Dịch vụ Dung lượng trên Cell thuê bao]
Tải hướng lên [%] Yêu cầu về công suất phát trạm gốc dBm] Macro-cell không sử dụng phân tập phát 12.2 kbps speech 64/64 kbps data 64/128 kbpsdataa 64/384 kbps dataa 72 11 6 2 70.0 52.8 2.9 1.0 40.4 42.1 41.6 40.4 Micro-cell không dùng phân tập phát 12.2 kbps speech 64/64 kbps data 64/128 kbps dataa 64/384 kbps dataa 79 17 12 4 69.9 66.3 4.7 1.6 39.8 40.7 42.4 41.4 Micro-cell sử dụng phân tập phát 12.2 kbps speech 64/64 kbps data 64/128 kbps dataa 64/384 kbps dataa 79 17 18 7 69.9 66.3 7.0 2.7 37.2 38.7 42.7 42.0
Bảng 21: so sánh về dung lượng giữa macro-cell với suy hao ñường truyền cho phép 152.2 dB và micro-cell với suy hao ñường truyền lớn nhất cho phép
là 144.7 dB và công suất phát cấp cho chúng là 20W
Bảng 26 cung cấp sự so sánh dung lượng macro-cell và micro-cell, giả sử
cả 2 trạm ñều có công suất phát là 20W. Kịch bản dịch vụ thoại là giới hạn hướng lên và sự khác nhau giữa dung lượng macro và micro-cell là khá nhỏ, chỉ xấp xỉ
10%. Dịch vụ dữ liệu 64/64 kbps giới hạn dung lượng hướng xuống giới hạn dung lượng hướng xuống ñối với macro-cell và giới hạn dung lượng hướng lên ñối với micro-cell. Kết quả cho ñộ lợi về dung lượng xấp xỉ 55%. Các dịch vụ cLn lại giới hạn dung lượng hướng xuống cho cả macro-cell và micro-cell và ñộ lợi về dung lượng là 100%. Bao gồm phân tập phát hướng xuống như một phần của giải pháp micro-cell sẽ làm tăng thêm dung lượng hệ thống ñối với kịch bản giới hạn dung lượng hướng xuống. Dung lượng tăng thêm 70% so với khi micro-cell không sử
dụng phân tập, 350% so với macro-cell.
Trong thực tế, trạm micro-cell thường có công suất thấp hơn. Bảng 22 mô tả dung lượng micro-cell tương ứng với công suất phát là 8 W.
Giảm công suất trạm micro-cell xuống 8 W sẽ giảm dung lượng hệ thống. Sự tồn hao lơn nhất ñối với kịch bản giới hạn dung lượng hướng xuống.
Bảng 21 và 22 mô tả dung lượng giao diện vô tuyến nhưng không giới hạn về cây mã kênh. Bảng 23 mô tả sự giới hạn này ñối với môi trường micro-cell.
Dịch vụ Dung lượng trên 1 trạm [thuê bao] Tải hướng lên[%] Yêu cầu công suất phát trạm gốc [dBm] Macro-cell không dùng phân tập 12.2 kbps speech 64/64 kbps data 64/128 kbps dataa 64/384 kbpsdataa 79 15 8 3 69.9 58.5 3.1 1.2 38.8 39.0 38.7 38.7
Micro-cell không dùng phân tập 12.2 kbps speech 64/64 kbps data 64/128 kbps dataa 64/384 kbps dataa 79 17 13 5 69.9 66.3 6.4 1.9 35.1 37.3 38.7 38.9
Bảng 22: Dung lượng micro-cell khi cấp phát công suất phát 8 W, suy hao
ñường truyền tối ña cho phép 144.7 dB
Downlink bit rate
[kbps] Air interface bit rate [kbps] Spreading factor Number of possible TCHs
12.2 60 128 104
64 240 32 25
128 480 16 12
384 960 8 5
Bảng 23: Sự giới hạn về kênh lưu lượng micro-cell của cây mã kênh ñơn
So sánh với bảng 21 và 22 chỉ ra rằng ñộ khả dụng của cây mã kênh hướng xuống có thể trở thành sự giới hạn ñối với các dịch vụ dữ liệu 128 kbps và 384 kbps khi trạm micro-cell ñược trang bị 20 W cho công suất phát và phân tập phát hướng xuống.
Trong các trường hợp này mã scrambling code thứ 2 có thểñược giới thiệu
ñể cung cấp cây mã kênh thứ 2. Tuy nhiên, các cây mã này sẽ không trực giao với mã ñầu tiên và các thuê bao của nó sẽ làm tăng tải cell hướng xuống.
Dung lượng micro-cell có thể ñược tăng lên bằng cách thêm sóng mang hoặc sector tương tự như macro-cell. Tuy nhiên nếu các sector không ñược quy hoạch tốt, sẽ không có ñịnh nghĩa rễ ràng vùng phủ chiếm ưu thế, và sẽ gánh các mức nhiễu giữa các cell caọ
Trong thuật ngữ vùng phủ dịch vụ, các micro-cell cung cấp giải pháp hiệu quảñể ñạt ñược mức thâm nhập cao trong vùng indoor. Phạm vi của cell nhỏ hơn. Bảng 24 mô tả sự khác nhau chính giữa vùng phủ macro-cell và micro-cell liên quan tới các mức tham số kết nối và hệ thống.
Macro-cell [dB] Micro-cell [dB]
Uplink fast fading margin 3 5
Downlink Eb/N0 (12.2 kbps speech) 6.5 9.5
Bảng 24: so sánh liên quan ñến vùng phủ của macro-cell và micro-cell
Dự trữñường truyền hướng lên của micro-cell ñược biểu thị qua yêu cầu về
Eb/No và dự trữ fading nhanh tăng. Điều này dẫn tới suy hao ñường truyền cho phép lớn nhất giảm. Dự trữ ñường truyền hướng xuống ñược biểu thi qua yêu cầu về Eb/No tăng. Các micro-cell ñược cấu hình với công suất phát 8 W và hỗ trợ các dịch vụ dữ iệu bất ñối xứng là khá giống với giới hạn vùng phủ hướng xuống.
Hoạt ñộng của các kênh lân cận cũng phải ñược xem xét khi quy hoạch triển khai micro-cell. Khả năng suy hao coupling nhỏ nhất thấp giữa anten micro- cell và các thuê bao trên các kênh lân cận dẫn tới ảnh hưởng của hiệu ứng gần xa tương ñối mạnh. Khi các kênh lân cận ñược sử dụng bởi nhà cung cấp thứ 2, hiệu
ứng gần xa ñược giảm ñáng kể nếu nhà cung cấp thứ 2 cũng sử dụng các kênh ñó
ñể triển khai micro-cell.
IIỊ CÁC KỸ THUẬT NÂNG CAO DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG.
Cách hiệu quả nhất và ñơn giản nhất ñể tăng dung lượng hệ thống là thêm một hoặc nhiều sóng mang. Khi nâng cấp 1 trạm từ single carrier sang dual carrier có thể mở rộng hơn gấp ñôi về dung lượng. Điều này có thể ñược thực hiện mà không cần phải thay ñổi quy hoạch mạng vô tuyến hoặc các yêu cầu cấu hình anten mớị Tuy nhiên, khi tất cả các sóng mang sẵn có ñã ñược sử dụng, các kỹ
thuật khác phải ñược tìm kiếm ñể tăng dung lượng. Các kỹ thuật này bao gồm truy nhập gói hướng xuống tốc ñộ cao (HSDPA), phân tập phát, kỹ thuật beamforming – ñiểu chỉnh tín hiệu trực tiếp trên anten, thêm các mã scrambling code, sector hóa tăng cường, và các micro-cell.
Phương pháp ñơn giản nhất ñể hiểu về dung lượng hệ thống ñang sử dụng các phương tŕnh tải kết hợp với dự trữ ñường truyền. Dự trữ ñường truyền ñược yêu cầu trong kịch bản giới hạn dung lượng hướng xuống ñể ñánh giá yêu cầu công suất phát BS. Phương tŕnh tải và dự trữ ñường truyền cũng rất hữu ích cho
việc xác ñịnh các tham số cần phải ñược cải thiện ñể tăng dung lượng hệ thống, các tool quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA có thể ñược sử dụng ñể cung cấp
ñánh giá chính xác và chi tiết hơn về dung lượng hệ thống.
1. Kịch bản giới hạn dung lượng hướng lên và hướng xuống.
Kịch bản giới hạn về dung lượng hướng lên xảy ra khi tải hướng lên lớn nhất ñạt tới trước khi BS cạn công suất phát . Điều này có nghĩa rằng không có thêm thuê bao nào có thể ñược hỗ trợ mà không giảm vùng phủ dịch vụ ñã quy hoạch. Điều này thường xảy ra trong môi trường nơi mà yêu cầu về dung lượng tương ñối thấp và mạng ñã ñược quy hoạch với tải cell hướng lên thấp ñể cực ñại hóa phạm vi của cell và do ñó giảm yêu cầu về số trạm. Lưu lượng ứng với kịch bản giới hạn dung lượng hướng lên là khá cân ñốị Tăng dung lượng hệ thống cho kịch bản giới hạn hướng lên yêu cầu
phương tŕnh tải hướng lên ñược nâng caọ
Kịch bản giới hạn dung lượng hướng xuống xảy ra khi BS cạn công suất phát. Thuê bao phát sinh sẽ không ñược thêm vào nếu không thay ñổi cấu hình trạm. Các kịch bản giới hạn dung lượng hướng xuống thường xảy ra ở môi trường
ñô thị hoặc ngoại ô nơi mà mạng ñược quy hoạch với tải cell hướng lên tương ñối caọ Lưu lượng ứng với kịch bản giới hạn dung lượng hướng xuống là không cân
ñối với số lượng lớn lưu lượng hướng xuống. Các kịch bản giới hạn dung lượng hướng xuống cũng thường xảy ra khi mạng ñược cấu hEnh với công suất phát BS thấp, ñiều này có thể ñã ñược tiến hành trong hoàn cảnh ñể giảm yêu cầu về
module khuếch ñại công suất. Tăng dung lượng hệ thống cho kịch bản giới hạn hướng xuống yêu cầu phương trình tải hướng xuống hoặc dự trữ ñường truyền hướng xuống ñược nâng caọ Bảng 25 tóm tắt các ñặc ñiểm của các kịch bản giới hạn dung lượng hướng lên và hướng xuống.
Giới hạn hướng lên Giới hạn hướng xuống
Các ly do thông thường Quy hoạch ñể tải cell hướng lên thấp
Công suất phát cao liên quan tới lưu lượng ñối xứng
Quy hoạch ñể tải cell hướng lên cao
Công suất phát thấp
Lưu lượng lớn hơn trên hướng xuống
Các chỉ thị Công suất phát trạm chưa ñạt tới mức lớn nhất khi tải cell hướng lên ñạt mức giới hạn
Công suất phát ñạt mức tối ña Tải cell hướng lên chưa ñạt ngưỡng lớn nhất
Giải pháp Cải thiện phương tŕnh cân bằng tải hướng lên
Cải thiện phương tŕnh cân bằng tải hướng xuống
Cải thiện quỹñường truyền hướng xuống
Bảng 25: Các kịch bản giới hạn hướng lên và hướng xuống
1.1. Phân tích phương trình tải
Phương trình tải riêng biệt ñược sử dụng ñể tìm hiểu các hướng lên và hướng xuống. Cả 2 bao gồm yêu cầu về Eb/No, processing gain, activity factor và nhiễu giữa các cell. Phương tŕnh tải hướng xuống cũng bao gồm yếu tố trực giao và chuyển giao mềm. Nếu hướng lên tăng mức nhiễu giữa các cell – khi ñó việc xem xét ñiều khiển công suất trong các cell lân cận không ñược tương quan với fading tới bộ thu của BS – ñược bao gồm.
Phương trình 1 tải hướng lên ñược thể hiện như phương trình:
Có thể nhận thấy rằng tải cell là phù hợp với cả yêu cầu về Eb/No và tốc ñộ
thấp ơn cho phép hệ thống hỗ trợ thêm số lượng lớn thuê baọ Mối quan hệ giữa Eb/No và tốc ñộ bit quyết ñịnh thông lượng cell nói chung có thểñạt tối ñạ
Bảng 26 mô tả sự thay ñổi về thông lượng cell cho các dịch vụña dạng pha trộn lẫn nhaụ Số lượng thuê bao ñược mô tả trong mỗi cột ứng với tải hướng lên của cell là 50%. Cột ñầu tiên bao gồm các thuê bao sử dụng dịch vụ thoạị Dung lượng dự trữược chỉñịnh cho các dịch vụ thoạị
Kết quả chỉ ra tổng thông lượng của cell ñạt tối ña khi có tỷ lệ tương ñối cao về thuê bao sử dụng dịch vụ tốc ñộ dữ liệu caọ Do ñó nhà khai thác có thể tận dụng
ñể cấp phát tốc ñộ bit cao trong khoảng thời gian ngắn hơn là tốc ñộ bit thấp trong khoảng thời gian dàị Làm vậy, tuy nhiên, ñặt các yêu cầu lớn hơn về hoạt ñộng vùng phủ dịch vụ.
12.2 kbps speech
64 kbps data 128 kbps data 384 kbps data
Data users - 10 5 2
Speech users 51 2 7 4
Total throughput
622kbps 66skbps 805 kbps 814 kbps
Bảng 26: Sự thay ñổi về thông lượng cell ñối với từng dịch vụ
Dịch vụ thoại Dịch vụ dữ liệu bất ñối xứng
Uplink Downlink Uplink Downlink
Number of users 51 51 5 5 Bit rate 12.2 kbps 12.2 kbps 64 kbps 128 kbps Eb/N0 requirement 4.0 dB 6.5dB 2.0dB 5.0dB MDC gain 0.0 dB 1.2 dB 0.0 dB 1.2 dB Activity factor 0.67 0.58 0.1 1.0 Inter-cell interference 0.65 0.65 0.65 0.65 Increase in intercell interference 1dB — 1dB —
Orthogonality — 0.50 — 0.50
Cell loading 50% 63% 2% 64%
Bảng 27: So sánh tải cell hướng lên và hướng xuống
Phương trình 2 tải hướng xuống ñược thể hiện trong phương trình:
Trong trường hợp này phương trình tải bao gồm cả vấn ñề về chuyển giao và giảm nhiễu trong cell do tính trực giao giữa mã hóa kênh. Nói tóm lại, ñối với bất cứ số lượng thuê bao ñược ñưa ra, tải trên hướng xuống sẽ lớn hơn hướng lên.
Điều này ñược mô tả trong bảng 32 cho dịch vụ thoại tốc ñộ 12.2 kbps và dịch vụ
dữ liệu 64/128 kbps.
Trong trường hợp dịch vụ thoại, tải hướng xuống là lớn hơn nhưng sự khác nhau là không ñáng kể. Dịch vụ này sẽ có xu hướng tạo ra kịch bản giới hạn dung lượng hướng lên. Đối với các dịch vụ dữ liệu tỷ lệ hoạt ñộng giữa hướng lên – hướng xuống là 1:10 ñă ñược thừa nhận. Được kết hợp với tốc ñộ dữ liệu bất ñối xứng, ñiều này dẫn tới sự khác nhau ñáng kể trong tải cell hướng lên. Dịch vụ này sẽ có xu hướng tạo ra kịch bản giới hạn dung lượng hướng xuống. Điều ñó cho thấy rằng hệ thống giới hạn dung lượng tải hướng lên chỉ yêu cầu phương tŕnh tải hướng lên. Trong khi hệ thống giới hạn dung lượng tải hướng xuống yêu cầu phương trình tải hướng xuống kết hợp với dự trữ ñường truyền hướng lên và hướng xuống.
Sử dụng các sóng mang phụ là cách hiệu quả nhất và ñơn giản nhất ñể
tăng dung lượng hệ thống. Hoạt ñộng vùng phủñược cải thiện là kết quả của việc giảm tải hướng lên trên mỗi sóng mang. Vùng phủ sẽ bị giảm khi lưu lượng tăng và tải cell tăng cao trên mỗi sóng mang. Khi trạm gốc mà dung lượng của nó bị
giới hạn hướng xuống sẽ có sự giới hạn về công suất phát, dung lượng hệ thống là tối ña bằng cách chia sẻ công suất phát thông qua các sóng mang sẵn có. Cho ví dụ, dung lượng của 2 sóng mang ñược cấu hình 10 W có thể hiệu quả hơn 1 sóng mang cấu hEnh 20 W.
Mã scrambling code phụ ñược sử dụng khi dung lượng hệ thống bị giới hạn cứng bởi số lượng mã kênh có sẵn. Tóm lại, ñối với môi trường Macro-cell dung lượng bị giới hạn bởi tải cell hướng lên hoặc công suất phát trạm gốc. Mã hóa kênh trở thành hệ số giới hạn dưới kịch bản thông lượng caọ Điều này thường xảy ra trong môi trường Micro hoặc Indoor nơi mà vùng phủ cell giới hạn và tính trực giao của mã là caọ
1.3. Ảnh hưởng của sóng mang phụ
Phần lớn nhà khai thác mạng WCMDA có nhiều hơn 1 sóng mang. Thông thường là 2 hoặc 3 sóng mang ñược cấp cho 1 nhà khai thác. Các nhà khai thác phải ñưa ra kế hoạch ñể phân bổ các sóng mang thông qua cấu trúc mạng lướị Các sóng mang có thể ñược dành riêng hoặc chia sẻ giữa các lớp. Chia sẻ sóng mang có thể cung cấp dung lượng của toàn hệ thống và hiệu năng sử dụng phổ tần cao nhất nhưng yêu cầu về quy hoạch mạng vô tuyến phải cẩn thận ñể ñảm bảo tính phân tách giữa các lớp Macro và Micrọ
Ảnh hưởng của việc cấp phát nhiều sóng mang trong 1 cell phụ thuộc vào dung
lượng hệ thống giới hạn hướng lên và hướng xuống, công suất phát ñược chỉ ñịnh tới mỗi sóng mang và chức năng RRM hỗ trợ cân bằng tải giữa các sóng mang. Mặc dù tối ña số lượng sóng mang tại 1 cell cung cấp cách thức hiệu quả nhất ñể
khai thác mạng chỉ thêm sóng mang khi có nhu cầu tăng thêm về dung lượng hệ
thống. Điều này cho phép nhà khai thác giảm chi phí về phần cứng.
Trong trường hợp ñơn giản nhất việc thêm sóng mang thứ 2 với cấu hình tương tự sóng mang thứ nhất tối thiểu là nhân ñôi về dung lượng. Nếu hệ thống hỗ
trợ cân bằng tải giữa các sóng mang, dung lượng sẽ lớn hơn gấp ñôị Ảnh hưởng của vùng phủ dịch vụ vào mức tải cell hướng lên. Giả sử rằng lưu lượng ñược phẩn bổ qua các sóng mang, ñiều này thể hiện cách hiệu quả nhất của việc tối ưu nguồn tài nguyên bao gồm tải giao diện và công suất phát, tải cell sẽ giảm một nửạ Nếu tải cell ban ñầu thấp, việc chia ñôi sẽ không có tác dụng ñối với hoạt
ñộng vùng phủ. Nếu tải cell tương ñối cao, vùng phủ sẽ ñược cải thiện. Điều này giúp giảm bớt việc tăng cao lưu lượng và tải cell.