Dung lượng ñược ñề xuất bởi cầu hình công suất phát là một chức năng về
của cell. Suy hao ñường truyền càng lớn, yêu cầu về công suất phát càng cao và lưu lượng cell càng thấp. Mục này xem xét về số lượng thuê bao sử dụng dịch vụ
thoại trong cell.
Hình 5 cung cấp mô tả dung lượng thay ñổi theo suy hao truyền sóng cho phép và công suất phát. Quay trở lại với dự trữ ñường truyền trong bảng , 1 cell
ñược quy hoạch 384 kbps có suy hao truyền sóng cho phép tối ña ñược 149.6 dB. Theo bảng 1 ñiều này phản ánh dung lượng cho phép 68 thuê bao thoại tương ứng với công suất phát trạm gốc là 20 W. Khi công suất phát là 40 W, dung lượng tăng thêm 7%. Trong trường hợp này, vùng phủ của cell tương ñối nhỏ cho phép mức tải hướng xuống có mức ưu tiên cao trong cell. Kết quả của tải cell hướng xuống cao là khi thêm thuê bao truy nhập mạng sẽ làm tăng nhiễu nền và công suất phát nhanh chóng bị tiêu haọ Dung lượng chung của cell sẽ lớn hơn nếu công suất phát thêm 20W ñược chỉ ñịnh cho carrier khác. Một cell ñược cấu hình với 2 carrier 20W có dung lượng tối thiểu gấp 2 lần 1 carrier 20W.
Một cell ñược quy hoạch cho dịch vụ 128 kbps sẽ có suy hao truyền sóng cho phép cao hơn và trong trường hợp này sự khác nhau về dung lượng là lớn hơn.
Đây là kết quả cấu hình công suất phát thấp hơn trước khi cell trở lên quá tảị Thuê bao truy nhập thêm cũng sẽ không làm tăng nhiều nhiễu nền. Tuy nhiên tổng dung lượng cell duy trì ở mức lớn nhất khi công suất phát của trạm gốc ñược chia sẻ qua các sóng mang.
Xem xét 1 cell ñược cấu hình với mức công suất phát 40W và suy hao truyền sóng cho phép tối ña là 155 dB, cấu hình single-carrier cho phép hỗ trợ
dung lượng tối ña là 66 thuê bao thoạị Nếu cùng công suất phát ñó chia sẻ cho 2 carrier thì dung lượng lớn hơn 114 thuê bao thoạị
Ảnh hưởng của tải cell hướng xuống cao ñược mô tả trong hình 4. Điều này thể hiện công suất phát của BS ñược yêu cầu như chức năng của tải cell, với suy hao truyền sóng cho phép như 1 tham số. Công suất phát 36 dBm ñã ñược cấp phát cho kênh CPICH và kênh CCCH (20% của 20W). Khi tải cell tăng, yêu cầu công
thu với tải cell và là lý do không hiệu quả của việc cấp phát số lượng lớn công suất phát cho 1 carrier.
Ảnh hưởng của công suất phát trạm gốc trên hoạt ñộng vùng phủ là ñộc lập với dự trữñường truyền hướng lên và hướng xuống. Thông thường vùng phủ dịch vụ là giới hạn hướng lên và công suất phát BS không ảnh hưởng nhiều tới vùng phủ hoạt ñộng.
Tuy nhiên trong một vài trường hợp, ví dụ công suất phát trạm gốc 5W với các dịch vụ dữ liệu bất ñối xứng và sử dụng MHA, vùng phủ dịch vụ có thể là giới hạn hướng xuống. Ở ñây, vùng phủ dịch vụ là liên quan trực tiếp tới công suất phát lớn nhất ñược cấp phát cho kênh TCH ñơn.
Hình 6: Mối quan hệ giữa yêu cầu công suất phát trạm gốc và tải cell với suy hao ñườngtruyền cho phép. 20%công suất của cell ñựơc dành riêng cho các
kênh chung.
4. Giải pháp sử dụng các bộ khuếch ñại và anten tích cực
MHA và anten tích cực ñược sử dụng ñể giảm Noise Figure (NF) của phân hệ thu BS. Do ñó dự trữñường truyền hướng lên ñược cải thiện và vùng phủ dịch vụ ñược mở rộng. Ảnh hưởng của MHA và các anten tích cực ñộc lập với dung lượng hệ thống khi dung lượng hệ thống giới hạn hướng lên hoặc hướng xuống. Nếu hệ thống giới hạn hướng lên, nó sẽ không có ảnh hưởng gì tới dung lượng.
Tuy nhiên, mạng sẽ chuyển dần tới giới hạn hướng xuống. Nếu dung lượng mạng giới hạn hướng xuống, sau khi sử dụng MHA hoặc anten tích cực sẽ giảm dung lượng hệ thống. Có 2 lý do: MHA với insertion loss 0.5 dB trong hướng xuống, do
ñó giảm công suất phát xạñẳng hướng (EIRP); trong thực tế, MHA cải thiện vùng phủ nghĩa là các thuê bao ñược hỗ trợ tại vị trí mà yêu cầu về công suất phát BS lớn hơn. Tương tự áp dụng cho anten tích cực.
Điểm khác nhau chính giữa MHA và các anten tích cực là MHA kết nối bên ngoài tới anten. Các MHA ñược kết nối giữa anten và feeder. Hai jumper ñược sử dụng cho kết nối trên các mặt ñó. Anten tích cực bao gồm bộ khuếch ñại nhiễu thấp như là phần tích hợp trong anten.
Hình 7: Phân hệ bộ thu trạm gốc: WCDMA riêng biệt và mô hình chia sẻ feeder với GSM
4. 1 Ảnh hưởng của bộ khuếch ñại (MHA) và anten tích cực
MHA và anten tích cực ñược sử dụng ñể cải thiện vùng phủ. Tính hiệu quả
Độ lợi hướng lên [dB] Noise figure [dB] Suy hao hướng xuống [dB] MHA 12.0 2.0 0.5 Feeder -2.0 2.0 2.0 Diplexer -0.3 0.3 0.3 Bias-T -0.3 0.3 0.3 BS - 3.0 -
Bảng 5: Bộ tham số cho phân hệ thu của bộ khuếch ñại MHA
Dedicated feeder Shared feeder
Suy hao NF không
dùng MHA NF dùng MHA Lợi ích NF không dùng MHA NF dùng MHA Lợi ích 1.0 4.0 2.6 1.4 4.6 2.7 1.9 2.0 5.0 2.8 2.2 5.6 2.9 2.7 3.0 6.0 3.0 3.0 6.6 3.2 3.4 4.0 7.0 3.3 3.7 7.6 3.5 4.1 Bảng 6: Ưu ñiểm của việc sử dụng bộ khuếch ñại MHA
Lợi ích của việc sử dụng MHA trong thuật ngữ ñộ lợi trong dự trữ ñường truyền hướng lên sẽ làm tăng suy hao về feeder. Độ lợi lớn hơn ñối với cấu trúc chia sẻ feeder khi suy hao do feeder bị tăng lên bởi 1 cặp diplexer. Trong trường hợp các feeder riêng rẽ, suy hao feeder thấp hơn hoặc bằng 3 dB.
Ảnh hưởng của việc sử dụng MHA ñối với dung lượng hệ thống liệu rằng có ñộc lập với giới hạn hướng lên hoặc hướng xuống. Nếu hệ thống là giới hạn hướng lên sẽ không có thay ñổi về dung lượng hệ thống, mặc dù BS/Node B sẽ sử
dụng nhiều công suất phát hơn. Nếu hệ thống là giới hạn hướng xuống sẽ có tổn thất về dung lượng. Tổn thất do suy hao chèn của MHA và suy hao truyền sóng cho phép tăng lên. Bảng 7 mô tả chi tiết về vấn ñề nàỵ
Tổn hao dung lượng
Suy hao feeder [dB] Dedicated feeders [%] Shared feeders [%]
1.0 6.1 7.9
2.0 9.1 11.0
3.0 12.3 14.3
4.0 15.6 17.7
Bảng 7: Tổn hao về dung lượng khi sử dụng bộ khuếch ñại MHA
Độ nhạy thu ñược cải thiện bởi MHA làm hệ thống ảnh hưởng nhiều hơn tới nguồn nhiễu bên ngoàị Ví dụ, nhiễu từ hệ thống khác mà ở trạng thái ban ñầu thấp hơn nhiễu nền có thể bắt ñầu ảnh hưởng tới hoạt ñộng hệ thống. Thay vào ñó nhiễu hệ thống không tải sẽ duy trì ở mức tương ñối cao và ñáp ứng về dự trữ ñường truyền sẽ thấp hơn mức tốt nhất.
4. 2 Xem xét tính thực tiễn
Xem xét thực tế việc áp dụng MHA bao gồm khoảng trống lắp ñặt và tải trọng cũng như yêu cầu về công suất tại ñầu xa và cáp feeder. Trọng lượng và tải sức gió cũng phải ñược xem xét. Anten tích cực có ưu ñiểm là có bộ khuếch ñại bên trong do ñó dễ dàng hơn ñối với việc lắp ñặt. Hình 8 mô tả việc lắp ñặt bias-T như thế nào ñể tránh thêm feeder tới anten.
Hình 8 : Phân hệ bộ thu trạm gốc: WCDMA riêng biệt và mô hình chia sẻ
feeder với GSM
5. Giải pháp main-remote – bộ khuếch ñại ñầu xa
Bộ khuếch ñại công suất ñầu xa cho phép phân tách các module băng gốc và RF của trạm gốc. Module băng gốc vẫn nằm ở cabinet của trạm gốc, trong khi module RF có thể ñược lắp ở vị trí cạnh phân hệ anten. Trong nội dung này, module RF bao gồm các bộ khuếch ñại công suất phát, bộ thu và bộ lọc RF. Các module RF và băng gốc kết nối với nhau qua cáp quang. Cho ví dụ, một tòa nhà có tủ cabinet ñặt ở tầng hầm, trong khi anten ñặt ở trên nóc, cáp quang kết nối tới module RF trên nóc nhà.
Hình 9: Cấu trúc trạm main-remote sử dụng bộ khuếch ñại ñầu xa
Hình 9 mô tả cấu trúc BS khi sử dụng các bộ khuếch ñại RF ñầu xạ Cáp quang có thể kết nối kéo dài 2 km. Khái niệm này tương tự việc sử dụng repeater, các dịch vụñược cung cấp tại ñầu remote tới tủ băng gốc. Tuy nhiên, có 1 sô ñiểm khác nhau chính.
So sánh bộ khuếch ñại ñầu xa RF với Repeater ñược thể hiện trong bảng 8 Repeater ñược xem xét sâu trong mục Repeater. Sự khác nhau quan trọng nhất ñó là bộ khuếch ñại RF ñầu xa tạo ra cell logic của chính nó, trong khi repeater cung
cấp việc mở rộng của cell logic ñã tồn tạị Trong thực tế, repeater dễ dàng triển khai khi các kết nối tới và về trạm gốc thường thông qua kết nối vô tuyến.
Bộ khuếch ñại Remote RF head
Repeater Ứng dụng Xác ñịnh vị trí cho toàn bộ cell
logic tại một vị trí mà yêu cầu khoảng cách xa, feeder dàị
Mở rộng vùng phủ sóng cho một cell logic Phần cứng ñặt tại ñầu xa Các bộ khuếch ñại công suất phát và bộ thu Bộ lặp khuếch ñại hướng lên và hướng xuống
Kết nối tới BS Cáp quang Thường sử dụng kết nối vô
tuyến
Chức năng Các chức năng RF thông
thường của BS
Bộ lặp tín hiệu
Bảng 8: So sánh các bộ khuếch ñại RF ñầu xa và các repeater
Phân tích ñơn giản các bộ khuếch ñại RF ñầu xa không yêu cầu bất cứ mô hình mới nào cả. Có thể chấp nhận, kết nối quang là trong suốt, vì thế các bộ
khuếch ñại ñầu xa có thể sử dụng dự trữñường truyền và phương trình tải như 1 trạm gốc thông thường.
5.1 Ảnh hưởng của bộ khuếch ñại công suất ñầu xa
Thật thú vị khi so sánh hoạt ñộng của cell ñược cung cấp bởi các bộ khuếch
ñại ñầu xa với trạm thông thường, có tủ cabinet và anten lắp ñặt tại cùng vị trí. Trong thuật ngữ vùng phủ dịch vụ, ñộ lợi ñơn giản là sự khác nhau về suy hao feeder khi sử dụng các bộ khuếch ñại ñầu xa RF và suy hao feeder khi sử dụng một cấu hình site chuẩn. Cho ví dụ, nếu suy hao feeder khi sử dụng cấu hình site chuẩn là 6 dB và suy hao feeder khi sử dụng ñầu xa là 0.5 dB, vậy ñộ lợi là 5.5 dB. Khi suy hao feeder của cấu hình trạm thông thường tương ñôi nhỏ thì nhu cầu về
việc sử dụng các bộ khuếch ñại ñầu xa thấp hơn. Khi suy hao về feeder tăng lên, thì việc sử dụng các bộ khuếch ñại ñầu xa có nhiều ưu ñiểm.
cell nhưng tại thời ñiểm ñó cũng làm tăng EIRP. Điều này tương phản với MHA, MHA tăng vùng phủ dịch vụ nhưng lại làm giảm dung lượng cell khi hệ thống là giới hạn dung lượng hướng xuống.
Hơn nữa, các bộ khuếch ñại RF ñầu xa có thểñược sử dụng ñể duy trì vùng phủ dịch vụ trong khi làm tăng dung lượng cell. Ví dụ tăng EIRP trong khi duy trì suy hao ñường truyền cho phép. Bảng 9 thể hiện rõ ñiều nàỵ
Suy hao feeder Không dùng RF
head [dB]
Suy hao feeder Với RF heada [dB] EIRP không dùng RF headb [dBm] EIRP với RF headb [dBm] Độ lợi về dung lượng [%] 2 0.5 59.5 61 3 4 0.5 57.5 61 8 6 0.5 55.5 61 17 7 0.5 53.5 61 31
Bảng 9: Đánh giá ñộ lợi về dung lượng khi sử dụng các bộ khuếch ñại ñầu xa
Độ lợi về dung lượng trở nên hiệu quả khi suy hao feeder tăng. Tuy nhiên, khi suy hao feeder tương ñối nhỏ thì việc sử dụng giải pháp này cũng tương tự như
trạm truyền thống.
5. 2 Xem xét tính thực tiễn
Việc sử dụng giải pháp khuếch ñại RF ñầu xa cho phép ñặt anten tại các ñịa
ñiểm mà không phải bận tâm vềñộ dài của feeder. Tuy nhiên, sẽ có yêu cầu về cáp quang kết nối giữa tủ cabinet và vị trí anten ñầu xạ Kích cỡ, trọng lượng, tải sức gió và công suất tiêu thụ của thiết bị ñầu xa sẽ phải ñược xem xét.
6. Kỹ thuật MIMO (nhiều ñầu vào ra)
Đặc ñiểm quan trọng nhất của các hệ thống phân tập, sử dụng anten ña thu phát, là khả năng làm giảm ảnh hưởng của fading ña ñường. Tính năng này ñược triển khai thành công trong UTRA khi phân tập thu có thểñược áp dụng.
Trong phạm vi nghiên cứu học thuật, MIMO ñã thành công lớn. Điều này phản ánh thực tế MIMO hứa hẹn cải thiện cường ñộ tín hiệu vô tuyến.-
Hình 10: Cấu trúc máy phát cho ñiều khiển tốc ñộ trên mỗi anten
Hình 11: Cấu trúc máy phát cho phân tập phát không gian – thời gian với ñiều khiển tốc ñộ phân nhóm.
6. 1 Ảnh hưởng của kỹ thuật MIMO
Tại thời ñiểm hiện tại, thảo luận về MIMO trong 3GPP ñã tập trung vào SDPA, bởi vì yêu cầu về dung lượng phụ thuộc vào các dịch vụ dữ liệu (ví dụ: duyệt web) cần tốc ñộ lớn hơn trên hướng xuống, mặt khác, ích lợi lớn nhất ñạt
dụng – ví dụ trong trường hợp kênh chia sẻ hướng xuống tốc ñộ cao (HS-DSCH) khi mà công suất phát trạm gốc là cốñịnh.
Lợi ích chính từ việc sử dụng phân tập MIMO trong HS-DSCH cơ bản là tương tự phân tập phát khi hiệu quả hoạt ñộng ñược cải thiện dẫn tới giảm yêu cầu về Eb/Nọ
Lợi ích này có ảnh hưởng tích cực ñối với cả dung lượng và vùng phủ chiều lên và chiều xuống. Mặt hạn chếñối với phân tập MIMO ñó là không giải quyết
ñược các vấn ñề liên quan tới thiếu mã kênh trực giaọ
Tại các cell hotspot với một vài thuê bao tốc ñộ dữ liệu cao ñược kích hoạt, việc thiếu mã kênh có thể dẫn tới giới hạn dung lượng hệ thống.
Trong hướng lên, lợi ích của MIMO bị giới hạn từ khi ñiều khiển công suất phát ñược áp dụng ñể tránh hiệu ứng gần xạ MIMO phân tập giảm công suất phát dẫn tới vùng phủ dịch vụ tốt hơn và giảm nhiễu giữa các cell nhưng lợi ích về
dung lượng thường không ñáng quan tâm.
6. 2 Xem xét tính thực tiễn
Đề xuất áp dụng kỹ thuật MIMO thường bao hàm các kỹ thuật cho một, hai hoặc bốn anten tại trạm gốc và UẸ Yêu cầu này ñược thúc ñẩy bởi thực tế, triển khai nhiều anten trên thiết bị di ñộng hoặc trạm gốc hỗ trợ kỹ thuật MIMO là không quá phức tạp liên quan tới vấn ñề về chi phí, ñộ phức tạp và khả năng áp dụng. Điều này hoàn toàn ñúng với thiết bị di ñộng ngày nay, các sản phẩm cơ bản với số lượng sản xuất lớn có hai anten. Các thiết bị ña chế ñộ hỗ trợ, ví dụ
WCDMA, GSM và GPS có thể có một vài anten thậm chí không áp dụng kỹ thuật MIMỌ Các BS/Node B triển khai với 2 hoặc 4 anten, và nó ñược mong ñợi nó sẽ
chi phối trong tương lai gần. Do ñó, trong thực tế, thiết bị di ñộng và modem dữ
liệu có thể có tối ña 4 anten.
Cho mỗi giải pháp, kỹ thuật truyền dẫn ứng với các tốc ñộ dữ liệu từ SIR thấp ñến cao sẽñược ñánh giá.
Các kỹ thuật MIMO không nên làm ảnh hưởng tới các tính năng sẵn có ở
phiên bản trước. Theo tiêu chuẩn, có nhiều nhất 2 kênh P-CPICH trong hướng xuống UTRA FĐ nhằm mục ñích ñánh giá kênh trong thiết bị di ñộng. Để hỗ trợ
MIMO 4 anten, một giải pháp ñơn giản là ñịnh nghĩa thêm 2 kênh P-CPICH phụ. Tuy nhiên công suất phát của trạm gốc không thể tăng bởi nhiễu mạng và ảnh hưởng tới dung lượng, công suất phát trên mỗi anten cần phải giảm một nửa khi