intTypePromotion=1

Giáo trình môn Thông tin di động

Chia sẻ: Ho Phi Hổ | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:139

1
712
lượt xem
255
download

Giáo trình môn Thông tin di động

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Như chúng ta đều đã nhận thấy thì khi cuộc sống càng phát triển chúng ta càng rất cần thông tin đồng thời thì thông tin cũng làm chất xúc tác cho cuộc sống hiện nay phát triển ngày càng cao hơn. Trong rất nhiều lĩnh vực thông tin thì thông tin di động đã và đang là vấn đề phát triển nhanh nhất, càng ngày thông tin di động càng được phổ biến rộng rãi và sâu rộng. Từ những nhận thức đó thì việc tìm hiểu kỹ thuật công nghệ của chuyên ngành thông tin di động là một yêu cầu tất yếu...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giáo trình môn Thông tin di động

  1. Thông tin di độ ng 1 C h ư ơn g 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Như chúng ta đều đã nhận thấy thì khi cuộc sống càng phát triển chúng ta càng rất cần thông tin đồng thời thì thông tin cũng làm chất xúc tác cho cuộc sống hiện nay phát triển ngày càng cao hơn. Trong rất nhiều lĩnh vực thông tin thì thông tin di động đã và đang là vấn đề phát triển nhanh nhất, càng ngày thông tin di động càng được phổ biến rộng rãi và sâu rộng. Từ những nhận thức đó thì việc tìm hiểu kỹ thuật công nghệ của chuyên ngành thông tin di động là một yêu cầu tất yếu của các sinh viên chuyên ngành thông tin liên lạc hiện này và sau này. Hệ thống thông tin di động là một hệ thống viễn thông khá phức tạp và có nhiều ứng dụng rộng rãi, từ điện thoại di động đến hiện nay là truyền số liệu di động cũng đã được triển khai rộng khắp. 1.1. Giới thiệu tổng quan Hiện nay trên thế giới nói chung và trong đó có Việt Nam chúng ta đã đang và sẽ tồn tại hai hệ thống thông tin di động đó là mạng điện thoại di động tổ ong GSM (Global System for Mobile Communication) và mạng di động sử dụng công nghệ CDMA (Code Division Multipe Acess). Mỗi hệ thống có những đặc tính riêng, có ưu nhược điểm đặc trưng mà hệ thống còn lại không (hoặc chưa) thay thế được. Trong giáo trình này chúng ta sẽ đề cập đến cả hai hệ thống nói trên theo từng đặc tính chung và riêng của chúng. 1.1.1. Khái quát lịch sử phát triển Cột mốc đánh dấu sự ra đời và phát triển của thông tin di động hiện nay phải được xét đến kể từ khi James Clerk Maxwell đưa ra lý thuyết về sóng điện từ vào nă m 1861, đây là nền tảng lý thuyết quan trọng nhất của các kỹ thuật thông tin không dây nói chung và trong đó có cả thông tin di động của chúng ta. Tuy nhiên để áp dụng được lý thuyết đó vào thực tế là cả một chặng đường lâu dài. Cho đến những thập niên đầu thế kỹ XIX, các dạng thông tin di động đầu tiên được phát triển để phục vụ cho quân sự và các dịch vụ an toàn công cộng nhất là trong thế chiến thứ 2. Sau thế chiến thứ hai, thông tin di động bắt đầu được phát triển cho mục đích thương mại, đầu tiên được xây dựng ở Mỹ hệ thống điện thoại di động MTS (Mobile Telephone System) vào năm 1946; nhưng trên mạng đó chỉ cho phép truyền đơn công và sử dụng chuyển mạch nhân công. Mãi đến 1969 hệ thống điện thoại di động song công sử dụng chuyển mạch tự động mới được phát triển thành công là IMPS (Improved Mobile Telephone System). Mạng thoài này sử dụng dãi tần 450MHz và đã được chuẩn
  2. hóa tại Mỹ nhưng lại không thể đáp ứng nhu cầu phát triển. Th.s Lê Văn Thanh Vũ
  3. Thông tin di độ ng 2 Vào cuối thập kỷ 70, phòng thí nghiệm Bell LaBTS đã phát triển thành công hệ thống AMPS và đưa ra thương mại hóa bởi hãng AT&T vào năm 1983; hệ thống này sử dụng dãi tần trên 800MHz với hướng lên trong khoảng 824-846MHz và hướng xuống là 869-894MHz. Trong AMPS sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự FM với khoảng dịch tần cực đại 12KHz cho kênh thoại và khoảng cách tần số là 30KHz; phân bố tần số trong mạng tuân theo nguyên lý chia ô. AMPS chia sẽ cho hai nhà cung cấp với 832 kênh. Các kênh được chia đều cho các nhà cung cấp dịch vụ, và khu vực địa lý, với 42 kênh mang thông tin của mạng (kênh báo hiệu chung). Song song với AMPS của Mỹ thì Châu Âu cũng đã thực hiện được hệ thống di động cho mình vào 01/10/1981 bằng chuẩn NMT450 là một mạng di động tế bào chủ yếu phục vụ cho khu vực Bắc Âu. NMT450 sử dụng dãi tần trên 450MHz với kỹ thuật FDMA/FM với khoảng dịch tần cực đại là ± 5KHz và khoảng cách tần giữa hai kênh là 25KHz và sử dụng kỹ thuật điều chế khóa dịch tần FSK. Sau đó hệ thống này được nâng cấp để sử dụng khoảng tần 900MHz và trở thành NMT900 vào năm 1986 và đây là cơ sở cho việc phát triển mạng di động số thế hệ thứ 2 được phổ biến rộng rãi với tên gọi GSM (Global System Mobile). Dựa vào AMPS, tại Anh đưa ra chuẩn TACS (Total Access Communication System), hệ thống truyền thông truy cập toàn thể, với sự thay đổi dãi tần của các kênh vô tuyến. Hệ thống TACS sau này được phát triển ở nhiều nước như ở Nhật là J-TACS, hãy chuẩn mở rộng là N-TACS. TACS có dãi tần kênh 25kHz ở dãi tần 890-915MHz cho đường lên và 935-960MHz cho đường xuống với khoảng cách kênh 45MHz; ban đầu được cấp dãi 25MHz, dự trữ 10MHz cho hệ thống pan_TACS ở Anh và 16MHz cho chuẩn mở rộng N-TACS. Trong hệ thống TACS sử dụng kênh điều khiển và báo hiệu ở tốc độ 8kbps. Cùng với sự phát triển của công nghệ số hóa trong điện tử và viễn thông liên lạc thì việc chuyển đổi trong thông tin di động cũng có sự chuyển biến công nghệ, các mạng tương tự như trên đã dần được thay thế bằng các mạng số hóa mà thành công nhất là hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM (Global System Mobile). Sự chuyển đổi từ mạng tương tự qua mạng số thường được biết đến như sự chuyển đổi thế hệ mạng di động, mà ở đó mạng thông tin công nghệ tương tự được xem là thế hệ thứ nhất (1G) và mạng thông tin di động toàn cầu GSM là thế hệ thứ 2 (2G). Hiện nay chúng ta thường được nghe đến các khái niệm 2.5G và 3G chính là các thế hệ mạng thông tin mới được đề xuất và đang phát triển để đáp ứng nhu cầu trao đổi tin ngày càng cao của xã hội hiện đại. Trong các thế hệ mạng sau này thì chủ yếu được nâng cấp kỹ thuật công nghệ để đáp ứng được các yêu cầu của thông tin đa phương tiện tốc độ cao (truyền hình, truyền số liệu tốc độ cao,
  4. …). Th.s Lê Văn Thanh Vũ
  5. Thông tin di độ ng 3 Năm 1982, theo đề xuất của Cty Nordic Telecom (Viễn thông Bắc Âu), Netherlands, nhóm nghiên cứu Group Special Mobil (GSM) thì Tổ chức Bưu chính Viễn thông Châu Âu – CEPT (Conference Euro Posts and Telecommunication) đã hình thành tiêu chuẩn mới cho hệ thống thông tin di động xuyên Châu Âu. Sau đó 5 năm (1987) thì 13 nhà khai thác quản lý đã ký kết thỏa thuận đưa ra tiêu chuẩn GSM là viết tắt theo tên tiếng Pháp của Global System for Mobile Communication là tiêu chuẩn chúng ta sử dụng hiện nay. GSM sử dụng mã hóa tiếng nói dự đ oán đặc tuyến xung kích chính tắc (PRE-LPC) và phương thức TDMA phân chia theo thời gian. Từ năm 1989 GSM được chuyển nhượng cho Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) và được viện phát triển qua nhiều giai đoạn mãi đến năm 1997 mới hoàn thành tiêu chuẩn đầy đủ thành GSM 2G có kết hợp với dịch vụ số liệu chuyển mạch tốc độ cao (HSCSD) và dịch vụ truyền sóng vô tuyến gói đa dụng (GPRS). GSM sử dụng giao diện vô tuyến ở dãi tần trê n 850MHz, cụ thể là 890- 915MHz cho đường lên và 935-960 cho đường xuống đối với các mạng di động (hiện nay đang sử dụng dãi tần 1800MHz). Kỹ thuật điều chế của GSM là GMSK (Khóa mã cực tiểu Gaussian) với mỗi giá trị BT là 0.3 tại tốc độ dữ liệu tổng 270kbps. Điều này đưa ra để cân đối tối ưu giữa độ phức tạp của thiết bị và hiệu quả sử dụng phổ tần của hệ thống. Bảng 1.1. Tóm lược lịch sử phát triển của GSM Sự kiện Năm 1982 Nhóm nghiên cứu di động đặc biệt được CEPT thành lập (GSM ra đời) 1986 Dãi tần 900MHz dành riêng cho GSM được sự chấp thuận của EC Telecom Có 3 sơ đồ truyền dẫn sóng vô tuyến khác nhau và khác cả tốc độ mã hóa âm thanh ở các quốc gia khác nhau. 1987 Các thông số cơ sở của chuẩn hóa GSM được chấp thuận vào tháng 2 1988 Đặc tả chi tiết GSM pha 1 được hoàn thành cho cơ sở hạ tầng mạng 1989 Nhóm di động đặc biệt chuyển sang cho ETSI thành hệ thống thông tin di động toàn cầu (GSM hiện nay) thành chuẩn hóa quốc tế cho mạng dịch vụ thoại di động cấu trúc tế bào. 1990 GSM bước đầu tương thích cho hoạt động ở băng tần DSC1800 1991 Mạng GSM đầu tiên được xây dựng ở Phần Lan 1992 Lần đầu tiên việc đăng ký chuyển vùng quốc tế được thực hiện giữa Viễn thông Phần Lan (Telecom Finland) và Vodafone (Vương quốc Anh). Bản tin SMS đầu tiên được gửi đi. 1993 Telstra Australia trở thành mạng ngoài Châu Âu đầu tiên đi vào hoạt động. Mạng GSM đầu tiên hoạt động trong dãi tần DCS1800 (GSM1800) ở Vương quốc Anh.
  6. Th.s Lê Văn Thanh Vũ
  7. Thông tin di độ ng 4 1994 GSM pha 2 (cho các dịch vụ mạng thông tin số liệu / fax) ban hành. Số lượng thành viên của MoU GSM vượt qua con số 100, thuê bao GSM tiến đến con số hàng triệu. 1995 Mạng GSM đầu tiên hoạt động ở Nga và Trung Quốc Số lượng thuê bao GSM tiến đến con số 50 triệu 1997 Máy cầm tay 3 băng đầu tiên được công bố 1998 Số thuê bao GSM trên toàn cầu vượt qua 100 triệu 1999 WAP bắt đầu được triển khai thử nghiệm ở Pháp và Italia 2000 Các dịch vụ GPRS thương mại đầu tiên được công bố, máy cầm tay GPRS 2001 đầung 3G ược đưầuatithị trườngcuộăm ốỉnbản tin SMS được gửi trong 1 tháng. Mạ tiên đ GSM đ a r ên đi vào . N c s t g. Số lượng lượng thuê bao GSM trên toàn thế giới vượt xa 500 triệu. 2003 Mạng EDGE đầu tiên đi vào hoạt động. Số lượng thành viên của hiệp hội GSM vượt qua 200 quốc gia. Hơn nữa tỉ máy cầm tay được sản xuất trong 1 năm. 2008 Con số thuê bao GSM vượt qua ngưỡn 3 tỉ. Hiện nay song song với hệ thống điện thoại di động tế bào GSM thì còn có một công nghệ mới, trước đây chỉ sử dụng cho mục đích quân sự là CDMA và được đưa ra thương mại bởi hãnh Qualcomm IS-95 (Interim Standard – 95A) với tên gọi là CDMA- ONE vào năm 1991. IS-95 sử dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo mã (CDMA) là nền tảng cho sự mở rộng dung lượng thuê bao, hạn chế công suất phát để chống nhiễu và nâng cao hiệu suất sử dụng dãi tần hạn chế. Công nghệ CDMA ra đời hứa hẹn sự đột phá mới trong sự phát triển của hệ thống thông tin di động bởi khả năng chống nhiễu và tốc độ truyền tin cao đáp ứng cho các yêu cầu dịch vụ đa phương tiện. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 được nghiên cứu để phát triển các dịch vụ mới cũng như cải thiện chất lượng các dịch vụ truyền thống và nâng cao tính hiệu quả sử dụng băng tần vô tuyến. Trong rất nhiều hệ thống thế hệ ba thì nổi bật nhất là: Hệ thống thông tin di động đa năng UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) do CEPT đề xuất; và hệ thống thông tin di động mặt đất công cộng tương lai - FPLMTS (Future Public Land Mobile Telecommunication Systems) do ITU-R phát triển. Và hiện nay đang nghiên cứu xu thế OFDM để triển khai cho mạng thông tin di động tương lai, hay còn gọi là 4G. Với mạng di động sử dụng kỹ thuật OFDM sẽ cho phép liên kết tốc độ cao trong điều kiện nhiễu lớn và di chuyển ở tốc độ cao. Tuy nhiên với OFDM các kỹ thuật điều chế còn có sự kết hợp của ghép kênh và đa thâm nhập khá phức tạp còn phải nghiên cứu thử nghiệm trong thời gian tới.
  8. Th.s Lê Văn Thanh Vũ
  9. Thông tin di độ ng 5 1.1.2. Cấu trúc chung của hệ thống Một hệ thống thông tin di động cơ bản sẽ gồm các thành phần như ở H-1.1 sau Hình 1.1. Cấu trúc của một hệ thống thông tin di động Trong sơ đồ ở (H-1.1) các thành phần trong đó chỉ biểu thị chức năng của khối con (hệ thống con) mà chưa đề cập đến thiết bị di động cá nhân (thiết bị đầu cuối người dùng). Trong hệ thống di động thì trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC (Mobile Service Switching Centrel) là quan trọng nhất, có vai trò chuyển mạch giữa thuê bao người dùng với mạng viễn thông tổng thể. Các hệ thống con trong trong thông tin di động gồm: - Trạm di động – MS (Mobile Station): Là thiết bị đầu cuối người dùng, có thể là điện thoại, hay thiết truyền số liệu, … - Modun xác nhận thuê bao – SIM (Subscriber Indentity Module) là đơn vị chứa thông tin người dùng sử dụng cho công tác xác nhận thuê bao và tính cước. ⇒ Tập hợp hai chức năng trên tạo nên một đầu cuối thuê bao di động hoàn chỉnh - Trạm thu phát gốc – BTS (Base Transceiver Station): Thực hiện chức năng phát và thu tín hiệu với các MS gồm anten thu phát, thiết bị thu phát và điều khiển. - Bộ điều khiển trạm gốc – BSC (Base Station Controller) có nhiệm vụ quản lý tất cả các giao diện vô tuyến thông qua lệnh điều khiển từ xa của MS và BTS. Thực chất các BSC là các tổng đài cỡ nhỏ có khả năng tính toán lớn dùng cho việc quản lý các kênh truyền ở giao diện vô tuyến và chuyển giao (handover). - Khối chuyển mã và thích ứng tốc độ - TRAU (Transcoder and Rate Adapter Unit). Đây là thiết bị mà tại đó thực hiện chức năng chuyển đổi giữa mã tiếng của GSM thành mã tiếng bình thường một kênh thoại và ngược lại; và đồng thời cũng thực hiện chức năng thích ứng tốc độ cả trong các kết nối truyền số liệu khác. Th.s Lê Văn Thanh Vũ
  10. Thông tin di độ ng 6 - MSC (Mobile Service Switching Center): Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động. MSC thực hiện kết nối các BSC lại với nhau thông qua giao diện Abis và cùng giao tiếp với mạng bên ngoài thông (còn được gọi là MSC cổng). - Thanh ghi thường trú – HLR (Home Location Register) là cơ sở dữ liệu lưu giữ các thông tin cung cấp dịch vụ cho thuê bao mà không phụ thuộc vào vị trí thuê bao hiện thời trên mạng nhưng nó cũng có cả thông tin về vị trí hiện thời của thuê bao. Một chức năng quan trọng của HLR chính là chức năng xác thực AUC (Authentication Centrer). - Thanh ghi tạm trú – VLR (Visitor Location Register) là cơ sở dữ liệu thứ hai của hệ thống; có thể được nối với một hay nhiều MSC. Chức năng chính của VLR là lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tương ứng. ⇒ Tập hợp các chức năng trên tạo thành hệ thống con trạm gốc BSS (Base Station Subsystem) là khối đệm tạo nên kết nối giữa hệ thống thông tin với thuê bao di động. Đây là phần giao tiếp chính với khách hành thuê bao thông tin di động. Ngoài ra để hoàn chỉnh một hệ thống thông tin thì thông tin di động cũng p hải có thêm sự kết nối với các mạng thông tin khác cũng như phải các thành phần quản lý hệ thống. Với hệ thống thông tin di động thì sẽ gồm thêm NSS ( Netwok and Switching Subsystem) và hệ thống khai thác và hỗ trợ - OSS (Operation and Support System). Trong đó OSS có chức năng khai thác bảo dưỡng hệ thống mạng thông tin, quản lý và tính cước thuê bao trong mạng, quản lý thiết bị di động. NSS với chức năng chính là chuyển mạch từ mạng thông tin ra mạng viễn thông bên ngoài, ứng dụng cho các cuộc gọi liên mạng. Trong việc quản lý thiết bị di động OSS sẽ cần phải được hỗ trợ từ thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identity Register), tại đây sẽ lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm di động MS được nối với MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra hợp phép của thiết bị đó. Nếu thiết bị không được xác nhận sẽ bị cấm liên lạc với mạng thông tin. Nhưng chú ý rằng EIR lại được xem là thành phần con của hệ thống trạm gốc chuyển mạch. 1.2. Cấu trúc tế bào Sở hữu một dãi tần vô tuyến giới hạn, các mạng di động sẽ chỉ có thể cung cấp một số lượng rất nhỏ các kênh vô tuyến cho truyền dẫn thông tin và từ đó số người dùng hạn chế. Ví dụ, với hệ thống GSM sử dụng dãi tần 900MHz có dãi thông 25MHz sẽ có số lượng tối đa là 125 kênh tần số, dãi thông số mang 200kHz; nếu sử dụng ghép kênh thời gian với 8 khe thì cũng chỉ có 1000 kênh. Nhưng quan trọng hơn là với sự Th.s Lê Văn Thanh Vũ
  11. Thông tin di độ ng 7 phân bố rộng và sự di chuyển của đầu cuối, sử dụng cấp phát cố định kênh sẽ không thể sử dụng để liên kết đầu cuối với mạng và bài toán đặt ra sự phân chia khu vực phục vụ với các dãi tần khác nhau có thể lập lại ở những khoảng cách xa đã được áp dụng cho các mạng thông tin di động; mỗi khu vực phục vụ được gọi là một tế bào ( cell). Nguyên lý chia cell và tái sử dụng tần số có thể mô tả như ở (H-1.) Hình 1. : Mô hình mạng tế bào tái sử dụng tần số Các định nghĩa: + Tế bào (cell) là một khu vực phục vụ của trạm phát sóng cơ bản (BTS), toàn mạng phủ sóng sẽ được chia nhỏ thành các tế bào thường có dạng lục giác với trạ m phát sóng sẽ ở trung tâm của tế bào. + Mỗi tế bào i có một tập con tần số Si được lấy từ tập dãi tần được cấp phát cho mạng. Trong hệ thống GSM tập con Si gán cho một tế bào được gọi là Cấp phát tế bào (Cell Allocation - CA). Hai tế bào lân cận không bao giờ dùng chung một dãi tần, do yêu cầu tránh xuyên nhiễu cùng kênh của các tế bào liền kề. + Chỉ ở một khoảng D thì có thể sử dụng lại tập con tần số Si, các tế bào cách tế bào i một khoảng D có thể được gán cho một hoặc tất cả tập cho Si của tế bào i. Khi thiết kế mạng di động, D phải được chọn đủ lớn để nhiễu đồng kênh là đủ nhỏ có thể chấp nhận được mà không làm giảm chất lượng tín hiệu nhận được. Hình 1. : Tái sử dụng tần số và phân chia cluster trong mạng tế bào + Khi một trạm di động chuyển từ một tế bào này đến tế bào khác khi đang đàm thoại thì sẽ tự động có sự thông đổi kênh/tần số, gọi là handover. Th.s Lê Văn Thanh Vũ
  12. Thông tin di độ ng 8 1.2.1. Tỷ số sóng mang trên xuyên nhiễu Chất lượng tín hiệu trong một kết nối được đo bằng tỷ số công suất tín hiệu sử dụng cho công suất xuyên nhiễu nhận từ một tế bào đồng kênh, ký hiệu là CIR (hay C/I): C C«ng suÊt tÝn hi Öu C«ng suÊt tÝn hi Öu (1.) = nhËn nhËn = I C«ng suÊt tÝn hi Öu nhi Ôu C«ng suÊt xuyª n nhi Ôu tõ c¸ c tÕbµo kh¸ c Xuyên nhiễu về cơ bản là một hàm của nhiễu đồng kênh phụ thuộc vào khoản g cách tái sử dụng tần số D. Từ điểm đứng của trạm di động, xuyên nhiễu đồng kênh có nguyên nhân của trạm gốc cách trạm gốc hiện tại một khoảng D. Trong đánh giá xấu nhất CIR của trạm di động ở biên vùng phủ cách anten phát là R, bao gồm cả suy hao lan truyền với giả thiết là sáu trạm lân cận phát nhiễu cùng công suất và có khoảng cách xấp xỉ nhau (cho khoảng D rất lớn hơn bán kính tế bào R). Lúc đó: −γ −γ C Pt.R −γ 1R P .R =  t (1.) =6 D   6 6 ∑ ∑ P .D I Pi −γ t i=1 i=1 1.2.2. Định dạng của C LUSTER Thông thường việc phân tập lặp lại tần số sẽ tạo nên các nhóm tế bào (cluster), các tế bào trong cùng một cluster phải được cấp phát tần số khác nhau, trong khi các tế bào ở các cluster khác có thể sử dụng lại các kênh như cùng phân tập. Kích thước của cluster được đặc trưng bởi số lượng tế bào trong cluster là k, được xác định bằng số tần số sử dụng trong một khoảng D với bán kính tế bào R đã cho. Mỗi cluster có các đặc tính sau: Một cluster có thể bao hàm hết tất cả dãi tần được cấp phát cho toàn mạng. - Trong cùng một cluster tần số sóng không được sử dụng lại, các tần số - trong tập Si chỉ có thể tái sử dụng ở các cluster lân cận. Với một cluster lớn sẽ cho khoảng sử dụng lại tần số lớn và giá trị CIR - cũng khá lớn, tuy nhiên với cluster lớn thì số lượng kênh trong một tế bào phải nhỏ đi và số lượng thuê bao cung cấp được trong một tế bào cũng sẽ giảm nhỏ. Khoảng tái sử dụng tần số D có thể xác định theo giá trị hình học từ mô hình tế bào lục giác ở (H- ) phụ thuộc theo k và R là:
  13. D = R 3.k (1.) Lúc này có thể viết lại biểu thức của CIR là R−γ 1 C R−γ γ = = ( 3.k) (1.) = −γ −γ 2 ( ) 6 I 6. D 6 3k R Th.s Lê Văn Thanh Vũ
  14. Thông tin di độ ng 9 Áp dụng kết quả này ta có thể xác định được kích thước tối ưu của cluster với yêu cầu chất lượng CIRmin cho trước như biểu thức sau   1 γ mi n k = i 2 + i . j + j 2 ≤ ( 3.k ) 2 CI R   mi n 6 i,j 0 ≥   Theo như phép đo ở trên, ở mức tín hiệu âm có thể nhận t ốt thì giá trị CIR có thể chấp nhận được có khoảng CIRmin = 18dB. Giả sử hệ số lan truyền có giá trị xấp xỉ là γ = 4 thì lúc này ta tính được kích thức của cluster sẽ là: C C 10 l g = 63,1 = 18dB ⇔  I I  min  m i n 1 γ  ( 3.k) ≥ 2 = 63,1 ⇒ k ≥ 6, 5 hay k = 7 C  6  I  mi n Giá trị này cũng đã được xác nhận bằng mô phỏng trên máy tính, và cũng đã chỉ ra được với thông số CIRmin = 18dB thì khoảng các tái sử dụng tần số D = 4,6R. Ngoài ra trong thực tế, một số mạng còn sử dụng một số kích thước cluster khác là 3 và 12. 1.2.3. Dung lượng tải và quản lý tải Như chúng ta đã đề cập ở trên, số lượng các kênh và dung lượng tải cực đại trên một tế bào phụ thuộc kích thức cluster k, theo quan hệ như sau Bt nF = (1.) Bc . k nF là số lượng tần số cấp phát trên một tế Trong đó, bào. Bt là băng thông tổng cộng của hệ thống mạng tế bào. Bc là băng thông của một kênh. Số lượng kênh trên một tế bào trong hệ thống FDMA bằng số lượng kênh tần số được cho từ băng thông của hệ thống và từng kênh: n = nF. Số lượng kênh trên mỗi tế bào ở hệ thống TDMA sẽ bằng số lượng kênh tần
  15. số nhân với số khe thời gian trên mỗi kênh: n = m. nF. Mỗi tế bào có thể mô hình như là một hệ thống tổn hao tải theo dạng lý thuyết với n dịch vụ (kênh thuê bao), giả sử quá trình cuộc gọi đến có phân phối hàm mũ theo thời gian (quá trình Possion), và một quá trình Possion khác là quá trình dịch vụ. Các quá trình dịch vụ và gọi đến còn được gọi là quá trình Markov, như là một hệ thống đã biết là hệ thống suy hao M/M/n. Cho một xác xuất khối B, một tế bào phục vụ tối đa tải yêu cầu là Amax trong suốt thời gian bận là Am ax = f ( B, n ) = (1.) λmax Tm Th.s Lê Văn Thanh Vũ
  16. Thông tin di độ ng 10 λmax là số cuộc gọi thực hiện trong thời gian bận Trong đó Tm là thời gian kéo dài trung bình của các cuộc gọi. Mối liên hệ yêu cầu tải A và xác suất khối B với tổng số kênh n được cho bởi biểu thức Erlang sau An n! (1.) B= n ∑Ai! i i=0 Tuy nhiên các giá trị xấp xỉ này chỉ có nghĩa trong môi trường microcell, ở đó số lượng người dung trong tế bào là đủ lớn tương đồng với số lượng kênh cho phép và do đó số lượng cuộc gọi đến được xem như xấp xỉ hằng số. Trong các hệ thống picocell và microcell với giả thiết cuộc gọi không gửi lâu, thì lúc này định lượng tải theo lý thuyết phải sử dụng mô hình Engset, kết quả là số cuộc gọi đến không phải là hằng số thời gian dài. Xác suất mà tất cả các kênh đều cho kết quả bận từ M số người dùng trong tế bào và có a người dùng không bận thì: M n  a  n Pn = n = (1. ) M  ∑0  i a i  i= Trong trường hợp hày xác suất khi có một cuộc gọi đến mà không có một kênh rỗi có sẵn (xác xuất bị khóa) là  M − 1 n  n a   (1.) PB =  M − 1 i n ∑0  i  a   i= Với M→∞ thì công thức khóa Engset sẽ trở thành biểu thức khóa Erlang. 1.2.4. Phân chia sector trong tế bào Từ việc tìm hiểu CIR yêu cầu kích thước cluster và kết quả thu được về dung lượng tải tin ở phần trên, đã chỉ ra việc thiết kế hệ thống với dung lượng tải cho trước trong một vùng là: Từ yêu cầu CIR là tối thiểu tìm được kích thước cluster và từ đó xác định số lượng kênh tối đa trong một tế bào; dung lượng tải trong một khu vực được xác định bằng bán kính tế bào. Nhưng do tài nguyên cấp phát cho mạng là giới hạn (như dãi tần, băng thông, ...) nên dung lượng tải có thể tăng thêm bằng việc chọn các tế bào có kích thước nhỏ hơn. Nhưng điều đó lại yêu cầu gia tăng số lượng các trạm gốc (BTS), điều này làm gia tăng chi phí đầu tư cho các trạm BTS và
  17. bao gồm cả các kết nối đường trục. Một cách tiếp cận khác là sử dụng các tế bào sector thay cho các tế bào đẳng Th.s Lê Văn Thanh Vũ
  18. Thông tin di độ ng 11 hướng, trong tìm hiểu sâu hơn ở phần sau. Trong trường hợp sector hóa, mỗi tế bào o o vô hướng được chia thành ba sector 120 hoặc sáu sector 60 , mỗi sector được hỗ trợ bởi một anten sector để thu phát trong các góc phủ sóng của chính sector đó; do vậy số lượng xuyên nhiễu đồng kênh sẽ giảm nhỏ từ 6 xuống còn 2 trong trường hợp 3 sector o 120 và 1 ở trường hợp sáu sector. Từ đó chúng ta cải thiện được hệ số CIR như sau −γ γ 1 R 1      ( 3.k) = = (1.) 2 C C   3.    2D 2  I 1200  I omni Với trường hợp 3 sector ở một tế bào, còn với trường hợp 6 sector sẽ là −γ γ       ( 3.k) = (1.) 2 C C R =   6.     D  I 60o  I omni Với một giá trị CIR đã cho, ta có thể giảm được kích thức cluster k 120o và k thành 60o của các trường hợp ba và sáu sector tương ứng theo các biểu thức sau k 1 γ mi n k120 = i 2 + i . j + j 2 (1.) ≤( 3.k ) 2  C o   I 2 i,j 0 ≥    min  C γ mi n k60 = i + i . j + j   ≤ ( 3.k )2  o 2 2 Và (1.)   I  min i,j≥0 Do vậy chúng ta sẽ thu được số lượng kênh trên tế bào lớn hơn, tuy nhiên một điều cần chú ý là số lượng kênh được cấp phát phải chia cho số lượng sector. Trong thực tế, số lượng kênh khả dĩ tổng thể là không lớn, và khi chia cho sector sẽ làm phân nhỏ lượng kênh cần cung cấp điều này đưa đến việc các kênh chỉ được sử dụng trong một sector để làm giảm sự ảnh hưởng xuyên dài đến các tế bào và sector bên cạnh nên sẽ làm giới hạn độ lợi. Tuy nhiên sự phụ thuộc các tham số trên của việc sector hóa được giảm nhỏ đến mức có thể để không làm giảm dung lượng hệ thống. Để làm rõ vấn đề này ta xét một ví dụ sau: giả sử yêu cầu chất lượng tín hiệu là
  19. CIRmin=18dB, kích thức cluster là đẳng hướng k=7 và tham số γ =4 (như ở ví dụ trên). Sử dụng phương trình (1.) chúng ta thu được ( C o 120 cho cùng cluster k=7 và = I k= 7 23dB ) () o 120 o chia sector 120 . Trong trường hợp giảm cluster k=4, thì giá trị C I = 18, 5dB thì vấn k= 4 () o 120 cho cùng kết quả nhưng nếu giảm về k=3 thì thì giá trị C = 16dB là giá trị quá nhỏ I k= 3 hơn yêu cầu đề ra. Do vậy kích thước cluster nhỏ nhất trong trường hợp c hia sector o 120 sẽ là k=4. Còn với việc chia 6 sector trong một tế bào có thể thu nhỏ kích thức cluster về k=3, lúc đó ( C ) 60o = 19dB thỏa yêu cầu của biểu thức (1.). Trong những I k= 3 Th.s Lê Văn Thanh Vũ
  20. Thông tin di độ ng 12 nghiên cứu để tìm được dung lượng lớn hơn, điều này có thể thu được từ việc phân chia sector chúng ta sẽ có được xác suất khối. Xác suất khối thu được từ biểu thức Erlang, trong đó ta ký hiệu B(a,n) với a là tải tin và n là số lượng thuê bao (kênh truyền). Trong trường hợp tế bào đẳng hướng, xác suất khối trở thành: ) ( sys Pomni = B (1.) omni b k A, N s ys Trong đó, A là tải tin dự kiến cho tế bào, N là số lượng các kênh khả dụng của hệ thống. Trong trường hợp phân chia sector các giá trị phải giảm đi một lượng tương ứng với số sector trong tế bào; do đó số lượng kênh trong một sector đơn lẻ sẽ bằng với lượng tải tin được gán cho sector đó. Do vậy xác suất khối trong trường hợp o sector 120 sẽ là   120o sys = B A , N  (1.) Pb 3  1200 k  3 o Và trong trường hợp sector 60 , ta sẽ thu được là:   P120 = B A  sys o (1.)  b 600 k ,N 6 6  Hình 1. : Bảng 1. : Độ lợi dung lượng sector hóa với giá trị CIRmin = 18dB s ys sys Sector N =84 N =252 o 27,6% 50,6% 120 o 17,8% 72,9% 60 1.2.5. Lọc không gian để giảm nhỏ xu yên nhiễu

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản