Chương V : Phương pháp thiết kế một mạng di động CDMA pot

Ch¬ng V: Ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ hÖ thèng CDMA

Ch¬ng V :

Ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ mét m¹ng di ®éng cdma

5.1 C¬ së tÝnh to¸n thiÕt kÕ

5.1.1 Dung lîng hÖ thèng CDMA

A. Ph ¬ng ph¸p tÝnh dung l îng theo tû sè (C/I)

1. Dung lîng cña hÖ thèng CDMA mét « ®¬n

Dung lîng cña hÖ thèng CDMA bÞ h¹n chÕ bëi nhiÔu ®a truy nhËp. §Ó

rót ra ®îc c«ng thøc tÝnh dung lîng hÖ thèng chóng ta h·y xÐt mét hÖ hÖ

thèng mét « ®¬n. Chóng ta gi¶ thiÕt r»ng do kÕt qu¶ cña viÖc ®iÒu khiÓn

c«ng suÊt hoµn h¶o vµ n¨ng lîng trªn mçi chip cña mçi ngêi sö dông lµ

b»ng nhau b»ng Ec. NÕu ta bá qua nhiÔu nhiÖt th× ta cã c«ng thøc tÝnh mËt

®é phæ c«ng suÊt hiÖu dông lµ:

Io=(K-1)Ec (5.1)

TØ sè n¨ng lîng bit trªn nhiÔu hiÖu dông Eb/Io lµ:

( 1). 1

.

( 1) −

=

−

=

−

=

K

G

K Ec

G Ec

K Ec

Eb

Io

Eb

(5.2)

NÕu chóng ta tÝnh ®Õn nhiÔu nhiÖt víi tham sè σn

2 th× Eb/Io trë thµnh:

S

K

G

K No Ec

Eb

Io

Eb

n

2

1

1 / σ

− +

=

− +

=

(5.3)

Trong ®ã:- S: lµ c«ng suÊt trung b×nh tÝn hiÖu

- No : mËt ®é phæ c«ng suÊt t¹p ©m ®¬n biªn.

§èi víi mét møc Eb/Io cho tríc ®îc x¸c ®Þnh b»ng x¸c xuÊt lçi bÝt yªu

cÇu ta cã thÓ tÝnh ®îc sè ngêi sö dông cã thÓ truy cËp hÖ thèng theo c«ng

thøc sau:

K ≤

Eb Io S

G n

2

/

1

σ

+ − (5.4)

§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn §×nh Trung KTVT B K37

- 97 -

Ch¬ng V: Ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ hÖ thèng CDMA

NÕu ta bá qua nhiÔu nhiÖt th× sè ngêi sö dông cã thÓ tÝnh nh sau:

K ≤ Eb Io

G

/

1+ (5.5)

VËy cã thÓ t¨ng dung lîng cña hÖ thèng CDMA lªn b»ng c¸ch gi¶m

nhiÔu gi÷a nh÷ng ngêi sö dông. Mét ph¬ng ph¸p ®Ó t¨ng dung lîng lµ dïng

¨ng ten sector. Trong mét « nÕu ph©n thnhf 3 sector th× dung lîng t¨ng lªn

ba lÇn (thùc tÕ lµ t¨ng 2,55 lÇn do vïng biªn c¸c setor vÉn bÞ phñ lªn nhau).

Mét ph¬ng ph¸p kh¸c ®Ó t¨ng dung lîng lµ qu¶n lý ho¹t ®éng cña tho¹i cña

mçi ngêi sö dông. Thùc tÕ cho thÊy lµ thêi gian tÝch cùc tho¹i trong kªnh

thêng kh«ng chiÕm qu¸ 35% tæng thêi gian. Khi tÝch cùc tho¹i th× tèc ®é

kªnh lµ 9,6 Kb/s. Cßn 65% thêi gian cßn l¹i lµ ®èi ph¬ng nãi hoÆc ngõng.

Khi nµy tèc ®é d÷ liÖu gi¶m xuèng tíi 1,2 Kb/s.

HÖ sè ho¹t ®éng cña tiÕng nãi ®îc biÓu diÔn b»ng α vµ nã ®îc ®Þnh nghÜa

lµ tû sè gi÷a thêi gian mét ngêi sö dông nãi trªn toµn bé thêi gian truyÒn

dÉn.

MËt ®é phæ c«ng suÊt hiÖu dông ë (5.1) sÏ trë thµnh:

Io=α(Ks-1)Ec (5.6)

Trong ®ã Ks lµ sè ngêi sö dông trªn mét sector

NÕu sö dông c¶ hai gi¶i ph¸p sector ho¸ anten vµ qu¶n lý ho¹t ®éng cña

tiÕng nãi th× ta cã tû sè Eb/Io lµ:

S

K

G

Io

Eb

n

2

.( 1)

σ

α − +

=

(5.7)

NÕu ta bá qua σn

2

/S th× sè ngêi sö dông trªn mét d¶i lµ:

K ≤ Eb Io

G

. /

1

α

+ (5.8)

§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn §×nh Trung KTVT B K37

- 98 -

Ch¬ng V: Ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ hÖ thèng CDMA

Tæng sè ngêi sö dông trong mét « lµ:

K=3Ks (5.9)

VËy nÕu hÖ sè ho¹t ®éng cña tiÕng nãi lµ : 3/8 (α=37%) vµ sö dông 3

anten sector th× tæng sè ngêi sö dông trong hÖ thèng sÏ t¨ng lªn 8 lÇn so víi

hÖ thèng sö dông anten Omni (v« híng) vµ kh«ng cã chøc n¨ng gi¸m s¸t

thêi gian tho¹i.

2. Dung lîng cña hÖ thèng CDMA nhiÒu «.

a. Dung lîng híng ngîc

H×nh 5.1 C¸c « cã cÊu tróc h×nh lôc gi¸c

Trong hÖ thèng th«ng tin di ®éng CDMA gåm cã nhiÒu tr¹m gèc thêng

cã hai lo¹i nhiÔu chÝnh. §ã lµ nhiÔu néi « vµ nhiÔu liªn «. NhiÔu néi « lµ

nhiÔu do tr¹m gèc trong hÖ thèng thu nhiÔu tõ c¸c ngêi sö dông kh¸c trong

cïng mét «. Ngîc l¹i nhiÔu liªn « lµ nhiÔu do c¸c tÝn hiÖu cña ngêi sö dông

ë c¸c « bªn c¹nh.

Chóng ta h·y xÐt mét côm gåm c¸c « h×nh lôc gi¸c nh h×nh 5.1 Chóng ta

gi¶ thiÕt r»ng c«ng suÊt ®îc ®iÒu khiÓn lý tëng ë tr¹m gèc. Mäi tÝn hiÖu cña

§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn §×nh Trung KTVT B K37

- 99 -

Sector

r

m

r

o

Sector

r

o

r

m

Ch¬ng V: Ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ hÖ thèng CDMA

ngêi sö dông trong mét « nhÊt ®Þnh ®îc ®iÒu khiÓn c«ng suÊt bëi cïng mét

tr¹m gèc vµ trong trêng hîp lý tëng th× mäi tÝn hiÖu ®Òu thu ®îc mét c«ng

suÊt nh nhau S. Víi K ngêi sö dông trong mét « th× tæng nhiÔu néi « nhá

h¬n hoÆc b»ng (K-1)S. Trong truyÒn tho¹i th× c«ng suÊt nhiÔu nµy ®îc gi¶m

α lÇn (tøc dung lîng t¨ng 1/α lÇn).

Gi¶ thiÕt tr¹m di ®éng trong tÕ bµo nµo sÏ do tr¹m gèc cña tÕ bµo ®ã ®iÒu

khiÓn. Ta h·y xem xÐt mét tr¹m di ®éng trong mét « kh¸c cã kho¶ng c¸ch

®Õn tr¹m gèc cña nã lµ rm vµ c¸ch mét tr¹m gèc cho tríc mét kho¶ng lµ r0.

Do gi¶ thiÕt lµ ®iÒu khiÓn c«ng suÊt lµ lý tëng nªn c«ng suÊt ph¸t cña m¸y

di ®éng nµy lµ :

/10 10

( )

Ldm

m

T m

Sr S r

µ

= (5.10)

Trong ®ã µ lµ sè mò tæn hao ®êng tryuyÒn vµ Ldm lµ biÕn Gaussian biÓu

thÞ sù biÕn ®æi cña c«ng suÊt do che khuÊt.

§iÒu nµy cã nghÜa lµ c«ng suÊt MS thu ®îc tõ tr¹m gèc cña nã lµ:

S

r

Sr S r S r L

m

L

L

m

R m T m p

dm

dm

= = µ

=

µ /10

/10

10

10

( ) ( )/

(5.11)

C«ng suÊt nhiÔu tõ MS trong c¸c « kh¸c c¸ch mét tr¹m gèc ®ang xÐt

mét kho¶ng ro phô thuéc vµo:

Tæn hao ®êng truyÒn dÉn tõ MS nµy tíi BS ®ã.

Tæn hao ®êng truyÒn do MS g©y nhiÔu tíi BS ®ang qu¶n lý MS ®ã

C«ng suÊt nhiÔu nµy cã thÓ ®îc m« t¶ theo c«ng thøc sau.

10 /10

10 I(r ,r )

/10

o m dm

do

L

o

o

L

r

r

S

µ

µ

= (5.12)

§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn §×nh Trung KTVT B K37

- 100 -

Ch¬ng V: Ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ hÖ thèng CDMA

Trong ®ã Ld0 lµ biÕn ®æi c«ng suÊt do che khuÊt b×nh thêng trªn ®êng

truyÒn tõ MS t¹i kho¶ng c¸ch r0 tíi mét BS ®ang xÐt.

Mét m« h×nh ®êng truyÒn cã thÓ chÊp nhËn ®îc cho bëi d÷ liÖu thùc

nghiÖm cã µ= 4. Ldm vµ Ld0 lµ c¸c biÕn ngÉu nhiªn Gaussian ®éc lËp víi ®é

lÖch σ=8dB. Chóng ta gi¶ thiÕt r»ng fading nhanh kh«ng ¶nh hëng tíi møc

c«ng suÊt trung b×nh

C«ng suÊt nhiÔu liªn « cã ®îc tÝnh nh sau:

10 I(ro

,rm

) 10

Ldo Ldm

o

m

r

r

S

−

















=

µ

(5.13)

Víi gi¶ thiÕt I(r0,rm)/S nhá h¬n hoÆc b»ng 1 nÕu kh«ng th× MS sÏ ®îc

®iÒu khiÓn b»ng tr¹m gèc kh¸c víi I(r0,rm)/S nhá h¬n hoÆc b»ng 1. C¶ Ldm

vµ Ld0 lµ c¸c biÕn ngÉu nhiªn Gaussian ®éc lËp, víi cïng gi¸ trÞ trung b×nh

vµ ph¬ng sai σ

2

, hiÖu Ld0-Ldm còng lµ mét biÕn ngÉu nhiªn Gaussian víi gi¸

trÞ trung b×nh b»ng kh«ng vµ ph¬ng sai 2σ

2

.

Ta gi¶ thiÕt r»ng ®Ó cho ®¬n gi¶n b¸n kÝnh « ®îc cho b»ng nhau vµ nh÷ng

ngêi sö dông ®îc ph©n phèi ®Òu nhau. Trong mét hÖ thèng víi 3 anten

sector mËt ®é ngêi sö dông (mËt ®é MS) ®îc tÝnh nh sau:

3

2

3 3

2K Ks

σ = = (5.14)

Trong ®ã K lµ tæng sè ngêi sö dông trong mét « vµ Ks lµ sè ngêi sö dông

trong mét d¶i.

NÕu tæn hao ®êng truyÒn chØ lµ mét hµm cña kho¶ng c¸ch tõ MS ®Õn BS

th× MS ph¶i ®îc ®iÒu khiÓn bëi mét BS gÇn nã nhÊt. §Ó ®¬n gi¶ ta gi¶ thiÕt

BS gÇn nhÊt lµm nhiÖm vô ®iÒu khiÓn c«ng suÊt.

Tæng c«ng suÊt nhiÔu liªn « ®îc thu ®îc bëi mét tr¹m gèc cã thÓ tÝnh ®îc

b»ng c¸ch tÝnh tÝch ph©n hai líp vïng A bao gåm tÊt c¶ c¸c « trong hÖ

thèng (h×nh 5.1)

§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn §×nh Trung KTVT B K37

- 101 -

Ch¬ng V: Ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ hÖ thèng CDMA

dA

r

r

L L

r

r

S

I

o

m

do dm

L L

o

m

do dm

ψ θ δ

µ

10 ( , )

10 −

















=

−

∫∫

(5.15)

Trong ®ã m lµ chØ sè tÕ bµo víi rm= mink≠0 rk vµ:

θ(Ldo-Ldm, rm/r0) = 1 khi 10(Ldo − Ldm)/10 ≤ 1

r

r

o

m

θ(Ldo-Ldm, rm/r0) = 0 khi 10(Ldo − Ldm)/10 ≥ 1

r

r

o

m

(5.16)

Ψ lµ biÕn ngÉu nhiªn biÓu diÔn sù tÝch cùc tho¹i, ®îc ®Þnh nghÜa nh sau:

Ψ= 1 Víi x¸c suÊt α

Ψ= 0 Víi x¸c suÊt (1- α). (5.17)

Víi µ=4 th× gi¸ trÞ trung b×nh cña c¸c biÕn ngÉu nhiªn I/S ®îc tÝnh nh sau:

dA

r

r

f

r

r

E I S

A o

m

o

m

α∫∫ 

δ





























=

4

( / ) (5.18)

Trong ®ã:

( )





























−















= − 















10

ln10 lg 2

2

40 1

2

2

( ln10) /10 σ

σ

σ

m

o

o

m

r

r

e Q

r

r

f

(5.19)

Gi¶ sö r»ng t¬ng quan kh«ng gian gi÷a Ldm vµ Ld0 lµ rÊt nhá trong c¸c

híng t¬ng ®¬ng víi tÝch ph©n hai líp biÕn xö lý ngÉu nhiªn tr¾ng cña c«ng

suÊt nhiÔu liªn « theo c«ng thøc sau:

dA

r

r

f

r

r

g

r

r

r

r

Var

o

m

o

m

A o

m

o

m α α δ



























−































≤ ∫∫ 2

4

( ) (5.20)

Trong ®ã :

§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn §×nh Trung KTVT B K37

- 102 -