Ký hiệu tổng quỏt của mẫu sử dụng lại tần số: Mẫu M/N Trong đú: M = tổng số site trong mảng mẫu
N = tổng số cell trong mảng mẫu
Ba kiểu mẫu sử dụng lại tần số thường dựng là: 3/9; 4/12 và 7/21.
2.4.2.1. Mẫu tỏi sử dụng tần số 3/9
Mẫu tỏi sử dụng lại tần số 3/9 cú nghĩa cỏc tần số sử dụng được chia thành 9 nhúm tần số ấn định trong 3 vị trớ trạm gốc (Site). Mẫu này cú khoảng cỏch giữa cỏc trạm đồng kờnh là D = 5,2R.
Cỏc tần số ở mẫu 3/9 (giả thiết cú 41 tần số từ cỏc kờnh 84 đến 124 - là số tần số sử dụng trong mạng GSM900 của VMS)
- 43 - Bảng 2.4 Ấn định tần số ở mẫu 3/9 Ấn định tần số A1 B1 C1 A2 B2 C2 A3 B3 C3 BCCH 84 85 86 87 88 89 90 91 92 TCH1 93 94 95 96 97 98 99 100 101 TCH2 102 103 104 105 106 107 108 109 110 TCH3 111 112 113 114 115 116 117 118 119 TCH4 120 121 122 123 124
Ta thấy mỗi cell cú thể phõn bố cực đại đến 5 súng mang. Như vậy, với khỏi niệm về kờnh như đó núi ở phần trước thỡ phải dành một khe thời gian cho BCH, một khe thời gian cho SDCCH. Vậy số khe thời gian dành cho kờnh lưu lượng của mỗi cell cũn (5 x 8 - 2) = 38 TCH.
Tra bảng Erlang (Phụ lục), tại GoS 2% thỡ một cell cú thể cung cấp dung lượng 29,166 Erlang.
Giả thiết trung bỡnh mỗi thuờ bao trong một giờ thực hiện 1 cuộc gọi kộo dài 120 giõy, tức là trung bỡnh mỗi thuờ bao chiếm 0,033 Erlang, thỡ mỗi cell cú thể phục vụ được 29,166/0,033 = 833 (thuờ bao).
Hỡnh 2.15 Mẫu tỏi sử dụng lại tần số 3/9
Theo lý thuyết, cấu trỳc mảng 9 cell cú tỷ số C/I > 9 dB đảm bảo GSM làm việc bỡnh thường.
- 44 -
Tỷ số C/A cũng là một tỷ số quan trọng và người ta cũng dựa vào tỷ số này để đảm bảo rằng việc ấn định tần số sao cho cỏc súng mang liền nhau khụng nờn được sử dụng ở cỏc cell cạnh nhau về mặt địa lý.
Tuy nhiờn, trong hệ thống 3/9 cỏc cell cạnh nhau về mặt địa lý như A1 & C3, C1 & A2, C2 & A3 lại sử dụng cỏc súng mang liền nhau. Điều này chứng tỏ rằng tỷ số C/A đối với cỏc mỏy di động hoạt động ở biờn giới giữa hai cell A1 và C3 là 0dB, đõy là mức nhiễu cao mặc dự tỷ số này là lớn hơn tỷ số chuẩn của GSM (- 9 dB). Việc sử dụng cỏc biện phỏp như nhảy tần, điều khiển cụng suất động, truyền dẫn giỏn đoạn nhằm mục đớch giảm tối thiểu cỏc hiệu ứng này.
2.4.2.2. Mẫu tỏi sử dụng tần số 4/12
Mẫu sử dụng lại tần số 4/12 cú nghĩa là cỏc tần số sử dụng được chia thành 12 nhúm tần số ấn định trong 4 vị trớ trạm gốc. Khoảng cỏch giữa cỏc trạm đồng kờnh khi đú là D = 6R. Bảng 2.5 Ấn định tần số ở mẫu 4/12 Ấn định tần số A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 A3 B3 C3 D3 BCCH 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 TCH1 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 TCH2 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 TCH3 120 121 122 123 124
Ta thấy mỗi cell cú thể phõn bố cực đại là 4 súng mang. Như vậy, với khỏi niệm về kờnh như đó núi ở phần trước, một khe thời gian dành cho kờnh BCH, một khe thời gian dành cho kờnh SDCCH. Vậy số khe thời gian dành cho kờnh lưu lượng của mỗi cell cũn (4 x 8 - 2) = 30 TCH. Tra bảng Erlang (Phụ lục), tại GoS = 2 % thỡ mỗi cell cú thể cung cấp dung lượng 21,932 Erlang. Giả sử mỗi thuờ bao chiếm 0,033 Erlang thỡ mỗi cell cú thể phục vụ được 21,932/0,033 = 664 thuờ bao.
Trong mẫu 4/12 số lượng cỏc cell D sắp xếp theo cỏc cỏch khỏc nhau để nhằm phục vụ cho cỏc cell A,B,C. Hiệu quả của việc điều chỉnh này là để đảm bảo hai cell cạnh nhau khụng sử dụng hai súng mang liền nhau (khỏc với mẫu 3/9). Với mẫu này, khoảng cỏch tỏi sử dụng tần số là lớn hơn.
- 45 -
Hỡnh 2.16 Mẫu tỏi sử dụng lại tần số 4/12
Về lý thuyết, cụm 12 cell cú tỷ số C/I > 12 dB. Đõy là tỷ số thớch hợp cho phộp hệ thống GSM hoạt động tốt. Tuy nhiờn, mẫu 4/12 cú dung lượng thấp hơn so với mẫu 3/9 vỡ:
a) Số lượng súng mang trờn mỗi cell ớt hơn (mỗi cell cú 1/12 tổng số súng mang thay vỡ 1/9).
b) Hệ số sử dụng lại tần số thấp hơn (đồng nghĩa với khoảng cỏch sử dụng lại là lớn hơn).
2.4.2.3. Mẫu tỏi sử dụng tần số 7/21
Mẫu 7/21 cú nghĩa là cỏc tần số sử dụng được chia thành 21 nhúm ấn định trong 7 trạm gốc. Khoảng cỏch giữa cỏc trạm đồng kờnh là D = 7,9R.
- 46 - Bảng 2.6 Ấn định tần số ở mẫu 7/21 Ấn định tần số BCCH TCH A1 84 105 B1 85 106 C1 86 107 D1 87 108 E1 88 109 F1 89 110 G1 90 111 A2 91 112 B2 92 113 C2 93 114 D2 94 115 E2 95 116 F2 96 117 G2 97 118 A3 98 119 B3 99 120 C3 100 121 D3 101 122 E3 102 123 F3 103 124 G3 104
Hỡnh 2.17 Mẫu tỏi sử dụng lại tần số 7/21
Ta thấy mỗi cell chỉ được phõn bố tối đa 2 súng mang. Như vậy với khỏi niệm về kờnh như đó núi ở phần trước. Phải cú một khe thời gian dành cho BCH và cú ớt
- 47 -
nhất một khe thời gian dành cho SDCCH, số khe thời gian dành cho kờnh lưu lượng của mỗi cell cũn (2 x 8 - 2) = 14 TCH . Tra bảng Erlang (Phụ lục), tại GoS = 2 % thỡ mỗi cell cú thể cung cấp một dung lượng 8,2003 Erlang. Giả sử mỗi thuờ bao chiếm 0,033 Erlang, như vậy một cell cú thể phục vụ được 8,2003/0,033 = 248 thuờ bao.
Nhận xột
Khi số nhúm tần số N giảm (21, 12, 9), nghĩa là số kờnh tần số cú thể dựng cho mỗi trạm ( /N) tăng thỡ khoảng cỏch giữa cỏc trạm đồng kờnh D sẽ giảm 7,9R; 6R; 5,2R. Điều này nghĩa là số thuờ bao được phục vụ sẽ tăng lờn là: 248; 664 và 883, nhưng đồng thời nhiễu trong hệ thống cũng tăng lờn.
Như vậy, việc lựa chọn mẫu sử dụng lại tần số phải dựa trờn cỏc đặc điểm địa lý vựng phủ súng, mật độ thuờ bao của vựng phủ và tổng số kờnh của mạng.
- Mẫu 3/9: Số kờnh trong một cell là lớn, tuy nhiờn khả năng nhiễu cao. Mụ hỡnh này thường được ỏp dụng cho những vựng cú mật độ mỏy di động cao. - Mẫu 4/12: Sử dụng cho những vựng cú mật độ lưu lượng trung bỡnh. - Mẫu 7/21: Sử dụng cho những khu vực mật độ thấp.
2.4.3. Thay đổi quy hoạch tần số theo phõn bố lƣu lƣợng
2.4.3.1. Thay đổi quy hoạch tần số
Sự phõn bố lưu lượng
Sự thay đổi lưu lượng và hiệu ứng điểm núng (hotspot) hỡnh thành nhu cầu tăng thờm kờnh tần số ở một cell nào đú. Khi đú người ta nghĩ ngay đến khả năng lấy kờnh tần số ở cell nào cú lưu lượng rất nhỏ để thờm vào cho cell nào cú lưu lượng quỏ lớn. Tuy nhiờn, việc làm này phỏ hỏng quy hoạch tần số và mang lại can nhiễu quỏ mức cho phộp nếu như việc thực thi khụng đỳng khoa học.
- 48 -
Hỡnh 2.18 Thay đổi quy hoạch tần số
Hỡnh 2.18 biểu thị một tỡnh huống như vậy. Đõy là mẫu tỏi sử dụng tần số 4/12. Tại mảng mẫu X, cell D1 cần 3 kờnh tần số để đảm bảo lưu lượng, trong khi cell C3 chỉ cần 1 kờnh tần số để đỏp ứng lưu lượng tại thời điểm đang xột.
Bảng 2.7 Ấn định tần số ở mẫu 4/12 với 24 tần số
Tại cell C3, cú hai kờnh tần số 94 và 106, như vậy nờn chọn tải tần 94 hay 106 để chuyển sang D1.
Ảnh hưởng tới
A C
Cell D1 và cell D3 là hai cell liền kề. Mà tải tần 94 và 106 của cell C3 liền kề với tải tần 95 và 107 của cell D3. Chớnh vỡ vậy, chọn tải tần nào dự là 94 hay 106 để đưa sang D1 thỡ đều làm tăng can nhiễu kờnh kề, đối với MS ở biờn giới D1 và D3 thỡ tỷ số C/A của chỳng gần bằng 0 dB.
- 49 -
Ảnh hưởng tới
I C
Nếu chọn tải tần 94 (hay 106) từ cell C3 đưa sang D1, thỡ cự ly sử dụng lại tần số 94 (hay 106) bõy giờ là từ cell D1 của mảng mẫu X đến cell C3 của mảng mẫu Y, tức là đó giảm đi một nửa so với ban đầu. Nghĩa là nhiễu kờnh chung tăng lờn nghiờm trọng, tỷ số C/I giảm đỏng kể.
Vỡ bỏn kớnh cell R vẫn giữ nguyờn, mà cự ly sử dụng lại tần số của tải tần chuyển sang giảm chỉ cũn một nửa, nghĩa là D/R cũn lại một nửa so với quy hoạch trước. Về lý thuyết điều đú làm giảm tỷ số C/I đi chừng 6 - 8 dB.
Muốn phõn tớch chớnh xỏc C/I phải kể đến yếu tố địa hỡnh thực tế và cỏc nhõn tố mảng mẫu. Điều này cần đến cụng cụ phần mềm đặc biệt để xử lý vấn đề bằng mỏy tớnh sẽ được núi đến trong cỏc phần sau.
Một trong những giải phỏp cho vấn đề này là cấu trỳc đồng tõm của cell được tăng cường thờm tải tần lấy từ cell khỏc. Khi đú, cỏc tải tần sẵn cú ban đầu của cell vẫn được dựng như vốn cú, cũn tải tần tăng cường được phỏt cụng suất bộ hơn ở mức microcell.
Cỏc nhõn tố khỏc
Cụng cụ phần mềm quy hoạch vụ tuyến sẽ tớnh đến nhiều yếu tố sau đõy khi chuyển kờnh tần số:
- Sự khỏc nhau về cụng suất phỏt vụ tuyến của cỏc trạm BTS. - Sự khỏc nhau về anten được dựng ở cỏc cơ sở mặt bằng. - Địa hỡnh thay đổi
- Mảng mẫu thay đổi. .v.v..
Vỡ GSM là hệ thống bị giới hạn bởi can nhiễu, nờn phải xột mẫu sử dụng lại tần số nào cú mức can nhiễu chấp nhận được.
2.4.3.2. Quy hoạch phủ súng khụng liờn tục
Bài toỏn quy hoạch này phải xử lý đặc biệt. Tuy nhiờn, cơ sở giải bài toỏn này vẫn là quy hoạch tần số sao cho cỏc tỷ số C/I và C/A đạt mức quy định chất lượng. Những mõu thuẫn phỏt sinh cú thể được dung hũa tựy hoàn cảnh. Vớ dụ trong làng xó ven quốc lộ cú thể chịu C/I nhỏ.
- 50 -
Hỡnh 2.19 Phủ súng khụng liờn tục
2.4.4. Thiết kế tần số theo phƣơng phỏp MRP
Thiết kế hệ thống cú dung lượng lớn với chi phớ cho hạ tầng là tối thiểu đang ngày càng trở nờn quan trọng trong cuộc chạy đua giữa cỏc nhà khai thỏc mạng di động. Phần này trỡnh bày về việc ỏp dụng kỹ thuật nhảy tần kết hợp với một phương phỏp thiết kế tần số tiờn tiến MRP - tỏi sử dụng lại nhiều mẫu.
2.4.4.1. Nhảy tần (Frequency Hopping)
Việc tăng dung lượng mạng bằng cỏch giảm cự ly tỏi sử dụng lại tần số sẽ kộo theo những vấn đề về nhiễu tần số trở nờn trầm trọng hơn, điều này gõy khú khăn cho việc thiết kế tần số với chất lượng tốt. Một số kỹ thuật được sử dụng nhằm giảm bớt ảnh hưởng của nhiễu như: nhảy tần, điều khiển cụng suất, truyền phỏt giỏn đoạn DTX. Trong phần này ta quan tõm đến kỹ thuật nhảy tần (Frequency Hopping).
Kỹ thuật nhảy tần đưa ra hai khỏi niệm phõn tỏn tần số và phõn tỏn nhiễu.
Phõn tỏn tần số: Tần số được phõn chia nhằm cõn bằng chất lượng tớn hiệu giữa cỏc thuờ bao cho dự thuờ bao đú đang di chuyển nhanh hay chậm. Điều này cú nghĩa là độ dự trữ cho fadinh nhanh (Rayleigh Fading) là khụng cần thiết. Chớnh nhờ hiệu quả của phõn tỏn tần số mà vựng phủ súng được tăng lờn do giảm được độ dữ trữ cho fadinh nhanh. Ngày nay, quy hoạch cell tiờu biểu dựng 3dB cho dự trữ fadinh nhanh.
Phõn tỏn nhiễu: Cường độ nhiễu được chia sẻ đều cho cỏc thuờ bao để quy về mức nhiễu trung bỡnh.
- 51 -
Núi chung, với một mạng lưới sử dụng kỹ thuật nhảy tần thỡ ta cú thể giảm cự ly tỏi sử dụng tần số do đú cú thể cải thiện được dung lượng của hệ thống so với mạng khụng sử dụng kỹ thuật nhảy tần.
Hiệu quả của kỹ thuật nhảy tần
Phõn tỏn nhiễu trong kỹ thuật nhảy tần cú thể được nhỡn nhận như sự giảm tương quan của tớn hiệu nhiễu trải qua những cụm (burst) liờn tiếp. Hỡnh 2.20 mụ tả sự suy giảm tương quan tớn hiệu trong ba trường hợp, khi đường uplink của một kết nối trong cell A bị gõy nhiễu bởi cỏc trạm di động trong cỏc cell đồng kờnh. Cell A được ấn định tần số 1 và 10 trong cả ba trường hợp.
Hỡnh 2.20 Một vớ dụ về hiệu quả của kỹ thuật nhảy tần trờn phõn tập nhiễu của một mạng lưới. Kớch thước của mũi tờn phản ỏnh nhiễu tương quan giữa cỏc cell đồng kờnh
Trường hợp thứ nhất, mạng khụng sử dụng kỹ thuật nhảy tần. MS kết nối trờn kờnh tần số 1 trong cell A. Sau đú nhiễu I xuất hiện từ một thuờ bao ở cell B đồng thời hoạt động trờn cựng kờnh tần số 1. Tương quan của tớn hiệu nhiễu trờn cỏc cụm liờn tiếp do đú là rất cao. Như vậy chất lượng của kết nối là xấu. Tỡnh hỡnh chỉ cú thể cải thiện nếu cell đồng kờnh ngừng phỏt tớn hiệu trờn kờnh tần số này hoặc kết nối ở cell A được thực hiện chuyển giao handover (bởi Intra-cell handover, hay Inter-cell handover).
Trong trường hợp thứ hai là trường hợp nhảy tần trong quy hoạch tần số truyền thống, khi cỏc nhúm tần số ấn định cho từng cell. Kết nối trong cell A nhảy trờn hai kờnh tần số (1 và 10), cell B cũng vậy. Do đú, nguồn nhiễu cú thể thay đổi giữa hai thuờ bao trong cell B, gõy ra hai tớn hiệu nhiễu I1 và I2. Bởi vỡ cường độ hai tớn hiệu nhiễu này cú sự khỏc nhau khỏ rừ rệt, tương quan tớn hiệu nhiễu cú thể thấp hơn cho cỏc cụm liờn tiếp. Núi cỏch khỏc, sự phõn tỏn nhiễu đó tăng lờn so với trường hợp khụng dựng kỹ thuật nhảy tần.
Trường hợp cuối cựng, một thiết kế tần số bất quy tắc kết hợp với kỹ thuật nhảy tần. Điểm đặc biệt trong trường hợp này là khụng cú sự ấn định tần số sử dụng trong
- 52 -
một cell và cỏc cell đồng kờnh của nú. Do đú, cell B chỉ là một cell đồng kờnh bộ phận của cell A, bởi chỳng chỉ cú một tần số dựng chung. Mặt khỏc, sự sắp xếp này tạo ra số cell đồng kờnh bộ phận là lớn hơn, trong vớ dụ trờn là cell C. Trong trường hợp này, những cụm khỏc nhau của một kết nối tại cell A sẽ bị nhiễu bởi cỏc thuờ bao ở những cell khỏc nhau. Do đú, cỏc cụm liờn tiếp sẽ trải qua cỏc tớn hiệu nhiễu I1 và I2 , thụng thường là khụng tương quan. Chớnh vỡ vậy, ở trường hợp này phõn tỏn nhiễu là cao hơn so với thiết kế tần số theo truyền thống. Mà thuật ngữ gọi là phõn tỏn nhiễu tối đa
(Maximizing Interference Diversity).
Vớ dụ trờn đõy trỡnh bày cỏch thức để cú thể đạt được phõn tỏn nhiễu tối đa, một thiết kế tần số khụng sử dụng cỏc nhúm tần số cố định là thớch hợp hơn cả. Tuy nhiờn, cỏch thiết kế tần số này biểu hiện những hạn chế, bao gồm cả việc thiết kế lại trờn phạm vi rộng cần thiết cho một hệ thống tiến triển và mở rộng khụng ngừng.
Áp dụng kỹ thuật tỏi sử dụng lại nhiều mẫu MRP cú thể đạt được phõn tỏn nhiễu tối đa mà vẫn duy trỡ cấu trỳc thiết kế tần số.
2.4.4.2. Phƣơng phỏp tỏi sử dụng lại nhiều mẫu MRP