4.2 Quy hoạch dung l−ợng mạng
4.2.5 Dung l−ợng hệ thống
4.2.5.1 Dung l−ợng tuyến lên (MS -> BTS)
Giả sử trạm gốc BTS sử dụng anten đẳng hướng và đang phục vụ đồng thời M trạm di động MS. Trong môi trường CDMA đối với mỗi MS thì (M- 1)MS còn lại sẽ là nhiễu đồng kênh. Tại trạm gốc công suất tín hiệu trung bình thu đ−ợc từ trạm di động thứ i là Sri , khi đó công suất cho một bít tín hiệu Eb là :
R
Eb = Sri (4.10)
Trong đó :
R (bps) : Tốc độ truyền dữ liệu thoại (9.6 kbps hoặc 14.4 kbps).
NoBW : Công suất tạp âm nhiệt
No (Noise) : Là mật độ phổ công suất tạp âm nhiệt.
BW : Băng thông của tín hiệu trải phổ (1.25 MHz).
IC : Là mật độ phổ công suất nhiễu đồng kênh trung bình vì bản chất
đây chính là nhiễu do các trạm di động khác trong cell gây ra:
ri M
i f W
C v S
I B ∑−
=
= 1
1
1 .
(4.11)
Với vf là hệ số tích cực thoại (Voice factor).
Chúng ta đã biết rằng trong hệ thống IS-95 nói riêng và CDMA nói chung thì tốc độ đầu ra của Vocoder biến đổi theo thoại thực tế, ví dụ nếu không có thoại tức là người dùng không nói thì tốc độ đầu ra của Vocoder thấp giảm công suất phát không cần thiết, có nghĩa là giảm đ−ợc nhiễu.
Với việc sử dụng Vocoder có tốc độ biến đối, công suất nhiễu tổng cộng sẽ giảm vì nếu chẳng hạn không có tín hiệu thoại thì Vocoder không phát, hệ số giảm này gọi là hệ số tích cực thoại vf.
Nếu Vocoder phát liện tục thì vf = 1, nh−ng thống kê thoại cho thấy thuê bao chỉ sử dụng khoảng 40% - 50% thời gian thoại nên trong thực tế th× vf = 0.4 ~ 0.5
Giả sử điều khiển công suất tốt tuyến lên hoàn hảo, tín hiệu phát từ tất cả các di động tới trạm gốc với cùng công suất thu nghĩa là Sri = Sr với mọi giá trị của i trong khoảng [1, M-1]. Tổng mật độ phổ công suất của tạp âm nhiệt và của nhiễu đồng kênh là It :
0 1
1
0 1 .
N S B v
N I
I M ri
i f W C
t = + = ∑− +
=
(4.12)
Trong thực tế ngoài nhiễu do (M-1) di động trong cell phục vụ ra còn có nhiễu do các cell lân cận, nhiễu này lớn hay nhỏ tuỳ thuộc vào khoảng cách
địa lý của cell phục vụ so với cell bên cạnh, bán kính cell phục vụ lớn thì
nhiễu sẽ nhỏ và ng−ợc lại. Nhiễu này đ−ợc đánh giá bằng hệ số nhiễu giữa các cell f, f tuy khó tính nh−ng có thể xác định đ−ợc bằng thực nghiệm.
Nếu gọi ρ là hệ số tải của cell thì đại l−ợng nghịch đảo của (1+ρ) đ−ợc gọi là hệ số sử dụng lại tần số :
ρ
= + 1
F 1 (4.13)
Lý t−ởng là F=1, trong tr−ờng hợp 1 trạm gốc tức là ρ = 0, còn tr−ờng hợp có nhiều trạm gốc thì ρ sẽ tăng và F giảm t−ơng ứng.
Hệ số tải nói lên rằng nếu chỉ có 1 cell đơn phát đẳng hướng, sẽ không có nhiễu từ các cell khác và cell đạt đ−ợc dung l−ợng cực đại Mmax nh−ng thực tế cell lại sector hoá, và dù các trạm di động ở các cell (sector) bên cạnh đ−ợc điều khiển công suất bởi chính cell (sector) đó nh−ng dù sao một phần công suất từ chúng sẽ là nhiễu đối với cell hay sector đang xét, nghĩa là cell này bị chịu thêm một phần tải từ các trạm di động khác, nên dung l−ợng hệ thống sẽ bị giảm với hệ số tải ρ < 1. Hệ số tải cũng là th−ớc đo
đánh giá nhiễu của hệ thống so với mức tạp âm nhiệt.
ở trên ta xét anten đẳng hướng, còn khi sử dụng anten sector thì ta sẽ
đạt thêm đ−ợc tăng ích xử lý.
Hỡnh 4.4 Sử dụng anten sector hoá để giảm nhiễu.
Nhiễu từ các máy di động của các cell khác sẽ giảm đi khi ta sector hoá
cell đang xét, thay vì anten đẳng hướng 3600, ta có thể chia nhỏ cell thành 3 hoặc 6 sector, nh− vậy mỗi sector chỉ thu tín hiệu với gốc độ 1200 hoặc 600, mức nhiễu t−ơng ứng sẽ giảm khoảng 3 hoặc 6 lần, giá trị này chính là tăng ích của anten sector hoá (Hình 4.4). Giá trị tăng ích sector hoá có thể tính
đ−ợc nếu biết đ−ợc tăng ích của anten sector hoá sử dụng, phân bố không gian và khoảng cách các trạm di động gây nhiễu trong các cell đến trạm
®ang xÐt.
4.2.5.2 Dung l−ợng tuyến xuống (BTS -> MS)
Dung l−ợng tuyến xuống đồng nghĩa với vấn đề điều khiển công suất, dung l−ợng này đạt cực đại khi công suất phát cho từng trạm di động bằng
đúng nhu cầu của chúng, vì nếu phát công suất lớn hơn mức cần thiết thì sẽ gây nhiễu sang các trạm di động ở các trạm gốc bên cạnh, đặc biệt đối với các trạm di động đang ở vùng chuyển giao chẳng hạn như 2 đường thì sẽ thu tín hiệu từ 2 trạm gốc. Việc điều khiển công suất đ−ợc quyết định thông qua các bản tin mà trạm gốc nhận đ−ợc từ MS báo cáo kết quả mà nó đo
đ−ợc về công suất cũng nh− mức nhiễu ở từng di động.
Việc điều khiển công suất đ−ợc coi là tối −u nếu hệ số phẩm chất đối với các kênh mang giá trị dương, hệ số phẩm chất đối với từng kênh của trạm gốc đ−ợc định nghĩa là hiệu số của tỷ số mức năng l−ợng bít trên nhiễu thu đ−ợc và tỷ số chuẩn.
Thực tế chỉ ra là để có đ−ợc dung l−ợng tối đa thì các mức công suất phát đối với các kênh của trạm gốc nh− sau:
PPILOT = 15 – 20% PCELL-SITE
PSYNC = 10% PPILOT = 1.5 – 2.0% PCELL-SITE PPAGING = 30 – 40% PPILOT = 7% PCELL-SITE Công suất phát cho một trạm di động là :
chan total
traffic
M mobile P Traffic
P( ) = .α
Mtotal = M(1+ξCO)
Trong đó :
M là số thuê bao trạm gốc có thể phục vụ.
ξCO : Hệ số kênh mào đầu cần cho kênh l−ợng bổ xung theo yêu cầu của các di động tuỳ theo các kiểu chuyển giao khác nhau.
αchan : Hệ số tích cực kênh
NP
paging mobile P
Paging
P ( )
)
( = (4.14)
Np : Số l−ợng kênh nhắn tín.
P(traffic)mobile là giá trị danh định, công suất phát thực tế cho di động có thể thay đổi 4dB quanh giá trị này tuỳ vào việc điều khiển công suất cho từng di động. Trong tuyến xuống các kênh lưu lượng bổ xung cần cho chuyển giao liên quan đến tỷ lệ vùng chuyển giao.
Kiểu chuyển giao % Vùng chuyển giao Giá trị của ξCO
Soft 25% 0.25
Softer 20% 0.20
Soft – Soft 10% 0.20
Soft – Softer 10% 0.20
Bảng 4.3: Các kiểu chuyển giao và hệ số mào đầu t−ơng ứng.