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 tũn 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
- 55 -
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.
2.4.4.3. Thiết kế tần số
Phương phỏp MRP được phỏt triển nhằm xử lý đặc trưng tiờu biểu của mạng lưới khi sự phõn phối TRX là khụng đồng đều. Điều này rất quan trọng khi mạng tế bào cú sự khỏc nhau về những đặc tớnh mạng như kớch cỡ cell, số phổ tần sẵn cú và địa hỡnh. Cú nghĩa là trong mạng lưới, một số cell cú nhiều TRX trong khi cú những cell với số TRX ớt hơn.
Để tỡm hiểu cỏc trạng thỏi sử dụng lại tần số khỏc nhau của những cell khỏc nhau với số TRX là khỏc nhau, ta xem xột vớ dụ sau: Cấu hỡnh MRP 12/8/6/4 được chọn cho tổng số 30 tần số sẵn cú. Trong đú, 12 tần số BCCH, ba nhúm tần số TCH lần lượt gồm 8, 6, 4 tần số. Trong vớ dụ này ta giả thiết rằng tỷ lệ cỏc cell cú 2, 3, 4 TRX lần lượt là 20%, 30%, 50%.
Hệ số sử dụng lại tần số trung bỡnh của một cell = Tổng số tần số trong nhúm ấn định cho cell đú /Số TRX của cell đú
Do đú, cỏc cell khỏc nhau sẽ cú hệ số sử dụng lại tần số khỏc nhau: hệ số bằng 10 với cell cú 2 TRX, bằng 8,7 với cell cú 3 TRX, và bằng 7,5 với cell cú 4 TRX.
Bảng 2.8 Hệ số sử dụng lại tần số trung bỡnh của một cell
Số TRX /cell 2 3 4 Tỷ lệ cell (%) 20% 30% 50% Nhúm MRP 12 / 8 12 / 8 / 6 12 / 8 / 6 / 4 Hệ số sử dụng lại tần số TB 10 2 8 12 7 , 8 3 6 8 12 5 , 7 4 4 6 8 12 Sử dụng lại tần số TB thực tế (Giới hạn trờn) 10 9,0 8,5 Độ phõn tỏn Nhỏ Lớn Rất lớn
Hệ số sử dụng lại tần số trung bỡnh thực tế được hiểu theo nghĩa “rải rỏc”, vỡ khụng phải tất cả cỏc cell đều trang bị đầy đủ thiết bị. Vớ dụ, TRX thứ 3 được sử dụng trờn 80% tổng số cell, do vậy mà hệ số sử dụng lại thực tế của TRX này rải rỏc sẽ là 6/ 0,8 = 7 (làm trũn từ 7,5), tựy thuộc vào phõn bố địa lý của những cell với TRX thứ 3. Do đú, giới hạn trờn của hệ số sử dụng lại tần số thực tế của cell cú 3 TRX sẽ là: (12+8+7)/3 = 9,0.
Lợi ớch của nhảy tần sẽ tăng cựng với số lượng những tần số trong chuỗi nhảy tần. Những cell cú nhiều TRX hơn tương ứng với hiệu quả sử dụng lại cao hơn, cũng đồng nghĩa với mức nhiễu là cao hơn, nhưng với phương phỏp MRP điều này được cõn bằng với một độ phõn tỏn nhiễu là lớn hơn.
- 56 -
Vớ dụ trờn minh họa MRP cú thể điều chỉnh thiết kế tần số theo phõn bố TRX trong hệ thống. Tuy nhiờn, cũng phải chỳ ý rằng MRP khụng cần thiết phải thực hiện trờn toàn bộ hệ thống, mà chỉ cần ỏp dụng cho những vựng cú dung lượng cao. Cũng cú thể sử dụng cỏc cấu hỡnh MRP khỏc nhau cho những vựng địa lý khỏc nhau trong mạng.
Bảng 2.9 Mẫu MRP tại Hà Nội năm 2007 của VMS là cấu hỡnh 15/ 12/ 9 /3
Group Cell A Cell B Cell C
BCCH 84 86 88 90 92 94 96 98 100 102 104 106 108 110 112 15 TCH1 113 114 115 120 117 118 119 124 121 122 123 116 12 TCH2 95 99 107 105 109 87 85 89 97 9 TCH3 103 91 101 3 Patch 93 111 2 41 2.5. Antenna
Anten là thiết bị thực hiện việc chuyển đổi năng lượng giữa súng được dẫn hướng (vớ dụ trong cỏp đồng trục) và súng trong mụi trường khụng gian tự do, hoặc ngược lại. Anten cú thể được sử dụng để phỏt hoặc thu tớn hiệu vụ tuyến.
Trong thụng tin di động, việc sử dụng anten thớch hợp sẽ cú vai trũ rất quan trọng, quyết định tới chất lượng hệ thống.
2.5.1 Phõn loại anten
Trong thụng tin di động người ta thường dựng hai loại anten chớnh là:
- Anten đẳng hướng (omni antenna): Bức xạ tớn hiệu theo mọi hướng (3600). - Anten định hướng (directional antenna): Chỉ bức xạ theo một hướng nhất định.
Sử dụng Anten định hướng cú hiệu quả chống nhiễu đồng kờnh cao hơn so với Anten đẳng hướng.
Giảm nhiễu đồng kờnh sử dụng anten định hƣớng (sector húa)
Ta đó biết vấn đề nhiễu giao thoa đồng kờnh thường liờn quan đến việc sử dụng lại tần số và một trong những dạng của loại nhiễu này là từ cỏc thuờ bao đang hoạt động ở những vị trớ cao (trờn đồi hay cỏc toà nhà cao tầng...) gõy nhiễu tới cỏc cell cú cựng tần số làm việc.
- 57 -
Khi dựng Omni Antenna
Hỡnh 2.22 Anten đẳng hướng (Omni antenna)
Ta giả thiết hai cell E1 và E2 sử dụng chung một tần số và E1 cú địa thế cao hơn so với E2. Một thuờ bao MS đang di chuyển từ E1 tới E2. Khi thuờ bao di chuyển càng gần E2, khả năng gõy nhiễu của nú tới E2 càng lớn.
Khi dựng Sector Antenna
Hỡnh 2.23 Đó được Sector húa
Bõy giờ ta cũng vẫn dựng E1 và E2. Nhưng đó được sector hoỏ thành: EA1, EB1, EC1 và EA2, EB2, EC2.
MS di chuyển về phớa E2, xuất phỏt từ EA1 (cú khoảng cỏch lớn nhất tới E2). Khi MS vượt qua vị trớ trạm EA1, nú được chuyển giao tới EB1 và khoảng cỏch từ MS tới E2 gần hơn. EB1 cựng tần số với EB2 nhưng như địa hỡnh ta thấy, cỏc nhiễu nú tạo ra đều nằm phớa sau anten của EB2 (vỡ là anten định hướng nờn cú tỷ số năng lượng hướng trước trờn hướng sau khoảng từ 6 - 15 dB). Điều này cú nghĩa là khả năng chống nhiễu của hệ thống đó tăng từ 6 - 15 dB. Tương tự như vậy khi MS đi tới EA2 nú chỉ tạo nhiễu cho EA1 từ phớa sau của anten EA1.
Túm lại dựng anten sector là một biện phỏp làm tăng tỷ số C/I của hệ thống.
2.5.2. Độ tăng ớch anten (Gain of an Antenna)
Độ tăng ớch của anten là tỷ số thường tớnh bằng dB, giữa cụng suất cần thiết tại đầu vào của một anten chuẩn khụng suy hao với cụng suất cung cấp ở đầu vào của anten đú sao cho ở một hướng cho trước tạo ra cường độ trường hay mật độ thụng lượng cụng suất như nhau tại cựng một cự ly. Nếu khụng cú ghi chỳ gỡ thờm, thỡ độ tăng ớch anten được tớnh đối với hướng phỏt xạ lớn nhất.
Tựy thuộc vào sự lựa chọn vào anten chuẩn, cú cỏc loại tăng ớch anten sau: 1. Tăng ớch tuyệt đối hay tăng ớch đẳng hướng (Gi) khi anten chuẩn là một
- 58 -
2. Độ tăng ớch ứng với một dipol nửa bước súng (Gd) khi anten chuẩn là một dipol nửa bước súng biệt lập trong khụng gian và mặt phẳng vuụng gúc của nú chứa hướng phỏt xạ.
3. Độ tăng ớch ứng với một anten thẳng đứng ngắn (Gv) khi anten chuẩn là một dõy dẫn thẳng ngắn hơn nhiều so với một phần tư bước súng, vuụng gúc với mặt phẳng dẫn điện lý tưởng chứa hướng phỏt xạ.
2.5.3. Cụng suất bức xạ đẳng hƣớng tƣơng đƣơng EIRP
Cụng suất bức xạ đẳng hướng tương đương EIRP là tớch số của cụng suất sinh ra để cung cấp cho một anten với tăng ớch của anten đú ở hướng nhất định ứng với anten đẳng hướng (độ tăng ớch đẳng hướng hay tăng ớch tuyệt đối)
EIRP được xỏc định bởi cụng thức:
PEIRP (W) = Pt (W)* 10(G - L)/10 (2.5) Hay G L dB P dB PEIRP ( ) t ( ) (2.6) Trong đú:
- PEIRP (dBm): Cụng suất bức xạ đẳng hướng tương đương - Pt (dBm): Tổng cụng suất của cỏc mỏy phỏt
- L (dB): Tổng suy hao từ cỏc mỏy phỏt đến anten (vớ dụ do bổ tổ hợp
combiner, feeder…)
- G (dBi): Độ tăng ớch cực đại của anten tương ứng với anten đẳng hướng
2.5.4. Độ cao và gúc ngẩng (downtilt) của anten
Khi anten đặt thẳng đứng, hướng bỳp súng chớnh sẽ nằm trờn một đường thẳng nằm ngang.
Hỡnh 2.24 Anten đẳng hướng cú gúc ngẩng bằng 00
Ở những khu vực thị trấn nhỏ hay nụng thụn, lưu lượng của hệ thống thấp nờn việc tỏi sử dụng tần số là khụng cần thiết. Do vậy, ta nờn sử dụng cỏc vị trớ cao hay đặt anten cao để tối đa hoỏ vựng phủ súng.
- 59 -
Tuy nhiờn ở những khu vực đụ thị lớn, lưu lượng hệ thống cao, kớch thước cell hẹp thỡ cú lẽ thớch hợp nhất là giảm độ cao anten để cú thể làm giảm can nhiễu kờnh chung. Tuy nhiờn, nếu đặt quỏ thấp, cỏc vật cản (nhà cao tầng...) sẽ cú ảnh hưởng lớn tới chất lượng hệ thống. Do vậy, hiện nay độ cao anten ở cỏc đụ thị thường là 30 - 50 m. Để giải quyết phạm vi vựng phủ súng hẹp, một kỹ thuật được đưa ra là làm nghiờng
hướng bỳp súng chớnh của anten (downtilt).
Để thấy rừ hiệu quả của “downtilt” đối với chất lượng hệ thống ta xột minh họa sau:
Chỳng ta đó biết rằng cụng suất bức xạ của anten càng giảm khi càng rời xa bỳp súng chớnh. Đồ thị thực nghiệm sau đõy (được xõy sựng từ đặc tớnh bức xạ của anten trong mặt phẳng đứng) chỉ rừ quan hệ đú.
Đồ thị này sử dụng cho 3 loại anten cú độ rộng bỳp súng trong mặt phẳng đứng lần lượt là 70
, 140, 280. Trong đú:
Trục X biểu diễn gúc là gúc giữa hướng ta đang xột và hướng bức xạ chớnh trờn mặt phẳng đứng (Vertical Angle - Degree 0
C).
Trục Y biểu diễn sự suy hao cường độ trường (Gain Reduction - dB).
Hỡnh 2.25 Đồ thị quan hệ giữa gúc thẳng đứng và suy hao cường độ trường
Giả thiết cú hai cell A và B sử dụng cựng tần số. Bỏn kớnh mỗi cell r = 500m, khoảng cỏch hai cell là d = 4 km, độ cao anten là h = 30 m, độ rộng bỳp súng là 70
- 60 -
Hỡnh 2.26 Minh hoạ về hiệu quả của downtilt
Sử dụng đồ thị thực nghiệm ta tớnh được:
Suy hao tớn hiệu nhiễu của cell A gõy ra tại cell B:
arctg d h arctg ) 0,430 4000 30 ( ) (
Từ đồ thị thực nghiệm ta cú Gain Reduction = 0,2 (dB).
Suy hao tớn hiệu của anten A tại biờn của cell A:
0 44 , 3 ) 500 30 ( ) ( arctg r h arctg Nờn Gain Reduction = 4 (dB).
Bõy giờ ta nghiờng gúc của anten A đi một gúc 4,930, khi đú hướng bỳp súng chớnh đó lệch đi gúc 4,930
. Lỳc này:
Suy hao tớn hiệu nhiễu của cell A gõy ra tại cell B:
’ = dt - = 4,930
- 0,430 = 4,50 Nờn Gain Reduction = 6,2 (dB).
Suy hao tớn hiệu của anten A tại biờn của cell A: β’ = dt - β = 4,930
- 3,440 = 1,490 Nờn Gain Reduction = 0,5 (dB).
Như vậy ta thấy, tớn hiệu nhiễu do cell A gõy ra cho cell B lỳc này đó bị suy hao đỏng kể (suy hao thờm 6 dB), đồng thời suy hao tớn hiệu trong cell A đó giảm đỏng kể nghĩa là chất lượng phủ súng ở cell A đó được cải thiện.
Qua thớ dụ trờn ta thấy, với việc nghiờng gúc của anten thỡ chất lượng phủ súng của cả hai cell A và B đều được cải thiện. Vừa làm chất lượng thu ở cell A tăng lờn, vừa làm giảm nhiễu do cell A gõy ra cho cell B.
Việc nghiờng gúc anten cú thể dựng để giải quyết vấn đề phủ súng. Tuy nhiờn việc ỏp dụng nghiờng gúc anten cần cú sự phõn tớch kỹ càng những yếu tố liờn quan cú thể xảy ra trong vựng phủ súng.
- 61 -
CHƢƠNG 3 - ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ VÙNG PHỦ SểNG VÀ CÁC CHỈ TIấU CỦA HỆ THỐNG GSM
3.1. Đặt vấn đề
Việc nghiờn cứu tớnh toỏn, xõy dựng cỏc đường dự bỏo suy hao cho mụi trường truyền súng thụng tin di động thực tế tại mỗi nước cú ý nghĩa quan trọng trong bài toỏn quy hoạch, tối ưu vựng phủ súng và cỏc chỉ tiờu của hệ thống.
Với điều kiện truyền súng và đặc điểm địa hỡnh cụ thể sẽ xảy ra fadinh Rayleigh hoặc Rice. Hệ quả của cỏc cơ chế này là trải trễ, độ rộng băng tần kết hợp, khoảng thời gian kết hợp và trải trễ Doppler, từ đú làm giảm chất lượng đường truyền và cỏc chỉ tiờu của hệ thống thụng tin di động.
Trờn cơ sở kết quả nghiờn cứu về cỏc mụ hỡnh dự bỏo suy hao được xõy dựng cho cỏc nhúm vựng địa hỡnh tại cỏc đụ thị Việt Nam, chương này đề cấp đến cỏc tớnh toỏn đỏnh giỏ hiệu quả vựng phủ súng và cỏc chỉ tiờu hệ thống. Cỏc kết quả khẳng định một lần nữa tớnh chớnh xỏc của cỏc cụng thức dự bỏo xõy dựng được cũng như chỉ rừ ý nghĩa khoa học và thực tiễn khi được ỏp dụng cho việc đỏnh giỏ hiệu quả vựng phủ súng và cỏc chỉ tiờu hệ thống đối với mạng khai thỏc thực tế của cụng ty VMS [3].
3.2. Hiệu quả phủ súng và nhiễu giao thoa đồng kờnh trong hệ thống thụng tin di động GSM
3.2.1. Tỷ số nhiễu giao thoa đồng kờnh và kờnh lõn cận
Vụ tuyến tế bào là hệ thống sử dụng lại tần số. Do vậy, cỏc chỉ tiờu của hệ thống chủ yếu bị giới hạn bởi nhiễu đồng kờnh thuộc về cỏc tế bào của lớp gõy nhiễu thứ nhất. Đặc biệt, việc sử dụng lại tần số sẽ tăng đỏng kể hiệu quả sử dụng phổ, tuy nhiờn nếu thiết kế và quy hoạch khụng hợp lý thỡ vấn đề can nhiễu đồng kờnh sẽ trở nờn đỏng quan tõm. Hai thụng số quan trọng phải đạt được cho quỏ trỡnh tối ưu vựng phủ và cỏc chỉ tiờu của hệ thống là mức thu yờu cầu và mức C/I chấp nhận được.
Với mẫu sử dụng lại tần số N, trong trường hợp chung, khoảng cỏch sử dụng lại tần số D được xỏc định bằng cụng thức (2.1).
Trong đú R là bỏn kớnh phủ súng của cell.
Mẫu sử dụng lại tần số bị giới hạn bởi tỷ số súng mang trờn nhiễu C/I. Tỷ số này, trong trường hợp sử dụng anten đẳng hướng được tớnh theo cụng thức sau [3]:
I K k k q I C 1 1 (3.1)
Với qk = D/R là hệ số giảm can nhiễu đồng kờnh thứ k, γ là hệ số suy giảm hay độ dốc đường dự bỏo suy hao [dB/dec] đó được xõy dựng cho cỏc nhúm vựng địa hỡnh đặc thự tại cỏc đụ thị Việt Nam, KI là số cỏc tế bào gõy nhiễu đồng kờnh.
- 62 -
Trong thực tế, do sai lệch vị trớ đặt trạm và đặc điểm mụi trường địa hỡnh , C/I được xỏc định cho trường hợp xấu nhất đối với mỗi phương ỏn phủ súng cụ thể, vớ dụ đối với cỏc tế bào phủ súng 1200
: k k q q I C 7 . 0 1 (3.2) Như vậy, C/I liờn quan tới cỏc chỉ tiờu của hệ thống, γ phụ thuộc vào địa hỡnh và mụi trường cụ thể. Thụng số ảnh hưởng là qk. K tăng tương đương với q tăng, làm giảm ảnh hưởng của nhiễu, tuy nhiờn điều này lại làm giảm số kờnh trờn mỗi tế bào, do đú làm giảm hiệu quả sử dụng phổ. Vấn đề cơ bản chớnh là cõn đối giữa hiệu quả phủ