CHƯƠNG 3: PHÂN BỐ KÊNH, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VÀ DUNG LƯỢNG BÁO HIỆU TRONG HỆ TÍCH HỢP GSM/GPRS
III.1. Phân bố kênh trong hệ tích hợp GSM/GPRS
III.1.5. Các phương án triển khai tích hợp mạng GPRS vào GSM
Khi triển khai dịch vụ GPRS vào hệ thống GSM, việc phân chia dung lượng hiện có của mạng cho GPRS và GSM có thể theo 3 phương án sau :
Phương án 1 – tách riêng dung lượng: Dung lượng của ô được chia thành hai phần riêng biệt, một phần cho GPRS, phần còn lại cho GSM. Chúng phải dành riêng một phần dung lượng cho chuyển giao. Với phương án này, toàn bộ hệ thống coi như hai hệ thống riêng rẽ hợp lại. Do không có sự điều phối dung lượng giữa hai phần với nhau nên việc điều khiển quản lý tương đối đơn giản. Tuy nhiên, bất lợi chính của phương án này là không linh hoạt trong việc điều chuyển dung lượng hệ thống nên hiệu quả sử dụng tài nguyên chung rất thấp.
Phương án 2 – chia sẻ toàn bộ dung lượng: GPRS và GSM dùng chung dung lượng của ô. Tuy nhiên vẫn dành một phần dung lượng cho việc chuyển giao của chúng.
Thông thường trong phương án này, GSM có mức ưu tiên cao hơn. Ưu điểm chính của phương pháp này là sử dụng hiệu quả tài nguyên chung của mạng, GSM có khả năng sử dụng toàn bộ dung lượng ô khi cần và khi lưu lượng GSM thấp hay chất lượng Um không tốt thì các kết nối GPRS vẫn có thể đạt tốc độ tối đa.
Phương án 3 – chia sẻ từng phần dung lượng: Toàn bộ dung lượng ô chia làm 3 phần.
Một phần cho GPRS, một phần cho GSM, phần còn lại dùng chung cho cả GSM và GPRS. Phần dung lượng cho chuyển giao lấy ở dung lượng riêng của GSM và GPRS, và ở phần dung lượng chung. Trong phương án này, phần dung lượng dành cho GPRS chia theo nguyên tắc : đủ lớn để đảm bảo giá trị QoS nhất định và đủ nhỏ để không lãng phí tài nguyên. Ưu điểm của phương án này luôn có một phần dung lượng cố định phục vụ cho GPRS để đảm bảo giá trị QoS nào đó (tận dụng ưu thế của phương án 1).
Mặt khác, với phần dung lượng chung giữa GPRS và GSM cho phép nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên chung của mạng (tận dụng ưu thế của phương án 2).
Qua đó, mỗi phương án đều có những ưu, nhược điểm nhất định. Việc sử dụng phương án nào tuỳ thuộc vào sự lựa chọn của nhà khai thác trong điều kiện cụ thể. Tuy nhiên, theo đánh giá chung, phương án 3 có nhiều ưu điểm hơn cả vì đã tận dụng được ưu
điểm, hạn chế nhược điểm của phương án 1 và 2. Do đó, đây là phương án được khuyến nghị lựa chọn.
Một vấn đề cũng hết sức quan trọng đặt ra là làm thế nào để đánh giá chất lượng của hệ tích hợp, khi sử dụng đồng thời cả hai hệ thống thì các yếu tố như chất lượng đường truyền, sự suy yếu tần số vô tuyến, ảnh hưởng của can nhiễu, thiết bị đầu cuối chuyển động nhanh…có ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng hệ tích hợp? Phần sau sẽ đưa ra các đánh giá và so sánh chất lượng của hệ tích hợp dựa trên các yếu tố ảnh hưởng đó.
III.2. Đánh giá chất lượng hệ tích hợp GSM/GPRS. [26].[27]
Điều kiện đánh giá chất lượng của hệ tích hợp GSM/GPRS khá phức tạp vì sự phát triển GMS và GPRS khá phong phú. Có rất nhiều trường hợp và nhiều viễn cảnh phát triển để cân nhắc. Các mạng GSM hiện tại sử dụng các chiến lược quy hoạch tần số và phát triển khác nhau. Rất nhiều nhà vận hành mạng sử dụng nhẩy tần cơ sở truyền thống, trong khi các mạng sử dụng lại một phần tần số (với nhẩy tần vô tuyến RF) đang sử dụng rộng rãi, đặc biệt trong khi phát triển mạng mới. Tuy nhiên sự phân tích của phần này có thể được áp dụng đối với bất kỳ một mạng nào.
III.2.1. Chất lượng đường truyền GPRS.
Trước hết cần hiểu chất lượng của đường truyền cơ sở, nó giúp ta hiểu chất lượng ở mức hệ thống. Thông lượng đạt được phụ thuộc vào điều kiện đường vô tuyến, trong các điều kiện có sự tác động của nhiễu và ồn giới hạn. Lợi ích của thích nghi đường truyền (LA) và lượng dư thừa tăng (IR) được nghiên cứu với trường hợp nhảy tần và không nhảy tần.
Chất lượng này được nghiên cứu theo các tỉ lệ lỗi khối BLER và thông lượng của mối khe thời gian theo các sơ đồ mã hoá và giải mã khác nhau. Sự cải thiện dung lượng dữ liệu GPRS là dựa trên sự tăng chất lượng đường truyền. Do đó, hiểu chất lượng mức đường truyền là rất quan trọng trước khi nghiên cứu các vấn đề về dung lượng mức hệ thống.
III.2.1.1. Giới thiệu:
Các mô phỏng mức đường truyền được sử dụng để đánh giá chất lượng của lớp vật lý. Các kết quả mức đường truyền này có thể được sử dụng như một đầu vào để nghiên cứu sâu hơn các mô phỏng mức mạng. Liên kết là một kết nối một chiều giữa một bộ phát và một bộ thu. Một chuỗi mô phỏng tổng quát được chỉ ra trong hình 3.11.
Chuỗi mô phỏng được giả sử là theo phương pháp điều chế nào đó (GMSK hoặc 8-PSK), mã kênh, đánh giá kênh và thuật toán bộ thu. Các thông số đầu vào là loại kênh (vùng nông thôn, thành thị,...), tốc độ di động, băng tần, sử dụng nhảy tần, mối quan hệ mức tín hiệu trung bình và mức nhiễu trung bình (CIR) hoặc năng lượng trung bình mỗi ký hiệu trên cường độ nhiễu (Es/No). Các thông số đầu ra là các tỉ lệ lỗi bit kênh trước khi giải mã (raw BER), thông tin tỉ lệ lỗi bít sau giải mã (BER), tỉ lệ lỗi khối sau giải mã (BLER) và thông lượng.
Hình 3.11. Cấu trúc tổng quát của chuỗi mô phỏng mức đường truyền Trong GSM, chất lượng MS và BTS tối thiểu được xác định trong giới hạn độ nhạy bộ thu và CIR bộ thu tối thiểu cho một giá trị BLER tham chiếu. Trong phần tiếp theo sẽ trình bày các kết quả mô phỏng mức đường truyền. Chú ý rằng các kết qủa có thể thay đổi phụ thuộc vào bộ thu và bộ phát.
Những kết quả mức đường truyền trình bày ở đây là đối với vùng nông thôn, mô hình kênh cho hệ GSM, giải tần mô phỏng là 900Mhz. Nhưng rất nhiều kết quả tương tự đạt được với giải tần 800Mhz. Đối với giải tần 1800 và 1900Mhz, các kết quả trên có thể dùng được khi chia các tốc độ của trạm di động làm đôi (vì xử lý fading nhanh gấp 2 lần do bước sóng chỉ là nửa bước sóng cũ).
Các kết quả mô phỏng được chỉ trong trường hợp nhiễu và ồn giới hạn. Các mô phỏng bị giới hạn bởi nhiễu tương ứng với sự thiết lập phép thử trạm di động trong trường hợp bị giới hạn bởi nhiễu theo đặc tính kỹ thuật GSM.
III.2.1.2. Sự suy yếu của tín hiệu tần số vô tuyến.
Tín hiệu đồng hồ tham chiếu trong MS và BTS có một sự ồn pha do sự không hoàn hảo của bộ tổng hợp tần số. Ồn pha cộng vào ồn nhiễu và có thể trở thành nguồn ồn chính với giá trị C/I cao. Điều chế 8-PSK nhạy đối với ồn pha do khoảng cách giữa các ký hiệu thấp.
Khi các bộ khuếch đại công suất phát với đủ công suất, chúng có thể mất sự tuyến tính, nghĩa là các tín hiệu phát bị méo. Tại bộ thu, tín hiệu méo là một nguồn ồn khác khi các giá trị C/I cao. Điều chế 8-PSK có sự biến đổi biên độ lớn, nghĩa là bộ khuếch đại công suất phi tuyến sẽ làm méo tín hiệu nhiều hơn. Để tránh méo tín hiệu vượt quá mức cho phép, 8-PSK được truyền với công suất thấp hơn 2 đến 4dB áp dụng cho MS do khuếch đại công suất phi tuyến kém.
Cả hai ồn pha và khuếch đại công suất phi tuyến là sự không hoàn thiện của tín hiệu tần số vô tuyến, do đó làm giảm chất lượng tại giá trị C/I cao. Hình 3.12 chỉ ra BLER GPRS với sự suy giảm RF và không có sự suy giảm RF.
Các kết quả mô phỏng trong hình 3.12 có phổ ồn pha cho BTS và MS và kếm bộ nhớ hơn mô hình khuếch đại công suất phi tuyến. Tất cả các kết quả chất lượng mức đường truyền trong phần này đề cập đến ảnh hưởng của sự suy giảm RF.
Hình 3.12: Ảnh hưởng của sự suy giảm RF trong chất lượng đường truyền III.2.1.3. Chất lượng bị can nhiễu hữu hạn.
Đường truyền vô tuyến là can nhiễu hữu hạn khi các mức nhiễu cao hơn mức nhạy của bộ thu. Hầu hết các mạng là can nhiễu hữu hạn vì sử dụng lại các tần số giống nhau trong các cell khác nhau để sử dụng hiệu quả phổ.
Một mạng bị can nhiễu sẽ bị giới hạn về dung lượng, nghĩa là mức nhiễu là đạt mức các giới hạn của mạng về ảnh hưởng phổ. Mặt khác, các mạng bị giới hạn bởi ồn bị coi như giới hạn vùng phủ, nghĩa là mạng có giới hạn phạm vi cell chứ không phải các giới hạn hiệu suất phổ.
Các đầu cuối chuyển động nhanh.
Trong trường hợp MS trong một phương tiện chuyển động nhanh (250- 300km/h) giống như trên tầu cao tốc, có một sự ảnh hưởng trong chất lượng đường truyền. Pha của tín hiệu thay đối rất nhanh do hiệu ứng Doppler vì vậy nó không thể có một giá trị không đổi trong suốt khoảng thời gian truy nhập một cụm. Lỗi pha có thể làm bộ thu tách một vài bit lỗi độc lập với tỉ lệ tín trên tạp thu được, gây ra một tỉ lệ lỗi BER (xem hình 3.13). Sử dụng phương pháp mã hoá cực đại GPRS bị giới hạn đối với CS-1-3, trong khi CS-3 vẫn còn ảnh hưởng từ tỉ lệ lỗi khối cao. Tín hiệu điều chế 8- PSK bị ảnh hưởng nhiều hơn từ nhiễu pha.
Hình 3.13. BER đối với CS1 đến CS4 với các đầu cuối chuyển động nhanh.