Hệ thống GSM được thiết kế với mục đớch là một mạng tổ ong dày đặc và bao trựm một vựng phủ súng rộng lớn. Cỏc nhà khai thỏc, thiết kế mạng của mỡnh sao cho cuối cựng đạt được một vựng phủ liờn tục bao trựm tất cả cỏc vựng dõn cư của đất nước. Vựng phủ súng được chia thành cỏc vựng nhỏ hơn là cỏc cell. Mỗi cell được phủ súng bởi một trạm phỏt vụ tuyến gốc BTS. Kớch thước cực đại của một cell thụng thường cú thể đạt tới bỏn kớnh R = 35 km. Vỡ vậy, suy hao đường truyền là khụng thể trỏnh khỏi.
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM
Với một anten cho trước và một cụng suất phỏt đó biết, suy hao đường truyền tỉ lệ với bỡnh phương (d.f), trong đú d là khoảng cỏch từ trạm thu đến trạm phỏt gốc BTS. Trong mụi trường thành phố, với nhiều nhà cao tầng, suy hao cú thể tỉ lệ với luỹ thừa 4 hoặc cao hơn nữa.
Dự đoỏn tổn hao đường truyền trong thụng tin di động GSM bao gồm một loạt cỏc vấn đề khú khăn, mà lý do chớnh bởi vỡ trạm di động luụn luụn di động và anten thu thấp. Những lý do thực tế này dẫn đến sự thay đổi liờn tục của địa hỡnh truyền súng, vỡ vậy trạm di động sẽ phải ở vào những vị trớ tốt nhất để thu được cỏc tia phản xạ.
Cỏch cơ bản mà đơn giản ta coi khụng gian truyền súng là khụng gian tự do. Giả thiết rằng khụng cú tia phản xạ và súng vụ tuyến được truyền trong khụng gian tự do. Với anten vụ hướng, ta cú cụng thức suy hao đường truyền trong khụng gian tự do:
Lf = 20log(4πd/λ) [dB] Cụng thức này cú thể được viết lại như sau:
Lf = 32.5 + 20logd + 20logf [dB]
Trong đú:
d = khoảng cỏch từ anten phỏt đến anten thu [km] f = tần số làm việc [MHz]
Những cụng thức lý thuyết đơn giản và trọn vẹn trờn khụng cũn phự hợp trong mụi trường di động nữa, nơi mà truyền súng do nhiều đường là chủ yếu. Những súng này cũng bị tỏn xạ, nhiễu xạ, suy giảm do nhiều trạng thỏi khỏc nhau của cả vật thể cố định và vật thể chuyển động. Hơn nữa, sự khỳc xạ tầng đối lưu làm đường truyền súng bị uốn cong.
+ Mụ hỡnh mặt đất bằng phẳng
Mụ hỡnh mặt đất được trỡnh bày trong hỡnh 3.2 cho thấy tổng tớn hiệu đến trong mỏy thu bao gồm thành phần đến trực tiếp cộng với thành phần phản xạ từ mặt đất (thành phần này cú thể được coi như là tớn hiệu gốc từ một anten ảo trong lũng đất). Hai súng này cựng nhau tạo thành súng khụng gian (Space Wave).
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM
d Tx
h1 h2 Rx
Tx ảo
Hỡnh 3.2. Truyền súng trong trường hợp coi mặt đất là bằng phẳng
Ta cú cụng thức sau để tớnh suy hao đường truyền: L = 20.log(d2/h1.h2)
Nhưng trong thực tế, khoảng khụng gian giữa mỏy thu và mỏy phỏt thường cú cỏc vật chắn (hỡnh 3.3). Theo lý thuyết về truyền súng vụ tuyến, một chướng ngại vật sẽ làm suy giảm cường độ của tớn hiệu truyền thẳng. Sự suy giảm này phụ thuộc vào vật chắn trong tầm nhỡn thẳng của vật chắn.
Hỡnh 3.3. Vật chắn trong tầm nhỡn thẳng
Cụng thức dựng để tớnh toỏn sự suy giảm do vật chắn gõy ra: λ . 2 . 1 ) 2 1 .( 2 . d d d d h V = +
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM
Trong thực tế cỏc loại địa hỡnh truyền súng thường rất phức tạp, khụng một cụng thức nào cú thể đề cập được hết cỏc loại địa hỡnh này. Vỡ vậy, đó xuất hiện những mụ hỡnh truyền súng nhờ những đo đạc thực tế của cỏc nhà khoa học.
3.2.2.2. Cỏc mụ hỡnh chớnh lan truyền súng trong thụng tin di động
+ Mụ hỡnh truyền súng Hata
Vào khoảng năm 1980, M.Hata đó giới thiệu mụ hỡnh toỏn học trong việc tớnh suy giảm đường truyền dựa trờn những phõn tớch dữ liệu của Okumula.
Cụng thức Hata: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Lp(đụ thị) = 69.55 + 26.16logf - 13.82loghb - a(hm) + (44.9 - 6.55loghb)logd
Trong đú:
Lp(đụ thị) : suy hao đường truyền đối với đụ thị đụng dõn (dB) f : tần số súng mang (150ữ1500) MHz
hb : chiều cao của anten trạm gốc (30ữ200) m hm : chiều cao anten mỏy di động (1ữ20) m
d : khoảng cỏch từ trạm gốc đến mỏy di động (1ữ20) km Hệ số hiệu chỉnh anten a(hm) :
a(hm) = (1.1logf - 0.7)hm - (1.56logf - 0.8) Cũng cú cụng thức khỏc cho vựng đụng dõn
Lp(ngoại ụ) = Lp(đụ thị) - 2[log(f/28)]2 - 5.4 Lp(nụng thụn) = Lp(đụ thị) - 4.78(logf)2 + 18.33logf - 40.94
Mụ hỡnh Hata được sử dụng rộng rói nhưng trong cỏc trường hợp đặc biệt như nhà cao tầng phải sử dụng Microcell với anten lắp đặt dưới mỏi nhà cần phải sử dụng mụ hỡnh khỏc được giới thiệu tiếp theo.
+ Mụ hỡnh COST231
COST (Collaborative studies in Science and Technology - Cộng tỏc nghiờn cứu khoa học và cụng nghệ) được sự bảo trợ của EU. COST231 bao gồm một số vấn đề liờn quan tới vụ tuyến của ụ và những mụ hỡnh truyền súng. Một Microcell được COST231 định nghĩa là một cell nhỏ với phạm vi từ 0.5 đến 1 km, trong phạm vi này anten gốc núi chung được đặt thấp hơn độ cao của toà nhà cao nhất.
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM
Anten trạm gốc của cell lớn hoặc cell nhỏ núi chung đều được đặt phớa trờn của toà nhà cao nhất. Cell nhỏ của GSM được giới hạn trong phạm vi bỏn kớnh khoảng 1ữ3 km, trỏi lại cell lớn cú thể mở rộng phạm vi bỏn kớnh lờn tới 35 km. Dựa trờn cơ sở này, COST đưa ra mụ hỡnh Hata COST231.
Mụ hỡnh Hata COST231:
Mụ hỡnh này được thiết kế để hoạt động trong dải tần từ 1500ữ2000 MHz ở đụ thị hoặc ngoại ụ, ta cú cụng thức:
Lp = 46.3 + 33.9logf -13.82loghb - a(hm) + (44,9 - 6.55loghb)logd + Cm
Trong đú:
Lp : suy hao đường truyền (dB) f : tần số hoạt động (MHz) hb : độ cao anten trạm gốc (m) hm : độ cao anten mỏy di động (m) a(hm) : hệ số hiệu chỉnh anten
d : khoảng cỏch từ trạm gốc đến mỏy di động (km)
Cm = 0 dB đối với thành phố cỡ trung bỡnh hoặc trung tõm ngoại ụ
= 3 dB đối với trung tõm đụ thị