Nh− ta đã biết trong hệ thống CDMA nói chung thì tỷ số S/N yêu cầu rất thấp nên cho phép chúng ta sử dụng lại cùng băng tần ở các cell. Các kênh pilot thuộc về các trạm gốc khác nhau đ−ợc phân biệt nhau nhờ sử dụng các độ lệch định thời khác nhau trong cùng chuỗi giả ngẫu nhiên pilot (PN). Tuy nhiên khi tín hiệu pilot phát từ trạm gốc đến trạm di động thì xảy ra hiện t−ợng trễ đ−ờng truyền theo khoảng cách nên sẽ xảy ra hiện t−ợng giả pilot, tức là trạm di động nhận nhầm kênh pilot và điều này sẽ dẫn đến nhận dạng nhầm trạm gốc. Sự nhầm lẫn này làm rớt cuộc gọi hoặc chuyển giao sai. Do đó việc quy hoạch PN offtet trong CDMA là một vấn đề rất quan trọng, cũng tương tự như quy hoạch tần số trong mạng di động GSM hay mạng tế bào tương tự nên có 2 vấn đề chính đó là:
- Khoảng cách sử dụng lại PN offset.
- Khoảng cách an toàn giữa 2 PN offset của 2 cell cận kề nhau.
Sau đây chúng ta cùng tìm hiểu kỹ hơn các vấn đề này và ứng dụng của chúng trong quy hoạch mạng.
4.4.1 Chuỗi PN ngắn
Mỗi chuỗi PN ngắn đ−ợc tạo ra khi sử dụng thanh ghi dịch với 15 phần tử trễ, chiều dài của chuỗi là 215 = 32,768 chip. Nếu chúng ta dịch chuỗi PN đi 1 chip thì sẽ tạo ra một chuỗi PN mới, cùng chiều dài, nh− vậy về lý thuyết ta có thể tạo ra 32,768 chuỗi PN khác nhau để ấn định cho trạm gốc, nên việc quy hoạch chuỗi PN là không cần thiết.
Nh−ng vấn đề là ở chỗ nếu mỗi trạm gốc khác nhau 1 chíp thì dải an toàn sẽ bị hạn chế, cụ thể : Nếu tốc độ phát là 1.2288Mbps, khi đó khoảng thời gian của mỗi chíp là :
s s
chip x x
s 0.81380 10 0.81380à 10
2288 . 1
1 6
6 = − =
Khoảng thời gian này sẽ t−ơng ứng với khoảng cách truyền là :
(0.81380x10−6s) (x3x108m/s)=244.14m
Trong đó 3x108m/s là tốc độ ánh sáng. Giả sử hai trạm gốc BTS1 và BTS2, chuỗi PN của BTS1 khác chuỗi PN của BTS2 một chíp (chuỗi PN dịch đi 1 chíp), trạm di động cách BTS1 488m và cách BTS2 244m nh−
h×nh 4.5.
Hỡnh 4.5 Tr−ờng hợp MS không thể phân biệt đ−ợc hai trạm gốc.
Khoảng cách 488m sẽ t−ơng ứng trễ 2 chíp, trong khi 244m t−ơng ứng trễ 1 chíp. Trong miền thời gian PN của BTS1 tại MS sẽ nh− là chuỗi ban
đầu nh−ng bị dịch đi 2 chíp, còn chuỗi PN của BTS2 nh− bị dịch đi 1 chíp (nghĩa là tín hiệu PN của BTS1 đến MS bị chậm đi 2 chíp, còn BTS2 chậm 1 chÝp).
Do thời điểm phát PN của BTS2 chậm hơn của BTS1 1 chíp nên tại MS hai tín hiệu xuất hiện đồng thời giống nhau, do vậy MS không thể phân biệt
đ−ợc đâu là chuỗi PN của trạm gốc nào, tức là không thể nhận dạng đ−ợc trạm gốc (Hình 4.6).
Hỡnh 4.6 MS không nhận dạng đ−ợc trạm gốc.
Để giải quyết vấn đền này, chuẩn IS-95 đã chỉ ra rằng các chuỗi PN dùng cho nhận dạng các trạm gốc phải cách nhau tối thiểu 64 chíp. Khoảng phân cách 64 chíp này gọi là độ lệch chuẩn định thời (PN offset).
Nghĩa là chuỗi PN với độ lệch chuẩn định thời 1 (PN offset = 1) sẽ khác chuỗi PN có PN offset = 0 là 64 chíp, và chuỗi PN với PN offset = 4 sẽ cách
1 chip
1 chip
Phát PN1
Phát PN2
Thu đ−ợc PN1
Thu đ−ợc PN2
MS không phân biệt đ−ợc 2 chuỗi PN PN: Chuỗi giả ngẫu nhiên (Pseudo – Noise Sequence)
chuỗi PN với PN offset = 0 là 4x64 chíp = 256 chíp. Với độ lệch chuẩn là 64 chíp thì số chuỗi PN tối đa có thể dùng là :
64 512 768 ,
32 =
chip chip
Trong thực tế các chuỗi PN cách nhau nhiều hơn 64 chíp (là bội số của 64 chíp), tham số chỉ ra điều đó gọi là PILOT_INC.
Nếu PILOT_INC =1 tức là cách nhau 64 chíp, nếu PILOT_INC = 2 tức là cách nhau 64x2 = 128 chíp. Khi đó đương nhiên số chuỗi PN có thể dùng sẽ nhỏ hơn 512 và bằng :
64chip PILOT_INCx
768 ,
32 chip
Con số này là giới hạn, nên việc quy hoạch chuỗi PN ở đây cũng t−ơng tự nh− quy hoạch tần số trong các hệ thống tế bào khác. Mục đích là ấn
định PN offset cho các sector khác nhau để giảm thiểu sự nhầm lẫn các chuỗi PN tại các trạm di động.
Vì kênh Pilot là kênh phát quảng bá chuỗi PN của trạm gốc nên độ lệch
định thời PN cũng đ−ợc gọi là độ lệch định thời kênh pilot.
4.4.2 Cùng đệ lệch định thời (Co-PN Offset)
Bài toán ở đây là nếu có 2 trạm gốc cùng chuỗi PN (nghĩa là các chuỗi PN với cùng PN offset) thì khoảng cách tổi thiểu giữa chúng là bao nhiêu?
Hình 4.7 minh hoạ tr−ờng hợp này.
Giả sử trạm di động MS ở vị trí đường bao của cell 2 do trạm gốc BTS2 phủ sóng và đang được BTS2 phục vụ, khoảng cách từ MS đến BTS2 tương ứng với trễ đ−ờng truyền là Y chíp, còn với BTS1 là X chíp. Trạm BTS1
đ−ợc nhận dạng bởi chuỗi PN1, BTS2 bởi chuỗi PN2.
Xét chuỗi PN trong miền thời gian, 2 chuỗi này đ−ợc đồng bộ với nhau khi chúng đ−ợc phát đi từ các trạm t−ơng ứng vì chúng có cùng PN offset.
Tuy nhiên chuỗi PN1 sẽ bị trễ Xchíp và chuỗi PN2 bị trễ Ychíp tại MS.
Trạm di động MS sẽ dùng cửa sổ tìm kiếm SRCH_WIN_A để chặn và thu tín hiệu pilot sau quá trình trễ đ−ờng truyền. Cửa sổ này có tâm điểm chính là vị trí của tia sóng pilot đến sớm nhất, trạm di động hiện đang đ−ợc phục vụ bởi BTS2, nếu chuỗi PN1 nằm trong cửa sổ này của trạm di động thì tín
hiệu sẽ được dịch là thành phần đa đường của chuỗi PN2, trạm di động sẽ cố giải điều chế cả 2 tín hiệu pilot trong cùng cửa sổ SRCH_WIN_A và cố gắng kết hợp chúng. Kết quả xuất hiện nhiễu bởi vì 2 tín hiệu khác nhau về thông tin. Trong tình huống này, PN1 đ−ợc gọi là giả của chuỗi PN2 (Hình 4.8).
Hỡnh 4.7 Mô phỏng tr−ờng hợp hai trạm gốc có cùng PN offset.
Để tránh vấn đề này thì trễ X phải đủ lớn để PN1 nằm ngoài cửa sổ tìm kiếm của trạm di động, tức là X > (Y+W/2).
Với W (chip) là kích cỡ của cửa sổ tìm kiếm SRCH_WIN_A. Nếu coi Y(chip) nh− bán kính phủ sóng t−ơng đ−ơng của trạm 2 (R chíp) và D = X+Y (chip) là khoảng cách giữa hai trạm gốc thì ta có :
X > Y + W/2 Hay X+Y > W/2 + 2Y Hay D > W/2 + 2R.
Do một chíp t−ơng ứng với khoảng cách 244m, nên khoảng cách vật lý thực tế giữa 2 trạm gốc sử dụng cùng PN offset là :
d > 244 (W/2 + 2R) hay d > 122W + 2r Trong đó : d(m) = D(chíp) x 244(m)
r(m) = R(chip) x 244(m) : là bán kính phủ sóng của trạm 2.
W(chíp) : Kích th−ớc của cửa sổ tìm kiếm SRCH_WIN_A.
Hỡnh 4.8 Hai trạm gốc có cùng PN Offset.
4.4.3 Độ lệch PN cận kề (Adjacent PN offset)
Hỡnh 4.9 Tr−ờng hợp hai trạm gốc có PN cận kề.
X chip
Y chip
Phát PN1
Phát PN2
Thu đ−ợc PN1
Thu đ−ợc PN2
Cửa sổ tìm kiếm SRCH_WIN_A
PN: Chuỗi giả ngẫu nhiên (Pseudo – Noise Sequence) W : Kích th−ớc của cửa sổ tìm kiếm
W/2
Vấn đề ở đây là nếu 2 trạm gốc đang sử dụng 2 chuỗi PN kề nhau (chẳng hạn lệch nhau khoảng I = PILOT_INC x 64 chíp) thì có phải thoải mãn điều kiện gì để không xảy ra hiện t−ợng giả PN offset (hình 4.9).
Hỡnh 4.10 Hai trạm gốc có các PN offset cận kề trong miền thời gian.
Chuỗi PN1 bị trễ Xchíp, chuỗi PN2 bị trễ Ychíp khi đến MS. Bình th−ờng MS đang đ−ợc phục vụ bởi trạm gốc BTS2 thì trung tâm cửa sổ tìm kiếm sẽ là chuỗi PN2 (giả sử thành phần pilot là thành phần đa đường đến sím nhÊt).
Hình 4.10 đã chỉ ra nếu chuỗi PN1 rơi vào cửa sổ tìm kiếm của trạm gốc thì nó sẽ đ−ợc dịch và đ−ợc hiểu là thành phần đa đ−ờng của chuỗi PN2, vì chuỗi PN1 giả đến trước cả PN2, trạm di động sẽ thay đổi cửa sổ của nó để cho tâm cửa sổ bây giờ là PN1 đồng thời cố gắng giải điều chế và kết hợp cả 2 tín hiệu, điều đó tất nhiên là gây nhiễu. Để tránh điều này thì :
X < I + Y - W/2 X+Y < I - W/2 +2Y I chip
X chip
Phát PN1
Phát PN2 Thu đ−ợc PN1
Thu đ−ợc PN2
Cửa sổ tìm kiếm SRCH_WIN_A
PN: Chuỗi giả ngẫu nhiên (Pseudo – Noise Sequence) W : Kích th−ớc của cửa sổ tìm kiếm
W/2 Y
D < I - W/2 + 2R
Cũng nh− phần tr−ớc ta có khoảng cách giữa hai trạm có PN lân cận nhau là:
D < 244 (I - W/2 + 2R) D < 244I - 122W + 2r Víi : d(m) = D(chÝp)x244(m)
r(m) = R(chíp)x244(m): là bán kính phủ sóng của trạm 2 nh−ng tính bằng (m).
W(chíp) : kích th−ớc cửa sổ tìm kiếm SRCH_WIN_A.
Nh− vậy chúng ta thấy trong thực tế điều kiện thứ 2, tức là khoảng cách d(m) phải nhỏ hơn giá trị biên là (244I - 122W + 2r) luôn đ−ợc thoả mãn với các trạm cạnh kề, tức là cạnh nhau về mặt địa lý.