Giai đoạn 1

Thay anten vụ hướng (omni) bằng 3 anten riờng biệt định hướng dải quạt 1200

là một giải phỏp tỏch chia một Cell thành 3 Cells. Đú là giải phỏp dải quạt húa (sectorization – sector húa). Cỏch làm này khụng đũi hỏi thờm mặt bằng cho cỏc Cell mới. Tuy cỏc Cell mới phõn biệt nhau theo chức năng mạng nhưng chỳng vẫn ở tại mặt bằng cũ.

Khi đú, tại mỗi vị trớ cũ bõy giờ cú thể phục vụ được 3 cell mới, những cell này nhỏ hơn và cú 3 anten định hướng được đặt ở vị trớ này, gúc giữa cỏc anten này là 1200.

Hỡnh 4.14. Giai đoạn 1: Sector húa 4.3.3 Giai đoạn 2: Tỏch chia nhỏ hơn nữa về sau

+ Tỏch chia Cell 1:3 thờm lần nữa

Hỡnh 4.12. trỡnh bày việc tỏch chia 3 thờm lần nữa. Lần tỏch này sử dụng lại mặt bằng cũ và thờm mới gấp đụi mặt bằng mới cho cỏc BTS mới.

Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM

Ở mặt bằng cũ, anten cần quay đi 300 ngược chiều kim đồng hồ. Như vậy tổng số mặt bằng gấp 3 lần mặt bằng cũ để trả giỏ cho sự tăng dung lượng mạng lờn gấp 3 lần.

Hỡnh 4.15. Tỏch chia 1:3 thờm lần nữa + Tỏch chia 1:4(sau lần đầu chia 3)

Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM

Hỡnh 4.16. Tỏch chia 1:4 (sau lần đầu chia 3)

Sự tỏch chia này khụng đũi hỏi xoay hướng anten ở tất cả cỏc BTS cú mặt bằng cũ. Vị trớ BTS mặt bằng mới được biểu thị trờn hỡnh vẽ 4.13.

Số lần sử dụng lại tần số, dung lượng hệ thống và số lượng mặt bằng BTS đều tăng 4 lần so với trước khi chia tỏch.

Tựy theo yờu cầu về dung lượng hệ thống, việc chia cell cú thể được thực hiện tiếp tục. Tuy nhiờn, mọi sự thay đổi trong quy hoạch cấu trỳc tần số phải gắn liền với việc quan tõm tới tỉ số nhiễu C/I.

Bõy giờ ta hóy xột một vớ dụ để thấy được sự tăng dung lượng khi thu hẹp kớch thước cell. Giả thiết rằng hệ thống cú 24 tần số và chỳng ta bắt đầu từ một cụm 7 cell cú bỏn kớnh cực đại 14 km. Sau đú chỳng ta thực hiện cỏc giai đoạn 1 tỏch 3 và 1 tỏch 4.

Cũng giả thiết rằng một thuờ bao cú lưu lượng 0,02 Erlang với mức độ phục vụ GoS = 5%. Với 24 tần số, nghĩa là số kờnh logic của hệ thống sẽ là:

24 * 8 = 192 kờnh

Trong giai đoạn thứ nhất, khi 1 cụm (số nhúm tần số) là N = 7, thỡ số kờnh lưu lượng TCH cho mỗi cell là:

Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM

Trong giai đoạn tiếp theo, khi một cụm cú N = 21. Số kờnh lưu lượng cho mỗi cell là:

(192 - 21)/21 = 171/21 = 8 TCH

Trong giai đoạn thứ nhất, ta phải sử dụng 2 kờnh cho việc điều khiển. Trong cỏc giai đoạn tiếp theo ta chỉ cần dành 1 kờnh cho việc điều khiển là đủ.

Căn cứ bảng Erlang ta sẽ cú bảng thống kờ về mật độ lưu lượng qua cỏc bước tỏch cell như sau:

Bảng 4.9. Thống kờ mật độ lưu lượng

Từ bảng ta thấy, trong lần tỏch thứ nhất, dung lượng bị giảm (số thuờ bao trờn 1 km2

giảm từ 2 xuống cũn 1,4) là do hiệu suất trung kế bị giảm khi số kờnh trờn một cell ớt đi. Tuy nhiờn, đõy là một bước khụng thể thiếu được để thực hiện cỏc bước tiếp theo. Đối với cỏc bước tiếp theo là qui trỡnh 1 tỏch 4, bỏn kớnh cell giảm 2 lần, nhưng dung lượng tăng 4 lần.

Như vậy, ta thấy rằng biện phỏp “ cell split ” làm giảm kớch thước của cell. Nhưng cũng làm tăng dung lượng hệ thống. Biện phỏp này phải được ỏp dụng theo từng giai đoạn phỏt triển của mạng. Tuy nhiờn, biện phỏp này cũng cú một số hạn chế bởi kớch thước cell cũng cú giới hạn (giới hạn trờn là do cụng suất bức xạ của BTS và MS cú hạn, giới hạn dưới là do vấn đề nhiễu). Đồng thời việc lắp đặt cỏc vị trớ trạm mới đũi hỏi kinh phớ lớn, việc khảo sỏt để chọn được những vị trớ thớch hợp cũng gặp nhiều khú khăn (nhà trạm đặt thiết bị, xõy dựng cột anten, mạng điện lưới thuận tiện...)

Để giải quyết vấn đề dung lượng ở những khu vực cú mật độ rất cao mà cỏc biện phỏp trờn khụng giải quyết được, thỡ việc sử dụng cỏc “ minicell ” và cỏc “ microcell ” sẽ trở nờn phổ biến với phạm vi phủ súng nhỏ, cụng suất bức xạ của BTS (thường là cỏc trạm Repeater) thấp. Giai đoạn Bỏn kớnh ụ ^N TCH mỗi ụ ^{Phạm vi ụ} Số thuờ bao/ 1 ụ Số thuờ bao/km2 Hiệu quả trung kế 0 14 km 7 25 499,2km2 999 2,0 76% 1 8 km 21 8 166,4km2 227 1,4 54% 2 4 km 21 8 41,6 km2 227 5,5 54% 3 2 km 21 8 10,4 km2 227 21,8 54%

Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM

4.4. Thay đổi quy hoạch tần số theo phõn bố lưu lượng

4.4.1. 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 số 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

Hỡnh 4.17. Thay đổi quy hoạch tần số

Hỡnh 4.17 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.

Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM

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 C/A

Cell D1 và Cell D3 là hai Cell liền kề. Tải tần 94, 106 của Cell C3 liền kề với tải tần 95, 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

Ảnh hưởng tới C/I

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 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 chừng 6 ữ 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.

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

Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM

Cụng cụ phần mềm quy hoạch vụ tuyến sẽ tớnh đến nhiều yếu tố sau khi chuyển kờnh tần số :

- Sự khỏc nhau về cụng suất phỏt vụ tuyến cả cỏc BTS - Sự khỏc nhau về Anten được dựng ở cỏc cơ sở mặt bằng - Địa hỡnh thay đổi

- Mảng mẫu thay đổi

Vỡ hệ thống 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.

4.4.2. Quy hoạch phủ súng khụng liờn tục

Bài toỏn quy hoạch này phải xử lý đặc biệt. 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. Mõu thuẫn phỏt sinh cú thể được dung hũa tuỳ hoàn cảnh

Hỡnh 4.18. Phủ súng khụng liờn tục

4.5. Thiết kế tần số theo phương phỏp MRP (Multiple Reuse Patterns)

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 điều hành 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, Multiple Reuse Patterns (MRP)_Đa mẫu sử dụng lại.

Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM

Việc tăng dung lượng mạng bằng cỏch giảm cự lý tỏi sử dụng lại tần số sẽ kộo theo vấn đề về nhiễu tần số trở nờn trầm trọng hơn, 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 : Nhảy tần, điều khiển cụng suất, truyền phỏt giỏn đoạn DTX ( Discontinuous Transmission ). Ở đõy ta quan tõm đến kỹ thuật nhảy tần. 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 đồng nghĩa với độ dự trữ cho phading 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 dự trữ cho phading nhanh. Ngày nay, quy hoạch Cell tiờu biểu dựng 3 dB cho dự trữ phading nhanh.

- Phõn tỏn nhiễu : Cường độ nhiễu được chia sẻ đều cho cỏc thuờ bao để quy về mức nhiễu trung bỡnh

Với một mạng lưới sử dụng kỹ thuật nhảy tần 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.

4.5.2. Phương phỏp đa mẫu sử dụng lại MRP ( Multiple Reuse Patterns )

MRP là phương phỏp tổng quỏt để đạt được dung lượng cao bằng cỏch sử dụng lại tần số kết hợp với kỹ thuật nhảy tần. Phương phỏp MRP khai thỏc lợi thế của kỹ thuật nhảy tần nhằm tăng dung lượng. Cơ sở của phương phỏp MRP là phõn chia cỏc tần số thành cỏc mẫu lớp băng tần số khỏc biệt với cỏc mức độ sử dụng lại khỏc nhau và dựng kỹ thuật nhảy tần kết hợp chỳng lại ở một mức sử dụng lại trung bỡnh. Phần này ta chỉ xột tới MRP sử dụng nhảy tần băng cơ bản

4.5.2.1. Phõn chia băng tần

Bước đầu của phương phỏp MRP là phõn chia phổ tần cú sẵn thành cỏc băng tần khỏc nhau. Một băng tần là băng tần BCCH, và một hay nhiều băng tần TCH theo nghĩa rằng một tần số đó được dựng làm tần số BCCH ở một Cell thỡ sẽ khụng được sử dụng lại làm tần số TCH ở một Cell khỏc và ngược lại. Băng tần BCCH dựng để

Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM

thiết kế cho kờnh điều khiển quảng bỏ BCCH. Lý do dựng cỏc tần số BCCH duy nhất là :

- Lưu lượng khụng phụ thuộc vào đặc tớnh giải mó BSIC : Khi MS cố gắng giải mó BSIC trờn kờnh đồng bộ SCH, đặc tớnh này khụng bị ảnh hưởng bởi tải lưu lượng. Do lưu lượng được ấn định vào cỏc tần số TCH sẽ khụng làm nhiễu loạn bất kỳ tần số BCCH mà kờnh đồng bộ SCH ỏnh xạ vào. Giải mó nhận dạng trạm gốc BSIC là rất quan trọng đối với hiệu suất chuyển giao, hiệu suất chuyển giao khụng tốt sẽ làm tăng số lượng cỏc cuộc gọi bị rớt.

- Đơn giản húa việc khai bỏo danh sỏch Cell lõn cận : Với một băng tần BCCH riờng biệt, số lượng cỏc tần số Cell lõn cận sẽ được giảm bớt. Việc thiết kế sẽ đơn giản khi mà tất cả cỏc tần số ngoại trừ tần số BCCH của chớnh Cell đú và trong danh sỏch Cell lõn cận đều cú thể được sử dụng. Nếu sử dụng tất cả cỏc tần số cú sẵn như là cỏc tần số BCCH sẽ dẫn tới kết quả là danh sỏch Cell lõn cận dài hơn ảnh hưởng xấu tới hiệu suất chuyển giao

- Việc thiết kế lại tần số TCH khụng ảnh hưởng gỡ tới thiết kế tần số BCCH Nếu những TRx bổ sung được thờm vào cỏc Cell đó cú sẵn, việc thiết kế tần số BCCH sẽ khụng bị ảnh hưởng gỡ. Hạn chế duy nhất cần tớnh đến là nhiễu tần số kế bờn. Nhà điều hành mạng do đú biết rằng nếu thiết kế tần số BCCH tốt thỡ nú vẫn giữ nguyờn được tỡnh trạng tốt, khụng phụ thuộc vào những tần số TCH

- Lợi ớch của việc điều khiển cụng suất và phỏt giỏn đoạn DTX : Chỉ cú cỏc tần số TCH cú thể sử dụng phỏt giỏn đoạn và điều khiển cụng suất trờn hướng xuống Downlink. Với một băng tần BCCH riờng biệt, lợi ớch đầy đủ từ việc điều khiển cụng suất và phỏt giỏn giỏn đoạn DTX là đạt được trờn hướng huống Downlink.

Bước tiếp theo trong phương phỏp MRP, những tần số cũn lại (TCH) được phõn chia thành những băng tần khỏc nhau. Như vậy sẽ tồn tại một băng tần BCCH và vài băng tần TCH. í tưởng chớnh là một vài băng tần TCH được ỏp dụng những mẫu sử dụng lại khỏc nhau trờn những bộ thu phỏt khỏc nhau. Bộ thu phỏt TCH thứ nhất trong tất cả cỏc cell sẽ sử dụng cỏc tần số của băng tần TCH thứ nhất, băng tần TCH thứ hai cho bộ thu phỏt thứ hai, v.v…

Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM

- Kớch cỡ sử dụng lại tần số trung bỡnh phụ thuộc vào phõn bố cỏc TRx của mạng lưới : Sự phõn bố TRx quyết định hệ số sử dụng lại tần số trung bỡnh mà cú thể ỏp dụng được trong mạng. Hệ số sử dụng lại tần số trung bỡnh được điều chỉnh theo số TRx tối đa cần thiết cho mỗi Cell và số lượng Cell cần số TRx như vậy

- Khi mở rộng thờm TRx, ảnh hưởng tới thiết kế tần số hiện tại sẽ nhỏ hơn : Việc phõn chia băng tần TCH sẽ giới hạn số lượng cỏc yờu cầu của cụng tỏc thiết kế tần số khi cú thờm những TRx được bổ sung.

- Một biện phỏp cấu trỳc cho thiết kế tần số : Với việc phõn chia băng tần TCH thành cỏc băng khỏc nhau, cấu trỳc sẽ trở nờn hợp lý khi thiết kế quy hoạch tần số cho bộ thu phỏt TCH lần thứ nhất mà khụng làm thay đổi quy hoạch BCCH hay những quy hoạch cho những bộ thu phỏt TCH khỏc. Cấu trỳc này giỳp đơn giản hơn trong việc đưa ra thiết kế tần số mới và trong việc phỏt hiện ra thiết kế tần số khụng tốt.

4.5.2.2. Ấn định tần số

Việc ấn định tần số được minh họa trờn hỡnh 4.19 một biểu đồ chỉ ra cỏch những tần số khỏc nhau cú thể ấn định cho một cấu hỡnh MRP với tối đa bốn TRX mỗi cell. Vớ dụ này xột thiết kế 12/10/8/6. Điều này nghĩa là cú 12 tần số BCCH (tần số 1, 3, 5, …, 23), 10 tần số TCH cho nhúm 1 (tần số 2, 4, 6, …, 20), 8 tần số TCH nhúm 2 (22, 24, 26, …, 36) và 6 tần số TCH cho nhúm 3 (25, 27, …, 35). Hỡnh vẽ cũng chỉ ra sự ấn định tần số cho hai cell A và B với số bộ thu phỏt theo thứ tự là hai

và bốn.

Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM

Cell A được ấn định tần số BCCH thứ 1 và tần số TCH thứ 6. Do đú cell A sẽ sử dụng nhảy tần băng cơ bản trờn hai tần số. Trong khi đú cell B được ấn định tần số