3.2.2.1. Hiệu năng GPRS và EDGE
Trong thiết kế của mạng GSM cho thoại người ta hay dùng các khái niệm giới hạn cell, vùng cell và như thế thì dẫn đến khái niệm vùng phủ. Như thế trong mạng GSM thì khái niệm vùng phủ hay giới hạn cell, vùng cell được định nghĩa để chỉ ra nơi mà dịch vụ của MS được phục vụ.
85
Công cụ chủ yế để tính toán vùng dịch vụ là link budget. Dựa vào các tham số của thiết bị như công suất phát, độ nhạy thu, mất mát và độ tăng ích, suy hao đường truyền và áp dụng các mô hình như Hata-Okumura, COST 231 thì chúng ta có thể tính được giới hạn cell. Thực tế là trong các dịch vụ thoại truyền thống, nhiễu là vấn đề đáng được quan tâm, để thiết lập được link budget phải thêm vào các mức nhiễu cố định là 3dB (1,5 đến 2 dB trong trường hợp sử dụng tần số hopping).
Trong trường hợp của mạng GPRS/ EDGE sẽ có sự khác biệt: Dịch vụ có thể được yêu cầu cung cấp tại bất kì nơi nào trong giới hạn cell, tuy nhiên do thích ứng liên kết thì thông lượng khác nhau từ trung tâm cho tới vùng biên của cell. Hình dưới đây mô tả sự khác nhau của thoại và gói dữ liệu:
Kết luận: Không có việc cố định giới hạn cell cho GPRS/ EDGE. Vùng phủ cell phụ thuộc trực tiếp vào yêu cầu thông lượng số liệu. Nếu thông lượng số liệu thấp, giới hạn cell có thể lớn hơn giới hạn cho thoại. Nếu yêu cầu thông lượng cao, giới hạn cell có thể nhỏ hơn thoại.
Việc đánh giá hiệu năng thông lượng số liệu trên PDCH phụ thuộc vào một số tham số:
86
+ C: Carrier – Mức tín hiệu MS thu được từ cell phục vụ.
+ I: Interference – Nhiễu đồng kênh và lân cận từ các cell lân cận. + N: Noise – Giả sử là tạp âm nhiệt và tạp âm được tạo ra bởi sự không lý tưởng của các MS và BTS.
- Việc sử dụng hopping tần số. - Thích ứng liên kết.
- Sử dụng Incrememtal Redundancy.
3.2.2.2 Kết quả mô phỏng
Các hình dưới đây chỉ ra các kết quả mô phỏng cho việc thông lượng số liệu phụ thuộc vào khoảng cách giữa MS và BTS trong EDGE. Các kết quả được biểu hiện với 4 kiểu tái sử dụng tần số khác nhau (1x3, 3x3, 4x3, 7x3) và một khoảng cách nội cell cố định.
Vùng Dense urban: Sử dụng GSM 900, 3 sector, không nhảy tần
Hình 3.1. Mô tả thông lượng số liệu vùng Dense urban
87
Hinh 3.2 Mô tả thông lượng số liệu vùng Rural.
Ta thấy, EDGE chỉ ra hiệu năng tốt cho các ứng dụng ở cả 2 vùng urban và rural. Ở đây ta lưu ý là đã sử dụng vài TS có thể kết hợp cho một người dùng.
Đối với vùng urban, giới hạn cell cho thoại trong vùng phủ indoor vào khoảng từ một đến 3 km, thực tế thì vùng phủ EDGE có thể được mở rộng hơn như thoại khi chấp nhận tỉ lệ bit thấp.
Chúng ta cũng nhìn thấy sự ảnh hưởng của nhiễu: phổ chúng ta sử dụng càng nhiều thì tỉ lệ bit trên cac TS đạt được càng nhỏ. Sự khác nhau của việc sử dụng tái tần số các mẫu 3x3 và 4x3 là rất nhỏ, trong khi mẫu 1x3 dẫn tới sự suy giảm nghiêm trọng. Việc sử dụng mẫu 7x3 dẫn tới việc tăng thông lượng trong vùng giới hạn cell. Trong trường hợp các tần số được giảm thiểu thì ảnh hưởng của phổ cũng giảm đi.
Một điều quan trọng cần được nhắc đến trong sơ đồ trên là chúng ta đang tính đến thông lượng như một hàm của khoảng cách từ BTS đến MS đối với một giới hạn cell cố định. Khi tới gần BTS thì C/ I và thông lượng số liệu tăng (mức thu từ BTS phục vụ tăng, khoảng cách với các cell lân cận tăng lên dẫn tới nhiễu giảm xuống). Khi ở xa BTS thì C/I nhỏ dẫn tới thông lượng giảm (mức thu giảm, nhiễu tăng).
88
Một mô hình thay thế có thể được xem xét khi xem thông lượng số liệu như là hàm của giới hạn cell (MS có thể luôn được ấn định tại biên của cell đối với nhiều loại giới hạn cell hoặc khoảng cách site). Như thế thì biểu đồ kết quả có thể khác. Khi C/I là không cố định với các loại giới hạn cell khác nhau (giảm giới hạn cell cải thiện được mức tín hiệu từ cell phục vụ nhưng đồng thời cũng tăng mức nhiễu từ các cell lân cận).
GPRS/EDGE sẽ cung cấp hiệu quả phổ tốt hơn rất nhiều (in kbps/MHz) khi so sánh với thoại. Lí do là vì việc thiết kế một mạng cho thoại được đảm bảo chất lượng tối thiểu cho cell. Nó dẫn tới kết quả là có một SINR (signal- to-noise-and-interference-ration) tốt trong hầu hết vùng phủ của cell. Một ví dụ được đưa ra như dưới đây:
Hình 3.3. Mô tả khả năng là một hàm của SINR.
Như thế, giá trị SINR khoảng 17 dB có khả năng cao nhất, trong khi 9 dB có thể gây ảnh hưởng tới thoại.
Điều này có thể được sử dụng trong GPRS và EDGE bằng việc chuyển nhiều thông tin bits per second khi có khả năng: Tổng dải thông sử dụng trên các cell đã được tối ưu hóa.
89
Một MS tại các biên của cell có thể được sử dụng dải thông lớn hơn: Các MS tại gần BTS có được thông lượng cao hơn trên 1 TS, thời gian chiếm giữ TS nhỏ hơn cho việc được cung cấp thông lượng số liệu hoặc hoàn thành việc truyền dữ liệu nhanh hơn. Các MS tại vùng biên có thể cải thiện việc thông lượng thấp trên 1 TS bằng việc kết hợp nhiều TS (với giả sử các MS có tính năng multi-slot).
Thông lượng của GPRS đạt tới điểm bão hòa (điểm mà tại đó việc cải thiện C/I không dẫn tới kết quả của việc tăng thông lượng số liệu) sớm hơn của EDGE, hiệu quả phổ của EDGE là tốt hơn. Nó được biểu diễn như hình dưới đây:
Hình 3.4. Thông lượng số liệu của GPRS và EDGE phụ thuộc vào C/I.
a) Ảnh hưởng của nhảy tần lên thông lượng số liệu.
Thông lượng số liệu trong GPSR và EDGE phụ thuộc lớn vào nhiễu trong vùng phủ cell. Trong lưu lượng thoại của chuyển mạch kênh, nhảy tần được sử dụng để cung cấp tính năng triệt tiêu ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh và kênh lân cận. Nhảy tần đặc biệt hiệu quả cho các thuê bao di chuyển chậm. Bây giờ ta xem xét đến hiệu quả của nhảy tần có đươc tích cực thế không trong GPRS và EDGE.
90
Một khối vô tuyến GPRS/EDGE bao gồm bốn cụm. Nếu nhảy tần tắt, đây là cơ hội tốt để cho việc cả bốn cụm dữ liệu là để tốt hoặc đều xấu (lỗi chứa). Nguyên nhân là do sự biến đổi chất lượng của kênh truyền châm trong trường hợp kênh không nhảy tần, trong khi nó thay đổi với tất cả các cụm dữ liệu trong trường hợp nhảy tần.
Ví dụ cho việc nhảy tần: Giả sử rằng chúng ta có 25% cụm dữ liệu bị lỗi trước khi giải mã hóa. Như thế, với việc nhảy tần thì có cơ hội là 25% của cụm tiếp theo sẽ bị lỗi (trước khi giải mã hóa – decoding). Cơ hội toàn bộ khối vô tuyến bị lỗi, khi có ít nhất một cụm bị lỗi, là 1.0-(1.0-0.25)4
= 68%. Trong trường hợp không nhảy tần thì cơ hội của cụm tiếp theo bị tách lỗi phụ thuộc vào cụm hiện tại ( bởi vì sự thay đổi chậm của chất lượng đường chuyền). Nếu cụn hiện tại không lỗi (trước khi giải mã hóa), có cơ hội lớn để cụm tiếp theo không bị lỗi bởi vì hầu hết kênh truyền tốt và nó sẽ ở trạng thái tốt cho khoảng thời gian nhất định đối với một tần số ổn định. Trong trường hợp ngược lại thì các cụm lỗi cũng được xác định như thế.
Đối với mô hình mã hóa không có khả năng sửa lỗi ( như CS-4, MSC-4 và MSC-9) khối dữ liệu có thể không được giải mà nếu ít nhất một cụm có lỗi. Trong trường hợp nhảy tần chúng ta có khả năng khối bị lỗi lên đến 68%, trong khi đó khi không nhảy tần thì khả năng bốn cụm dữ liệu không lỗi và khối dữ liệu vô tuyến được giải mã thành công là cao hơn.
Các khuyến nghị của việc sử dụng nhảy tần:
+ GPRS step 1 (CS-1 và CS-2): Khuyến nghị dùng nhảy tần.
+ GPRS step 2 (CS-1 tới CS-4), EDGE ( MSC-1 tới MSC-9) nhảy tần không được khuyến nghị (tuy nhiên, sự khác nhau về hiệu năng là không đáng kể). Nếu MSC-9 bị loại bỏ, nhảy tần có thể được sử dụng.
91
b) Ảnh hưởng của Thích ứng liên kết thực tế (Real Adaptation Link)
lên thông lượng số liệu
Mạng sẽ thích ứng với thông lượng số liệu động. Mục tiêu là tối ưu hóa việc lựa chọn hình thức mã hóa và điều chế cho điều kiện (condition) vô tuyến. Đối với GPRS, điều kiện vô tuyến được định nghĩa bởi mức thu (RXLEV) và chất lượng thu (RXQUAL). Đối với EDGE, khả năng bit lỗi (BEP) và chênh lệch chuẩn của BEP được sử dụng. Với đường xuống (downlink), nó được tính toán bởi MS và truyền tín hiệu trong bản tin báo hiệu tới BSS.
Hầu hết các kết quả mô phỏng được thực hiện đối với việc thích ứng liên kết lý tưởng, nghĩa là luôn luôn sử dụng phương thúc mã hóa và điều chế thích hợp. Thích ứng liên kết lí tưởng có thể làm cơ sở tuyệt hảo để dự đoán tình trạng kênh truyền trước khi một khối vô tuyến được truyền, nhưng không có khả năng trong thực tế.
Trong thực tế, các kết quả dưới đây chỉ ra giá trị tối ưu. Vì nguyên nhân chính của sự trễ giữa các tính toán RXLEV và RXQUAL và thực hiện thay dổi phương thức mà hóa và điều chế. Sự trễ đó đến từ việc tính các giá trị trung bình và ứng dụng thời gian trong giao thức. Hiệu năng thực tế phụ thuộc vào rất nhiều tham số bao gồm fading, độ dài gói dữ liệu, các tham số của BSS và giải thuật thích ứng liên kết.
Thông lượng số liệu bị mất mát trong điều kiện thực tế là vào khoảng từ 7% đến khoảng 20%.
92