Các hệ thống dải tần 3,5 GHz

- Trạm gốc (BS): quản lý các CPE trong vùng phủ sóng Trạm gốc (hay còn gọi là HUB vô tuyến) bao gồm nhiều điểm truy nhập, mỗi điểm

VÍ DỤ ÁP DỤNG BÀI TOÁN PHÂN TÍCH NHIỄU CHO FBWA C.1 Hệ thống PMP

C.1.1 Các hệ thống dải tần 3,5 GHz

Trong dải tần này chúng ta xét 2 hệ thống PMP, một dùng phương thức truy nhập TDMA và một dùng phương thức truy nhập FH-CDMA. Các thông số thực của hệ thống và các giới hạn của ETSI tương ứng của chúng được cho trong bảng C.1.1

Trên hình C.1.1 thể hiện mức cực đại các phổ phát RF của hai hệ thống, như là hàm của tần số cắt fo.(Đường đậm là của ETSI). Trong phân tích này chúng ta không xét các giới hạn bức xạ giả, được xác định trên 250 % khoảng cách kênh.

Hình C.1.2 mô tả các mẫu bức xạ anten TS theo mặt phẳng phương vị (Az) và đã được chuẩn hoá với độ khuyếch đại lớn nhất (bảng C.1.1), đối với hệ thống TDM dùng mẫu bức xạ anten thực tế, trong các trường hợp khác chúng ta lấy mẫu bức xạ từ EN 302 085

Khi đã có tất cả các thông số cần thiết của hệ thống, đầu tiên cần đánh giá NFD của hệ thống đó theo các băng tần bảo vệ (GB) khác nhau giữa 2 hệ thống. Trong trường hợp này chúng ta cần xét 3 trạng thái: các kênh kế cận (tần số sóng mang cách nhau 2,25 MHz); băng tần bảo vệ 1 MHz (tần số sóng mang cách nhau 3,25 MHz), đúng bằng với khoảng cách kênh trong hệ thống FHCD và băng tần bảo vệ 3,5 MHz (các tần số sóng mang cách nhau 5,75 MHz) bằng với khoảng cách kênh TDM.

Bảng C.1.2 cho ta giá trị NFD với cả phổ RF thực lẫn mặt nạ phổ ETSI, nhưng dùng xấp xỉ theo bộ lọc hàm cosin tương đương của bộ lọc thu (tốc độ ký tự và roll-off). Các giá trị trong bảng cần được hiểu như sau: Xét các gía trị cao ở góc trái (36,7 dB), đây là NFD của bộ lọc thu FHCD (bị hại) theo phổ phát RF thực tế của TDM (nguồn nhiễu) khi 2 kênh kế cận nhau (băng tần bảo vệ 0 MHz).

Nhìn chung, có thể thấy rằng các giá trị NFD của FHCD thấp so với TDM, do TDM có khoảng cách kênh lớn hơn FHCDM.

Vì hệ thống FH-CDMA dùng kỹ thuật song công TDD, nên có thể có sự bố trí kênh khác nhau, tương ứng với hệ thống FDD TDMA. Ở đây, trong mọi trường hợp đều phải xét nhiễu loại A3 (giữa các CRS). Loại nhiễu này quy định một khoảng cách nhỏ nhất bắt buộc giữa các CRS (xem công thức (16)) để có tỷ số C/I mong muốn tại CRS có ích. Các khoảng cách yêu cầu tính theo các giá trị NFD trong bảng C.1.2, được cho trong bảng C.1.3

Bảng C.1.1 Các thông số hệ thống

TDMA FH-CDMA

Thông số Thực tế EN 301021 Thực tế EN 301253

Phương thức truy nhập TDMA TDMA FH-CDMA FH-CDMA

Kỹ thuật song công FDD FDD TDD TDD

Khoảng cách kênh, GHz 3,5 3,5 1 1

Phổ cao tần RF H. C.1.1 H. C.1.1 H. C.1.1 H. C.1.1 Công suất phát CRS, dBm 28 <35 25 <35 Công suất phát TS, dBm 27 <35 25 <35

Điều khiển c/suất tuyến lên Có - có -

Đ.nhạy thu (BER=10-6),dBm -92 -83 -90 -90

D. phòng c/suất cho độ nhạy 10 - 10 -

Tốc độ truyền, Baud 2,5 - 0,75 -

Độ dốc bộ lọc (roll-off) 0,4 - 0,35 -

Tăng ích CRS (quạt 90 độ) 15 - 13 -

Tăng ích TS 15 - 14 -

Mẫu bức xạ anten TS H. C.1.2 H. C.1.2 H. C.1.2 H. C.1.2

Giới hạn C/I (giảm 1dB) 14 13 15 21

Bảng C.1.2 Các giá trị NFD (dB) NFD (dB) Nguồn phát/ bị hại ^{Phổ RF GB=0 MHz GB=1 MHz} GB=3,5 MHz TDM/FHCD Thực tế 36,7 41,2 61 TDM/FHCD ETSI 22 31,5 44,5 FHCD/TDM Thực tế 33 58 71 FHCD/TDM ETSI 29,9 41,5 45

Theo bảng C.1.3, để giảm khoảng cách tối thiểu giữa 2 CRS xuống các giá trị hợp lý (vài trăm mét) so với bán kính Ô (trung bình là 15 km), ít nhất, cần một băng tần bảo vệ bằng kênh lớn nhất (3,5 MHz). Cụ thể, với các giá trị NFD thực tế như trong bảng C.1.3, cần khoảng cách 2 trạm là 0,68 km (vùng tế bào xám trong bảng C.1.3), nếu kênh FHCD gần với kênh xuống TDM, trong khi đó, chỉ cần khoảng cách 0,17 km nếu kênh FHCD gần với kênh tải lên TDM (phụ thuộc vào cách sắp xếp kênh).

Bảng C.1.3 Khoảng cách cần thiết (km) giữa các CRS để loại nhiễu A3 Khoảng cách (km) Nguồn phát/ thụ động ^{Phổ RF GB=0 MHz GB=1 MHz GB=3,5 MHz} TDM/FHCD Thực tế 11,2 6,7 0,68 TDM/FHCD ETSI 60,7 20,3 4,5 FCDM/TDM Thực tế 13,6 0,76 0,17

FCDM/TDM ETSI 19,5 5,1 3,4

Hình C.1.1 Các phổ bức xạ RF

Nhưng nếu chúng ta xét đến các giá trị NFD từ mặt nạ phổ phát ETSI, thì các khoảng cách cần thiết này cỡ 3-4 km. Tức là yêu cầu có sự phối hợp rất cao giữa các nhà khai thác và trên thực tế rất khó thực hiện. Vì vậy, nhất thiết phải có một băng tần bảo vệ để giảm khoảng cách 2 trạm xuống vài trăm mét (hoặc thấp hơn).

Bây giờ, coi chúng ta đã có băng tần bảo vệ 3,5 GHz, để có khoảng cách nhỏ nhất cần thiết giữa các CRS và chúng ta dùng các giá trị của hệ thống thực để đánh giá ảnh hưởng của nhiễu A1 (nhiễu từ CRS sang TS) và A2 (nhiễu từ TS sang CRS) . Trước tiên ta xét tỷ số C/I cho trạng thái cụ thể là CRS đặt cùng chỗ. Tổ hợp các giá trị tính được (công thức (5) cho A1 và (11) cho A2) được cho trong bảng C.1.4, cho các điều kiện truyền lan như nhau trên các tuyến bị hại và gây nhiễu.

Hình C.1.2 Mẫu bức xạ anten theo mặt phẳng Az

Rõ ràng, phụ thuộc vào sự sắp xếp kênh, ta chỉ cần xét 2 trong 4 loại nhiễu của bảng C.1.4. Tuy nhiên, chúng ta có thể tính trạng thái nhiễu xấu nhất (từ TDM sang FHCDM, loại A1) và giả thiết suy giảm hơn 10 dB nữa do các điều kiện truyền lan khác nhau (chủ yếu fadinh tại tần số này). Vì, FHCD cần (C/I)min= 15 dB, nên ta có:

∆

[

]

Bảng C.1.4 Tỷ số C/I cho 2 CRS đặt cùng chỗ (lớp A1 và A2) sử dụng các thông số của hệ thống thực

Nguồn nhiễu/ bị hại Loại nhiễu C/I [dB]

TDM/FHCD A1 56

TDM/FHCD A2 65

FHCD/TDM A1 76

FHCD/TDM A2 67

Để khắc phục hiện tượng chồng Ô do 2 CRS cùng chỗ cần độ dự phòng hơn 30 dB . Nói cách khác, các loại nhiễu A1 và A2 trong trường hợp này không gây ra vùng chết quá lớn (%KO). Từ đây ta tính được % KO nhỏ hơn 0,5 %. Do đó, nếu dùng các thông số hệ thống thực, và trong trường hợp có băng tần bảo vệ (3,5 MHz) cần thiết, đảm bảo khoảng cách thích hợp giữa các CRS thì có thể bỏ qua các loại nhiễu trên, thậm trí có thể bỏ qua nhiễu A4 (giữa các TS), do có NFD cao và anten định hướng tốt (phân tập không gian) Bây giờ ta áp dụng trường hợp trên, nhưng cho các thông số từ các tiêu chuẩn ETSI. Trước tiên, ta đánh giá tỷ số C/I cho trường hợp 2 CRS cùng chỗ. Các giá trị này được cho trong bảng C.1.5, cho mọi tổ hợp và cho các điều kiện truyền sóng như nhau trên tuyến có ích và

tuyến gây nhiễu. Các giá trị NFD lấy từ các giới hạn của ETSI với điều kiện là công suất phát và tăng ích anten như nhau

Xét về ảnh hưởng của nhiễu, đây là trạng thái tốt nhất. Hơn nữa, quy ước rằng cả hai hệ thống dùng điều khiển năng lượng tuyến lên (tuy nhiên không được nêu trong chuẩn ETSI) để giảm công suất nhiễu.

Bảng C.1.5 là tỷ số C/I cho 2 CRS cùng chỗ(A1 va A2) tính theo các giới hạn của ETSI

Bảng C1.5 Tỷ số C/I cho CRS cùng chỗ (A1,A2) dùng các giới hạn ETSI Nguồn phát/ thụ động Loaị nhiễu C/I [dB]

TDM/FHCD A1 44,5

TDM/FHCD A2 37,5

FHCD/TDM A1 45

FHCD/TDM A2 52

Trong trường hợp này trạng thái nhiễu xấu nhất (từ TDM sang FHCD, loại A2) cho ta tỷ số C/I=37,5 dB, nhờ sự mất cân bằng độ nhạy các máy thu (-90 dBm đến -83 dBm). Giá trị này kết hợp với mức giảm 10 dB cho truyền lan tuyến lên và cần 21 dB theo các giới hạn ETSI, dẫn đến mức dự phòng:

∆

[

]

cho tỷ số C/I. Theo bảng 1.3.6 (tài liệu chính) giá trị này (6,5 dB) không đủ để khặc phục vấn đề các Ô chồng lên nhau trên tuyến như cho các trạng thái trước với các thông số thực tế (31 dB). Hình C.1.3 biểu thị vùng % KO (coi bán kính Ô bằng 15 km), như là một hàm của khoảng cách giữa các CRS, với trạng thái 6,5 dB (EIRP bằng nhau) và với trạng thái không cân bằng 3 dB về EIRP (mất cân bằng EIRP 3 dB), do có sự khác biệt độ khuếch đại CRS hoặc lỗi điều khiển công suất. Cho cả 2 trạng thái trên hình C.1.3, % KO lớn nhấtcỡ 3-4 % có thể bỏ qua. Thực tế vùng %KO nơi một TS bất kỳ của hệ thống TDM gây nhiễu sang CRS của FHCD không giới hạn quanh CRS. Hơn nữa, với trạng thái không cân bằng EIRP 3dB chỉ quan tâm đến các giá trị cao của %KO xét, thì giải khoảng cách giữa các CRS sẽ rộng hơn. Do đó, khả năng có nhiễu cao sẽ hơn.

Trên hình C.1.4 là tỷ số C/I, do TS của TDM tạo ra, nó phụ thuộc vào vị trí của TS trong vùng Ô của TDM, (bán kính Ô là 15km), khi khoảng cách giữa các CRS là 8 km và bằng nhau về EIRP.

Trên hình C.1.4, vùng đen tương ứng với %KO nơi mọi TS có thể tạo ra (một mình) một tỷ số C/I nhỏ hơn 21 dB, do hệ thống FHCD yêu cầu.

Ta có thể thấy vùng này như một bộ phận c của CRS của FHCD và được tiếp tục mở rộng ra ngoài các biên của Ô. Do đó, nếu dùng các giới hạn ETSI, thì một băng tần bảo vệ 3,5 MHz không đủ đảm bảo sự phối hợp tốt giữa 2 hệ thống.

Trên thực tế, cần các khoảng cách 3-4 km giữa các CRS và các loại nhiễu A1 và A2 cho vùng nhiễu dư không được bỏ qua. Do đó, khi các nhà khai thác triển khai mạng độc lập, cần thiết một băng tần bảo vệ bổ sung (tổng là 7 MHz)

Từ ví dụ trên ta có một số nhận xét sau:

1) Khi xét sự phối hợp hoạt động giữa các hệ thống với các khoảng cách kênh khác nhau, trạng thái nhiễu tới hạn thuộc về các hệ thống có khoảng cách kênh nhỏ nhất. Điều

này là do các hệ thống có khoảng cách kênh lớn hơn có công suất bức xạ RF cao hơn (các giá trị NFD nhỏ hơn).

2) Khi một hệ thống là TDD thì yêu cầu về nhiễu A3 nghiêm ngặt hơn, theo nghĩa phân cách tần số (NFD yêu cầu). Khi đã có NFD cần thiết, cần giảm khoảng cách giữa các CRS xuống còn vài trăm mét, các rủi ro độ dư của nhiễu giữa CRS và TS, TS và CRS, TS và TS được bỏ qua.

.

Hình C.1.3 Vùng %KO cho nhiễu loại A2 (từ TDM sang FHCD) theo các giới hạn ETSI

Từ ví dụ trên ta có một số nhận xét sau:

1) Khi xét sự phối hợp hoạt động giữa các hệ thống với các khoảng cách kênh khác nhau, trạng thái nhiễu tới hạn thuộc về các hệ thống có khoảng cách kênh nhỏ nhất. Điều này là do các hệ thống có khoảng cách kênh lớn hơn có công suất bức xạ RF cao hơn (các giá trị NFD nhỏ hơn).

2) Khi một hệ thống là TDD thì yêu cầu về nhiễu A3 nghiêm ngặt hơn, theo nghĩa phân cách tần số (NFD yêu cầu). Khi đã có NFD cần thiết, cần giảm khoảng cách giữa các CRS xuống còn vài trăm mét, các rủi ro độ dư của nhiễu giữa CRS và TS, TS và CRS, TS và TS được bỏ qua.

3) Khi một hệ thống là TDD, để có khoảng cách giữa CRS khoảng vài trăm mét (hoặc thấp hơn), nhất thiết phải có một băng tần bảo vệ cho một khoảng cách kênh (bằng

khoảng cách kênh lớn nhất của 2 hệ thống)

4) Trong một số trường hợp, sự khác biệt giữa các giới hạn ETSI và các thông số thực (cụ thể cho việc tính NFD và độ nhạy thu) sẽ cho ta các kết quả đánh giá hoàn toàn khác nhau về băng tần bảo vệ.

Hình C.1.4 Phân bố C/I trong Ô của TDM