Thiết kế vô tuyến ho mạng thông tin di động cdma

ITU đưa ra một yêu cầu cho các mạng 3G IMT-2000 là ngoài các khả năng cần phải đáp ứng của một hệ thống CDMA còn phải đáp ứng được khả năng tăng dung lượng hệ thống, sử dụng hiệu quả phổ

TỔNG QUAN

Công nghệ cdmaOne

cdmaOne là một hệ thống không dây hoàn chỉnh dựa trên chuẩn CDMA TIA/EIA IS-95, bao gồm cả IS-95A và IS-95B Hệ thống này mô tả toàn bộ quy trình từ đầu cuối đến đầu cuối cùng các đặc điểm kỹ thuật quan trọng cho hoạt động của nó cdmaOne cung cấp nhiều dịch vụ đa dạng, bao gồm dịch vụ thông tin di động, dịch vụ truyền thông cá nhân PCS và dịch vụ cố định không dây (WLL – Wireless Local Loop).

Chuẩn CDMA đầu tiên, IS-95, được phát hành vào tháng 07 năm 1993 bởi TIA/EIA và bản sửa đổi IS-95A ra mắt vào tháng 05 năm 1995 đã trở thành nền tảng cho nhiều hệ thống CDMA 2G thương mại toàn cầu IS-95 mô tả cấu trúc kênh CDMA băng rộng 1,25 MHz, bao gồm quy trình điều khiển công suất, xử lý cuộc gọi, thủ tục chuyển giao và kỹ thuật đăng ký Ngoài dịch vụ thoại, các nhà cung cấp cũng cung cấp dịch vụ dữ liệu chuyển mạch kênh với tốc độ 14,4 Kbps IS-95 được triển khai thương mại lần đầu tiên vào tháng 09 năm 1995 bởi nhà cung cấp dịch vụ Hutchison tại Hồng Kông.

Chuẩn IS-95B, hay còn gọi là TIA/EIA 95B, là sự kết hợp của IS-95A, ANSI STD 008 và TSB-74 trong một tài liệu duy nhất Được phát hành vào năm 1995, ANSI STD 008 định nghĩa chuẩn tương thích cho hệ thống PCS từ 1,8 đến 2 GHz, trong khi TSB 74 mô tả sự tương tác giữa IS-95A và hệ thống CDMA PCS Nhiều nhà cung cấp dịch vụ sử dụng IS-95B để cung cấp dịch vụ dữ liệu chuyển mạch gói với tốc độ 64 Kbps bên cạnh dịch vụ thoại Nhờ khả năng cung cấp dịch vụ dữ liệu tốc độ cao, IS-95B được biết đến như công nghệ CDMA 2,5G cdmaOne IS-95B lần đầu tiên được triển khai thương mại vào tháng 9 năm 1999 tại Hàn Quốc, sau đó mở rộng ra Nhật Bản và Peru.

Hình vẽ 1.1 dưới đây là một ví dụ về hệ thống cdmaOne

Khi triển khai mạng thông tin di động tổ ong, công nghệ cdmaOne mang lại nhiều lợi ích cho cả nhà cung cấp dịch vụ và người dùng Các ưu điểm của công nghệ này bao gồm khả năng cung cấp kết nối ổn định, giảm thiểu nhiễu sóng và tối ưu hóa hiệu suất sử dụng băng thông.

- Dung lượng hệ thống tăng từ 8 đến 10 lần so với hệ thống tương tự AMPS và 4 đến 5 lần so với hệ thống GSM

- Nâng cao chất lượng thoại so với các công nghệ khác

- Đơn giản hơn trong việc thiết kế, quy hoạch mạng bởi vì cdmaOne sử dụng tần số như nhau cho tất cả các sector của BTS trong mạng

- Tính bảo mật được nâng cao

- Vùng phủ sóng của một BTS rộng hơn

- Giảm năng lượng tiêu hao của thiết bị đầu cuối

- Cung cấp băng thông theo yêu cầu

- Cung cấp dịch vụ chuyển vùng (roaming)

Trong số các công nghệ không dây 2G, cdmaOne ghi nhận tốc độ tăng trưởng thuê bao nhanh nhất, với số lượng thuê bao đạt 100 triệu chỉ sau 6 năm phát triển thương mại.

Công n ghệ CDMA2000

Công nghệ CDMA2000, hay còn gọi là CDMA 3G, đại diện cho thế hệ dịch vụ thông tin di động tiếp theo với khả năng cung cấp thoại chất lượng cao, Internet tốc độ nhanh và dịch vụ đa phương tiện Theo định nghĩa của ITU (Liên minh Viễn thông Quốc tế), mạng 3G (IMT-2000) không chỉ cần đáp ứng các yêu cầu của hệ thống CDMA mà còn phải tăng dung lượng hệ thống, sử dụng hiệu quả phổ tần của các hệ thống 2G, và đặc biệt là cung cấp dịch vụ dữ liệu với tốc độ tối thiểu 144 Kbps cho thiết bị di động ngoài trời và 2 Mbps cho thiết bị cố định trong nhà.

Vào năm 1999, ITU đã phê chuẩn 5 chuẩn giao diện vô tuyến cho các chuẩn IMT 2000 theo khuyến nghị ITU-R M.1457, trong đó CDMA2000 là một trong những chuẩn đó CDMA2000, còn được gọi là IMT-CDMA đa sóng mang, đóng vai trò quan trọng trong phát triển công nghệ viễn thông Hình vẽ 1.2 dưới đây minh họa các chuẩn này.

CDMA2000 đại diện cho một dòng công nghệ, bao gồm CDMA2000 1X và CDMA2000 1xDV

Công nghệ CDMA2000 1X không chỉ tăng gấp đôi dung lượng thoại so với cdmaOne mà còn cung cấp dịch vụ dữ liệu với tốc độ tối đa lên đến 307 Kbps trong môi trường di động.

Công nghệ CDMA2000 1xDV bao gồm:

CDMA2000 1xEV DO cung cấp dịch vụ dữ liệu với tốc độ tối đa lên đến 2,4 Mbps, hỗ trợ các ứng dụng đa dạng như nghe nhạc MP3, xem video, truyền hình hội nghị và chơi game trực tuyến.

CDMA 2000 1xEV DV cung cấp dịch vụ thoại tích hợp cùng với các dịch vụ đa phương tiện dữ liệu gói, với tốc độ tối đa lên đến 3,09 Mbps.

Các công nghệ 1xEV-DO và 1xEV DV đều tương thích với công nghệ -CDMA2000 1x và công nghệ cdmaOne.

Ưu điểm của công nghệ CDMA2000

Công nghệ CDMA2000 đã rút ra nhiều bài học quý giá từ hệ thống cdmaOne, giúp nó trở thành một giải pháp thực tiễn và hiệu quả CDMA2000 hỗ trợ cả dịch vụ thoại và dữ liệu, được phát minh và thử nghiệm trên nhiều phổ tần khác nhau Một số ưu điểm nổi bật của CDMA2000 bao gồm khả năng cung cấp dịch vụ ổn định và hiệu suất cao.

Để tăng dung lượng thoại, CDMA2000 1x sử dụng bộ mã hóa EVRC, cho phép hỗ trợ 35 kênh lưu lượng trong mỗi sector trên băng tần RF, tương đương với 26 Erlang/sector/RF Trong đường xuống, dung lượng thoại được cải thiện nhờ vào tốc độ điều khiển công suất nhanh hơn, tốc độ mó húa thấp hơn và phõn tập phỏt cho fading Rayleigh đơn đường Còn trong đường lên, dung lượng được nâng cao nhờ vào bố trí kênh chặt chẽ hơn.

- Thông lượng dữ liệu cao hơn

CDMA2000 có khả năng triển khai trên nhiều băng tần khác nhau, bao gồm 450MHz, 800MHz, 900MHz, 1700MHz, 1800MHz, 1900MHz và 2100MHz Điều này cho phép hệ thống hoạt động hiệu quả trong các mạng thông tin di động và PCS Hiệu suất trải phổ cao của CDMA2000 hỗ trợ phát triển lưu lượng lớn trên bất kỳ kênh 1,25MHz nào trong phổ tần.

- Giảm năng lượng tiêu hao của thiết bị đầu cuối: CDMA2000 có khả năng cung cấp:

+ Tăng hiệu suất đường lên

+ Cấu trúc kênh chung mới

+ Trạng thái MAC (Medium Access Control) mới giúp cho thiết bị đầu cuối hoạt động của trạng thái rỗi hiệu quả hơn

Đồng bộ trong mạng BTS có thể đạt được thông qua các kỹ thuật như tự đồng bộ hoặc sử dụng tín hiệu từ hệ thống vệ tinh như GPS và Galileo Trong hệ thống CDMA2000, tín hiệu đồng hồ của các BTS được đồng bộ trong khoảng vài micro giây Khi thiết bị đầu cuối nhận tín hiệu đồng hồ từ thành phần đa đường đầu tiên, nó sẽ sử dụng tín hiệu đó cho đường lên.

- Phù hợp với các mạng ANSI-41, GSM MAP, IP.-

- Hoàn toàn tương thích với các phiên bản công nghệ CDMA trước

- Khả năng cung cấp đa dịch vụ và quản lý QoS

- Cấu trúc kênh linh hoạt trong việc hỗ trợ đa dịch vụ với QoS và tốc độ truyền dẫn thay đổi.

Mạng 3G, sử dụng công nghệ CDMA2000, được triển khai thương mại lần đầu vào tháng 10 năm 2000 tại Hàn Quốc Hiện nay, CDMA2000 giữ vai trò chủ đạo trong thị trường 3G và dự đoán sẽ tiếp tục dẫn đầu trong tương lai.

NGUYÊN LÝ ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO MÃ CDMA

Giới thiệu

CDMA là công nghệ sử dụng kỹ thuật trải phổ dãy trực tiếp (DS-SS), cho phép nhiều người dùng chia sẻ tài nguyên vô tuyến thông qua các mã trực giao Theo chuẩn CDMA IS-95 tại Nam Mỹ, mỗi người dùng có thể truyền thông tin với tốc độ 9,6 kbps, tương ứng với tốc độ đầu ra của bộ mã hóa Tín hiệu trải phổ cuối cùng đạt tốc độ 1.2288 Mcps trên băng tần vô tuyến khoảng 1,25 MHz.

Trong băng tần vô tuyến, có thể tồn tại nhiều tín hiệu trong mỗi băng nhỏ 1,25 MHz Hệ thống CDMA có dung lượng và chất lượng bị giới hạn bởi tổng công suất nhiễu trong dải tần Dung lượng hệ thống được xác định bởi số lượng người sử dụng đồng thời mà hệ thống có thể hỗ trợ, trong khi chất lượng hệ thống phụ thuộc vào chất lượng kênh vô tuyến của từng người sử dụng Chất lượng kênh vô tuyến này liên quan trực tiếp đến xác suất lỗi bit, hay còn gọi là tỷ lệ lỗi bit (BER - Bit Error Rate).

Here is the rewritten paragraph:"Hệ thống CDMA sở hữu các đặc điểm riêng biệt cần được tối ưu hóa để giảm thiểu nhiễu và nâng cao chất lượng của hệ thống Bằng cách hiểu và áp dụng các đặc điểm này, chúng ta có thể cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống CDMA, mang lại trải nghiệm tốt hơn cho người dùng."

Dung lượng của hệ thống

Dung lượng của hệ thống CDMA được xác định bởi tổng số nhiễu từ người sử dụng trong băng tần Dung lượng thực tế của một ô trong hệ thống này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm giải điều chế ở phía thu, độ chính xác trong việc điều khiển công suất, và mức độ nhiễu từ người sử dụng trong cùng ô cũng như từ các ô lân cận.

Trong hệ thống truyền thông số, tỉ số năng lượng bit và phân bố công suất tạp âm E b /N 0 là một tham số quan trọng Tỉ số này có mối liên hệ chặt chẽ với tỉ số tín hiệu trên tạp âm SNR (Signal to Noise Rate), ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu suất truyền dẫn.

Ta có thể nhận thấy rằng năng lượng của một bit chính là công suất tín hiệu điều chế trung bình trong mỗi khoảng thời gian của 1 bit:

Eb = ST (2.1) Trong đó, S là công suất tín hiệu điều chế trung bình và T là khoảng thời gian của một bit Từ đó ta có:

Eb= S/R Với R là tốc độ bit

Mà mật độ công suất N0 bằng tổng công suất của nhiễu chia cho độ rộng băng tần W:

(2.4) Biểu thức trên cho ta thấy tỉ số năng lượng bit và phân bố công suất nhiễu Eb/N0 liên quan đến 2 yếu tố:

- Tỉ số tín hiệu trên nhiễu S/N của đường truyền

- Tỉ số giữa băng thông W và tốc độ bit R Tỉ số này còn được gọi là hệ số tăng ích xử lý của hệ thống

Khi phân tích dung lượng của hệ thống CDMA, chúng ta thường chú trọng đến dung lượng của đường lên từ máy di động đến trạm thu phát gốc (BTS) Giả sử hệ thống có khả năng điều khiển công suất hoàn hảo, nghĩa là công suất phát của tất cả các máy di động được điều chỉnh tích cực, dẫn đến công suất thu từ tất cả các máy di động là đồng nhất Dựa trên giả thiết này, tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) được tính toán như sau:

M là tổng số người sử dụng trong băng tần hiện tại, và tổng công suất nhiễu trong băng tần này được xác định bằng tổng công suất của từng người sử dụng cộng lại.

Hình vẽ 2.1 minh họa công thức 2.5

Hình 2.1 Cần phải chú ý là công thức 2.5 bỏ qua các nguồn nhiễu khác, ví dụ như nhiễu nhiệt

Từ các công thức trên ta có:

Vì M là một số lớn, vì vậy ta có thể viết lại (2.7) như sau:

Giá trị M trong công thức (2.8) đại diện cho số người sử dụng trong một ô CDMA riêng lẻ, nơi mà ô này sử dụng anten đẳng hướng mà không tính đến ảnh hưởng từ các ô lân cận.

Trong thực tế, một mạng CDMA có rất nhiều ô, hình 2.2 là ví dụ minh họa: ô A có các ô lân cận là ô B và ô C

Hình 2.2: Nhiễu từ các người sử dụng ở BTS khác

Mặc dù ô B và ô C điều khiển công suất phát của người sử dụng trong từng ô, nhưng các người sử dụng này cũng tạo ra nhiễu cho ô A Để mô tả chính xác tải của ô A, ta áp dụng công thức sau:

(2.9) Trong đó η được gọi là hệ số tải, η có giá trị từ 0% đến 100% Trong ví dụ minh họa ở hình 2.3, hệ số tải η = 0,5

Hình 2.3: Hệ số tải η = 0,5 Nghịch đảo của (1 + η) có ký hiệu là F được gọi là hệ số sử dụng lại tần số

Hệ số sử dụng lại tần số lý tưởng F = 1 khi chỉ xem xét một ô riêng lẻ Tuy nhiên, trong thực tế, hệ số tải η sẽ làm giảm hệ số sử dụng lại tần số một cách tương ứng.

2.2.2 Hiệu quả của phương pháp chia sector

Có thể giảm nhiễu từ các người sử dụng khác trong các ô lân cận bằng cách chia ô ra thành các sector

Hình 2.4: Ô được chia thành 3 sector

Thay vì sử dụng anten đẳng hướng, một ô có thể được chia thành 3 sector bằng cách lắp đặt 3 anten, mỗi anten sẽ thu phát tín hiệu trong một góc 120 độ.

Với λ là hệ số tăng ích do chia sector, thường có giá trị là 2,5 cho ô λ ba sector và là 5 cho ô sáu sector.

Biểu thức (2.9) được viết lại cùng với hệ số như sau:λ

2.2.3 Hiệu quả của việc khai thác đặc điểm của tiếng nói

Biểu thức (2.11a) giả định rằng tất cả người sử dụng phát 100% thời gian, nhưng thực tế, hệ thống CDMA sử dụng bộ mã hóa có tốc độ biến đổi Điều này có nghĩa là tốc độ đầu ra của bộ mã hóa thay đổi theo thời gian thực của cuộc gọi Chẳng hạn, khi người sử dụng không nói, tốc độ đầu ra sẽ giảm để tiết kiệm công suất phát Hiệu quả của bộ mã hóa tốc độ biến đổi không chỉ giảm tổng công suất phát mà còn làm giảm mức nhiễu cho các người dùng khác.

Với v là hệ số tích cực thoại, biểu thức (2.11a) được viết lại như sau:

(2.11b) Theo thống kê, v có giá trị từ 0,4 đến 0,5

(2.12) Với M lớn ta có thể viết lại (2.12)

Từ (2.11b) ta có thể rút ra một số kết luận cho dung lượng của hệ thống CDMA:

- Dung lượng, hay số người sử dụng đồng thời M, tỉ lệ thuận với độ tăng ích xử lý của hệ thống

- Đường truyền yêu cầu giá trị E b /N0 xác định để có thể đạt được giá trị BER (và cuối cùng là giá trị FER) chấp nhận được

- Dung lượng có thể tăng nếu giảm tổng số tải từ người sử dụng của các BTS lân cận

- Bằng cách chia ô thành các sector có thể làm tăng dung lượng của hệ thống Ví dụ, một ô sáu sector sẽ có dung lượng lớn hơn một ô ba sector.

Điều khiển công suất

2.3.1 Tại sao phải điều khiển công suất

Trong mạng CDMA, tất cả người sử dụng chia sẻ một băng tần thông qua các mã PN, khiến mỗi người trở thành nguồn nhiễu ngẫu nhiên cho những người khác Do đó, việc điều khiển công suất của từng người sử dụng là rất quan trọng Để minh họa sự cần thiết của việc điều khiển công suất trong mạng CDMA, hãy xem xét ví dụ về hai người sử dụng trong một ô.

Vì trong mạng CDMA đường lên thường bị giới hạn nên trường hợp này ta xét đường lên cho hai người sử dụng

Trong hình 2.5, có hai người sử dụng với khoảng cách khác nhau đến trạm phát sóng BTS Người sử dụng 2 gần trạm BTS hơn người sử dụng 1 Dù cả hai đều phát tín hiệu với công suất không đổi, nhưng công suất nhận tại trạm BTS của họ không giống nhau Cụ thể, nếu giả định rằng khoảng cách đến BTS ảnh hưởng đến giá trị công suất nhận, thì công suất nhận của người sử dụng 2 (p2,r) có thể lớn gấp 10 lần so với công suất nhận của người sử dụng 1 (p1,r).

Nếu giả thiết rằng giá trị tối thiểu của tỉ số tín hiệu trên nhiễu là:

Sự khác biệt giữa hai giá trị (S/N) của người sử dụng 1 và người sử dụng 2 được thể hiện rõ ràng Hình 2.6 minh họa sự khác nhau này.

Hình 2.6: Công suất thu của BTS từ hai người sử dụng Người sử dụng 2 có

SNR cao hơn nhiều so với người dùng 1

Nếu bỏ qua nhiễu nhiệt, giá trị (S/N) của người sử dụng 2 là 10, trong khi giá trị (S/N) của người sử dụng 1 chỉ là 1/10 Điều này dẫn đến chất lượng cuộc gọi của người sử dụng 2 tốt hơn nhiều so với người sử dụng 1 Sự không cân bằng về giá trị (S/N) này được gọi là vấn đề gần xa trong hệ thống đa truy nhập trải phổ – dãy trực tiếp.

Trong mạng CDMA, một ô được coi là đạt dung lượng tối đa khi có thêm người sử dụng thứ ba với công suất phát pt Sự xuất hiện của người dùng này sẽ khiến tỷ số tín hiệu trên nhiễu (S/N) của người sử dụng đầu tiên giảm xuống dưới mức tối thiểu (S/N)min, làm ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ trong ô đó.

Việc điều khiển công suất nhằm giải quyết vấn đề gần – xa và tăng dung lượng hệ thống Điều này liên quan đến việc điều chỉnh công suất phát của các người sử dụng trong một ô, đảm bảo rằng công suất thu được tại trạm thu phát gốc BTS là đồng nhất cho tất cả người dùng, bất kể vị trí của họ trong ô Hình vẽ 2.7 minh họa rõ ràng quá trình điều khiển công suất trong một ô.

Hình 2.7: Điều khiển công suất cho các người sử dụng trong ô

Trong ô di động, việc điều khiển công suất phát của người sử dụng giúp tăng công suất thu tại trạm BTS, dẫn đến tăng dung lượng ô và số lượng người dùng Cụ thể, với tỷ lệ (S/N)min = 1/10, dung lượng ô có thể đạt 11 người dùng Như vậy, việc kiểm soát công suất phát là yếu tố quan trọng để tối ưu hóa dung lượng của ô Hình 2.8 minh họa rõ ràng vấn đề này.

Hình 2.8: Dung lượng hệ thống đạt cực đại khi công suất của tất cả người sử dụng tại BTS là như nhau.

Một vấn đề quan trọng trong điều khiển công suất là công suất phát khởi tạo cuộc gọi của thiết bị đầu cuối Trước khi thiết bị đầu cuối kết nối với trạm thu phát gốc BTS, công suất chưa được điều khiển, dẫn đến câu hỏi về mức công suất phát tín hiệu truy cập BTS Tại thời điểm này, BTS chưa kết nối với thiết bị đầu cuối và không biết vị trí của nó Có hai khả năng xảy ra trong trường hợp này.

Thiết bị đầu cuối phát công suất lớn có mối liên hệ tỉ lệ thuận với công suất mà BTS nhận được Tuy nhiên, nhược điểm của việc này là công suất nhiễu đối với các thiết bị đầu cuối khác đang được phục vụ trong BTS cũng sẽ tăng cao.

Giải pháp của chuẩn IS 95 cho việc thiết lập kết nối giữa thiết bị đầu cuối và BTS là quá trình "thăm dò truy cập" Khi lần đầu tiên kết nối, thiết bị đầu cuối sẽ phát một tín hiệu thăm dò truy cập với công suất thấp và chờ phản hồi từ BTS Nếu không nhận được tín hiệu trả lời sau một khoảng thời gian nhất định, thiết bị sẽ tăng công suất tín hiệu thăm dò và phát lại Quá trình này lặp lại với mức công suất tăng dần cho đến khi nhận được phản hồi từ BTS Bước nhảy công suất giữa các lần phát tín hiệu được gọi là

“sửa lỗi thăm dò truy cập”, tham số này được chỉ ra trong trường PWR_STEP của tham số hệ thống Hình vẽ 2.9 mô tả tham số này:

Chuẩn IS 95 quy định rằng thiết bị đầu cuối sử dụng thông tin về mức công suất tín hiệu từ BTS để xác định công suất phát Khi thiết bị đầu cuối nhận được tín hiệu mạnh từ BTS, nó hiểu rằng khoảng cách gần và do đó sẽ phát với công suất thấp Ngược lại, nếu tín hiệu từ BTS yếu, thiết bị sẽ nhận biết khoảng cách xa và tăng công suất phát để đảm bảo kết nối.

Hình 2.9: Các chuỗi thăm dò truy cập của thiết bị đầu cuối

Thiết bị đầu cuối có thể tính toán suy hao đường xuống giữa BTS và thiết bị khi biết công suất phát xạ hữu dụng ERP của BTS Tuy nhiên, thực tế, thiết bị đầu cuối không biết giá trị ERP thực của BTS cũng như mức công suất nhận được từ các BTS lân cận Do đó, chuẩn IS 95 đưa ra một hằng số mặc định cho tải và hệ số ERP của BTS Cụ thể, công suất phát khởi tạo của thiết bị đầu cuối được tính theo công thức: pt, khởi tạo = – pr – 73 + NOM_PWR + INIT_PWR (2.14).

Hằng số mặc định cho hệ thống tổ ong là 73, trong khi giá trị cho hệ thống PCS là -76 Các tham số NOM_PWR, INIT_PWR và PWR_STEP được BTS phát quảng bá trong bản tin các tham số truy cập.

Khi nhận được 2 tham số NOM_PWR và INIT_PWR, thiết bị đầu cuối sẽ dưa theo công thức (2.14) để tính công suất phát khởi tạo

2.3.2.2 Chu kỳ mở (Mạch vòng hở)

Trong phần trước, chúng ta chỉ tập trung vào thiết bị đầu cuối mà chưa xem xét đến trạm BTS Các tiến trình được đề cập được gọi là "Điều khiển công suất mạch vòng mở" (open-loop power control) Sau khi trạm BTS xác nhận yêu cầu truy cập từ thiết bị đầu cuối và thiết bị này bắt đầu truyền dữ liệu trên kênh lưu lượng, các tiến trình điều khiển công suất mạch vòng mở sẽ được thực hiện.

Chuyển giao

Trong môi trường thông tin di động, người dùng di chuyển giữa các vùng phủ sóng của các BTS khác nhau, đòi hỏi quá trình chuyển giao để duy trì kết nối cuộc gọi Theo chuẩn IS 95, hệ thống CDMA hỗ trợ nhiều loại chuyển giao khác nhau, đảm bảo sự liên tục trong dịch vụ di động.

Chuyển giao mềm là quá trình trong đó thiết bị đầu cuối giữ kết nối với hai hoặc ba BTS cùng lúc Khi thiết bị di chuyển từ ô nguồn sang ô đích, kết nối kênh lưu lượng được duy trì đồng thời với cả hai BTS, như minh họa trong hình 2.15 (a) và hình 2.15 (b).

Hình 2.15a: Chuyển giao mềm giữa hai BTS - đường xuống

Hình 2.15b: Chuyển giao mềm giữa hai BTS - đường lên

Trên đường xuống, thiết bị đầu cuối sử dụng bộ thu Rake để giải điều chế hai tín hiệu từ hai BTS, kết hợp chúng để tạo ra tín hiệu chất lượng tốt hơn Ngược lại, trên đường lên, cả hai BTS nhận tín hiệu từ thiết bị đầu cuối, giải điều chế độc lập và gửi các khung đã giải điều chế về trung tâm chuyển mạch di động MSC, nơi tín hiệu tốt hơn sẽ được chọn lọc.

Chuyển giao mềm hơn xảy ra khi thiết bị đầu cuối di chuyển giữa các sector trong cùng một BTS Trong quá trình này, thiết bị thực hiện việc kết hợp tín hiệu tương tự như chuyển giao mềm, sử dụng bộ thu Rake để kết hợp tín hiệu từ hai sector khác nhau Trong quá trình lên, cả hai sector của BTS nhận tín hiệu từ thiết bị đầu cuối, sau đó tín hiệu được giải điều chế tại BTS, và chỉ một khung dữ liệu được gửi về MSC.

Chuyển giao cứng trong hệ thống CDMA bao gồm hai loại chính: chuyển giao "CDMA – CDMA" và chuyển giao "CDMA – tương tự" Chuyển giao "CDMA – CDMA" xảy ra khi thiết bị đầu cuối chuyển tiếp giữa các tần số hoặc khi di chuyển từ hệ thống của nhà cung cấp dịch vụ này sang nhà cung cấp khác, còn được gọi là chuyển giao "D-D" Ngược lại, chuyển giao "CDMA – tương tự" diễn ra khi cuộc gọi CDMA được chuyển sang mạng tương tự, thường xảy ra khi thiết bị đầu cuối di chuyển vào khu vực chỉ có dịch vụ tương tự, không còn dịch vụ CDMA, và được gọi là chuyển giao "D-A".

Trước khi đi vào chi tiết các quá trình chuyển giao mềm, cần lưu ý rằng mỗi sector trong hệ thống CDMA được phân biệt bởi kênh pilot riêng Như hình 2.16 minh họa, kênh pilot là một trong bốn kênh logic trong đường xuống, bao gồm kênh pilot, kênh tìm kiếm (paging), kênh đồng bộ và kênh lưu lượng.

Kênh pilot trong một sector đóng vai trò như hoa tiêu, hỗ trợ thiết bị đầu cuối trong việc thu nhận các kênh logic khác Mặc dù kênh pilot không chứa thông tin, nó cung cấp một chuỗi mã PN ngắn được xác định bởi độ lệch PN của sector Tham số PILOT_PN chứa thông tin về độ lệch PN của sector đó.

Tham số SNR của kênh pilot được mô tả bằng tỉ số giữa năng lượng của một chip trên mật độ nhiễu Ec/I0 Năng lượng của chip Ec khác với năng lượng của bit Eb, trong đó chip là chuỗi PN đã trải phổ Do kênh pilot không mang thông tin băng thông cơ sở, tín hiệu pilot không được giải trải phổ và các bit không được khôi phục Để xác định cường độ của kênh pilot, ta sử dụng tỉ số SNR hoặc tham số Ec/I0, và cần lưu ý rằng tham số Ec/I0 thường nhỏ hơn 1 do kênh pilot không được giải trải phổ.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CDMA

Giới thiệu

Trước khi triển khai hệ thống và lắp đặt mạng BTS, các chuyên gia vô tuyến cần thu thập đầy đủ các tham số để đảm bảo chất lượng đường truyền vô tuyến giữa BTS và thiết bị đầu cuối được duy trì ổn định.

Trong thiết kế mạng CDMA, các tham số quan trọng cần chú ý bao gồm tỉ số sóng mang trên tạp âm C/N để đánh giá chất lượng đường truyền Bên cạnh đó, ba tham số khác cũng cần được xem xét là tỉ số Ec/I0 của kênh pilot, tỉ số Eb/N0 của kênh lưu lượng đường xuống, và tỉ số Eb/N0 của kênh lưu lượng đường lên.

Phân tích đường xuống

Tỉ số năng lượng của chip với mật độ nhiễu E c /I 0 của kênh pilot phản ánh độ lớn tín hiệu Thiết bị đầu cuối liên tục theo dõi tham số Ec/I 0 và so sánh với các ngưỡng khác nhau như T_ADD và T_DROP Kết quả so sánh này được thông báo cho BTS, từ đó BTS sẽ quyết định xem thiết bị đầu cuối có nên chuyển giao tới BTS khác hay không.

Kênh pilot của BTS hoạt động với công suất cao hơn các kênh logic khác, đóng vai trò quan trọng trong việc thiết lập cuộc gọi Nếu thiết bị đầu cuối không nhận được tín hiệu pilot, cuộc gọi sẽ không thể kết nối Kênh pilot không chỉ dùng để chuẩn pha tín hiệu mà còn hỗ trợ giải điều chế cho các kênh logic khác Tham số Ec/I0 là yếu tố quyết định vùng phủ sóng của một BTS hoặc một sector Để xác định biểu thức cho tham số Ec/I0, ta sẽ xem xét bốn trường hợp từ dễ đến khó.

- Một thiết bị đầu cuối và một BTS

- Một thiết bị đầu cuối và nhiều BTS

- Nhiều thiết bị đầu cuối và một BTS

- Nhiều thiết bị đầu cuối và nhiều BTS

3.2.1.1 Trường hợp một thiết bị đầu cuối và một BTS

Trong trường hợp này, thiết bị đầu cuối chỉ nhận tín hiệu pilot từ một BTS (Hình 3.1)

Đối với một thiết bị đầu cuối được phục vụ bởi một BTS, tham số Ec/I0 được xác định theo công thức (3.1).

- P 0 (θ 0 ) là tổng công suất ERP của BTS (secter 0) bao gồm kênh pilot, kênh paging, và kênh sync của hướng θ0 đến thiết bị đầu cuối

- α0 là tham số biểu diễn tỉ lệ phần trăm của công suất kênh pilot trong tổng công suất ERP của BTS

- L0(θ0,d0) là suy hao đường truyền từ BTS đến thiết bị đầu cuối trên hướng θ0 với khoảng cách d0

- G là hệ số khuếch đại của anten thu (anten của thiết bị đầu cuối)

- Ih là công suất mà thiết bị đầu cuối thu được từ tổng công suất mà BTS phát đi

- In là công suất mà thiết bị đầu cuối nhận được từ các nguồn phát không phải CDMA khác trong cùng dải tần

- N là công suất tạp âm

Trong công thức (3.1), chúng ta giả định rằng kênh lưu lượng đường xuống cho thiết bị đầu cuối chưa được thiết lập hoặc bị bỏ qua, dẫn đến việc không cộng công suất nhiễu từ kênh lưu lượng này vào mẫu số Đối với trường hợp một thiết bị đầu cuối và một BTS, tổng công suất mà thiết bị đầu cuối thu được từ tổng công suất phát đi của BTS được tính toán như sau:

3.2.1.2 Trường hợp một thiết bị đầu cuối và nhiều BTS Đối với trường hợp một thiết bị đầu cuối và nhiều BTS khác nhau, ngoài công suất nhận được từ BTS gần nhất thiết bị đầu cuối còn nhận được công suất từ các BTS lân cận Hình 3.2 mô tả rõ hơn trường hợp này:

Hình 3.2: Một thiết bị đầu cuối nhận tín hiệu từ nhiều BTS

Công suất từ các BTS lân cận có thể gây nhiễu cho thiết bị đầu cuối Do đó, phương trình (3.1) có thể được điều chỉnh để phản ánh tình huống này.

(3.3) Trong đó Io là tổng công suất từ các BTS lân cận, Io được xác định như sau:

(3.4) Với K là số BTS lân cận

3.2.1.3 Trường hợp nhiều thiết bị đầu cuối và một BTS

Trong trường hợp này, một trạm phát sóng BTS phục vụ nhiều thiết bị đầu cuối, bao gồm cả thiết bị đầu cuối mà chúng ta đang xem xét Hình 3.3 minh họa rõ ràng tình huống này.

Hình 3.3: Một BTS phục vụ nhiều thiết bị đầu cuối

Đối với thiết bị đầu cuối được xem xét, các kênh lưu lượng đường xuống từ BTS đến các thiết bị đầu cuối khác được coi là nhiễu Công thức 3.1 đã được điều chỉnh để phù hợp với trường hợp này.

Im là tổng công suất của kênh lưu lượng mà thiết bị đầu cuối nhận từ BTS Công thức tính Im được thể hiện như sau:

(3.6) Với J là số thiết bị đầu cuối có trong BTS

Công suất kênh lưu lượng đường xuống không phải là một giá trị cố định, mà thay đổi liên tục do sự điều khiển của hệ thống Điều này khiến cho công suất của mỗi kênh lưu lượng đường xuống Tj trở nên ngẫu nhiên, dẫn đến tổng công suất của các kênh lưu lượng đường xuống cũng mang tính ngẫu nhiên.

3.2.1.4 Trường hợp nhiều thiết bị đầu cuối và nhiều BTS

Trong trường hợp này có nhiều BTS phục vụ nhiều thiết bị đầu cuối, hình 3.4 mô tả rõ hơn trường hợp này:

Hình 3.4: Nhiều BTS phục vụ nhiều thiết bị đầu cuối Trong trường hợp này, tỉ số Ec/I0 của thiết bị đầu cuối mà ta xét được tính như sau:

Ngoài các tham số I b, I n, I o, I m và N đã được đề cập, công thức (3.7) còn bao gồm tham số It, đại diện cho công suất kênh lưu lượng mà thiết bị đầu cuối nhận từ các BTS lân cận Tham số It được tính theo công thức cụ thể.

Trong công thức (3.8), X k (θ k ) đại diện cho tổng ERP kênh lưu lượng từ BTS k Công thức này tính toán tổng công suất kênh lưu lượng mà thiết bị đầu cuối nhận từ các BTS lân cận K là số sector hoặc số BTS có trong hệ thống.

Xk(θk) được tính bởi công thức sau:

Công thức (3.9) xác định tổng ERP kênh lưu lượng đường xuống cho tất cả các thiết bị đầu cuối phục vụ bởi BTS k Đối với BTS k, Tk,j(θ k) biểu thị ERP kênh lưu lượng cho thiết bị đầu cuối j phát xạ theo hướng θk Jk là tổng số thiết bị đầu cuối trong BTS k Do công suất kênh lưu lượng đường xuống mang tính ngẫu nhiên, cả Tk,j(θk) và Xk(θk) cũng là ngẫu nhiên, dẫn đến It cũng trở thành ngẫu nhiên.

3.2.2 Kênh lưu lượng Ở mức kênh truyền, ta quan tâm đến tham số E b /N 0 của kênh lưu lượng đường xuống Như đã trình bày ở phần trên, tham số Eb/N 0 quyết định tham số BER chỉ chất lượng thoại của đường xuống Để chắc chắn kênh truyền có - tỉ số Eb/N0 tương ứng để đảm bảo chất lượng đường truyền Trong phần này ta sẽ xem xét đến nội dung của việc phân tích đường truyền, để đơn giản ta bỏ qua ảnh hưởng của việc chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn

Trong phần này ta cũng sẽ xem xét bốn trường hợp:

- Một thiết bị đầu cuối và một BTS

- Một thiết bị đầu cuối và nhiều BTS

- Nhiều thiết bị đầu cuối và một BTS

- Nhiều thiết bị đầu cuối và nhiều BTS

3.2.2.1 Một thiết bị đầu cuối và một BTS

Trong trường hợp này thiết bị đầu cuối chỉ nhận công suất kênh lưu lượng đường xuống từ một BTS Tham số Eb/N0 được tính như sau:

- T 0 (θ 0 ) là ERP của kênh lưu lượng mà BTS (sector 0) phát theo hướng θ0 đến thiết bị đầu cuối

- L0(θ0,d0) là suy hao đường truyền khoảng cách d0 từ BTS đến thiết bị đầu cuối theo hướng θ0

- G là hệ số khuếch đại của anten thu (anten của thiết bị đầu cuối)

Công suất mà thiết bị đầu cuối nhận được từ các nguồn phát không phải CDMA trong cùng dải tần được gọi là công suất nhiễu.

- N là công suất nhiễu nhiệt

- (W/R) là độ tăng ích xử lý

I h là công suất nhiễu phát ra từ BTS mà thiết bị đầu cuối nhận được, nó được tính như sau:

Đường lên

Do không có kênh pilot trên đường lên, chúng ta chỉ xem xét tham số Eb/N0 cho kênh lưu lượng đường lên Tương tự như đường xuống, ảnh hưởng của chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn được bỏ qua Để xây dựng công thức tính Eb/N0 hoàn chỉnh, chúng ta sẽ lần lượt xem xét các trường hợp sau.

- Một thiết bị đầu cuối và một BTS

- Nhiều thiết bị đầu cuối và một BTS

- Nhiều thiết bị đầu cuối và nhiều BTS

3.3.1.1 Một thiết bị đầu cuối và một BTS

Trong trường hợp này, một BTS phục vụ một thiết bị đầu cuối, như mô tả trong hình 3.5 Biểu thức tính Eb/N0 trong trường hợp này tương tự như biểu thức tính cho đường xuống (3.10).

- T’ là ERP kênh lưu lượng đường lên của thiết bị đầu cuối

- L’ 0 (θ 0 ,d 0 ) là suy hao đường truyền, khoảng cách d 0 , từ thiết bị đầu cuối đến BTS theo hướng θ0

- G0(θ0) là hệ số khuếch đại của anten BTS tại hướng θ0 đến thiết bị đầu cuối

- I’ n là công suất mà thiết bị đầu cuối nhận được từ các nguồn phát không phải CDMA khác trong cùng dải tần (có thể gọi là công suất nhiễu)

- N là công suất nhiễu nhiệt

- (W/R) là độ tăng ích xử lý

Hình 3.5: Một BTS phục vụ một thiết bị đầu cuối

3.3.1.2 Nhiều thiết bị đầu cuối và một BTS

Trong trường hợp này, một BTS phục vụ nhiều thiết bị đầu cuối, như mô tả trong hình 3.6 Do đó, công suất phát của các thiết bị đầu cuối khác có thể được coi là nhiễu đối với thiết bị đầu cuối mà chúng ta đang xem xét Tham số Eb/N0 trong trường hợp này được xác định bởi biểu thức sau:

Thành phần I’m được thêm vào mẫu số của biểu thức tổng công suất phát từ các thiết bị đầu cuối tới BTS, và giá trị của I’m được xác định theo công thức sau:

- T’j là ERP kênh lưu lượng đường lên của thiết bị đầu cuối j

- L’j(θj,dj) là suy hao đường truyền khoảng cách dj từ thiết bị đầu cuối theo hướng θj tới BTS

- G 0 (θ 0 ) là hệ số khuếch đại của anten BTS tại hướng θ0 tới thiết bị đầu cuối j

Hình 3.6: Một BTS phục vụ nhiều thiết bị đầu cuối

Giá trị T’j thay đổi liên tục để đảm bảo chất lượng đường truyền của thiết bị đầu cuối j, do đường lên luôn được điều khiển công suất Điều này có nghĩa là T’j mang tính ngẫu nhiên, dẫn đến giá trị I’m cũng trở nên ngẫu nhiên.

3.3.1.3 Nhiều thiết bị đầu cuối và nhiều BTS

Trong tình huống này, nhiều BTS phục vụ cho nhiều thiết bị đầu cuối, như minh họa trong hình 3.7 Các thiết bị đầu cuối khác, được phục vụ bởi các BTS khác, có thể gây nhiễu cho kênh lưu lượng đường lên của thiết bị đầu cuối đang được xem xét Biểu thức tính Eb/N0 được trình bày như sau:

Thành phần I’t trong mẫu số đại diện cho tổng công suất nhiễu từ kênh lưu lượng đường lên của các thiết bị đầu cuối không được phục vụ bởi BTS đang được xem xét Công thức tính I’t được xác định dựa trên các yếu tố liên quan đến nhiễu và hiệu suất của hệ thống.

Yk là tổng công suất kênh lưu lượng (đường lên) từ các thiết bị đầu cuối phục vụ bởi BTS k K đại diện cho số lượng BTS (hay sector) trong hệ thống, với BTS 0 là BTS phục vụ thiết bị đầu cuối đang được xem xét Công thức tính Yk được xác định dựa trên các yếu tố liên quan đến hiệu suất của các BTS trong mạng.

BTS k là trạm phát sóng, trong khi T’k,j đại diện cho ERP kênh lưu lượng đường lên từ thiết bị đầu cuối j Suy hao đường lên từ thiết bị đầu cuối j theo hướng θkj tới BTS k được biểu thị bởi L’k,j(θk,j,dkj) với khoảng cách dkj Hệ số khuếch đại của BTS tại hướng θk,j tới thiết bị đầu cuối j, được phục vụ bởi BTS k, được ký hiệu là G0(θkj).

Hình 3.7: Nhiều BTS phục vụ nhiều thiết bị đầu cuối

3.3.2 Hệ số tăng ích của đường lên

Hệ số tăng ích R trong hệ thống CDMA được định nghĩa là tỉ số giữa mức nhiễu và mức nhiễu nhiệt của đường lên R có thể được biểu diễn bằng một công thức cụ thể, giúp đánh giá ảnh hưởng của các thành phần nhiễu tới hiệu suất truyền dẫn.

Giá trị R được tính bằng tổng công suất trong dải tần CDMA (I’m + I’t + I’n + N) chia cho tổng công suất nhiễu nhiệt N Đây là một chỉ số quan trọng để đánh giá tải của đường lên; giá trị R lớn cho thấy tải của đường lên cao, đồng nghĩa với việc BTS không còn khả năng phục vụ thêm nhiều thiết bị đầu cuối.

3.3.3 Hệ số sử dụng lại tần số

Theo định nghĩa, hệ số sử dụng lại tần số F cho đường lên là:

(3.23) Trong đó η là hệ số tải, có thể được định nghĩa cho BTS như sau:

I’t là công suất từ các kênh lưu lượng của thiết bị đầu cuối ở các BTS khác, trong khi I’m là công suất từ các kênh lưu lượng của thiết bị đầu cuối trong BTS đang được xem xét Từ các công thức (3.24) và (3.25), ta có thể rút ra được những kết luận quan trọng.

Hệ thống CDMA lý tưởng có hệ số sử dụng lại tần số bằng 1, với băng tần RF được sử dụng chung cho tất cả các BTS Tuy nhiên, nhiễu đồng kênh RF từ các BTS lân cận làm giảm hiệu suất sử dụng tần số Khi nhiễu từ các BTS lân cận giảm, hệ số F sẽ tăng Đối với hệ thống chỉ có một BTS, I’t bằng 0, do đó F đạt giá trị 1.

Quy hoạch mã PN

Trong chương 4 và 5, các kênh logic như kênh pilot, kênh paging, kênh sync và kênh lưu lượng được phân biệt bằng các hàm Walsh khác nhau Để phân biệt các hàm Walsh này, các kênh logic được ghép với một chuỗi mã PN ngắn Để tối ưu hóa việc sử dụng mã PN, mỗi kênh logic của đường xuống từ một BTS (hoặc một sector) sẽ được ghép với cùng một chuỗi mã PN ngắn.

Mỗi chuỗi mã PN ngắn được tạo ra bằng cách sử dụng bộ ghi dịch với

Chuỗi mã PN với độ dài 2^15 cho phép tạo ra 32.768 mã khác nhau, tương đương với 32.768 chip Khi dịch chuỗi mã PN đi một chip, chúng ta sẽ có một chuỗi mã PN mới Điều này có nghĩa là với 32.768 chuỗi mã PN khác nhau, chúng ta có thể gán cho các trạm BTS hoặc các sector, từ đó hỗ trợ quy hoạch mã hiệu quả.

PN là không cần thiết !?

Mặc dù chỉ có một chip khác nhau, sự khác biệt giữa các chuỗi mã PN trong môi trường truyền thông không đáng kể Với tốc độ truyền đạt 1,2288 Mcps, thời gian của một chip sẽ được xác định cụ thể.

Khoảng thời gian 0,8138 giây tương ứng với một khoảng cách truyền sóng là 244,14 m:

Với 3.10 8 m/s là tốc độ của ánh sáng

Bây giờ giả sử rằng hai BTS: BTS 1 và BTS 2 Chuỗi mã PN của BTS

1 và chuỗi mã PN của BTS 2 khác nhau 1 chip Thiết bị đầu cuối ở cách xa BTS 1 là 488 m và ở cách xa BTS 2 là 244 m (hình 3.8 mô tả trường hợp này)

HÌnh 3.8: Thiết bị đầu cuối không thể phân biệt được PN của hai BTS

Khoảng cách 488m tương ứng với thời gian trễ của 2 chip, trong khi khoảng cách 244m tương ứng với thời gian trễ của 1 chip Do đó, chuỗi mã PN của BTS 1 khi tới thiết bị đầu cuối sẽ được dịch đi 2 chip, còn chuỗi mã PN của BTS 2 sẽ được dịch đi 1 chip Kết quả là thiết bị đầu cuối sẽ nhận được hai chuỗi mã PN giống nhau từ 2 BTS khác nhau Hình 3.9 minh họa rõ hơn về trường hợp này.

Để cung cấp các chuỗi mã PN khác biệt, chuẩn IS-95 yêu cầu rằng các chuỗi mã PN gán cho các BTS hoặc các sector phải có sự khác biệt ít nhất 64 chip Mỗi chuỗi mã PN có thể được định nghĩa thông qua độ lệch PN của nó.

Chuỗi mã PN với độ lệch PN 1 khác chuỗi mã PN với độ lệch PN 0 là 64 chip, trong khi chuỗi mã PN với độ lệch PN 4 khác chuỗi mã PN với độ lệch PN 0 là 256 chip (4 x 64 chip) Như vậy, tổng số chuỗi mã PN có thể sử dụng được sẽ được xác định bằng cách chia như trên.

Chuỗi mã PN có độ dài tối thiểu là 64 chip, với số lượng tối đa lên đến 512 chuỗi Theo tiêu chuẩn IS-95, tham số PILOT_INC được sử dụng để xác định độ lệch PN của các chuỗi mã PN; nếu PILOT_INC = 1, sự khác biệt tối thiểu giữa các chuỗi mã PN sẽ là 1 x 64 chip.

Nếu tham số PILOT_INC bằng 2, sự khác biệt tối thiểu giữa các chuỗi mã PN là 128 chip, được tính bằng 2 x 64 chip Từ giá trị của PILOT_INC, chúng ta có thể xác định tổng số chuỗi mã PN có thể sử dụng.

Nếu PILOT_INC = 4, chỉ có 128 chuỗi mã PN có thể gán cho các BTS hoặc sector Do số lượng chuỗi mã PN có hạn, việc quy hoạch chúng là rất quan trọng.

3.4.2 Khoảng cách giữa hai BTS sử dụng chuỗi mã PN có cùng độ lệch

Nếu hai BTS trong hệ thống chia sẻ một chuỗi mã PN với cùng độ lệch, khoảng cách tối thiểu giữa chúng cần được xác định Hình 3.10 minh họa tình huống này.

Hình 3.10 minh họa các chuỗi PN có độ lệch PN giống nhau Thiết bị đầu cuối nằm gần biên vùng phủ sóng của BTS 2, nơi nó đang được phục vụ Khoảng cách từ BTS 2 đến thiết bị đầu cuối tương ứng với độ trễ tín hiệu Y chip, trong khi khoảng cách từ thiết bị đầu cuối đến BTS 1 tương ứng với độ trễ tín hiệu X chip BTS 1 được xác định bởi chuỗi mã PN 1, trong khi BTS 2 được xác định bởi chuỗi mã PN.

2 Trong trường hợp này cả hai chuỗi mã PN đều có cùng độ lệch PN hay PILOT_PN

Hình 3.11 mô tả các chuỗi mã PN theo thời gian

Hình 3.11: Chuỗi PN theo thời gian, mô tả cho hình 3.10

Các chuỗi PN 1 và PN 2 phát đi từ các BTS tương ứng sẽ giống nhau do cùng độ lệch PN Tuy nhiên, chuỗi mã PN 1 bị trễ X chip, trong khi chuỗi mã PN 2 bị trễ Y chip trước khi đến tay thiết bị đầu cuối Thiết bị này sử dụng “cửa sổ tìm kiếm” SRCH_WIN_A để chặn các tín hiệu pilot, với thời điểm tín hiệu pilot đến sớm nhất được lấy làm trung tâm.

Thiết bị đầu cuối hiện tại phục vụ BTS 2, và nếu chuỗi PN 1 nằm trong “của sổ tìm kiếm” SRCH_WIN_A của thiết bị, nó sẽ được coi là tín hiệu đa đường của chuỗi mã PN.

2 Thiết bị đầu cuối sẽ cố gắng để giải điều chế cả hai tín hiệu pilot trong SRCH_WIN_A và cố gắng để kết hợp chúng lại Kết quả là do hai tín hiệu không có cùng nội dung nên sẽ gây ra nhiễu cho thiết bị đầu cuối Để tránh xảy ra hiện tượng đó, giá trị X phải đủ lớn để cho chuỗi mã

PN 1 nằm ngoài “cửa sổ tìm kiếm” SRCH_WIN_A Hay nói cách khác, giá trị

X phải lớn hơn tổng của hai giá trị Y và W/2, trong đó W đại diện cho kích thước của "cửa sổ tìm kiếm" (đơn vị là chip) Do đó, điều kiện cần thiết để tránh hiện tượng gây nhiễu là:

Hệ thống 9,6 Kbps và hệ thống 14,4 Kbps

Bài viết này sẽ so sánh hai hệ thống sử dụng bộ mã hóa 9,6 Kbps và 14,4 Kbps, nhấn mạnh những khác biệt chính về vùng phủ sóng và dung lượng hệ thống.

Bộ mã hóa 14,4 Kbps chủ yếu được thiết kế để cải thiện chất lượng thoại Một nghiên cứu cho thấy rằng chất lượng thoại với bộ mã hóa 9,6 Kbps có tỉ lệ lỗi khung FER 1% tương đương với chất lượng thoại của bộ mã hóa 14,4 Kbps khi tỉ lệ lỗi khung FER là 3% Hình 3.14 minh họa mối quan hệ giữa điểm đánh giá trung bình MOS (Mean Opinion Score) và tỉ lệ lỗi khung FER.

Hình 3.14: Quan hệ giữa “điểm đánh giá trung bình” MOS (Mean Opinion

Score) và tỉ lệ lỗi khung FER

Chất lượng thoại, được đo bằng tham số MOS, giảm khi FER tăng Bộ mã hóa 14,4 Kbps cung cấp chất lượng thoại tốt hơn so với bộ mã hóa 9,6 Kbps ở cùng một mức FER Với yêu cầu chất lượng thoại cố định, bộ mã hóa 14,4 Kbps duy trì hiệu suất cao hơn tại tỉ lệ FER nhất định FER thấp hơn yêu cầu tham số Eb/N0 cao hơn, dẫn đến vùng phủ sóng nhỏ hơn Hình 3.14 minh họa sự thỏa hiệp giữa chất lượng và vùng phủ sóng Ngoài ra, dung lượng tỉ lệ nghịch với giá trị Eb/N0 yêu cầu, do đó, yêu cầu Eb/N0 cao tương ứng với dung lượng thấp Như vậy, trong hệ thống chất lượng thoại, có mối quan hệ tỉ lệ nghịch giữa chất lượng, dung lượng và vùng phủ sóng.

3.5.2 Điều khiển công suất đường xuống

Hệ thống mã hóa 14,4 Kbps và 9,6 Kbps sử dụng các thuật toán điều khiển công suất khác nhau Trong hệ thống 9,6 Kbps, thiết bị đầu cuối phát "bản tin thông báo giám sát công suất" (PMRM) trên kênh lưu lượng để thông báo chất lượng đường xuống cho BTS, cho phép điều chỉnh công suất đường xuống Thiết bị đầu cuối có thể phát bốn bản tin PMRM mỗi giây Ngược lại, hệ thống 14,4 Kbps sử dụng "bit chỉ thị xóa" trong mỗi khung lưu lượng đường lên để thông báo chất lượng khung lưu lượng đường xuống, với giá trị 0 chỉ ra rằng đường xuống tốt Điều này cho phép thiết bị đầu cuối giám sát liên tục và thông báo chất lượng 50 lần trong một giây Việc điều khiển công suất nhanh trong hệ thống 14,4 Kbps giúp cải thiện khả năng giám sát công suất, dẫn đến việc giảm giá trị Eb/N0 yêu cầu trên đường xuống.

3.5.3.1 Đường xuống Điểm khác biệt rõ nhất giữa hệ thống 9,6 Kbps và hệ thống 14,4 Kbps là “độ tăng ích xử lý” W/R Đối với hệ thống 9,6 Kbps: Đối với hệ thống 14,4 Kbps:

Sự khác nhau của độ tăng ích xử lý của hai hệ thống là:

Sự khác nhau 1,76 dB này của “độ tăng ích xử lý” ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của đường truyền

Hệ thống 14,4 Kbps sử dụng bộ mã hóa xoắn với tốc độ R = ắ, trong khi hệ thống 9,6 Kbps sử dụng bộ mã hóa xoắn với tốc độ R = ẵ Tốc độ mã hóa cao hơn của hệ thống 14,4 Kbps dẫn đến khả năng chống lỗi giảm, yêu cầu giá trị Eb/N0 lớn hơn cho đường xuống để đạt được tỷ lệ lỗi khung (FER) nhất định Tuy nhiên, việc điều khiển công suất nhanh có thể giảm giá trị Eb/N0 cần thiết, với sự thay đổi từ 1,4 đến 4.9 dB Do đó, lợi ích từ việc điều khiển công suất nhanh sẽ bù đắp cho yêu cầu tăng giá trị Eb/N0.

E b /N 0 yêu cầu trong hệ thống 14,4 Kbps

Một BTS hoạt động với tốc độ 9,6 Kbps có khả năng phục vụ một siêu thị cách xa 5 km, với ERP kênh lưu lượng lớn nhất là 46 dBm và yêu cầu Eb/No là 8 dB Khi BTS hoạt động với tốc độ 14,4 Kbps, Eb/No yêu cầu sẽ tăng 2,5 dB do thay đổi tốc độ mã hóa xoắn, nhưng đồng thời sẽ giảm 1,5 dB nhờ vào điều khiển công suất nhanh Do đó, cần phân tích xem BTS có thể tiếp tục phục vụ siêu thị trong điều kiện mới này hay không.

Thứ nhất, hệ thống 14,4 Kbps có “E b /N 0 yêu cầu” lớn hơn 1 dB (2,5 dB – 1,5 dB = 1 dB).

BTS có khả năng phục vụ siêu thị với tốc độ 9,6 Kbps, yêu cầu giá trị ERP kênh lưu lượng cực đại là 46 dBm trong phần lớn thời gian Khi tốc độ tăng lên 14,4 Kbps, đường truyền sẽ giảm 1,76 dB do hệ số tăng ích xử lý giảm, buộc BTS phải tăng giá trị ERP đường xuống cực đại ít nhất 1,76 dB để bù đắp cho mức giảm này.

Để đáp ứng yêu cầu về giá trị Eb/N0, BTS cần tăng giá trị ERP cực đại lên ít nhất 1 dB.

Để tiếp tục phục vụ siêu thị cách 5 km khi BTS chuyển sang chế độ 14,4 Kbps, ERP kênh lưu lượng đường xuống phải tăng lên 2,76 dB, đạt 48,76 dBm Nếu BTS giữ nguyên giá trị ERP kênh lưu lượng đường xuống cực đại là 46 dBm, sẽ không thể phục vụ siêu thị đó trong chế độ 14,4 Kbps.

Khi hoạt động ở chế độ 14,4 Kbps, đường lên gặp phải sự suy giảm 1,76 dB trong hệ số tăng ích xử lý, điều này có tác động trực tiếp đến hiệu suất của đường lên.

Hơn nữa, trong đường lên, hệ thống 14,4 Kbps sử dụng bộ mã hóa xoắn cú R = ẵ, trong khi hệ thống 9,6 Kbps sử dụng bộ mó húa xoắn mạnh hơn cú

Tốc độ bộ mã hóa lớn hơn, như hệ thống 14,4 Kbps, dẫn đến khả năng chống nhiễu kém hơn, yêu cầu giá trị Eb/N0 cao hơn để đạt được tỷ lệ lỗi gói (FER) mong muốn Sự khác biệt về giá trị Eb/N0 cần thiết để đạt được 1% FER dao động từ 0,5 đến 0,75 dB.

Khi hệ thống hoạt động ở tốc độ 9,6 Kbps, thiết bị đầu cuối tại siêu thị có khả năng thực hiện cuộc gọi với ERP tối đa là 24 dBm Tuy nhiên, nếu hệ thống nâng lên tốc độ 14,4 Kbps, cần xem xét khả năng thực hiện cuộc gọi của thiết bị đầu cuối trong điều kiện mới này.

Giả thiết các điều kiện khác, như tải, không đổi; và khi hệ thống chuyển từ tốc độ 9,6 Kbps sang 14,4 Kbps thì Eb/N0 yêu cầu tăng 0,5 dB

Khi hệ thống hoạt động ở tốc độ 14,4 Kbps, hệ số tăng ích xử lý giảm dẫn đến sự suy giảm đường truyền khoảng 1,76 dB Do đó, thiết bị đầu cuối cần tăng ERP ít nhất 1,76 dB để bù đắp cho tổn hao này.

Thứ hai, giá trị Eb/N0 yêu cầu tăng 0,5 dB nên thiết bị đầu cuối cũng phải tăng ERP lên thêm 0,5 dB

Để duy trì cuộc gọi tại siêu thị, thiết bị đầu cuối cần tăng ERP lên 2,26 dB, điều này là không khả thi với thiết bị hiện tại Giải pháp duy nhất là thiết kế lại anten với hệ số tăng ích tối thiểu là 2,26 dB.

TÍNH TOÁN HIỆU SUẤT MẠNG CDMA

Giới thiệu

Tính toán hiệu suất mạng CDMA là quá trình tối ưu hóa hiệu suất phần vô tuyến RF của các sector, BTS, hoặc toàn bộ hệ thống Hệ thống CDMA có nhiều tham số có thể điều chỉnh, và việc thay đổi các tham số này có ảnh hưởng rõ rệt đến hiệu suất mạng.

Giám sát kênh

Có nhiều nguyên nhân gây ra tình trạng cuộc gọi bị rơi Trong quá trình truyền tải, thiết bị đầu cuối sẽ giám sát các khung kênh lưu lượng nhận được Mỗi khung kênh lưu lượng sẽ được kiểm tra chỉ thị chất lượng khung (CRC) Nếu chỉ thị này cho thấy khung bị lỗi hoặc thiết bị không xác định được tốc độ của khung, khung đó sẽ được đánh dấu là lỗi Ngược lại, nếu khung nhận được đạt yêu cầu, nó sẽ được xem là khung tốt.

Khi nhận các khung kênh lưu lượng, thiết bị đầu cuối liên tục giám sát và nếu phát hiện 12 khung lỗi liên tiếp, nó sẽ tắt bộ phát Tuy nhiên, nếu ngay sau đó nhận được 2 khung tốt liên tiếp, thiết bị sẽ tiếp tục phát Ngược lại, nếu không nhận được khung tốt, thiết bị sẽ mất kênh lưu lượng và cuộc gọi sẽ bị rơi.

Thiết bị đầu cuối được trang bị một đồng hồ đếm ngược cho kênh lưu lượng đường xuống, khởi động khi bật bộ phát Đồng hồ có thời gian 5 giây và sẽ đếm ngược Mỗi khi thiết bị nhận được hai khung tốt liên tiếp, đồng hồ sẽ được khởi động lại Nếu đồng hồ đếm ngược hết thời gian, thiết bị sẽ tắt bộ phát và thông báo mất kênh lưu lượng đường xuống.

Thiết bị đầu cuối thường phát đi bản tin yêu cầu xác nhận và sẽ chờ trong 0,4 giây để nhận phản hồi Nếu không nhận được bản tin xác nhận trong khoảng thời gian này, thiết bị sẽ gửi thêm hai bản tin yêu cầu xác nhận nữa, mỗi lần chờ 0,4 giây Nếu sau ba lần gửi mà vẫn không nhận được phản hồi, thiết bị đầu cuối sẽ thông báo rằng bản tin xác nhận đã bị lỗi.

Trên đường lên, tồn tại các kênh giám sát tương tự như trên đường xuống Tuy nhiên, tiêu chuẩn IS 95 không quy định rõ ràng về tiêu chuẩn thông báo mất kênh lưu lượng hoặc bản tin xác nhận lỗi Mỗi nhà cung cấp thiết bị và cơ sở hạ tầng mạng sẽ phát triển tiêu chuẩn riêng cho kênh giám sát đường lên.

Các tham số điều khiển công suất

Chuẩn IS 95 quy định các quá trình điều khiển công suất trên đường xuống, trong đó thiết bị đầu cuối gửi thông tin về chất lượng đường xuống cho BTS Có hai loại thông báo: thông báo định kỳ và thông báo ngưỡng Thông báo định kỳ cung cấp thống kê lỗi khung trong các khoảng thời gian nhất định, trong khi thông báo ngưỡng được gửi khi số lượng lỗi khung vượt qua mức ngưỡng đã được thiết lập trước.

Có năm tham số điều khiển công suất đường xuống được gửi tới thiết bị đầu cuối trong các bản tin mào đầu:

- PWR_THRESH_ENABLE: chỉ thị loại thông báo ngưỡng.

- PWR_REP_THRESH: ngưỡng thông báo điều khiển công suất.

- PWR_PERIOD_ENABLE: chỉ thị loại thông báo định kỳ

- PWR_REP_FRAMES: đếm khung thông báo điều khiển công suất

- PWR_REP_DELAY: trễ thông báo công suất.

Thiết bị đầu cuối sử dụng hai bộ đếm riêng biệt là TOT_FRAMES và BAD_FRAMES để theo dõi tổng số khung và số khung lỗi nhận được Mỗi khi thiết bị nhận một khung, bộ đếm TOT_FRAMES sẽ tăng lên 1, trong khi bộ đếm BAD_FRAMES sẽ tăng lên 1 khi nhận được một khung lỗi.

Khi PWR_THRESH_ENABLE = 1, chế độ thông báo ngưỡng được kích hoạt, và thiết bị đầu cuối sẽ gửi bản tin PMRM tới BTS khi BAD_FRAMES đạt giá trị PWR_REP_THRESH để thông báo thống kê lỗi khung Sau khi gửi PMRM, bộ đếm BAD_FRAMES và TOT_FRAMES sẽ được khởi tạo lại về 0 và không tăng trong khoảng thời gian (PWR_REP_DELAY x 4) khung Nếu PWR_PERIOD_ENABLE = 1, chế độ thông báo định kỳ cũng được kích hoạt; khi TOT_FRAMES đạt [2(PWR_REP_FRAMER/2) x 5], thiết bị đầu cuối sẽ gửi PMRM tới BTS để thông báo thống kê lỗi khung Tương tự, sau khi gửi PMRM, bộ đếm TOT_FRAMES và BAD_FRAMES sẽ được khởi tạo lại về 0 và không tăng trong khoảng thời gian (PWR_REP_DELAY x 4) khung.

Thông báo PMRM bao gồm hai trường:

- ERRORS_DETECTED: là số khung lỗi mà thiết bị đầu cuối nhận được, nó sẽ đặt giá trị của trường này bằng giá trị của bộ đếm BAD_FRAMES

PWR_MEAS_FRAMES là số khung kênh lưu lượng đường xuống trong thời gian giám sát, được thiết lập bởi thiết bị đầu cuối Giá trị của trường này được đặt bằng giá trị của bộ đếm TOT_FRAMES.

BTS sẽ sử dụng hai trường để tính toán thống kê lỗi và có khả năng gửi bản tin PMRM thường xuyên hơn bằng cách điều chỉnh các tham số điều khiển công suất Cả hai chế độ thông báo có thể được kích hoạt đồng thời, hoặc các tham số PWR_REP_THRESH và PWR_REP_FRAMES có thể giảm Tuy nhiên, điều này sẽ dẫn đến việc có nhiều bản tin mào đầu hơn trên đường xuống và nhiều bản tin PMRM hơn trên đường lên.

4.4 Độ lớn cửa sổ tìm kiếm

Thiết bị đầu cuối sử dụng ba loại cửa sổ tìm kiếm sau đây để bắt các tín hiệu pilot nhận được:

- SRCH_WIN_A độ lớn cửa sổ tìm kiếm cho tập hoạt động và tập ứng cử

- SRCH_WIN_N độ lớn cửa sổ tìm kiếm cho tập lân cận

- SRCH_WIN_R độ lớn cửa sổ tìm kiếm cho tập còn lại.

4.4.1 Cửa sổ tìm kiếm SRCH_WIN_A

Cửa sổ tìm kiếm SRCH_WIN_A là công cụ quan trọng giúp thiết bị đầu cuối thu nhận các tập pilot hoạt động và ứng cử Kích thước của cửa sổ này được điều chỉnh dựa trên môi trường truyền sóng đã biết, đảm bảo đủ lớn để nhận diện tín hiệu đa đường từ BTS, đồng thời đủ nhỏ để tối ưu hóa hiệu suất tìm kiếm.

Hình 4.1 mô tả trường hợp tín hiệu đa đường

Cửa sổ tìm kiếm luôn lấy thời điểm tín hiệu pilot đến sớm nhất làm trung tâm Đường trực tiếp A tới thiết bị đầu cuối dài 1 km, trong khi đường phản xạ B dài 4 km Với khoảng cách truyền sóng tương ứng với một chip là 244,14 m, đường trực tiếp A tương ứng với 4,1 chip, còn đường gián tiếp B tương ứng với 16,4 chip.

Do đó, sự khác nhau giưa hai đường từ BTS đến thiết bị đầu cuối là:

Tín hiệu theo đường A đến thiết bị đầu cuối sớm nhất, vì vậy cửa sổ tìm kiếm sẽ lấy tín hiệu này làm trung tâm Tín hiệu đến theo đường B sẽ đến sau 12,3 chip, do đó, để cửa sổ tìm kiếm có thể nhận cả hai tín hiệu, kích thước tối thiểu của cửa sổ phải là 24,6 chip (2 x 12,3).

Cửa sổ tìm kiếm cần được thiết lập phù hợp với điều kiện của BTS, đặc biệt khi có nhiều nhà cửa hoặc địa hình núi xung quanh, vì tín hiệu từ BTS sẽ bị phản xạ nhiều và thiết bị đầu cuối sẽ nhận được nhiều tín hiệu đa đường hơn Nếu cửa sổ tìm kiếm quá lớn, hiệu suất tìm kiếm sẽ giảm, do tín hiệu phản xạ nhiều lần sẽ phải di chuyển quãng đường dài hơn, dẫn đến suy hao tín hiệu Do đó, kích thước cửa sổ nhỏ hơn nên được thiết lập để chỉ nhận các tín hiệu đa đường đủ mạnh.

Hình 4.2 mô tả tình huống khi cửa sổ tìm kiếm SRCH_WIN_A được dụng để giảm độ lớn của vùng mà BTS thực hiện chuyển giao mềm:

Hình 4.2: SRCH_WIN_A và vùng chuyển giao mềm rộng hơn

Trong quá trình chuyển giao mềm giữa hai BTS, thiết bị đầu cuối sẽ tiếp nhận hai tín hiệu pilot từ hai BTS khác nhau trong khoảng thời gian tìm kiếm Ví dụ, tại điểm a, thiết bị đầu cuối cách BTS 1 3km và BTS 2 7km, trong khi tại điểm b, khoảng cách lần lượt là 7km và 3km Sự chuyển giao mềm diễn ra giữa điểm a và điểm b, thể hiện sự thay đổi khoảng cách giữa thiết bị đầu cuối và hai BTS.

Tại điểm a, thiết bị đầu cuối cách BTS 1 là (3000m/244,14) = 12,3 chip, và cách BTS 2 là (7000m/244,14) = 28,7 chip Khoảng cách đến các BTS khác nhau là (28,7 chip – 12,3 chip = 16,4 chip)

Tại điểm b, thiết bị đầu cuối cách BTS 1 là (7000m/244,14) = 28,7 chip, và cách BTS 2 là (3000m/244,14) = 12,3 chip Khoảng cách đến các BTS khác nhau là (28,7 chip 12,3 chip = 16,4 chip).–

Trong hình 4.2, cửa sổ tìm kiếm được thể hiện tại hai điểm a và b Tại điểm a, tín hiệu pilot từ BTS 2 trễ 16,4 chip so với tín hiệu pilot từ BTS 1 Ngược lại, tại điểm b, tín hiệu pilot từ BTS 1 trễ 16,4 chip so với tín hiệu pilot từ BTS 2.

Nếu bây giờ ta muốn vùng chuyển giao mềm là từ điểm c đến điểm d, hình 4.3 mô tả trường hợp này

Hình 4.3: SRCH_WIN_A và vùng chuyển giao mềm nhỏ hơn

Ta tiến hành phân tích như trên Tại điểm c, thiết bị đầu cuối cách BTS

1 4km và cách BTS 2 6km Tại điểm d, thiết bị đầu cuối cách BTS 1 6km và cách BTS 2 4km Biểu diễn các khoản cách này qua chip ta được:

Tại điểm c, thiết bị đầu cuối cách BTS 1 là (4000m/244,14) = 16,4 chip, và cách BTS 2 là (6000m/244,14) = 24,6 chip Khoảng cách đến các BTS khác nhau là (24,6 chip – 16,4 chip = 8,2 chip)

Tại điểm d, thiết bị đầu cuối cách BTS 1 là (6000m/244,14) = 24,6 chip, và cách BTS 2 là (4000m/244,14) = 16,4 chip Khoảng cách đến các BTS khác nhau là (24,6 chip – 16,4 chip = 8,2 chip)

Để vùng chuyển giao mềm chỉ diễn ra từ điểm c đến điểm d, cửa sổ tìm kiếm SRCH_WIN_A cần được thiết lập với độ rộng gấp hai lần khoảng cách lớn nhất, tức là độ rộng của SRCH_WIN_A sẽ là 16,4 chip (2 x 8,2).

4.4.2 Các cửa sổ tìm kiếm SRCH_WIN_N và SRCH_WIN_R

Cửa sổ tìm kiếm SRCH_WIN_N được thiết bị đầu cuối sử dụng để thu nhận tín hiệu từ các BTS lân cận, với độ lớn thường lớn hơn cửa sổ SRCH_WIN_A SRCH_WIN_N cần đủ lớn để bắt tất cả tín hiệu đa đường của BTS chính và các tín hiệu tiềm năng từ các BTS xung quanh Để xác định kích thước của SRCH_WIN_N, cần xem xét khoảng cách giữa BTS chính và các BTS lân cận, với độ lớn tối đa của cửa sổ tìm kiếm bị giới hạn bởi khoảng cách giữa hai BTS lân cận Hình 4.4 minh họa nội dung này.

Thiết bị đầu cuối nằm gần BTS 1, do đó, độ trễ tín hiệu từ BTS 1 đến thiết bị đầu cuối có thể được bỏ qua Khoảng cách giữa BTS 1 và BTS 2 là 5 km, tương đương với 20,5 chip khi tính toán bằng công thức (5000m/244,14).

Cửa sổ tìm kiếm SRCH_WIN_N cho thấy tín hiệu pilot từ BTS 2 đến thiết bị đầu cuối bị trễ 20,5 chip Để thiết bị đầu cuối có thể tìm kiếm các kênh pilot của các BTS lân cận trong vùng phủ của BTS 1, SRCH_WIN_N được thiết lập dựa trên khoảng cách vật lý giữa BTS đang xét và các BTS lân cận.

Tối ưu hóa các tham số

Trước khi bắt đầu, cần lưu ý rằng các tham số sẽ thay đổi tùy thuộc vào mức tải Chất lượng phủ sóng có thể tốt vào lúc 22h khi tải thấp, nhưng lại kém vào lúc 18h khi tải cao.

4.5.1 Độ lớn của tín hiệu pilot Độ lớn của tín hiệu pilot, hay Ec/I0, là thước đo chất lượng phủ sóng của một vùng Thiết bị đầu cuối yêu cầu giá trị Ec/I0 đủ lớn để có thể thực hiện và duy trì cuộc gọi Thiết bị đầu cuối sẽ không thể khởi tạo được cuộc gọi trong khu vực có Ec/I0 quá nhỏ Ec/I0 được cho bởi (3.7):

Giá trị Ec/I0 thường bị ảnh hưởng bởi ba yếu tố chính: ERP của pilot thấp, tổn hao đường truyền lớn và nhiễu đường xuống cao Cụ thể, ERP thấp (α0P0(θ0) thấp) dẫn đến giảm hiệu suất, trong khi tổn hao đường truyền lớn (L0(θ0,d0)) và nhiễu đường xuống lớn cũng làm giảm chất lượng tín hiệu.

Tăng cường ERP cho kênh pilot là một giải pháp hiệu quả nhằm khắc phục tình trạng Ec/I0 thấp Đối với những trường hợp suy hao đường truyền nghiêm trọng, việc lắp đặt thêm trạm BTS mới cũng là một lựa chọn khả thi.

4.5.2 Tỉ lệ lỗi khung FER

Tỉ lệ lỗi khung FER là yếu tố quan trọng trong việc đánh giá chất lượng phủ sóng của một khu vực, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cuộc gọi Sau khi tối ưu hóa hệ thống, giá trị FER sẽ đạt mức tối thiểu chấp nhận được cho cả đường xuống và đường lên Chúng ta sẽ phân tích FER dưới dạng Eb/N0, trong đó trên đường xuống, Eb/N0 được tính theo công thức (3.15).

Và trên đường lên, Eb/N0 được cho bởi (3.19)

Trong một vùng phủ sóng, nếu giá trị FER quá cao đồng nghĩa với tỉ số

E b /N 0 sẽ giảm xuống mức ngưỡng Trong các phần sau, chúng ta sẽ xem xét một số yếu tố gây ra tỉ lệ lỗi khung FER cao trong (3.15) và (3.19)

4.5.3 Vùng phủ của đường xuống

Một trong những lý do khiến giá trị FER cao trên đường xuống là do vùng phủ sóng kém, dẫn đến việc nhiều cuộc gọi bị rơi.

Vùng phủ sóng của đường xuống không tốt thường xuất phát từ việc suy hao đường truyền quá lớn và/hoặc chỉ số ERP kênh lưu lượng đường xuống thấp, cụ thể là T 0 (θ 0 ) trong (3.15) ở mức thấp.

Các dấu hiệu cho thấy vùng phủ sóng đường xuống không tốt bao gồm tỷ lệ lỗi khung FER cao và công suất thấp mà thiết bị đầu cuối nhận được Nguyên nhân có thể do suy hao đường truyền lớn, dẫn đến giá trị Ec/I0 thấp Khi thiết bị đầu cuối gặp phải tỷ lệ FER cao, nó sẽ phát đi nhiều bản tin PMRM hơn.

Một giải pháp hiệu quả cho vấn đề vùng phủ sóng đường xuống kém là tăng giá trị ERP của kênh lưu lượng lớn nhất, cho phép BTS phát công suất cao hơn Tuy nhiên, việc này cũng dẫn đến việc tăng mức nhiễu kênh đường xuống cho các thiết bị đầu cuối trong cùng BTS và các BTS lân cận Do đó, việc tăng ERP cần được cân nhắc để duy trì mức nhiễu chấp nhận được cho các thiết bị đầu cuối khác.

Một giải pháp khác để giải quyết chất lượng phủ sóng của đường xuống là cắm thêm BTS mới

4.5.4 Mức nhiễu kênh đường xuống

Một nguyên nhân khác làm cho FER đường xuống cao đó là nhiễu đường xuống cao, nguyên nhân này cũng dẫn đến giá trị Eb/N0 thấp trên đường xuống

Có bốn loại nhiễu ảnh hưởng tới đường xuống, đó là:

- Im là do công suất kênh lưu lượng mà BTS phát cho các thiết bị đầu cuối khác trong cùng BTS

- I o là do công suất của các kênh mào đầu do các BTS lân cận phát

- It là do công suất kênh lưu lượng mà BTS phát cho các thiết bị đầu cuối trong BTS lân cận

- In là công suất phát của các nguồn phát không phải CDMA trong cùng dải tần

4.5.5 Vùng phủ kênh đường lên

Một nguyên nhân khác ảnh hưởng đến chất lượng đường lên là do giới hạn công suất khuếch đại của thiết bị đầu cuối Để cải thiện chất lượng đường lên, việc lắp đặt thêm BTS mới là một giải pháp hiệu quả.

Một nguyên nhân khác dẫn tới FER đường lên cao là do nhiễu đường lên cao Nhiễu đường lên cao dẫn đến giá trị Eb/N0 kênh đường lên thấp

Có ba loại nhiễu ảnh hưởng tới đường lên, đó là:

- I’m là do công suất phát của các thiết bị đầu cuối trong cùng BTS

- I’ t là do công suất phát của các thiết bị đầu cuối của các BTS lân cận

- I’n là do công suất phát của các nguồn phát không phải CDMA trong cùng dải tần

Trong bài viết này, chúng ta đã phân tích bốn nguyên nhân chính ảnh hưởng đến hiệu suất mạng, bao gồm độ phủ sóng kém và mức nhiễu cao trên cả đường lên và đường xuống Thực tế cho thấy, hiệu suất hệ thống thường bị ảnh hưởng bởi sự kết hợp của nhiều nguyên nhân, chẳng hạn như độ phủ sóng kém và nhiễu cao trên đường xuống Một ví dụ điển hình là khi có nhiều pilot trong một khu vực nhưng không có tín hiệu pilot nào có Ec/I0 đủ lớn Để khắc phục vấn đề này, cần tăng ERP cho kênh pilot và kênh lưu lượng đường xuống của một BTS, hoặc lắp thêm BTS cho khu vực đó Ngoài ra, điều chỉnh kích thước cửa sổ tìm kiếm cũng là một kỹ thuật quan trọng để tối ưu hóa mạng, vì các kênh pilot nằm ngoài cửa sổ tìm kiếm sẽ không gây nhiễu cho các kênh pilot bên trong.

TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG HỆ THỐNG CDMA

Giới thiệu

Trong hệ thống di động tổ ong, thiết kế lưu lượng là quá trình xác định số lượng kênh cần thiết cho một khu vực dịch vụ cụ thể Để đạt được cấp dịch vụ mong muốn (GoS), việc này yêu cầu dự đoán chính xác số kênh cần cung cấp nhằm đáp ứng nhu cầu lưu lượng đã được xác định.

Hình 5.1 đưa ra một ví dụ minh họa:

Hình 5.1: Một ô với BTS đẳng hướng và 20 kênh thoại

BTS sử dụng anten vô hướng với 20 kênh, phục vụ cho một trục đường cao tốc và một siêu thị Số lượng kênh này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng bị chặn của BTS; nếu lưu lượng yêu cầu lớn hơn số kênh có sẵn, khả năng cuộc gọi bị chặn sẽ tăng lên Ngược lại, nếu lưu lượng yêu cầu thấp hơn, khả năng cuộc gọi bị chặn sẽ giảm.

Để giảm tỉ lệ bị chặn cuộc gọi hiện tại của BTS, cần cấu hình thêm các kênh cho hệ thống.

Chương này sẽ giới thiệu các nguyên tắc cơ bản trong việc tính toán lưu lượng cho hệ thống CDMA Trước tiên, chúng ta sẽ phân tích phương pháp tính toán lưu lượng cho hệ thống di động tổ ong, sau đó sẽ xem xét các tiêu chuẩn quan trọng cần lưu ý khi áp dụng cho hệ thống CDMA.

Các nội dung cơ bản

5.2.1 Độ lớn của lưu lượng

Đơn vị dùng để đo lưu lượng là Erlang, được định nghĩa là "số cuộc gọi đồng thời trung bình" Ví dụ, bảng 5.1 cung cấp thống kê về số lượng cuộc gọi trong 10 giây của một BTS.

Bảng 10.1: Thống kê các cuộc gọi từ 8:00 đến 8:10

Trong trường hợp này, độ lớn của lưu lượng (số cuộc gọi đồng thời trung bình) được tính như sau:

Erlang s s call s call s call s call 13 , 4

Tử số là tổng thời gian cuộc gọi trong thời gian khảo sát, ví dụ là 134 giây trong 10 giây khảo sát Do đó, Erlang được định nghĩa là tỷ số giữa tổng thời gian cuộc gọi và khoảng thời gian khảo sát.

Trong thực tế, hệ thống quản lý mạng thường giám sát lưu lượng trong khoảng thời gian 1 giờ Ví dụ, nếu tổng thời gian cuộc gọi của một BTS trong 1 giờ là 72.000 giây, thì lưu lượng của BTS đó được tính toán dựa trên con số này.

Trong phần 5.1, chúng ta đã thảo luận về khái niệm yêu cầu lưu lượng, tức là nhu cầu lưu lượng của người sử dụng trong BTS Thực tế, yêu cầu này không thể được đo đạc trực tiếp mà chỉ có thể dự đoán trước Chúng ta chỉ có khả năng đo tải thực tế của BTS Ví dụ, trong phần 5.2.1, trong khoảng thời gian từ 8h đến 9h, BTS ghi nhận được lưu lượng thực tế là

Trong khoảng thời gian 20 Erlang, BTS đã ghi nhận tải thực tế là 20 Erlang Lưu lượng yêu cầu trong thời gian này có thể được tính bằng công thức: tải thực tế = tải yêu cầu x (1 - tỉ lệ chặn cuộc gọi) hoặc tải yêu cầu = tải thực tế / (1 - tỉ lệ chặn cuộc gọi).

Tải yêu cầu là tổng lưu lượng mà tất cả người dùng trong mạng yêu cầu, trong khi tải thực tế là tổng lưu lượng mà mạng thực sự xử lý Nói cách khác, tải thực tế được tính bằng cách trừ số bị chặn từ tải yêu cầu.

Cấp dịch vụ

Tỉ lệ chặn và khả năng chặn là hai khái niệm quan trọng trong hệ thống BTS Tỉ lệ chặn được định nghĩa là số lượng đo được cho một BTS cụ thể, trong khi khả năng chặn là khả năng mà cuộc gọi có thể bị chặn do thiếu kênh rỗi Khả năng chặn phụ thuộc vào tải thực tế và số kênh có sẵn của BTS, và có thể được tính toán thông qua các mô hình toán học Như đã đề cập trong phần 5.1, khi tải thực tế tăng với số lượng kênh cố định, khả năng chặn cũng sẽ tăng theo Thuật ngữ khả năng chặn thường được sử dụng thay thế cho cấp độ dịch vụ.

Khả năng chặn là một chỉ số quan trọng để đánh giá tải yêu cầu trong giờ cao điểm Đối với BTS, giờ cao điểm được xác định là khoảng thời gian có tải thực tế cao nhất Hình 5.2 minh họa ví dụ về tải thực tế theo thời gian của BTS.

Trong hình vẽ, tải thực tế vào Thứ Ba cao hơn so với Thứ Hai Để đảm bảo tỉ lệ chặn thực tế được duy trì trong cả giờ cao điểm và giờ thấp điểm, số lượng kênh của BTS được tính toán dựa trên nhu cầu trong giờ cao điểm.

Mô hình Erlang-B và Erlang-C là hai công cụ toán học phổ biến trong việc phân tích khả năng chặn dịch vụ (GoS), tải yêu cầu và số lượng kênh Sự khác biệt giữa hai mô hình này nằm ở những giả thiết cơ bản mà chúng dựa vào Bài viết này sẽ khám phá chi tiết cả hai mô hình Erlang-B và Erlang-C.

Hình 5.2: Phân bố tải thực tế theo thời gian của một BTS

Mô hình Erlang B giả định rằng các cuộc gọi bị chặn sẽ bị xóa và người dùng sẽ gọi lại sau, không thực hiện lại ngay lập tức nếu cuộc gọi bị chặn.

Theo mô hình Erlang-B, khả năng chặn , hay cấp dịch vụ (GoS) được P cho như sau:

Trong Hình 5.3, mối quan hệ giữa tải yêu cầu (C) và số kênh được thể hiện rõ ràng, với các hệ số khả năng chặn khác nhau.

Theo hình vẽ, khi giá trị khả năng chặn được xác định, số lượng kênh lớn hơn sẽ giúp BTS xử lý lưu lượng thực tế hiệu quả hơn.

Hình 5.3: Mô hình Erlang-B Một số giả thiết quan trọng được sử dụng trong biểu thức (5.3):

- Tải yêu cầu được cho trước

Cuộc gọi đến tuân theo phân bố Poisson, với thời gian giữa các cuộc gọi được phân bố theo hàm mũ Điều này chỉ áp dụng khi giả định rằng người sử dụng không gọi lại ngay lập tức nếu bị chặn.

- Thời gian cuộc gọi được phân bố theo hàm mũ.

Dựa vào hai giả thiết cuối cùng, tải thực tế có thể được viết như sau: ρ = / λ à (5.4)

Tỉ lệ cuộc gọi đến được mô tả bằng phân bố Poisson, với λ thể hiện số cuộc gọi mỗi giây Thời gian giữa các cuộc gọi tuân theo phân bố hàm mũ, có đơn vị là giây cho mỗi cuộc gọi.

Trong ví dụ 5.1, một sector của BTS ghi nhận tải thực tế với lưu lượng đạt 10 Erlang trong khoảng thời gian từ 5h đến 6h, được coi là thời gian bận Tại thời điểm này, tỉ số chặn cuộc gọi là 9% Để đạt được tỉ lệ chặn cuộc gọi mong muốn là 1%, cần xác định số lượng kênh cần thiết cho BTS theo mô hình Erlang-B.

Ta có thể tính tải yêu cầu như sau: tải yêu cầu = tải thực tế/(1 tỉ lệ chặn)-

Tra bảng Erlang B ta tìm được số kênh cần là 19 kênh

Trong mô hình Erlang-C, khi một cuộc gọi bị chặn, người dùng sẽ tiếp tục thực hiện cuộc gọi cho đến khi thành công Khả năng chặn (hay GoS) trong mô hình này phản ánh khả năng cuộc gọi bị trễ, với tham số khả năng trễ P được tính toán theo một công thức cụ thể.

Trong đó, C đại diện cho số kênh và là tải yêu cầu Hình 5.4 minh họa mối quan hệ giữa tải yêu cầu và số kênh tương ứng với các hệ số khả năng chặn khác nhau.

Mô hình Erlang-C yêu cầu nhiều kênh hơn mô hình Erlang-B để đáp ứng các tham số tải và khả năng chặn đã được xác định trước.

Ví dụ 5.2: BTS trong ví dụ ở phần trên cần bao nhiêu kênh để có thể đáp ứng hệ số chặn là 1% (sử dụng mô hình Erlang-C)?

Với tải yêu cầu vẫn là 10,99 Erlang, bằng cách tra bảng Erlang-C ta tìm ra được số kênh cần thiết của BTS là 20 kênh.

Áp dụng tính toán lưu lượng cho mạng CDMA

Trong các kỹ thuật AMPS và TDMA, các BTS sẽ thực hiện "chặn cứng" khi không còn kênh để cung cấp cuộc gọi Ngược lại, hệ thống CDMA có một loại chặn khác gọi là "chặn mềm" Khi số lượng người sử dụng tăng, mức nhiễu cũng tăng, ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ Tất cả người dùng chia sẻ băng tần RF, dẫn đến tăng tỉ lệ lỗi khung FER và tỉ lệ rớt cuộc gọi Do đó, hệ thống CDMA có hai kiểu chặn cuộc gọi: chặn cứng và chặn mềm.

Một BTS có thể sở hữu nhiều kênh rỗi, nhưng khi có quá nhiều người sử dụng, mức nhiễu sẽ gia tăng đáng kể Nếu thêm một người dùng nữa vào BTS, mức nhiễu sẽ vượt quá giới hạn thiết kế, dẫn đến việc người dùng này bị từ chối hoặc chặn cuộc gọi.

Trong một hệ thống BTS, nếu có người thực hiện cuộc gọi nhưng không còn kênh nào rỗi, cuộc gọi sẽ bị từ chối, hiện tượng này được gọi là "chặn cứng" (hard-blocking).

Chúng ta sẽ xem xét chi tiết hơn hai kiểu chặn này trong các phần dưới đây

Điều kiện xảy ra hiện tượng "chặn mềm" trên đường lên thường được xem là do giới hạn dung lượng của BTS Chúng ta giả định rằng BTS có đủ số kênh để đáp ứng nhu cầu người dùng, điều này đồng nghĩa với việc không xem xét hiện tượng "chặn cứng" trong BTS.

Chúng ta sẽ đi từ trường hợp đơn giản đến trường hợp phức tạp của

Trong trường hợp đơn giản, ta có 3 giả thiết sau:

- Trong BTS có số người sử dụng cố định là M

- Có sự điều khiển công suất hoàn hảo

- Mỗi người sử dụng yêu cầu một giá trị Eb/I 0 như nhau

Cuộc gọi bị "chặn mềm" xảy ra khi tổng mức nhiễu vượt quá mức nhiễu nền đã được xác định trước là 1/r Tổng mức nhiễu bao gồm nhiễu từ cùng một BTS, nhiễu từ các BTS khác và nhiễu nhiệt.

Công thức trên có thể viết lại như sau:

I tổng = M(EbR) + ηM(EbR) + N (5.7) Trong đó:

- M là sô người sử dụng trong cùng một BTS

- E b là năng lượng một bit của tín hiệu

- R là tốc độ băng cơ sở

- N là công suất nhiễu nhiệt

Hệ số tải η được định nghĩa trong công thức (3.24) là tỷ lệ giữa nhiễu do người sử dụng tại các BTS khác gây ra và nhiễu do người sử dụng tại BTS đang xem xét.

Biểu thức (5.7) có thể viết thành:

I tổng = MEbR(1 + ) + N (5.8)η Vậy điều kiện để không xảy ra “chặn mềm” là:

Biểu thức (5.10) mô tả “dung lượng mềm” M như là một hàm của mức nhiễu lớn nhất cho phép

Trong thực tế, không một điều kiện nào trong ba điều kiện trên được thỏa mãn, bởi vì:

- Số cuộc gọi không cố định là M mà nó tuân theo phân bố Poisson với trung bỡnh λ à/

- Vì đặc điểm của cuộc thoại, mỗi người sử dụng thời gian thoại chỉ chiếm một xác suất là ν

- Mỗi người sử dụng cần Eb/I0 khác nhau để đạt được tỉ lệ FER mong muốn

Chúng ta áp dụng ba điều kiện trên để phát triển một biểu thức chính xác hơn cho mô hình “chặn mềm”, từ đó, biểu thức (5.9) có thể được diễn đạt lại như sau:

- m là số người sử dụng trong mỗi sector, và giả sử là như nhau cho mọi sector

- πij là tham số ảnh hưởng của thiết bị đầu cuối i trong sector j

- π i là tham số ảnh hưởng của thiết bị đầu cuối i trong cùng sector với thuê bao đang xét

Eb, ij là năng lượng của một bit từ thiết bị đầu cuối i trong sector j Thành phần đầu tiên trong vế phải thể hiện mức độ nhiễu từ các thiết bị đầu cuối trong cùng một BTS, trong khi thành phần thứ hai phản ánh mức nhiễu từ các thiết bị đầu cuối tại các BTS khác, bao gồm tất cả K sector trong hệ thống.

Chú ý rằng m là phân bố Poisson với giá trị trung bình là λ, và π là giá trị của biến nhị phân ngẫu nhiên dao động giữa 0 và 1 Giá trị của π là 1 trong khoảng xác suất, và 0 trong khoảng xác suất (1 ν - ν) Giá trị Eb/I0 của mỗi thiết bị đầu cuối phụ thuộc vào điều khiển công suất đường lên và nhận giá trị ngẫu nhiên Do m, π, và Eb/I0 đều là các giá trị ngẫu nhiên, nên vế phải của biểu thức, ký hiệu là Z, cũng nhận các giá trị ngẫu nhiên Z được viết lại như sau:

Và xác suất “chặn mềm” có thể được viết lại như sau:

Biểu thức P(chặn mềm) = P[Z > (W/R)(1 - r)] (5.14) rất khó để tính toán chính xác Tuy nhiên, dưới các giả thiết đã nêu, biểu thức (5.13) có thể được tính xấp xỉ dưới dạng (λ à/ ) Giá trị λ à có thể được tính xấp xỉ theo cách sau:

(5.15) Trong đó: ν là hệ số tích cực thoại

Với: α= exp(β 2 σ 2 /2) β = 0,2303 σ là độ lệch chuẩn của điều khiển công suất và

Hình 5.5 thể hiện mối quan hệ giữa tỉ số khả năng chống nhiễu lớn nhất (1/r) và dung lượng mềm Đường cong được xây dựng dựa trên các giá trị đã được sử dụng trong quá trình tính toán.

- Xác suất chặn mềm là 0,01

Hình 5.5: Dung lượng mềm hệ thống CDMA

Hệ thống CDMA được đánh giá với dung lượng mềm, trong đó RS1 đạt 9,6 Kbps Tỉ số tổng nhiễu cộng công suất tạp âm nhiệt so với công suất tạp âm nhiệt là 1/r = 0,1 Đặc biệt, sự lệch chuẩn của điều khiển công suất đường lên là 2,5 dB.

Tỉ số mức nhiễu từ các thiết bị đầu cuối trong ô khác với mức nhiễu từ các thiết bị đầu cuối trong ô đang xét là 0,55 GoS là 1%

Giả sử Eb/I0là 7 dB và hệ số tích cực thoại là 0,4

- W/R = 1,25 x 10 6 / 9,6 x 10 3 = 130,21 là độ lợi xử lý

- σ= 2,5 dB hoặc 1,778 là độ lệch chuẩn của điều khiển công suất

Chúng ta cần phải tính Q -1 (chặn) hoặc Q -1 (0,01), bằng cách tra bảng hàm

Bõy giờ chỳng ta cú thể tớnh (λ à/ ) như sau:

Trong hệ thống CDMA, hiện tượng "chặn cứng" xảy ra khi tỉ số giữa tổng mức nhiễu và tạp âm nền rất nhỏ, dẫn đến việc xác suất "nhiễu mềm" có thể bị bỏ qua Hệ thống này được minh họa với ba BTS, như thể hiện trong hình 5.6.

Hình 5.6: Ba ô có vùng phủ sóng chồng lấn lên nhau

Khi các vùng phủ sóng của các BTS chồng lấn lên nhau, sẽ xảy ra hiện tượng chuyển giao 2 bên và chuyển giao 3 bên Đặt x1 là tỷ lệ phần trăm thời gian thiết bị đầu cuối không ở trạng thái chuyển giao, x2 là tỷ lệ phần trăm thời gian ở trạng thái chuyển giao 2 bên, và x3 là tỷ lệ phần trăm thời gian ở trạng thái chuyển giao 3 bên, với mối quan hệ x1 + x2 + x3 = 100% Từ đó, ta suy ra x1 = 1 - x2 - x3 Trong hệ thống CDMA, có hai loại tải: “tải biểu kiến” là tổng số tải cho người sử dụng, còn “tải thực” là tổng số tải mà BTS phải xử lý Sự khác biệt giữa hai loại tải này xuất phát từ quá trình chuyển giao mềm Trong chuyển giao mềm 2 bên, thiết bị đầu cuối sử dụng hai kênh từ hai BTS khác nhau cùng một lúc, trong khi chuyển giao mềm 3 bên sử dụng ba kênh từ ba BTS khác nhau Hệ số tải được định nghĩa là tỷ số giữa “tải thực” và “tải biểu kiến”, được tính bằng công thức: hệ số tải = tải thực / tải biểu kiến.

= (1 2 - x3 + 2x2 + 3x3) /1 = 1 + x2 + 2x3 (5.16) Và: tải thực = (hệ số tải) x (tải biểu kiến)

Vì vậy, tải thực của hệ thống được sử dụng để cung cấp số kênh thực tế cho hệ thống CDMA

Theo nghiên cứu thực tế, tải yêu cầu cho một trạm phát sóng (BTS) mới là 11 Erlang Tỷ lệ thời gian thiết bị đầu cuối ở trạng thái chuyển giao 2 bên là 30% và chuyển giao 3 bên là 5% Để đạt được xác suất "chặn cứng" mong muốn là 1%, cần tính toán số lượng kênh lưu lượng cần thiết cho BTS đó bằng cách sử dụng mô hình Erlang-C.

Hệ số tải được tính như sau:

-Tra bảng Erlang C với xác suất chặn cứng là 1% và độ lớn lưu lượng là 15,4 Erlang ta được số lượng kênh lưu lượng cần cho BTS mới là 26 kênh

CHƯƠNG 6: QUY HOẠCH VÀ TRIỂN KHAI MẠNG

Giới thiệu

Quá trình quy hoạch và triển khai mạng CDMA2000 tương tự như mạng cdmaOne; do đó, trong chương này, chúng ta sẽ chỉ tập trung vào các vấn đề đặc thù liên quan đến mạng CDMA2000.

Quy hoạch và triển khai mạng CDMA2000 phụ thuộc vào nhiều yếu tố quan trọng Trong quá trình này, không chỉ cần xem xét việc tích hợp các dịch vụ số liệu gói vào mạng vô tuyến, mà còn phải đánh giá các phương án triển khai 1x và hướng tới 3x.

Bước đầu tiên trong quy hoạch mạng là xác định tải lưu lượng cho chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói Để thực hiện điều này, cần phân tích mật độ dân cư tiềm năng, tỷ lệ thâm nhập và diện tích vùng phủ của thị trường dự kiến Số lượng người sử dụng mạng được tính bằng cách nhân dân số với tỷ lệ thâm nhập.

Mật độ dân cư có tiềm năng là chỉ số quan trọng để đánh giá số lượng người có thể sử dụng dịch vụ trong một khu vực nhất định Cần lưu ý rằng, trong cùng một vùng địa lý, mật độ dân cư có thể khác nhau Ví dụ, một khu vực có thể có mật độ 100.000 người đi bộ trên mỗi km², trong khi mật độ xe cộ lại chỉ đạt 3.000 xe trên mỗi km².

Tỷ lệ thâm nhập là chỉ số phản ánh phần trăm người dân trong một khu vực sử dụng dịch vụ cụ thể Ví dụ, trong số 100.000 người, nếu chỉ có 5% có nhu cầu sử dụng dịch vụ, thì số lượng người sử dụng sẽ là 5.000 Mỗi dịch vụ sẽ có tỷ lệ thuê bao khác nhau, và trong một số trường hợp, tổng tỷ lệ thâm nhập có thể vượt quá 100%.

Diện tích vùng phủ của một ô (hay sector) được xác định theo bán kính để đảm bảo quỹ đường truyền, nhưng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như sự thay đổi tải của mạng, dẫn đến sự co giãn của ô Do đó, trong giai đoạn quy hoạch tiếp theo, diện tích vùng phủ sóng cần được xác định dựa trên mô phỏng máy tính Đối với mạng CDMA2000, việc cải tiến các sơ đồ điều chế và bộ mã hóa thoại đã giúp tăng dung lượng thoại từ 1,5 đến 2 lần Tuy nhiên, mục tiêu chính của CDMA2000 không phải là tăng dung lượng thoại, mà là tích hợp số liệu chuyển mạch gói.

CDMA2000 3x có thể được triển khai chồng lấn lên CDMA2000 1x

Hệ thống này được tiêu chuẩn hóa để có thể chồng lấn lên các hệ thống IS-95, cho phép đạt được sự chồng lấn hiệu quả Đường xuống sử dụng 3x phân chia dữ liệu vào ba sóng mang, mỗi sóng mang trải phổ với tốc độ 1,2288 Mcps, tạo thành hệ thống đa sóng mang Trong khi đó, đường lên 3x sử dụng ba sóng mang 1x và kết hợp chúng thành một sóng mang với tốc độ 3,6864 Mcps.

Phân tích dung lượng ô và tính toán quỹ đường truyền

Dung lượng của CDMA2000 được xác định thông qua một số thông số số Các thông số để xác định tải lượng tại một BTS tương tự như ở cdmaOne, nhưng CDMA2000 bổ sung thêm thông tin gói và mã Walsh 128/256.

M y t c x ột ếu ố ần ét khi tính toán ư ượng cho trạm là t â l u l ạp m hệ thống

T t ồn ại quan hệ đơn giản giữa ạp m hệ thống t â và dung lượng m ột BTS

Thông thường ải ủa m t c ột BTS vào khoảng 40% đến 50% tải dung lượng ực c và c ực đại là 75%. c c à s s d c i lý

Dung lượng tối đa của CDMA cho phép nhiều người sử dụng đồng thời trên một sóng mang Tuy nhiên, tại điểm cực hạn, hệ thống có thể gặp tình trạng không ổn định và cần hoạt động ở chế độ thấp hơn dung lượng tối đa Thông thường, một ô được quy hoạch sử dụng chỉ khoảng 50% dung lượng.

Khác ới ệ thống cdmaOne chỉ giới hạn dung lượng ực đại của BTS c b côởi ng suất, hệ thống CDMA2000 còn b ị giới ạn ởi h b mã Walsh

S ố người ử ụng ực đại s d c một kênh CDMA2000 được tính theo công thức sau:

G p : là l x lý độ ợi ử ν : là h s tệ ố ích ực thoại thường c được ch bọn ằng 0,479 cho thoại và bằng 1 cho số liệu t

Việc tính toán quỹ đường truyền cho CDMA2000 tương tự như cdmaOne, với việc sử dụng mã hóa thoại tiên tiến và giải điều chế nhất quán, đảm bảo quỹ đường truyền ổn định hơn CDMA2000 cung cấp tổng lưu lượng cao hơn khi tải lưu lượng tương đương Mặc dù quy hoạch mạng thường sử dụng số liệu tương tự như cdmaOne, nhưng CDMA2000 1x có quỹ đường truyền gần tương đương với mã hóa thoại 13 Kbps của cdmaOne ở tốc độ 38,2 Kbps Tuy nhiên, ở các tốc độ bit cao hơn, vùng phủ sóng có thể bị co lại do nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm tốc độ xử lý và phân bổ công suất.

Xây dựng mạng CDMA2000 1x tại Công ty Thông tin Viễn thông Điện lực –

6.3.1 Chu trình xây dựng một mạng CDMA2000 1x

Hình 6.1 biểu diễn một chu trình xây dựng mạng CDMA2000 1x

Khi tiến hành xây dựng một mạng CDMA2000 1x từ đầu, ta sẽ bắt đầu từ bước “Phân tích lưu lượng và vùng phủ sóng”

Khi mạng CDMA2000 1x đã hoạt động, nhà cung cấp cần phát triển mạng để đáp ứng nhu cầu thị trường Theo chu trình xây dựng, nhà cung cấp có thể khởi đầu từ bất kỳ giai đoạn nào để tiến hành nghiên cứu và phát triển mạng.

Trong phân tích lưu lượng và vùng phủ sóng, nhà cung cấp sẽ tiến hành nghiên cứu các yếu tố quan trọng bao gồm vị trí địa lý, địa hình, điều kiện xã hội, dân số và mật độ dân cư để có thể đánh giá và xác định phạm vi phủ sóng hiệu quả nhất.

Phân tích lưu lượng và vùng phủ sóng

Lên kế hoạch cho các BTS

Khảo s át ực tế th

Thiết k h ế ệ thống Triển khai mạng

V hận ành và bảo dưỡng ạng m

Xây dựng mạng lưới đánh giá mức độ dịch vụ hiện tại và dự báo tốc độ phát triển của khu vực dự kiến triển khai dịch vụ Dựa trên những thông tin này, cần đưa ra dự đoán về nhu cầu loại hình dịch vụ, lưu lượng truy cập và vùng phủ sóng.

Lên kế hoạch cho các BTS là bước quan trọng để xác định số lượng trạm phát sóng cần xây dựng, nhằm đáp ứng nhu cầu về lưu lượng và vùng phủ sóng Việc này giúp tối ưu hóa hiệu suất mạng và đảm bảo chất lượng dịch vụ cho người dùng.

Nhà cung cấp dịch vụ thực hiện khảo sát thực tế tại các vị trí lắp đặt BTS để đánh giá khả năng lắp đặt và điều kiện môi trường Việc này nhằm đảm bảo rằng các vị trí dự kiến có thể đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và an toàn cho việc lắp đặt các trạm phát sóng.

Thiết kế hệ thống viễn thông dựa trên dữ liệu thực tế về nhu cầu và tốc độ tăng trưởng Các vị trí của trạm phát sóng (BTS) đã được khảo sát kỹ lưỡng, cùng với điều kiện môi trường xung quanh Nhà cung cấp sẽ tiến hành tính toán và thiết kế hệ thống, xác định cấu hình yêu cầu cho các BTS, cũng như quyết định xem cần nâng cấp hay bổ sung thêm các trạm phát sóng mới.

Triển khai mạng là quá trình quan trọng, trong đó nhà cung cấp dịch vụ sẽ xác định yêu cầu hệ thống, tìm kiếm đối tác cung cấp thiết bị và xây dựng mạng lưới Sau đó, họ tiến hành triển khai và kiểm tra dịch vụ để đảm bảo chất lượng phục vụ khách hàng.

Vận hành và bảo dưỡng mạng là công việc thiết yếu, cần được thực hiện liên tục để đảm bảo cung cấp dịch vụ chất lượng tốt nhất cho khách hàng.

6.3.2 Các bước thiết kế mạng

Sơ đồ thiết kế mạng:

Bước 1: Khảo sát trước thiết kế mạng

- Khảo sát vùng địa lý, địa hình, dân số, mật độ dân số, mức sống của người dân vùng dự định triển khai mạng

- Ước tính số lượng BTS và vị trí đặt BTS

Bước 2: Khảo sát vị trí lắp đặt BTS

- Khảo sát cụ thể vị trí lắp đặt BTS

- Chuẩn bị cơ sở hạ tầng

Nếu không tìm được địa điểm phù hợp cho việc lắp đặt BTS trong quá trình khảo sát, cần quay lại Bước 1 để ước tính lại số lượng BTS theo các vị trí mới.

- Dùng phần mềm mô phỏng mạng

- Thiết kế vùng phủ sóng

Nếu mạng mô phỏng không đáp ứng tiêu chuẩn về vùng phủ sóng và chất lượng, cần tiến hành khảo sát lại các vị trí và độ cao của BTS, sau đó quay lại Bước 2.

- Lắp đặt mạng lõi, kết nối mạng lõi với các mạng khác

- Triển khai, lắp đặt các BTS

Khi lắp đặt thiết bị BTS, nếu cần dịch chuyển vị trí của một hoặc nhiều BTS, cần phải mô phỏng lại mạng và xem xét lại vùng phủ sóng, quay lại bước 3 trong quy trình.

- Đo vùng phủ sóng khi hệ thống không tải

- Tăng dần tải để đo chất lượng mạng

- Dùng phần mềm để tính toán, tối ưu hóa mạng

- Điều chỉnh các hệ số, góc ngẩng anten để đạt được vùng phủ sóng và chất lượng mạng tối ưu

Nếu mạng tối ưu không đảm bảo vùng phủ sóng và chất lượng dịch vụ, cần quay lại Bước 3 để thực hiện tính toán lại Việc bổ sung thêm trạm phát sóng BTS ở một số khu vực có thể cần thiết để cải thiện vùng phủ sóng.

Bước 6: Vận hành và Bảo dưỡng

6.3.3 Xây dựng mạng tại khu vực Hà Nội

Các bảng số liệu sau có nguồn từ Tổng cục thống kê Việt Nam

Bảng 6.1: Thông tin về Thành phố Hà Nội

Bảng 6.2: Đơn vị hành chính

Số đơn vị hành chính có đến 01/4/2004 phân theo địa phương

Quận Thị xã Huyện Phường Thị trấn Xã

STT Quận/Huyện Diện tích (km 2 ) Dân số Mật độ dân số

Bảng 6.3: Dân số tại một số tỉnh, thành phố

Dân số trung bình phân theo địa phương

Hà Nội 2431.0 2492.9 2556.0 2621.5 2685.0 2739.2 2841.7 2931.4 3007.0 Đà Nẵng 637.3 649.3 661.8 674.4 687.3 703.5 715.0 724.0 747.1 T.P Hồ Chí Minh 4640.4 4747.9 4852.3 4957.3 5073.1 5226.1 5378.1 5479.0 5554.8

Bảng 6.4: Tổng số máy điện thoại

Số máy điện thoại có đến 31/12 hàng năm phân theo địa phương

Hà Nội 138051 214276 280536 336445 351188 471846 604108 751520 Đà Nẵng 17000 25000 31608 39224 44771 61429 86427 108402 T.P Hồ Chí Minh 175106 268856 358856 450376 546666 699760 845523 1058233

Bảng 6.5: Tham số thiết kế mạng CDMA2000 1x

Từ các tham số có được trong các bảng số liệu trên ta sẽ xây dựng được một mạng CDMA2000 1x như bảng 6.6

Sơ đồ vùng phủ sóng của mạng CDMA2000 1x tại Hà nội