Nhiễu kênh lân cận xảy ra khi sóng vô tuyến được điều chỉnh và thu riêng kênh C song lại chịu nhiễu từ kênh lân cận C - 1 hoặc C + 1. Mặc dù thực tế sóng vô tuyến không được chỉnh để thu kênh lân cận đó, nhưng nó vẫn đề nghị một sự đáp ứng nhỏ là cho phép kênh lân cận gây nhiễu tới kênh mà máy thu đang điều chỉnh. Tỉ số sóng mang trên kênh lân cận được định nghĩa là cường độ của sóng mang mong muốn trên cường độ của sóng mang kênh lân cận.
C/A = 10.log(Pc/Pa) Trong đó :
Pc = công suất thu tín hiệu mong muốn Pa = công suất thu tín hiệu của kênh lân cận
Giá trị C/A thấp làm cho mức BER cao. Mặc dù mã hoá kênh GSM bao gồm việc phát hiện lỗi và sửa lỗi, nhưng để việc đó thành công thì cũng có giới hạn đối với nhiễu. Theo khuyến nghị của GSM, để cho việc quy hoạch tần số được tốt thì giá trị C/A nhỏ nhất nên lớn hơn - 9 dB.
Khoảng cách giữa nguồn tạo ra tín hiệu mong muốn với nguồn của kênh lân cận lớn sẽ tốt hơn cho C/A. Điều này có nghĩa là các cell lân cận không nên được ấn định các sóng mang của các kênh cạnh nhau nếu C/A đã được đề nghị trong một giới hạn nhất định.
Cả hai tỉ số C/I và C/A đều có thể được tăng lên bằng việc sử dụng quy hoạch cấu trúc tần số.
5. Một số biện pháp khắc phục
Vấn đề can nhiễu kênh chung là một thách thức lớn với hệ thống thông tin di động tế bào. Có các phương pháp để giảm can nhiễu kênh chung như:
- Tăng cự ly sử dụng lại tần số (D) - Hạ thấp độ cao anten trạm gốc
- Sử dụng Anten định hướng ở BTS (Sector hóa)
Với phương pháp thứ nhất: việc tăng cự ly sử dụng lại tần số D sẽ làm giảm can nhiễu kênh chung, tuy nhiên khi đó số cell trong mỗi mảng mẫu sẽ tăng, tương ứng với số kênh tần số dành cho mỗi cell sẽ giảm và như vậy thì dung lượng phục vụ sẽ giảm xuống.
Phương pháp thứ hai việc hạ thấp anten trạm gốc làm cho ảnh hưởng giữa các cell dùng chung tần số sẽ được giảm bớt và như vậy can nhiễu kênh chung cũng được giảm bớt. Tuy nhiên, việc hạ thấp anten sẽ làm ảnh hưởng của các vật cản (nhà cao tầng…) tới chất lượng của hệ thống trở nên nghiêm trọng hơn.
Phương pháp thứ 3 có hai ưu điểm. Một là biện pháp làm giảm can nhiễu kênh chung trong khi cự ly sử dụng lại tần số không đổi, hai là tăng dung lượng hệ thống. Phương pháp này sẽ được trình bày trong phần sau.
Ngoài ra, các kỹ thuật khác như:
−Điều khiển công suất phát sóng kiểu động −Truyền phát gián đoạn
−Nhảy tần
cũng làm cải thiện thêm đáng kể tỷ số C/ I của hệ thống
Một số kỹ thuật tăng chất lượng hệ thống
- Nhảy tần:
Thực chất của việc nhảy tần là thực hiện trải các cụm (burst) dữ liệu trên các kênh tần số khác nhau một cách ngẫu nhiên, nhằm giảm nhiễu trong toàn bộ hệ thống. Điều này có ý nghĩa rất lớn đối với các mạng lớn mà việc sử dụng lại tần số là cực kỳ khó khăn. Để nhảy tần cần chú ý trong trường hợp tổ hợp nhảy tần, số tần số này có thể nhiều hơn số trạm thu/phát TRX của cell. Khi chọn các tần số để nhảy tần khác nhau sẽ làm cho các cụm dữ liệu nhảy tần theo các cách khác nhau và làm giảm khả năng trùng tần số giữa các cụm số liệu trên 2 cell.
- Truyền phát gián đoạn _ Discontinuous Transmission (DTX):
hiệu đầu vào như có tín hiệu thoại và khi kết thúc tín hiệu nó sẽ ngừng phát. Việc phát hay không được thực hiện trên cơ sở từng khe thời gian. Mục đích của phương pháp này là tiết kiệm năng lượng và giảm nhiễu trên kênh lân cận một cách tối đa. Khi sử dụng phương pháp truyền dẫn gián đoạn ta cần thêm các thiết bị phụ trợ khác như VAD (Voice Active Detector) để phát hiện tín hiệu vào và tạo ra tiếng ồn giả khi một phía nào đó ngừng cung cấp tín hiệu.
- Điều khiển công suất thu phát của MS và BTS:
Việc điều khiển tăng giảm công suất thu phát của MS và BTS cũng làm cải thiện đáng kể tỷ số C/ I.
CHƯƠNG 4
GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ DUNG LƯỢNG I. TĂNG DUNG LƯỢNG Ở CÁC ĐÀI TRẠM
Đối với bất kỳ mạng viễn thông nào, khi số lượng thuê bao tăng lên, thì sự tắc nghẽn do quá tải sẽ xảy ra. Lúc này giải pháp đặt ra là phải giải quyết các vấn đề về kỹ thuật để đáp ứng được dung lượng hiện tại cho hệ thống. Như ta đã biết trên giao diện vô tuyến GSM sử dụng cả hai phương pháp truy cập kênh là TDMA và FDMA. Trong đó tám kênh lưu thông (điều khiển) hay tám khe thời gian được truyền bởi một sóng mang. Điều này có nghĩa là khi ta tăng số kênh lên (tăng số máy phát) tại các đài trạm thì dung lượng cũng sẽ tăng theo. Tuy nhiên, biện pháp này sẽ bị hạn chế bởi yếu tố nhiễu. Để thấy rõ điều này chúng ta sẽ xem xét mối quan hệ giữa dung lượng và tỉ số C/I.
Phân bố tỉ số C/I cần thiết ở hệ thống xác định số nhóm tần số N mà ta có thể sử dụng. Nếu toàn bộ số kênh qui định là M được chia làm N nhóm, thì mỗi nhóm chứa M/N kênh. Vì tổng số kênh M mà hệ thống có là cố định. Nên khi N giảm thì dẫn đến số lượng kênh nhiều hơn ở một nhóm và ở một đài trạm. Vì vậy việc giảm số lượng nhóm tần số N cho phép mỗi đài trạm tăng dung lượng và làm giảm tổng số các đài trạm cần thiết cho tải lưu lượng định trước.
Tuy nhiên ta có mối quan hệ giữa cự ly đồng kênh và số nhóm tần số:
N R D= 3*
Trong đó R là bán kính cell, nó có giá trị không đổi. Khi N giảm thì cự ly đồng kênh giảm, dẫn đến giảm C/I trung bình ở hệ thống.Theo khuyến nghị của GSM thì C/I thường phải lớn hơn 9 dB. Vì vậy, việc giảm N bị hạn chế bởi tỉ số này. Hiện nay, người ta hay sử dụng các mô hình sử dụng lại tần số sau:
- Mô hình 7/21: gồm 21 nhóm tần số (N = 21) và đặt tại 7 vị trí đài trạm (7 BTS).
- Mô hình 4/12: gồm 12 nhóm tần số và đặt tai 4 vị trí đài trạm. - Mô hình 3/9: gồm 9 nhóm tần số và đặt tai 3 vị trí đài trạm.
Hiện nay, Việt Nam chúng ta tồn tại song song hai mạng GSM, mỗi mạng sử dụng một nửa dải tần tương ứng với 124/2 = 62 tần số (M = 62).
Kết luận:
Mặc dù số kênh mà mỗi BTS có khả năng mang được bị hạn chế bởi vấn đề nhiễu. Nhưng ưu điểm cơ bản của phương pháp này là việc lắp đặt để mở rộng dễ
dàng và thuận lợi do nó tận dụng được các cơ sở vật chất sẵn có của mạng (đài trạm sẵn có, đường truyền dẫn sẵn có, cột anten và nguồn điện sẵn có).
II. QUY HOẠCH CELL
Khi số lượng kênh tại các đài trạm đã tăng tới giá trị giới hạn như ta đã xét ở trên mà vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu của khách hàng. Yêu cầu lúc này để tăng dung lượng cho hệ thống là phải quy hoạch lại ô. Biện pháp đầu tiên là chúng ta có thể thay đổi mô hình sử dụng lại tần số, giảm số nhóm tần số. Từ đó số kênh ở các vị trí đài trạm tăng lên.
Công suất của thuê bao di động thường là 2 W đối với các thuê bao cầm tay. Bên cạnh đó, độ nhạy của trạm thu gốc thì bị giới hạn bởi các loại nhiễu. Tổng hợp các yếu tố tác động này, công suất phát cho phép, giới hạn mức thu chấp nhận được, sự giới hạn của truyền sóng vô tuyến sẽ giới hạn vùng phủ.
Một nhân tố khác cũng cần phải xét đến đó là người sử dụng muốn sử dụng thuê bao của mình ở mọi lúc mọi nơi: bên trong những công trình dưới đất, thậm chí ngay cả dưới chân trạm thu phát gốc BTS. Ở những vị trí như vậy tổn hao truyền sóng là quá lớn, ảnh hưởng lớn đến chất lượng thông tin.
Nói chung với một khoảng cách nhất định, tổn hao truyền sóng tuân theo một số phân bố thống kê. Như vậy, theo đó chỉ có khoảng 50% trường hợp thông tin sẽ có tổn hao truyền sóng là ít hơn hoặc bằng mức tổn hao trung bình ở một khoảng cách với trạm thu phát gốc BTS. Giá trị này không được nhà khai thác quan tâm lắm, vì mục tiêu của họ là bảo đảm 90 ÷ 95% vùng phủ tại mọi nơi mà khách hàng muốn sử dụng dịch vụ. Vì vậy, nhà khai thác phải để một mức dự trữ quan trọng cho tổn hao truyền sóng.
Cùng với mục đích này, một mục tiêu quan trọng là khi quy hoạch mạng tổ ong là phải đạt được dung lượng lưu lượng cao. Nói một cách khác là mật độ thuê bao phải cao nhưng vẫn đảm bảo chất lượng phục vụ và thoại.
1. Khái niệm ô
Phân bố địa lý của các máy di động, tính chất lưu lượng của các thuê bao và chất lượng cần thiết, vùng phủ địa lý phục vụ tạo thành những số liệu ban đầu cho việc quy hoạch cell. Đây là cơ sở để xây dựng sơ đồ chuẩn.
Trước hết toàn bộ công việc quy hoạch mạng được xây dựng trên một sơ đồ chuẩn, có nghĩa là một mô hình lý thuyết dựa trên sơ đồ vị trí hình học của cấu trúc mạng BTS và sự ấn định tần số đã được định trước sẽ đảm bảo một bước khởi đầu tốt trong quy hoạch cell.
Hình dạng của cell trong mỗi một sơ đồ chuẩn phụ thuộc vào kiểu anten và công suất ra của mỗi một BTS. Có hai loại anten thường được sử dụng: anten vô hướng (omni) là anten phát đẳng hướng, và anten có hướng là anten bức xạ năng lượng tập trung trong một rẻ quạt (sector).
Nếu chúng ta có hai BTS với các anten vô hướng thì chúng ta sẽ nhận thấy rằng vùng phủ giữa hai biên của mỗi một BTS tạo thành những điểm mà cường độ tín hiệu từ cả hai BTS đến đều như nhau, chúng tạo thành một đường thẳng. Nếu chúng ta lặp lại công việc trên bằng cách đặt xung quanh BTS gốc 6 BTS khác thì vùng phủ được tạo thành chính là một cell (nó có dạng hình lục giác).
Hình 4.1: Ký hiệu cell
Trong hệ thống GSM, biên giới giữa các cell cũng như nhiều nhân tố khác có thể được điều khiển nhờ nhiều tham số khác nhau, các tham số này được thiết lập bởi những người điều khiển. Việc thiết lập và điều chỉnh các tham số này là rất quan trọng đối với công việc quy hoạch cell.
2. Lưu lượng
Trong hệ thống thông tin, lưu lượng là một khái niệm đơn giản và luôn được nhắc tới hoặc luôn gắn liền với các kênh thông tin. Lưu lượng trên kênh vô tuyến thường được đo bằng Erlang.
Nếu một người dùng máy di động thích dùng riêng một kênh vô tuyến độc lập thì việc sử dụng đó là rất lãng phí bởi vì phần lớn thời gian kênh vô tuyến là rỗi, không được sử dụng.
Đó là điều không nên bởi lý do trong vùng phục vụ của máy di động các máy di động khác nhau không thể dùng chung các kênh giống nhau do vấn đề nhiễu đồng kênh. Chỉ có một phổ điện từ và nhu cầu về thông tin không dây ngày càng tăng mặc dù những yêu cầu rằng tất cả các hệ thống hoạt động với mức độ hiệu quả phổ cao và việc quản lý phổ của quốc gia và quốc tế với hiệu quả cao đã được đưa ra.
Vì vậy, đang dần dần hình thành một khuynh hướng về việc dùng những kênh vô tuyến trung kế. Một kênh vô tuyến trung kế là một kênh được chia cho nhiều người dùng và hiệu quả sử dụng của nó sẽ tăng lên rất nhiều so với việc chỉ ấn định một kênh dành riêng.
Hệ thống vô tuyến tổ ong đã sử dụng những kênh vô tuyến trung kế và có được hiệu quả về phổ tần. Mỗi trạm gốc được ấn định một số kênh vô tuyến mà chúng được chia ra cho nhiều người sử dụng. Tỉ lệ người sử dụng trên số kênh tăng lên sẽ là hiệu quả trung kế. Hơn nữa mỗi kênh vô tuyến được sử dụng lại nhiều lần trong những vùng khác nhau.
Một nhân tố quyết định trong việc xác định bao nhiêu thuê bao có thể được phục vụ trong mạng là số lưu lượng mà mỗi thuê bao có thể mang. Lưu lượng dành cho mỗi thuê bao được định nghĩa bởi tỉ lệ cuộc gọi và thời gian trung bình của một cuộc gọi.
Theo định nghĩa trên, lưu lượng A được tính theo công thức: A = C.t/T
Trong đó:
A: lưu lượng (Erlang) C: số cuộc gọi
t: thời gian trung bình chiếm kênh mỗi cuộc gọi T: tổng thời gian đo
Từ công thức trên ta nhận thấy nếu một kênh bị chiếm giữ trong toàn bộ thời gian thì nó sẽ mang lưu lượng lớn nhất, nghĩa là 1 Erlang. Trung bình một kênh vô tuyến riêng lưu lượng thường bé hơn 1 Erlang.
Đối với một kênh vô tuyến trung kế, lưu lượng sẽ lớn hơn nhưng lý tưởng để vượt qua 1 Erlang là không thể bởi vì những người sử dụng sẽ truy cập một cách ngẫu nhiên tới các kênh được phân chia và điều này sẽ chắc chắn xảy ra ở một vài thời điểm khi kênh đang rỗi. Dù sao khi số người dùng tăng thì tỉ lệ các cuộc gọi sẽ lớn lên và lưu lượng lúc đó sẽ tăng lên.
Hình 4.2 cho ta thấy:
LƯU LƯỢNG YÊU CẦU (OFFERED TRAFFIC) nghĩa là tổng lưu lượng yêu cầu
của thuê bao đối với kênh vô tuyến.
LƯU LƯỢNG THÔNG (CARRIED TRAFFIC) nghĩa là lưu lượng truyền đi thành
LƯU LƯỢNG NGHẼN (BLOCK TRAFFIC) nghĩa là lưu lượng bị nghẽn lúc thiết lập cuộc gọi và vì vậy chúng không được truyền đi ngay lập tức.
Rõ ràng:
LƯU LƯỢNG YÊU CẦU = LƯU LƯỢNG THÔNG + LƯU LƯỢNG NGHẼN
Giờ cao điểm: Đó là giờ bận nhất trong ngày được biết theo phân tích thống kê lưu
lượng trong mạng. Kế hoạch hoá dung lượng phải quan tâm tới yêu cầu sử dụng trong giờ cao điểm này.
Cấp độ dịch vụ GoS (Grade of Service):
Để yêu cầu một cấp độ dịch vụ tốt trên kênh vô tuyến trung kế thì khả năng nghẽn phải thấp. Điều này cho thấy rằng số lượng những người dùng tiềm tàng phải được hạn chế hay cụ thể hơn lưu lượng yêu cầu phải được đảm bảo trong dung lượng của kênh.
Ngược lại nếu cấp độ dịch vụ thấp hơn thì có thể được chấp nhận, việc xảy ra nghẽn cao hơn vẫn có thể được phép và có thể có sự tăng tương ứng trong lưu lượng yêu cầu. Điều này có thể cân bằng so với việc tăng số lượng người dùng.
Vì vậy, mạng sẽ được thiết kế với một mức độ nghẽn mạch nào đó có thể chấp nhận được. Khái niệm GoS lúc này xác định phần trăm số cuộc gọi không thành công do thiếu tài nguyên trên tổng số cuộc gọi đang cần đấu nối đồng thời.
Nói chung các mạng tổ ong ở Châu Âu đều có GoS là 0.02 hoặc 2%. Điều này nghĩa là có 2% lưu lượng bị nghẽn, còn lại 98% lưu lượng thông.
Nếu lưu lượng yêu cầu = A thì:
Lưu lượng nghẽn = A.GoS và Lưu lượng thông = A(1- GoS)
3. Tái sử dụng tần số
Một hệ thống tổ ong là dựa trên việc tái sử dụng lại tần số. Nguyên lý cơ bản khi thiết kế hệ thống tổ ong là các mẩu sử dụng lại tần số. Theo định nghĩa sử dụng lại tần số là việc sử dụng lại các kênh vô tuyến ở cùng một tần số sóng mang để phủ sóng cho các vùng địa lý khác nhau. Các vùng này phải cách nhau một cự ly đủ lớn