Khi số lượng kờnh tại cỏc đài trạm đó tăng tới giỏ trị giới hạn như ta đó xột ở trờn mà vẫn chưa đỏp ứng được nhu cầu của khỏch hàng. Yờu cầu lỳc này để tăng dung lượng cho hệ thống là phải quy hoạch lại ụ. Biện phỏp đầu tiờn là chỳng ta cú thể thay đổi mụ hỡnh sử dụng lại tần số, giảm số nhúm tần số. Từ đú số kờnh ở cỏc vị trớ đài trạm tăng lờn.
Cụng suất của thuờ bao di động thường là 2 W đối với cỏc thuờ bao cầm tay. Bờn cạnh đú, độ nhạy của trạm thu gốc thỡ bị giới hạn bởi cỏc loại nhiễu. Tổng hợp cỏc yếu tố tỏc động này, cụng suất phỏt cho phộp, giới hạn mức thu chấp nhận được, sự giới hạn của truyền súng vụ tuyến sẽ giới hạn vựng phủ.
Một nhõn tố khỏc cũng cần phải xột đến đú là người sử dụng muốn sử dụng thuờ bao của mỡnh ở mọi lỳc mọi nơi: bờn trong những cụng trỡnh dưới đất, thậm chớ ngay cả dưới chõn trạm thu phỏt gốc BTS. Ở những vị trớ như vậy tổn hao truyền súng là quỏ lớn, ảnh hưởng lớn đến chất lượng thụng tin.
Núi chung với một khoảng cỏch nhất định, tổn hao truyền súng tuõn theo một số phõn bố thống kờ. Như vậy, theo đú chỉ cú khoảng 50% trường hợp thụng tin sẽ cú tổn hao truyền súng là ớt hơn hoặc bằng mức tổn hao trung bỡnh ở một khoảng cỏch
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM
với trạm thu phỏt gốc BTS. Giỏ trị này khụng được nhà khai thỏc quan tõm lắm, vỡ mục tiờu của họ là bảo đảm 90 ữ 95% vựng phủ tại mọi nơi mà khỏch hàng muốn sử dụng dịch vụ. Vỡ vậy, nhà khai thỏc phải để một mức dự trữ quan trọng cho tổn hao truyền súng.
Cựng với mục đớch này, một mục tiờu quan trọng là khi quy hoạch mạng tổ ong là phải đạt được dung lượng lưu lượng cao. Núi một cỏch khỏc là mật độ thuờ bao phải cao nhưng vẫn đảm bảo chất lượng phục vụ và thoại.
4.2.1. Khỏi niệm ụ
Hỡnh 4.1. Khỏi niệm Cell
Phõn bố địa lý của cỏc mỏy di động, tớnh chất lưu lượng của cỏc thuờ bao và chất lượng cần thiết, vựng phủ địa lý phục vụ tạo thành những số liệu ban đầu cho việc quy hoạch cell. Đõy là cơ sở để xõy dựng sơ đồ chuẩn.
Trước hết toàn bộ cụng việc quy hoạch mạng được xõy dựng trờn một sơ đồ chuẩn, cú nghĩa là một mụ hỡnh lý thuyết dựa trờn sơ đồ vị trớ hỡnh học của cấu trỳc mạng BTS và sự ấn định tần số đó được định trước sẽ đảm bảo một bước khởi đầu tốt trong quy hoạch cell.
Hỡnh dạng của cell trong mỗi một sơ đồ chuẩn phụ thuộc vào kiểu anten và cụng suất ra của mỗi một BTS. Cú hai loại anten thường được sử dụng: anten vụ hướng (omni) là anten phỏt đẳng hướng, và anten cú hướng là anten bức xạ năng lượng tập trung trong một rẻ quạt (sector).
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM
Nếu chỳng ta cú hai BTS với cỏc anten vụ hướng thỡ chỳng ta sẽ nhận thấy rằng vựng phủ giữa hai biờn của mỗi một BTS tạo thành những điểm mà cường độ tớn hiệu từ cả hai BTS đến đều như nhau, chỳng tạo thành một đường thẳng. Nếu chỳng ta lặp lại cụng việc trờn bằng cỏch đặt xung quanh BTS gốc 6 BTS khỏc thỡ vựng phủ được tạo thành chớnh là một cell (nú cú dạng hỡnh lục giỏc).
Hỡnh 4.2. Ký hiệu cell
Trong hệ thống GSM, biờn giới giữa cỏc cell cũng như nhiều nhõn tố khỏc cú thể được điều khiển nhờ nhiều tham số khỏc nhau, cỏc tham số này được thiết lập bởi những người điều khiển. Việc thiết lập và điều chỉnh cỏc tham số này là rất quan trọng đối với cụng việc quy hoạch cell.
4.2.2. Lưu lượng
Trong hệ thống thụng tin, lưu lượng là một khỏi niệm đơn giản và luụn được nhắc tới hoặc luụn gắn liền với cỏc kờnh thụng tin. Lưu lượng trờn kờnh vụ tuyến thường được đo bằng Erlang.
Nếu một người dựng mỏy di động thớch dựng riờng một kờnh vụ tuyến độc lập thỡ việc sử dụng đú là rất lóng phớ bởi vỡ phần lớn thời gian kờnh vụ tuyến là rỗi, khụng được sử dụng.
Đú là điều khụng nờn bởi lý do trong vựng phục vụ của mỏy di động cỏc mỏy di động khỏc nhau khụng thể dựng chung cỏc kờnh giống nhau do vấn đề nhiễu đồng kờnh. Chỉ cú một phổ điện từ và nhu cầu về thụng tin khụng dõy ngày càng tăng mặc dự những yờu cầu rằng tất cả cỏc hệ thống hoạt động với mức độ hiệu quả phổ cao và việc quản lý phổ của quốc gia và quốc tế với hiệu quả cao đó được đưa ra.
Vỡ vậy, đang dần dần hỡnh thành một khuynh hướng về việc dựng những kờnh vụ tuyến trung kế. Một kờnh vụ tuyến trung kế là một kờnh được chia cho nhiều
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM
người dựng và hiệu quả sử dụng của nú sẽ tăng lờn rất nhiều so với việc chỉ ấn định một kờnh dành riờng.
Hệ thống vụ tuyến tổ ong đó sử dụng những kờnh vụ tuyến trung kế và cú được hiệu quả về phổ tần. Mỗi trạm gốc được ấn định một số kờnh vụ tuyến mà
chỳng được chia ra cho nhiều người sử dụng. Tỉ lệ người sử dụng trờn số kờnh tăng lờn sẽ là hiệu quả trung kế. Hơn nữa mỗi kờnh vụ tuyến được sử dụng lại nhiều lần trong những vựng khỏc nhau.
Một nhõn tố quyết định trong việc xỏc định bao nhiờu thuờ bao cú thể được phục vụ trong mạng là số lưu lượng mà mỗi thuờ bao cú thể mang. Lưu lượng dành cho mỗi thuờ bao được định nghĩa bởi tỉ lệ cuộc gọi và thời gian trung bỡnh của một cuộc gọi.
Theo định nghĩa trờn, lưu lượng A được tớnh theo cụng thức: A = C.t/T
Trong đú:
A: lưu lượng (Erlang) C: số cuộc gọi
t: thời gian trung bỡnh chiếm kờnh mỗi cuộc gọi T: tổng thời gian đo
Từ cụng thức trờn ta nhận thấy nếu một kờnh bị chiếm giữ trong toàn bộ thời gian thỡ nú sẽ mang lưu lượng lớn nhất, nghĩa là 1 Erlang. Trung bỡnh một kờnh vụ tuyến riờng lưu lượng thường bộ hơn 1 Erlang.
Đối với một kờnh vụ tuyến trung kế, lưu lượng sẽ lớn hơn nhưng lý tưởng để vượt qua 1 Erlang là khụng thể bởi vỡ những người sử dụng sẽ truy cập một cỏch ngẫu nhiờn tới cỏc kờnh được phõn chia và điều này sẽ chắc chắn xảy ra ở một vài thời điểm khi kờnh đang rỗi. Dự sao khi số người dựng tăng thỡ tỉ lệ cỏc cuộc gọi sẽ lớn lờn và lưu lượng lỳc đú sẽ tăng lờn.
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM
- LƯU LƯỢNG YấU CẦU (OFFERED TRAFFIC) nghĩa là tổng lưu lượng yờu cầu của thuờ bao đối với kờnh vụ tuyến.
- LƯU LƯỢNG THễNG (CARRIED TRAFFIC) nghĩa là lưu lượng truyền đi thành cụng trờn kờnh vụ tuyến.
- LƯU LƯỢNG NGHẼN (BLOCK TRAFFIC) nghĩa là lưu lượng bị nghẽn lỳc thiết lập cuộc gọi và vỡ vậy chỳng khụng được truyền đi ngay lập tức.
Rừ ràng:
- LƯU LƯỢNG YấU CẦU = LƯU LƯỢNG THễNG + LƯU LƯỢNG NGHẼN
Giờ cao điểm: Đú là giờ bận nhất trong ngày được biết theo phõn tớch thống kờ lưu lượng trong mạng. Kế hoạch hoỏ dung lượng phải quan tõm tới yờu cầu sử dụng trong giờ cao điểm này.
Cấp độ dịch vụ GoS (Grade of Service):
Để yờu cầu một cấp độ dịch vụ tốt trờn kờnh vụ tuyến trung kế thỡ khả năng nghẽn phải thấp. Điều này cho thấy rằng số lượng những người dựng tiềm tàng phải được hạn chế hay cụ thể hơn lưu lượng yờu cầu phải được đảm bảo trong dung lượng của kờnh.
Ngược lại nếu cấp độ dịch vụ thấp hơn thỡ cú thể được chấp nhận, việc xảy ra nghẽn cao hơn vẫn cú thể được phộp và cú thể cú sự tăng tương ứng trong lưu lượng yờu cầu. Điều này cú thể cõn bằng so với việc tăng số lượng người dựng.
Vỡ vậy, mạng sẽ được thiết kế với một mức độ nghẽn mạch nào đú cú thể chấp nhận được. Khỏi niệm GoS lỳc này xỏc định phần trăm số cuộc gọi khụng thành cụng do thiếu tài nguyờn trờn tổng số cuộc gọi đang cần đấu nối đồng thời.
Núi chung cỏc mạng tổ ong ở Chõu Âu đều cú GoS là 0.02 hoặc 2%. Điều này nghĩa là cú 2% lưu lượng bị nghẽn, cũn lại 98% lưu lượng thụng.
Nếu lưu lượng yờu cầu = A thỡ:
Lưu lượng nghẽn = A.GoS và Lưu lượng thụng = A(1- GoS)
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM
Hỡnh 4.3. Sơ đồ xỏc xuất nghẽn GoS
4.2.3. Tỏi sử dụng tần số
Một hệ thống tổ ong là dựa trờn việc tỏi sử dụng lại tần số. Nguyờn lý cơ bản khi thiết kế hệ thống tổ ong là cỏc mẩu sử dụng lại tần số. Theo định nghĩa sử dụng lại tần số là việc sử dụng lại cỏc kờnh vụ tuyến ở cựng một tần số súng mang để phủ súng cho cỏc vựng địa lý khỏc nhau. Cỏc vựng này phải cỏch nhau một cự ly đủ lớn để mọi nhiễu giao thoa đồnh kờnh (cú thể xảy ra) chấp nhận được. Tỉ số súng mang trờn nhiễu C/I phụ thuộc vào vị trớ tức thời của thuờ bao di động do địa hỡnh khụng đồng nhất, số lượng và kiểu tỏn xạ. phõn bố tỉ số C/I cần thiết ở hệ thống xỏc định số nhúm tần số mà ta cú thể sử dụng. Nếu toàn bộ số kờnh qui định N được chia thành F nhúm thỡ mỗi nhúm sẽ chứa N/F kờnh. Vỡ tổng số kờnh N là cố định nờn số nhúm tần số F nhỏ hơn sẽ dẫn đến nhiều kờnh hơn ở một nhúm và một trạm. vỡ vậy, việc giảm số lượng cỏc nhúm tần số sẽ cho phộp mỗi trạm đài tăng lưu lượng , nhờ đú sẽ giảm số lượng cỏc đài trạm cần thiết cho tải lưu lượng định trước.
Ta biết rằng sử dụng lại tần số ở cỏc cell khỏc nhau thỡ bị giới hạn bởi nhiễu đồng kờnh C/I giửa cỏc cell đú nờn C/I là một vấn đề chớnh cầc được quan tõm.
Dễ dàng thấy rằng, với một kớch thước cell nhất định, khoảng cỏch sử dụng lại tần số phụ thuộc vào số nhúm tần số N. Nếu N càng lớn thỡ khoảng cỏch sử dụng lại tần số càng lớn và ngược lại.
Ta cú cụng thức tớnh khoảng cỏch sử dung lại tần số (hỡnh 4.3) D = R 3*N
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM
Hỡnh 4.4. Khoảng cỏch tỏi sử dụng tần số
Đồng thời ta cú cụng thức tớnh tỉ số C/I như sau:
Hỡnh 4.5. Sơ đồ tớnh C/I
P là vị trớ của MS thuộc cell A, chịu ảnh hưởng nhiễu kờnh chung từ cell B là lớn nhất. Tại vị trớ P (vị trớ mỏy di động MS) cú: C.α.Rx = I.α.(D-R)x ⇒ CI = x x R R D ) ( − = x R D −1 = ( 3.N -1)x
Trong đú: x là hệ số truyền súng, phổ biến nằm trong khoảng từ 3 đến 4 đối với hầu hết cỏc mụi trường.
⇒ (dB)
I C
= 10*lg( 3.N -1)x
Bảng4.5. Quan hệ N & C/I
Số cell (N) Kớch thước mảng Tỉ số C/I (dB) x 3,0 3,5 4,0 3 9,0 10,5 12,0 4 11,7 13,7 15,6
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM
7 16,6 19,4 22,2
9 18,7 21,8 24,9
12 21,0 24,5 28,0
21 25,2 29,4 33,6
Để xỏc định vị trớ của cỏc cell đồng kờnh ta sử dụng cụng thức: N = i2 + i.j + j2. (i; j nguyờn)
Theo cụng thức này: di chuyển từ cell thứ nhất đi i cell theo một hướng, sau đú quay đi 600 và di chuyển đi j cell theo hướng này. Hai cell đầu và cuối của quỏ trỡnh di chuyển này la hai cell đồng kờnh.
Phõn bố tỉ số C/I cần thiết để hệ thống cú thể xỏc định số nhúm tần số N mà ta cú thể sử dụng. Nếu toàn bộ số kờnh quy định ∑ được chia thành N nhúm thỡ mỗi nhúm sẽ chứa (∑ /N) kờnh. Vỡ tổng số kờnh ∑ là cố định nờn số nhúm tần số N nhỏ hơn sẽ dẫn đến nhiều kờnh hơn ở một nhúm và một đài trạm. Vỡ vậy, việc giảm số lượng cỏc nhúm tần số sẽ cho phộp mỗi đài trạm tăng lưu lượng nhờ đú sẽ giảm số lượng cỏc đài trạm cần thiết cho tải lưu lượng định trước.
4.2.3.1 Cỏc mẩu tỏi sử dụng tần số
Ký hiệu tổng quỏt của mẫu sử dụng lại tần số: Mẫu M /N Trong đú: M = tổng số sites trong mảng mẫu
N = tổng số cells trong mảng mẫu
Ba kiểu mẫu sử dụng lại tần số thường dựng là: 3/9, 4/12 và 7/21.
+ Mẩu tỏi sử dụng lại 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.
Giả sử hệ thống được cấp phỏt 45 tần số
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM
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/8. Vậy số khe thời gian dành cho kờnh lưu lượng của mỗi cell cũn (5 * 8 – 2) = 38 TCH.
Tra bảng Erlang-B (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 120s 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 4.6. Mẫu tỏi sử dụng lại tần số 3/9
Theo lý thuyết, cấu trỳc mảng 9 cells cú tỉ số C/I > 9 dB đảm bảo GSM làm việc bỡnh thường. A1 B1 C1 A2 B2 C2 A3 B3 C3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM
Tỉ số C/A cũng là một tỉ số quan trọng và người ta cũng dựa vào tỉ 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 tỉ 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 tỉ số này là lớn hơn tỉ số chuẩn của GSM là (- 9 dB). Việc sử dụng cỏc biện phỏp như nhảy tần, điều khiển cụng suất động, truyền dẫn giỏn đoạn là nhằm mục đớch giảm tối thiểu cỏc hiệu ứng này.
+ Mẩu 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.
Cỏc tần số ở mẫu 4/12
Bảng 4.7. Ấn định tần số
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/8. Vậy số khe thời gian dành cho kờnh lưu lượng của mỗi cell cũn (4 * 8 – 2) = 30 TCH. Tra bảng Erlang-B (Phụ lục), tại GoS = 2% thỡ mỗi cell cú thể cung cấp dung lượng 21,932
A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 A3 B3 C3 D3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36