3.3.3.1. Nhiễu bởi hệ thống GSM
A. Nhiễu đồng kênh:
Nhiễu đồng kênh xảy ra khi cả hai máy phát phát trên cùng một tần số hoặc trên cùng một kênh. Máy thu điều chỉnh ở kênh này sẽ thu được cả hai tín hiệu với cường độ phụ thuộc vào vị trí của máy thu so với hai máy phát.
Tỉ số sóng mang trên nhiễu được định nghĩa là cường độ tín hiệu mong muốn trên cường độ tín hiệu nhiễu.
C/I = 10log(Pc/Pi) . Trong đó:
Pc : công suất tín hiệu thu mong muốn Pi : công suất nhiễu thu được.
Hình 3.4 Tỷ số nhiễu đồng kênh C/I
Hình 3.4 ở trên chỉ ra trường hợp mà máy di động MS đặt trong xe đang thu một sóng mang mong muốn từ một trạm gốc phục vụ (Serving BS) và đồng thời
cũng đang chịu một nhiễu đồng kênh do nhiễu phát sinh của một trạm gốc khác
(Interference BS).
Giả sử rằng cả hai trạm đều phát với một công suất như nhau các đường
truyền sóng cũng tương đương (hầu như cũng không khác nhau trong thực tế) và ở điểm giữa, máy di động có C/I bằng 0 dB, có nghĩa là cả hai tín hiệu có cường độ bằng nhau. Nếu máy di động đi gần về phía trạm gốc đang phục vụ nó thì C/I > 0 dB. Nếu máy di động chuyển động về phía trạm gây ra nhiễu thì C/I < 0 dB.
Chương 3 Các yếu tốảnh hưởng tới chất lượng phủ sóng
Theo khuyến nghị của GSM giá trị C/I bé nhất mà máy di động vẫn có thể làm việc tốt là 9 dB. Trong thực tế, người ta nhận thấy rằng giá trị này cần thiết phải lên đến 12 dB ngoại trừ nếu sử dụng nhảy tần thì mới có thể làm việc ở mức C/I là 9dB. Ở mức C/I thấp hơn thì tỷ lệ lỗi bit BER (Bit Error Rate) sẽ cao không chấp nhận được và mã hoá kênh cũng không thể sửa lỗi một cách chính xác được.
Tỉ số C/I được dùng cho các máy di động phụ thuộc rất lớn vào việc quy hoạch tần số và mẫu tái sử dụng tần số. Nói chung việc sử dụng lại tần số làm dung lượng tăng đáng kể tuy nhiên đồng thời cũng làm cho tỉ số C/I giảm đi. Do đó việc quy hoạch tần số cần quan tâm đến nhiễu đồng kênh C/I.
Dấu hiệu nhiễu đồng kênh luôn luôn là nhiễu đường xuống, tỉ lệ chuyển giao do quality cao, tỉ lệ rớt cuộc gọi hay ấn định kênh TCH thất bại cao.
Để xử lý cần giảm góc ngẩng nguồn nhiễu, thậm chí thay đổi hướng của anten, giảm công suất phát của BTS hay thay đổi tần số.
B. Nhiễu kênh lân cận
Nhiễu kênh lân cận xảy ra khi sóng vô tuyến được điều chỉnh và thu riêng
kênh C song lại chịu nhiễu từ kênh lân cận C-1 hoặc C+1. Mặc dù thực tế sóng vô tuyến không được chỉnh để thu kênh lân cận đó, nhưng nó vẫn đề nghị một sự đáp ứng nhỏ là cho phép kênh lân cận gây nhiễu tới kênh mà máy thu đang điều chỉnh.
Tỉ số sóng mang trên kênh lân cận được định nghĩa là cường độ của sóng mang
mong muốn trên cường độ của sóng mang kênh lân cận. C/A = 10.log(Pc/Pa) Trong đó :
Pc : công suất thu tín hiệu mong muốn Pa : công suất thu tín hiệu của kênh lân cận
Giá trị C/A thấp làm cho mức BER cao. Mặc dù mã hoá kênh GSM bao gồm việc phát hiện lỗi và sửa lỗi, nhưng để việc đó thành công thì cũng có giới hạn đối với nhiễu. Theo khuyến nghị của GSM, để cho việc quy hoạch tần số được tốt thì giá trị C/A nhỏ nhất nên lớn hơn - 9 dB.
Khoảng cách giữa nguồn tạo ra tín hiệu mong muốn với nguồn của kênh lân cận lớn sẽ tốt hơn cho C/A. Điều này có nghĩa là các cell lân cận không nên được ấn
định các sóng mang của các kênh cạnh nhau nếu C/A được đã được đề nghị trong một giới hạn nhất định.
Dấu hiệu nhiễu kênh lân cận luôn luôn là nhiễu đường xuống, tỉ lệ chuyển giao do quality cao, tỉ lệ rớt cuộc gọi hay ấn định kênh TCH thất bại cao.
Để xử lý cần giảm góc ngẩng nguồn nhiễu, thậm chí thay đổi hướng của anten, giảm công suất phát của BTS hay thay đổi tần số.
C. Nhiễu do sử dụng tính năng Forced Directed Retry
Thuật toán FDR cho phép MS kết nối trên SDCCH của một cell mà không có tài nguyên TCH rỗi và thực hiện chuyển giao SDCCH-TCH để chiếm một kênh TCH trên neighbour của nó. Tuy nhiên việc sử dụng tính năng FDR sẽ làm MS kết
nối đến cell không phải vùng phục vụ của nó sẽ làm phá vở hoạch định tần số và
làm tăng nguy cơ cuộc gọi bị nhiễu và chất lượng tồi.
3.3.3.2. Nhiễu từ hệ thống không phải GSM
9 Nhiễu bởi các mạng di động khác như CDMA, TACS, AMPS,
NMT900.
9 Nhiễu bởi các nguồn tần số vô tuyến khác như các hệ thống radar,
thiết bị chống trộm, thiết bị y tế,….
3.3.4. Xác định nguồn gốc nhiễu
Việc tìm ra nguồn gốc gây nhiễu thì cần thiết cho việc khắc phục lỗi. Thông
thường đường xuống có chất lượng kém, ví dụ như sự phân bố của chuyển giao
intracell bình thường là 25% cho đường lên và 75% cho đường xuống. Để xác định rõ nguồn nhiễu, có thể kiểm tra các vấn đề sau:
9 Kiểm tra số lượng quan hệ chuyển giao.
9 Kiểm tra tỉ lệ chuyển giao do chất lượng.
9 Chọn quan hệ mà đặc tính chuyển giao kém nhất.
9 Kiểm tra nhiễu do chất lượng kém ở đường lên hay đường xuống.
Chương 3 Các yếu tốảnh hưởng tới chất lượng phủ sóng
Bằng việc kết hợp thông tin địa lý về vị trí trạm, hướng anten và dữ liệu về
hoạch định tần số với các thống kê chuyển giao có thể xác định ra nguyên nhân
nhiễu. Chuyển giao khẩn cấp kém sẽ xác định đường lên hay xuống bị nhiễu.
Sau đây là những nguyên nhân chủ quan hay khách quan ảnh hưởng đến
nhiễu: Dấu “+” làm giảm ảnh hưởng của nhiễu; dấu “-“ làm tăng ảnh hưởng
nhiễu.
¾ Đường lên:
+ BTS có mức thu tốt hơn MS + BTS có độ lợi phân tập
+ Công suất phát MS thường được điều chỉnh giảm dần. - MS không có anten định hướng và phát ở tất cả các hướng. + Vị trí anten MS thấp.
¾ Đường xuống:
+ Công suất BTS có thể được điều chỉnh. - Kênh BCCH được phát liên tục.
- MS không phân tập.
- Công suất phát của BTS cao.
- Vị trí anten BTS cao hay hướng phủ anten không tốt. - Môi trường khó điều chỉnh vùng phủ sóng như sông, hồ.
- Hoạch định tần số kém, các cell lân cận có cùng hay kề tần số với nhau.
3.3.4.1. Các nguyên nhân nhiễu đường lên
- Điều khiển công suất MS không hoạt động: MS sẽ phát công suất lớn nhất và phát ở tất cả các hướng. Trường hợp MS ở biên cell sẽ bị nhiễu bởi các MS khác (đồng kênh hay kênh lân cận).
- Hoạch định tần số: Việc hoạch định tần số không tốt có thể ảnh hưởng đến nhiễu đường lên.
- Lắp đặt anten không tốt: Azimuth không đúng, suy hao ở bộ nối Connector và cáp lớn hơn tính toán, đấu nối feeder và anten không đúng, hướng bức xạ của anten khác hướng mong muốn.
- Bộ thu ở BTS bị hỏng: độ nhạy thu thấp hơn danh định. - Vị trí anten cao.
- Nhiễu bên ngoài mạng: gần các trạm AMPS… - Vị trí trạm không tốt.
3.3.4.2. Các nguyên nhân nhiễu đường xuống
- Hoạch định tần số không tốt sẽ gây nhiễu, vì vậy cần phải cải thiện vấn đề tần số.
- Điều khiển công suất ở BTS không hoạt động - Công suất phát BTS thấp.
- Bộ thu phát bị hỏng.
- Vị trí anten thấp hay bị che khuất: Vị trí anten thấp hay bị che khuất thì không luôn dẫn đến nhiễu đường xuống. Vần đề xảy ra khi có trạm cùng tần có vị trí anten đặt cao. Anten bị che khuất có thể tăng nhiễu trong khu vực bị che chắn ở hướng của các trạm cùng kênh tần số.
- Feeder có vấn đề như nước vào trong feeder. - Combiner có vấn đề.
- Do môi trường như các khu vực sông, hồ sẽ có vùng phủ lớn và là nguyên nhân gây ảnh hưởng nhiễu.
- Nhiễu kênh lân cận hay đồng kênh.
- Cùng BSIC và tần số ở các cell neighbour lân cận.
- Bộ thu phát anten bị lỗi: Lắp đặt anten không tốt làm công suất bức xạ kém hay công suất bức xạ không đúng hướng.
Có nhiều thống kê có thể xác định nhiễu. Số lượng lớn chuyển giao intra cell
thường chỉ thị chất lượng kém và cường độ tín hiệu cao. Nhiễu cao cũng làm chất
Chương 3 Các yếu tốảnh hưởng tới chất lượng phủ sóng
Ấn định TCH không thành công cũng có thể cho thấy là nhiễu nếu cell không
bị nghẽn. Số lượng chuyển giao khẩn cấp cao cũng được xác định do nhiễu. Đường
truyền bị nhiễu có thể được nhận diện bằng việc sử dụng các bộ đếm chuyển giao. Các thống kê sau chỉ thị nhiễu:
¾ Số lượng chuyển giao trong cell cao.
¾ Chuyển giao trong cell không thành công
¾ Ấn định TCH không thành công.
¾ Rớt cuộc gọi do chất lượng kém trên TCH và SDCCH.
¾ Nhiều chuyển giao do chất lượng kém (chuyển giao khẩn cấp).
¾ Nhiều cuộc gọi bị đứt kết nối do chất lượng kém.
3.3.5. Một số biện pháp khắc phục nhiễu kênh chung
Vấn đề can nhiễu kênh chung là một thách thức lớn với hệ thống thông tin di động tế bào. Có các phương pháp để giảm can nhiễu kênh chung như:
1. Tăng cự ly sử dụng lại tần số (D) 2. Hạ thấp độ cao anten trạm gốc
3. Sử dụng Anten định hướng ở BTS (Sector hóa)
Với phương pháp thứ nhất: việc tăng cự ly sử dụng lại tần số D sẽ làm giảm can nhiễu kênh chung, tuy nhiên khi đó số cell trong mỗi mảng mẫu sẽ tăng, tương ứng với số kênh tần số dành cho mỗi cell sẽ giảm và như vậy thì dung lượng phục vụ sẽ giảm xuống.
Phương pháp thứ hai việc hạ thấp anten trạm gốc làm cho ảnh hưởng giữa các cell dùng chung tần số sẽ được giảm bớt và như vậy can nhiễu kênh chung cũng được giảm bớt. Tuy nhiên, việc hạ thấp anten sẽ làm ảnh hưởng của các vật cản (nhà cao tầng…) tới chất lượng của hệ thống trở nên nghiêm trọng hơn.
Phương pháp thứ 3 có hai ích lợi: Một là biện pháp làm giảm can nhiễu kênh chung trong khi cự ly sử dụng lại tần số không đổi, hai là tăng dung lượng hệ thống. Phương pháp này sẽ được trình bày trong phần sau.
Ngoài ra, các kỹ thuật khác như:
−Nhảy tần
−Truyền phát gián đoạn
−Điều khiển công suất phát sóng kiểu động cũng làm cải thiện thêm đáng kể tỷ số C/ I của hệ thống
9 Một số kỹ thuật tăng chất lượng hệ thống:
• Nhảy tần:
Thực chất của việc nhảy tần là thực hiện trải các cụm (burst) dữ liệu trên các kênh tần số khác nhau một cách ngẫu nhiên, nhằm giảm nhiễu trong toàn bộ hệ thống. Điều này có ý nghĩa rất lớn đối với các mạng lớn mà việc sử dụng lại tần số là cực kỳ khó khăn. Để nhảy tần cần chú ý trong trường hợp tổ hợp nhảy tần, số tần số này có thể nhiều hơn số trạm thu/phát TRX của cell. Khi chọn các tần số để nhảy tần khác nhau sẽ làm cho các cụm dữ liệu nhảy tần theo các cách khác nhau và làm giảm khả năng trùng tần số giữa các cụm số liệu trên 2 cell.
• Truyền phát gián đoạn _ Discontinuous Transmission (DTX):
Thực chất của phương pháp DTX là BTS hay MS chỉ phát khi nhận được tín hiệu đầu vào như có tín hiệu thoại và khi kết thúc tín hiệu nó sẽ ngừng phát. Việc phát hay không được thực hiện trên cơ sở từng khe thời gian. Mục đích của phương pháp này là tiết kiệm năng lượng và giảm nhiễu trên kênh lân cận một cách tối đa. Khi sử dụng phương pháp truyền dẫn gián đoạn ta cần thêm các thiết bị phụ trợ khác như VAD (Voice Active Detector) để phát hiện tín hiệu vào và tạo ra tiếng ồn giả khi một phía nào đó ngừng cung cấp tín hiệu.
• Điều khiển công suất thu phát của MS và BTS:
Việc điều khiển tăng giảm công suất thu phát của MS và BTS cũng làm cải thiện đáng kể tỷ số C/ I.
Chương 3 Các yếu tốảnh hưởng tới chất lượng phủ sóng
3.4. Nguyên lý Anten và các mô hình lựa chọn 3.4.1. Nguyên lý anten 3.4.1. Nguyên lý anten
Anten là thiết bị chuyển tín hiệu điện từ dây dẫn thành tín hiệu thành tín hiệu vô tuyến và truyền nó đi trong không khí cũng như thu tín hiệu vô tuyến và chuyển nó thành tín hiệu điện.
Khi dây dẫn có chứa dòng điện xoay chiều nó có thể phát xạ ra sóng điện từ với khả năng phát xạ liên quan đến chiều dài và hình dạng của dây dẫn.
Khi chiều dài của dây dẫn tăng đến độ dài của bước sóng dòng điện trong
dây dẫn sẽ tăng đột ngột và phát xạ mạnh nhất. Nói chung các dây dẫn thẳng ở dưới đây có thể nhìn rõ dạng phát xạ được gọi là lưỡng cực (dipole).
Hình 3.5 Trường phát xạ của Anten
Một dipole với 2 thanh có chiều dài bằng nhau được gọi là dipole đối xứng hay dipole 1/2 bước sóng. Một dipole đối xứng 1/2 bước sóng có thể được sử dụng độc lập. Nhiều dipole đối xứng 1/2 bước sóng có thể tạo thành dãy anten.
Hình 3.6 Dipole 1/2 bước sóng
Phân chia theo môi trường phát sóng gồm có
9 Anten outdoor: thường là anten có hướng được dùng cho môi trường ngoài
trời.
Hình 3.7 Anten outdoor
9 Anten indoor: Dùng trong các tòa nhà hay còn gọi là inbuilding
Anten gắn trên trần nhà Anten gắn trên tường
Hình 3.8 Anten indoor
3.4.2. Các đại lượng đặc trưng của Anten 3.4.2.1. Độ tăng ích của anten
Độ tăng ích của anten được tạo bởi một dãy các dipole cơ bản :
9 Với một dipole đối xứng ta có công suất thu được là 1 mW.
Chương 3 Các yếu tốảnh hưởng tới chất lượng phủ sóng
9 Với một dãy 4 anten đối xứng công suất thu được là 4mW.
Độ tăng ích anten được tính như sau: GAIN =10log 4( mW /1mW)=6dBi
Như thế độ tăng tích của anten liên quan đến dipole 1/2 bước sóng và sự phát xạ đẳng hướng.
Sự phát xạ đẳng hướng là công suất phát xạ của anten như nhau theo mọi
hướng. Độ tăng ích của anten theo một hướng nào đó là giá trị của trường phát ra theo hướng đó trên cường độ phát xạ đẳng hướng.
Dải tần số làm việc của anten: không quan tâm đến là anten phát hay thu thì anten sẽ luôn làm việc với dải tần cố định. Thực tế sử dụng là lựa chọn băng tần của anten để có thể bắt được tần số yêu cầu.
3.4.2.2. Góc ngẩng của anten
Góc ngẩng của anten được ứng dụng để phủ lên một vùng mong muốn và
tránh sự chồng chất không mong muốn.
Có 2 mô hình là góc độ điều chỉnh bằng điện và góc ngẩng điều chỉnh bằng cơ.
Mục đích của kỹ thuật điều khiển góc ngẩng là làm ngiêng búp sóng chính và làm giảm mức độ phát xạ đến các cell lân cận. Trong trường hợp này mức tần số ở cạnh của cell được giảm xuống, mức nhiễu sẽ thấp hơn rất nhiều so với mức tần số.
Hình 3.9 Các loại anten
3.4.2.3. Trở kháng vào của anten
Tỷ lệ của điện thế tín hiệu, cường độ tín hiệu của anten và các điểm kết nối feeder được gọi là trở kháng của anten.
Trở kháng vào có các thành phần điện trở và điện kháng. Đối với một số
anten ta có thể điều chỉnh được trở kháng của anten. Trong dải tần số hoạt động