3.3.3.1. Thay đổi quy hoạch tần số
a) 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.
Hỡnh 3.18. Thay đổi quy hoạch tần số
Hỡnh 3.18 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 3.6. Thay đổi quy hoạch 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 CA
Cell D1 và cell D3 là hai cell liền kề. Mà 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 tỉ số CA của chỳng gần bằng 0 dB.
Ảnh hưởng tới CI
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 ữ8 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.
b)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 cuả cỏc 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.
3.3.3.2. 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.
Hỡnh 3.19. Phủ súng khụng liờn tục
3.3.4. Thiết kế tần số theo phương 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 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.
3.3.4.1. Nhảy tần
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 (Discontinuous Transmission). 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 Fađinh 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 Fađinh nhanh. Ngày nay, quy hoạch cell tiờu biểu dựng 3 dB cho dự trữ Fađinh nhanh.
Phõn tỏn nhiễu: Cường độ nhiễu được chia sẻ đều cho cỏc thuờ bao để quy về mức nhiễu trung bỡnh.
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 4.20 mụ tả sự suy giảm tương quan tớn hiệu trong ba trường hợp, khi đường lờn 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 3.20. Một vớ dụ về hiệu quả của kỹ thuật nhảy tần trờn phõn tập nhiễu của một mạng lưới.Kớch thước 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 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 đa mẫu sử dụng lại_MRP cú thể đạt được phõn tỏn nhiễu tối đa mà vẫn duy trỡ cấu trỳc thiết kế tần số.
3.3.4.2. Phương phỏp đa mẫu sử dụng lại MRP
Phương phỏp 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. Với mục đớch là triển khai được càng nhiều càng tốt cỏc bộ thu phỏt TRX ở cỏc cell hiện tại để tối thiểu chi phớ cho lắp đặt trạm mới. Phần này ta chỉ xột tới MRP sử dụng nhảy tần băng cơ bản.
a) Phõn chia băng tần
Bước đầu tiờn của phương phỏp MRP là phõn chia phổ tần sẵn cú 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 làm tần số TCH ở một cell khỏc và ngược lại. Băng tần BCCH dựng để 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 (Base Station Identity Code_Mó nhận dạng trạm gốc) trờn kờnh đồng bộ SCH (Synchronisation Channel), đặc tớnh này khụng bị ảnh hưởng bởi tải lưu lượng. Lý do là 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 (Handover). Hiệu suất handover 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 sẵn cú 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 handover.
- 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, việcthiết kế tần số BCCH sẽ khụng bị ảnh hưởng gỡ. Hạn chế duy nhất cần tớnh đến là nhiễu tần số kế bờn. Chớnh vỡ vậy, sẽ là hợp lý khi giữ cựng thiết kế tần số cho dự TRX bổ sung được thờm vào hệ thống. Nhà điều hành mạng dođú 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 đoạn DTX là đạt được trờn hướng xuống 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…
Lý do cho việc phõn chia những tần số TCH thành cỏc băng khỏc nhau là:
- 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 trong mạng. Hệ số sử dụng lại tần số trung bỡnh đượcđiều chỉnh theo số TRX tối đa cần thiết cho mỗi cell và số lượng cell cần số TRX như vậy. Theo cỏch này thỡ chất lượng hệ thống cú thể kiểm soỏt tốthơn nhờ điều chỉnh trong xử lý thiết kế tần số.
- 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. Chỉ những cell cú cựng số TRX hoặc nhiều hơn mới bị ảnh hưởng nếu cú thờm những TRX bổ sung. Vớ dụ, thờm TRX thứ tư vào một cell cú ba TRX sẽ chỉ cú ảnhhưởng tới những cell cú bốn hoặc cú nhiều hơn số TRX.
- 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 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.
b) Ấn định tần số
Việc ấn định tần số được minh họa trong hỡnh 4.21, 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.
Hỡnh 3.21. Vớ dụ về thiết kế tần số với phương phỏp MRP
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 BCCH thứ 23 và cỏc tần số TCH thứ 20, 26, 35. Do đú, cell B sử dụng nhảy tần băng cơ bản trờn bốn tần số. Chỳ ý rằng, những tần số BCCH khụng cần xỏc định rừ vị trớ, do đú bất kỳ tần số nào trong dải tần cú sẵn đều cú thể chọn làm tần số BCCH miễn sao sự chia tỏch BCCH/ TCH được thỏa món.
Khụng cần phải lỳc nào cũng tuõn thủ chặt chẽ việc ấn định tần số theo phương phỏp MRP. Nếu một cell tồn tại những vấn đề về chất lượng thỡ cú thể giải quyết vấn đề này bằng thay đổi một tần số trong cell đú sang một tần số “trỏi luật”, tần số mà ban đầu đó được sử dụng trong nhúm bộ thu phỏt khỏc. Tuy nhiờn, theo khuyến nghị thỡ việc tuõn thủ cấu trỳc MRP nờn thực hiện một cỏch chặt chẽ nhất cú thể.
c) Thiết kế tần số
Phương phỏp MRP được phỏt triển nhằm xử lý đặc trưng tiờu biểu của mạng lưới khi sự