Bài tập lớn hệ thống viễn thông Nhiễu đồng kênh trong hệ thống mạng tế bào

Hiện nay, tại Việt Nam, thời kì hoàng kim của mạng 2G3G đã qua, các hệ thống viễn thông đang chuyển sang sử dụng mạng 4G và tương lai là mạng 5G. Nhưng dù mạng 3G, 4G hay 5G thì tài nguyên tần số là có hạn. Tại một tần số được cấp phát, tại một thời điểm, nhà mạng chỉ có thể phục vụ được một số lượng thuê bao thoại hoặc dữ liệu nhất định. Tuy nhiên, số lượng thuê sử dụng luôn lớn hơn khả năng phục vụ, vậy làm sao để nhà mạng có thể cung cấp dịch vụ cho nhiều thuê bao cùng lúc ? Đặc biệt, nền công nghệ IoT đang trên đà phát triển mạnh mẽ, số lượng thuê bao sẽ ngày càng tăng lên khi đối tượng cần phục vụ không chỉ có con người mà còn cả các thiết bị IoT. Một trong những giải pháp được các nhà mạng triển khai rộng rãi nhất là tái sử dụng tần số. Trong đó, các kênh vô tuyến tại cùng một tần số được phủ sóng trên nhiều khu vực địa lý khác nhau. Mỗi vùng địa lý được phủ sóng được gọi là một tế bào. Giữa các tế bào đồng kênh sẽ xảy ra hiện tượng nhiễu giao thoa đồng kênh hay gọi tắt là nhiễu đồng kênh. Nhiễu đồng kênh ảnh hưởng như thế nào đến hệ thống thông tin di động tế bào? Trong nội dung bài tập lớn môn Hệ thống viễn thông, chúng em nghiên cứu nhiễu đồng kênh là gì, làm sao để tính toán các tham số đặc trưng của nhiễu đồng kênh và giải pháp hạn chế tối đa nhiễu đồng kênh lên hệ thống thông tinh di động tế bào. 1. Tổng quan về hệ thống thông tin mạng tế bào (cellular communication network) 1.1. Tái sử dụng tần số điểm cốt lõi tạo nên hệ thống thông tin mạng tế bào 1.1.1. Khái niệm tái sử dụng tần số Một kênh vô tuyến bao gồm một cặp tần số, mỗi tần số cho một chiều truyền được sử dụng cho quá trình song công (uplink và downlink). Xét một kênh vô tuyến, gọi là F1, được dùng trong một vùng địa lý được gọi là một tế bào, gọi là C1, với bán kính bao phủ R (như hình 1.11). Do công suất tín hiệu bị suy hao theo khoảng cách, nên chính kênh vô tuyến F1 đó có thể được dùng trong một tế bào khác với cùng bán kính bao phủ R cách đó một khoảng cách D. Hình 1.11 2 tế bào sử dụng cùng một kênh truyền F Tái sử dụng tần số là khái niệm cốt lõi của hệ thống vô tuyến di động mạng tế bào. Trong hệ thống tái sử dụng tần số, những người dùng tại các vùng địa lý khác nhau (các tế bào khác nhau) có thể đồng thời sử dụng cùng một kênh tần số. Hệ thống tái sử dụng tần số có thể làm tăng mạnh hiệu suất phổ, nhưng nếu hệ thống không được thiết kế một cách chính xác, rất có thể xuất hiện nhiễu. Nhiễu do việc sử dụng chung một kênh được gọi là nhiễu đồng kênh và là vấn đề đáng quan tâm nhất khi nghiên cứu khái niệm tái sử dụng tần số. 1.1.2. Lược đồ tái sử dụng tần số Khái niệm tái sử dụng tần số có thể được dùng trong miền thời gian và miền không gian. Tái sử dụng trong miền thời gian là kết quả của việc chiếm giữ cùng một tần số trong những khe thời gian khác nhau. Nó được gọi là ghép kênh theo thời gian (timedivision multiplexing TDM). Ở đây, ta tập trung nghiên cứu vấn đề tái sử dụng tần số theo không gian. Tái sử dụng tần số trong miền không gian có thể chia thành hai loại: 1. Cùng một tần số được đăng ký ở hai khu vực địa lý khác nhau, giống như đài phát thanh AM và FM sử dụng cùng một tần số ở các thành phố khác nhau. 2. Trong một khu vực nhỏ, một dải tần số được chia thành K băng tần cho K cell ( như hình minh họa 1.12 với K = 4, 7, 12, 19). Khối K cell này được lặp lại liên tục tạo nên một vùng bao phủ rộng lớn (K thỏa mãn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Hà Nội, tháng 5/2017

MỤC LỤC

DANH MỤCHÌNHẢNH 4

LỜIMỞ ĐẦU 5

1 Tổng quan về hệ thống thông tin mạng tế bào (cellularcommunicationnetwork) 6

1.1 Tái sử dụng tần số - điểm cốt lõi tạo nên hệ thống thông tin mạngtếbào 6

1.1.1 Khái niệm tái sử dụngtầnsố 6

1.1.2 Lược đồ tái sử dụngtầnsố 6

1.1.3 Khoảng cách tái sử dụngtầnsố 8

1.2 Các hệ thống sử dụng phương pháp tái sử dụngtầnsố 9

2 Nhiễu đồng kênh trong hệ thống thông tin mạngtếbào 10

2.1 Địnhnghĩa 10

2.2 Tính toán trên lí thuyết và đo đạc nhiễu đồng kênh trênthựctế 10

2.2.1 Tính toán trênlíthuyết 10

2.2.2 Phương pháp đo đạc nhiễu đồng kênh trênthựctế 12

2.3 Ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh lênhệthống 14

2.3.1 Ảnh hưởng tới tỉ số sóng mang trên nhiễu đồngkênhC/I 14

2.3.2 Ảnh hưởng tới xác suất mất kết nối(outageprobability) 16

2.4 Biện phápkhắcphục 19

2.4.1 Sử dụng antenđịnhhướng 19

2.4.2 Hạ thấp chiềucaoanten 23

2.4.3 Điều chỉnh góc nghiêng (góc tilt)củaanten 25

2.4.4 Điều chỉnh công suấtthíchhợp 29

KẾTLUẬN 31

TÀI LIỆUTHAMKHẢO 32

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1-1 2 tế bào sử dụng cùng một kênhtruyềnF 6

Hình 1.1-2 Lược đồ tái sử dụngtầnsố 8

Hình 1.2-1 FDMA, TDMAvàCDMA 9

Hình 2.2-1 Mạng thông tin tế bào với K=7 11

Hình 2.2-2 Phương pháp đo đạc nhiễuđồngkênh 13

Hình 2.3-1 Nhiễu đồng kênh trong trường hợpxấunhất 15

Hình 2.3-2 Mô hình mạng tế bào với K =6cell 17

Hình 2.3-3 Đồ thị sự phụ thuộc của xác suất mất kết nối với tỉ số sóng mang trên nhiễuđồng kênh Λ với ngưỡng Λth=10dB 19

Hình 2.4-1 Giảm thiểu nhiễu đồng kênh bằng antenđịnhhướng 20

Hình 2.4-2 Ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh lên thiết bị di động khi sử dụng anten địnhhướng120độ 21

Hình 2.4-3 Ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh lên thiết bị di động khi sử dụng anten địnhhướng60độ 22

Hình 2.4-4 Anten trênđồicao 23

Hình 2.4-5 Anten nằm dướithunglũng 24

Hình 2.4-6 Hệ thống mạng tế bào với K =7cell 26

Hình 2.4-7 Đặc tuyến phương hướng biên độ của anten 120º trong mặt phẳng vuông gócvớimặtđất 27

Hình 2.4-8 Sự thay đổi đặc tuyến phương hướng biên độ của anten trong mặt phẳng songsong với mặt đất khi hạ thấp góc nghiêng anten mộtgócθ 28

Hình 2.4-9 Góc cần thiết phảigiảmgain 28

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, tại Việt Nam, thời kì hoàng kim của mạng 2G/3G đã qua, các hệ thốngviễn thông đang chuyển sang sử dụng mạng 4G và tương lai là mạng 5G Nhưng dù mạng3G, 4G hay 5G thì tài nguyên tần số là có hạn Tại một tần số được cấp phát, tại một thờiđiểm, nhà mạng chỉ có thể phục vụ được một số lượng thuê bao thoại hoặc dữ liệu nhấtđịnh.Tuynhiên,sốlượngthuêsửdụngluônlớnhơnkhảnăngphụcvụ,vậylàmsaođểnhà mạng có thểcung cấp dịch vụ cho nhiều thuê bao cùng lúc ? Đặc biệt, nền công nghệ IoT đang trên đà pháttriển mạnh mẽ, số lượng thuê bao sẽ ngày càng tăng lên khi đối tượngcầnphụcvụkhôngchỉcóconngườimàcòncảcácthiếtbịIoT.Mộttrongnhữnggiảipháp được các nhàmạng triển khai rộng rãi nhất là tái sử dụng tần số Trong đó, các kênh vô tuyến tại cùng mộttần số được phủ sóng trên nhiều khu vực địa lý khác nhau Mỗi vùng địa lý được phủ sóngđược gọi là một tế bào Giữa các tế bào đồng kênh sẽ xảy ra hiện tượng nhiễu giao thoa đồngkênh hay gọi tắt là nhiễu đồng kênh Nhiễu đồng kênh ảnh hưởng như thế nào đến hệ thốngthông tin di động tế bào? Trong nội dung bài tập lớn mônHệthốngviễnthông,chúngemnghiêncứunhiễuđồngkênhlàgì,làmsaođểtínhtoáncác

thamsốđặctrưngcủanhiễuđồngkênhvàgiảipháphạnchếtốiđanhiễuđồngkênhlênhệ thống thôngtinh di động tếbào

1 Tổng quan về hệ thống thông tin mạng tế bào (cellular communication network)

1.1 Tái sử dụng tần số - điểm cốt lõi tạo nên hệ thống thông tin mạng tế bào

1.1.1 Kháiniệm tái sử dụng tầnsố

Một kênh vô tuyến bao gồm một cặp tần số, mỗi tần số cho một chiều truyềnđượcsử dụng cho quá trình song công (uplink và downlink) Xét một kênh vô tuyến, gọi

làF 1 , đượcdùngtrongmộtvùngđịalýđượcgọilàmộttếbào,gọilàC 1 ,vớibánkínhbaophủR(như hình 1.1-1).Do công suất tín hiệu bị suy hao theo khoảng cách, nên chính kênh vô tuyến

F1 đó có thể được dùng trong một tế bào khác với cùng bán kính bao phủ R cách đó mộtkhoảng cáchD

Hình 1.1-1 2 tế bào sử dụng cùng một kênh truyền F

Tái sử dụng tần số là khái niệm cốt lõi của hệ thống vô tuyến di động mạng tế bào.Trong hệ thống tái sử dụng tần số, những người dùng tại các vùng địa lý khác nhau (các tếbào khác nhau) có thể đồng thời sử dụng cùng một kênh tần số Hệ thống tái sử dụng tần

số có thể làm tăng mạnh hiệu suất phổ, nhưng nếu hệ thống không được thiết kế một cáchchính xác, rất có thể xuất hiện nhiễu Nhiễu do việc sử dụng chung một kênh được gọi lànhiễuđồngkênhvàlàvấnđềđángquantâmnhấtkhinghiêncứukháiniệmtáisửdụngtần số

1.1.2 Lược đồ tái sử dụng tầnsố

Khái niệm tái sử dụng tần số có thể được dùng trong miền thời gian và miền khônggian.Táisửdụngtrongmiềnthờigianlàkếtquảcủaviệcchiếmgiữcùngmộttầnsốtrong những khe

thời gian khác nhau Nó được gọi làghép kênh theo thời

Hình 1.1-2 Lược đồ tái sử dụng tần số

1.1.3 Khoảng cách tái sử dụng tầnsố

Khoảng cách tối thiểu cho phép một tần số được tái sử dụng phụ thuộc vào nhiềuyếu tố, như số lượng tế bào cùng kênh lân cận tế bào trung tâm, kiểu ranh giới địa lí,chiềucao anten, và công suất phát tại mỗi trạmgốc

Khoảng cách tái sử dụng tần sốDcó thể được xác định theo công thức sau:

𝐷 = √3𝐾 𝑅

Trong đóKlà đồ hình tái sử dụng tần số trong hình 1.1-1, khi đó:

3.46𝑅 𝐾 =4

𝐷 ={4.6𝑅6𝑅 𝐾 =1 2𝐾 =7

7.55𝑅 𝐾 =1 9

Nếutấtcảcáctrạmgốctruyềncùngmộtcôngsuất,thìKtăngvàkhoảngcáchtáisử dụng tần số tăng Tăng khoảng cáchDsẽ làm giảm khả năng xuất hiện nhiễu đồngkênh.

Theo lý thuyết,Kcần phải lớn Tuy nhiên, tổng số kênh được cấp phát là cố định KhiKquá lớn, số lượng kênh được đăng ký cho mỗiKtế bào sẽ nhỏ, dẫn đến hiệu suất phục

vụ giảm

Yêu cầu đặt ra là phải tìm được sốKnhỏ nhất mà vẫn đảm bảo yêu cầu hiệu năng

của hệ thống Điều này liên quan đến việc tính toán nhiễu đồng kênh và lựa chọn khoảng

cách tái sử dụng tần sốDngắn nhất để giảm nhiễu đồng kênh Giá trị nhỏ nhất củaKlàK

= 3, tương ứng vớii= 1,j= 1 trong công thức𝐾 = 𝑖2+ 𝑖𝑗 + 𝑗2

1.2 Các hệ thống sử dụng phương pháp tái sử dụng tần số

Cáchệthốngsửdụngphươngphápghépkênhphânchiatheothờigian(TDMA)và ghép kênhphân chia theo tần số FDMA đều sử dụng phép tái sử dụng tần số Bởi tại mỗi thời điểm,mỗi người dùng được cấp một kênh tần số duy nhất, do vậy phải sử dụng phép tái sử dụngtần số mới đảm bảo yêu cầu về vùng phủ và lượng người dùng Dovậyhiện tượng nhiễuđồng kênh sẽ xảy ra ở các hệ thốngnày

Hình 1.2-1 FDMA, TDMA và CDMA

Vớicáchệthốngsửdụngphươngphápghépkênhphânchiatheomã(CDMA),trên toàn bộ hệthống sử dụng duy nhất một kênh tần số và cũng chia thành các tế bào Người dùng tại mỗi thờiđiểm có một mã khác nhau Do vậy, sẽ xảy ra hiện tượng nhiễu mã kênh (codechannelinterference).

2 Nhiễu đồng kênh trong hệ thống thông tin mạng tếbào

2.1 Định nghĩa

Việctáisửdụngtầnsốcóthểthựchiệnđượclànhờnguyênlícôngsuấtcủatínhiệu phát đi bị suyhao theo quãng đường truyền Tuy nhiên, khi thiết kế hệ thống, do khoảngcáchtáisửdụngtầnsốDkhôngđượcquálớn đểđảmbảohiệusuấtphụcvụ,dẫnđếncông suất tín hiệu

từ cell đồng kênh này tác động nên cell đồng kênh kia không bị suy hao hết.Chínhcáctínhiệutừcáccellđồngkênhkháctácđộngđếnmộtcellđồngkênhgọilànhiễu đồngkênh.2.2 Tính toán trên lí thuyết và đo đạc nhiễu đồng kênh trên thực tế

2.2.1 Tínhtoán trên líthuyết

XétmộthệthốngthôngtinmạngtếbàovớiKcellđồngkênh,bánkínhlàmviệccủa

mỗicelllàR,khoảngcáchgiữacáccelllàD.Giảsửcannhiễuđồngkênhlớnhơnrấtnhiều so với các loạinhiễu khác Khi đó, công suất nhiễu đồng kênh thu được từ một thiết bị di động tại trung tâm củacell đang kết nối là tổng tín hiệu đồng kênh từ K cell khác tác động đến Tỉ số tín hiệu trên nhiễuđồng kênh được tính theo côngthức:

Docôngsuấtsóngtruyềntrongkhônggianbịsuyhaotrênquãngđườngtruyềntheo hàm mũ có

độ dốc -γ (propagation path-loss slope), hay là công suất C và I tỉ lệ thuận với R-γvà D-γ Khi đótađược:

Gọi q = D/R là hệ số suy giảm nhiễu đồng kênh (cochannel interference reduction factor) Thay vào công thức trên ta được:

Trong các hệ thống thông tin di động, ta thường quy ước γ = 4

Hình 2.2-1 Mạng thông tin tế bào với K = 7

GiảsửhệthốngvớiK=6cellđượcsửdụngnhưhình2.2-1.Xéttrênquymôrộng, không chỉ có 6cell đồng kênh gần nhất (tầng thứ nhất) ảnh hưởng mà còn các cell đồng kênh ở các tầng tiếptheo xahơn.

Tỉ số C/I do tầng thứ nhất (1sttier) gây ra bằng:

Tỉ số C/I do tầng thứ nhất (1sttier) và tầng thứ 2 (2ndtier) gây ra bằng:

bỏ qua sự ảnh hưởng của các cell ở tầng xa hơn

2.2.2 Phương pháp đo đạc nhiễu đồng kênh trên thựctế

VớimộthệthốngmạngtếbàosửdụngKcell,dođồhìnhsửdụngcáccellluônđược giữ nên hiệntượng nhiễu đồng kênh tại mỗi cell sẽ gần tương tự nhau Do vậy, khi đo, ta chỉ cần chọn mộtkênh trên một cell làm đạidiện.

Giả sử hệ thống với K = 7 cell Thiết bị đo công suất sóng (field strength recorder)được đặt trên một phương tiện di chuyển trong phạm vi một cell Việc đo đạc được tiếnhành vào ban đêm khi mà lưu lượng cuộc gọi là tối thiểu, với phương pháp thực hiệnđược

mô tả như hình2.2-2

Hình 2.2-2 Phương pháp đo đạc nhiễu đồng kênh

Trong đó:

 Tần số f3(không sử dụng trong hệ thống đang xét) để đo nhiễunền

 Kênh có tần số f1sử dụng để đo tín hiệu thu được từ cell đang kếtnối

 Kênh có tần số f2sử dụng để đo nhiễu đồng đồng kênh từ các cell đồng kênhkháccan nhiễusang.

 Nếu cả C/I ≤ 12dB và C/N ≤ 12dB và C/I < C/N, hệ thống gặp vấn đề về vùngphủ

 Nếu cả C/I ≤ 12dB và C/N ≤ 12dB và C/I = C/N, hệ thống gặp cả 2 vấn đề về vùngphủ và nhiễu đồng kênh không đảm bảo yêu cầu đặtra

2.3 Ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh lên hệ thống

2.3.1 Ảnh hưởng tới tỉ số sóng mang trên nhiễu đồng kênhC/I

Xét một hệ thống thông tin mạng tế bào sử dụng anten đẳng hướng với với K = 7cell, D là khoảng cách giữa các cell, R là bán kính hoạt động của một cell Khi đó, hệ sốsuy giảm nhiễu đồng kênh q = D/R = √(3K) = 4.6

Thôngthường,cóthểtínhtoántỉsốC/Inhưởmục2.2.1.Tuynhiên,ởđây,taxéttới trường hợpxấu nhất gặp phải, đó là khi thiết bị di động hoạt động ở vùng biên của cell mànóđangkếtnối,tứclàtínhiệunhậnđượctừcellđangkếtnốilàyếunhất.Đồngthờikhiđó tín hiệu nhậnđược từ các cell đồng kênh khác can nhiễu mạnh nhất tới thiết bị di động Như trên hình vẽ,khoảng cách từ các cell đồng kềnh tới thiết bị di động lần lượt là D + R, D và D -R

Hình 2.3-1 Nhiễu đồng kênh trong trường hợp xấu nhất

Trong các hệ thống thông tin di động, suy hao trên đường truyền thường được tínhtheo hàm với độ dốc 40 dB/dec, tức là mỗi khi khoảng cách tăng gấp 10 lần thì công suấttín hiệu giảm 40 dB Như vậy, công suất tín hiệu sóng mang C nhận được tại thiết bị diđộng sẽ tỉ lệ thuận với R-4(R là khoảng cách hoạt động của cell), hay là:

=2(𝑞 − 1)−4+ 2𝑞−4+ 2(𝑞 + 1)−4

= 54(do q = 4.6)

= 17𝑑𝐵Như vậy, với mức tỉ số sóng mang trên nhiễu đồng kênh 17dB không đảm bảo yêucầuvớihệthốngAMPS(AdvanceMobilePhoneSystem)1G(yêucầuC/I>18dB),nhưng lại thỏamãn yêu cầu với hệ thống AMPS 2G (yêu cầu C/I > 14dB) hay GSM (yêu cầu 9 – 12dB)

Trong thực tế, do ảnh hưởng của địa hình hay do việc sắp xếp các cell không hoànhảonhưtrênlíthuyết,dẫnđếntỉsốC/IvớihệthốngK=7cellcóthểthấphơnmức17dB Dẫn đến chấtlượng tín hiệu càng thấp hơn so với tính toán trên lí thuyết Khi đó, để nâng tỉ số C/I, ta cóthể thiết kế hệ thống với K = 9 hay K =12

𝐶

= 84.5(=)19.25𝑑𝐵 𝑣ớ𝑖𝐾 =9𝐼

𝐶

= 179.33(=)22.54 𝑑𝐵 𝑣ớ𝑖 𝐾 = 12𝐼

Tuynhiên,vớiK=9hayK=12,băngtầnsửdụngsẽbịchianhỏthêmchomỗicell

sovớitrườnghợpK=6.Dođó,khảnăngphụcvụtrênmỗicellsẽgiảmđi,vàhệthốngkhi đó chỉ phù hợpvới khu vực tảinhẹ

Như vậy, khi thiết kế hệ thống thông tin dụng mạng tế bào, ta cần đặc biệt cânnhắctới việc cân bằng giữa đảm bảo chất lượng tín hiệu ảnh hưởng do nhiễu đồng kênh, và khả năng phục vụ tải củahệthống

2.3.2 Ảnh hưởng tới xác suất mất kết nối (outageprobability)

Việc tính toán tỉ số sóng mang trên nhiễu đồng kênh C/I ở phần trên chỉ giúp đánhgiásựảnhhưởngcủanhiễuđồngkênhlêntínhiệuởkhíacạnhcôngsuất.Nhiễuđồngkênh

càng mạnh khi C/I càng giảm Phần này, ta sẽ đi sâu lí giải tại sao tỉ số C/I giảm lại ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ thông qua xác suất mất kết nối (outage probability).

Xét một hệ thống (như hình dưới) có khoảng cách từ trạm di động (mobile

stationMS) tới trạm gốc (base station BS) đang trong phạm vi kết nối là d0, và cách dk, (k

= 1, 2,

… NI) tới các trạm gốc đồng kênh tầng thứ nhất

Hình 2.3-2 Mô hình mạng tế bào với K = 6 cell

Khi đó, tỉ số sóng mang trên nhiễu đồng kênh C/I (dB) trung bình được tính theocông thức

Với Λ(dB)(d) tuân theo phân phối chuẩn có trung bình μΩ(dBm) (d0), phương sai là

BS nào thiết lập được kết nối đảm bảo tỉ số C/I lớnhơnngưỡngΛthreshold.Xácsuấtmấtkếtnối(outageprobability)khiđóđượctínhtheocôngthức:

với M là số trạm gốc có thể tham gia handoff

Từ đó, xác suất mất kết nối từ công thức (2.3.1) có đồ thị

Hình 2.3-3 Đồ thị sự phụ thuộc của xác suất mất kết nối với tỉ số sóng mang trên nhiễu

đồngkênh Λ với ngưỡng Λ th = 10dB

Từđó,tathấymuốngiảmxácsuấtmấtkếtnối,tacàngphảităngđượctỉsốC/I.Điều này cho thấytầm quan trọng của việc đảm bảo tỉ số C/I lớn khi tính toán thiết kế hệ thống mạng thông tin tếbào.2.4 Biện pháp khắc phục

Ở các phần trước, ta đã chứng minh được có thể giảm nhiễu đồng kênh thông quaviệc tăng số cell K khi thiết kế hệ thống Tuy nhiên, việc tăng số cell sẽ làm giảm dunglượng phục vụ của hệ thống khi mật độ thiết bị tăng Do đó, để giảm nhiễu đồng kênh, tacần sử dụng các phương pháp khác và tránh việc tăng số cell K

2.4.1 Sử dụng anten địnhhướng

Xét một hệ thống có số cell K = 7 Thay vì sử dụng anten đẳng hướng, ta sử dụng một số anten định hướng trong một cell Khi đó, một cell sẽ được chia thành nhiều sectornhỏ Thông thường ta sử dụng 3 anten với búp sóng 120º (3 sector), hoặc 6 anten với bú sóng 60º (6 sector)

Hình 2.4-1 Giảm thiểu nhiễu đồng kênh bằng anten định hướng

Tronghình2.4-1,tacóthểthấysốcelltầngthứnhấtbịgâynhiễuđồngkênhtừmột cell giảm từ

6 xuống còn 2, và số cell gây nhiễu đồng kênh lên một cell cũng giảm từ 6xuống2.Bởilẽdoantenđịnhhướngthườngđượcthiếtkếcótỉsốgaintrướcsau(front-to-

back)tốithiểuđạtmức10dB,dođó4cellđồngkênhphíasausẽítbịảnhhưởngbởinhiễu đồng kênh đirấtnhiều

Dưới đây ta sẽ đánh giá sự khác biệt về tỉ số C/I khi sử anten 120º (3 sector) và 60º(6 sector)

2.4.1.1 Trường hợp 3sector

Sửdụng3anten120ºtạitrungtâmchiamộtcellthành3sectornhỏ.Khiđó,mỗicell

chỉphảichịuảnhhưởngnhiễuđồngkênhtừ2cell(thayvì6cellnhưvớiantenđẳnghướng)

Ta xét trường hợp xấu nhất khi thiết thiết bị di động hoạt động tại vùng biên của cell tạiđiểm E như hình 2.4-2 Tại đó công suất tín hiệu nhận được từ cell mà nó đang kết nối lànhỏ nhất

Hình 2.4-2 Ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh lên thiết bị di động khi sử dụng anten định

hướng120 độ

Khi đó, tỉ số C/I được tính bằng:

Với K = 7 cell, q = D/R = 4.6 Khi đó:

Như vậy, khi sử dụng anten 120º, tỉ số C/I giảm 7.5 dB (so với 17dB tính toán ởmục 2.3.1 khi sử dụng anten đẳng hướng)

2.4.1.2 Trường hợp 6sector