L w: tổn hao của bức tường thứ w.
2.3.2 Kỹ thuật nhảy tần
Trong quá trình kết nối của cuộc gọi, một cụm tín hiệu sẽ dễ dàng bị mất khi chịu tác động ngẫu nhiên của một khe phading tại một tần số cụ thể của máy di động, hoặc khi nó chịu ảnh hưởng của nhiễu. Nhưng xác suất
cụm tiếp theo nhận được sẽ cao hơn nếu nó được gửi đi trên một tần số khác. Kỹ thuật như vậy được gọi là kỹ thuật nhảy tần.
Nhảy tần là một tập hợp các tần số đã định trước được thiết lập sử dụng cho mỗi tế bào. Máy phát sẽ thực hiện thay đổi tần số sau mỗi khung TDMA, nghĩa là tần số nhảy sẽ là 217 lần/s (1khung TDMA = 8timeslot * 0.577 Ms = 4.615s).
Kỹ thuật nhảy tần có ưu điểm chính là làm giảm ảnh hưởng của phading đa đường, của nhiễu nên chất lượng dịch vụ được cải thiện, làm cho việc tái sử dụng tần số được hiệu quả hơn. Lý do để được ưu điểm này là nhảy tần mang 2 ưu điểm đặc biệt. Điểm đặc biệt đú chớnh là có độ lợi về phân tập tần số và độ lợi về trung bình hóa nhiễu.
• Độ lợi về phân tập tần số là do máy di động không còn giữ
nguyên vị trí ở một mức phading cụ thể dài hơn 1 khung TDMA nữa mà sẽ trải ra các tần số. Các tần số khác nhau thỡ cú độ dữ trữ phading khác nhau. Chúng ta thực hiện truyền tin trên những tần số được thay đổi liên tục theo một chu kỳ nhất định. Chính vì vậy khe phading sẽ không còn rơi vào một kênh trong suốt khoảng thời gian duy tri kết nối nữa.
• Độ lợi trung bình hóa nhiễu rất có ý nghĩa trong việc cải thiện
chất lượng mạng, vì nhiễu chỉ tồn tại ở một tần số nhất định trong chuỗi nhảy tần, một tần số bị nhiễu sẽ được trung bình hóa với những tần số khỏc khụng nhiễu. Nhóm nhảy tần càng nhiều thì độ lợi trung bình hóa nhiễu càng tăng, lúc này nhiễu càng được trải ra trên một băng lớn hơn.
Có hai loại nhảy tần chính: nhảy tần tổng hợp và nhảy tần băng gốc. Nhưng với hệ thống kỹ thuật ngày nay đa số chỉ triển khai nhảy tần tổng hợp như một biện pháp để nâng cao chất lượng. Vì vậy, trong khuôn khổ đồ án này chỉ trình bày về những đặc điểm chính của kỹ thuật nhảy tần tổng hợp.
Trước khi đi sâu vào tìm hiểu về phương pháp nhảy tần tổng hợp, chúng ta sẽ xem qua một số khái niệm chính được dùng trong kỹ thuật nhảy tần:
- Khe thời gian số 0 mang kênh BCCH của sóng mang BCCH (sóng
mang fo hay còn được gọi là sóng mang không C0) không được phép nhảy
tần, vì sóng mang này được các thuê bao ở tế bào lân cận đo lường trong chế độ rỗi và chế độ hoạt động, nhằm mục đích phục vụ cho lựa chọn lại tế bào và HO;
- Kênh vật lý cơ bản (BPC) là một kênh vật lý trên một khe thời gian trong khung TDMA ở giao diện vô tuyến giữa BTS và MS;
- Nhóm nhảy tần HG là một nhúm cỏc kờnh vật lý cơ bản trong cùng một tế bào, sử dụng cùng số khe thời gian trong khung TDMA nhưng trờn cỏc bộ thu phát khác nhau để khi nhảy tần thì sử dụng chung cùng tập tần số;
- Nhóm kênh (CHGR) là một nhúm cỏc kờnh vật lý cơ bản trong một tế bào;
- Tập nhảy tần (HFS) là một nhúm cỏc tần số cụ thể mà nhúm kờnh sử dụng để nhảy tần;
- Số chuỗi nhảy tần (HSN) để xác định trật tự các tần số trong tập tần số nhảy tần sẽ sử dụng cho một nhúm kờnh khi thực hiện nhảy tần, có hai thuật toán nhảy tần để xác định trật tự nhúm kờnh nhảy là nhảy tần tuần hoàn và nhảy tần ngẫu nhiên;
- Độ lệch chỉ số ấn định (MAIO) là thông số xác định độ lệch tần số trong chuỗi nhảy tần, tham số MAIO ngăn chặn nhiễu kênh lân cận và nhiễu đồng kênh bên trong tế bao hay giữa các tế bào bên trong 1 trạm;
- Nhóm thu phát (TG) là một nhúm cỏc cụm máy thu phát thuộc cùng một trạm BTS. Mục đích việc chia nhóm này là để dễ dàng điều khiển
nhúm kờnh cú nhảy tần hay không nhảy bằng tham số HOP (On: có nhảy tần hoặc OFF: không nhảy tần).
Định nghĩa về BPC, CHGR, HG, HFS được minh họa bằng hình 2.3.
Hinh 2.3 - Định nghĩa về BPC, CHGR, HG trong tế bào a. Nhảy tần tổng hợp
Một ví dụ về định tuyến các cụm từ TRX tới máy phát trong nhảy tần tổng hợp như hình 2.4.
Nhảy tần tổng hợp là kỹ thuật chỉ cho phộp cỏc kờnh SDCCH/8, TCH, và kênh dữ liệu gói được nhảy tần, còn khe thời gian 0 mang kênh BCCH của sóng mang BCCH không được nhảy tần cho dù sóng mang này thuộc về nhóm nhảy tần. Bởi vì sóng mang BCCH mà thay đổi tần số thì sẽ dẫn tới hậu quả nghiệm trọng là cỏc mỏy di động ở tế bào lân cận không thể thực hiện được việc theo dõi và đo trong chế độ rỗi và chế độ hoạt động. Nhảy tần tổng hợp chia mỗi tế bào thành ít nhất 2 nhúm kờnh. Một
tới TS7 thuộc sóng mang này mang lưu lượng). Số bộ thu phát không ảnh hưởng tới nhóm tần số nhảy tần (với hệ thống Erricsson nhóm nhảy có thể có tối đa 32 tần số). Hình 2.4 mô tả một sơ đồ đấu nối, nguyên tắc hoạt động của một cấu hình trong nhảy tần tổng hợp.
Hình 2.4 - Định tuyến các cụm từ TRX tới máy phát trong nhảy tần tổng hợp
Thông thường, trong nhảy tần tổng hợp người ta thiết lập sóng mang
BCCH không được phép nhảy vì vậy mà tất cả các khe thời gian từ TSo tới
TS7 của sóng mang này sẽ sử dụng riêng một tần số fo hay còn được gọi là
sóng mang 0(Co). Tần số fo hay sóng mang Co này không được nhảy tần và
chúng được thiết lập bằng HOP = OFF. Tất cả các khe thời gian trên sóng mang BCCH này cho dù có bị nhiễu cũng không được phép nhảy tần. Các tần số còn lại thuộc nhóm tần số nhảy sẽ được dùng cho TCH và SDCCH, trật tự tần số được sử dụng sẽ tùy theo thuật toán nhảy xác định
Hình 2.5 cho thấy một ví dụ về cấu hình kênh cho 4 máy thu phát sử dụng phương pháp nhảy tần tổng hợp. Nhảy tần tổng hợp được sử dụng và triển khai rộng rãi trên toàn thế giới. Nhảy tần tổng hợp chỉ cần số tần số
lớn hơn 4 là đặt được hiệu quả trung bình hóa nhiễu. Do có ưu điểm là số tần số nhảy không phụ thuộc vào số máy thu phát. Nhưng bên cạnh đó nhảy tần tổng hợp vẫn không tránh khỏi nhược điểm. Nhảy tần tổng hợp có nhược điểm là sẽ làm suy giảm tín hiệu do phải sử dụng bộ kết hợp băng rộng. Tín hiệu sau bộ kết hợp đó sẽ thường giảm đi 3dB. Mặc dù vậy, kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi và hiện đang được triển khai ở những nhà khai thác mạng di động tại Việt Nam và trên thế giới trong đó có Viettel.
Hình 2.5 - cấu hình kờnh cho 4 máy thu phát trong nhảy tần tổng hợp b. Thuật toán nhảy tần
Trật tự các tần số trong tập tần số mà được cỏc nhúm kờnh sử dụng để nhảy (HFS) được quyết định bằng 2 loại thuật toán là nhảy tần tuần hoàn và nhảy tần ngẫu nhiên.
Nhảy tần tuần hoàn là các tần số sẽ được thay đổi với mỗi khung TDMA theo một trật tự liên tiếp. Ví dụ dãy nhảy tần tuần hoàn giữa 4 tần số có thể xuất hiện như sau:..., f4, f1, f2, f3, f4, f1, f2, f3, f4, f1, f2, ... Nhảy tần
tuần hoàn được thiết lập bằng tham số HSN = 0, tập tần số nhảy tần được xếp từ thấp tới cao.
Nhảy tần ngẫu nhiễn được thực hiện như một chuỗi giả ngẫu nhiên có chu kỳ xấp xỉ 6 phỳt. Cú 63 chuỗi tần số độc lập với nhau khi tham số
HSN được nhận giá trị từ 1 tới 63. Thuật toán tính ra tần số nhảy tần ở một thời điểm cụ thể phụ thuộc vào HSN và được mô tả chi tiết trong chỉ tiêu kỹ thuật GSM 3GPP 45.002. Ví dụ về chuỗi tần số nhảy tần tổng hợp sử dụng thuật toán nhảy tần ngẫu nhiên như sau: ..., f 2, f1, f1, f4, f2, f3, f1, f2, f4,
f4, f3, ...
Với mỗi máy thu phát, trong cùng một nhúm kờnh, cùng một tế bào chúng sẽ được ấn định cùng HSN, nghĩa là chỳng cựng nhảy trên một con đường. Để tránh nhiễu lẫn nhau giữa các máy phát thì nhất thiết không thể sử dụng chung tần số tại cùng một thời điểm. Điều này hay còn được gọi là trực giao với nhau, tất cả cỏc kờnh trong tế bào phải trực giao với nhau vỡ cỏc kờnh khụng trực giao sẽ gây nhiễu đồng kênh lẫn nhau. Để giải quyết vấn đề này người ta sử dụng thông số về độ sai lệch trong chuỗi nhảy tần được gọi là độ lai sai lệch chỉ số ấn định (MAIO), xem trong chỉ tiêu kỹ thuật 3GPP 45.002. Mỗi máy thu phát sẽ được ấn định với 1 giá trị MAIO duy nhất từ danh sách MAIO. Do vậy, nếu có 2 máy thu phỏt cựng HSN nhưng MAIO khác nhau thì sẽ không thể sử dụng chung tần số trong một khung TDMA.
MAIO đặc biệt được quan trọng trong mạng tái sử dụng tần số chặt 1/1 (nghĩa là tập tất cả các tần số đều được thiết lập nhảy cho tất cả các tế bào). Các tế bào này bắt buộc phải được ấn định những MAIO khác nhau để đảm bảo rằng sẽ không sử dụng chung tần số trong một khung TDMA. Để đảm bảo điều đó các tế bào này phải đảm bảo cú cựng nhúm tần số nhảy, cùng thiết lập một giá trị HSN cho cỏc nhúm kờnh và các cụm thu phát phải được đông bộ với nhau.
Với giá trị MAIO được sử dụng (cùng với số khung FN và HSN) có thể chỉ ra được trật tự tần số sẽ được sử dụng. Việc tính toán tần số nào được sử dụng trong tập tần số HFS theo cụng thỳc sau:
"pointer" = (MAIO+FN) modulo(number of frequencies in HFS)
Với nhảy tần ngẫu nhiên: thì giá trị FN được thay thế bằng một giá trị ngẫu nhiên và nó được dựa trên FN.
"pointer" = (MAIO+random value) modulo(number of frequencies in HFS) Điều này nghĩa là trình tự tần số được thay đổi trong mỗi khung TDMA đưcọ quyết định bởi HSN nhưng với một độ lệch được quyết định bởi MAIO.
Hinh 2.6 - Tần số được chỉ ra bởi giá trị MAIO ở một thời điểm
Hình 2.6 là một ví dụ minh họa về các tần số được chỉ ra bởi giá trị MAIO từ một tập tần số tại một thời điểm. Với FN = 1, sử dụng nhảy tần tuần hoàn, giá trị MAIO = 0 thì “Pointer” sẽ là 1 và chỉ ra vị trí thứ 2 của tập tần số nhảy tức là tần số 4. Sau khung TDMA đó, tới khung tiếp theo FN = 2, lúc này với giá trị MAIO = 0 thì tần số tiếp theo sẽ được dịch xuống một bước và chỉ tới vị trí thứ 3 sẽ là tần số 7.
Danh sách giá trị MAIO được thiết lập theo hai cách là mặc định (MAIO default) hoặc ngẫu nhiên bởi nhà cung cấp dịch vụ. Không có giá trị MAIO nào được gán trùng nhau trong một danh sách MAIO. Trường hợp danh sách MAIO được thiết lập mặc định thì số giá trị MAIO luôn nhỏ hơn số tần số thuộc tần HFS là 1. Ví dụ với một tập tần 15 tần số thì danh
sách giá trị sẽ từ 0 ữ 14. Danh sách MAIO được thiết lập bởi nhà cung cấp dịch vụ thì có thể được chỉ rõ lên tới 16 MAIO. Khi danh sách quá ngắn (độ dài của danh sách MAIO ít hơn số tần TRX cho CHGR), thì giá trị MAIO ngẫu nhiên sẽ được thêm vào cho đầy danh sách sao cho số giá trị trong danh sách nhỏ hơn số máy thu phát (TRX) là 1.