn hiệu thu thấp nhất mà Anten cú thể thu tốt tớn hiệu. Thụng thường ở BTS độ nhạy cảm thu tớn hiệu là 104 dB và ở mức MS thường là 102 dBm
PdBm = 10* log Pw/103
Tuy nhiờn nhờ khả năng thu của Anten và phõn tập Angten nờn cụng suất bức xạ ở ngoài Anten cú thể nhỏ hơn. Cụng thức cõn bằng:
1200 3 sector 60 0 6 sector A : 1200 sector Angtena B : 60 0 sector Angtena
Gphõn tập[dB] + PBức xạ[dB] = Pmỏy thu[dBm] + Lsuy hao cỏp feeder[dB]
Để thu tớn hiệu lờn Anten phảt cần sử dụng một hệ thống phối hợp Anten (coupling) phỏt. Hệ thống này cú thể phối hợp 6 súng mang từ cỏc thiết bị thu phỏt TRx cho phỏt trờn 1 Anten. Khi qua cỏc thiết bị trờn cụng suất của tớn hiệu sẽ bị giảm từ 3 ữ 9 dB tuỳ thuộc vào số Combiner mà nú phải đi qua. Nhờ tớnh toỏn đến cụng suất phỏt tớn hiệu ở BTS được chia thành cỏc lớp, cỏc lớp thu phỏt ở TRx được định nghĩa theo mức tớn hiệu lớn nhất mà cú thể điều chỉnh: Lớp cụng suất Cụng suất lớn nhất (W) 1 230 2 160 3 80 4 40 5 20 6 20 7 5 8 2,5
Căn cứ vào mức cụng suất phỏt lớn nhất để điều chỉnh cụng suất phỏt cho từng BTS:
Trong hệ thống thụng tin di động tồn tại hai hệ thụng truyền súng đú là: + Uplink từ MS đến mạng thong qua BTS;
+ Downlink từ mạng đến MS thụng qua BTS.
Trong thụng tin di động, việc sử dụng anten thớch hợp sẽ cú vai trũ rất quan trọng, quyết định tới chất lượng hệ thống. Sau đõy chỳng ta xột cỏc yếu tố về kiểu loại, độ cao và gúc nghiờng của anten.
4.3.1. Kiểu loại anten
Trong thụng tin di động người ta thường dựng hai loại anten chớnh là: - Anten vụ hướng (omni anten)
- Anten cú hướng (sector anten)
Ta cú thể lấy một vớ dụ để chứng minh cho thấy việc sử dụng sector anten cú hiệu quả chống nhiễu cao hơn omni anten:
Dựng omni anten (hỡnh 4.1)
Ta đó biết vấn đề nhiễu giao thoa đồng kờnh thường liờn quan đến việc sử dụng lại tần số và một trong những dạng của loại nhiễu này là từ cỏc thuờ bao đang hoạt động ở những vị trớ cao (cỏc quả đồi, trờn cỏc toà nhà cao tầng...) gõy nhiễu tới cỏc cell cú cựng tần số làm việc.
Hỡnh 4.1. Omni antenna
Ta giả thiết hai cell E1 và E2 sử dụng chung một tần số và E1 cú địa thế cao hơn so với E2. Một thuờ bao MS đang di chuyển từ E1 tới E2. Khi thuờ bao di chuyển càng gần E2, khả năng gõy nhiễu của E2 càng lớn.
Dựng sector anten (hỡnh 4.2):
Bõy giờ ta cũng vẫn dựng E1 và E2. Nhưng đó được sector hoỏ thành: EA1, EB1, EC và EA2, EB2, EC2.
Hỡnh 4.2. Omni antenna đó sector hoỏ
MS xuất phỏt từ EA1 (cú khoảng cỏch lớn nhất tới E2). Khi MS vượt qua vị trớ trạm EA1, nú được chuyển giao tới EB1 và khoảng cỏch từ MS tới E2 càng gần. Nhưng như địa hỡnh như ta thấy, cỏc nhiễu nú tạo ra đều nằm phớa sau anten của EB2 (cú tỉ số năng lượng hướng trước trờn hướng sau = 6
ữ 15 dB). Điều này cú nghĩa là khả năng chống nhiễu của hệ thống đó tăng từ 6 ữ 15 dB. Tương tự như vậy khi MS đi tới EA2 nú chỉ tạo nhiễu cho EA1 từ phớa sau của anten.
Túm lại dựng sector anten cũng là một biện phỏp làm tăng tỉ số C/I của hệ thống.
4.3.2. Độ tăng ớch anten
Độ tăng ớch của một anten là tỷ số, thường tớnh bằng dB, giữa cụng suất cần thiết tại đầu vào của một anten chuẩn khụng suy hao với cụng suất cung cấp ở đầu vào của anten đú sao cho ở một hướng cho trước tạo ra cường độ trường hay mật độ thụng lượng cụng suất như nhau tại cựng một cự ly. Nếu khụng cú ghi chỳ gỡ thờm, thỡ độ tăng ớch anten được tớnh đối với hướng phỏt xạ lớn nhất.
Tựy thuộc vào sự lựa chọn vào anten chuẩn, cú cỏc loại tăng ớch anten sau:
- Tăng ớch tuyệt đối hay tăng ớch đẳng hướng (Gi) khi anten chuẩn là một anten đẳng hướng biệt lập trong khụng gian.
- Độ tăng ớch ứng với một dipol nửa bước súng (Gd) khi anten chuẩn là một dipol nửa bước súng biệt lập trong khụng gian và mặt phẳng vuụng gúc của nú chứa hướng phỏt xạ.
- Độ tăng ớch ứng với một anten thẳng đứng ngắn (Gv) khi anten chuẩn là một dõy dẫn thẳng ngắn hơn nhiều so với một phần tư bước súng, vuụng gúc với mặt phẳng dẫn điện lý tưởng chứa hướng phỏt xạ.
4.3.3. Cụng suất bức xạ đẳng hướng tương đương - EIRP
Cụng suất bức xạ đẳng hướng tương đương – EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power) là tớch số của cụng suất sinh ra để cung cấp cho một anten với tăng ớch của anten đú ở hướng nhất định ứng với anten đẳng hướng (độ tăng ớch đẳng hướng hay tăng ớch tuyệt đối)
EIRP được xỏc định bởi cụng thức:
PEIRP (W) = Pt (W)* 10(G - L)/10; Hay G L dB P dB PEIRP ( )= t ( )− + ; trong đú
PEIRP (dBm): cụng suất bức xạ đẳng hướng tương đương;
Pt (dBm): tổng cụng suất của cỏc mỏy phỏt;
L (dB): tổng suy hao từ cỏc mỏy phỏt đến anten (vớ dụ do combiner, feeder…);
G (dBi): độ tăng ớch cực đại của anten tương ứng với anten đẳng hướng.
Khi anten đặt thẳng đứng, hướng bỳp súng chớnh sẽ nằm trờn một đường thẳng nằm ngang (hỡnh 4.3).
Hỡnh 4.3. Anten vụ hướng cú gúc nghiờng bằng 0 độ
Ở những khu vực thị trấn nhỏ hay nụng thụn, lưu lượng của hệ thống thấp nờn việc tỏi sử dụng tần số là khụng cần thiết. Do vậy, ta nờn sử dụng cỏc vị trớ cao hay đặt anten cao để tối đa hoỏ vựng phủ súng.
Tuy nhiờn ở những khu vực đụ thị lớn, lưu lượng hệ thống cao, kớch thước cell hẹp thỡ cú lẽ thớch hợp nhất là giảm độ cao anten. Tuy nhiờn, nếu đặt quỏ thấp, cỏc vật cản (nhà cao tầng...) sẽ cú ảnh hưởng lớn tới chất lượng hệ thống. Do vậy, hiện nay độ cao anten ở cỏc đụ thị thường là 30 ữ 50 m. Để giải quyết phạm vi vựng phủ súng hẹp, một kỹ thuật được đưa ra là “ làm nghiờng hướng bỳp súng chớnh của anten ” (down tilt). Để làm rừ hiệu quả của việc làm nghiờng hướng bỳp súng chớnh của anten đối với chất lượng hệ thống ta lấy một vớ dụ minh hoạ sau.
Chỳng ta đó biết cụng suất bức xạ của anten càng giảm khi càng rời xa bỳp súng chớnh. Đồ thị thực nghiệm sau đõy (được xõy dựng từ đặc tớnh bức xạ của anten trong mặt phẳng đứng) chỉ rừ mối quan hệ đú (hỡnh 4.4);
trong đú
- Trục X biễu diễn gúc giữa hướng ta đang xột với hướng bức xạ chớnh trờn mặt phẳng đứng (Vertical Angle Degrees);
- Trục Y biễu diễn sự suy hao của cường độ trường (Gain Reduction -dB).
Suy hao cường độ trường
Hỡnh 4.4. Đồ thị quan hệ giửa gúc ngẩng và độ tăng ớch
Đồ thị này sử dụng cho ba loại anten khỏc nhau (độ rộng bỳp súng trong mặt phẳng đứng 70, 140, 280).
Giả thiết ta cú 3 cell A, B và C cựng sử dụng một tần số, bỏn kớnh cỏc cell là 500 m và khoảng cỏch giữa cỏc cell là 4 km. Độ cao anten h = 30 m, độ rộng bỳp súng là 70. Sử dụng đồ thị thực nghiệm ta cú:
Suy hao cường độ tớn hiệu do nhiễu của tớn hiệu cell B tại cell C :
α = arctg(h/d) = arctg(30/5000) = 0.340 nờn G = 0.2 dB Suy hao cường độ tớn hiệu tại biờn của cell B
β = arctg(30/500) = 3.440 nờn G = 4 dB
Để cải thiện C/I tại cell C một lượng 6 dB, ta nghiờng gúc của anten cell B đi một gúc dt = 4.840. Lỳc này:
β’ = dt - β = 4.84 - 3.44 = 1.40 nờn G = 0.5 dB
Như vậy, ta thấy rằng việc làm nghiờng gúc của anten cell B trong trường hợp này đó cải thiện được chất lượng phủ súng cả ở cell B và cell C, vừa làm tăng chất lượng thu ở cell B đồng thời làm giảm nhiễu tới cell C.
Qua vớ dụ trờn ta thấy việc làm nghiờng gúc của anten cú thể dựng để giải quyết vấn đề phủ súng. Tuy nhiờn, khụng nờn ỏp dụng nếu thiếu sự phõn tớch kỹ càng nhiều trường hợp cú thể xảy ra trong vựng phủ súng.
4.3.5. Lựa chọn vị trớ đặt trạm
Địa hỡnh cũng là một yếu tố quan trọng trong truyền súng vụ tuyến, ảnh hưởng lớn đến chất lượng hệ thống. Điều quan trọng chớnh là năng lượng do cỏc vật cản gõy ra cú thể gõy ra cỏc vấn đề nhiễu hay phõn tỏn thời gian trầm trọng đẫn đến hiện tượng rơi cuộc gọi do chất lượng khụng đảm bảo.
- Vấn đề nhiễu:
Đối với cỏc thị trấn nhỏ hay vựng nụng thụn cú lưu lượng thấp thỡ độ cao là tiờu chuẩn đầu tiờn khi lựa chọn trạm đặt. Nhưng ở cỏc thành phố lớn vấn đề sử dụng lại tần số được đặt nờn vị trớ hàng đầu thỡ vị trớ thụng thoỏng lại là tốt hơn cả. Khoảng cỏch từ anten tới cỏc vật cản đầu tiờn tối thiểu là 500 m. Nếu vị trớ cỏc vật chắn đặt quỏ gần anten, năng lượng phản xạ về sẽ làm giảm tỉ số năng lượng hướng trước trờn hướng sau của anten và dẫn đến làm giảm khả năng chống nhiễu của hệ thống. Đồng thời việc lựa chọn này cũng cú một điểm lợi là cỏc vật cản này sẽ tạo nờn một hàng rào chắn tự nhiờn, cú lợi cho việc sử dụng lại tần số ở phớa sau chỳng.
4.4. Cỏc chỉ tiờu chất lượng hệ thống
4.4.1. Khỏi niệm về chất lượng dịch vụ QOS
QOS (Quality of Service) cú thể xem như là những chỉ tiờu đỏnh giỏ mạng lưới mà bất cứ một hệ thống thụng tin di động nào đều phải cú. Chỉ tiờu chất lượng mạng lưới ở đõy phải là những tiờu chớ thực sự “chất lượng” chẳng
hạn như tiếng núi trong trẻo, ớt rớt cuộc gọi và khụng bị nghẽn mạch. Để đỏnh giỏ được chất lượng mạng chỳng ta phải xỏc định những đại lượng đặc trưng (key indicators), qua đú cho phộp những cỏi nhỡn chớnh xỏc về sự hoạt động của mạng lưới cũng như chất lượng của mạng.
4.4.2. Cỏc đại lượng đặc trưng
4.4.2.1. Tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành cụng CSSR (Call Setup Successful Rate)
Cú thể định nghĩa CSSR như là tỉ lệ mà người sử dụng (thuờ bao) thành cụng trong việc bắt đầu thực hiện cuộc gọi xột trờn cả hai chiều gọi đi và gọi đến (lưu ý là những cuộc gọi đó được nối nhưng bị rớt trong trường hợp này vẫn được coi là thành cụng). Thành cụng ở đõy ta cú thể tạm coi là khi người sử dụng quay số và bấm “YES”, cuộc gọi chắc chắn được nối (trường hợp gọi đi). Trong trường hợp gọi đến, sự khụng thành cụng cú thể hiểu đơn giản là một ai đú đó thực sự gọi đến thuờ bao nhưng thuờ bao vẫn khụng nhận được một tớn hiệu bỏo gọi nào mặc dự anh ta vẫn bật mỏy và nằm ở trong vựng phủ súng. CSSR cú thể được tớnh như sau:
CSSR = Tổng số lần thực hiện (nhận) thành cụng cuộc gọi / Tổng số lần thực hiện (nhận) cuộc gọi
Theo khuyến nghị Alcatel về chỉ tiờu chất lượng hệ thống thỡ tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành cụng CSSR cần đạt là ≥ 92%.
4.4.2.2. Tỷ lệ rớt cuộc gọi trung bỡnh (Average Drop Call Rate - AVDR)
AVDR là tỉ lệ số cuộc gọi bị rớt mạch trờn tổng số cuộc gọi thành cụng. AVDR cú thể được tớnh như sau:
AVDR = Tổng số lần rớt mạch / Tổng số lần chiếm mạch TCH thành cụng ngoại trừ trường hợp Handover
(AVDR = Total drops/ Total TCH seizures excluding TCH seizures due to HO)
Đại lượng này nờn sử dụng để đỏnh giỏ chất lượng toàn mạng, chứ khụng nờn ỏp dụng cho từng cell riờng lẻ vỡ rằng mỗi cell khụng chỉ mang