Thông tin di động - Chương 3 Mạng tế bào pptx

5/1/2010
1
1. Mạng tế bào
2. Cell
3. Cluster & Cell
4. Nhiễu ñồng kênh
THÔNG TIN DI ðỘNG
Chương 3: Mạng Tế Bào
5. Nhiễu kênh liền kề
6. Tách Cell
7. Erlang, Erlang-B
8. ða truy cập: theo kênh (cố ñịnh)
9. ða truy cập: Theo khung/gói (Ngẫu nhiên)
10.Tóm tắt
Thông Tin Di ðộng
Trang 1
Chương 3: Mạng Tế Bào
08:59:52
5/1/2010
2
1. Mạng tế bào (Cellular Network) (1)
 Ý tưởng từ Bell lab những năm 1950
 Thực hiện ñầu tiên vào những năm 1970
 Phổ vô tuyến là một nguồn tài nguyên có giới hạn.
 Làm cách nào ñể quản lý một số lượng lớn user trên
một diện tích rộng lớn với tài nguyên phổ có giới hạn?

Giải pháp là phải chia nhỏ diện tích ñể có thể tái sử

Giải pháp là phải chia nhỏ diện tích ñể có thể tái sử
dụng tần số.

 Thuật ngữ “Tế bào - cell” là thực hiện chia vùng phục
vụ mặt ñất thành những vùng nhỏ “tế bào - cell”, mỗi
cell này sẽ có 1 anten phát có chiều cao thích hợp và
với công suất thấp.
Thông Tin Di ðộng
Trang 2
Chương 3: Mạng Tế Bào
08:59:52
5/1/2010
3
1. Mạng tế bào (2)
 Trong mỗi cell có một trạm gốc (BTS – Base Station)
có chứcnăng kết nối vô tuyến với các thuê bao (trạm
di ñộng – MS – Mobile Station)
 Sử dụng nhiều tần số sóng mang.
 Các cell kề nhau sử dụng tần số khác nhau.

T
hực tế ñường kính cell biến ñổi từ 100m ñến 35km

T
hực tế ñường kính cell biến ñổi từ 100m ñến 35km
phụ thuộc vào mật ñộ thuê bao, ñịa hình và công suất
thu phát của trạm gốc
 Khi một thuê bao di chuyển từ cell này sang cell khác,
trạm gốc ở cell mới sẽ tiếp quản (handover) thuê bao
này từ trạm gốc ở cell cũ.
Thông Tin Di ðộng
Trang 3
Chương 3: Mạng Tế Bào

08:59:52
5/1/2010
4
1. Mạng tế bào
 Công suất phát lớn
 Vùng phục vụ cao
 Công suất phát thấp
 Vùng phục vụ nhỏ
 Tái sử dụng tần số
Thông Tin Di ðộng
Trang 4
Chương 3: Mạng Tế Bào
· Macro-cellular: 1 - 30 km
· Micro-cellular: 200 - 2000 m
· Pico-cellular: 4 - 200 meter
08:59:53
5/1/2010
5
S=
2. Cell: Khái niệm chung (1)
R
3
2
R
Diện tích của Cell là S
Chu vi của Cell là 6R
Cell là 1 hình lục giác ñều có chiều dài cạnh là R
Cấu trúc lý tưởng và thực tế của cell
Thông Tin Di ðộng
Trang 5

Chương 3: Mạng Tế Bào
08:59:53
5/1/2010
6
2. Cell: Khái niệm chung (2)
 Các cell phân thành nhóm gọi là Cluster
 Thông thường 1 cluster có 1, 3, 4, 7, 9,… Cell
 Vùng bao phủ của 1 cluster gọi là footprint
 Cluster ñược lặp lại trong toàn mạng.
 Các kênh tần số sẽ ñược tái sử dụng trong các cluster.

Mỗi
cluster sẽ sử dụng toàn bộ phổ tần
số
của
mạng

Mỗi
cluster sẽ sử dụng toàn bộ phổ tần
số
của
mạng
 Mỗi một Base station ñược cấp phát một nhóm các kênh
ñể sử dụng trong một vùng ñược bao phủ bởi cell.
 Những BS kề nhau ñược cấp phát các kênh hoàn toàn
khác nhau.
 Anten của BTS ñược thiết kế sao cho chỉ bao phủ trong
một vùng nhất ñịnh tái sử dụng tần số trong mạng.
Thông Tin Di ðộng
Trang 6

Chương 3: Mạng Tế Bào
08:59:53
5/1/2010
7
3. Cluster-Cellular: Tổng quát
Gọi N là số cell của 1
cluster
Gọi
D
là
khỏang
cách
giữa
Bắt ñầu bằng cell ñầu tiên,
di chuyển i cell theo trục x,
sau ñó j cell theo trục y.
Gọi
D
là
khỏang
cách
giữa
2 cell kế nhau sử dụng
chung 1 tần số.
3N R
D =
N = i
2
+ij + j
2

Với i, j là số nguyên dương (0, 1, 2…) thỏa: i>=1 và i>=j
Thông Tin Di ðộng
Trang 7
Chương 3: Mạng Tế Bào
08:59:53
5/1/2010
8
3. Quan hệ giữa N và D
i j N D
1 0 1 sqrt(3)R
1 0 3 3R
2
0
4
sqrt
(12)R
3N R
D = N = i
2
+ij + j
2
i>=1, j>=i
2
0
4
sqrt
(12)R
2 1 7 …
2 2 9
3 0 12

3 1 13
3 2 …
3 3
Thông Tin Di ðộng
Trang 8
Chương 3: Mạng Tế Bào
08:59:53
5/1/2010
9
3. Cluster với 1 cell
R
3
2
R
Khỏang cách giữa 2
cell liền nhau là D=
3 R
Nhiễu giữa các kênh rất cao.
Thông Tin Di ðộng
Trang 9
Chương 3: Mạng Tế Bào
08:59:53
5/1/2010
10
3. Cluster với 3 cell
Khỏang cách giữa 2 cell liền nhau là D=3R
F1
F2
F3
F1

F2
F1
F2
F3
F3
F1
F2
Cluster
F2
F3
F1
F2
F2
F3
F1
F3
Cluster
Cluster: Tập hợp các tần số khác nhau sử dụng trong 1
nhóm các cell. Cluster lặp lại bằng cách di chuyển i cell
theo trục x, sau ñó j cell theo trục y.
Thông Tin Di ðộng
Trang 10
Chương 3: Mạng Tế Bào
08:59:53
5/1/2010
11
3. Cluster với 7 Cell
Khỏang cách giữa 2 cell liền nhau là D =
F7
F2

F3
F5
F3
F1
F2
F7
21 R
F4
F7
F1
F6
F5
F3
F4
F2
F3
F5
F1
F7
F6
Thông Tin Di ðộng
Trang 11
Chương 3: Mạng Tế Bào
08:59:53
5/1/2010
12
Ví dụ
1) Tính khỏang cách nhỏ nhất giữa 2 cell sử dụng cùng
băng tần biết cell có bán kính 1Km và hệ số sử dụng N
= 12?

3N R
D =
2) Vẽ cấu trúc cell với N = 3
Thông Tin Di ðộng
Trang 12
Chương 3: Mạng Tế Bào
08:59:53
5/1/2010
13
Vẽ cấu trúc cell với N=9 ?
1
6
5
7
8
9
N = i
2
+ij + j
2
3N R
D =
1
4 2
3
7
Thông Tin Di ðộng
Trang 13
Chương 3: Mạng Tế Bào
08:59:53

5/1/2010
14
4. Nhiễu trong thông tin di ñộng
Trong thông tin di ñộng có các nguồn nhiễu chính sau:
 Nhiễu ña ñường
 Ảnh hưởng của môi trường
 Ảnh hưởng bởi tốc ñộ di chuyển (dropler)
 Nhiễu giữa những phone trong cùng một cell

Nhiễu
giữa
những phone khác cell

Nhiễu
giữa
những phone khác cell
 Những BTS hoạt ñộng ở cùng tần số
Thông Tin Di ðộng
Trang 14
Chương 3: Mạng Tế Bào
08:59:53
5/1/2010
15
4. Nhiễu ñồng kênh (Co-channel Interference)
Nhiễu ñồng kênh (Co-channel Interference) là ảnh
hưởng giữa các cell dùng chung tần số.
Với cấu trúc cell hình lục giác, hệ số tái sử dụng ñồng
kênh Q ñược ñịnh nghĩa là:
Q nhỏ: dung lượng cao, Q lớn: chất lượng truyền tốt
Q nhỏ: dung lượng cao, Q lớn: chất lượng truyền tốt

Gọi S là công suất thu từ BTS mong muốn, I
i
là công suất
thu từ các BTS ñồng kênh, SIR là tỉ lệ của S/I, ta có:
SIR =
Thông Tin Di ðộng
Trang 15
Chương 3: Mạng Tế Bào
08:59:53
5/1/2010
16
4. Nhiễu ñồng kênh
R
3
2
R
4.5R
Q = D/R
Trường hợp N = 7 ta có:
Q = D/R = sqrt(3x7)=4.58
S là công suất tín hiệu thu
mong
muốn
:
R
D
k
mong
muốn
:

S = P
0
x R
- α
αα
α
I
k
là công suất của BTS
thứ k, ta có:
I
k
= P
0
x D
k
-α
αα
α
R
Power
S = P
0
x R
- α
αα
α
I
k
= P

0
x D
k
-α
αα
α
Power
BTS phát công suất như nhau
α
αα
α Là hệ số suy hao theo hàm
mũ. 2<α
αα
α<5
Thông Tin Di ðộng
Trang 16
Chương 3: Mạng Tế Bào
08:59:53
5/1/2010
17
Downlinks: 1 lớp của 6 Interference
6 nhiễu ñồng kênh liền kề
I
S
∑
1
6
S
=
I

k
S = P
0
x R
- α
αα
α
I
k
= P
0
x D
k
-α
αα
α
SIR =
R
- α
αα
α
=
1
Giả sử D
k
~ D với mọi k, ta có:
∑
D
k
R

-α
αα
α
1
6
SIR =
R
∑
D
k
-α
αα
α
1
6
=
1
6
1
∑
Q
-α
αα
α
1
6
=
Q
α
αα

α
I
S
=
SIR=
=
6
Q = (6xSIR)
1
α
αα
α
3N
α
αα
α
5/1/2010
18
Ví dụ 1
Hệ thống AMPS sử dụng ñiều chế FM có SIR = 18dB. Tính
hệ số tái sử dụng tần số N. Giả sử hệ số suy hao ñường
truyền α = 4
Ta có: SIR = 10log
10
(S/I) = 18  S/I = 10
1.8
= 63.1
Q = (6xSIR)
1
α

αα
α
= (6x63.1)
0.25
= 4.41
Q = (6xSIR)
α
αα
α
= (6x63.1)
0.25
= 4.41
N = Q
2
/3 = (4.41)
2
/3 = 6.48 ~ 7
Thông Tin Di ðộng
Trang 18
Chương 3: Mạng Tế Bào
08:59:53
5/1/2010
19
5. Nhiễu kênh liền kề
 Nhiễu kênh kề (Adjacent Channel Interference) gây ra
bởi tín hiệu từ các cell kế cận (sử dụng khác tần số) ñối
với MS trong cell ñang xét.
 Nhiễu này xuất hiện do chất lượng bộ lọc tần số không
tốt.
 Cách giải quyết: dùng bộ lọc có hệ số phẩm chất cao

hoặc tăng khoảng cách tần số giữa các cell kế cận.
hoặc tăng khoảng cách tần số giữa các cell kế cận.


 Tỷ số SIR trong thực tế sẽ còn nhỏ hơn do tác ñộng
của nhiễu kênh kề
Thông Tin Di ðộng
Trang 19
Chương 3: Mạng Tế Bào
08:59:53
5/1/2010
20
Ví dụ 2
Một hệ thống có 70 kênh, trong ñó có 6 kênh ñược sử dụng
ñể ñiều khiển. Mỗi cell ñược cấp 16 kênh. Xác ñịnh SIR
(dB) của hệ thống giả sử α = 5.
Số kênh sử dụng thực tế = 70 – 6 = 64
N = 64/16 = 4
6
1
∑
Q
-α
αα
α
1
6
=
Q
α

αα
α
I
S
=SIR=
=
6
Q = (6xSIR)
1
α
αα
α
3N
α
αα
α
S/I = (sqrt(3x4))
5
/6 = 83
SIR
dB
= 10log
10
(S/I) = 10log
10
(83) = 19.1 dB
Thông Tin Di ðộng
Trang 20
Chương 3: Mạng Tế Bào
5/1/2010

21
6. Tách Cell
Khi số user trong một cell tăng lên vượt quá dung lượng
thiết kế ban ñầu  không có khả năng ñáp ứng các dịch
vụ  tách cell.

Áp dụng cho khu vực

Áp dụng cho khu vực
có mật ñộ thuê bao cao
 Tách cell làm tăng dung
lượng của hệ thống
 Tăng BTS  sẽ tăng
chi phí
Thông Tin Di ðộng
Trang 21
Chương 3: Mạng Tế Bào
08:59:53
5/1/2010
22
6. Cell trong thực tế
Nội thành
ðường trục
Thành phố
Nông thôn
Thông Tin Di ðộng
Trang 22
Chương 3: Mạng Tế Bào
08:59:53
5/1/2010

23
7. Tính lưu lượng cuộc gọi: Erlang
 BHCA (Busy Hour Call Attempts): Số cuộc gọi phát sinh
trong giờ cao ñiểm của ngày
 BHCC (Busy Hour Call Completion): Số cuộc gọi thành
công trong giờ cao ñiểm
 GOS (Grade Of Service): Cấp ñộ dịch vụ
Số cuộc gọi không thành công
GOS =
 Erlang là một ñại lượng không ñơn vị ñược sử dụng
trong mạng ñiện thoại ñể ño lưu lượng của mạng.
 λ là số cuộc gọi trung bình trong một ñơn vị thời gian
 h là thời gian trung bình của cuộc gọi (average call-
holding time)
 A là lưu lượng, Ta có:
Thông Tin Di ðộng
Trang 23
Chương 3: Mạng Tế Bào
số cuộc gọi phát sinh
A = λ
λλ
λ.h
GOS =
08:59:53
5/1/2010
24
7. Erlang: Ví dụ
 Một kênh thông tin hoạt ñộng 30 phút trong 1 giờ, như
vậy lưu lượng là A = 0.5 Erlang
 Tổng ñài PABX Có hai trung kế, xác suất sử dụng mỗi

kênh vào giờ cao ñiểm là 50%, như vậy lưu lượng của
PABX này là A = 1 Erlang

Tổng
ñài
PABX
trên
,
nhưng
vào
giớ
cao
ñiểm
có
2
thuê

Tổng
ñài
PABX
trên
,
nhưng
vào
giớ
cao
ñiểm
có
2
thuê

bao sử dụng liên tục trong 1 giờ  A = 2 Erlang
 Một cell có 30 cuộc gọi mỗi giờ, thời gian của mỗi cuộc
gọi là 1 phút. Xác ñịnh lưu lượng của cell ?
A = λ.h = 30x(1/60) = 0.5 Erlang
Thông Tin Di ðộng
Trang 24
Chương 3: Mạng Tế Bào
08:59:53
5/1/2010
25
7. Erlang-B
 Gọi A
u
là lưu lượng của 1 thuê bao
 Gọi A là lưu lượng của tòan bộ thuê bao tương ứng của 1
ñơn vị thông tin
 Gọi U là số lượng thuê bao tương ứng của 1 ñơn vị
thông tin
U =
A
A
u
Thông Tin Di ðộng
Trang 25
Chương 3: Mạng Tế Bào
 P là xác xuất nghẽn
 N là số tài nguyên (mạch, …)
 A = λh Tổng lưu lượng của mạch
 Erlang-B là công thức tính xác suất yêu cầu 1 tài nguyên
sẽ bị từ chối vì thiếu tài nguyên (Xác suất nghẽn mạch

(blocking) vì thiếu thiết bị
08:59:53