I. Đặc điểm mạng thông tin di động tế bào Cellular
3.1.2. Nguyên lý Cellular
Đặc điểm của mô hình cellular là việc sử dụng lại tần số và diện tích mỗi cell là khá nhỏ.
Trong mỗi cell ngời ta sử dụng một nhóm tần số vô tuyến. Các chữ cái A, B, C, D, E, F,G vừa là tên của cell vừa là biểu thị một nhóm xác định các tần số kênh vô tuyến đợc sử dụng trong cell đó. Nhóm tần số A đợc sử dùng cho tất cả các cell Ai, nghĩa là nhóm tần số A đợc dùng lại nhiều lần cho các cell Ai có cự ly đủ lớn, công suất phát đủ nhỏ để nhiễu lẫn nhau do dùng chung tần số là không đáng kể, và cũng tơng tự cho các nhóm tần số B, C, D, E, F, G. Trong thực tế do sự tăng trởng lu lợng không ngừng trong một cell nào đó đến mức chất lợng phục vụ giảm sút quá mức, ngời ta phải thực hiện việc chia tách cell xét thành các cell nhỏ hơn. Với chúng, ngời ta dùng công suất phát nhỏ hơn và mẫu sử dụng lại tần số đợc dùng ở tỷ lệ xích nhỏ hơn.
Hình 3.2. Tăng dung lợng hệ thống bằng sự chia tách thành các cell nhỏ hơn Do đặc tính di động của MS, mạng phải theo dõi MS liên tục để xác định rằng MS hiện đang ở trong cell nào. Việc này có thể đợc thực hiện theo 3 phơng án:
Trong phơng án 1, MS phải thông báo cho PLMN mỗi khi MS chuyển sang cell mới. Sự cập nhật vị trí nh vậy là ở mức cell. Khi có cuộc gọi đến MS thì BST phát thông báo quảng bá trong phạm vi 1 cell.
các cell của PLMN, do đó không cần sự báo cáo có mặt của MS về vị trí hiện thời thuộc về cell nào.
Trong phơng án 3, kết hợp cả 2 phơng án trên. Nếu MS chuyển động từ cell này sang một cell khác trong cùng một vùng định vị, đó là một phân cấp quản lý lãnh thổ gồm một nhóm liên thông nhỏ hơn toàn bộ lãnh thổ mà PLMN quản lý, Thì MS không phải thông báo gì cho PLMN, và nếu MS chuyển sang vùng định vị mới thì nó phải thông báo cho PLMN về vùng định vị mới mà nó đang ở đó. Thông báo tìm gọi MS đợc phát quảng bá trong một vùng định vị. ở
phơng án này giúp ta cách giữ số lợng thông báo tìm gọi và số lợng thông báo cập nhật vị trí của MS không quá lớn.
Hệ thống thông tin di động cellular là một hệ thống trung kế vô tuyến vì nó có số kênh ít hơn số thuê bao khả dĩ cùng một lúc muốn sử dụng hệ thống. Phơng thức để sử dụng chung các kênh đợc gọi là đa truy cập, ngời dùng khi có nhu cầu thì đợc bảo đảm về sự truy cập vào trung kế.
Có 5 sơ đồ đa truy cập vào kênh vật lý:
FDMA (đa truy cập phân chia tần số) phục vụ các cuộc gọi theo các kênh tần số khác nhau.
TDMA (đa truy cập phân chia thời gian) phục vụ các cuộc gọi theo các khe thời gian khác nhau.
CDMA (đa truy cập phân chia mã) phục vụ các cuộc gọi theo các chuỗi mã khác nhau.
PDMA (đa truy cập phân chia cực tính) phục vụ các cuộc gọi theo các sự phân cực khác nhau của sóng vô tuyến.
SDMA (đa truy cập phân chia không gian ) phục vụ các cuộc gọi theo các anten định hớng búp sóng hẹp.
a. Đa truy cập phân chia theo tần số FDMA
Với FDMA, ngời dùng đợc cấp phát 1 kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh vực tần số. Nếu số kênh có sẵn nhiều hơn 15, thì có thể đạt hiệu suất trung kế cao nhất bằng cấp phát ban đầu từ kênh điều khiển chung: tất cả các MS khởi tạo cuộc liên lạc lấy sự chỉ dẫn từ kênh điều khiển chung này. Sơ
đồ báo hiệu của hệ thống FDMA khá phức tạp. Khi MS bật nguồn để làm việc thì nó dò sóng tìm đến kênh điều khiển dành riêng. Nhờ kênh này, MS nhận đợc dữ liệu báo hiệu gồm các lệnh về kênh tần số dành riêng cho lu lợng ngời dùng. Sự báo hiệu giống nh một bản chỉ dẫn. Các cơ quan nhà nớc căn cứ vào nhu cầu chung của xã hội quy định chính xác dải tần số thông tin di động. Khi số thuê bao nhiều vợt trội so với các kênh tần số có thể thì một số ngời dùng bị chặn không đợc truy cập. Mỗi MS đợc cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến. Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là rất đáng kể. BSTC phaỉ có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS trong cell. Hệ thống FDMA điển hình là AMPS ( Advanced Mobile Phone System)
b. Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA
Khả năng công nghệ về mã hóa thoại và nén dữ liệu cho phép trừ bỏ độ d và khoảng lặng trong truyền thoại, cũng cho phép giảm thời gian để trình diễn tín hiệu thoại. Hệ thống thông tin di động TDMA, ứng dụng kỹ thuật nén số đối với thoại để nhiều ngời dùng một kênh chung. Các thuê bao khác nhau dùng chung kênh nhờ cài xen thời gian, mỗi thuê bao đợc cấp phát cho một khe thời gian trong cấu trúc khung. GMS phân chia thuê bao vào các kênh tần số theo kỹ thuật FDMA đơn giản. Các thuê bao chung kênh tần số lại đợc chia riêng từng thuê bao một khe thời gian trong cấu trúc khung tuần hoàn 8 khe.
Một khe thời gian GSM dài 577às. Một khung GSM dài 8x577 = 4615 ms. Với phơng pháp này thì số máy thu phát ở trạm vô tuyến gốc BTC và nhiễu giao thoa sẽ giảm.
c. Đa truy cập phân chia theo mã CDMA
Mỗi MS đợc gán một mã riêng biệt và kỷ thuật trải phổ tín hiệu giúp cho các MS không gây nhiễu lẫn nhau trong điều kiện có thể cùng một lúc chung dải tần số. Phơng pháp này có đặc điểm :
Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz. Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp, nó cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cờng độ rất nhỏ và chống pha đinh hiệu quả hơn FDMA, TDMA.
Các thuê bao trong cell dùng chung tần số nên thiết bị truyền dẫn vô tuyến đơn giản, thay đổi kế hoạch tần số dễ dàng, điều khiển dung lợng trong cell rất linh hoạt.
Hệ thống CDMA cũng áp dụng kỹ thuật nén số nh TDMA, nhng với tốc độ bit thay đổi theo tín hiệu thoại, nén tín hiệu thoại có tốc độ bit trung bình nhỏ hơn.
d. Đa truy cập phân chia theo không gian SDMA
Bất kỳ hệ thống thông tin di động cell nào, tơng tự hay số đều dùng SDMA. Hệ thống cellular cho phép đa truy cập vào kênh vô tuyến chung dựa trên căn bản là theo từng cell riêng rẽ. Điều hạn chế SDMA là việc sử dụng lại tần số, những ngời dùng đồng thời dùng chung một tần số nh nhau với điều kiện họ phải tách biệt nhau đủ xa để tối thiếu hóa can nhiễu cùng kênh đối với nhau. Nhóm các tần số dùng ở một cell có thể lặp lại dùng ở cell khác trong hệ thống miễn là cự ly giữa chúng đủ giảm can nhiễu cùng kênh đến ngỡng cho phép.