- Fading chuẩn loga
Trạm di động thường hoạt động ở cỏc mụi trường cú nhiều chướng ngại vật (cỏc quả đồi, tũa nhà…). Điều này dẫn đến hiệu ứng che khuất làm giảm cường độ tớn hiệu thu, khi thuờ bao di chuyển cường độ thu sẽ thay đổi.
Khi mụi trường cú nhiều chướng ngị vật, tớn hiệu thu từ nhiều phương khỏc nhau. Điều này cú nghỉa là tớn hiệu thu là tổng của nhiều tớn hiệu giống nhau nhưng khỏc pha và biờn độ.
Để giảm phần nào tỏc hại do Fading gõy ra, người ta thường tăng cụng suất phỏt đủ lớn để tạo ra một lượng dự trữ Fading, sử dụng một số biện phỏp như: phõn tập anten, nhảy tần…
Túm lại, qua phõn tớch những ảnh hưởng của cỏc tham số trờn đến mụi trường truyền súng, ta cú được những cơ sở làm tiền đề cho việc tối ưu húa vựng phủ súng.
Cỏc phương phỏp phũng ngừa suy hao truyền dẫn do Fading
Để cải thiện mỏy thu và chất lượng của tớn hiệu thu, cú 4 phương ỏn để thực hiện như sau:
- Phõn tập anten
Fading là một hiờn tượng ngẩu nhiờn khụng tương quan (khụng đồng thời) xảy ra với cỏc giỏ trị khỏc nhau của cựng một tham số tớn hiệu, cú tớnh chọ lọc theo tần số, thời gian. Vỡ vậy, cú một phương phỏp khắc phục fading là tiến hành thu phỏt tớn hiệu đồng thời ở cỏc giỏ trị khỏc nhau của cựng một tham số tớn hiệu. Do fading xảy ra khụng đồng thời nờn ở phớa thu luụn luụn nhận được tớn hiệu tốt.
Ở phớa thu, ta sử dụng 2 anten Rx độc lập thu cựng tớn hiệu rồi kết hợp cỏc tớn hiệu này lại ta sẽ cú một tớn hiệu ra khỏi bộ kết hợp ớt bị Fading hơn. Khoảng cỏch giữa 2 Tx và 2Rx phải đủ lớn để khụng gian tớn hiệu ở 2 anten nhỏ.
- Nhảy tần
Với Fading raile, mẫu Fading phụ thuộc vào tần số nghĩa là chỗ trũng Fading xảy ra ở cỏc vị trớ khỏc nhau đối với cỏc tần số khỏc nhau. Như vậy ta cú thể thay đổi tần số súng mang trong một số tần số khi cuộc gọi đang tiến hành, khi gặp chỗ trũng Fading chỉ một phần thụng tin bị mất. Để khụi phục lại thụng tin hoàn thiện ta dựng phương phỏp sau:
- Mó hoỏ kờnh
Ở truyền dẫn số người ta đo chất lượng của tớn hiệu được chủ yếu bằng số lượng cỏc bit thu được chớnh xỏc, đầu đến biểu diễn tỷ số bit lỗi BER. BER khụng thể bằng khụng do thay đổi đường truyền nếu cú được cho phộp một lương nhất định và cú khả năng khụi phục thụng tin này hoặc cú thể phỏt hiện trỏnh sử dụng thụng tin lỗi. BER quan trọng với phỏt số liệu hơn Voice.
Ở phương phỏp mó hoỏ kờnh ta phải phỏt đi một lượng thụng tin cú số bit lớn hơn nhưng sẽ đạt độ an toàn chống lỗi cao hơn. Mó hoỏ kờnh cú thể phỏt hiện và sửa lỗi ở từng bit thu.
Mỗi kờnh kiểm tra lỗi được chia thành mỗi khối và mó xoắn. Ở mó khối, một số bit kiểm tra được bổ sung vào một số bit thụng tin nhất định. Cỏc bit kiểm tra chỉ phụ thuộc vào cỏc bit thụng tin ở khối bản tin.
Ở mó hoỏ xoắn, bộ mó hoỏ tạo ra khối cỏc bit mó khụng chỉ phụ thuộc vào cỏc bit của khối bản tin hiện thời được dịch vào bộ mó hoỏ mà cũn phụ thuộc vào cỏc bit của khối trước.
Mó hoỏ khối thường được sử dụng khi cú bỏo hiệu định hướng theo khối và sử dụng để phỏt hiện lỗi khi thực hiện “ Yờu cầu tự động phỏt ” ARQ.
Mó hoỏ xoắn liờn quan nhiều hơn đến sửa sai lỗi. Cả hai mó này được sử dụng ở GSM. Hai bước mó hoỏ được dựng cho cả tiếng và số liệu.
- Ghộp xen
Cỏc lỗi bit thường xảy ra theo từng cụm đo cỏc chỗ trũng fading lẫn làm ảnh hưởng nhiều bit liện tiếp. Để giải quyết hiện tượng lỗi bit quỏ dài ta dựng phương phỏp ghộp xen kờnh để tỏch cỏc bit liờn tiếp của một bản tin sao cho cỏc bit này gửi đi khụng liờn tiếp.
Khi truyền dẫn khung 2 cú thể mất nếu khụng ghộp xen toàn khối bản tin sẽ mất nhưng ghộp xen sẽ đảm bảo chỉ thị thứ hai ở từng khối là bị mắc lỗi:
1 x 3 4 1 x 3 4 1 x 3 4 1 x 3 4
Mó hoỏ kờnh cú thể khụi phục lại thụng tin của tất cả cỏc khối. ở GMS bộ mó hoỏ kờnh cung cấp 456 bit cho từng 20 ms tiếng và được ghộp xen để tạo ra cỏc khối 57 bit.
Một khung tiếng 20ms tạo 456 bit, cỏc bit này được ghộp xen vào 8 nhúm 57 bit ở cỏc cụm bỡnh thường cú khoảng trống dành cho 2x27 bit.
57 1 26 1 57
Người ta thường bổ sung thờm một mức ghộp kờnh xen kẽ giữa 2 khung tiếng, điều này làm tăng thời gian trễ ở hệ thống nhưng cú thể cho phộp mất toàn bộ một cụm vỡ nú ảnh hưởng 12,5% số bit mỗi khung tiếng và cú thể được hiệu chỉnh bằng mó hoỏ kờnh.
3.3.3. Phõn tỏn thời gian
Phõn tỏn thơi gian xảy ra là do cú nhiều đường truyền súng từ mỏy phỏt đến mỏy thu. Hiện tượng phõn tỏn thời gian gõy ra một số vấn đề cho mạng thụng tin di động số. Việc sử dụng truyền dẫn số cũng gõy ra một số vấn đề khỏc như: phõn tỏn thời gian do cỏc tớn hiệu phản xạ gõy ra.
Sự phõn tỏn thời gian sẽ gõy ra hiện tượng “ giao thoa giữa cỏc ký tự ”. Giả thiết chỳng ta phỏt đi một chuổi bit 1 và 0. Nếu tớn hiệu phản xạ đi chậm hơn tớn hiệu đi thẳng đỳng 1 bit thỡ mỏy thu phỏt hiện bit 1 từ súng phản xạ đồng thời cũng phỏt hiện bit 0 từ súng đi thẳng.
Vỡ vậy, nếu cú phản xạ mà trễ lớn hơn hệ số cõn bằng mà hệ thống cú thể đỏp ứng thỡ ta khụng thể xỏc định chớnh xỏc được là cần bao nhiờu bộ cõn bằng. Giả sử cỏc tia phản xạ đến mỏy thu bờn ngoài cửa sổ thời gian, được định nghĩa là tớn hiệu phản xạ đến trong vũng 15 às, sẽ gõy ra phiền phức cho hệ thống giống như là nhiễu. Ta đó biết giỏ trị tối thiểu của C/I trong hệ thống GSM là 9 dB. Chỳng ta cú thể coi giỏ trị này là giỏ trị cực đại của phõn tỏn thời gian. Nghĩa là cỏc tớn hiệu phản xạ mà đến trễ hơn 15 às, bờn ngoài cửa sổ thời gian, phải cú giỏ trị tổng nhỏ hơn 9 dB (tỉ số này chớnh là C/R). Nhưng một điều cần phải chỳ ý ở đõy là cỏc tia phản xạ cũng được coi như là một phần của súng mang. Việc quy hoạch một hệ thống GSM phải chỉ ra được cỏc trường hợp đặc thự cú thể xảy ra hiện tượng giao thoa giữa cỏc ký tự, và cỏc trường hợp này tỉ số C/R thấp hơn mức ngưỡng C/R quy định.
Vỡ thực tế địa hỡnh mụi trường và vị trớ đặt trạm thu phỏt gốc BTS sẽ cú thể gõy ra phõn tỏn thời gian. Những nhõn tố sau cần phải được xem xột trước khi lựa chọn vị trớ đặt trạm:
- Diện tớch phủ súng của cell mong muốn; - Những khu vực trong cell cú thể gõy nhiễu; - Những vật thể cú thể gõy phản xạ;
- Trễ thời gian.
Những mụi trường nguy hiểm: (là những mụi trường cú thể gõy nờn vấn đề về phõn tỏn thời gian)
- Những vựng nỳi;
- Hồ sõu hoặc nhiều nhà cao tầng; - Những tũa nhà cao bằng kim loại….
Trong tất cả những trường hợp như vậy phõn tỏn thời gian chỉ xảy ra khi hiệu quảng đường giữa tớn hiệu trực tiếp và tớn hiệu phản xạ từ những chướng ngại vật kể trờn lớn hơn của sổ cõn bằng (4.5 km).
Núi chung sự nguy hiểm của phõn tỏn thời gian sẽ tăng cựng với khoảng cỏch giửa BTS và MS. Một MS gần BTS cú thể nhận được tớn hiệu phản xạ mạnh với hiệu quảng đường lớn nhưng khụng cú ảnh hưởng gỡ do tớn hiệu trực tiếp vẫn mạnh và tỉ số C/R vẫn đạt trờn giỏ trị tới hạn. Khi MS chuyển động tới gần vật phản xạ thỡ nguy cơ tỉ số C/R sẽ tăng lờn do tớn hiệu đến trực tiếp yếu đi khi hiệu số quảng đường giảm.
Trường hợp C/R trờn ngưỡng:
Hiệu số quóng đường = D0 - DR (mà DR = D1 + D2) lớn Tớn hiệu trực tiếp mạnh
Tớn hiệu phản xạ yếu
Trường hợp C/R gần hoặc thấp hơn ngưỡng
Hỡnh 3.5. MS nằm giữa BTS và vật cản Hiệu số quóng đường lớn
Tớn hiệu đến trực tiếp yếu Tớn hiệu phản xạ mạnh
Trường hợp C/R gần hoặc dưới ngưỡng nhưng vẫn nằm trong cửa sổ cõn bằng
Hỡnh 3.6. MS gần chướng ngại vật Hiệu quóng đường nhỏ
Tớn hiệu trực tiếp yếu Tớn hiệu phản xạ mạnh
Những trường hợp trờn rất quan trọng để ta lưu ý rằng khi MS di chuyển đến rất gần chướng ngại vật gõy phản xạ thỡ tớn hiệu phản xạ cũng cú thể mạnh như tớn hiệu trực tiếp, tuy nhiờn trong trường hợp này hiệu quóng đường lại nhỏ và do vậy tớn hiệu phản xạ vẫn nằm trong cửa sổ cõn bằng, hay cỏc tớn hiệu phản xạ nằm trong cửa sổ thời gian, nờn trường hợp này khụng bị ảnh hưởng bởi phõn tỏn thời gian.
- Một số giải phỏp khắc phục
Những giải phỏp khả thi để trỏnh tỏc hại của phõn tỏn thời gian là:
* Chọn vị trớ đặt BTS
- Di chuyển BTS đến càng gần vật gõy phản xạ càng tốt. Điều này sẽ đảm bảo cho hiệu khoảng cỏch luụn nhỏ nằm trong phạm vi cửa sổ cõn bằng.
Hỡnh 3.7. Đặt BTS gần chướng ngại vật để trỏnh phõn tỏn thời gian
- Chuyển hướng anten của BTS ra khỏi phớa vật chướng ngại gõy phản xạ nếu BTS được đặt xa nú.
* Thay đổi anten và gúc nghiờng anten:
Nếu vật phản xạ khụng bị chiếu vào thỡ sẽ khụng cú hiện tượng phản xạ. Như vậy, ta phải cố gắng giảm phần năng lượng bức xạ từ vật phản xạ mà cú thể gõy ra hiện tượng phản xạ cú hại.
Sử dụng anten down tilt là một cỏch cú thể ỏp dụng được. Anten down tilt với độ rộng bỳp súng vào khoảng 100, được sử dụng để trỏnh chiếu vào
những vựng nỳi và trong trường hợp cần phủ súng cho một trục đường quốc lộ. Vấn đề chớnh khi sử dụng anten này là chỳng phải được lắp đặt thật chớnh xỏc, sai số khụng được vượt quỏ 10.
* Điều chỉnh tham số cell:
Một cỏch khỏc để chống phõn tỏn thời gian là thay đổi tham số của cell. Nếu một vựng nào đú trong một cell cú cường độ tớn hiệu thấp so với vựng cũn lại trong cell thỡ cỏc tham số điều khiển chuyển giao nờn được thiết lập để tiến hành cỏc cuộc chuyển giao ra ngay khỏi cell này trước khi để mỏy di động MS đi vào vựng nguy hiểm đú. Cỏc tham số của cỏc cell bờn cạnh cũng nờn được thiết lập để sao cho cỏc cuộc chuyển giao khụng bị chuyển vào những vựng cú xảy ra phõn tỏn thời gian nằm trong cell đú.
* Đo lường:
Biện phỏp đo lường được đưa ra trong những mụi trường khỏc nhau mà những chướng ngại vật gõy nờn phõn tỏn chỉ nằm ngoài vựng ellipe được tạo nờn bởi vị trớ giữa BTS và MS và phạm vi cửa sổ cõn bằng (hỡnh 3.8).
Năng lượng súng phản xạ tỉ lệ với R-4 của khoảng cỏch. Cú nghĩa là nú sẽ giảm rất nhanh khi ra xa chướng ngại vật. Vả lại, nếu BTS và MS nhỡn thấy được nhau thỡ tớn hiệu trực tiếp sẽ mạnh hơn rất nhiều so với tớn hiệu phản xạ và tỏc hại làm cho chất lượng cuộc kết nối khụng được ổn định trong thời gian phõn tỏn thời gian sẽ rất nhỏ.
Hỡnh 3.8. Phạm vi vựng Elip
3.3.4. Vấn đề nhiễu
Một đặc điểm của mạng thụng tin di động GSM là cỏc kờnh đang sử dụng ở cell này cú thể được sử dụng lại ở cỏc cell khỏc. Nhưng giữa cỏc cell này phải cú một khoảng cỏch nhất định. Điều này cú nghĩa là cell sẽ bị nhiễu đồng kờnh do việc cỏc cell khỏc sử dụng cựng tần số. Cuối cựng vựng phủ súng của trạm gốc sẽ bị giới hạn bởi lý do này hơn là do tạp õm thụng thường. Vỡ vậy, ta cú thể núi rằng một hệ thống tổ ong hoàn thiện là giới hạn được nhiễu mà đó được quy định chuẩn, loại trừ được nhiễu hệ thống. Một vấn đề trong thiết kế hệ thống tổ ong là điều khiển cỏc loại nhiễu này ở mức chấp nhận được. Điều này được thực hiện một phần bởi việc điều khiễn khoảng cỏch sử dụng lại tần số. Khoảng cỏch này càng lớn thỡ nhiễu càng bộ.
Để chất lượng thoại luụn được đảm bảo thỡ mức thu của súng mang mong muốn C (Carrier) phải lớn hơn tổng mức nhiễu đồng kờnh I (Interference) và mức nhiễu kờnh lõn cận A (Adjacent).
3.3.4.1. Nhiễu đồng kờnh C/I
Nhiễu đồng kờnh xảy ra khi hai mỏy phỏt phỏt trờn cựng một tần số hoặc trờn cựng một kờnh. Mỏy thu điều chỉnh ở kờnh này sẽ thu được cả hai tớn hiệu với cường độ phụ thuộc vào vị trớ của mỏy thu so với mỏy phỏt.
Tỉ số súng mang trờn nhiễu được định nghĩa là cường độ tớn hiệu mong muốn trờn cuờng độ tớn hiệu nhiễu.
C/I = 10log (Pc/Pi). Trong đú:
Pc: cụng suất tớn hiệu thu mong muốn Pi: cụng suất nhiễu thu được
Hỡnh 3.9. Tỉ số nhiễu đồng kờnh C/I
Hỡnh 3.9 ở trờn chỉ ra trường hợp mỏy di động thu một súng mang mong muốn từ một tram gốc phục vụ và đồng thời cũng đang chịu một nhiễu đồng kờnh do nhiễu phỏt sinh của một trạm gốc khỏc
Giả sử rằng cả hai trạm đều phỏt với cụng suất như nhau, cỏc đường truyền súng cũng tương đương (hầu như cũng khụng khỏc nhau trong thực tế) và ở điểm giữa, mỏy di động cú C/I = 0 dB, cú nghĩa là cả hai tớn hiệu cú cường độ bằng nhau. Nếu mỏy di động đi gần về phớa trạm gốc đang phục vụ nú thỡ C/I > 0 dB. Nếu mỏy di động chuyển động về phớa trạm gõy ra nhiễu thỡ C/I < 0 dB.
Theo khuyến nghị của GSM giỏ trị C/I bộ nhất mà mỏy di động vẫn cú thể làm việc tốt là 9 dB. Trong thực tế, người ta nhận thấy rằng giỏ trị này cần thiết phải lờn đến 12 dB ngoại trừ nếu sử dụng nhảy tần thỡ mới cú thể làm việc ở mức C/I là 9 dB. Ở mức C/I thấp hơn thỡ tỉ lệ lổi bit BER (Bit Error Rate) sẽ cao khụng chấp nhận được và mó húa kờnh cũng khụng thể sửa lổi một cỏch chớnh xỏc được
Tỉ số C/I được dựng cho cỏc mỏy di động phụ thuộc rất lớn vào việc quy hoạch tần số và mẫu tỏi sử dụng tần số. Núi chung việc sử dụng lại tần số làm dung lượn tăng đỏng kể tuy nhiờn cũng làm cho tỉ số C/I giảm đi. Do đú việc quy hoạch tần số cần quan tõm đến nhiễu đồng kờnh.
3.3.4.2. Nhiễu kờnh lõn cận C/A
Nhiễu kờnh lõn cận xảy ra khi súng vụ tuyến được điều chỉnh và thu riờng kờnh C song lại chịu nhiễu từ kờnh lõn cận C - 1 hoặc C + 1. Mặc dự thực tế súng vụ tuyến khụng được chỉnh để thu kờnh lõn cận đú, nhưng nú vẫn đề nghị một sự đỏp ứng nhỏ là cho phộp kờnh lõn cận gõy nhiễu tới kờnh mà mỏy thu đang điều chỉnh. Tỉ số súng mang trờn kờnh lõn cận được định nghĩa là cường độ của súng mang mong muốn trờn cường độ của súng mang kờnh lõn cận.
C/A = 10.log(Pc/Pa) Trong đú :
Pc = cụng suất thu tớn hiệu mong muốn Pa = cụng suất thu tớn hiệu của kờnh lõn cận
Giỏ trị C/A thấp làm cho mức BER cao. Mặc dự mó hoỏ kờnh GSM bao gồm việc phỏt hiện lỗi và sửa lỗi, nhưng để việc đú thành cụng thỡ cũng cú giới hạn đối với nhiễu. Theo khuyến nghị của GSM, để cho việc quy hoạch