Đề tài Nghiên cứu khảo sát và ứng dụng anten trong thông tin vô tuyến

5.3 10% 384 AWGN 0.6 2.4 10% 384 Người đi đường tốc độ 3km/h 2 5.1 10% 384 Trường hợp 3 3.4 5.1 10% Quỹ đường lên Bảng 10.2 và 10.3 trình bày quỹ đường truyền cho một kênh của người đi đường A ở mội trường thành phố, ngoại ô và nông thôn ứng với kỹ thuật CDMA2000 và WCDMA. Đối với CDMA2000, các thông số giả định và các thông số khác như công suất phát, độ lợi tín hiệu dẫn đường, trạm gốc và độ lợi anten di động, một số tổn hao khác tại của MMS và BS được lấy trong [3]. Còn về WCDMA, hầu hết dữ liệu được lấy từ [1, 2]. Cho rằng tốc độ của bộ mã hóa tiếng nói của WCDMA là 12.2 Kbps và của CDMA2000 là 9.6 Kbps. Quỹ đường xuống Đối với đường downlink, ta cho rằng công suất phát tối đa của trạm gốc là 20W và công suất lưu lượng tổng chỉ được cấp bởi chế độ thoại của người dùng. Ngoài ra, ta đặt một mức giới hạn công suất cho mỗi thuê bao là 10% công suất lưu lượng tổng (có công suất phát tối đa khoảng 32 dBm). Giá trị này, mặc dù được chọn ngẫu nhiên, nhưng cũng có ảnh hưởng đáng kể đến diện tích phủ sóng đường downlink. Thực tế, giá trị này được thiết lập cho mỗi thuê bao và phụ thuộc vào số lượng thuê bao và tốc độ bit của các thuê bao đó. Đối với CDMA2000, các giá trị được trình bày trong bảng 7.4 là lấy từ [3]. Nhìn chung, độ lợi chuyển giao mềm ở đường đi (FL) sẽ cao hơn đường về (RL). Lý do là tùy vào việc dùng kỹ thuật kết hợp tỉ số cực đại (MRC) trong đường đi hay là việc phân tập lựa chọn được dùng trong đường uplink. Quỹ đường downlink của WCDMA được trình bày ở bảng 7.5. Dù là CDMA2000 hay WCDMA, thì tính tương quan về độ phủ sóng và dung lượng hầu như giống nhau, chỉ khác một ít về tổn hao đường tối đa cho phép(MAPL) và kích thước cell thực tế. Phần còn lại của chương này sẽ tập trung phân tích về mạng WCDMA, và phương pháp được dùng trong WCDMA cũng có thể áp dụng vào CDMA2000. Hình 10.2so sánh độ phủ sóng và dung lượng đường uplink và downlink của tín hiệu thoại WCDMA 12.2 Kbps trong một macrocell. Khi có rất nhiều thuê bao trong vùng, đường downlink có thể bị giới hạn về độ phủ sóng, khi giả sử dung lượng sector là cố định. Bảng 10.2 Quỹ đường truyền tín hiệu thoại RL/UL của CDMA2000 Các thông số CDMA2000 RL vùng thành thị RL vùng ngoại ô RL vùng nông thôn Cấu hình vô tuyến RC3 RC3 RC3 Môi trường di động Ped. A Ped. A Ped. A Chỉ tiêu FER/BLER 1.00% 1.00% 1.00% Tốc độ dữ liệu tối đa (bps) 9,600 9,600 9,600 Các thông số của MS Công suất phát (Watts) 0.2 0.2 0.2 Công suất phát (dBm) 23.0 23.0 23.0 Tổn hao bộ kết hợp của MS (dB) 0.0 0.0 0.0 Tổn hao cáp MS (dB) 0.0 0.0 0.0 Độ lợi anten của MS (dBi) 0.0 0.0 0.0 EIRP (dBm) 23.0 23.0 23.0 Tổng overhead của tuyến về (dB) -1.5 -1.5 -1.5 Lưu lượng EIRP (dBm) 21.5 21.5 21.5 Các thông số của BS Độ lợi anten của BS (dBi) 18.0 18.0 18.0 Tổn hao bộ kết hợp của BS (dB) 0.0 0.0 0.0 Tổn hao cáp thu của BS (dB) -1.0 -1.0 -1.0 Hệ số nhiễu của BS (dB) 3 3 3 Nhiễu nhiệt (dBm/Hz) -174 -174 -174 Mật độ nhiễu bộ thu của BS (dBm/Hz) -171 -171 -171 Tốc độ dữ liệu tối đa (dB) 39.8 39.8 39.8 Trị Eb/Nokhởi tạo (dB) 5.5 5.5 5.5 Độ lệch chuẩn của Eb/No (dB) 0.0 0.0 0.0 Eb/No trung bình (dB) 5.5 5.5 5.5 Mật độ BS hiệu dụng (dBm) -125.7 -125.7 -125.7 Các độ dự trữ của việc thiết kế mạng Tổn hao khối (dB) -2 -2 -2 Tổn hao xuyên nhà (dB) -20.0 -15.0 -10.0 Độ tin cậy (tại biên cell) 90% 90% 90% Độ lệch chuẩn che khuất chuẩn log(dB) 8.0 8.0 8.0 Độ dốc tổn hao đường Y 3.5 3.5 3.5 Độ dự trữ che khuất chuẩn log (dB) -10.3 -10.3 -10.3 Độ tin cậy (trong cell) 97% 97% 97% Độ lợi chuyển giao mềm CDMA khi độ tương quan 50% (dB) 3.0 3.0 3.0 Tải lưu lượng CDMA (%) 50% 50% 50% Hiệu suất tải lưu lượng CDMA (dB) -3.0 -3.0 -3.0 Tổ hao đường tối đa cho phép (dB) 131.9 136.9 141.9 Bảng 10.3 Quỹ đường truyền tín hiệu thoại RL/UL WCDMA Các thông số WCDMA RL vùng thành thị RL vùng ngoại ô RL vùng nông thôn Môi trường di động Ped. A Ped. A Ped. A Mã FEC Mã chập Mã chập Mã chập Chỉ tiêu FER/BLER 1.00% 1.00% 1.00% Tốc độ dữ liệu tối đa (bps) 12,200 12,200 12,200 Các thông số của MS Công suất phát (Watts) 0.125 0.125 0.125 Công suất phát (dBm) 21.0 21.0 21.0 Tổn hao bộ kết hợp của MS (dB) 0.0 0.0 0.0 Tổn hao cáp MS (dB) 0.0 0.0 0.0 Độ lợi anten của MS (dBi) 0.0 0.0 0.0 EIRP (dBm) 21.0 21.0 21.0 Lưu lượng EIRP (dBm) 21.0 21.0 21.0 Các thông số của BS Độ lợi anten của BS (dBi) 18.0 18.0 18.0 Tổn hao bộ kết hợp của BS (dB) 0.0 0.0 0.0 Tổn hao cáp thu của BS (dB) -1.0 -1.0 -1.0 Hệ số nhiễu của BS (dB) 3 3 3 Nhiễu nhiệt (dBm/Hz) -174 -174 -174 Mật độ nhiễu bộ thu của BS (dBm/Hz) -171 -171 -171 Tốc độ dữ liệu tối đa (dB) 40.9 40.9 40.9 Trị Eb/No khởi tạo (dB) 4.2 4.2 4.2 Độ lệch chuẩn của Eb/No (dB) 0.0 0.0 0.0 Eb/No trung bình (dB) 4.2 4.2 4.2 Mật độ BS hiệu dụng (dBm) -125.9 -125.9 -125.9 Các độ dự trữ của việc thiết kế mạng Tổn hao khối (dB) -2 -2 -2 Tổn hao xuyên nhà (dB) -20.0 -15.0 -10.0 Độ tin cậy (tại biên cell) 90% 90% 90% Độ lệch chuẩn che khuất chuẩn log (dB) 8.0 8.0 8.0 Độ dốc tổn hao đường Y 3.5 3.5 3.5 Độ dự trữ che khuất chuẩn log (dB) -10.3 -10.3 -10.3 Độ tin cậy (trong cell) 97% 97% 97% Độ lợi chuyển giao mềm CDMA khi độ tương quan 50% (dB) 3.0 3.0 3.0 Tải lưu lượng CDMA (%) 50% 50% 50% Hiệu suất tải lưu lượng CDMA (dB) -3.0 -3.0 -3.0 Tổ hao đường tối đa cho phép (dB) 131.6 136.6 141.6 Bảng 10.4 Quỹ đường truyền tín hiệu thoại FL/DL của CDMA2000 (Quy ước: Calc là kết quả có được do tính toán) CDMA2000 Tốc độ dữ liệu tối đa ngõ vào (bps) 9,600 9,600 9,600 Phương sai Dạng DL vùng thành thị DL vùng ngoại ô DL vùng nông thôn Các thông số BS Công suất phát của BS (Watts) Input: 20.0 20.0 20.0 Công suất phát của BS (dBm) Calc: 43.0 43.0 43.0 Overhead của đường đi (%) Input: 25% 25% 25% Công suất cấp phát cho tất cả thuê bao thoại (%) Input: 100% 100% 100% Công suất tổng cấp phát cho một thuê bao (%) Input: 10% 10% 10% Công suất lưu lượng phát tối đa của một thuê bao (Watts) Calc: 1.5 1.5 1.5 Công suất lưu lượng phát tối đa của một thuê bao (dBm) Calc: 32 32 32 Tổn hao bộ kết hợp của BS (dB) Input: 0.0 0.0 0.0 Tổn hao cáp của BS (dB) Input: -1.0 -1.0 -1.0 Độ lợi anten của BS (dBi) Input: 18.0 18.0 18.0 EIRP/thuê bao (dBm) Calc: 48.8 48.8 48.8 Các thông số MS Độ lợi anten của MS (dBi) Input: 0.0 0.0 0.0 Tổn hao bộ kết hợp của MS (dB) Input: 0.0 0.0 0.0 Tổn hao cáp thu của MS (dB) Input: 0.0 0.0 0.0 Hệ số nhiễu FLMS (dB) Input: 8 8 8 Nhiễu nhiệt (dBm/Hz) Calc: -174 -174 -174 Mật độ nhiễu bộ thu của MS (dBm/Hz) Calc: -166 -166 -166 Tốc độ dữ liệu tối đa (dB) Calc: 39.8 39.8 39.8 Trị Eb/No khởi tạo (dB) Input: 6.0 6.0 6.0 Độ lệch chuẩn của Eb/No (dB) Input: 0.0 0.0 0.0 Eb/No trung bình (dB) Calc: 6.0 6.0 6.0 Mật độ MS hiệu dụng (dBm) Calc: -120.2 -120.2 -120.2 Các độ dự trữ của việc thiết kế mạng Tổn hao khối (dB) Input: 0.0 0.0 0.0 Tổn hao xuyên nhà (dB) Input: -20.0 -15.0 -10.0 Độ tin cậy (tại biên cell) Input: 90% 90% 90% Độ lệch chuẩn vùng bóng Loga trung bình (dB) Input: 8.0 8.0 8.0 Độ lệch chuẩn che khuất chuẩn log (dB) Calc: -10.3 -10.3 -10.3 Độ lợi chuyển giao mềm khi tương quan 50% (dB) Input: 3.0 3.0 3.0 Tải lưu lượng (%) 50% 50% 50% Độ dự trữ can nhiễu (tăng nhiễu) (dB) Input: -3.0 -3.0 -3.0 Tổ hao đường tối đa cho phép (dB) 137.9 142.9 147.9 Bảng 10.5 Quỹ đường truyền tín hiệu thoại FL/DL của WCDMA (Quy ước: Calc là kết quả có được do tính toán) WCDMA Tốc độ dữ liệu tối đa ngõ vào (bps) 1,200 1,200 1,200 Biến Dạng DL vùng thành thị DL vùng ngoại ô DL vùng nông thôn Các thông số BS Công suất phát của BS (Watts) Input: 20.0 20.0 20.0 Công suất phát của BS (dBm) Calc: 43.0 43.0 43.0 Overhead của đường đi (%) Input: 0% 0% 0% Công suất cấp phát cho tất cả thuê bao thoại (%) Input: 100% 100% 100% Công suất tổng cấp phát / thuê bao (%) Input: 10% 10% 10% Công suất lưu lượng phát tối đa của một thuê bao (Watts) Calc: 2 2 2 Công suất lưu lượng phát tối đa của một thuê bao (dBm) Calc: 33 33 33 Tổn hao bộ kết hợp của BS (dB) Input: 0.0 0.0 0.0 Tổn hao cáp của BS (dB) Input: -1.0 -1.0 -1.0 Độ lợi anten của BS (dBi) Input: 18.0 18.0 18.0 EIRP/thuê bao (dBm) Calc: 50 5 50 Các thông số MS Độ lợi anten của MS (dBi) Input: 0.0 0.0 0.0 Tổn hao bộ kết hợp của MS (dB) Input: 0.0 0.0 0.0 Tổn hao cáp thu của MS (dB) Input: 0.0 0.0 0.0 Hệ số nhiễu của MS (dB) Input: 8 8 8 Nhiễu nhiệt (dBm/Hz) Calc: -174 -174 -174 Mật độ nhiễu bộ thu của MS (dBm/Hz) Calc: -166 -166 -166 Tốc độ dữ liệu tối đa (dB) Calc: 40.9 40.9 40.9 Trị Eb/No khởi tạo (dB) Input: 7.0 7.0 7.0 Độ lệch chuẩn của Eb/No (dB) Input: 0.0 0.0 0.0 Eb/No trung bình (dB) Calc: 7.0 7.0 7.0 Mật độ MS hiệu dụng (dBm) Calc: -118.1 -118.1 -118.1 Các độ dự trữ của việc thiết kế mạng Tổn hao khối (dB) Input: 0.0 0.0 0.0 Tổn hao xuyên nhà (dB) Input: -20.0 -15.0 -10.0 Độ tin cậy (tại biên cell) Input: 90% 90% 90% Độ lệch chuẩn che khuất chuẩn log (dB) Input: 8.0 8.0 8.0 Độ dự trữ che khuất chuẩn log (dB) Calc: -10.3 -10.3 -10.3 Độ lợi chuyển giao mềm khi tương quan 50% (dB) Input: 3.0 3.0 3.0 Tải lưu lượng (%) 50% 50% 50% Độ dự trữ can nhiễu (tăng nhiễu) (dB) Input: -3.0 -3.0 -3.0 Tổ hao đường tối đa cho phép (dB) 135.9 140.9 145.9 Các ứng dụng dữ liệu Bảng 10.6 và 10.7 trình bày các quỹ đường uplink và downlink cho một kênh của người đi đường A (Ped. A) dùng WCDMA. Đối với đường downlink (bảng 10.6), ta giả sử rằng 80% tổng công suất lưu lượng đang có là dành cho tín hiệu dữ liệu của các thuê bao. Ngoài ra, công suất tối đa cho mỗi thuê bao bị giới hạn lại bằng 30% tổng công suất lưu lượng. Hình 10.2 Độ phủ sóng và dung lượng cho tín hiệu thoại của WCDMA 12.2-Kbps trong đường uplink và downlink. Hình 10.3 so sánh độ phủ sóng và dung lượng của thuê bao dùng tín hiệu dữ liệu trong khu vực thành thị. Tương tự với ứng dụng thoại, đường uplink vẫn có giới hạn về độ phủ sóng cho thuê bao dùng tín hiệu dữ liệu. Chú ý rằng khoảng phủ sóng cell được xác định theo tổn hao truyền dẫn thấp nhất cho phép. Độ phủ sóng tín hiệu thoại cho đường uplink nhỏ hơn đường downlink trong mọi mội trường và đối với cả hai hệ thống CDMA2000 và WCDMA. Điều này thích hợp cho các dịch vụ 3G không đối xứng, chẳng hạn như việc thiết kế độ phủ sóng có thể được thực hiện dựa trên đường uplink và hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao hơn cho đường downlink. Khi tốc độ bit tăng, độ phủ sóng sẽ hẹp lại. Bảng 10.6 Quỹ đường truyền dữ liệu UL của WCDMA Các thông số WCDMA UL vùng thành thị UL vùng ngoại ô UL vùng nông thôn Môi trường di động Ped. A Ped. A Ped. A Chỉ tiêu FER 10.00% 10.00% 10.00% Tốc độ dữ liệu tối đa (bps) 6,400 6,400 6,400 Các thông số của MS Công suất phát (Watts) 0.2 0.2 0.2 Công suất phát (dBm) 23.0 23.0 23.0 Tổn hao bộ kết hợp của MS (dB) 0.0 0.0 0.0 Tổn hao cáp MS (dB) 0.0 0.0 0.0 Độ lợi anten của MS (dBi) 0.0 0.0 0.0 EIRP (dBm) 23.0 23.0 23.0 Lưu lượng EIRP (dBm) 23.0 23.0 23.0 Các thông số của BS Độ lợi anten của BS (dBi) 18.0 18.0 18.0 Tổn hao bộ kết hợp của BS (dB) 0.0 0.0 0.0 Tổn hao cáp thu của BS (dB) -1.0 -1.0 -1.0 Hệ số nhiễu của BS (dB) 3 3 3 Nhiễu nhiệt (dBm/Hz) -174 -174 -174 Mật độ nhiễu bộ thu của BS (dBm/Hz) -171 -171 -171 Tốc độ dữ liệu tối đa (dB) 48.1 48.1 48.1 Trị Eb/No khởi tạo (dB) 2.2 2.2 2.2 Độ lệch chuẩn của Eb/No (dB) 0.0 0.0 0.0 Eb/No trung bình (dB) 2.2 2.2 2.2 Mật độ BS hiệu dụng (dBm) -120.7 -120.7 -120.7 Các độ dự trữcho việc thiết kế mạng Tổn hao khối (dB) 0 0 0 Tổn hao xuyên nhà (dB) -20.0 -15.0 -10.0 Độ tin cậy (tại biên cell) 90% 90% 90% Độ lệch chuẩn che khuất chuẩn log (dB) 8.0 8.0 8.0 Độ dốc tổn hao đường Y 3.5 3.5 3.5 Độ dự trữ che khuất chuẩn log (dB) -10.3 -10.3 -10.3 Độ tin cậy (trong cell) 97% 97% 97% Độ lợi chuyển giao mềm CDMA khi độ tương quan 50% (dB) 2.0 2.0 2.0 Tải lưu lượng CDMA (%) 50% 50% 50% Hiệu suất tải lưu lượng CDMA (dB) -3.0 -3.0 -3.0 Tổ hao đường tối đa cho phép (dB) 129.5 134.5 139.5 Bảng 10.7 Quỹ đường truyền DL của WCDMA Biến DL vùng thành thị DL vùng ngoại ô DL vùng nông thôn Chỉ tiêu FER 10.00% 10.00% 10.00% Tốc độ dữ liệu tối đa (bps) 384,000 384,000 384,000 Các thông số của BS Công suất phát của BS (Watts) 20.0 20.0 20.0 Công suất phát của BS (dBm) 43.0 43.0 43.0 Công suất cấp phát cho tất cả thuê bao dữ liệu (%) 80% 80% 80% Công suất dữ liệu tối đa / thuê bao (%) 30% 30% 30% Công suất lưu lượng phát tối đa của một thuê bao (Watts) 4.8 4.8 4.8 Công suất lưu lượng phát tối đa của một thuê bao (dBm) 36.8 36.8 36.8 Tổn hao bộ kết hợp của BS (dB) 0.0 0.0 0.0 Tổn hao cáp của BS (dB) -1.0 -1.0 -1.0 Độ lợi anten của BS (dBi) 18.0 18.0 18.0 EIRP/thuê bao (dBm) 53.8 53.8 53.8 Các thông số của MS Độ lợi anten của MS (dBi) 0.0 0.0 0.0 Tổn hao bộ kết hợp của MS (dB) 0.0 0.0 0.0 Tổn hao cáp thu của MS (dB) 0.0 0.0 0.0 Hệ số nhiễu của MS (dB) 8 8 8 Nhiễu nhiệt (dBm/Hz) -174 -174 -174 Mật độ nhiễu bộ thu của MS (dBm/Hz) -166 -166 -166 Tốc độ dữ liệu tối đa (dB) 55.8 55.8 55.8 Trị Eb/No khởi tạo (dB) 5.3 5.3 5.3 Độ lệch chuẩn của Eb/No (dB) 0.0 0.0 0.0 Eb/No trung bình (dB) 5.3 5.3 5.3 Mật độ MS hiệu dụng (dBm) -104.9 -104.9 -104.9 Các độ dự trữ của việc thiết kế mạng Tổn hao khối (dB) 0.0 0.0 0.0 Tổn hao xuyên nhà (dB) -20.0 -15.0 -10.0 Độ tin cậy (tại biên cell) 90% 90% 90% Độ lệch chuẩn che khuất chuẩn log (dB) 8.0 8.0 8.0 Độ dự trữ che khuất chuẩn log (dB) -10.3 -10.3 -10.3 Độ lợi chuyển giao mềm CDMA khi độ tương quan 50% (dB) 2.0 2.0 2.0 Tải lưu lượng CDMA (%) 50% 50% 50% Hiệu suất tải lưu lượng CDMA (dB) -3.0 -3.0 -3.0 Tổ hao đường tối đa cho phép (dB) 127.4 132.4 137.4 Từ kết quả ở hình 10.2 và 10.3, ta thấy Đường downlink có tổn hao đường tối đa cho phép (MAPL) cao hơn đường uplink đối với các dịch vụ bất đồng bộ (VD: dịch vụ thoại và dữ liệu có tốc độ tối đa 64Kbps ở cả 2 tuyến). Điều này ngụ ý rằng trong các trường hợp đó, độ phủ sóng đường uplink sẽ bị giới hạn. Có nghĩa là một vài công suất phát trạm gốc lẽ ra sẽ được dùng hết trong một cell có kích cỡ lớn hơn trong đường downlink thì bây giờ sẽ có thể được dùng để hỗ trợ dữ liệu có tốc độ cao hơn đường downlink tại biên cell. Trong trường hợp dịch vụ bất đồng bộ (VD: 384 Kbps ở đường downlink và 64Kbps ở đường uplink), độ phủ sóng đường downlink có thể bị giới hạn. Hệ số tải ở đường downlink cao hơn nhiều đường uplink. Ngoài ra, trạm gốc có thể sẽ hết công suất nhanh hơn trong trường hợp dịch vụ thoại, vì trong đó, dung lượng hệ thống có khả năng bị giới hạn về công suất hơn so với giới hạn số từ mã. Hình 10.3 Độ phủ sóng và dung lượng dữ liệu của hệ thống WCDMA 64-Kbps trong đường uplink và downlink Trong các hệ thống CDMA, luôn có sự tương quan giữa độ phủ sóng và dung lượng. Để phát triển kích cỡ của một cell, đặc biệt là trong giai đoạn triển khai đầu tiên, hệ thống mạng được thiết kế với hệ số tải uplink thấp sẽ làm giới hạn dung lượng của hệ thống. Tăng dung lượng sẽ yêu cầu tăng thỉ tiêu hệ số tải, sẽ làm kích thước cell nhỏ hơn. Các hệ số tải đường uplink cho tín hiệu thoại và dữ liệu 64Kbps được trình bày ở hình 10.4 và 10.5. Giới hạn về độ phủ sóng và dung lượng mạng Để xác định cách tối ưu và làm tối đa tác động của việc dùng anten thông minh để tăng chất lượng hệ thống, đầu tiên ta cần xác định các khu vực nào yêu cầu về chất lượng hoặc, chính xác là, ta cần xác định liệu hệ thống có độ phủ sóng hoặc dung lượng giới hạn hay không và tuyến nào là tuyến giới hạn. Hình 10.4Độ tăng can nhiễu thoại của WCDMA 12.2-Kbps với tải đường uplink. Hình 10.5 Độ tăng can nhiễu thoại của WCDMA 64-Kbps với tải đường uplink. Các giới hạn về độ phủ sóng Nhìn chung, đối với các dịch vụ có tốc độ bit thấp như thoại và đối với tải cell nhỏ (trường hợp thông lượng nhỏ), thì đường uplink là đường có độ phủ sóng giới hạn. Nguyên nhân chính là tùy thuộc vào giới hạn của công suất phát của thiết bị di động và bất chấp các hệ số khác của đường uplink tại trạm gốc, như phân tập anten thu và thiết kế bộ thu tốt hơn. Mặt khác, vì số lượng thuê bao tăng lên và/hoặc tốc độ bit cao hơn (nghĩa là, thông lượng sector có thể tăng lên, bằng cách tăng chỉ tiêu tải đườ nguplink chẳng hạn), nên đường downlink sẽ bị giới hạn. Được biểu diễn ở hình 10.6, tốc độ đường downlink là 384 Kbps và đường uplink là 64 Kbps, độ phủ sóng đường xuống bị giới hạn. Nguyên nhân là do trong đường downlink, công suất phát tối đa là giống nhau, bất chấp số lượng thuê bao hoặc tốc độ bit của các thuê bao đó, và luôn được chia sẻ giữa đường downlink của mọi thuê bao, trong khi trong đường uplink, mỗi thuê bao thêm vào đều có bộ khuếch đại công suất riêng. Do đó, trong đường downlink, để làm tối đa tổng công suất của trạm gốc, những thuê bao có các giới hạn về công suất phụ thuộc vào số lượng người dùng trong cell và tốc độ bit của các thuê bao đó. Giới hạn công suất này có thể trở thành hệ số quyết định độ phủ sóng. Hình 10.6 Độ phủ sóng và dung lượng cho tín hiệu dữ liệu của WCDMA 384/64 Kbps trong đường uplink và downlink. Các giới hạn về dung lượng mạng Hai hệ số chính quyết định đường truyền nào làm giới hạn dung lượng hệ thống là công suất phát trạm gốc và hệ số tải chỉ tiêu đường uplink. Như ta đã khảo sát, có mối tương quan giữa độ phủ sóng và dung lượng;Khi tăng thông lượng sector (nói cách khác, là tăng dung lượng hoặc số thuê bao) thì độ phủ sóng sẽ hẹp lại. Thông thường, việc thiết kế hệ thống ban đầu là dựa vào yêu cầu phủ sóng, tức là lý do tại sao mà hệ số tải chỉ tiêu của đường uplink ban đầu thấp để khu vực phủ sóng sẽ tối đa. Điều này sẽ dẫn đến việc dung lượng đường uplink sẽ bị giới hạn khi tải đạt đến mức tải đường uplink tối đa trước khi trạm gốc hết công suất phát. Đối với mạng được thiết kế có tải đường uplink cao, như môi trường thành thị, hệ thống này có thể bị giới hạn về độ phủ sóng khi trạm gốc hết công suất phát trước khi tiếp cận tải đường uplink. Đều này đặc biệt đúng khi lưu lượng kênh không đồng bộ với lưu lượng đường downlink có tốc độ cao hơn. Bảng 10.8 liệt kê các yếu tố then chốt làm tăng dung lượng và độ phủ sóng đường downlink và uplink cho các tuyến bị giới hạn. Các kỹ thuật có thể được dùng để làm giảm tính giới hạn của đường truyền được liệt kê ở bảng 10.9 Bảng 10.8 Giảm tính giới hạn của đường truyền Đường truyền Độ phủ sóng Dung lượng Hệ số giới hạn Nguyên nhân Hệ số giới hạn Nguyên nhân Uplink Yêu cầu ERPdi động. Tốc độ dữ liệu cao nhất MAPL tỉ lệ nghịch với tốc độ dữ liệu Tải đường uplink. Số thuê bao hoạt động trong một sector Hệ số chỉ tiêu tải đường uplink thấp. Lưu lượng đối xứng. Downlink Công suất BS chia sẽ trong đường downlink của mọi thuê bao Công suất phát BS. Các kênh lưu lượng trong một sector Hệ số chỉ tiêu tải đường uplink cao Lưu lượng không đối xứng Bảng 10.9Kỹ thuật tăng dung lượng và độ phủ sóng Đường truyền Độ phủ sóng Dung lượng Chỉ tiêu Giải pháp Chỉ tiêu Giải pháp Uplink MAPL của UL nhỏ hơn MAPL của DL Tăng quỹ đường UL Tải UL đạt ngưỡng cực đại. Tỏng công suất BS dưới mức cực đại. Tăng biểu thức tải UL. Tăng tỉ số Eb/No. Downlink MAPL của DL nhỏ hơn MAPL của UL Tăng quỹ đường DL Tải UL dưới mức cực đại. Công suất phát BS đạt cực đạt Tăng biểu thức tải DL. Tăng quỹ đường DL Tăng tỉ số Eb/No đường DL. Tác động của anten thông minh đến độ phủ sóng và dung lượng đường uplink Vì độ phủ sóng đường uplink bị giới hạn, ngoại trừ đối với dữ liệu có tốc độ rất cao hoặc những dung lượng PA thấp (VD: các microcell), nênphần này sẽ tập trung vào vấn đề làm tăng độ phủ sóng bằng cách dùng anten mảng tại trạm gốc. Mật độ của bộ thu BS này được xác định bằng hệ số nhiễu, tốc độ symbol tối đa thu được, mức nhiễu của môi trường RF, và điểm khởi tạo Eb/No. Nếu ta có thể giảm độ nhạy yêu cầu thì sẽ làm tăng dung lượng và/hoặc làm giảmcông suất phát di động. Độ nhạy máy thu lấy từ [4] là S=CN+IMAI=CItot10.5 Với: C là công suất sóng mang. N và IMAI là công suất nhiễu và can nhiễu đa truy cập. Và tải của cell là (rút ra từ [5]) α=IMAIItot (10.6) Với can nhiễu đa truy cập là IMAI=ISC+IOC (10.7) Nếu anten thông minh có thể làm giảm độ nhạy máy thu cần thiết về S’, thì sẽ làm tăng dung lượng thêm β và giảm công suất đi một lượng α như sau S'=CN'+I'M=δ.C1-αItot+βδαItot (10.8) Ta có dung lượng và độ giảm công suất như sau β=δSS'+α-1δα10.9 δ=(1-α)SS'-βα10.10 Trong hình 10.7, ta vẽ δ là một hàm theo độ lợi của mạng, có được bằng cách dùng anten thông minh cho các hệ số tải khác nhau. Độ lợi mạng được xác định là tổng của tổng độ lợi trực tiếp, độ lợi hoặc tổn hao phân tập, và các loại tổn hao khác, như tổn hao kết hợp tương ứng với một vài quá trình thực hiện kỹ thuật búp cố định. Trong một hệ thống có 75% tải, một độ lợi 1 dB của độ nhạy máy thu có thể làm giảm công suất đi 3 dB. Khi công suất phát giảm, tuổi thọ pin của thiết bị di động sẽ tăng Mặt khác, nếu cùng một công suất phát của thiết bị di động được giữ lại, sẽ đồng nghĩa với việc mởrộng phạm vi hoạt động. Hình 10.8 biểu diễn khả năng tăng dung lượng mong muốn nhưng không làm giảm công suất. Độ lợi 3 dB có 40% tải hệ thống tương đương với việc tăng dung lượng lên khoảng 250%. Tuy nhiên, trong trường hợp trên, nếu ta cho dung lượng tăng lên, tải hệ thống cũng sẽ tăng. Hình 10.7 Độ giảm công suất và độ lợi. Hình 10.8 Độ tăng của dung lượng với độ lợi của mạng lưới khi công suất không giảm. Để kiểm soát và duy trì cùng một tải hệ thống này, công thức làm tăng dung lượng hệ thống bên trên được sửa lại như sau β=δSS'1-α+δα10.11 Biểu diễn biểu thức (10.11) ở hình 10.9 trong một hệ thống có 50% tải cho các hệ số giảm công suất khác nhau. Đối với độ lợi 3 dB, công suất có thể giảm 50% và dung lượng sẽ tăng 33%. Có thể tăng dung lượng lên 67.5% khi độ lợi là 4 dB Hình 10.9 Độ tăng dung lượng và độ giảm công suất giống nhau khi hệ thống có tải 50%. Có một số phương pháp có thể được dùng để làm tăng chất lượng do tác động của anten thông minh [5-34]. Từ việc mở rộng tuyến và mô phỏng mức hệ thống đến các kỹ thuật phân tích về khả năng không được sử dụng và quá trình phân tích dung lượng thống kê. Một cách khác để làm tăng tác động của anten thông minh lên đường uplink thông qua chương này là dùng quỹ đường truyền và các biểu thức tải. Dùng anten thông minh ở đường uplink sẽ có hai điều lợi, thứ nhất là giảm tỉ số Eb/Nocần thiết, và thứ hai là độ lợi về khoảng cách, cả hai đều làm tăng độ phủ sóng. Từ (10.3), ta có thể thấy rằng hệ số tải đường uplink là hàm theo tốc độ dữ liệu, Eb/No, và số lượng thuê bao. Do đó, việc giảm Eb/No sẽ làm giảm hệ số tải cho một lượng thuê bao hoặc thông lượng của sector cho trước. Việc giảm tải đường uplink cho một thông lương hệ thống cho trước sẽ làm tăng cả độ phủ sóng và dung lượng kênh. Độ phủ sóng tăng là do hệ số tải thấp và do đó tổn hao đường tối đa cho phép(MAPL) sẽ cao hơn.Dung lượng tăng là do số thuê bao và thông lượng sector tăng đến khi hệ số tải đạt đến mức tải chỉ tiêu. Hình 10.10 mô tả phương pháp lám tăng độ phủ sóng bằng cách dùng 4 anten có búp cố định, cho rằng Eb/No giảm 3 dB [23]. Chú ý rằng các độ lợi phụ thuộc vào số lượng thuê bao (thông lượng) hoặc, chính xác hơn là, tùy thuộc và hệ số tải. Độ lợi sẽ lớn nhất khi tải nhiều, vì tại các mức đó, can nhiễu do nhiệt sẽ tăng rất cao. Đều này được chứng minh ở hình 10.11, ta thấy rằng ảnh hưởng lớn nhất là khi tải cao. Tương tự, hình 10.12 biểu diễn độ lợi về dung lượng hệ thống. Độ tăng thực tế của dung lượng đường uplink là hàm theo hệ số tải chỉ tiêu. Tải chỉ tiêu càng cao thì độ lợi về dung lượng sẽ càng cao. Tóm lại, khi dùng anten thông minh tại trạm gốc, ta có thể tăng dung lượng đường uplink bằng cách tăng hệ số tải chỉ tiêu của đường uplink mà không làm mất đi độ phủ sóng do Eb/No giảm và độ lợi anten mảng có thể giới hạn mức can nhiễu và làm tăng độ phủ sóng. Hình 10.10 Độ tăng sự phủ sóng đường uplink của đa anten có búp sóng cố định. Hình 10.11 Độ giảm can nhiễu đường uplink của đa anten có búp sóng cố định. Tác động của anten thông minh đến dung lượng đường downlink Như đã khảo sát ở phần trước, dung lượng đường downlink thường bị giới hạn. Trong phần này, ta sẽ quy độ lợi về chất lượng mức đường truyền thành hai phương pháp, đặt là phân tập phát và anten búp sóng cố định, và cách làm tăng dung lượng sector đường xuống. Hình 10.12 (a, b) Độ tăng dung lượng đường uplink và hệ số tải của đa anten có búp sóng cố định. Phân tập phát Các kỹ thuật phân tập phát được thảo luận chi tiết ở chương 5. Bây giờ ta sẽ khảo sát độ phân tập có thể thực hiện bằng cách sử dụng kỹ thuật phân tập phát vòng mở và vòng kín và chỉ ra cách mà độ lợi này có thể liên hệ với độ