6. Phơng án triển khai
2.4.4Cụm thâm nhập(AB)
Sử dụng để thâm nhập ngẫu nhiên và có GP để dành cho cụm từ trạm di động, vì trạm này ở lần thâm nhập đầu tiên không thể định trớc thời gian(hay sau khi chuyển giao đến BTS mới).Trạm di động có thể xa BTS nghĩa là cụm đầu tiên sẽ đến muộn và không có định trớc thời gian ở cụm đầu, cụm này phải ngắn hơn để tránh chồng lấn cụm này với khe thời gian sau.
2.4.5 Cụm giả (DB)
Cụm này đợc phát đi từ trạm BTS và không chứa thông tin khuôn mẫu giống nh cụm bình thờng với các bit mã hoá đợc thay thế bởi các bit hỗn hợp có mẫu bit xác định.
2.5. Sắp xếp các kênh vật lý lên kênh logic.
Chúng ta có một BTS với n sóng mang ( song công ), mỗi sóng mang có 8 khe thời gian ( TS ). Các sóng mang đợc ký hiệu Co, C1, ... , Cn. Ta bắt đầu từ TSo ở đờng xuống Co. TSo ở Co đợc sử dụng chỉ sắp xếp các kênh điều khiển. Toàn bộ có 51 TS. Chuỗi này đợc lặp đi lặp lại nghĩa là sau khoảng trống ( khung IDLE ) lại bắt đầu lặp lại F, S.
F ( FCCH ) : ở đây trạm di động đồng bộ tần số của mình. S ( SCH ) : Trạm di động đọc số khung TDMA và BSIC. B ( BCCH ) : Trạm di động đọc các thông tin chung về ô này.
C ( CCCH ) : Có thể tìm gọi một trạm di động và dành một SDCCH. I ( IDLE ) : Khung để trống không phát bất cứ thông tin nào
Hình 13: Ghép BCCH và CCCH ở TSo
BTS phải luôn phát ở Co thậm chí không có tìm gọi cũng nh thâm nhập. Điều này cho phép trạm di động có thể đo cờng độ tín hiệu ở BTS để quyết định xem BTS nào thích hợp với : 1) nơi ghép khởi nguồn ( khi bật nguồn ), 2) chuyển giao khi cần thực hiện. FCCH, SCH và BCCH luôn đợc phát. Nếu CCCH không đợc sử dụng thì một cụm giả đợc phát. Đối với các TS1 ữ TS7 cũng nh vậy.
Tso ở Co đờng lên không chứa các kênh nói trên. Nó đợc trạm di động sử dụng để thâm nhập. ở đây cũng chỉ vẽ TSo của 51 khung liên tiếp.
Hình 14: Ghép RACH ở TSo
Nh vậy các kênh logic BCCH, FCCH, SCH, PCH, AGCH và RACH đợc sắp xếp trên TSo nhng chỉ RACH có ở đờng lên, còn các kênh khác ở đờng xuống.
Khe TS1 đờng xuống ở Co có dạng hình 1.9. TS1 đợc sử dụng để sắp xếp các kênh điều khiển riêng lên các kênh vật lý. Vì tốc độ bit trong quá trình thiết lập cuộc gọi và đăng ký khá thấp, có thể có 8 SDCCH ở một TS ( TS1 ) nên việc sử dụng TS hiệu suất hơn.
Toàn bộ có 102 TS. Chuỗi này cũng đợc lặp lại nếu sau 3 khung để trống (IDLE ) nó lại bắt đầu từ Do.
Dx ( SDCCH ) : ở đây một “ trạm di động x “ tiến hành thiết lập một cuộc gọi và cập nhật các thông số trao đổi với GSM/PLMN. Dx chỉ đợc sử dụng cho “ trạm di động x “ trong khi thiết lập cuộc gọi và chỉ đợc dành cho MS sau khi “ trạm di đông “ đã chuyển sang TCH để khởi đầu cuộc gọi hay giải phóng sau khi đăng ký nó.
Ax ( SACCH ): báo hiệu điều khiển (chẳng hạn nh điều chỉnh công suất ) cũng phải đợc trao đổi trong giai đoạn thiết lập cuộc gọi ( có thể cả chuyển giao) và quá trình này đợc thực hiện ở đây cho trạm di động x.
Hình 15: Ghép SDCCH + SACCH ở TS1
TS1 ở Co đờng lên cũng có cùng cấu trúc vì đây là các kênh riêng, đây là nối ghép hai đờng cho một trạm di động ở một khe thời gian. Tuy nhiên thời gian đ- ợc dịch đi, điều này cho phép thông tin hiệu quả hơn.
Dx giống nh đờng xuống. Ax giống nh đờng xuống.
Hình 16: Ghép SDCCH + SACCH ở TS1
Nh vậy TS0 và TS1 đờng lên và xuống của sóng mạng Co đã bị các kênh điều khiển chiếm. Chỉ còn TS2 ữ TS7 đợc sử dụng cho các kênh lu thông TCH. Các kênh này đợc sắp xếp ở các kênh vật lý nh sau : ( hình 1.10 ) hình vẽ này vẽ TS2 đờng xuống ở Co. Trong hình này thông tin ở TS2 tạo thành một TCH.
Tất cả có 26 TS. Sau TS để trống ( IDLE ) lại bắt đầu lại. T ( TCH ) chứa tiếng hay số liệu đợc mã hoá ( cuộc gọi ).
A ( SACCH ) báo hiệu điều khiển, chẳng hạn để thay đổi công suất.
Hình 17: Ghép TCH
I (IDLE ) bình thờng mỗi TS2 ở mỗi khung TDMA chứa thông tin gửi đến trạm di động nằm ở TS2. Trừ khe trống là thông tin không đợc gửi. Trạm di động sử dụng khe rỗi này theo một cách riêng.
Cấu trúc của đờng lên cũng nh vậy. Điểm khác nhau duy nhất là sự dịch về mặt thời gian, TS2 ở đờng xuống không xảy ra cùng thời gian nh ở TS2 ở đờng lên. Thời gian dịch là 3 TS. Hình 1.11.
Nh vậy rõ ràng là trạm di động không cần phát và thu tại một thời điểm.
Hình 18: Dịch giữa TCH đờng lên và xuống.
Tóm lại các kênh logic đợc sắp xếp lên kênh vật lý ở sóng các mang trong thông tin di động GSM nh sau :
• Sóng mang Co :
- Khe TS0 các kênh điều khiển logic chu kỳ lặp 51 TS. - Khe TS1 các kênh điều khiển logic chu kỳ lặp 102 TS. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Khe TS2 ữ TS7 các kênh lu thông logic, chu kỳ lặp là 26 TS.
• Sóng mạng khác ( C1 ữ Cn ) dành cho BTS, chỉ đợc sử dụng cho TCH, nghĩa là TS0 -TS7 đều là TCH.
2.6. Đo c ờng độ tr ờng ở trạm di động.
Đối với việc đo cờng đọ trờng ở trạm di động thì có hai chế độ đo đó là : chế độ rỗi và chế độ đã nối thông cuộc gọi.
2.6.1. Chế độ rỗi : Chọn ô khi bật nguồn di động.
a. Trạm di động quét tất cả 124 kênh RF ở hệ thống GSM và tính toán các
mức trung bình cho từng kênh. Trạm di động điều chỉnh đến sóng mang mạnh nhất và tìm xem đây có phải là sóng mang BCCH không ( sóng mang Co ). Nếu phải, trạm di động đọc số liệu BCCH để tìm xem liệu có thể khoá đến ô này không. Nếu không, trạm di động điều chỉnh đến sóng mang mạnh thứ hai.
b. Trạm di động có thể ( tuỳ chọn ) có bộ nhớ BCCH, khi đó nó chỉ phải tìm
các sóng mang này. Nếu quá trình này thực hiện không thành công trạm di động sẽ thực hiện quá trình a.
2.6.2. Chế độ đã nối thông cuộc gọi.
Trong quá trình cuộc gọi, trạm di động liên tục (thông qua SACCH) thông báo cho hệ thống cờng độ tín hiệu đo từ BTS lân cận. BSC sử dụng các phép đo này để nhanh chóng quyết định các ô đích khi chuyển giao cần thiết.
Việc đo đạc các ô lân cận trong quá trình cuộc gọi đợc thực hiện khi trạm di động không làm việc khác, nghĩa là giữa các khoảng thời gian phát và thu ở khe thời gian dành cho trạm. Cờng độ tín hiệu của ô phục vụ đợc giám sát khi thu TS dành cho trạm di động. ở SACCH trạm di động đợc thông báo cần giám sát sóng mang BCCH nào để chuyển giao, nên cờng độ tín hiệu của các sóng mang này đ- ợc lần lợt đo. Vì thế quy trình làm việc là : phát - đo - thu - phát - đo –thu
Giá trị trung bình của phép đo cho từng sóng mang sau đó đợc tính toán và thông báo cho BSC. Để đảm bảo các giá trị đo tơng ứng với các BTS cần đo thì cần phải nhận dạng BTS. Nhận dạng BTS đợc thực hiện ở BSIC, đợc phát ở SCH trên TS0, Co. Vậy trong thời gian của khung để trống ( IDLE ) ở TCH, BSIC cho BTS lân cận đợc kiểm tra. Quá trình đợc minh hoạ trên hình
- MS đo và thu cờng độ tín hiệu ở ô phục vụ, TS2. - MS phát.
- MS đo cờng độ tín hiệu cho ít nhất một ô lân cận. - MS đọc BSIC ở SCH ( TS0 ) cho một ô lân cận.
Hình 19: Nguyên lý đo MS
Cùng phát ở cùng một tần số hay kênh đó. Cờng độ tín hiệu thu đợc này phụ Sau đó sáu ô lân cận có giá trị cờng độ tín hiệu trung bình cao nhất và BSIC đúng đợc báo cho BSC qua kênh SACCH.
2.7.Vấn đề sử dụng lại tần số và quy hoạch tần số:
Một mục tiêu quan trọng khi thiết kế hệ thống Cellular là làm thế nào có thể đạt đợc dung lợng cao đạt đợc só thuê bao lớn nhất trong một diện tích phủ sóng nhất định (Grade of Service) và chất lợng thoại chấp nhận dợc. Nhng với một dải tần số có giới hạn cho hệ thống thông tin di động GSM thì không thể đáp ứng đ- ợc nhu cầu hàng ngày càng tăng về số lợng và kênh lu lợng. Hệ thống Cellular đã đa ra giải pháp sử dụng lại tần số một cách hiệu quả, qua đó một nhóm tần số có thể đợc sử dụng lại ở một phạm vi có khoảng cách xác địnhtheo tính toán để tránh nhiễu. Điều đó có nghĩa là các cell có sử dụng cùng một nhóm tần số sẽ phải chịu nhiễu đồng kênh nếu chúng không có một khoảng cách thích hợp (khoảng cách sử dụng lại ). Chính vì lý do đó mà vùng phủ sóng của trạm gốc sẽ bị hạn chế. Khi đó chúng ta nói một hệ thống cellular hoàn chỉnh là một hệ thống có một giới hạn nhiễu và giới hạn tạp âm so với quy ớc. Nh vậy vấn đề đặt ra là phải biết dung hoà giữa việc sử dụng lại tần số để tăng dung lợng và tăng khoảng cách tái sử dụng để giảm nhiễu.
Các thông số đánh giá:
Có bốn yếu tố để đánh giá chất lợng hệ thống:
- Mức tín hiệu sóng mang mong muốn thu đợc C (Carier). - Mức nhiễu đồng kênh I (Interference).
- Mức nhiễu kênh lân cận A (Adjacent). - Năng lợng tín hiệu phản xạ R (Reflecter).
2.7.1. Nhiễu đồng kênh:
Nhiếu đồng kênh xảy ra khi một máy thu điều chỉnh đến kênh mà do hai máy thuộc vào vị trí tơng đối của máy thu đó tới hai máy phát.
Hệ thống vô tuyến số Cellular dựa vào nguyên tắc cơ bản là sử dụng lại tần sớ để có thể phục vụ nhu cầu thông tin lớn với một giới hạn tài nguyên vô tuyến. Do đó, không thể tránh đợc nhiễu đồng kênh trong hệ thống thông tin di động, vì vậy cần thiết phải thiết kế hệ thống với khả năng cho phép nhiễu này.
Tỷ số Carier/Interference(Cờng độ tín hiệu mong muốn và tín hiệu nhiễu).
C/I = 10 log (Pc/ Pi) (db)
Pc : Công suất thu đợc từ máy mong muốn. Pi : Công suất thu đợc từ máy nhiễu.
Khuyến nghị GSM cho tỷ số C/ I nhỏ nhất là 9dB. Một diều dễ thấy là C/ I phụ thuộc rất nhiều vào sự quy hoạch tần số và mẫu sử dụng lại tần số. Tần suất sử dụng lại tần số càng cao thì tỷ số C/ I càng cao. Do đó, vấn đề vừa có thể đáp ứng đợc lu lợng mà chất lợng C/ I nhỏ đặt ra cho các nhà thiết kế khi thiết kế mạng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.7.2.Nhiễu kênh liền kề
Nhiễu kênh liền kề xảy ra khi máy thu thu đợc tín hiệu mong muốn C và cả những tín hiệu kênh lân cận nó. Mặc dù máy thu không điều chỉnh tới những kênh lân cận đó, nhng tín hiệu mong muốn bị suy giảm bởi những ảnh hởng đó. Máy thu càng có tính chọn lọc ccao thì ảnh hởng của kênh liền kề càng giảm.
Tỉ số CARIER/ ADJACENT là quan hệ giữa cờng độ tín hiệu kênh mong muốn và cờng độ tín hiệu kênh liền kề.
C/ A = 10 Log ( Pc/ Pa ) (db)
Trong đó: Pc: Công suất thu đợc từ kênh mong muốn. Pa: Công suất thu đợc từ kênh liền kề.
Tỷ số C/ A thấp sẽ dẫn tới tỷ số lỗi bit BER cao. Mặc dù các kênh GSM đã đ- ợc mã hoá kênh tìm và suar lỗi nhng vẫn còn một lợng nhiễu nhất định, Khoảng cách giữa nguồn tín hiệu mong muốn và nguồn liền kề càng cao thì tỷ số C/ A càng cao. Khuyến nghị GSM cho tỷ số C/ A nhỏ nhất là - 9dB, nghĩa là tín hiệu mong muốn yếu hơn 9db nhiễu gây ra cho liền kề. Trong GSM, độ rộng kênh là 200KHz vì vậy nhiễu kênh liền kề cũng có độ rộng là 200KHz. Để tối thiểu hoá nhiễu này, mô hình điều chế GMSK cho độ rộng tín hiệu lớn hơn 200KHz đợc thực hiện với thông số BT = 0.3 cho phép tạo ra lõm xung ở vị trí FCarrier + 200KHz trong phổ của tín hiệu đợc điều chế. Thông thờng nhà khai thác chọn tỷ số C/ A = 0.3dB trong thiết kế của mình.
2.7.3Phân tán thời gian
C/R là tỉ số đánh giá phân tán thời gian trong hệ thống GSM khi sóng vô tuyến truyền tải và phản xạ trong không gian theo nhiều đờng khác nhau. Để hạn chế sự phản xạ này ngời ta sử dụng Equalizer có kiểm soát, đợc phản xạ trễ trong khoảng 4 bit. Tơng đơng với 15 microgiây. Nhng trên thực tế độ trễ này lớn hơn
vì nó phụ thuộc nhiều vào môi trờng địa lý của vị trí đặt trạm. Do đó ta chỉ cho phép nó nhỏ hơn một mức ngỡng nhất định.
2.7.4.Sử dụng lại tần số:
Đây là một nguyên lý cơ bản khi thiết kế một hệ thống Cellular. Toàn bộ tần số có thể sử dụng đợc chia thành các nhóm tần số gọi là Cluster. Mỗi nhóm đợc sử dụng cho một Cell và đợc sử dụng lại trong Cell khác với khoảng cách địa lí đủ để chấp nhận đợc nhiễu đồng kênh. Trong mỗi nhóm tần số thì các tần số sử dụng cũng có khoảng cách nhất định đủ để tránh nhiễu kênh liền kề. Sử dụng lại tần số ở những Cell khác nhau bị giới hạn bởi tỉ số C/ I giữa các Cell. Vì vậy đặt ra một vấn đề làm sao sử dụng lại đợc một cách tối u nhất đảm bảo vừa cung ứng đợc dung lợng và tối thiểu hoá tỉ số C/ I. Ta có thể tính toán tỉ số C/ I nh sau:
Hình 20: khoảng cách tái sử dụng tần số
Điểm P là vị trí trong trờng hợp xấu nhất cho cả hai trạm gốc A & B. Tính toán tỷ số C/I tại MS:
C/ I = 10 Log (D - 1)/R (theo db). Thờng nó trong khoảng (3 - 4) cho mọi môi trờng.
Hình 22: Nhóm tần số quy tụ gồm 7 Cell Mẫu tái sử dụng 3/9:
Các tần số có thể sử dụng đợc chia thành 9 nhóm với 3 trạm gốc. Mỗi trạm gốc có 3 Cell
Mẫu tái sử dụng 4/12:
Là mẫu các tần số có thể sử dụng đợc chia thành 12 nhóm với 4 trạm gốc, mỗi trạm gốc có 3 Cell. Ta có bảng phân công nh sau:
Hình 24: Mẫu tái sử dụng 4/ 12.
Cấu trúc 4/12 có tỷ số C/I lớn hơn 12dB. Tỷ số này vừa đủ so với yêu cầu của GSM. Nhng thực tế ngời ta không yêu cầu sử dụng các kĩ thuật nhảy tần, điều khiển công suất và truyền không liên tục mặc dù chúng rất có ích. Mẫu 4/12 có dung lợng thấp hơn mẫu 3/9 vì tần số sử dụng trên mỗi Cell ít hơn do mỗi Cell
có tần số chỉ bằng 1/12 thay vì 1/9 trong mẫu 3/9 và yếu tố sử dụng lại ít hơn (khoảng cachcs sử dụng lại lớn hơn D = 6R). Tuy nhiên, Mẫu 4/12 vứa đủ cho một cấu hình GSM và thích hợp cho công nghệ chia Cell sau này.
2.7.5.Dung l ợng phục vụ và tỉ số C/I
Với tổng số kênh mà tài nguyên hệ thống cho phép là M kênh, nếu đem chia đều cho N nhóm kênh thì ta sẽ có số kênh trong một nhóm kênh hay một Cell là M/N. từ đây ta có thể tính toán đợc dung lợng phục vụ ứng với cấp độ phục vụ GOS nhất định qua bảng Erlang. Nh nhận xết ở trên, số nhóm tần số càng nhỏ thì số lợng kênh trong một nhóm càng lớn và số thuê bao có thể đợc phục vụ càng cao, Nghĩa là phản ánh hiệu quả của trung kế tốt hơn. nhng N nhỏ lại cho tỉ số C/I nhỏ vì vậy nhiễu đồng kênh tăng.
Với N cho trớc thì dung lợng trên một Cell sẽ là cố định. Nh đã biết khu vực Cell tỉ lệ thuân với bình phơng bán kính Cell, do vậy mật độ dung lợng trong một