Quy hoạch cell và kĩ thuật tái sử dụng tần số trong mạng GSM

Quy hoạch cell và kĩ thuật tái sử
dụng tần số trong mạng GSM
Nội dung.
1. Đặt vấn đề.
2. Các khái niệm cơ bản.
3. Quy hoạch cell.
1. Đặt vấn đề.

Ta đã biết phổ tần số vô tuyến cấp phát cho mạng
GSM là hạn chế. Dải này được chia làm nhiều kênh
tần số. Trên mỗi kênh tần số lại được phân làm các
khe thời gian. Như vậy, số lượng cuộc gọi mà hệ
thống đáp ứng được tại một thời điểm là bị giới hạn.

Nhu cầu sử dụng dịch vụ ngày càng lớn  mở rộng về
quy mô sử dụng và tăng mật độ số thuê bao  mở
rộng diện tích vùng phủ sóng và tăng cường chất
lượng dịch vụ.
1. Đặt vấn đề.

Cách giải quyết:

Để mở rộng tầm phủ sóng, có thể tăng công suất
phát.

Để tăng chất lượng, tức là giảm xác suất từ chối phục
vụ và xác suất rớt cuộc gọi, có thể tăng số lượng kênh
lên.

Tuy nhiên hai giải pháp đưa ra đều không khả thi. Lý
do?

1. Đặt vấn đề.

Có một hướng giải quyết: sử dụng kĩ thuật chia ô tế
bào và kĩ thuật tái sử dụng tần số. Hiểu cơ bản là:

Chia vùng địa lý thành nhiều ô tế bào, mỗi tế bào có
một trạm BTS phủ sóng toàn bộ tế bào đó.

Ở mỗi ô tế bào, một tập kênh trong tổng toàn bộ
kênh của mạng được cấp phát cho ô đó. Tập này sẽ
được lặp lại ở các ô khác thỏa mãn điều kiện về nhiễu
đồng kênh.
2. Các khái niệm cơ bản.

Kênh.

Ô tế bào (cell).

Cụm tế bào (cluster).

Quy hoạch cell.
2.1. Kênh

Dung lượng của hệ thống (số cuộc gọi đáp ứng được
tại một thời điểm) phụ thuộc vào dải tần cấp phát và
kênh.

Một kênh là một tần số, hoặc một tập hợp tần số có
thể được phân bổ cho việc truyền dữ liệu.
2.1. 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.
2.1. Kênh
•
Một kênh song công 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 truyền phải được
tách ra theo tần số bằng một
khoảng cách tối thiểu, được
gọi là khoảng cách song công.
Nếu không có nó, thông tin
trên đường uplink và
downlink sẽ giao thoa với
nhau.
2.2. Khoảng cách sóng mang

Ngoài khoảng cách song công, tất cả các hệ thống điện thoại di
động còn 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.

2.3. Ô tế bào
•
Ô tế bào là khái niệm để chỉ diện tích vùng phủ sóng
của một trạm BTS. Cường độ tín hiệu trạm BTS trong
vùng đó phải lớn hơn một ngưỡng nào đó.
•
Đường bao thực tế của cell rất khác nhau do điều
kiện địa hình.
•
Có 2 loại cell là omni directional cell và sector cell.
2.4. Cụm tế bào
•
Cụm tế bào là nhóm các tế bào mà ở đó toàn bộ các kênh tần số sẵn có của hệ
thống được phân bố cho các cell trong cụm tế bào. Toàn bộ tần số này sẽ được sử
dụng lại ở tất cả các cụm khác.
•
Do các tần số được sử dụng lại, nên cần chú ý vấn đề nhiễu đồng kênh  khoảng
cách tái sử dụng tần số.

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
2.4. Cụm tế bào.

Khoảng cách càng nhỏ, dung
lượng càng lớn. Nhưng 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.

Mô 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.
4/12 pattern

Trong mô hình 3/9, toàn 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
3/9 pattern
3. Kỹ thuật tái sử dụng tần số.

Tại sao phải tái sử dụng tần số?

Số lượng thuê bao ngày càng tăng  xác suất tại một
thời điểm có nhiều người dùng truy cập vào hệ thống.

Dải tần hạn chế  số lượng kênh radio là hữu hạn.

Nếu tại một thời điểm, số người dùng nhiều hơn khả
năng phục vụ  từ chối cuộc gọi. Giải pháp?
3. Kỹ thuật tái sử dụng tần số.


Tái sử dụng tần số là gì?

Đó là việc sử dụng lại tần số ở các ô tế bào khác nhau
trong mạng GSM khi mà khoảng cách giữa các ô tế
bào đó đủ lớn để nhiễu đồng kênh đủ nhỏ.

Chính việc sử dụng lại tần số làm tăng dung lượng hệ
thống.
3. Kỹ thuật tái sử dụng tần số.

Nhiễu đồng kênh.

Do việc sử dụng lại tần số, nên
nhiễu đồng kênh là vấn đề cần
được quan tâm trong kĩ thuật tái sử
dụng tần số.

Kí hiệu C/I là tỉ số cường độ tín
hiệu sóng mang ở ô tế bào hiện tại
trên cường độ tín hiệu nhiễu đồng
kênh do các ô tế bào khác gây ra.

Tỉ số C/I phụ thuộc vào nhiều nhân
tố: vị trí của MS, phân bố các cell
đồng kênh, chiều cao, vị trí và kiểu
anten của trạm BTS ở các cell đồng
kênh.

Trong hệ thống mạng GSM, C/I
phải lớn hơn 9dB.

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

3. Kỹ thuật tái sử dụng tần số.

Nhiễu kênh lân cận.


Mỗi cell có thể được cấp phát
một số kênh. Nhưng do hạn chế
của phần cứng, mặc dù các kênh
này có tần số khác nhau (200kHz
trong mạng GSM), nhưng nhiễu
kênh lân cận cũng là một vấn đề
đáng bàn.

Kí hiệu C/A là tỉ số cường độ tín
hiệu sóng mang ở ô tế bào hiện
tại trên cường độ tín hiệu thu
được của các kênh khác.

Trong hệ thống mạng GSM, C/A
phải lớn hơn -9dB.
4. Quy hoạch cell.

quy trình quy hoạch cell:

Phân tích vùng phủ sóng và mật độ lưu lượng.

Phác thảo.

Khảo sát.

Thiết kế hệ thống.

Triển khai.


Hiệu chỉnh hệ thống.
Ta sẽ tập trung vào phần 1 và 2.
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 toán 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