Tối ưu hoá gán kênh cố định cho các mạng di động tế bào

Tài liệu tham khảo chuyên ngành viễn thông Tối ưu hoá gán kênh cố định cho các mạng di động tế bào

bộ giáo dục và đào tạo bộ quốc phòng học viện kỹ thuật quân sự

bộ giáo dục và đào tạo bộ quốc phòng học viện kỹ thuật quân sự

Hà Nội - 2005

bộ giáo dục và đào tạo bộ quốc phòng

học viện kỹ thuật quân sự

Cán bộ hướng dẫn:

Học hàm, học vị: Tiến sỹ Đơn vị công tác: Học viện KTQS

Hà Nội - 2005

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

BER Bit Error Ratio Tỷ lệ lỗi bit

CDMA Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

CR Node-Color Re-ordering Thứ tự lại màu nút CSI Channel State Information Thông tin trạng thái kênh DCA Dynamic Channel Assignment Gán kênh động

DPA Dynamic Packet Assignment Gán gói động

DR Node-Degree Re-ordering Thứ tự lại cấp độ nút

Strategy

Chiến lược vét cạn tần số

FCA Fixed Channel Assignment Gán kênh cố định

FDD Frequency Division Duplexing Song công phân chia theo tần số FEC Forward Error Correction Sửa lỗi hướng đi

FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh GA Genetic Algorithms Thuật toán di truyền LA Link Adaptation Thích nghi đường truyền

LB Lower Bound Cận dưới

NP Network Performance Chất lượng mạng OFDM Orthogonal Frequency

Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao

PN Pseudorandom Noise Tạp âm giả ngẫu nhiên QAM Quadrature Amplitude

Modulation

Điều chế biên độ cầu phương

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

Strategy

Chiến lược vét cạn yêu cầu

SA Simulated Annealing Kỹ thuật ủ mô phỏng SMK K.N Sivarajan, R.J McEliece

SIR Signal - to - Interference Ratio Tỷ số tín hiệu trên xuyên nhiễu TDD Time Division Duplexing Song công phân chia theo thời gian

TDMA Time Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo thời gian

UMTS Universal Mobile

Telecommunications Service

Dịch vụ viễn thông di động toàn cầu

UTRA UMTS Terrestrial Radio Access

Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

1.1.1 T¸i sö dông kªnh trong c¸c m¹ng tÕ bµo 5

2.1.3 S¾p xÕp tÕ bµo vµ c¸c mÉu g¸n kªnh 19

2.2.1 DCA tËp trung 25

2.3 Tèi −u ho¸ g¸n kªnh trong c¸c m¹ng tÕ bµo 33

3.2 Xây dựng bài toán 47

3.6.1 Chất lượng của thuật toán F/CR, F/DR, R/CR và R/DR 67

3.6.2 ảnh hưởng của X và Y đối với chất lượng của các thuật

Danh môc c¸c b¶ng

Trang

B¶ng 3.1 Ph¹m vi tÇn sè nhËn ®−îc bëi F/CR, F/DR, R/CR vµ R/DR

65

B¶ng 3.2 Ph¹m vi tÇn sè nhËn ®−îc bëi FR/CR vµ FR/DR víi (7,2,5) vµ yªu cÇu kªnh tr−êng hîp I

66

B¶ng 3.3 Ph¹m vi tÇn sè nhËn ®−îc bëi FR/CR vµ FR/DR víi

0 ≤ X ≤ 5 vµ 1 ≤ Y ≤ 3

66

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Trang

Hình 2.1 Cấu trúc mạng tế bào lục giác đều cơ bản 15

Hình 2.2 Phân bố xác suất suy giảm đối với mô hình pha-đinh phân bố Rice với hệ số k biến đổi

17

Hình 2.3 Xác suất mức tín hiệu pha-đinh chuẩn lôga 17

Hình 2.4 Sắp xếp băng tần số trong nhóm 7 tế bào và 3 sector trên một tế bào

22

Hình 2.5 Hiệu quả phổ tần của DCA lý tưởng được so sánh với CDMA 27

Hình 2.6 Lưu đồ thuật toán chia tách kênh DCA 30

Hình 2.7 (a) Các đường tính toán xuyên nhiễu FDD

(b) Các đường tính toán xuyên nhiễu TDD

32

Hình 3.1 Gán kênh cố định trong hệ thống di động tế bào 48 Hình 3.2 Kế hoạch gán kênh cho hệ thống 3 tế bào

(a) Hệ thống 3 tế bào A, B, C (b) Không sắp xếp lại tế bào

(c) Có sắp xếp lại tế bào và phương pháp quyết định thứ

55-56

nhất

(d) Có sắp xếp lại tế bào và phương pháp quyết định thứ hai

Hình 3.3 Mạng 21 tế bào với 2 trường hợp yêu cầu kênh

(a) Yêu cầu kênh trường hợp I (b) Yêu cầu kênh trường hợp II

64

Mở đầu

Trong hai thập kỷ qua, nhu cầu phát triển điện thoại vô tuyến và các dịch vụ dữ liệu vô tuyến ngày càng tăng mạnh Nhu cầu các dịch vụ vô tuyến của mạng tế bào đang tăng với tốc độ rất cao trong mỗi năm và tại những vùng đô thị nhu cầu này đã vượt quá dung lượng khả dụng Nhiều kỹ thuật khác nhau được sử dụng để tăng dung lượng hệ thống Các kỹ thuật được sử dụng bao gồm chia nhỏ tế bào, chỉ định phổ tần mới, các phương pháp đa truy cập mới (TDMA, CDMA) và gán kênh động Đối với hệ thống tế bào với phổ tần cố định được gán và sử dụng công nghệ ghép kênh cụ thể, dung lượng của một hệ thống phụ thuộc vào hiệu quả của chiến lược gán kênh đã sử dụng Mặc dù có rất nhiều đề xuất đối với chiến lược gán kênh động, tất cả các hệ thống tế bào hiện có đều sử dụng gán kênh cố định vì hiệu quả chi phí của nó và chất lượng dịch vụ có thể dự đoán trước Chính vì vậy, tối ưu gán kênh cố định là vấn đề được đặc biệt quan tâm đối với các mạng di động tế bào ở nước ta hiện nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của mạng viễn thông, mạng thông tin di động tế bào đã trở thành một phần cơ sở hạ tầng thông tin không thể

thiếu được Xuất phát từ lý do đó, tôi chọn đề tài: “Tối ưu hoá gán kênh cố định cho các mạng di động tế bào” cho luận văn của mình

Bố cục luận văn gồm các phần sau:

- Chương 1: Giới thiệu tổng quan về mạng tế bào, bao gồm các vấn đề cơ bản như tái sử dụng kênh, chia tách tế bào, chuyển giao và bài toán gán kênh cho mạng

- Chương 2: Giới thiệu các chiến lược gán kênh và một số kỹ thuật nâng cao dung lượng mạng di động tế bào Trong đó đi vào phân tích hai chiến lược gán kênh là: gán kênh cố định (FCA) và gán kênh động (DCA) Các phương pháp tăng dung lượng mạng như anten thích nghi, phát hiện đồng thời, thích nghi đường truyền được giới thiệu một cách cơ bản nhất

- Chương 3: Nghiên cứu ý tưởng cơ bản của việc sắp xếp các tế bào thành danh sách có thứ tự, sau đó thực hiện gán kênh Xem xét bài toán gán kênh cố định, vấn đề gán kênh có sắp xếp lại tế bào, tối ưu hoá gán kênh tại các điểm nóng Tổng cộng có sáu thuật toán gán kênh, cụ thể là các thuật toán F/CR, F/DR, R/CR, R/DR, FR/CR và FR/DR đã được đề xuất

Cuối cùng là đánh giá và kết luận về việc tối ưu gán kênh cố định cho các mạng di động tế bào

Chương 1

Giới thiệu chung

Thông tin vô tuyến tế bào đã trở thành một phần quan trọng của cơ sở hạ tầng thông tin Mặt khác, phổ tần vô tuyến cấp phát cho hệ thống di động tế bào là hạn chế Kết quả là, các tần số vô tuyến phải được sử dụng một cách hiệu quả để thoả mãn những yêu cầu ngày càng cao Trong luận văn này, chúng ta nghiên cứu vấn đề gán kênh: làm thế nào để gán các kênh vô tuyến cho các cuộc gọi trong một mạng thông tin di động tế bào

Sau đây là một số kiến thức cơ bản về các mạng tế bào và trình bày một cách khái quát vấn đề gán kênh

1.1 Khái niệm tế bào

Sự tăng trưởng mạnh mẽ của thông tin di động không thể đạt được thành tựu nếu không sử dụng khái niệm tế bào Trước đó, việc tiếp cận đối với thông tin di động là khá giống với truyền thanh vô tuyến hay truyền hình quảng bá: việc phủ sóng một khu vực được cung cấp bằng cách lắp đặt một máy phát công suất cao trên điểm cao nhất của khu vực và truyền đi tín hiệu tới tới toàn bộ vùng phủ sóng Phổ tần vô tuyến khả dụng được chia tách thành nhiều kênh, mỗi kênh được dành cho một người sử dụng cụ thể và tất cả người sử dụng liên kết tới cùng máy phát Số người sử dụng bị giới hạn bởi số lượng kênh khả dụng, số lượng kênh khả dụng này bị khoá trong toàn bộ khu vực phủ sóng bởi một số lượng nhỏ các cuộc gọi Ví dụ, một nhà cung cấp dịch vụ điện thoại vô tuyến phục vụ 10.000 khách hàng sẽ cần 10.000 kênh khác nhau để thực hiện, mặc dù chỉ có một phần nhỏ trong số chúng sẽ thực sự được sử dụng tại thời điểm cho trước bất kỳ

Số kênh yêu cầu có thể giảm xuống bằng cách tái sử dụng các kênh vô tuyến về thời gian và không gian Việc tái sử dụng về thời gian (còn được gọi là trunking), có nghĩa là sử dụng các kênh như nhau cho các người dùng khác nhau tại các thời điểm khác nhau Thiết bị đầu cuối sẽ được gán một kênh chỉ khi nó yêu

cầu cho cuộc gọi Mặc dù trunking có thể sử dụng tài nguyên phổ tần vô tuyến một cách hiệu quả hơn, dung lượng hệ thống vẫn còn khá hạn chế Số lượng các cuộc gọi đồng thời bị giới hạn bởi số lượng các kênh khả dụng Vì phổ tần vô tuyến là một nguồn tài nguyên quý hiếm nên chính điều này giới hạn dung lượng hệ thống khá nhiều Ví dụ, hệ thống di động tế bào Bell của thành phố New York trong những năm 1970 đã sử dụng điện thoại trunking, chỉ có thể hỗ trợ cho 12 cuộc gọi đồng thời Hướng tiếp cận khác của việc sử dụng các kênh vô tuyến một cách hiệu quả hơn là việc tái sử dụng kênh về không gian Các người dùng có thể sử dụng cùng kênh tại cùng thời điểm trong khu vực địa lý không liền kề Việc tái sử dụng các kênh về không gian là không thể trong một mạng quảng bá được tập trung, nhưng thay vào đó mạng được cấu trúc lại theo một kiểu phân tán

Việc tái sử dụng kênh về không gian là một trong những khái niệm chủ yếu được sử dụng bởi một mạng tế bào để đạt được hiệu quả trong việc sử dụng tài nguyên phổ tần Hai đặc điểm chính khác của các mạng tế bào là sự chia tách tế bào để giải quyết những yêu cầu tăng cao và chuyển giao của các cuộc gọi di chuyển từ tế bào này đến tế bào khác Sau đây ta sẽ miêu tả chi tiết hơn mỗi đặc điểm này

Hình 1.1 Mạng tế bào lục giác

1.1.1 Tái sử dụng kênh trong các mạng tế bào

Để đạt một hiệu quả cao hơn trong việc sử dụng kênh thông qua việc tái sử dụng kênh về không gian, vùng phục vụ được chia thành nhiều khu liền kề Một tế bào được xem như là vùng phủ sóng tương đương của một khu vực địa lý cụ thể Mỗi tế bào đều có máy phát riêng đảm bảo thông tin vô tuyến với máy di động trong vùng nội hạt của nó và nối tới trung tâm bằng dây Khái niệm tế bào được miêu tả ở trên được giới thiệu đầu tiên bởi MacDonald [21] sử dụng hình tế bào lục giác để biểu diễn một tế bào như trong hình 1.1 Lý do chọn cấu trúc tế bào lục giác là trong số tất cả các cấu trúc hình lục cùng có bán kính để có thể bao phủ một vùng mà không cần bất cứ khoảng trống nào, thì hình lục giác có diện tích lớn nhất

Không giống như các cách tiếp cận quảng bá truyền thống, ý tưởng tế bào giải quyết vấn đề phủ sóng hoàn toàn khác Thay vì bao phủ một vùng rộng với chỉ một máy phát công suất cao, một mạng tế bào cung cấp vùng phủ sóng bằng sử dụng rất nhiều máy phát công suất thấp, mỗi máy phát được thiết kế một cách đặc biệt để

phục vụ chỉ một vùng (tế bào) nhỏ và bán kính không quá vài trăm mét Bằng việc chia tách khu vực phủ sóng ra thành nhiều tế bào nhỏ với mỗi máy phát của chính nó, có thể (tối thiểu là về mặt lý thuyết) tái sử dụng các kênh như nhau trong các tế bào khác nhau trong phạm vi vùng phục vụ

Các tế bào nhỏ với việc tái sử dụng kênh có thể tăng khả năng lưu lượng một cách thực sự Để hiểu rõ điều này, có thể tưởng tượng rằng có 12 kênh khả dụng trong một thành phố và thành phố được bao phủ bởi 100 tế bào Nếu tất cả các kênh có thể được tái sử dụng trong mỗi tế bào, thì với cùng 12 kênh, thay vì 12 cuộc gọi đồng thời trong toàn bộ thành phố sẽ là 12 kênh cho mỗi tế bào và 1200 cuộc gọi đồng thời trong thành phố

Tuy nhiên, trong thực tế việc tái sử dụng như thế là không thể Nếu cùng kênh được sử dụng trong 2 tế bào khác nhau mà 2 tế bào này gần nhau về mặt địa lý, thì điều này có thể gây ra can nhiễu vô tuyến, làm méo các tín hiệu Hiện tượng này được gọi là xuyên nhiễu đồng kênh, nó có thể làm giảm tỷ số tín hiệu trên tạp âm (SNR) tới một mức độ mà tín hiệu không còn phân biệt được nữa từ tạp âm, khi người sử dụng khác cũng đang sử dụng cùng kênh trong tế bào kế tiếp Để đạt một SNR có thể chấp nhận được, không nên tái sử dụng kênh giống nhau trong hai tế bào khác nhau trong mạng, trừ khi chúng được chia tách bởi khoảng cách tối thiểu được gọi là khoảng cách tái sử dụng σ

Mặc dù điều kiện về khoảng cách tái sử dụng làm cho việc bỏ qua một hoặc một vài tế bào trước khi tái sử dụng kênh giống nhau là cần thiết, ý tưởng cơ bản của việc tái sử dụng kênh trong khái niệm tế bào là có căn cứ Kênh giống nhau có thể được sử dụng để hỗ trợ nhiều hơn một cuộc gọi đang thực hiện trong các phần khác nhau của thành phố Điều này là có thể bởi vì nhờ sự tổn hao đường truyền vô tuyến, công suất trung bình nhận được từ một máy phát thay đổi tỷ lệ nghịch với luỹ thừa 3 của khoảng cách từ người gửi, hoặc thậm chí một luỹ thừa cao hơn lên tới 5 hay 6 phụ thuộc vào môi trường vật lý Kết quả là nếu nghịch đảo luỹ thừa 4 của khoảng cách được chấp nhận, SNR có thể được tính như sau:

Như đã chỉ ra ở hình 1.2, giả sử rằng mọi tế bào đều có cùng bán kính r Khi đó bất cứ người sử dụng nào trong tế bào A sẽ có khoảng cách lớn nhất r kể từ máy

phát của nó Khoảng cách giữa máy phát của tế bào A và người sử dụng khác trong

tế bào C tối thiểu là 3r Bởi vậy, nếu công suất của máy phát của tế bào A có giá trị

vừa đủ đối với mọi người sử dụng trong tế bào A để nghe tín hiệu, công suất tín hiệu được nhận bởi bất cứ người sử dụng nào trong tế bào C sẽ là (1/3)4 ≈ 1% của tế bào A Tạp âm từ máy phát trong tế bào A khó có thể dẫn đến méo tín hiệu một cách đáng kể ảnh hưởng đến thông tin trong tế bào C Trong các hệ thống hiện đại, khoảng cách tái sử dụng 2 hay 3 có lẽ là đủ để bảo đảm tín hiệu nhận được từ máy phát chính vượt trội tạp âm từ máy phát khác sử dụng cùng kênh

Nếu khoảng cách tái sử dụng 2 được chấp nhận, các MS trong các tế bào lân cận được bảo đảm sử dụng một nhóm các kênh khác nhau Tuy nhiên các tế bào

tSNR =

Công suất tín hiệuCông suất tạp âm

không lân cận có thể sử dụng cùng kênh Ví dụ trong hình 1.2 các tế bào A và B là kế tiếp nhau, vì vậy chúng không thể sử dụng cùng kênh Tuy nhiên, các cuộc gọi trong các tế bào A và C có thể sử dụng cùng kênh

Trong thực tế, ảnh hưởng của việc xuyên nhiễu thường không liên quan đến khoảng cách tuyệt đối, mà đến tỷ số khoảng cách giữa các tế bào với bán kính của các tế bào làm cho ý tưởng mạng tế bào trở nên hấp dẫn hơn Bán kính tế bào được xác định bởi công suất máy phát và bằng cách tăng hay giảm đơn giản mức công suất của máy phát, các nhà khai thác hệ thống có thể thay đổi số lượng các tế bào trong hệ thống và sau đó đến số lượng các cuộc gọi sẽ được hỗ trợ thông qua việc tái sử dụng Ví dụ, nếu khoảng cách tái sử dụng bằng 3 là cần thiết cho tỷ số tín trên tạp chấp nhận được và một mạng lưới các tế bào bán kính 10 dặm cho phép tái sử dụng tần số trong một tế bào tại khoảng cách 30 dặm, thì một mạng các tế bào bán kính 5 dặm sẽ cho phép tái sử dụng tại khoảng cách 15 dặm và các tế bào bán kính 1 dặm sẽ cho phép tái sử dụng tại 3 dặm Không cần bổ sung thêm kênh hệ thống dựa trên các tế bào bán kính 1 dặm sẽ hỗ trợ số lượng người dùng 100 lần lớn hơn hệ thống dựa trên tế bào bán kính 10 dặm

Tất nhiên, nếu chúng ta có thể giảm một cách vô hạn kích thước của các tế bào, vấn đề thiếu hụt phổ tần có thể được giải quyết một cách dễ dàng bằng việc lắp đặt số lượng không giới hạn các tế bào cực nhỏ Tuy nhiên, chi phí cho việc lắp đặt và bảo dưỡng là cao và sự phức tạp trong công việc điều khiển tăng làm cho giải pháp này không có tính khả thi Vấn đề quan trọng là phải sử dụng tốt hơn các tài nguyên sẵn có trong hệ thống trước khi chuyển sang một hệ thống tế bào nhỏ hơn

1.1.2 Sự chia tách tế bào

Khi số người sử dụng tăng lên, có lẽ sẽ không có sự lựa chọn nào khác ngoài việc sử dụng nhiều các tế bào nhỏ hơn để hỗ trợ những đòi hỏi ngày càng tăng trong vài vùng như là trung tâm của thành phố Nhưng sẽ là quá tốn kém nếu thay thế toàn bộ cơ sở hạ tầng thông tin tế bào bằng một hệ thống tế bào bán kính nhỏ Tuy nhiên, bằng việc sử dụng một kỹ thuật được gọi là chia tách tế bào, các tế bào

bán kính lớn có thể chia thành các tế bào bán kính nhỏ trong một khoảng thời gian Khi mà lưu lượng trong một tế bào đã đạt đến điểm mà sự phân phối kênh hiện thời trong tế bào đó không còn khả năng hỗ trợ lưu lượng tăng thêm, thì các máy phát mới với công suất phát thấp hơn được lắp đặt và mỗi máy phát này phủ sóng một khu vực nhỏ hơn bên trong vùng tế bào trước đây Bằng việc phân tế bào thành nhiều tế bào nhỏ hơn, các kênh giống nhau được gán với tế bào trước có thể được tái sử dụng trong tế bào ban đầu Do vậy, số lượng người sử dụng được hỗ trợ tăng lên một cách đáng kể mà không làm gián đoạn bất cứ tế bào nào khác trong hệ thống Quá trình chia tách tế bào này có thể được lặp lại để hỗ trợ nhiều người sử dụng hơn khi cần thiết

Sự linh hoạt trong việc định thời gian và không gian đã làm cho việc chia tách tế bào thành một kỹ thuật được ưa chuộng để tăng dung lượng khi hệ thống mở rộng Hệ thống có thể bắt đầu với số ít tế bào và sự đầu tư thiết bị ban đầu có thể là rất thấp Khi số lượng khách hàng sinh lợi tăng lên, các tế bào mới và thiết bị có thể được bổ sung thêm Hơn nữa, chi phí của việc bổ sung các tế bào nhỏ hơn sẽ chỉ cần thiết trong các khu vực với mật độ lưu lượng cao Mặt khác, số ít tế bào lớn sẽ đủ để hỗ trợ lưu lượng nhỏ trong các khu vực Việc mở rộng của hệ thống cũng sẽ có thể được thực hiện mà không làm lãng phí sự đầu tư trước, khi một tế bào lớn được chia tách thành nhiều tế bào nhỏ, máy phát của tế bào chính thức sẽ không bị giải tán, thay vào đó nó sẽ phù hợp với phạm vi mới bằng cách giảm công suất

Tuy nhiên, sự chia tách tế bào cũng có những nhược điểm hạn chế sự áp dụng rộng rãi của nó trong thực tế Chi phí của việc thiết lập lên nhiều máy phát nhỏ là đủ lớn để làm cho các nhà khai thác mạng sử dụng thiết bị khả dụng một cách hiệu quả trước khi thêm nhiều tế bào hơn là hoàn toàn cần thiết Bên cạnh việc chi phí nhiều về thiết bị, với nhiều tế bào nhỏ hơn trong mạng thì hệ thống trở nên khó khăn hơn cho việc quản lý

1.1.3 Chuyển giao

Sự phức tạp của việc điều khiển hệ thống tăng lên với một hệ thống tế bào nhỏ hơn Với kích cỡ của các tế bào giảm đến vài trăm mét, một hiện tượng xảy ra ngày càng nhiều là một cuộc gọi di động không thể hoàn thành trong phạm vi của một tế bào Một người sử dụng trong ô tô đang chạy có thể xuyên qua một vài tế bào rất nhỏ trong một cuộc đàm thoại Không có một đường kết nối thông tin một cách chính xác được thiết lập giữa người sử dụng và máy phát trong tế bào mới, cuộc gọi hiện thời sẽ bị mất một cách đột ngột Để giải quyết vấn đề này, một kỹ thuật chuyển giao phức tạp được sử dụng Sự di chuyển của một cuộc gọi hiện tại được giám sát một cách liên tục thông qua việc đo cường độ của tín hiệu nhận được từ các máy di động Hệ thống tế bào sẽ có thể nhận biết khi nào một cuộc gọi di động di chuyển từ một tế bào đến một tế bào khác và có thể chuyển mạch cuộc gọi từ tế bào hiện tại đến tế bào kế tiếp mà không bị rớt hoặc ngắt quãng cuộc gọi đang đàm thoại

1.2 Gán kênh

Tài nguyên phổ tần vô tuyến bị hạn chế, chi phí cao và sự phức tạp của các tế bào nhỏ đã thúc đẩy việc nghiên cứu về việc sử dụng các kênh vô tuyến một cách có hiệu quả trong các mạng tế bào Nói chung, vấn đề gán kênh trong một mạng tế bào là vấn đề của việc gán các kênh tần số cho các phiên liên lạc sao cho tránh được sự xuyên nhiễu Mục đích là sử dụng số lượng kênh càng ít càng tốt để cung cấp cho lượng người sử dụng có thể ở mức tối đa với chất lượng dịch vụ có thể chấp nhận được

Tại thời điểm bất kỳ cho trước trong một mạng tế bào, số lượng kết nối cuộc gọi hoạt động được cung cấp bởi trạm cơ sở gần nhất của chúng (máy phát) Dịch vụ này bao gồm việc gán một kênh vô tuyến tới mỗi cuộc gọi của thuê bao theo một kiểu mà xuyên nhiễu vô tuyến giữa hai cuộc gọi khác biệt trong mạng là ở dưới mức độ có thể chấp nhận Thách thức là để tìm ra các chiến lược gán kênh, tìm hiểu nguyên lý của việc tái sử dụng kênh một cách tối đa mà không vi phạm những cưỡng bức của việc tái sử dụng để nghẽn mạch là tối thiểu Như đã biết, tỷ

số tín hiệu trên tạp âm chỉ liên quan tới tỷ lệ của khoảng cách tới nguồn tín hiệu và khoảng cách tới nguồn tạp âm Bởi vậy, sự cưỡng bức xuyên nhiễu đồng kênh có thể được tách ra một cách tương xứng như là sự cưỡng bức khoảng cách tái sử dụng trong một hình lục giác Sự dịch chuyển này có thể cung cấp hướng tiếp cận có tính lý thuyết graph để nghiên cứu vấn đề gán kênh

Các mạng thông tin tế bào được đưa ra như graph hai chiều [5] với mỗi đỉnh đại diện một trạm cơ sở của một tế bào trong mạng và các ranh giới đại diện sự lận cận có tính địa lý của các tế bào Cụ thể, các mạng tế bào luôn luôn được thể hiện dưới các hình lục giác và các hình lục giác này có thể được định nghĩa như là các hình nhỏ được đưa ra có giới hạn của mạng tam giác không giới hạn (xem hình 1.1)

Chương 2

các chiến lược gán kênh

Thách thức chính trong việc thiết kế một hệ thống thông tin vô tuyến là để đáp ứng nhu cầu sử dụng lớn trong khi tài nguyên phổ tần vô tuyến bị hạn chế Kỹ thuật cơ bản được sử dụng để tăng dung lượng của một hệ thống thông tin tế bào là việc tái sử dụng kênh Tuy nhiên, việc tái sử dụng kênh bị giới hạn bởi hiện tượng xuyên nhiễu đồng kênh và chi phí cao liên quan với hệ thống tế bào nhỏ hơn Các chiến lược gán kênh hiệu quả là rất cần thiết để đạt hiệu quả trong việc tái sử dụng phổ tần

Trong chương này, trước tiên chúng ta đưa ra một tổng quan chung về vấn đề gán kênh trong môi trường tế bào và sau đó thảo luận các chiến lược gán kênh cơ bản

2.1 Gán kênh cố định cho các mạng tế bào

Cách tiếp cận gán kênh tần số trong mạng tế bào khác nhau cơ bản với cách tiếp cận sử dụng cho mạng LOS Do sự phân tán trong môi trường mạng tế bào, việc sử dụng anten có độ tăng ích cao với hướng cố định tại MS là điều không thể thực hiện được Hơn nữa, do phân tán, sự phân cực không thể sử dụng hiệu quả để cung cấp các kênh riêng biệt cho các MS riêng rẽ Thay vào đó, tiến trình gán kênh mạng tế bào là tương tự như đối với hệ thống tế bào cung cấp các dịch vụ cho vị trí người sử dụng chưa biết trong vùng phục vụ xác định Mật độ người sử dụng được thiết lập bởi thông tin lưu lượng, cùng với QoS, xác định dung lượng tốc độ dữ liệu mà mạng cần phải cung cấp

Do một vài khái niệm cơ bản của việc sử dụng lại tần số và xuyên nhiễu là tương tự như các hệ thống tế bào, quy tắc tiếp cận thông thường đối với việc quy hoạch kênh trong mạng tế bào sẽ được thảo luận đầu tiên Theo đó, các khía cạnh riêng biệt của đầu cuối xa cố định (chứ không phải là di động) sẽ được kết hợp chặt chẽ

cùng với các chỉnh sửa phù hợp Các chỉnh sửa này khai thác các đơn giản hoá mà

đầu cuối cố định có thể đem lại cho đầu cuối di động

Cấu trúc tế bào truyền thống cho hệ thống tế bào được chỉ ra trong hình 2.1 Cấu trúc lưới lục giác cơ bản cho các lớp tế bào được chấp nhận bởi nó biểu diễn sự phủ sóng liên tục của vùng phục vụ (không như hình tròn) và gần giống với vùng phục vụ đối xứng tròn cho mỗi tế bào Vì các MS ở xa được giả thiết có các anten đẳng hướng, chúng sẽ nhận được xuyên nhiễu từ tất cả các tế bào khác trong mạng, với các tế bào lân cận gần nhất có đóng góp xuyên nhiễu lớn nhất được biểu diễn bởi các đường chấm chấm trong hình 2.1 Khoảng cách giữa các tế bào được dùng cùng một tần số (theo đơn vị bán kính tế bào lục giác R) được gọi là khoảng cách tái sử dụng Khoảng cách tái sử dụng phụ thuộc vào hai yếu tố: (1) tỷ số S/I yêu cầu cần cho dịch vụ chấp nhận được và (2) tổn thất đường truyền của tia mong muốn và các tia xuyên nhiễu

Hình 2.1 Cấu trúc mạng tế bào lục giác đều cơ bản

2.1.1 Tỷ số S/I mục tiêu

Khoảng cách tái sử dụng kênh phụ thuộc vào tỷ số S/I yêu cầu để đạt được dịch vụ có thể chấp nhận được tại MS Dịch vụ chấp nhận được có thể được miêu tả bởi độ sẵn sàng kết nối đạt được trong phần trăm thời gian nào đó (ví dụ 99%) và trong phần trăm vị trí nhất định (ví dụ 95%) của vùng dịch vụ mạng Giá trị đầu tiên chỉ ra chất lượng của tuyến liên kết trong khi giá trị thứ hai chỉ ra bao nhiêu vị trí được cung cấp với dịch vụ thích hợp Như đã biết, cả hai tín hiệu mong muốn và tín hiệu xuyên nhiễu là đều chịu sự ảnh hưởng pha-đinh Các ảnh hưởng này được mô hình tổng quát bởi hai cơ chế:

1 Sự biến thiên đường bao điện áp tín hiệu được miêu tả bởi phân bố xác suất Rice 2 Sự biến thiên mức tín hiệu trung bình từ vị trí đến vị trí khác không thể dự đoán trước bằng các mô hình đường truyền đơn giản Pha-đinh che khuất thường được miêu tả bởi một phân bố chuẩn lôga của giá trị trung bình

Đưa pha-đinh chuẩn lôga vào tính toán, tỷ số S/I tính bằng dB được miêu tả với một phân bố xác suất được cho bởi :

ở đây S là tín hiệu mong muốn có phân bố chuẩn lôga và In là các tín hiệu xuyên

nhiễu phân bố chuẩn lôga Xác suất liên kết tới một MS có độ sẵn sàng chấp nhận

được PA là xác suất mà ρ lớn hơn ngưỡng S/I yêu cầu ρTH đối với tỷ lệ lỗi bít yêu cầu (BER), hay:

)Pr( TH

)

Thông thường trong các hệ thống tế bào, tiến trình gán kênh được thực hiện sử dụng các giá trị trung bình của tín hiệu mong muốn và xuyên nhiễu chứ không tính đến phân bố pha-đinh Trong mạng băng rộng cố định có sự mong đợi độ sẵn sàng dịch vụ cao hơn trong hệ thống tế bào, cần phải tính đến phân bố pha-đinh trong giá trị S/I được sử dụng để thiết lập gán kênh và tái sử dụng Thuật toán gán kênh trong hệ thống LOS tính đến pha-đinh bằng cách đưa vào độ dự trữ pha-đinh thích hợp trong tỷ số S/I mục tiêu khi tìm kiếm một kênh khả dụng

Hình 2.2 Phân bố xác suất suy giảm đối với mô hình pha-đinh phân bố Rice với hệ số k biến đổi

Hình 2.3 Xác suất mức tín hiệu pha-đinh chuẩn lôga

Một cách tiếp cận tương tự có thể được sử dụng ở đây Nếu điều chế QAM được sử dụng, tỷ số S/I yêu cầu cho BER thô cỡ 10-3 là 12 dB (đó là FEC- có thể sửa sai tới 10-6) Nếu độ dự trữ pha-đinh là 16 dB được sử dụng để đạt được

16-90% độ sẵn sàng của tuyến với hệ số Rice k là 0 dB (xem hình 2.2), thì chỉ tiêu S/I

là 28 dB Nếu sự biến đổi vị trí theo hàm chuẩn lôga được xét tới và giả sử độ lệch tiêu chuẩn là 8 dB, thì việc đạt được một tỷ số S/I có thể chấp nhận được trong 90% vị trí yêu cầu tỷ số S/I phải tăng hơn 10.5 dB (xem hình 2.3) đến 38.5 dB Mục tiêu tỷ số tín hiệu trên xuyên nhiễu này (SIR) có thể giảm đi đáng kể nếu giả thiết phân tập anten có thể làm giảm pha-đinh đa đường, giảm độ dự trữ pha-đinh Rice 10 dB hay nhiều hơn Mục tiêu SIR của mạng do vậy giảm tới cỡ 28.5 dB Do yêu cầu độ sẵn sàng đặt ra, chỉ tiêu giá trị S/I này là cao hơn đáng kể các giá trị bình thường sử dụng cho quy hoạch nhóm tế bào trong các hệ thống tế bào

2.1.2 Khoảng cách sử dụng lại tần số

Nếu các BS và các MS được giả thiết có các anten đẳng hướng, thì yếu tố duy nhất làm suy giảm tín hiệu xuyên nhiễu so với tín hiệu mong muốn từ tế bào gần nhất là khoảng cách Trong không gian tự do với tổn thất đường truyền tỷ lệ với 20

logd, tỷ số của khoảng cách đến BS phục vụ và khoảng cách đến BS xuyên nhiễu

phải bằng 6.3 để đạt được tỷ số S/I là 16 dB Tuy nhiên, do các đường truyền này là không trực tiếp, tổn thất đường truyền thực từ một BS đến một MS sẽ cao hơn đáng kể tổn thất đường truyền trong không gian tự do Tổn thất này thường được xấp xỉ trong cách tính đơn giản bởi cách tăng giá trị mũ cho số hạng suy hao khoảng cách trong phương trình tổn thất đường truyền từ 2 (đối với không gian tự do) đến các giá trị cao hơn Điều này được biểu diễn theo dạng dB như sau:

L α n 10 log d (2.3)

ở đây n>2 Ví dụ mô hình đường truyền trong IEEE 802.16 cho các tần số mạng tế bào, giá trị mũ này là một hàm đơn giản phụ thuộc vào các loại địa hình (A, B hay C) và độ cao anten trạm gốc trên mặt đất Đối với một anten trạm gốc có độ cao 30m, các giá trị của số mũ là 4.79, 4.38 và 4.12 đối với các loại địa hình tương ứng là A, B hay C Giả thiết tổng quát được chấp nhận là tán cây và tín hiệu xuyên toà nhà sẽ ảnh hưởng đến các tín hiệu nhiễu và tín hiệu mong muốn gần như nhau, do đó các yếu tố tổn hao này sẽ không ảnh hưởng đến tỷ số S/I

Nếu giá trị số mũ n = 4.38 được sử dụng trong (2.3), thì tỷ số S/I là 16dB có thể

đạt được với tỷ lệ khoảng cách là 2.3 thay vì 6.3 Tuy nhiên, các MS trong một tế bào có sáu tế bào gần nhất sử dụng cùng một kênh Giả thiết rằng công suất của tín hiệu xuyên nhiễu được cộng lại, thì công suất xuyên nhiễu trên một kênh là gấp sáu lần việc tính toán ở trên Tính đến điều này thì tỷ lệ khoảng cách tái sử dụng tăng đến 3.5 Tỷ số này chỉ ra rằng các BS xuyên nhiễu sử dụng đồng kênh phải xa xấp xỉ 3.5 lần từ MS so với BS phục vụ

Trong những điều kiện trường hợp xấu nhất khi MS có vị trí tại biên vùng phục vụ của tế bào, đó là khoảng cách từ BS mong muốn Sử dụng tỷ số cách ly 3.5, điều

này chỉ ra rằng các tế bào sử dụng cùng kênh phải ít nhất là 3.5 R từ tế bào phục vụ

MS Các tế bào màu xám trong hình 2.1 là những ví dụ về sự chia tách tế bào sao cho một kênh có thể sử dụng lại và đạt được một tỷ số S/I mục tiêu là 16dB

2.1.3 Sắp xếp tế bào và các mẫu gán kênh

Việc tiếp cận hệ thống tế bào thông thường đối với quy hoạch kênh giả thiết là một lưới hình lục giác có thể quan sát như tập hợp các nhóm tế bào trong đó mỗi nhóm bao gồm số lượng tế bào cho trước và với các kênh có thể được sử dụng chỉ một lần Nhóm tế bào tạo ra các mẫu lát Đối với mẫu lặp lại này, một số kích cỡ nhóm nhất định được xác định như sau:

Bằng việc xem xét hình dạng các kích thước nhóm khác nhau, khoảng cách giữa

các tế bào D có thể có mối quan hệ với bán kính tế bào R và kích thước nhóm M

như sau:

Việc lựa chọn kích thước nhóm sử dụng lại có thể được xác định bởi tỷ số S/I yêu cầu Từ mục 2.1.2 và các giả thiết của chúng, tỷ số S/I nhận được bởi tỷ số mức tín hiệu mong muốn trên tổng các mức tín hiệu xuyên nhiễu, lần lượt được xác định bởi các giá trị tổn thất đường truyền đến BS tế bào phục vụ và các BS xuyên nhiễu Với tất cả các điều kiện khác là như nhau, các giá trị tổn thất đường truyền là tỷ lệ

với khoảng cách và số mũ tổn thất đường truyền n Đối với một MS ở mép tế bào của vùng phục vụ (tại khoảng cách R từ BS phục vụ), tỷ số tín hiệu trên xuyên

nhiễu kí hiệu là ρ, được viết dưới dạng:

1

Giả thiết rằng tất cả các xuyên nhiễu NI là cùng khoảng cách từ MS (D1 = D2

= = Di = D), thì SIR có thể được viết theo kích thước của nhóm:

hay

Đối với kích thước nhóm là 7, và 6 xuyên nhiễu (NI = 6) và số mũ tổn hao là 4.38, tỷ số S/I nhận được từ (2.7) là 21.2 dB

Một chỉ tiêu dung lượng mạng C được cho bởi:

với NS là số kênh khả dụng trong mạng Thay thế (2.9) vào (2.8) nhận được:

Một ví dụ gán kênh băng tần số con được chỉ ra trong hình 2.4 Trong trường hợp này, mỗi tế bào được phân chia thành 3 sector 1200, đây là một cấu hình tiêu biểu trong các hệ thống tế bào áp dụng kiểu gán kênh này cho trường hợp 21 kênh với độ rộng băng 6 MHz sẽ được phân chia thành 7 nhóm, mỗi nhóm 3 kênh và

M )

3)( 2 n/

3)( 2 n/

IS NC

ρ

một trong ba được gán cho mỗi sector α, β hay ɣ Kết quả là 6 MHz phổ tần khả dụng cho các MS trong vùng phục vụ của sector đó Độ rộng băng 6 MHz có thể phân chia thêm nữa để phù hợp với công nghệ được triển khai

Việc gán kênh này được giả thiết phân bố địa lý của lưu lượng là đồng đều Tuy nhiên, phân bố thường là không đồng đều Hơn nữa, mục tiêu tiếp thị cho việc ứng dụng và phục vụ trong mạng có lẽ thiên về kinh doanh hay hướng về vùng dân cư sẽ tạo ra phân bố địa lý lưu lượng không đồng đều Trong trường hợp này, có thể mong muốn được sự chỉ định nhiều kênh hơn trên một vài sector và ít hơn trên các sector khác để phù hợp với các tải khác nhau

Hình 2.4 Sắp xếp băng tần số trong nhóm 7 tế bàovà 3 sector trên một tế bàoViệc sử dụng các mẫu nhóm tế bào để phân phối các kênh trong hệ thống vô tuyến như miêu tả ở đây là cách tiếp cận khá thô sơ song điều đó là hữu ích cho sự hiểu biết các cơ chế xuyên nhiễu phức tạp Điều đó là không có nhiều giá trị đối với việc gán kênh trong hệ thống thực, mặc dù nó vẫn được sử dụng trong phương pháp này Các hạn chế lớn nhất của việc tiếp cận này là:

- Kích thước nhóm nguyên không cung cấp đầy đủ tính linh hoạt gán kênh để tạo ra quy hoạch kênh có hiệu quả cho phạm vi rộng của các tỷ số S/I Sự tiến bộ của công nghệ mà có thể hạ thấp mục tiêu S/I đi 3 hay 6 dB có thể tăng dung lượng đáng kể, nhưng từ (2.8), ta thấy sự tiến bộ như vậy không thể cho phép kích thước nhóm nhỏ hơn (chẳng hạn, từ 7 xuống 4)

- Các tế bào đồng đều không phản ánh hình dáng kỳ cục, đôi khi các vùng phục vụ gián đoạn và các vùng xuyên nhiễu của các tế bào thực

- Việc bố trí hình lưới lục giác đều của các tế bào có thể hiếm khi đạt được dù chỉ là gần đúng Hơn nữa, việc lựa chọn các vị trí BS bị hạn chế bởi cấu trúc tháp vô tuyến hiện có

Do những hạn chế này, việc tiếp cận nhóm tế bào để gán kênh không phải là một sự lựa chọn tốt cho việc gán các kênh trong hệ thống tế bào Thay vào đó, tiếp cận tối ưu có thể sử dụng mà không đòi hỏi gán kênh đồng đều hay gán kênh theo

nhóm

2.2 Gán kênh động

Việc thảo luận gán kênh cho tới nay đã được giả thiết là các kênh một khi đã gán, là gán kênh cố định tại sector Trong vài trường hợp, có thể nhận thấy rằng phân bố lưu lượng địa lý có hai hay ba mẫu riêng biệt trong một ngày, do vậy hai hay ba cách bố trí kênh tĩnh có thể được phát triển và chuyển mạch mạng từ kế hoạch chỉ định một kênh tới kênh khác để phù hợp phân bố tải lưu lượng tốt nhất Chẳng hạn, trong hệ thống tế bào nơi tập trung lưu lượng lớn suốt cả ngày là các khu vực thương mại và công sở Kết thúc ngày làm việc, tải lưu lượng dịch trong các vị trí dọc theo những con đường và các hành lang chuyên chở được sử dụng bởi người đi làm Hai kế hoạch kênh để gán lại kênh từ các sector tế bào trong các khu vực thương mại cho các sector tế bào dọc theo hành lang chuyên chở vào lúc 17 đến 18 giờ là dạng cơ bản của DCA Trong ví dụ này, gán kênh là được lập kế hoạch trước theo tải lưu lượng (đo được hoặc ước lượng) DCA đích thực gán các

kênh và nguồn tài nguyên mạng khác trong thời gian thực khi cần thiết để thích hợp với lưu lượng ở bất cứ nơi nào trong vùng phục vụ

Đối với các mạng vô tuyến băng rộng cố định, vấn đề tính di động liên quan với các hệ thống điện thoại tế bào là không có, nhưng các kiểu phân bố lại lưu lượng tương tự trong ngày có thể xuất hiện Việc di chuyển nguồn tài nguyên kênh từ các khu vực thương mại trong suốt cả ngày đến vùng dân cư vào ban đêm cũng được áp dụng một cách hợp lý cho các hệ thống băng rộng tế bào cố định Nếu có sẵn các ước lượng tải lưu lượng tương đối, các kế hoạch gán đa kênh có thể được tính toán và thực hiện tự động bởi mạng cho chu kỳ thời gian hàng ngày thích hợp

Sử dụng gán kênh nhiều kế hoạch đặt trước cho mạng là thuyết phục bởi vì nó không đặt lên bất cứ gánh nặng nào khác cho việc khai thác mạng ngoài việc thực hiện chuyển mạch gán kênh vài lần trong ngày Tuy nhiên, điều đó thực hiện dựa vào ước lượng tải lưu lượng và số lượng kiểu đường truyền mà dự báo mức tín hiệu và xuyên nhiễu Các lỗi trong việc đánh giá này hay các dự báo sẽ dẫn đến các kế hoạch gán kênh là tiềm ẩn sự hoà hợp kém trong mạng, tồi tệ nhất là dẫn đến xung đột xuyên nhiễu trầm trọng và gián đoạn dịch vụ Đối với DCA thời gian thực, các cách tiếp cận khác nhau có thể được phân chia thành hai loại dựa trên cơ sở các quyết định nào được thực hiện gán các kênh

2.2.1 DCA tập trung

Bằng việc điều khiển tập trung, tất cả các thông tin trong mạng về kênh thông thường, các xung đột xuyên nhiễu, và lưu lượng được đưa tới vị trí trung tâm, tại đây quyết định việc thực hiện gán kênh thông qua mạng Nguồn tài nguyên thông tin giữa các BS là cần thiết để mang thông tin, cũng như việc tính toán được yêu cầu để thực hiện các quyết định gán kênh Trong trường hợp cực đoan, mỗi khi MS yêu cầu dịch vụ (hay một mạch trong một mạng chuyển mạch- kênh), DCA tập trung phải được tính toán lại chiến lược gán kênh tối ưu cho mạng tổng thể Độ trễ

được kể đến trong sự hoàn thành nhiệm vụ này phải được thêm vào độ trễ hệ thống Cách tiếp cận này là không khả thi cho các hệ thống tế bào 2G chuyển mạch kênh [17] Đối với các hệ thống tế bào chuyển mạch gói, những khó khăn tính toán là trầm trọng hơn

Những trở ngại của việc tính toán và thông tin của điều khiển tập trung đầy đủ có thể được giảm nhẹ đến mức độ có ích bằng chia mạng thành các nhóm tế bào lân cận, một phương pháp được biết đến như là DCA phân tán Với cách tiếp cận này, những quyết định về việc gán kênh là hạn chế giữa các nhóm tế bào chứ không phải là được thực hiện trên cơ sở toàn mạng Nhược điểm là hầu hết các mạng làm việc trong môi trường truyền sóng không đồng nhất của vùng phục vụ và xuyên nhiễu có thể không tiếp giáp là rất lớn Điều này đặc biệt đúng trong hệ thống vi tế bào trong vùng đô thị nơi mà mỗi chỗ ngoặt của góc phố có thể bắt đầu một sự chuyển giao tế bào Trong những trường hợp như vậy, sự xung đột xuyên nhiễu là tránh được thông qua việc gán kênh động thông minh

2.2.2 DCA không tập trung

Về bản chất điều khiển không tập trung cho phép các sector tạo nên các quyết định cho chính bản thân chúng về các kênh nào có khả năng sử dụng và kênh nào là không dùng được tại thời điểm sector phải xử lý lưu lượng đến/từ một MS Cách tiếp cận thông thường là sử dụng phương pháp nào đó cho các sector riêng rẽ và các MS để cảm nhận hay đo xuyên nhiễu trong các kênh khả dụng cho hệ thống Trên cơ sở của phép đo này, một sự lựa chọn được tạo ra đối với kênh tốt nhất để sử dụng cho việc truyền dẫn

Có vài cách tiếp cận để tìm ra mức độ xuyên nhiễu trên các kênh Một chu kì rỗi ngắn không truyền dẫn có thể được sắp xếp trước bởi sector phục vụ để các MS có thể phát hiện các tín hiệu đường xuống từ các sector BS khác bằng việc quét các kênh trong dải băng trong suốt khoảng thời gian rỗi Một cách tương tự, đối với các kênh đường lên, sector BS có thể quét các kênh để xác định kênh có mức thấp nhất của công suất xuyên nhiễu Sector BS và MS có thể chia sẻ kết quả việc quét này để

giúp nhau trong sự lựa chọn kênh Hệ thống ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) sử dụng công nghệ biến đổi Fourie nhanh (FFT) và khối bộ nhân để sửa pha-đinh chọn lọc tần số đã được trang bị đặc tính đo tín hiệu này

Trong [24], kết quả mô phỏng đã được trình bày đối với DCA cho lưu lượng chuyển mạch kênh thông thường sử dụng một mô hình đường truyền lý

tưởng hoá với số mũ tổn thất đường truyền n = 4 cùng với kiểu pha-đinh chuẩn

lôga ở đó cũng sử dụng cảm nhận xuyên nhiễu lý tưởng không có sự lựa chọn gán kênh xung đột phát sinh do nguyên nhân trễ thời gian khoảng cách đối với các sector đang quét cùng kênh Việc mô phỏng chứng minh rằng DCA có và không có điều khiển công suất có thể đem lại dung lượng mạng vượt quá dung lượng của cả hai kỹ thuật CDMA không đồng bộ và CDMA đồng bộ Mô hình hệ thống CDMA đồng bộ thừa nhận việc triệt xuyên nhiễu hoàn toàn trong tế bào như có thể đạt được với phương pháp phát hiện đồng thời hoàn hảo Hình 2.5 biểu diễn một ví dụ

của số liệu về hiệu quả phổ tần được đưa ra từ [24] so sánh các kết quả dung lượng

đối với DCA của kỹ thuật CDMA không đồng bộ và kỹ thuật CDMA đồng bộ Hiệu quả trong hình 2.5 là hiệu quả đa truy nhập được định nghĩa là tỷ số của số các trạm xa hoạt động đồng thời tại một tốc độ dữ liệu đã cho trên một sector trong một cấu trúc tế bào lục giác bán vô hạn so với số người sử dụng tại cùng một tốc độ dữ liệu được phép đối với một sector đơn (không có xuyên nhiễu giữa các tế bào) Sự cải thiện với DCA trên CDMA một phần là vì số trung bình xuyên nhiễu trên độ rộng băng trải rộng xảy ra với CDMA, thậm chí đối với CDMA đồng bộ trong đó xuyên nhiễu nội tế bào được loại trừ DCA đưa thông tin vào quá trình sử dụng nguồn tài nguyên phổ tần bằng việc lựa chọn các kênh với các giá trị SIR cao hơn chứ không chấp nhận một kênh với SIR trung bình Do thông tin thêm vào và thông tin được xử lý, nên có thể hy vọng rằng việc sử dụng phổ tần sẽ đạt hiệu quả cao hơn nữa

Hình 2.6 biểu diễn lưu đồ cho thuật toán chia tách kênh Mỗi sector xếp hạng

mỗi kênh sử dụng một hàm ưu tiên P(i):

NNi

với Ns là số lượng truy nhập thành công cho kênh cộng với số lượng truy nhập kênh

khi kênh rỗi nhưng không thể truy nhập được, và Nt là tổng số lần thử cho kênh

Từ hình 2.6, sector chọn ra một kênh từ danh sách kênh hiện thời trên cơ sở

của ưu tiên cao nhất P(i) Nếu kênh rỗi, nó kiểm tra khả năng truy nhập Nếu nó có

khả năng truy nhập, kênh được lựa chọn cho việc sử dụng và ưu tiên của nó tăng thêm một Nếu kênh rỗi nhưng không thể truy nhập vì không có các máy phát RF khả dụng trên BS, ưu tiên của nó cũng được tăng thêm một nhưng thuật toán còn tìm một kênh mới từ danh sách ưu tiên Quá trình đệ quy này tiếp tục cho đến khi việc truyền dẫn được xử lý hay việc truyền dẫn bị khoá

Sự mô phỏng trong [3] chỉ ra rằng thuật toán chia tách kênh có thể làm tốt hơn FCA được miêu tả trước đây

Hình 2.6 Lưu đồ thuật toán chia tách kênh DCA

Chọn kênh ưu tiên cao nhất không sử dụng

Kênh sử dụng trong các tế bào

khác ?

Kênh cuối?

Tăng ưu tiên kênh Giảm ưu tiên

kênh

Chọn kênh ưu tiên cao nhất tiếp theo

Sử dụng kênh và tăng ưu tiên của chúng

Kênh không thểtruy nhậpđược?

Kết thúcN

N

Bắt đầu Cuộc gọi bị khoá