Những giải phỏp khả thi để trỏnh tỏc hại của phõn tỏn thời gian là: 1. Chọn vị trớ đặt BTS:
• Di chuyển BTS đến càng gần vật gõy phản xạ càng tốt. Điều này sẽ đảm bảo cho hiệu khoảng cỏch luụn nhỏ nằm trong phạm vi cửa sổ cõn bằng.
Hỡnh 2.8. Đặt BTS gần chướng ngại vật để trỏnh phõn tỏn thời gian
• Chuyển hướng anten của BTS ra khỏi phớa vật chướng ngại gõy phản xạ nếu BTS được đặt xa nú. Anten nờn chọn cú tỉ số tăng ớch trước trờn sau cao.
2. Thay đổi anten và gúc nghiờng anten:
Nếu vật phản xạ khụng bị chiếu vào thỡ sẽ khụng cú hiện tượng phản xạ. Như vậy, ta phải cố gắng giảm phần năng lượng bức xạ từ vật phản xạ mà cú thể gõy ra hiện tượng phản xạ cú hại.
Sử dụng anten down tilt là một cỏch cú thể ỏp dụng được. Anten down tilt với độ rộng bỳp súng vào khoảng 100, được sử dụng để trỏnh chiếu vào những vựng nỳi và trong trường hợp cần phủ súng cho một trục đường quốc lộ. Vấn đề chớnh khi sử dụng anten này là chỳng phải được lắp đặt thật chớnh xỏc, sai số khụng được vượt quỏ 10.
3. Điều chỉnh tham số cell:
Nếu một vựng nào đú trong một cell cú cường độ tớn hiệu thấp so với vựng cũn lại trong cell thỡ cỏc tham số điều khiển chuyển giao nờn được thiết lập để tiến hành cỏc cuộc chuyển giao ra ngay khỏi cell này trước khi để mỏy di động MS đi vào vựng nguy hiểm đú. Cỏc tham số của cỏc cell bờn cạnh cũng nờn được thiết lập để sao cho cỏc cuộc chuyển giao khụng bị chuyển vào những vựng cú xảy ra tỏn sắc thời gian nằm trong cell đú.
4. Đo lường:
Biện phỏp đo lường được đưa ra trong những mụi trường khỏc nhau mà những chướng ngại vật gõy nờn phõn tỏn chỉ nằm ngoài vựng ellipe được tạo nờn bởi vị trớ giữa BTS và MS và phạm vi cửa sổ cõn bằng (hỡnh 2-8).
Năng lượng súng phản xạ tỉ lệ với R-4 của khoảng cỏch. Cú nghĩa là nú sẽ giảm rất nhanh khi ra xa chướng ngại vật. Vả lại, nếu BTS và MS nhỡn thấy được nhau thỡ tớn hiệu trực tiếp sẽ mạnh hơn rất nhiều so với tớn hiệu phản xạ và tỏc hại làm cho chất lượng cuộc kết nối khụng được ổn định trong thời gian phõn tỏn thời gian sẽ rất nhỏ.
CHƯƠNG III
QUÁ TRèNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG THễNG TIN DI ĐỘNG GSM 3.1. Hệ thống thụng tin di động tế bào
Hệ thống thụng tin di động tế bào sử dụng một số lượng lớn cỏc mỏy phỏt vụ tuyến cụng suất thấp để tạo nờn cỏc cell hay cũn gọi là tế bào (đơn vị địa lý cơ bản của hệ thống thụng tin vụ tuyến). Thay đổi cụng suất mỏy phỏt nhằm thay đổi kớch thước cell theo phõn bố mật độ thuờ bao, nhu cầu thuờ bao theo từng vựng cụ thể.
Khi thuờ bao di động di chuyển từ cell này sang cell khỏc, cuộc đàm thoại của họ sẽ được giữ nguyờn liờn tục, khụng giỏn đoạn. Tần số sử dụng ở cell này cú thể được sử dụng lại ở cell khỏc với khoảng cỏch xỏc định giữa hai cell.
- Cấu trỳc hệ thống thoại di động trước đõy
Dịch vụ thoại di động truyền thống được cấu trỳc giống như hệ thống truyền hỡnh phỏt thanh quảng bỏ: Một trạm phỏt súng cụng suất mạnh đặt tại một cao điểm cú thể phỏt tớn hiệu trong vũng bỏn kớnh đến 50km.
- Hệ thống thụng tin di động tế bào
Khỏi niệm mạng tổ ong đó cấu trỳc lại hệ thống thụng tin di động theo cỏch khỏc. Thay vỡ sử dụng một trạm cụng suất lớn, người ta sử dụng nhiều trạm cụng suất nhỏ trong vựng phủ súng được ấn định trước. Lấy vớ dụ, bằng cỏch phõn chia một vựng trung tõm thành 100 vựng nhỏ hơn (cỏc tế bào), mỗi cell sử dụng một mỏy phỏt cụng suất thấp với khả năng cung cấp 12 kờnh thoại cho mỗi mỏy. Khi đú năng lực của hệ thống về lý thuyết cú thể tăng từ 12 kờnh thoại sử dụng một mỏy phỏt cụng suất lớn lờn đến 1200 kờnh thoại bằng cỏch sử dụng 100 mỏy phỏt cụng suất thấp. Như vậy là dung lượng hệ thống đó tăng lờn rất nhiều. Bằng cỏch giảm bỏn kớnh của vựng phủ súng đi 50% (diện tớch vựng phủ súng giảm 4 lần), nhà cung cấp dịch vụ cú thể tăng khả năng phục vụ lờn 4 lần. Hệ thống được triển khai trờn vựng cú bỏn kớnh 1 Km cú thể cung cấp số kờnh lớn hơn gấp 100 lần so với hệ thống triển khai trờn vựng cú bỏn kớnh 10 Km. Từ thực tế rỳt ra kết luận rằng, bằng cỏch giảm bỏn kớnh vựng đi vài trăm một thỡ nhà cung cấp cú thể phục vụ thờm vài triệu cuộc gọi.
Hỡnh 3.2. Hệ thống thụng tin di động sử dụng cấu trỳc tế bào
Khỏi niệm cell (tế bào) được sử dụng với cỏc mức cụng suất thấp khỏc nhau, nú cho phộp cỏc cell (cỏc tế bào) cú thể thay đổi vựng phủ súng tuỳ theo mật độ, nhu cầu của thuờ bao trong một vựng nhất định. Cỏc cell cú thể được thờm vào từng vựng tuỳ theo sự phỏt
triển của thuờ bao trong vựng đú. Tần số ở cell này cú thể được tỏi sử dụng ở cell khỏc, cỏc cuộc điện thoại vẫn được duy trỡ liờn tục khi thuờ bao di chuyển từ cell này sang cell khỏc.
3.2. Quy hoạch Cell
3.2.1. Khỏi niệm tế bào (Cell)
Cell (tế bào hay ụ): là đơn vị cơ sở của mạng, tại đú trạm di động MS tiến hành trao đổi thụng tin với mạng qua trạm thu phỏt gốc BTS. BTS trao đổi thụng tin qua súng vụ tuyến với tất cả cỏc trạm di động MS cú mặt trong Cell.
Hỡnh 3.3. Khỏi niệm Cell
Hỡnh dạng lý thuyết của Cell là một ụ tổ ong hỡnh lục giỏc:
Trờn thực tế, hỡnh dạng của cell là khụng xỏc định. Việc quy hoạch vựng phủ súng cần quan tõm đến cỏc yếu tố địa hỡnh và mật độ thuờ bao, từ đú xỏc định số lượng trạm gốc BTS, kớch thước cell và phương thức phủ súng thớch hợp.
3.2.2. Kớch thước Cell và phương thức phủ súng3.2.2.1. Kớch thước Cell 3.2.2.1. Kớch thước Cell
- Cell lớn: Bỏn kớnh phủ súng khoảng: n km ữ n*10 km (GSM: ≤35 km) Vị trớ thiết kế cỏc Cell lớn:
- Súng vụ tuyến ớt bị che khuất (vựng nụng thụn, ven biển… ) - Mật độ thuờ bao thấp.
- Yờu cầu cụng suất phỏt lớn.
- Cell nhỏ: Bỏn kớnh phủ súng khoảng: n*100 m. (GSM: ≤1 km) Vị trớ thiết kế cỏc Cell nhỏ:
- Súng vụ tuyến bị che khuất (vựng đụ thị lớn). - Mật độ thuờ bao cao.
- Yờu cầu cụng suất phỏt nhỏ.
Cú tất cả bốn kớch thước cell trong mạng GSM đú là macro, micro, pico và umbrella. Vựng phủ súng của mỗi cell phụ thuộc nhiều vào mụi trường.
Macro cell được lắp trờn cột cao hoặc trờn cỏc toà nhà cao tầng. Micro cell lại được lắp ở cỏc khu thành thị, khu dõn cư.
Pico cell thỡ tầm phủ súng chỉ khoảng vài chục một trở lại nú thường được lắp để tiếp súng trong nhà.
Umbrella lắp bổ sung vào cỏc vựng bị che khuất hay cỏc vựng trống giữa cỏc cell. Bỏn kớnh phủ súng của một cell tuỳ thuộc vào độ cao của anten, độ lợi anten thường thỡ nú cú thể từ vài trăm một tới vài chục km. Trong thực tế thỡ khả năng phủ súng xa nhất của một trạm GSM là 32 km (22 dặm).
Một số khu vực trong nhà mà cỏc anten ngoài trời khụng thề phủ súng tới như nhà ga, sõn bay, siờu thị... thỡ người ta sẽ dựng cỏc trạm pico để chuyển tiếp súng từ cỏc anten ngoài trời vào.
3.2.2.2. Phương thức phủ súng
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).
- Phỏt súng vụ hướng - Omni directional Cell (3600)
Anten vụ hướng hay 3600 bức xạ năng lượng đều theo mọi hướng.
Hỡnh 3.5. Omni (3600) Cell site
Khỏi niệm Site: Site được định nghĩa là vị trớ đặt trạm BTS. Với Anten vụ hướng: 1 Site = 1 Cell 3600
- Phỏt súng định hướng - Sectorization: Lợi ớch của sectorization (sector húa):
- Cải thiện chất lượng tớn hiệu (Giảm can nhiễu kờnh chung). - Tăng dung lượng thuờ bao.
Hỡnh 3.6. Sector húa 1200
Với Anten định hướng 1200: 1 Site = 3 Cell 1200
3.2.3. Chia Cell
Một cell với kớch thước càng nhỏ thỡ dung lượng thụng tin càng tăng. Tuy nhiờn, kớch thước nhỏ đi cú nghĩa là cần phải cú nhiều trạm gốc hơn và như thế chi phớ cho hệ thống lắp đặt trạm cũng cao hơn.
Khi hệ thống bắt đầu được sử dụng số thuờ bao cũn thấp, để tối ưu thỡ kớch thước cell phải lớn. Nhưng khi dung lượng hệ thống tăng thỡ kớch thước cell cũng phải giảm đi để đỏp ứng với dung lượng mới. Phương phỏp này gọi là chia cell.
Tuy nhiờn, sẽ khụng thực tế khi người ta chia nhỏ toàn bộ cỏc hệ thống ra cỏc vựng nhỏ hơn nữa và tương ứng với nú là cỏc cells. Nhu cầu lưu lượng cũng như mật độ thuờ bao sử dụng giữa cỏc vựng nụng thụn và thành thị cú sự khỏc nhau nờn đũi hỏi cấu trỳc mạng ở cỏc vựng đú cũng khỏc nhau.
Cỏc nhà quy hoạch sử dụng khỏi niệm cells splitting để phõn chia một khu vực cú mật độ thuờ bao cao, lưu lượng lớn thành nhiều vựng nhỏ hơn để cung cấp tốt hơn cỏc dịch vụ mạng. Vớ dụ cỏc thành phố lớn được phõn chia thành cỏc vựng địa lý nhỏ hơn với cỏc cell cú mức độ phủ súng hẹp nhằm cung cấp chất lượng dịch vụ cũng như lưu lượng sử dụng cao, trong khi khu vực nụng thụn nờn sử dụng cỏc cell cú vựng phủ súng lớn, tương ứng với nú số lượng cell sẽ sử dụng ớt hơn để đỏp ứng cho lưu lượng thấp và số người dựng với mật độ thấp hơn.
Hỡnh 3.7. Phõn chia Cell
Đứng trờn quan điểm kinh tế, việc hoạch định cell phải bảo đảm lưu lượng hệ thống khi số thuờ bao tăng lờn, đồng thời chi phớ phải là thấp nhất. Thực hiện được điều này thỡ yờu cầu phải tận dụng được cơ sở hạ tầng của đài trạm cũ. Để đỏp ứng được yờu cầu này, người ta sử dụng phương phỏp giảm kớch thước cell gọi là tỏch cell (cells splitting).Theo phương phỏp này việc hoạch định được chia thành cỏc giai đoạn sau:
1. Giai đoạn 0 (phase 0):
Khi mạng lưới mới được thiết lập, lưu lượng cũn thấp, số lượng đài trạm cũn ớt, mạng thường sử dụng cỏc “omni cell” với cỏc anten vụ hướng, phạm vi phủ súng rộng.
Khi mạng được mở rộng, dung lượng sẽ tăng lờn, để đỏp ứng được điều này phải dựng nhiều súng mang hơn hoặc sử dụng lại những súng mang đó cú một cỏch thường xuyờn hơn.
Tuy nhiờn, mọi sự thay đổi trong quy hoạch cấu trỳc tần số phải gắn liền với việc quan tõm tới tỉ số C/I. Cỏc tần số khụng thể được ấn định một cỏch ngẫu nhiờn cho cỏc cell. Để thực hiện được điều này, phương phỏp phổ biến là chia cell theo thứ tự.
2. Giai đoạn 1 (Phase 1): Sector húa
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 (Site) 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 3.9. Giai đoạn 1 :Sector húa
- Tỏch chia Cell 1:3 thờm lần nữa. Lần tỏch này sử dụng lại mặt bằng cũ và thờm mới gấp đụi mặt bằng mới cho cỏc BTS mới.
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 3.10. Tỏch chia 1:3 thờm lần nữa
- 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 3.11.
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 phụ vụ GoS = 5%. Với 24 tần số, nghĩa là số kờnh logic của hệ thống sẽ là:
24 x 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:
(192 - 2 x7 )/7 = 178/7 = 25 TCH
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 3.1. Thống kờ về mật độ lưu lượng qua cỏc bước tỏch cell
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 722 5,5 54%
3 2 km 21 8 10,4 km2 227 21,8 54%
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.
3.3. Quy hoạch tần số