Cấp phát tần số trong mạng tế bào

Cấp phát tần số trong
mạng tế bào.
Nhóm sinh viên:


Khái niệm về kênh
 Một yếu tố quan trọng trong việc xác định

năng lực của một hệ thống điện thoại di động
là kênh.
 Một kênh là một tần số, hoặc một tập hợp tần
số có thể được phân bổ cho việc truyền dữ
liệu.


Khái niệm về kênh
Các kênh truyền thông của bất kỳ hình thức

nào có thể là một trong các loại sau đây:

Trong hệ thống GSM, kênh là song công.


Kênh song công trong GSM
Một kênh song công trong GSM sử dụng 2 tần

số: một đi tới MS (downlink) và một từ MS (uplink)
Việc sử dụng chế độ full duplex yêu cầu uplink
và downlink phải được tách ra về mặt tần số
bằng một khoảng cách tối thiểu, được gọi là
khoảng cách song cơng. Nếu khơng có nó, tần

số uplink và downlink sẽ can thiệp với nhau.


Khoảng cách sóng mang
Ngồi khoảng cách song cơng, tất cả các hệ thống điện

thoại di động cịn có khái niệm khoảng cách sóng mang, là
khoảng cách trên dải tần số giữa các kênh được truyền
trong cùng một hướng
Điều này để đảm bảo tránh sự chồng chéo thông tin giữa
một kênh và một kênh lân cận.


Phương thức điều chế
Trong GSM 900, tần số được sử dụng để

truyền thơng tin là khoảng 900 MHz. Vì đây
khơng phải là tần số của thông tin -> kỹ thuật
điều chế được sử dụng.
Kỹ thuật điều chế được sử dụng trong GSM là
Gaussian Minimum Shift Keying (GMSK).GMSK
cho phép việc truyền tải 270kbit/s trong một
kênh 200kHz.


Phương thức truy nhập: Đa truy
nhập phân chia theo thời gian TDMA
Hầu hết các hệ thống di động kỹ thuật số sử

dụng kỹ thuật TDMA để truyền và nhận tín

hiệu thoại.
Với TDMA, một sóng mang được sử dụng để
thực hiện một số cuộc gọi, mỗi cuộc gọi sử
dụng sóng mang trong một khoảng thời gian
được chỉ định trước. Những khoảng thời gian
này được gọi là khe thời gian.
Mỗi MS trên một cuộc gọi được gán một khe
thời gian trên tần số uplink và một tần số
downlink. Thông tin được gửi trong một khe
thời gian được gọi là một burst.


Phương thức truy nhập: Đa truy
nhập phân chia theo thời gian TDMA
Trong GSM, một khung TDMA bao gồm 8 khe

thời gian.Điều này có nghĩa là một sóng mang
GSM có thể chứa 8 cuộc gọi.


Kênh vật lý và kênh logic
Mỗi khe thời gian trong một khung TDMA được

gọi là một kênh vật lý. Do đó trong GSM, một
tần số sóng mang chứa 8 kênh vật lý.
Kênh vật lý có thể dung để truyền tín hiệu
thoại, dữ liệu, hoặc thơng tin tín hiệu
Một kênh vật lý có thể mang thơng điệp khác
nhau, tùy thuộc vào các thông tin được gửi.
Các thông điệp này được gọi là kênh logic.

Kênh logic được chia làm 2 loại: Kênh điều
khiển và kênh lưu lượng.


Cấp phát kênh
Kênh là tài nguyên quan trọng của hệ thống.

Tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng kênh mà các
kênh được cấp phát cho mỗi cell bằng các
phương pháp cấp phát kênh khác nhau.
Các phương pháp cấp phát kênh thường được
sử dụng là Cấp phát kênh tĩnh và Cấp phát
kênh động.


Cấp phát kênh tĩnh (FCA)
Trong cấp phát kênh tĩnh (FCA), mỗi cell được

cấp một tập hợp các kênh tần số cố định. FCA
đòi hỏi phải quy hoạch tần số thủ cơng, đó là
một nhiệm vụ khó khăn trong hệ thống dựa
trên TDMA và FDMA.
Một nhược điểm với TDMA và FDMA hệ thống
với FCA là số kênh trong cell vẫn không đổi
bất kể số lượng khách hàng trong cell đó. Điều
này dẫn đến tắc nghẽn và từ chối cuộc gọi ở
một số vùng. Trong khi các vùng khác lại tồn
tại kênh rỗi.

Cấp phát kênh động (DCA)
Một cách hiệu quả hơn để cấp phát kênh đó là

cấp phát kênh động (DCA), trong đó kênh
khơng được cấp cho các tế bào vĩnh viễn, thay
vào đó, kênh được cấp phát một cách linh
hoạt theo một thuật tốn tính tốn khả năng
block trong tương lai bên trong cell.
DCA đòi hỏi MSC thu thập dữ liệu thời gian
thực dựa trên chiếm kênh, phân phối lưu lượng
truy cập và RSSI


Các phương pháp cấp phát kênh khác
Dựa trên tiêu chí khác nhau được sử dụng để

tối ưu hóa hiệu suất, các phương án cấp phát
kênh khác đã được đề xuất.
Cấp phát kênh lai (Hybrid CA)
Cấp phát kênh kênh linh hoạt (Flexible CA)
Cấp phát kênh bàn giao (Handoff CA)


Frequency Re–use & the Re-use Distance
Trong mơ hình mạng tế bào (cellular

network), 1 tần số sử dụng trong ô tế
bào này có thể được tái sử dụng trong ơ
tế bào khác ở 1 khoảng cách nhất định.
=> Khoảng cách tái sử dụng tần số (reuse distance)

Khoảng cách càng nhỏ, dung lượng càng
lớn

Việc sử dụng lại tần số truyền phát tại

các ô tế bào gây ra nhiễu lên tín hiệu.
Khoảng cách tái sử dụng tần số càng
nhỏ, nhiễu xảy ra trong quá trình
truyền phát càng tăng.
Kiến trúc mạng tế bào thường bị giới
hạn bởi sự phát sinh nhiễu nhiều hơn là
bởi vấn đề năng lượng truyền phát.


Adjacent channel interference (C/A)
Adjacent frequencies (A), that

is frequencies shifted 200kHz
from the carrier frequency (C),
must be avoided in the same
cell and preferably in
neighboring cells also.
Although adjacent frequencies
are at different frequencies to
the carrier frequency they can
still cause interference and
quality problems.
The GSM specification states
that the carrier-to-adjacent
ratio (C/A) must be larger than

-9dB. Ericsson recommends
that higher than 3 dB be used
as planning criterion.


Co-channel interference, C/I
Co-channel interference is caused by the

use of a frequency close to the exact
same frequency. The former will interfere
with the latter, leading to the terms
interfering frequency (I) and carrier
frequency (C).
The GSM specification recommends that
the carrier-tointerference (C/I) ratio is
greater than 9 decibels (dB). However,
Ericsson recommends that 12 dB be
used as planning criterion.
This C/I ratio is influenced by the
following factors:
The location of the MS
Local geography and type of local scatters
BTS antenna type, site elevation and

position


Cells Planning
Nhận xét:
Khoảng cách tái sử dụng tần số cần đủ lớn để tránh nhiễu liên kênh (Co-channel

interference) và nhiễu tần số kênh lân cận (Adjacent channel interference).
Khoảng cách tái sử dụng tần số cần nhỏ nhất có thể để tối đa dung lượng phục vụ.

Cần phải quy hoạch các ô tế bào (cells planning) một cách hợp lý


Cụm tế bào (Clusters)
Định nghĩa:
Là một nhóm các cell sử dụng tất
cả các tần số trong dải tần cho
phép mà mỗi tần số chỉ được sử
dụng 1 lần.
2 cluster kề nhau có thể cùng sử

dụng chung 1 tần số.
Khoảng cách tái sử dụng tần số

phải được tính tốn sao cho giảm
được nhiễu mà vẫn tối đa được
dung lượng phục vụ của hệ thống.

 Có rất nhiều cách tố chức các ô tế

bào thành cụm như mô hình 3/9,
4/12, 7/21…
 Phổ biến hơn cả là 3/9 và 4/12.


4/12 pattern
Mơ hình 4/12 tổ chức 4 “three-sector sites” thành một cụm, bao

gồm 12 cell và sử dụng 12 nhóm tần số khác nhau trong dải tần
cho phép.


3/9 pattern
Trong mơ hình 3/9, tồn bộ dải tần sẽ

chia thành 9 nhóm cho 3 “three-sector
sites”.
Nhiễu C/A: Cell A1 và C3 ở vị trí gần
nhau và sử dụng 2 dải tần số lân cận
(10 và 9).
 Giải pháp: Sử dụng các kĩ thuật nhảy

tần


C/I affecting re-use distance
Nhận xét:
Khoảng cách tái sử dụng tần số phụ
thuộc trực tiếp vào “N” là số cell (số
nhóm tần số) trong cách tổ chức của
một cụm tế bào (cluster).

 

N càng nhỏ, dung lượng càng cao kèm

theo nhiễu càng lớn và ngược lại.

Tỉ số :
Omni-cells
:
3 sector-cells :
Đánh giá tỉ số ở các mơ hình cụm tế

bào khác nhau:
4/12: = 6.
3/9 : = 5.2.
7/21: = 7.9.


Phân tích lưu lượng
The Erlang (E) is a unit of measurement of traffic

intensity. It can be calculated with the following
formula:
A = n x T / 3600 Erlang
where
A = offered traffic from one or more users in the system
 n = number of calls per hour
 T = average call time in seconds


If n=1 and T=90 seconds
=> the traffic per subscriber is:

A = 1 x 90 / 3600 = 25mE

Phân tích vùng phủ
Tính tốn số trạm BTS cần thiết
If the following data exists

for a network:
Number of subscribers:

10,000
Available frequencies: 24
Cell pattern: 4/12
GOS: 2%
Traffic per subscriber:
25mE

 Frequencies per cell = 24 / 12 = 2
 Traffic channels per cell = 2 x 8 - 2








(control channels) = 14 TCH
Traffic per cell = 14 TCH with a 2%
GOS implies 8.2 Erlangs per cell
(see Table 10-1)
The number of subscribers per cell

= 8.2E / 25mE = 328 subscribers
per cell
If there are 10,000 subscribers
then the number of cells needed is
10,000 / 328 = 30 cells.
Therefore, the number of three
sector sites needed is 30 / 3 = 10