Tái sử dụng tần số trong mạng tổ ong

THÔNG TIN VÔ TUYẾN************* TÁI SỬ DỤNG TẦN SỐ TRONG MẠNG TỔ ONG 4.2. TÁI SỬ DỤNG TẦN SỐ TRONG MẠNG TỔ ONG 4.2.1. SƠ LƯỢC VỀ MẠNG TỔ ONG. a. Định nghĩa. b. Một vài thông số của mạng tổ ong. 4.2.2. TÁI SỬ DỤNG TẦN SỐ: a. Cơ sở lí thuyết. b. Vấn đề xử lí can nhiễu. c. Một số mô hình mẫu tái sử dụng. 4.2.1. SƠ LƯỢC VỀ MẠNG TỔ ONG. a. Định nghĩa: 	- Mạng tổ ong(cellular) là một một hệ thống thông tin di động được chia thành nhiều vùng phục vụ nhỏ, gọi là ô(cell), mỗi ô có một trạm gốc phụ trách và được điều khiển bởi tổng đài MSC sao cho thuê bao có thể vẫn duy trì được cuộc gọi một cách liên tục khi di chuyển giữa các ô. 	- Cell là đơn vị nhỏ nhất của mạng. Trên sơ đồ địa lý quy hoạch mạng, cell có hình dạng một tổ ong hình lục giác.Trong mỗi cell có một trạm vô tuyến BTS(Base Transceiver Station) liên lạc vô tuyến với tất cả các máy thuê bao di động MS(Mobile Station) có mặt trong cell. 	- Đặc điểm của mạng tổ ong là việc sử dụng lại tần số và diện tích mỗi cell khá nhỏ. 4.2.1. SƠ LƯỢC VỀ MẠNG TỔ ONG. CÊu tróc c¬ b¶n cña m¹ng tæ ong. 	- HÖ thèng di ®éng tæ ong bao gåm cã ba phÇn chÝnh lµ m¸y di ®éng MS (Mobile Station), tr¹m gèc BTS (Base Transceiver Station), vµ Tæng ®µi di ®éng (MSC). 	+ M¸y ®iÖn tho¹i di ®éng (MS) bao gåm c¸c bé thu/ph¸t RF, anten vµ bé ®iÒu khiÓn. 	+ BTS bao gåm c¸c bé thu/ph¸t RF ®Ó kÕt nèi m¸y di ®éng víi MSC, anten, bé ®iÒu khiÓn, ®Çu cuèi sè liÖu vµ nguån. 	+ MSC xö lý c¸c cuéc gäi ®i vµ ®Õn tõ mçi BS vµ cung cÊp chøc n¨ng ®iÒu khiÓn trung t©m cho ho¹t ®éng cña tÊt c¶ c¸c BS mét c¸ch hiÖu qu¶ vµ ®Ó truy nhËp vµo tæng ®µi cña m¹ng ®iÖn tho¹i c«ng céng. Chóng bao gåm bé phËn ®iÒu khiÓn, bé phËn kÕt nèi cuéc gäi, c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi vµ cung cÊp chøc n¨ng thu thËp sè liÖu c­íc ®èi víi c¸c cuéi gäi ®· hoµn thµnh. 4.2.1. SƠ LƯỢC VỀ MẠNG TỔ ONG. 	- HÖ thèng ®iÖn tho¹i di ®éng th­¬ng m¹i ®Çu tiªn ®­îc ®­a vµo ho¹t ¸p dông sö dông b¨ng tÇn 150 MHz t¹i Saint Louis(MÜ) n¨m 1946 víi kho¶ng c¸ch kªnh lµ 60 KHz vµ sè l­îng kªnh giíi h¹n lµ 3.§©y lµ hÖ thèng b¸n song c«ng. 	- Sau nµy,dải tÇn sè sö dông 450 - 900 MHz, c¸c m¹ng ®iÓn h×nh được đưa vào hoạt động lµ: 	+ AMPS (Advanced Mobile Phone Service) ®­a vµo ho¹t ®éng t¹i Mü n¨m 1979. 	+ NMT (Nordic Mobile Telephone) lµ hÖ thèng cña c¸c n­íc B¾c ©u n¨m 1981. 	+ TACS: sö dông tÇn sè 900 MHZ, lµ m¹ng thiÕt kÕ sè l­îng lín thuª bao ®­îc vËn hµnh n¨m 1985. 4.2.1. SƠ LƯỢC VỀ MẠNG TỔ ONG. b. Một vài thông số của mạng tổ ong: 	- Lưu lượng của một ô trong mạng: 	L­u l­îng thuª bao ®­îc x¸c ®Þnh bëi møc ®é cuéc gäi vµ thêi gian trung b×nh cña mçi cuéc gäi.	 	A= n.t/T 	Trong đó: 	A = l­u l­îng ( Erlang ). 	n = sè cuéc gäi. 	t = thêi gian trung b×nh chiÕm kªnh mçi cuéc gäi(s). 	T = tæng thêi gian ®o(s). 	(nt) chØ râ thêi gian ®­îc sö dông ®Ó gäi trong mét ®¬n vÞ thuª bao 4.2.1. SƠ LƯỢC VỀ MẠNG TỔ ONG. 	- L­u l­îng ®­îc tÝnh b»ng Erlang, d­íi ®©y lµ ®¬n vÞ thuª bao tiªu chuÈn. 	Thêi gian trung b×nh cña mçi cuéc gäi 120 s 	Sè cuéc gäi cho thuª bao vµo giê bËn lµ 1 	Sè thuª bao 1000 	Sù ph©n phèi l­u l­îng th­êng ®­îc chØ ra khi l­u l­îng ®Õn vµ l­u l­îng tõ thuª bao di ®éng cã thÓ chuyÓn hÖ kh¸c: 	L­u th«ng cè ®Þnh ®Õn di ®éng 15% 	L­­ th«ng di ®éng ®Õn cè ®Þnh 75% 	L­u th«ng di ®éng ®Õn di ®éng 10% 	Tõ trªn cã thÓ tÝnh dung l­îng mçi thuª bao nh­ sau. A = (1120)/3600 = 33 mErlang. Cø 1000 thuª bao di ®éng th× l­u l­îng lµ 33 Erlang. Nh÷ng con sè nµy dµnh cho tÝnh to¸n sè kªnh yªu cÇu trong m¹ng tæ ong. 4.2.1. SƠ LƯỢC VỀ MẠNG TỔ ONG. 	- Nhiễu đồng kênh C/I (Carier to Interference ratio): 	NhiÔu ®ång kªnh x¶y ra khi c¶ hai m¸y ph¸t ph¸t trªn cïng mét tÇn sè hoÆc trªn cïng mét kªnh. M¸y thu ®iÒu chØnh ë kªnh nµy sÏ thu ®­îc c¶ hai tÝn hiÖu víi c­êng ®é phô thuéc vµo vÞ trÝ cña m¸y thu so víi hai m¸y ph¸t. 	TØ sè sãng mang trªn nhiÔu ®­îc ®Þnh nghÜa lµ c­êng ®é tÝn hiÖu mong muèn trªn c­êng ®é tÝn hiÖu nhiÔu 	 C/I = 10log(P0 / Pi) (dB) 	Trong ®ã: 	 P0 : c«ng suÊt tÝn hiÖu thu mong muèn. 	 Pi : c«ng suÊt nhiÔu thu ®­îc. 4.2.1. SƠ LƯỢC VỀ MẠNG TỔ ONG. 	- Nhiễu kênh lân cận C/A (Carrier to Adjacent ratio): 	 TØ sè sãng mang trªn kªnh l©n cËn ®­îc ®Þnh nghÜa lµ c­êng ®é cña sãng mang mong muèn trªn c­êng ®é cña sãng mang kªnh l©n cËn. 	NhiÔu kªnh l©n cËn x¶y ra khi sãng v« tuyÕn ®­îc ®iÒu chØnh vµ thu riªng kªnh C song l¹i chÞu nhiÔu tõ kªnh l©n cËn C-1 hoÆc C+1. MÆc dï thùc tÕ sãng v« tuyÕn kh«ng ®­îc chØnh ®Ó thu kªnh l©n cËn ®ã, nh­ng nã vÉn ®Ò nghÞ mét sù ®¸p øng nhá lµ cho phÐp kªnh l©n cËn g©y nhiÔu tíi kªnh mµ m¸y thu ®ang ®iÒu chØnh. 	C/A = 10log(P0 / Pa) Trong ®ã: 	P0 = c«ng suÊt thu tÝn hiÖu mong muèn. 	Pa = c«ng suÊt thu tÝn hiÖu cña kªnh l©n cËn. 4.2.1. SƠ LƯỢC VỀ MẠNG TỔ ONG. 4.4.2. Tái sử dụng tần số. a. Cơ sở lí thuyết: 	- Nguyªn lÝ c¬ së khi thiÕt kÕ c¸c hÖ thèng tæ ong lµ c¸c mÉu ®­îc gäi lµ c¸c mÉu sö dông l¹i tÇn sè. 	- Víi mét hÖ thèng th«ng tin th× d¶i tÇn sö dông lµ giíi h¹n, v× vËy nÕu ¸p dông hÖ thèng b×nh th­êng sÏ gÆp khã kh¨n v× dung l­îng cña kªnh thÊp. Nhê sö dông l¹i c¸c tÇn sè nã cã thÓ cung cÊp dung l­îng xö lý cao h¬n rÊt nhiÒu c¸c hÖ thèng ®iÖn tho¹i ®ang sö dông. Ở ®©y ta gi¶m møc ®é bao phñ cña mét tr¹m gèc ®Ó më réng mét l­îng lín « tr¹m gèc bao phñ cïng mét vïng tr­íc khi ®­îc bao phñ tõ mét vÞ trÝ, ®iÒu nµy cã nghÜa lµ sè l­îng kªnh trªn vïng x¸c ®Þnh ®­îc t¨ng lªn rÊt nhiÒu. 4.4.2. Tái sử dụng tần số. 	- Trong kh¸i niÖm sö dông l¹i tÇn sè bao hµm kh¸i niÖm cho phÐp sö dông nhiÔu chung kªnh ®Ó t¨ng dung l­îng hÖ thèng cho môc ®Ých ®iÒu khiÓn. Sù sö dông l¹i tÇn sè ®­îc thùc hiÖn nh­ sau: ®Çu tiªn kh¶ dông d¶i phæ ®­îc ph©n thµnh mét sè nhãm tÇn sè ®Ó sö dông l¹i. Trong tr­êng hîp nµy mét nhãm tÇn sè ®­îc sö dông cho tõng tr¹m gèc. 	- KiÓu nhãm tÇn sè gièng nhau kh«ng thÓ ®­îc sö dông trong c¸c tr¹m gèc l©n cËn.Khoảng cách giữa 2 ô sử dụng cùng nhóm tần số phải đủ lớn để nhiễu lẫn nhau do chung tần số là không đáng kể. 4.4.2. Tái sử dụng tần số. CÊu tróc t¸i sö dông tÇn sè. 4.4.2. Tái sử dụng tần số. b. Vấn đề xử lí can nhiễu: 	- Đặc điểm quan trọng của tái sử dụng tần số là can nhiễu giữa 2 ô cùng nhóm tần số không phụ thuộc vào khoảng cách tuyệt đối D giữa chúng mà phụ thuộc vào tỉ số D/R với R là bán kính của ô.Việc thiết kế công suất phát và chiều cao anten xác định R mong muốn. 	- P : lµ vÞ trÝ cña m¸y di ®éng liªn quan tíi c¶ hai vÞ trÝ A vµ B. 	- Cự li tối thiểu cho phép sử dụng lại tần số Dmin phụ thuộc vào nhiều nhân tố: 	 + Số ô dùng lại tần số xung quanh vùng đang xét. 	 + Đặc điểm địa lý của vùng phủ sóng. 	 + Chiều cao anten. 	 + Công suất phát.	 	- Việc sử dụng lại tần số làm tăng hiệu suất sử dụng phổ lên rất nhiều nhưng cũng có thể gây nhiễu kinh khủng nếu thiết kế tồi. Can nhiễu này gọi là can nhiễu kênh chung. 4.4.2. Tái sử dụng tần số. 	 	- Trong quá trình hoạt động, MS sÏ bÞ nhiÔu ®ång kªnh do viÖc c¸c « kh¸c sö dông cïng tÇn sè với ô nó đang ở trong và vïng phñ sãng cña tr¹m gèc sÏ bÞ giíi h¹n bëi lý do nµy h¬n lµ do t¹p ©m th«ng th­êng. V× vËy, ta cã thÓ nãi r»ng mét hÖ thèng tæ ong hoµn thiÖn lµ giíi h¹n ®­îc nhiÔu mµ ®· ®­îc qui chuÈn, lo¹i trõ ®­îc nhiÔu hÖ thèng. Mét vÊn ®Ò trong thiÕt kÕ hÖ tæ ong lµ ®iÒu khiÓn c¸c lo¹i nhiÔu nµy ë møc chÊp nhËn ®­îc. 	-§Ó chÊt l­îng tho¹i lu«n ®­îc ®¶m b¶o th× møc thu cña sãng mang mong muèn C ph¶i lín h¬n tæng møc nhiÔu ®ång kªnh I (Interference) vµ møc nhiÔu kªnh l©n cËn A (Adjacent ). 4.4.2. Tái sử dụng tần số. 	- ViÖc t¸i sö dông kªnh tÇn bÞ giíi h¹n bëi nhiÒu hÖ kªnh C/I gi÷a c¸c «. C/I cã thÓ lµ mét vÊn ®Ò chñ yÕu. Do ®ã sù cè g¾ng ®¹t ®Õn møc tèi thiÓu C/I ph¶i ®­îc tiÕn hµnh. 	- ThËt ®¬n gi¶n ®Ó quan s¸t kÝch th­íc « cã ®­îc, sù t¸i sö dông kho¶ng c¸ch sÏ phô thuéc sè nhãm tÇn N sÏ ®­îc x©y dùng trong m« h×nh t¸i sö dông kªnh tÇn. Sè N nµy cµng lín th× kho¶ng c¸ch t¸i sö dông cµng dµi. 	- B­íc thø nhÊt ®Ó ®o kÝch th­íc N sÏ lµ tÝnh to¸n tØ sè D/R gi÷a nh÷ng « ®ång kªnh. 	Tõ h×nh häc cã thÓ tÝnh mét c¸ch ®¬n gi¶n: D/R = 3N. 	R: lµ b¸n kÝnh «. 	D: lµ kho¶ng c¸ch c¸c hÖ kªnh. 4.4.2. Tái sử dụng tần số. 	- N lµ mÉu sö dông l¹i: 	N = i2 + ij + j2 . 	Trong ®ã i, j lµ nh÷ng sè nguyªn. ChØ nh÷ng gi¸ trÞ tho¶ m·n ®iÒu kiÖn cho mét m« h×nh «. 	- Tõ mét « rêi ®i (i) « theo bÊt k× chiÒu nµo, sau ®ã ng­îc chiÒu kim ®ång hå 60 ®é vµ chuyÓn ®i (j) « theo chiÒu míi nµy. ¤ thu ®­îc vµ « ban ®Çu lµ nh÷ng « cña cïng mét hÖ kªnh. 	- CÇn sö dông mÉu ®Ó tÝnh ®­îc mét N tèi thiÓu cã thÓ chÊp nhËn ®­îc. Nghi· lµ log-normal cña b¸o hiÖu cho c¶ sãng mang vµ sãng nhiÔu ®­îc chÊp nhËn. §é m¹nh cña mét b¸o hiÖu chªnh lÖch víi gi¸ trÞ trung b×nh vµi dB. 4.4.2. Tái sử dụng tần số. c. Một số mô hình mẫu tái sử dụng: 	* Mẫu tái sử dụng tần số 3/9: 	- MÉu t¸i sö dông l¹i tÇn sè 3/9 cã nghÜa c¸c tÇn sè sö dông ®­îc chia thµnh 9 nhãm tÇn sè Ên ®Þnh trong 3 vÞ trÝ tr¹m gèc. MÉu nµy cã kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ®µi ®ång kªnh lµ 	D = 5,2R 	- Gi¶ thiÕt cã 41 tÇn sè.Ta thÊy mçi cell cã thÓ ph©n bè tèi ®a ®Õn 5 sãng mang. 	- Nh­ vËy, víi kh¸i niÖm vÒ kªnh th× ph¶i dµnh mét khe thêi gian cho BCH, mét khe thêi gian cho SDCCH/8. VËy cßn 5 x 8 - 2 = 38 khe thêi gian cho kªnh l­u l­îng. Tra b¶ng Erlang-B t¹i GoS 2 % th× mét cell cã thÓ cung cÊp dung l­îng 29,166 Erlang. Gi¶ sö mçi thuª bao chiÕm 0,33 Erlang, nh­ vËy mçi cell cã thÓ phôc vô ®­îc 29,166/0,33 = 833 thuª bao. 4.4.2. Tái sử dụng tần số. MÉu sö dông l¹i tÇn sè 3/9 4.4.2. Tái sử dụng tần số. 	* Mẫu tái sử dụng tần số 4/12: 	- MÉu sö dông l¹i tÇn sè 4/12 cã nghÜa lµ c¸c tÇn sè sö dông ®­îc chia thµnh 12 nhãm tÇn sè Ên ®Þnh trong 4 vÞ trÝ tr¹m gèc. Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c tr¹m ®ång kªnh khi ®ã lµ 	 D = 6R. - Gi¶ thiÕt cã 41 tÇn sè.Ta thÊy mçi cell cã thÓ ph©n bè tèi ®a ®Õn 4 sãng mang. 	- Nh­ vËy, víi kh¸i niÖm vÒ kªnh th× ph¶i dµnh mét khe thêi gian cho BCH, mét khe thêi gian cho SDCCH/8. VËy cßn 4 x 8 - 2 = 30 khe thêi gian cho kªnh l­u l­îng. Tra b¶ng Erlang-B t¹i GoS 2 % th× mét cell cã thÓ cung cÊp dung l­îng 21,932 Erlang. Gi¶ sö mçi thuª bao chiÕm 0,33 Erlang, nh­ vËy mçi cell cã thÓ phôc vô ®­îc 21,932 /0,33 = 644 thuª bao. 4.4.2. Tái sử dụng tần số. * Mẫu tái sử dụng tần số 7/21: 	- MÉu sö dông l¹i tÇn 7/21 cã nghÜa lµ c¸c tÇn sè sö dông ®­îc chia thµnh 12 nhãm tÇn sè Ên ®Þnh trong 7 vÞ trÝ tr¹m gèc. Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c tr¹m ®ång kªnh khi ®ã lµ 	 D = 7,9R. - Gi¶ thiÕt cã 41 tÇn sè.Ta thÊy mçi cell cã thÓ ph©n bè tèi ®a ®Õn 2 sãng mang. 	- Nh­ vËy, víi kh¸i niÖm vÒ kªnh th× ph¶i dµnh mét khe thêi gian cho BCH, mét khe thêi gian cho SDCCH/8. VËy cßn 2x 8 - 2 = 14 khe thêi gian cho kªnh l­u l­îng. Tra b¶ng Erlang-B t¹i GoS 2 % th× mét cell cã thÓ cung cÊp dung l­îng 8,2003 Erlang. Gi¶ sö mçi thuª bao chiÕm 0,33 Erlang, nh­ vËy mçi cell cã thÓ phôc vô ®­îc 8,2003 /0,33 = 248 thuª bao. 4.4.2. Tái sử dụng tần số. Nhận xét: 	- Khi sè nhãm tÇn sè t¨ng N/21, N/12, N/9, nghÜa lµ sè tÇn sè cã thÓ dïng cho mét ®µi tr¹m t¨ng th× kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ®µi ®ång kªnh D sÏ gi¶m 7.9R; 6R; 5.2R. §iÒu nµy ®ång nghÜa víi nhiÔu trong hÖ thèng còng sÏ t¨ng lªn. Víi sè nhãm tÇn sè t¨ng th× sè thuª bao ®­îc phôc vô còng sÏ t¨ng lªn lµ: 248; 664 vµ 883. 	- Mẫu 3/9 thường được sử dụng ở các khu có mật độ sử dụng mạng cao. 	- Mẫu 4/12 thường được sử dụng ở các khu có mật độ sử dụng mạng trung bình. 	- Mẫu 7/21 thường được sử dụng ở các khu có mật độ sử dụng mạng thưa thớt. 4.4.2. Tái sử dụng tần số. 	HẾT LỜI CẢM ƠN. XIN GỬI LỜI CẢM ƠN TỚI SỰ TIN TƯỞNG VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA THẦY GIÁO BỘ MÔN. CẢM ƠN SỰ CHÚ Ý THEO DÕI CỦA CÁC BẠN.