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]
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM
Lf (dB) = 33,4 (dB) + 20logf(MHz) + 20logd(km) 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, nhiều xạ, suy giảm do nhiều trạng thỏi khỏc nhau của cả vật thể cố định và vật thể chuyển động. Mặt khỏc sự khỳc xạ tầng đối lưu làm đường truyền súng bị uốn cong.
+ Phương phỏp đo cường độ trường
Cú năm loại địa hỡnh chớnh:
- Vựng hầu như bằng phẳng - Vựnh nhiều đồi
- Vựng cú địa hỡnh dốc
- Vựng ranh giới giữa đất và nước - Vựng nỳi độc lập
Đối với mỗi loại địa hỡnh cú một biểu đồ tương ứng chỉ ra tổn hao ứng với loại địa hỡnh đú
3.2.2. Suy hao đường truyền
Là quỏ trỡnh mà ở đú tớn hiệu thu giảm dần do khoảng cỏch trạm phỏt và trạm thu ngày càng tăng. Với một anten cho trước cụng suất phỏt suy hao đường truyền tỷ lệ với bỡnh phương của d*f với d là khoảng cỏch và f là tần số. Trong địa hỡnh thành phố suy hao cú thể tỉ lệ với d4 hoặc hơn thế.
3.2.2.1. Dự đoỏn chung
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 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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:
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: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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
3.3. Cỏc vấn đề về Phading
3.3.1. Phading chuẩn Logarit
Trạm di động thường hoạt động ở cỏc mụi trường cú nhiều chướng ngại vật (cỏc quả đồi, toà nhà...). Điều này dẫn đến hiệu ứng che khuất (Shaddowing) làm giảm cường độ tớn hiệu thu, khi thuờ bao di chuyển cường độ thu sẽ thay đổi.
3.3.2. Phading Rayleih
Khi mụi trường cú nhiều chướng ngại vật, tớn hiệu thu được từ nhiều phương khỏc nhau. Điều này nghĩa là tớn hiệu thu là tổng của nhiều tớn hiệu giống nhau nhưng khỏc pha và biờn độ .
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM
Để giảm phần nào tỏc hại do Fading gõy ra, người ta thường tăng cụng suất phỏt đủ lớn để tạo ra một lượng dự trữ Fading, sử dụng một số biện phỏp như: phõn tập anten, nhảy tần ...
3.4. Ảnh hưởng nhiễu C/I và C/A
Một đặc điểm của Cell là cỏc kờnh đang sử dụng đó cú thể sử dụng ở cỏc Cell khỏc. Nhưng giữa cỏc Cell này phải cú một khoảng cỏch nhất định. Điều này cú nghĩa là Cell sẽ bị nhiễu đồng kờnh do việc cỏc Cell khỏc sử dụng cựng tần số. Cuối cựng vựng phủ súng của trạm gốc sẽ bị giới hạn bởi lý do này hơn là do tạp õm thụng thường. Vỡ vậy, ta cú thể núi rằng một hệ thống tổ ong hoàn thiện là giới hạn được nhiễu mà đó được qui chuẩn, loại trừ được nhiễu hệ thống. Một vấn đề trong thiết kế hệ tổ ong là điều khiển cỏc loại nhiễu này ở mức chấp nhận được. Điều này được thực hiện một phần bởi việc việc điều khiển khoảng cỏch sử dụng lại tần số. Khoảng cỏch này càng lớn thỡ nhiễu càng bộ.
Để chất lượng thoại luụn được đảm bảo thỡ mức thu của súng mang mong muốn C (Carrier) phải lớn hơn tổng mức nhiễu đồng kờnh I (Interference) và mức nhiễu kờnh lõn cận A (Adjacent).
3.4.1. Nhiễu đồng kờnh C/I
Nhiễu đồng kờnh xảy ra khi cả hai mỏy phỏt phỏt trờn cựng một tần số hoặc trờn cựng một kờnh. Mỏy thu điều chỉnh ở kờnh này sẽ thu được cả hai tớn hiệu với cường độ phụ thuộc vào vị trớ của mỏy thu so với hai mỏy phỏt.
Tỉ số súng mang trờn nhiễu được định nghĩa là cường độ tớn hiệu mong muốn trờn cường độ tớn hiệu nhiễu.
C/I = 10log(Pc/Pi) .
Pc = cụng suất tớn hiệu thu mong muốn Pi = cụng suất nhiễu thu được.
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM
Hỡnh 3.4. Tỷ số nhiễu đồng kờnh C/I
Hỡnh 3.4 ở trờn chỉ ra trường hợp mà mỏy di động (cellphone) đang thu một súng mang mong muốn từ một trạm gốc phục vụ (Serving BS) và đồng thời cũng đang chịu một nhiễu đồng kờnh do nhiễu phỏt sinh của một trạm gốc khỏc (Interference BS).
Giả sử rằng cả hai trạm đều phỏt với một cụng suất như nhau cỏc đường truyền súng cũng tương đương (hầu như cũng khụng khỏc nhau trong thực tế) và ở điểm giữa, mỏy di động cú C/I bằng 0 dB, cú nghĩa là cả hai tớn hiệu cú cường độ bằng nhau. Nếu mỏy di động đi gần về phớa trạm gốc đang phục vụ nú thỡ C/I > 0 dB. Nếu mỏy di động chuyển động về phớa trạm gõy ra nhiễu thỡ C/I < 0 dB.
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Theo khuyến nghị của GSM giỏ trị C/I bộ nhất mà mỏy di động vẫn cú thể làm việc tốt là 9 dB. Trong thực tế, người ta nhận thấy rằng giỏ trị này cần thiết phải lờn đến 12 dB ngoại trừ nếu sử dụng nhảy tần thỡ mới cú thể làm việc ở mức C/I là 9dB. Ở mức C/I thấp hơn thỡ tỷ lệ lỗi bit BER (Bit Error Rate) sẽ cao khụng chấp nhận được và mó hoỏ kờnh cũng khụng thể sửa lỗi một cỏch chớnh xỏc được.
Tỉ số C/I được dựng cho cỏc mỏy di động phụ thuộc rất lớn vào việc quy hoạch tần số và mẫu tỏi sử dụng tần số. Núi chung việc sử dụng lại tần số làm dung lượng tăng đỏng kể tuy nhiờn đồng thời cũng làm cho tỉ số C/I giảm đi. Do đú việc quy hoạch tần số cần quan tõm đến nhiễu đồng kờnh C/I.
3.4.2. Nhiễu kờnh lõn cận C/A
Nhiễu kờnh lõn cận xảy ra khi súng vụ tuyến được điều chỉnh và thu riờng kờnh C song lại chịu nhiễu từ kờnh lõn cận C-1 hoặc C+1. Mặc dự thực tế súng vụ tuyến khụng được chỉnh để thu kờnh lõn cận đú, nhưng nú vẫn đề nghị một sự đỏp ứng nhỏ là cho phộp kờnh lõn cận gõy nhiễu tới kờnh mà mỏy thu đang điều chỉnh. Tỉ số súng mang trờn kờnh lõn cận được định nghĩa là cường độ của súng mang mong muốn trờn cường độ của súng mang kờnh lõn cận.
C/A = 10.log(Pc/Pa) Trong đú :
Pc = cụng suất thu tớn hiệu mong muốn Pa = cụng suất thu tớn hiệu của kờnh lõn cận
Giỏ trị C/A thấp làm cho mức BER cao. Mặc dự mó hoỏ kờnh GSM bao gồm việc phỏt hiện lỗi và sửa lỗi, nhưng để việc đú thành cụng thỡ cũng cú giới hạn đối với nhiễu. Theo khuyến nghị của GSM, để cho việc quy hoạch tần số được tốt thỡ giỏ trị C/A nhỏ nhất nờn lớn hơn - 9 dB.
Khoảng cỏch giữa nguồn tạo ra tớn hiệu mong muốn với nguồn của kờnh lõn cận lớn sẽ tốt hơn cho C/A. Điều này cú nghĩa là cỏc cell lõn cận khụng nờn được ấn định cỏc súng mang của cỏc kờnh cạnh nhau nếu C/A đó được đề nghị trong một giới hạn nhất định.
Cả hai tỉ số C/I và C/A đều cú thể được tăng lờn bằng việc sử dụng quy hoạch cấu trỳc tần số.
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM 3.5. Một số biện phỏp khắc phục
Vấn đề can nhiễu kờnh chung là một thỏch thức lớn với hệ thống thụng tin di động tế bào. Cú cỏc phương phỏp để giảm can nhiễu kờnh chung như:
1. Tăng cự ly sử dụng lại tần số (D) 2. Hạ thấp độ cao anten trạm gốc
3. Sử dụng Anten định hướng ở BTS (Sector húa)
Với phương phỏp thứ nhất: việc tăng cự ly sử dụng lại tần số D sẽ làm giảm can nhiễu kờnh chung, tuy nhiờn khi đú số cell trong mỗi mảng mẫu sẽ tăng, tương ứng với số kờnh tần số dành cho mỗi cell sẽ giảm và như vậy thỡ dung lượng phục vụ sẽ giảm xuống.
Phương phỏp thứ hai việc hạ thấp anten trạm gốc làm cho ảnh hưởng giữa cỏc cell dựng chung tần số sẽ được giảm bớt và như vậy can nhiễu kờnh chung cũng được giảm bớt. Tuy nhiờn, việc hạ thấp anten sẽ làm ảnh hưởng của cỏc vật cản (nhà cao tầng…) tới chất lượng của hệ thống trở nờn nghiờm trọng hơn.
Phương phỏp thứ 3 cú hai ớch lợi: Một là biện phỏp làm giảm can nhiễu kờnh chung trong khi cự ly sử dụng lại tần số khụng đổi, hai là tăng dung lượng hệ thống. Phương phỏp này sẽ được trỡnh bày trong phần sau.
Ngoài ra, cỏc kỹ thuật khỏc như:
−Điều khiển cụng suất phỏt súng kiểu động
−Truyền phỏt giỏn đoạn
−Nhảy tần
cũng làm cải thiện thờm đỏng kể tỷ số C/ I của hệ thống
Một số kỹ thuật tăng chất lượng của hệ thống
Nhảy tần : Thực chất của việc nhảy tần là thực hiện trải cỏc cụm ( burst ) dữ liệu trờn cỏc kờnh tần số khỏc nhau một cỏch ngẫu nhiờn, nhằm giảm nhiễu trong toàn bộ hệ thống. Điều này cú ý nghĩa rất lớn đối với cỏc mạng lớn mà việc sử dụng lại tần số là cực kỳ khú khăn. Để nhảy tần cần chỳ ý trong trường hợp tổ hợp nhảy tần, số tần số này cú thể nhiều hơn số trạm thu/phỏt TRx của Cell. Khi chọn cỏc tần số để nhảy tần khỏc nhau sẽ làm cho cỏc cụm dữ liệu nhảy tần theo cỏc cỏch khỏc nhau và làm giảm khả năng trựng tần số giữa cỏc cụm số liệu trờn 2 cell.
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM
Ưu điểm của kỹ thuật nhảy tần : Ưu điểm của kỹ thuật nhảy tần là làm giảm ảnh hưởng của fading đa đường, của nhiễu nờn chất lượng thoại được cải thiện, làm cho quỏ trỡnh sử dụng lại tần số chặt chẽ và hiệu quả hơn. Lý do là vỡ kỹ thuật nhảy tần cú 2 ưu điểm chớnh là cú độ lợi phõn tập tần số và độ lợi trung bỡnh hoỏ nhiễu. Độ lợi phõn tập tập số cú ý nghĩa trong việc cải thiện vựng phủ, vỡ cỏc tần số khỏc nhau cú độ dự trữ fading khỏc nhau. Độ lợi trung bỡnh hoỏ nhiễu cú ý nghĩa trong việc cải