hân tập giao thoa trong hệ thống tế bào OFDM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ





Dương Văn Lập








PHÂN TẬP GIAO THOA TRONG HỆ THỐNG TẾ BÀO OFDM







LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Huế - 2014

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ





Dương Văn Lập






PHÂN TẬP GIAO THOA TRONG HỆ THỐNG TẾ BÀO OFDM



Ngành : Công nghệ Điện tử - Viễn thông

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
Mã số: 60.52.02.03


LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG






CÁN BỘ HƯỚNG DẪN :
Pgs.Ts. Trịnh Anh Vũ






HUẾ - 2014
1


LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành chương trình cao học và viết luận văn này, tôi đã nhận
được sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của quý thầy cô trường Đại học
Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà nội.
Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn đến quí thầy cô trường Đại học

Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà nội, đặc biệt là những thầy cô đã tận tình dạy
bảo cho tôi suốt thời gian học tập.
Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Phó giáo sư – Tiến sĩ Trịnh Anh Vũ đã
dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp tôi hoàn
thành luận văn tốt nghiệp.
Nhân đây, tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Công
nghệ - Đại học Quốc gia Hà nội cùng quí thầy cô trong Khoa Điện tử - Viễn
thông đã tạo rất nhiều điều kiện để tôi học hoàn thành tốt khóa học.
Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt
tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất
mong nhận được những đóng góp quí báu của quí thầy cô và các bạn.

Huế, tháng 01 năm 2014
Học viên

Dương Văn Lập







2


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân. Các số liệu
có nguồn gốc rõ ràng tuân thủ đúng nguyên tắc và kết quả trình bày trong luận

văn được thu thập trong quá trình nghiên cứu là trung thực, chưa từng được ai
công bố trước đây bởi người nào khác ngoài việc sử dụng các tài liệu dùng để
tham khảo cho luận văn này.


Ký tên: ……………………
Học viên: Dương Văn Lập
















3


MC LC
N dung Trang
Lời cám ơn………………………………………………………………………1
Lời cam đoan…………………………………………………………………….2

Mục lục………………………………………………………………………… 3
Danh mục các thuật ngữ và từ viết tắt 5
Danh mục các bảng 10
Danh mục hình vẽ và đồ thị 11
Chương 1: Giao thoa và giải pháp chống giao thoa trong mạng di động thế hệ
1G, 2G, 3G 12
1.1. Vấn đề giao thoa………………………………………………………… 12
1.2. Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM…………… …………………13
1.2.1 Quy hoạch và sử dụng tần số GSM [1]…………… ……… …………13
1.2.2 Tái sử dụng lại tần số…… …… ……… …………14
1.2.3 Nguyên lý tái sử dụng tần số [2] …… ……… …………15
1.2.4 Các mẫu tái sử dụng tần số [2] …… ……… … ………18
1.2.5 Một số giải pháp khác chống giao thoa cùng kênh trong GSM 23
1.3. Hệ số dùng lại tần số toàn phần, giải pháp chống nhiễu trải phổ (2G-IS95,
3G-UMTS) ……………………………………………… …… 24
1.3.1. Kỹ thuật trải phổ…………… … …… 24
1.3.2. Các hệ thống trải phổ [3]…… …………………………………25
1.3.2.1. Hệ thống trải phổ trực tiếp (DS)………………………… ……… 25
1.3.2.2. Hệ thống dịch tần (FH)……………………….……… 26
1.4. Kết luận ……… …………………… ………………………… 27
Chương 2: Cấu trúc hệ thống LTE 28
2.1. Giới thiệu về công nghệ LTE [4] 28
2.2. Kỹ thuật OFDM 29
2.2.1 Sự trực giao (Orthogonal)………………………… 32
2.2.2 Bảo vệ chống lại ISI………………………… 32
4


2.3 Công nghệ OFDMA [5]……… ……… 33
2.4. Cấu trúc ký hiệu OFDMA và phân kênh con………… 34

2.5. So sánh quy hoạch và tái sử dụng tần số có tính toán tới các loại nhiễu…36
Chương 3: Một giải pháp cải tiến phân tập giao thoa [6]……………….39
3.1.

Mô hình phân tập giao thoa
…… ………………………………… 39
3.2. Đánh giá phân tập nhiễu giao thoa…………… … …… … …………40
3.3. Đo mức phân tập nhiễu
(IDM)
……………………… …… 42
3.4 Giải pháp cải tiến…………… ……………………….… 43
3.5. Kết quả phân tập nhiễu
………………………… …… …44
3.6. Kết luận chương…………………….…… … ………… 45
Chương 4 Mô phỏng hiệu quả của phân tập tần số 46
4.1. Mô hình mô phỏng………………….…….………… …….46
4.2. Kết quả mô phỏng bằng Matlab………………… ….………………… 48
Kết luận và hướng phát triển đề tài 50
Tài liệu tham khảo 51
Phụ lục 52


5


DANH M C
3GPP
Third Generation
Partnership Project
Tổ chức chuẩn hóa mạng di

động thế hệ thứ 3
2G
second generation
Thế hệ thứ 2
3G
Third-generation
technology
Công nghệ truyền thông thế hệ
thứ ba

A
AMC
Adaptive Modulation And
Coding
Mã hóa và điều chế thích nghi
B
BCW
Broadcast Channel
Kênh quảng bá
BER
Bit-Error Rate
Tỷ lệ lỗi bit
BICM
Bit-interleaved coded
modulation
Bit-xen kẽ điều chế mã hóa
BPSK
Binary Phase-Shift Keying
Khóa dịch pha nhị phân
BS

Base Station
Trạm gốc
BPSK
Binary Phase Shift Keying
Điều chế pha nhị phân
BTS
Base Transceiver Station
Trạm thu phát gốc
C
CC
Convolutional Code
Mã chập
CCI
Co_channel Interference
Nhiễu đồng kênh
CDMA
Code Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo mã
CEPT
Committee of European
Post and
Telecommunication
Ủy ban bưu chính viễn thông
Châu Âu
C/I
Cochannel Interference
Nhiễu đồng kênh
D
6

DSM
Diversity Subcarrier
Method
Phương pháp đa dạng sóng
mang con
DFT
Discrete Fourier Transform
Biến đổi fourier rời rạc
DL
Downlink
Đường xuống
DL FUSC
Downlink Full Use of
Subcarrier
Sóng mang con được sử dụng
hoàn toàn
DL PUSC
Downlink partial usage of
subchannel
Sóng mang con được sử dụng
một phần
DS
Direct Sequency
Hệ thống trải phổ trực tiếp
E
EDGE
Enhanced Data Rates for
GSM Evolution

Công nghệ web trên di động
ETSI
European
Telecommunication
Standards Institute
Viện tiêu chuẩn viễn thông
Châu Âu
F
FEC
forward error correction
Hiệu chỉnh lỗi
FDD
Frequency Division Duplex
Song công phân chia theo tần số
FDM
Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần
số
FFT
Fast Fourier Transform
Biến đổi fourier nhanh
FH
Frequency Hopping
Trải phổ dịch tần
G
GPRS
General Packet Radio
Services
Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp

GI
Gaurd Interval
Khoảng bảo vệ
GSM
Global Sytem For Mobile
Communications
Hệ thống truyền thông di động
toàn cầu
H
7


HSPA
High Speed Packet Access
Truy nhập gói tốc độ cao
I
IEEE
Institute Of Electrical And
Electronics Engineers
Viện kỹ sư điện và điện tử
IFFT
Inverse FFT
FFT đảo ngược
ICI
Inter-Channel Interface
Nhiễu liên kênh
IDM

Interference Diversity
Metric

Thước đo phân tập giao thoa

IMT-2000
International Mobile
Telecommunications 2000
Viễn thông di động quốc tế
2000
ISI
Inter-Symbol Interface
Nhiễu liên kí tự
L
LTE
Long Term Evolution
Sự phát triển dài hạn
M
MIMO
Multiple Input Multiple
Ouput
Đa ngõ vào đa ngõ ra
MoU
Memorandum of
Understanding
Biên bản ghi nhớ
MS
Mobile Station
Trạm di động.

N
NLOS
Non Light of Sight

Không theo tầm nhìn thẳng
O
OFDM
Orthogonal Frequency
Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần
số trực giao
OFDMA
Orthogonal Frequency
Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo tần
số trực giao
P
PRNG
Pseudo – Random Number
Bộ phát số giả ngẫu nhiên
8


Generato
Q
QAM
Quadrature Amplitude
Modulation
Điều chế biên độ vuông góc
QPSK
Quadrature Phase Shift
Keying
Khóa dịch pha vuông góc
S

SC-FDMA
Single Carrier FDMA
FDMA đơn sóng mang
SS
Spread Spectrum
Trải phổ
T
TDD
Time Division Duplex
Song công phân chia thời gian
TDM
Time Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo thời gian
TH

Hệ thống dịch thời gian
U
UL
Uplink
Đường lên
UL PUSC
Uplink Partial Usage of
Subcarriers
Các hoán vị không bắt buộc
UL AMC
Adaptive Modulation And
Coding
Mã hóa và điều chế thích nghi
UMTS
Universal Mobile

Telecommunications
System
Hệ thống viễn thông di động
toàn cầu
W
WCDMA
Wideband Code Division
Multiple Access
Đa truy nhập băng rộng phân
chia theo mã
WIMAX
Worldwide Interoperability
for Microwave Access
Kết nối Internet băng thông
rộng không dây
V
VMS
virtual memory specification
Đặt tả bộ nhớ ảo
9



Trang
Quan hệ N & C/I…………………….……………… 15
Ấn định tần số mẫu 3/9………………… ….…………….…18
Ấn định tần số mẫu 4/12…………………….…………… 20
Ấn định tần số mẫu 7/21…………………….………… … 21
 Đa dạng nhiễu của hệ thống 802.16e dựa trên tuyến xuống……….41
 Nhiễu đa dạng hệ thống 802.16e dựa trên đường lên 41

 3.3:
Phạm vi ngẫu nhiên
…………………….……………………………43






















10


DANH MC HÌNH V  TH
Trang

Hình 1.1: Mảng mẫu gồm 7 cells…………………….……………….………16
Hình 1.2: Khoảng cách tái sử dụng tần số…………………………………….17
Hình 1.3: Sơ đồ tính C/I…………………….…………… …….17
Hình 1.4: Mẫu tái sử dụng lại tần số 3/9………… ………….19
Hình 1.5: Mẫu tái sử dụng lại tần số 4/12…………………….……………… 21
Hình 1.6: Mẫu tái sử dụng tần số 7/21……… …………….……… ……22
Hình 1.7: Trải phổ trực tiếp (DS)…………………….……… ………25
Hình1.8: Đặc tính của hàm tương quan …………………….……… ………25
Hình 1.9: Trải phổ nhảy tần (FH/SS)………….… …… ………26
Hình 1.10: Trải phổ nhảy thời gian……………….…… ……………27
Hình 2.1: Kiến trúc của mạng LTE…………………….………… ……28
Hình 2.2: So sánh FDM và OFDM.…………………….………… ……30
Hình 2.3: OFDM với 256 sóng mang………………………………………….30
Hình 2.4: OFDM phát và thu………….…………….…….………… ………31
Hình 2.5: Chức năng của khoảng bảo vệ chống lại ISI……………… … … 33
Hình 2.6: Các kênh con trong OFDMA……………… ……………….…….33
Hình 2.7: Cấu trúc sóng mang con OFDMA……………… ……………… 34
Hình 2.8: Kênh con phân tập tần số DL…………………….…….…… … 35
Hình 2.9: Cấu trúc tile cho UL PUSC………… … 35
Hình 2.10: Mô hình tái sử dụng tần số…………………….…………… 36
Hình 2.11: Phân đoạn tần số trong một cell………….…………… 37
Hình 2.12: Phân đoạn tái sử dụng tần số trong một site gồm 3 cell 38
Hình 3.1: Sự can thiệp từ nhiều người sử dụng, can thiệp đa dạng……………39
Hình 3.2: Minh họa sự đa dạng can thiệp vào hệ thống nhiều ô………………40
Hình 3.3: (a) số liệu cho đường xuống (b) phương pháp đề xuất tiêu chuẩn của
Wimax…………………………………………………… ………………… 45
Hình 4.1: 4 tần số được phân cho 1 mobile…………………….………… …46
Hình 4.2: 4 tần số được phân cho 2 mobile…………………….…………… 47
11

Hình 4.3: 4 tấn số phân cho 4 mobile…………………….……………………47
Hình 4.4: Giá trị giao thoa…………………….…………………… ……… 49
Hình 4.5: Đánh giá phương sai của nhiễu.…………………….………………49

12


 G GIAO THOA
DI  1G, 2G, 3G

1.1 
Trong thông tin di động có một vấn đề cơ bản khác với các loại hình khác
như phát thanh truyền hình là tài nguyên băng tần hạn chế phải phục vụ một số
rất lớn các cuộc liên lạc cá nhân riêng rẽ độc lập.
Phương pháp duy nhất để giải quyết vấn đề nhiều người dùng độc lập trên
một dải tần vô tuyến hạn chế là : một cuộc liên lạc di động này có thể sử dụng
đúng dải tần của một cuộc liên lạc di dộng khác với điều kiện hai cuộc liên lạc
phải ở đủ xa nhau về khoảng cách vật lý để sóng truyền đến nhau nhỏ hơn sóng
truyền của 2 người trong cuộc (điều này có thể ví như trong một lớp học ồn ào
vì tất cả cùng nói chuyện một lúc, song 2 người ngồi cạnh nhau vẫn có thể
chuyện trò thoải mái, không ảnh hưởng đến các cặp khác ở xa). Do vậy và để
thích hợp với việc quản lý, một địa bàn có dịch vụ thông tin di động phải được
chia thành các phần nhỏ, gọi là tế bào, hai cuộc liên lạc ở 2 tế bào đủ xa nhau có
thể sử dụng cùng một dải tần số sóng điện từ thông qua việc quản lý của một
trạm trung tâm của tế bào. Về lý thuyết, nếu kích cỡ tế bào là rất nhỏ, công suất
thu phát liên lạc được khống chế trong đó (để không làm "phiền" đến tế bào
khác) thì có thể phục vụ được vô số cuộc gọi di động cùng một lúc mà chỉ cần
một dải tần sóng vô tuyến hạn chế. Phương pháp này gọi là phương pháp sử
dụng lại tần số.
Việc sử dụng lại tần số luôn dẫn đến vấn đề phải giải quyết trong thông
tin di động là chống nhiễu đồng kênh. Tùy theo các kỹ thuật được dùng trong
thế hệ thông tin di động 1G, 2G hay 3 G mà kỹ thật chống nhiễu (hay giao thoa
đồng kênh) tương ứng khác nhau. Về cơ bản có thể phân chống nhiễu đồng kênh

thành 2 loại chính:
- Chống nhiễu giao thoa băng hẹp: Ứng với kỹ thuật sử dụng trong 1G, 2G
- Chống nhiễu giao thoa bằng rộng : Ứng với kỹ thuật sử dụng trong 2G, 3G.
Trong kỹ thuật băng hẹp, mỗi người dùng được phân 1 khe tần số (1G)
hay 1 khe thời gian trong một băng tần số (2G), nên chống nhiễu trong việc sử
13


dụng lại khe hay băng tần này là phải đạt cách nhau đủ xa. Điều này liên quan
đến thiết kế chỉ số nhóm tế bào (sẽ nói chi tiết ở phần sau).
Trong kỹ thuật băng rộng (trải phổ) ở cả 2G (IS-95) hay 3G (WCDMA),
tất cả người dùng trong 1 cell đều chung băng tần và có thể lặp lại băng tần này
ở cell bên cạnh (lặp lại toàn phần) thì việc chống nhiễu đồng kênh phải thông
qua mã (đa truy cập theo mã). Việc tách được những người dùng khác nhau mặc
dù dùng chung băng tần là do đặc tính tương quan của các dãy giả ngẫu nhiên
phân cho mỗi người dùng.
1.2  ầu GSM
Là một công nghệ dùng cho mạng thông tin di động, dịch vụ GSM
(Global System for Mobile Communications) được sử dụng bởi hơn 2 tỷ người
trên 212 quốc gia và vùng lãnh thổ. Các mạng thông tin di động GSM cho phép
có thể roaming với nhau do đó những máy điện thoại di động GSM của các
mạng GSM khác nhau ở có thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới.
GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động (ĐTDĐ) trên thế giới.
Khả năng phú sóng rộng khắp nơi của chuẩn GSM làm cho nó trở nên phổ biến
trên thế giới, cho phép người sử dụng có thể sử dụng ĐTDĐ của họ ở nhiều
vùng trên thế giới. GSM khác với các chuẩn tiền thân của nó về cả tín hiệu và
tốc độ, chất lượng cuộc gọi. Nó được xem như là một hệ thống ĐTDĐ thế hệ
thứ hai (second generation, 2G). GSM là một chuẩn mở, hiện tại nó được phát
triển bởi 3rd Generation Partnership Project (3GPP).
1.2.1  [1]

Ngày nay các nhà cung cấp dịch vụ di động GSM sử dụng hai dải tần số,
đó là GSM 900 và GSM 1800.
Một số quốc gia ở Châu Mỹ thì sử dụng băng 850 Mhz và 1900 Mhz do băng
900 Mhz và 1800 Mhz ở đây đã được sử dụng trước đó.
Dải tần số dùng cho GSM 900 là 890 ÷ 960 MHz, gồm 124 tần số sóng mang
với mỗi hướng:
Uplink: 890 ~ 915 MHz và Downlink: 935~960 MHz.
14


Dải tần số dùng cho GSM 1800 là 1710 ÷ 1880 MHz, gồm 374 tần số sóng
mang với mỗi hướng:
Uplink: 1710~1785 MHz và Downlink: 1805~1880 MHz.
Hiện nay, tại Việt Nam đang có 3 nhà cung cấp dịch vụ di động GSM đó là
Vinaphone, Mobiphone, Viettel, cùng đồng thời hoạt động, nên dải tần số hạn
hẹp phải chia sẻ đều cho cả 3 mạng.
Với mạng di động VMS-Mobifone dải tần được ấn định cho mạng như sau:
GSM 900: Dải tần sử dụng trong VMS là 41 tần số từ kênh 84 đến 124
tương ứng với:
Uplink: 906,6 MHz  914,8 MHz.
Downlink: 951,6 MHz  959,8 MHz.
GSM 1800: Dải tần sử dụng trong VMS là từ kênh 579 đến 644 tương
ứng với:
Uplink: 1723,6 MHz  1736,6 MHz.
Downlink: 1818,6 MHz  1831,6 MHz.
Tài nguyên tần số có hạn trong khi số lượng thuê bao thì ngày càng tăng
lên, nên việc sử dụng lại tần số là điều tất yếu. Tuy nhiên, khi sử dụng lại tần số
thì vấn đề nhiễu đồng kênh xuất hiện. Do đó cần có sự hoạch định tần số tốt để
tối thiểu hóa ảnh hưởng của nhiễu tới chất lượng của hệ thống.
1.2.2 

Một hệ thống tổ ong là dựa trên việc sử dụng lại tần số. Nguyên lý cơ bản
khi thiết kế hệ thống tổ ong là các mẫu sử dụng lại tần số. Theo định nghĩa sử
dụng lại tần số là việc sử dụng các kênh vô tuyến ở cùng một tần số mang để
phủ sóng cho các vùng địa lý khác nhau. Các vùng này phải cách nhau một cự ly
đủ lớn để mọi nhiễu giao thoa đồng kênh (có thể xảy ra) chấp nhận được. Tỉ số
sóng mang trên nhiễu C/I phụ thuộc vào vị trí tức thời của thuê bao di động do
địa hình không đồng nhất, số lượng và kiểu tán xạ.
* Phương pháp sử dụng lại tần số dẫn đến vùng dịch vụ được chia thành
các miền nhỏ kề nhau gọi là các tế bào. Mỗi tế bào có một ăng ten trung tâm với
15


công suất phù hợp để quản lý các di động (người dùng di động) trong tế bào mà
không gây nhiễu sang các tế bào khác. Việc phân chia này phải thoả mãn 2 yêu
cầu:
- Diện tích các tế bào phải phủ kín vùng dịch vụ, và vùng chồng lấn giữa
2 tế bào kề nhau phải cực tiểu (để có hiệu quả kinh tế).
- Hai tế bào sử dụng cùng dải tần phải cách nhau đủ xa.
1.2.3 [2]
Một hệ thống tổ ong làm việc dựa trên việc sử dụng lại tần số. Nguyên lý cơ
bản khi thiết kế hệ thống tổ ong là các mẫu sử dụng lại tần số. Tổng băng thông
có trên mạng được phân chia giữa các tế bào trong một cụm. Cụm này sau đó có
thể được sử dụng để xác định số cuộc gọi có thể được hỗ trợ trong mỗi tế bào.
Bằng việc giảm số lượng các tế bào trong một cụm, dung lượng của hệ thống có
thể tăng lên, vì có thể có thêm nhiều kênh hơn trong mỗi tế bào. Tuy nhiên mỗi
lần giảm kích thước cụm sẽ gây nên một lần giảm khoảng cách sử dụng lặp tần,
do vậy, hệ thống rất có nguy cơ trở thành giao thoa đồng kênh.
Theo định nghĩa sử dụng lại tần số là việc sử dụng các kênh vô tuyến ở cùng
một tần số mang để phủ sóng cho các vùng địa lý khác nhau. Các vùng
này phải cách nhau một cự ly đủ lớn để mọi nhiễu giao thoa đồng kênh

(có thể xảy ra) chấp nhận được. Tỉ số sóng mang trên nhiễu C/I phụ thuộc vào vị
trí tức thời của thuê bao di động do địa hình không đồng nhất, số lượng và kiểu
tán xạ. Phân bố tỉ số C/I cần thiết ở hệ thống xác định số nhóm tần số F mà ta có
thể sử dụng. Nếu toàn bộ số kênh quy định N được chia thanh F nhóm thì mỗi
nhóm sẽ chứa N/F kênh. Vì tổng số kênh N là cố định nên số nhóm tần số F nhỏ
hơn sẽ dẫn đến nhiều kênh hơn ở một nhóm và một đài trạm. Vì vậy, việc giảm
số lượng các nhóm tần số sẽ cho phép mỗi đài trạm tăng lưu lượng nhờ đó sẽ
giảm số lượng các đài trạm cần thiết cho tải lưu lượng định trước. Ta biết rằng
sử dụng lại tần số ở các cell khác nhau thì bị giới hạn bởi nhiễu đồng kênh C/I
giữa các cell đó nên C/I sẽ là một vấn đề chính cần được quan tâm.
Dễ dàng thấy rằng, với một kích thước cell nhất định, khoảng cách sử
dụng lại tần số phụ thuộc vào số nhóm tần số N. Nếu N càng lớn, khoảng cách
16


sử dụng lại tần số càng lớn và ngược lại.
 
Cluster là một nhóm các cell. Các kênh không được tái sử dụng tần số
trong một cluster.
Nhà khai thác mạng được giấy phép sử dụng một số có hạn các tần số vô
tuyến. Việc quy hoạch tần số, ta phải sắp xếp thích hợp các tần số vô tuyến vào
một mảng mẫu sao cho các mảng mẫu sử dụng lại tần số mà không bị nhiễu quá
mức.
Hình 1.1 mô tả cách phủ sóng bằng mảng mẫu gồm 7 cell đơn giản.

Hình 1.1: Mảng mẫu gồm 7 cells
 
Ta biết rằng sử dụng lại tần số ở các cell khác nhau thì bị giới hạn bởi
nhiễu đồng kênh C/I giữa các cell đó nên C/I sẽ là một vấn đề chính cần được
quan tâm.Dễ dàng thấy rằng, với một kích thước cell nhất định, khoảng cách sử

dụng lại tần số phụ thuộc vào số nhóm tần số N. Nếu N càng lớn, khoảng cách
sử dụng lại tần số càng lớn và ngược lại.
Ta có công thức tính khoảng cách sử dụng lại tần số:
D = R*
N*3

(trong đó: R là bán kính cell)

Hình 1.2: Khoảng cách tái sử dụng tần số
17


 Tính toán C/I
Đồng thời ta có công thức tính tỉ số C/I như sau:

Hình 1.3: Sơ đồ tính C/I
P là vị trí của MS thuộc cell A, chịu ảnh hưởng nhiễu kênh chung từ cell
B là lớn nhất.
Tại vị trí P (vị trí máy di động MS) có:
C..R
x
= I ..(D-R)
x

I
C
=
x
x
R

RD )( 
=
x
R
D






1
= (
N.3
-1)
x

Trong đó: x là hệ số truyền sóng, phổ biến nằm trong khoảng từ 3 đến 4
đối với hầu hết các môi trường.

)(dB
I
C
= 10*lg(
N.3
-1)
x
Số cell (N)
Kích thước mảng
Tỉ số C/I (dB)

x
3,0
3,5
4,0
3
9,0
10,5
12,0
4
11,7
13,7
15,6
7
16,6
19,4
22,2
9
18,7
21,8
24,9
12
21,0
24,5
28,0
21
25,2
29,4
33,6
 1.1: Quan hệ N & C/I
Để xác định vị trí của các cell đồng kênh ta sử dụng công thức:

N = i
2
+ i.j + j
2
. (i; j nguyên)
18


Theo công thức này: di chuyển từ cell thứ nhất đi i cell theo một hướng,
sau đó quay đi 60
0
và di chuyển đi j cell theo hướng này. Hai cell đầu và cuối
của quá trình di chuyển này la hai cell đồng kênh.
Phân bố tỉ số C/I cần thiết để hệ thống có thể xác định số nhóm tần số N
mà ta có thể sử dụng. Nếu toàn bộ số kênh quy định  được chia thành N nhóm
thì mỗi nhóm sẽ chứa ( /N) kênh. Vì tổng số kênh  là cố định nên số nhóm
tần số N nhỏ hơn sẽ dẫn đến nhiều kênh hơn ở một nhóm và một đài trạm. Vì
vậy, việc giảm số lượng các nhóm tần số sẽ cho phép mỗi đài trạm tăng lưu
lượng nhờ đó sẽ giảm số lượng các đài trạm cần thiết cho tải lưu lượng định
trước.
1.2.4  [2]
Ký hiệu tổng quát của mẫu sử dụng lại tần số: Mẫu M /N
Trong đó: M = tổng số sites trong mảng mẫu
N = tổng số cells trong mảng mẫu
Ba kiểu mẫu sử dụng lại tần số thường dùng là: 3/9, 4/12 và 7/21.

Mẫu tái sử dụng lại tần số 3/9 có nghĩa các tần số sử dụng được chia
thành 9 nhóm tần số ấn định trong 3 vị trí trạm gốc (Site).
Mẫu này có khoảng cách giữa các trạm đồng kênh là D = 5,2R.
Các tần số ở mẫu 3/9 (giả thiết có 41 tần số từ các kênh 84 đến 124 - là số

tần số sử dụng trong mạng GSM900 của VMS):


A1
B1
C1
A2
B2
C2
A3
B3
C3
BCCH
84
85
86
87
88
89
90
91
92
TCH1
93
94
95
96
97
98
99

100
101
TCH2
102
103
104
105
106
107
108
109
110
TCH3
111
112
113
114
115
116
117
118
119
TCH4
120
121

122
123

124

 Ấn định tần số mẫu 3/9
Ta thấy mỗi cell có thể phân bố cực đại đến 5 sóng mang.
19


Như vậy, với khái niệm về kênh như đã nói ở phần trước thì phải dành
một khe thời gian cho BCH, một khe thời gian cho SDCCH/8. Vậy số khe thời
gian dành cho kênh lưu lượng của mỗi cell còn (5 x 8 – 2) = 38 TCH.
Tra bảng Erlang-B (Phụ lục), tại GoS 2 % thì một cell có thể cung cấp
dung lượng 29,166 Erlang.
Giả thiết trung bình mỗi thuê bao trong một giờ thực hiện 1 cuộc gọi kéo
dài 120s tức là trung bình mỗi thuê bao chiếm 0,033 Erlang, thì mỗi cell có thể
phục vụ được 29,166/0,033 = 833 (thuê bao).

Hình 1.4: Mẫu tái sử dụng lại tần số 3/9
Theo lý thuyết, cấu trúc mảng 9 cells có tỉ số C/I > 9 dB đảm bảo GSM
làm việc bình thường.
Tỉ số C/A cũng là một tỉ số quan trọng và người ta cũng dựa vào tỉ số này
để đảm bảo rằng việc ấn định tần số sao cho các sóng mang liền nhau không nên
được sử dụng ở các cell cạnh nhau về mặt địa lý.
Tuy nhiên, trong hệ thống 3/9 các cell cạnh nhau về mặt địa lý như A1 &
C3, C1 & A2, C2 & A3 lại sử dụng các sóng mang liền nhau. Điều này chứng tỏ
rằng tỉ số C/A đối với các máy di động hoạt động ở biên giới giữa hai cell A1 và
C3 là 0dB, đây là mức nhiễu cao mặc dù tỉ số này là lớn hơn tỉ số chuẩn của
GSM là (- 9 dB). Việc sử dụng các biện pháp như nhảy tần, điều khiển công suất
động, truyền dẫn gián đoạn là nhằm mục đích giảm tối thiểu các hiệu ứng này.
20


Mẫu sử dụng lại tần số 4/12 có nghĩa là các tần số sử dụng được chia
thành 12 nhóm tần số ấn định trong 4 vị trí trạm gốc. Khoảng cách giữa các trạm
đồng kênh khi đó là D = 6R.
Các tần số ở mẫu 4/12:


A1
B1
C1
D1
A2
B2
C2
D2
A3
B3
C3
D3
BCCH
84
85
86
87
88
89
90
91
92

93
94
95
TCH1
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
TCH2
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
TCH3

120
121
122
123
124







 1.3: Ấn định tần số mẫu 4/12
Ta thấy mỗi cell có thể phân bố cực đại là 4 sóng mang.
Như vậy, với khái niệm về kênh như đã nói ở phần trước, một khe thời
gian dành cho kênh BCH, một khe thời gian dành cho kênh SDCCH/8. Vậy số
khe thời gian dành cho kênh lưu lượng của mỗi cell còn (4 x 8 – 2) = 30 TCH.
Tra bảng Erlang-B ( Phụ lục ), tại GoS = 2 % thì mỗi cell có thể cung cấp dung
lượng 21,932 Erlang. Giả sử mỗi thuê bao chiếm 0,033 Erlang thì mỗi cell có
thể phục vụ được 21,932/0,033 = 664 thuê bao.
Trong mẫu 4/12 số lượng các cell D sắp xếp theo các cách khác nhau để
nhằm phục vụ cho các cell A,B,C. Hiệu quả của việc điều chỉnh này là để đảm
bảo hai cell cạnh nhau không sử dụng hai sóng mang liền nhau (khác với mẫu
3/9). Với mẫu này, khoảng cách tái sử dụng tần số là lớn hơn.

Hình 1.5: Mẫu tái sử dụng lại tần số 4/12
21


Về lý thuyết, cụm 12 cells có tỉ số C/I > 12 dB. Đây là tỉ số thích hợp cho

phép hệ thống GSM hoạt động tốt. Tuy nhiên, mẫu 4/12 có dung lượng thấp hơn
so với mẫu 3/9 vì:
a) Số lượng sóng mang trên mỗi cell ít hơn (mỗi cell có 1/12 tổng số sóng
mang thay vì 1/9).
b) Hệ số sử dụng lại tần số thấp hơn (đồng nghĩa với khoảng cách sử dụng
lại là lớn hơn).
 tái 
trong 7 Mẫu 7/21 có nghĩa là các tần số sử dụng được chia thành 21 nhóm
ấn định trạm gốc. Khoảng cách giữa các trạm đồng kênh là D = 7,9R.
Các tần số ở mẫu 7/21:

BCCH TCH
A1 84 105
B1 85 106
C1 86 107
D1 87 108
E1 88 109
F1 89 110
G1 90 111
A2 91 112
B2 92 113
C2 93 114
D2 94 115
E2 95 116
F2 96 117
G2 97 118
A3 98 119
B3 99 120
C3 100 121
D3 101 122

E3 102 123
F3 103 124
G3 104

: Ấn định tần số mẫu 7/21

22



Hình 1.6: Mẫu tái sử dụng tần số 7/21
Ta thấy mỗi cell chỉ được phân bố tối đa 2 sóng mang.
Như vậy với khái niệm về kênh như đã nói ở phần trước. Phải có một khe
thời gian dành cho BCH và có ít nhất một khe thời gian dành cho SDCCH, số
khe thời gian dành cho kênh lưu lượng của mỗi cell còn (2 x 8 – 2) = 14 TCH .
Tra bảng Erlang-B (Phụ lục), tại GoS = 2 % thì mỗi cell có thể cung cấp một
dung lượng 8,2003 Erlang. Giả sử mỗi thuê bao chiếm 0,033 Erlang, như vậy
một cell có thể phục vụ được 8,2003/0,033 = 248 thuê bao.

Khi số nhóm tần số N giảm (21, 12, 9), nghĩa là số kênh tần số có thể
dùng cho mỗi trạm ( /N) tăng thì khoảng cách giữa các trạm đồng kênh D sẽ
giảm 7,9R; 6R; 5,2R. Điều này nghĩa là số thuê bao được phục vụ sẽ tăng lên là:
248; 664 và 883, nhưng đồng thời nhiễu trong hệ thống cũng tăng lên.
Như vậy, việc lựa chọn mẫu sử dụng lại tần số phải dựa trên các đặc điểm
địa lý vùng phủ sóng, mật độ thuê bao của vùng phủ và tổng số kênh  của
mạng.
 Mẫu 3/9: số kênh trong một cell là lớn, tuy nhiên khả năng nhiễu cao.
Mô hình này thường được áp dụng cho những vùng có mật độ máy di
động cao.
23

1.2.5 áp khác c

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:
1. Tăng cự ly sử dụng lại tần số.
(Biện pháp này đã được trình bày trong phần: Tái sử dụng tần số)
2. Hạ thấp độ cao anten trạm gốc
3. 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 ích lợi: 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.
Ngoài ra, các kỹ thuật khác như:
 Truyền phát gián đoạn
 Nhảy tần
cũng làm cải thiện thêm đáng kể tỷ số C/ I của hệ thống.
 (2G-
IS95, 3G-UMTS)
Kỹ thuật thông tin di động trải phổ (CDMA hay WCDMA) là kiểu kỹ
thuật băng rộng, trong đó người dùng có thể trải thông tin của mình trên một
băng tần rộng chung với nhiều người nên kỹ thuật chống nhiễu giữa những

người dùng với nhau trong 1 cell hay giữa các cell khác với kỹ thuật băng hẹp
như nói ở phần trên.