2.4.4. Thiết kế tần số theo phƣơng 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 khai thỏc mạng 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 MRP - tỏi sử dụng lại nhiều mẫu.
2.4.4.1. Nhảy tần (Frequency Hopping)
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. 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 fadinh 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 fadinh nhanh. Ngày nay, quy hoạch cell tiờu biểu dựng 3dB cho dự trữ fadinh nhanh.
Phõn tỏn nhiễu: Cường độ nhiễu được chia sẻ đều cho cỏc thuờ bao để quy về mức nhiễu trung bỡnh.
- 51 -
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 2.20 mụ tả sự suy giảm tương quan tớn hiệu trong ba trường hợp, khi đường 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 2.20 Một vớ dụ về hiệu quả của kỹ thuật nhảy tần trờn phõn tập nhiễu của một mạng lưới. Kớch thước của 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
- 52 -
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 tỏi sử dụng lại nhiều mẫu MRP cú thể đạt được phõn tỏn nhiễu tối đa mà vẫn duy trỡ cấu trỳc thiết kế tần số.
2.4.4.2. Phƣơng phỏp tỏi sử dụng lại nhiều mẫu 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.
2.4.4.2.1. 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 BCCH, và một hay nhiều băng 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 (mó nhận dạng trạm gốc) trờn kờnh đồng bộ SCH, 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. Hiệu suất handover khụng tốt sẽ làm tăng số lượng cỏc cuộc gọi bị rớt.
- 53 -
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, việc thiết 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 do đú 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 được điều 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 tốt hơn 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
- 54 -
dụ, thờm TRX thứ tư vào một cell cú ba TRX sẽ chỉ cú ảnh hưởng 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.
2.4.4.2.2. Ấn định tần số
Việc ấn định tần số được minh họa trong hỡnh 2.21, 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.