Phương pháp tính toán vùng phủ sóng của hệ thống thông tin di động WCDMA đi sâu phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến vùng phủ sóng của hệ thống đó

MỤC LỤC
2.1. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN MẠNG VÔ TUYẾN....................................15
2.1.6. Phân tán thời gian.................................................................................................27

1


LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, khoa học công nghệ phát triển mạnh mẽ và vượt bậc với hàng loạt
các phát minh, nghiên cứu ra đời đã mang lại cho con người những tiện ích làm thay
đổi cuộc sống của chính họ. Một trong những phát minh đó phải nói đến thông tin di
động và các dịch vụ có liên quan.
Ra đời từ những năm 40 của thế kỷ trước với hệ thống thông tin di động tế bào
tương tự và công nghệ sử dụng là analog song do nhu cầu phát triển của thuê bao cũng
như hạn chế về mặt công nghệ và hạn hep về mặt tài nguyên khiến cho các tổ chức
nghiên cứu phải tiến hành phát triển hệ thống để khắc phục những nhược điểm đó.
Cùng với sự phát triển của thời gian là sự phát triển của công nghệ và 4G, 5G ra đời
sau thành công của hệ thống 2G trên toàn thế giới. Tuy nhiên trong đồ án này, ta chỉ
xét đến mạng 2G GSM và sự phát triển của nó lên 3G UMTS.
Nếu so sánh về công nghệ ta nhận thấy sự nổi trội hoàn toàn về tốc độ của
chuẩn 4G (1Gbps ) so với 3G (384kbps) và 2G (270.833kbps). Ta nhận thấy nó đã dần
đáp ứng được không chỉ nhu cầu về số lượng thuê bao gia tăng nhanh chóng mà còn
các nhu cầu phi thoại tốc độ cao như truyền dữ liệu…nhưng cái giá phải trả là sự phức
tạp về công nghệ và thiết bị đầu cuối cũng như sự đồng bộ hóa giữa các hệ thống.
Hiện tại ở Việt Nam, mạng 3G đã được triển khai dựa trên cơ sở hạ tầng sẵn có
của GSM và việc quan trọng nhất để triển khai mạng 3G chính là phần mạng truy nhập
vô tuyến RAN mà trọng tâm là quy hoạch cho mạng vô tuyến. Trên cơ sở đó, em tiến
hành lựa chọn đề tài “ Phương pháp tính toán vùng phủ sóng của hệ thống thông
tin di động WCDMA. Đi sâu phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến vùng phủ sóng
của hệ thống đó”.
Nội dung đồ án gồm 3 chương:

Chương I: Tổng quan về hệ thống thông tin di động WCDMA
Chương II: Phân tích các yếu tố ảnh hưởng tới vùng phủ sóng của hệ
thống WCDMA
Chương III: Cơ sở lý thuyết tính toán vùng phủ sóng của trạm
BTS /NODE B của hệ thống WCDMA
Trong quá trình thực hiện luận văn em đã nhận được rất nhiều ý kiến đóng góp,
giúp đỡ và sự hướng dẫn rất chân thành từ các Thầy cô giáo trong khoa Khoa ĐiệnĐiện Tử Tàu Biển, các anh chị khóa trước và bạn bè, đặc biệt là sự hướng dẫn rất nhiệt
tình trực tiếp từ Thầy giáo Th.S Bùi Đình Thịnh đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án của
mình.
Do kiến thức và sự hiểu biết còn nhiều hạn chế và thời gian thực hiện làm đồ án
có hạn nên chắc rằng đồ án còn nhiều thiếu sót, em rất mong được sự góp ý thẳng thắn
của thầy cô và bạn bè để đồ của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hải Phòng, ngày…tháng…năm 2012
Sinh viên thực hiện
Đặng Đình Toàn
2


CHƯƠNG I
TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WCDMA
1.1.LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất sử dụng công nghệ đa truy nhập
theo tần số (FDMA) là hệ thống tế bào tương tự dung lượng thấp và chỉ có dịch vụ
thoại, tồn tại là các hệ thống NMT (Bắc Âu), TACS (Anh), AMPS (Mỹ). Đến những
năm 1980 đã trở nên quá tải khi nhu cầu về số người sử dụng ngày càng tăng lên. Lúc
này, các nhà phát triển công nghệ di động trên thế giới nhận định cần phải xây dựng
một hệ thống tế bào thế hệ 2 mà hoàn toàn sử dụng công nghệ số. Đó phải là các hệ
thống xử lý tín hiệu số cung cấp được dung lượng lớn, chất lượng thoại được cải thiện,
có thể đáp ứng các dịch truyền số liệu tốc độ thấp. Các hệ thống 2G là GSM (Global

System for Mobile Communication - Châu Âu), hệ thống D-AMPS (Mỹ) sử dụng công
nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA, và IS-95 ở Mỹ và Hàn Quốc sử
dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA băng hẹp. Mặc dù hệ thống
thông tin di động 2G được coi là những tiến bộ đáng kể nhưng vẫn gặp phải các hạn
chế sau: Tốc độ thấp và tài nguyên hạn hẹp. Vì thế cần thiết phải chuyển đổi lên mạng
thông tin di động thế hệ tiếp theo để cải thiện dịch vụ truyền số liệu, nâng cao tốc độ
bit và tài nguyên được chia sẻ
Mặt khác, khi các hệ thống thông tin di động ngày càng phát triển, không chỉ số
lượng người sử dụng điện thoại di động tăng lên, mở rộng thị trường, mà người sử
dụng còn đòi hỏi các dịch vụ tiên tiến hơn không chỉ là các dịch vụ cuộc gọi thoại và
dịch vụ số liệu tốc độ thấp hiện có trong mạng 2G. Nhu cầu của thị trường có thể phân
loại thành các lĩnh vực sau:
Dịch vụ dữ liệu máy tính(Computer Data):
Số liệu máy tính (Computer Data
E-mail
Truyền hình ảnh thời gian thực (Real time image transfer)
Đa phương tiện (Multimedia)
Tính toán di động (Computing)
Dịch vụ viễn thông (Telecommunication)
Di động (Mobility)
Hội nghị truyền hình (Video conferencing)
Điện thoại hình (Video Telephony)
Các dịch vụ số liệu băng rộng (Wide band data services)
3


Dich vụ nội dung âm thanh hình ảnh (Audio - video content)
Hình ảnh theo yêu cầu (Video on demand)
Các dịch vụ tương tác hình ảnh (Interactive video services)
Báo điện tử (Electronic newspaper)

Mua bán từ xa (Teleshopping)
Các dịch vụ internet giá trị gia tăng (Value added internet services
Dịch vụ phát thanh và truyền hình (TV& Radio contributions)
Những lý do trên thúc đẩy các tổ chức nghiên cứu phát triển hệ thống thông tin
di động trên thế giới tiến hành nghiên cứu và đã áp dụng trong thực tế chuẩn mới cho
hệ thống thông tin di động: Thông tin di động 2,5G và 3G.

TACS

WCDM
A

GSM(900)

GPRS

NMT(900)
GSM(1800)

GSM(1900)

GPRS
IS-136
(1900)

EDGE

IS-95(JSTD-008)
IS-136
TDMA(800)

AMPS
ISS-95
CDMA
SMR

CDMA2000
1X

CDMA2000
MC

IDEN(800
)

Hình 1.1. Xu thế phát triển của các hệ thống thông tin di động
4


Trên thực tế có 2 nhánh công nghệ tiến lên 3G là WCDMA và cdma2000.
Trong khuôn khổ đồ án này ta chỉ xét nhánh công nghệ tiến lên 3G theo hướng
WCDMA.
WCDMA là một tiêu chuẩn thông tin di động 3G của IMT-2000 được phát triển
chủ yếu ở Châu Âu với mục đích cho phép các mạng cung cấp khả năng chuyển vùng
toàn cầu và để hỗ trợ nhiều dịch vụ thoại, dịch vụ đa phương tiện. Các mạng WCDMA
được xây dựng dựa trên cơ sở mạng GSM, tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có của các nhà
khai thác mạng GSM. Quá trình phát triển từ GSM lên WCDMA qua các giai đoạn
trung gian, có thể được tóm tắt trong sơ đồ sau đây:

GSM

HSCS
D

GPRS

EDGE

WCDM
A

Hình 1.2 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA

Các giai đoạn tiến lên 3G
a. GPRS
GPRS là một hệ thống vô tuyến thuộc giai đoạn trung gian lên 3G. GPRS cung
cấp các kết nối số liệu chuyển mạch gói với tốc độ truyền lên tới 171,2Kbps (tốc độ số
liệu đỉnh) và hỗ trợ giao thức Internet TCP/IP và X25, nhờ vậy tăng cường đáng kể
các dịch vụ số liệu của GSM.
Công việc tích hợp GPRS vào mạng GSM đang tồn tại là một quá trình đơn
giản. Một phần các khe trên giao diện vô tuyến dành cho GPRS, cho phép ghép kênh
số liệu gói được lập lịch trình trước đối với một số trạm di động. Phân hệ trạm gốc chỉ
cần nâng cấp một phần nhỏ liên quan đến khối điều khiển gói (PCU- Packet Control
Unit) để cung cấp khả năng định tuyến gói giữa các đầu cuối di động các nút cổng
(gateway). Một nâng cấp nhỏ về phần mềm cũng cần thiết để hỗ trợ các hệ thống mã
hoá kênh khác nhau.
Mạng lõi GSM được tạo thành từ các kết nối chuyển mạch kênh được mở rộng
bằng cách thêm vào các nút chuyển mạch số liệu và gateway mới, được gọi là GGSN
(Gateway GPRS Support Node) và SGSN (Serving GPRS Support Node). GPRS là
một giải pháp đã được chuẩn hoá hoàn toàn với các giao diện mở rộng và có thể
chuyển thẳng lên 3G về cấu trúc mạng lõi.

b. EDGE
EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) là một kỹ thuật truyền dẫn
3G đã được chấp nhận và có thể triển khai trong phổ tần hiện có của các nhà khai thác
5


TDMA và GSM. EDGE tái sử dụng băng tần sóng mang và cấu trúc khe thời gian của
GSM, và được thiết kế nhằm tăng tốc độ số liệu của người sử dụng trong mạng GPRS
hoặc HSCSD bằng cách sử dụng các hệ thống cao cấp và công nghệ tiên tiến khác. Vì
vậy, cơ sở hạ tầng và thiết bị đầu cuối hoàn toàn phù hợp với EDGE hoàn toàn tương
thích với GSM và GRPS.
c. WCDMA hay UMTS/FDD
WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là một công nghệ truy
nhập vô tuyến được phát triển mạnh ở Châu Âu. Hệ thống này hoạt động ở chế độ
FDD và dựa trên kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS- Direct Sequence Spectrum)
sử dụng tốc độ chip 3,84Mcps bên trong băng tần 5MHz. Băng tần rộng hơn và tốc độ
trải phổ cao làm tăng độ lợi xử lý và một giải pháp thu đa đường tốt hơn, đó là đặc
điểm quyết định để chuẩn bị cho IMT-2000.
WCDMA hỗ trợ trọn vẹn cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói
tốc độ cao và đảm bảo sự hoạt động đồng thời các dịch vụ hỗn hợp với chế độ gói hoạt
động ở mức hiệu quả cao nhất. Hơn nữa WCDMA có thể hỗ trợ các tốc độ số liệu
khác nhau, dựa trên thủ tục điều chỉnh tốc độ.
Chuẩn WCDMA hiện thời sử dụng phương pháp điều chế QPSK, một phương
pháp điều chế tốt hơn 8-PSK, cung cấp tốc độ số liệu đỉnh là 2Mbps với chất lượng
truyền tốt trong vùng phủ rộng.
WCDMA là công nghệ truyền dẫn vô tuyến mới với mạng truy nhập vô tuyến
mới, được gọi là UTRAN, bao gồm các phần tử mạng mới như RNC (Radio Network
Controller) và NodeB (tên gọi trạm gốc mới trong UMTS)
Tuy nhiên mạng lõi GPRS/EDGE có thể được sử dụng lại và các thiết bị đầu cuối
hoạt động ở nhiều chế độ có khả năng hỗ trợ GSM/GPRS/EDGE và cả WCDMA.

1.2.ĐẶC ĐIỂM CỦA UMTS
1.2.1 Giới thiệu
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba nói chung và hệ thống UMTS nói
riêng là một sự đổi mới to lớn trong công nghệ vô tuyến, trong việc cung cấp các dịch
vụ phục vụ nhu cầu ngày càng cao của con người. UMTS được thiết kế một cách linh
hoạt, cung cấp một khoảng rộng các ứng dụng trong các môi trường khác nhau.
UMTS sẽ phát triển dần dần từng bước một bằng việc nâng cấp dần khả năng
của các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai hiện nay hoặc xây dựng mới hoàn
toàn . Mục đích cuối cùng của UMTS là tạo ra một hệ thống thông tin di động mang
tính toàn cầu, cung cấp các dịch vụ thông tin với tốc độ bit từ thấp đến cao, cao nhất là
2 Mbps cho những người sử dụng di động chậm và 144 kbps cho những người sử dụng
di động nhanh, ( tức là người sử dụng di động có thể di chuyển với vận tốc >500km/h).
UMTS cũng có thể cung cấp các dịch vụ với tốc độ bít lên tới 2 Mbps nhưng lúc đó
người sử dụng muốn truy cập mạng phải dùng các thiết bị đầu cuối đặc biệt và phương
6


pháp truy nhập đặc biệt. Tất nhiên sự phát triển của UMTS phải có tính kế thừa từ các
hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai như GSM.
Từ sự thành công lớn của GSM và sự đưa UMTS vào phục vụ thương mại ở
Châu Âu bắt đầu từ năm 2002, chúng ta có thể thấy một sự chuyển đổi từng bước một
từ GSM tới UMTS. Chúng ta cũng thấy UMTS mới đầu chỉ cung cấp các dịch vụ trong
khu vực có lưu lượng cao hoặc là phục vụ đối với khách hàng đặc biệt cần: Những
người sử dụng thiết bị di động di chuyển trên những khu vực rộng hơn sẽ được đảm
bảo. Những thiết bị đầu cuối UMTS cũng có thể hoạt động như các thiết bị đầu cuối
GSM bởi các thiết bị đầu cuối có thể hoạt động ở hai chế độ. UMTS có khả năng cung
cấp các dịch vụ mang tính toàn cầu. UMTS phủ sóng cả trên biển và rừng núi những
nơi đang sử dụng các vệ tinh để phủ sóng.
W-CDMA/UMTS có hai đề xuất cho giao diện vô tuyến được đệ trình lên ITU

như các giải pháp để đáp ứng được yêu cầu của IMT-2000. Cả hai giải pháp này đều sử
dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã trải phổ trực tiếp băng rộng DS-WCDMA. Hai giải pháp này tương ứng với hai chế độ là: Chế độ song công phân chia
theo thời gian TDD (Time Division Duplex) và chế độ song công phân chia theo tần số
FDD (Frequency Divisition Duplex). Chế độ FDD được triển khai rất rộng rãi ở Châu
Âu và Châu Mỹ, còn chế độ TDD được triển khai trong giai đoạn đầu ở Châu Á.
Trong chế độ FDD, đường lên sử dụng một tần số và đường xuống sử dụng một
tần số, đường lên sử dụng dải tần 1920 MHz đến 1980 MHz; Đường xuống sử dụng
giải tần từ 2110 MHz đến 2170 MHz; Khoảng phân cách giữa đường lên và đường
xuống là 190 MHz. Độ rộng băng tần có thể là 5/10/15/20 MHz.
Trong chế độ TDD, một sóng mang cho trước được sử dụng cho cả đường lên
và đường xuống 1900 MHz đến 1920 MHz và 2010 MHz đến 2025 MHz. Do vậy
không tồn tại khoảng phân cách về tần số giữa đường lên và đường xuống. Độ rộng
băng tần có thể là: 1,25/5/10/15/20 MHz.
Để thiết lập được hệ thống UMTS chúng ta sẽ tìm hiểu về các đặc điểm của
UMTS, các công nghệ mà UMTS sử dụng, cấu trúc của UMTS…

1.2.2. Những yêu cầu đối với hệ thống UMTS
Cấu trúc hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS khác với cấu trúc của các
hệ thống thông tin di động thế hệ hai và thế hệ hai cộng chủ yếu ở UTRAN (UMTS
Terrtrial Radio Access Network: Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS). Tuy nhiên
khi thiết kế hệ thống UMTS thì cấu trúc của hệ thống UMTS cũng chịu ảnh hưởng bởi
các dịch vụ được UMTS cung cấp, giao diện vô tuyến của UMTS…
a. Các dịch vụ cung cấp bởi UMTS
+ Cung cấp nhiều loại hình dịch vụ thoại và phi thoại, cho phép người sử dụng có khả
năng truy nhập các dịch vụ một cách dễ dàng mà không cần thay đổi đường truyền ở
tất cả các môi trường.

7

+ Đưa ra các dịch vụ khác nhau ở các mạng phục vụ khác nhau và môi trường hoạt
động khác nhau.
+ Cung cấp nhiều loại hình dịch vụ viễn thông khác nhau: Bao gồm cả việc cung cấp
các dịch vụ của các mạng cố định, nếu tốc độ bít của người sử dụng tăng nên 2 Mbps
thì chất lượng dịch vụ cung cấp bởi UMTS tương ứng với các dịch vụ cung cấp bởi các
mạng cố định. Các dịch vụ có tốc độ thông tin cao như vậy chỉ được cung cấp ở môi
trường trong nhà, và ở những khu vực có mật độ dân cư thay đổi.
+ Cung cấp các dịch vụ tương ứng với các thiết bị đầu cuối: Thiết bị xách tay, thiết bị
di động, thiết bị đầu cuối cố định…Ở tất cả các môi trường cung cấp mà thiết bị đầu
cuối đó có các chức năng tương ứng.
+ Cung cấp các dịch vụ thoại, các dịch vụ số liệu và đặc biệt là các dịch vụ đa truyền
thông.
+ Cung cấp môi trường riêng, có khả năng cho phép người sử dụng truy nhập tất cả các
dịch vụ thông thường được cung cấp bởi các mạng cố định.
+ Cung cấp khả năng trong môi trường cơ quan có thể cho phép người sử dụng truy
nhập tất cả các dịch vụ thông thường mà các mạng PABX và LAN cung cấp.
+ Khả năng thay thế các mạng cố định ở những khu vực có mật độ dân cư thay đổi.
+ Khả năng cung cấp các giao diện sao cho người sử dụng các thiết bị đầu cuối thông
thường cũng kết nối được với mạng cố định.
Người ta đưa ra các điều kiện nhằm mục đích:
+ Cho phép người sử dụng truy nhập được nhiều dịch vụ viễn thông, trong đó có các
dịch vụ hiện nay vẫn chưa xuất hiện mà vẫn đạt được chất lượng dịch vụ cao và chất
lượng truyền số liệu cũng cao.
+ Cung cấp các thiết bị đầu cuối sao cho dễ sử dụng, giảm giá thành của thiết bị đầu
cuối, thời gian đàm thoại dài, hoạt động ở trạng thái Standby dài.
+ Khả năng sử dụng tài nguyên mạng hiệu quả, đặc biệt là phổ tần vô tuyến.
b. Định hướng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS
Những yêu cầu của hệ thống truy nhập vô tuyến UMTS được xây dựng trên cơ
sở những yêu cầu của các dịch vụ cung cấp. Những yêu cầu của truy nhập vô tuyến
mặt đất UMTS được thể hiện trong bảng 2.1.

Từ bảng trên ta thấy các hướng phát triển tốc độ cao được ứng dụng chủ yếu ở
thời điểm ban đầu ở tốc độ trong nhà. Trong điều kiện UTRA không ngăn cản việc
chuyển giao giữa các nhà khai thác khác nhau hoặc giữa các mạng truy nhập khác
nhau, nhưng cũng cung cấp chuyển giao giữa các hệ thống 2G và 3G: GSM và UMTS

8


Bảng 1.1. Các yêu cầu đối với UTRA
Các yêu cầu

Những tốc độ
bit lớn nhất
của người sử
dụng

Miêu tả
Những dung lượng mang
+ Khu vực nông thôn: Tối thiểu là 144 Kbps (mục tiêu đạt được là
384 Kbps), tốc độ di chuyển lớn nhất là 500 km/h.
+ Khu vực ngoại ô: Tối thiểu là 384 Kbps (mục tiêu đạt tới là 512
Kbps), tốc độ di chuyển cực đại là 120 Km/h.
+ Khu vực trong nhà: Tối thiểu là 2 Mbps, tốc độ cực đại là 10
Km/h.
+ Sự định nghĩa UTRA sẽ đưa tới những tốc độ bit cao hơn.

+ Sắp đặt các thuộc tính dịch vụ mang (loại vật mang, tốc độ bit,
độ trễ, BER,...)
+ Các dịch vụ mang song song, các chế độ thông tin ở thời gian thực
và không thực.

+ Những vật mang định hướng kênh và định hướng gói.
Tính linh hoạt
+ Cung cấp danh mục vật mang (gồm cả điều khiển các vật mang
theo kiểu ưu tiên).
+ Khả năng thích ứng chất lượng đường truyền, lưu lượng và mạng
truyền tải, tốt như các quy định về vô tuyến.
+ Khoảng rộng tốc độ bit sẽ cung cấp đầy đủ cho các dịch vụ chính .
+ Cung cấp khả năng thay đổi tốc độ bit ở thời gian thực .
+ Các dịch vụ mang trải tương thích với các tốc độ được cung cấp.
+ Bảo đảm tính liên tục của quá trình thông tin khi thực hiện quá
Chuyển giao
trình chuyển giao giữa các Cell của một nhà khai thác.
+ UTRA sẽ không ngăn cản qúa trình chuyển giao giữa các nhà khai
thác khác nhau hoặc các mạng truy nhập khác nhau.
+ Có khả năng chuyển giao giữa UMTS với các hệ thống thế hệ
hai...
Các yêu cầu đối với nhà khai thác
+ Các dịch vụ mang ATM.
Sự tương thích
giữa các dịch vụ + Các dịch vụ mang GSM.
+ Các dịch vụ trên cơ sở IP.
cung cấp bởi
mạng lõi hiện nay + Các dịch vụ N/B-ISDN.
+ Phải đảm bảo các chế độ đã được xác định trước về QOS và chất
Các nhà khai
thác mạng công lượng của UMTS công cộng.
cộng
Những nhà khai + Kế hoạch truy nhập vô tuyến phải phù hợp với các ứng dụng,
thác riêng và liên trình độ, tính linh hoạt và tốc độ của người sử dụng được giới hạn.
+ Các hệ thống không đồng bộ có thể được sử dụng chung một

quan với nhau
môi trường.
+ Kế hoạch tần số là không cần thiết.
+ Sử dụng phổ tần một cách hiệu quả.
Hiệu suất phổ tần + Hiệu suất sử dụng phổ tần cao cho phép phối hợp các dịch vụ
9


mang khác nhau.
+ Hiệu suất phổ tần không cao ở GSM cho tốc độ bit thấp.
Thay đổi tính
đối xứng
bằng việc sử
dụng toàn
bộ băng tần
Sử dụng phổ tần

Các loại trạm
di động.
Giới hạn băng
tần cung cấp
Độ an toàn

+ Thay đổi việc phân chia tài nguyên vô tuyến giữa đường lên và
đường xuống bằng việc sử dụng chung tài nguyên vô tuyến thông
thường.

+ Cho phép nhiều nhà khai thác cùng sử dụng băng tần cấp cho
UMTS mặc dù có sự xắp xếp lại.
+ Có thể sử dụng lại các băng tần đã được ấn định cho các hệ thống

thế hệ một và thế hệ hai.
+ Cung cấp các trạng thái khác nhau của các loại trạm di động với
sự phức tạp khác nhau, giá cả và các khả năng đưa ra các đáp ứng
cần thiết cho những người sử dụng khác nhau.
+ Mạng hoạt động với độ rộng băng tần là 5 MHz.

+ Giao diện vô tuyến UMTS sẽ đảm bảo độ an toàn cao của thông
tin, tối thiểu như chế độ an toàn ở giao diện vô tuyến GSM .
Tồn tại chung với + UTRA có khả năng cùng tồn tại với các hệ thống khác, mặc dù
các hệ thống khác băng tần dành cho mỗi hệ thống là khác nhau và chúng có thể phối
hợp với nhau.
+ Cho phép bổ xung nhiều chế độ.
+ Cung cấp các thiết bị đầu cuối hai chế độ UMTS/GSM
Các công nghệ mà UTRA sử dụng: ATM, IP, B-ISDN. Vì vậy cho phép các nhà
khai thác xây dựng UMTS trên cơ sở các mạng hiện có.

1.3. CẤU TRÚC HỆ THỐNG UMTS
1.3.1. Cấu trúc tổng quát của hệ thống UMTS
Sơ đồ khối tổng quát của mạng thông tin di động UMTS được thể hiện trên
hình 2.1. Từ sơ đồ khối tổng quát ta có thể thấy mạng thông tin di động UMTS gồm hai
mạng con: Mạng lõi và mạng thâm nhập vô tuyến.
+ Mạng lõi gồm các chung tâm chuyển mạch kênh (MSC) và các nút hỗ trợ chuyển
mạch gói (SGSN). Các kênh thoại và kênh truyền số liệu được kết nối với mạng ngoài
thông qua các trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng (GMSC) và nút chuyển
mạch gói cổng (GGSN). Để kết nối trung tâm chuyển mạch kênh với các mạng ngoài
như ISDN, PSTN thì cần có thêm phần tử làm tương tác mạng (IWF). Ngoài các trung
tâm chuyển mạch kênh và các nút hỗ trợ chuyển mạch gói, mạng lõi còn có các cơ sở
dữ liệu cần thiết cho mạng thông tin di động như: HLR, AUC, EIR.

Mạng thâm nhập vô tuyến gồm các phần tử sau:

+ RNC (Radio Network Controler): Bộ điều khiển mạng vô tuyến- đóng vai trò
như BSC ở mạng GSM.
10


+ NB (Base Node): Nút B- Đóng vai trò như BTS ở mạng GSM.
+ MS (Mobile Station): Trạm di động, không được thể hiện trên sơ đồ.
+ TE (Terminal): Thiết bị đầu cuối.
+ Giao diện giữa MSC và RNC là Iµcs, giao diện giữa SGSN và RNC là Iµps, giao diện
giữa các RNC với nhau là Iur, giao diện giữa RNC và Nút B là Ibu

Hình 1.3. Cấu trúc hệ thống UMTS

1.3.2. Chức năng của các phần tử trong hệ thống UMTS
Hệ thống UMTS bao gồm các phần tử mạng logic và các giao diện. Mỗi phần tử
mạng thực hiện một số chức năng nhất định.
+ Về mặt chức năng, các phần tử mạng được nhóm thành mạng thâm nhập vô tuyến
(RAN) và mạng lõi (CN). Trong đó, mạng thâm nhập vô tuyến thực hiện các chức
năng liên quan đến vô tuyến và mạng lõi thực hiện các chức năng chuyển mạch, định
tuyến cuộc gọi và kết nối số liệu. Ngoài hai mạng này thì để hoàn thiện hệ thống cần
phải có thiết bị người sử dụng (UE). UE thực hiện giao tiếp giữa người sử dụng với hệ
thống.
+ Ngoài ra, mạng UMTS còn có thể được chia thành các mạng con. Ở khía cạnh này,
hệ thống UMTS được thiết kế theo Modul nên có thể có nhiều phần tử mạng cho cùng
một kiểu. Về nguyên tắc, yêu cầu tối thiểu cho một mạng hoạt động và có đầy đủ các
tính năng là phải có ít nhất một phần tử logic cho một kiểu. Khả năng có nhiều phần tử
của cùng một kiểu cho phép chia hệ thống thành các mạng con hoạt động hoặc độc lập
hoặc cùng với các mạng con khác và các mạng con này được phân biệt bởi các nhận
dạng duy nhất.

11


a. Mạng thâm nhập vô tuyến (UTRAN)
Cấu trúc mạng thâm nhập vô tuyến UTRAN được cho trong hình 2.1. UTRAN
bao gồm một hay nhiều hệ thống con mạng vô tuyến (RNS). Do vậy, RNS là một
mạng con trong UTRAN. Một RNS gồm một bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) và
một hay nhíều nút B (Node B). Các RNC được kết nối với nhau thông qua giao diện
Iur, còn các nút B được kết nối với RNC thông qua giao diện Iub.
Sau đây ta xét chức năng của các phần tử trong bộ điều khiển mạng vô tuyến.
* Nút B (Node B): Có chức năng chuyển đổi dòng dữ liệu giữa hai giao diện Iub và
Uu nên chức năng chính của nút B là thực hiện xử lý lớp vật lý của giao diện vô tuyến
(mã hoá kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ...). Ngoài ra, nút B còn tham gia khai
thác và quản lý tài nguyên vô tuyến .
* Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC): là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển
các tài nguyên vô tuyến của UTRAN. RNC giao diện với mạng lõi và kết cuối giao
thức điều khiển tài nguyên vô tuyến (giao thức này định nghĩa các bản tin và các thủ
tục giữa UE và UTRAN). RNC là điểm thâm nhập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung
cấp cho mạng lõi, chẳng hạn như quản lý tất cả các kết nối đến UE.
* RNC điều khiển một nút B cho trước được xem như RNC điều khiển (CRNC).
CRNC chịu trách nhiệm điều khiển tải và ứ nghẽn cho các ô của mình. Khi một kết
nối giữa UE-UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên từ nhiều RNC thì các RNC tham dự
vào kết nối này có vai trò logic riêng biệt. Đó là:
+ RNC phục vụ (SRNC): Đối với một UE thì SRNC thực hiện kết cuối cả đường nối
Iu để truyền số liệu người sử dụng và cả báo hiệu RANAP tương ứng từ/ tới mạng lõi.
SRNC cũng kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến, xử lý số liệu lớp đoạn
nối số liệu từ/tới giao diện vô tuyến. Các thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến như sắp
xếp các thông số vật mang thâm nhập vô tuyến với các thông số kênh truyền tải giao
diện vô tuyến. SRNC cũng là CNRC của một nút B nào đó được UE sử dụng để kết
nối với UTRAN.

+ RNC trôi (DRNC): Là một RNC bất kỳ khác với SRNC để điều khiển các ô được
UE sử dụng. Khi cần DRNC có thể thực hiện kết hợp và phân chia ở phân tập vĩ mô.
DRNC không thực hiện xử lý số liệu lớp đoạn nối số liệu tới/từ giao diện vô tuyến mà
chỉ định tuyến số liệu trong suốt giữa các giao diện Iub và Iur. Một UE có thể không
có hoặc có một hay nhiều DRNC.
Lưu ý: Một RNC vật lý có chứa tất cả các chức năng của CRNC, SRNS, DRNC.
b. Mạng lõi (CN)
* Thanh gi định vị thường chú (HLR): Là một cơ sở dữ liệu được đặt tại hệ thống
chủ của người sử dụng để lưu bản sao chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng. Lý
lịch dịch vụ này bao gồm: Thông tin về các dịch vụ được phép, các vùng không được
phép chuyển mạng và thông tin về các dịch vụ bổ xung như: Trạng thái chuyển hướng
12


cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi...Các thông tin liên quan đến việc cung cấp
các dịch vụ viễn thông được lưu trong HLR không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của
thuê bao. HLR thường là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạng
nhưng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao.
* Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động/bộ ghi định vị tạm chú
(MSC/VLR): Để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí hiện thời
của nó. Chức năng của MSC là sử dụng các dao dịch chuyển mạch kênh (CS) và chức
năng của VLR là lưu giữ bản sao về lý lịch của người sử dụng cũng như vị trí của UE
trong hệ thống đang phục vụ ở mức độ chính xác hơn HLR. Phần mạng được thâm
nhập qua MSC/VLR thường được gọi là vùng chuyển mạch kênh CS.
* Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng (GMSC): Làm nhiệm vụ giao
tiếp với mạng ngoài. Do vậy GMSC được đặt tại điểm kết nối UMTS với mạng
chuyển mạch kênh bên ngoài.
* IWF (chức năng tương tác): Bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và
truyền dẫn. IWF cho phép mạng UMTS kết nối với các mạng khác như: Mạng số liệu
công cộng chuyển mạch kênh (CSPND), mạng PSTN, mạng ISDN và các mạng

PLMN khác.
* EIR: Thực hiện quản lý thiết bị người sử dụng UE. EIR lưu tất cả các dữ liệu liên
quan đến UE. EIR được nối đến MSC và SGSN qua đường báo hiệu để kiểm tra sự
được phép của thiết bị. Một thiết bị không được phép sẽ bị cấm.
* Trung tâm nhận thực (AUC): Quản lý các thông tin nhận thực và mật mã hoá liên
quan đến từng cá nhân thuê bao dựa trên khoá bí mật. Việc quản lý thuê bao được thực
hiện thông qua khoá nhận dạng bí mật duy nhất cho từng thuê bao. Khoá này được lưu
giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ của UE.
* Node hỗ trợ GPRS phục vụ (SGSN): Cung cấp việc định tuyến gói tin từ/ tới một
vùng dịch vụ của SGSN. Nó phục vụ tất cả các thuê bao sử dụng dịch vụ gói nằm
trong vùng phục vụ của mình. Một thuê bao sử dụng dịch vụ gói có thể được bất cứ
SGSN nào trong mạng phục vụ tuỳ thuộc vào vị trí của thuê bao. Phần mạng được
thâm nhập qua SGSN thường được gọi là vùng chuyển mạch gói PS.
* Nude hỗ trợ GPRS cổng (GGSN): GGSN được nối với các mạng ngoài như
Internet, mạng X.25. Nhìn từ mạng ngoài thì GGSN đóng vai trò như bộ định tuyến
cho các cuộc gọi từ mạng ngoài tới được mạng UMTS. GGSN tiếp nhận số liệu (có
địa chỉ của một người sử dụng nhất định) thì nó sẽ kiểm tra, nếu địa chỉ này là tích cực
thì GGSN gửi số liệu đó tới SGSN tương ứng để phục vụ UE. Trong trường hợp địa
chỉ này là không tích cực thì số liệu thu được bị loại bỏ. Các gói tin từ UE nguồn được
định tuyến đến đúng mạng đích thông qua GGSN.
c. Thiết bị người sử dụng (UE)
Thiết bị người sử dụng là thiết bị duy nhất mà người sử dụng có thể thường
xuyên nhìn thấy của hệ thống. UE có thể là thiết bị đặt trong ôtô hay thiết bị xách tay
hoặc thiết bị cầm tay. Loại thiết bị nhỏ cầm tay là thiết bị phổ biến nhất. Ngoài các
chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến UE còn phải cung cấp các
giao diện với người sử dụng như: Micro, loa, màn hiển thị, bàn phím... Hiện nay người
13


ta đang cố gắng sản xuất các thiết bị đầu cuối gọn nhẹ để đấu nối với thiết bị người sử

dụng. Việc lựa chọn thiết bị đầu cuối hiện đang để mở cho các nhà sản xuất. Thiết bị
người sử dụng gồm hai phần:
* Thiết bị di động (ME): Là đầu cuối vô tuyến được sử dụng cho thông tin vô tuyến
trên giao diện Uµ*
* Modul nhận dạng thiết bị UMTS (USIM): Là một loại thẻ thông minh chứa nhận dạng
thuê bao để thực hiện các thuật toán nhận thực, lưu giữ các khoá nhận thực và một số
thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối.
1.3.3. Giao diện giữa các phần tử trong hệ thống W-CDMA/UMTS
• Giao diện Cu: Đây là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện
này tuân theo tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh.
• Giao diện Uu: Đây là giao diện vô tuyến WCDMA. Uu là giao diện nhờ đó
UE truy cập được với phần cố định của hệ thống, và vì thế có thể là phần giao
diện mở quan trọng nhất trong UMTS.
• Giao diện Iu: Giao diện này kết nối UTRAN tới mạng lõi. Tương tự như các
giao diện tương thích trong GSM, là giao diện A (đối với chuyển mạch kênh), và
Gb (đối với chuyển mạch gói), giao diện Iu đem lại cho các bộ điều khiển UMTS
khả năng xây dựng được UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau.
• Giao diện Iur: Giao diện mở Iur hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC từ các
nhà sản xuất khác nhau, và vì thế bổ sung cho giao diện mở Iu.
• Giao diện Iub: Iub kết nối một Nút B và một RNC. UMTS là một hệ thống
điện thoại di động mang tính thương mại đầu tiên mà giao diện giữa bộ điều
khiển và trạm gốc được chuẩn hoá như là một giao diện mở hoàn thiện.

14


CHƯƠNG II
PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VÙNG PHỦ
SÓNG CỦA HỆ THỐNG WCDMA.
Chương này sẽ trình bày các yếu tố ảnh hưởng tới vùng phủ của hệ thống thông

tin di động và các phương pháp xử lý khắc phục.
Các yếu tố ảnh hưởng chính:
- Suy hao đường truyền( địa hình, vật che chắn….)
- Nhiễu
- Vật che chắn
- Số người sử dụng tăng nhanh( khu vực lễ hội,khu vực tập trung nhiều dân
cư,ngày lễ ngày tết, giờ cao điêm khi mà số lượng người sử dụng tăng đột biến…..)

2.1. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN MẠNG VÔ TUYẾN
2.1.1. Suy hao đường truyền
Hệ thống GSM được thiết kế với mục đích là một mạng tổ ong dày đặc và bao
trùm một vùng phủ sóng rộng lớn. Các nhà khai thác và thiết kế mạng của mình để
cuối cùng đạt được một vùng phủ liên tục bao tất cả các vùng dân cư của đất nước.
Vùng phủ sóng được chia thành các vùng nhỏ hơn là các cell. Mỗi cell được phủ sóng
bởi một trạm phát vô tuyến gốc BTS. Kích thước cực đại của một cell thông thường có
thể đạt tới bán kính R = 35 km. Vì vậy, suy hao đường truyền là không thể tránh khỏi.
Với một anten cho trước và một công suất phát đã biết, suy hao đường truyền tỉ lệ
với bình phương khoảng cách từ trạm thu đến trạm phát gốc BTS. Trong môi trường
thành phố, với nhiều nhà cao tầng, suy hao có thể tỉ lệ với luỹ thừa 4 hoặc cao hơn
nữa.
Dự đoán suy hao đường truyền trong thông tin di động GSM bao gồm một loạt
các vấn đề khó khăn, mà lý do chính bởi vì MS luôn luôn di động và anten thu thấp.
Những lý do thực tế này dẫn đến sự thay đổi liên tục của địa hình truyền sóng, vì vậy
trạm di động sẽ phải ở vào những vị trí tốt nhất để thu được các tia phản xạ.
 Tính toán lý thuyết
Cách cơ bản mà đơn giản ta coi không gian truyền sóng là không gian tự do. Giả
thiết rằng không có tia phản xạ và sóng vô tuyến được truyền trong không gian tự do.
Với anten vô hướng, ta có công thức suy hao đường truyền trong không gian tự do:
Lf = 20log(4πd /λ) [dB]
(2.1)

Công thức này có thể được viết lại như sau:
Lf = 32,5 + 20logd + 20logf [dB]
(2.2)
Trong đó:
d = khoảng cách từ anten phát đến anten thu [km].
f = tần số làm việc [MHz].
Những công thức lý thuyết đơn giản và trọn vẹn trên không còn phù hợp trong
môi trường di động nữa, nơi mà truyền sóng do nhiều đường là chủ yếu. Những sóng
này cũng bị tán xạ, nhiễu xạ, suy giảm do nhiều trạng thái khác nhau của cả vật thể cố
định và vật thể chuyển động. Hơn nữa, sự khúc xạ tầng đối lưu làm đường truyền sóng
bị uốn cong.

15


2.1.2. Fading
a.Fading chuẩn Loga: Trạm di động thường hoạt động ở các môi trường có
nhiều chướng ngại vật (các quả đồi, toà nhà...). Điều này dẫn đến hiệu ứng che khuất
(Shaddowing) làm giảm cường độ tín hiệu thu, khi thuê bao di chuyển cường độ thu
sẽ thay đổi.
b.Rayleigh: Khi môi trường có nhiều chướng ngại vật, tín hiệu thu được từ nhiều
phương khác nhau. Điều này nghĩa là tín hiệu thu là tổng của nhiều tín hiệu giống
nhau nhưng khác pha và biên độ .
Để giảm phần nào tác hại do Fading gây ra, người ta thường tăng công suất phát
đủ lớn để tạo ra một lượng dự trữ Fading, sử dụng một số biện pháp như: phân tập
anten, nhảy tần
c. Pha đing đa đường

Tán xạ

Phản xạ

Truyền thẳng
Khúc xạ
Che khuất

Trạm gốc

Trạm di động
Tán xạ

Hình 2.1. Hiện tượng truyền sóng đa đường

2.1.3 Hiệu ứng Doppler
Hiệu ứng Doppler gây ra do sự chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu
như trình bày ở hình 2.4. Bản chất của hiện tượng này là phổ của tín hiệu thu được bị
xê lệch đi so với tần số trung tâm một khoảng gọi là tần số Doppler.
Giả thiết góc tới của tuyến n so với hướng chuyển động của máy thu là αn, khi đó
tần số Doppler của tuyến này là [5]:
v
f D n = f 0 cos( α n )
(2.3)
c
Trong đó f0, v, c lần lượt là tần số sóng mang của hệ thống, vận tốc chuyển động
tương đối của máy thu so với máy phát và vận tốc ánh sáng. Nếu αn = 0 thì tần số
Doppler lớn nhất sẽ là:

16

v
f D,max = f 0 (2.4)
c
Trạm phát

τ 2 (t )

Tuyến 1
Vật
phản
xạ

Tuyến 2 τ 1 (t )
α1

v

Hình 2.2. Hàm truyền đạt của kênh
Giả thiết tín hiệu đến máy thu bằng nhiều luồng khác nhau với cường độ ngang
hàng nhau ở khắp mọi hướng, khi đó phổ của tín hiệu tương ứng với tần số Doppler
được biểu diễn như sau[5]:
A

=

 f − f0
1 −
 f
 max

2






nếu
(2.5)
các trường hợp còn lại

0

Phổ tín hiệu thu được biểu diễn lại ở hình 1.5
Mật độ phổ tín hiệu thu bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Doppler do Jake tìm ra năm
1974. Và được gọi là phổ Jake. Ý nghĩa của phổ tín hiệu này được giải thích như sau:
Giả thiết tín hiệu phát đi ở tần số sóng mang f0, khi đó tín hiệu thu được sẽ không nhận
được ở chính xác trên tần số sóng màng f0 mà bị dịch đi cả về hai phía với độ dịch là
fD,max như hình ở 1.5. Sự dịch tần số này ảnh hưởng đến sự đồng bộ của nhiều hệthống.

Hình 2.3.Mật độ phổ của tín hiệu thu
a.Suy hao trên đường truyền

17


Mô tả sự suy giảm công suất trung bình của tín hiệu khi truyền từ máy phát đến
máy thu. Sự giảm công suất do hiện tượng che chắn và suy hao có thể khác phục bằng
các phương pháp điều khiển công suất.
b.Hiệu ứng bóng râm (Shadowing)

Do ảnh hưởng của các vật cản trở trên đường truyền, ví dụ như các toà nhà cao
tầng, các ngọn núi, đồi,… làm cho biên độ tín hiệu bị suy giảm. Tuy nhiên, hiện tượng
này chỉ xảy ra trên một khoảng cách lớn, nên tốc độ biến đổi chậm. Vì vậy, hiệu ứng
này được gọi là fading chậm.

2.1.4. Ảnh hưởng của nhiễu C/I và C/A
Một đặc điểm của cell là các kênh đang sử dụng đã có thể được sử dụng ở các
cell khác. Nhưng giữa các cell này phải có một khoảng cách nhất định. Điều này có
nghĩa là cell sẽ bị nhiễu đồng kênh do việc các cell khác sử dụng cùng tần số. Cuối
cùng vùng phủ sóng của trạm gốc sẽ bị giới hạn bởi lý do này hơn là do tạp âm thông
thường. Vì vậy, ta có thể nói rằng một hệ thống tổ ong hoàn thiện là giới hạn được
nhiễu mà đã được qui chuẩn, loại trừ được nhiễu hệ thống. Một vấn đề trong thiết kế
hệ tổ ong là điều khiển các loại nhiễu này ở mức chấp nhận được. Điều này được thực
hiện một phần bởi việc việc điều khiển khoảng cách sử dụng lại tần số. Khoảng cách
này càng lớn thì nhiễu càng bé.
Để chất lượng thoại luôn được đảm bảo thì mức thu của sóng mang mong muốn
C (Carrier) phải lớn hơn tổng mức nhiễu đồng kênh I (Interference) và mức nhiễu
kênh lân cận A (Adjacent).
a. Nhiễu đồng kênh C/I
Nhiễu đồng kênh xảy ra khi cả hai máy phát phát trên cùng một tần số hoặc trên
cùng một kênh. Máy thu điều chỉnh ở kênh này sẽ thu được cả hai tín hiệu với cường
độ phụ thuộc vào vị trí của máy thu so với hai máy phát.
Tỉ số sóng mang trên nhiễu được định nghĩa là cường độ tín hiệu mong muốn
trên cường độ tín hiệu nhiễu.
C/I = 10log(Pc/Pi)
(2.6)
Trong đó:
Pc = công suất tín hiệu thu mong muốn
Pi = công suất

18


Hình 2.4. Tỷ số nhiễu đồng kênh C/I
Hình 2.4 ở trên chỉ ra trường hợp mà máy di động đặt trong xe đang thu một sóng
mang mong muốn từ một trạm gốc phục vụ (Serving BS) và đồng thời cũng đang chịu
một nhiễu đồng kênh do nhiễu phát sinh của một trạm gốc khác (Interference BS).
Giả sử rằng cả hai trạm đều phát với một công suất như nhau các đường truyền
sóng cũng tương đương (hầu như cũng không khác nhau trong thực tế) và ở điểm giữa,
máy di động có C/I bằng 0 dB, có nghĩa là cả hai tín hiệu có cường độ bằng nhau. Nếu
máy di động đi gần về phía trạm gốc đang phục vụ nó thì C/I > 0 dB. Nếu máy di
động chuyển động về phía trạm gây ra nhiễu thì C/I < 0 dB.
Theo khuyến nghị của GSM giá trị C/I bé nhất mà máy di động vẫn có thể làm
việc tốt là 9 dB. Trong thực tế, người ta nhận thấy rằng giá trị này cần thiết phải lên
đến 12 dB ngoại trừ nếu sử dụng nhảy tần thì mới có thể làm việc ở mức C/I là 9dB. Ở
mức C/I thấp hơn thì tỷ lệ lỗi bit BER (Bit Error Rate) sẽ cao không chấp nhận được
và mã hoá kênh cũng không thể sửa lỗi một cách chính xác được.
Tỉ số C/I được dùng cho các máy di động phụ thuộc rất lớn vào việc quy hoạch
tần số và mẫu tái sử dụng tần số. Nói chung việc sử dụng lại tần số làm dung lượng
tăng đáng kể tuy nhiên đồng thời cũng làm cho tỉ số C/I giảm đi. Do đó việc quy hoạch
tần số cần quan tâm đến nhiễu đồng kênh C/I.
b. Nhiễu kênh lân cận C/A
Nhiễu kênh lân cận xảy ra khi sóng vô tuyến được điều chỉnh và thu riêng kênh
C song lại chịu nhiễu từ kênh lân cận C-1 hoặc C+1. Mặc dù thực tế sóng vô tuyến
không được chỉnh để thu kênh lân cận đó, nhưng nó vẫn đề nghị một sự đáp ứng nhỏ
là cho phép kênh lân cận gây nhiễu tới kênh mà máy thu đang điều chỉnh. Tỉ số sóng
mang trên kênh lân cận được định nghĩa là cường độ của sóng mang mong muốn trên
cường độ của sóng mang kênh lân cận.
C/A = 10.log(Pc/Pa)
(2.7)

Trong đó :
Pc = công suất thu tín hiệu mong muốn
Pa = công suất thu tín hiệu của kênh lân cận
Giá trị C/A thấp làm cho mức BER cao. Mặc dù mã hoá kênh GSM bao gồm việc
phát hiện lỗi và sửa lỗi, nhưng để việc đó thành công thì cũng có giới hạn đối với
nhiễu. Theo khuyến nghị của GSM, để cho việc quy hoạch tần số được tốt thì giá trị
C/A nhỏ nhất nên lớn hơn - 9 dB.
Khoảng cách giữa nguồn tạo ra tín hiệu mong muốn với nguồn của kênh lân cận
lớn sẽ tốt hơn cho C/A. Điều này có nghĩa là các cell lân cận không nên được ấn định
các sóng mang của các kênh cạnh nhau nếu C/A được đã được đề nghị trong một giới
hạn nhất định.
Cả hai tỉ số C/I và C/A đều có thể được tăng lên bằng việc sử dụng quy hoạch cấu
trúc tần số.
19


 Một số biện pháp khắc phục
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 (D)
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.
Phương pháp này sẽ được trình bày trong phần sau.
Ngoài ra, các kỹ thuật khác như:
− Điều khiển công suất phát sóng kiểu động
− Truyền phát gián đoạn
− Nhảy tần
cũng làm cải thiện thêm đáng kể tỷ số C/ I của hệ thống
2.1.5 Xuyên nhiễu giữa hệ thống CDMA và các hệ thống tế bào khác
a.Nhiễu trong băng
Hiện nay, nhiều nhà khai thác mạng tế bào đang khai thác hoặc đang lắp đặt công nghệ
số CDMA ví dụ như ở Việt Nam có các nhà khai thác mạng CDMA là EVN Telecom,
Sfone và Hanoi Telecom. Với phương pháp đa truy nhập theo mã công nghệ này cho
phép họ tiếp tục tăng thêm dung lượng so với hệ thống AMPS, TACS…Các nhà khai
thác mạng tế bào này có thể đang muốn lắp đặt hoặc đang lắp đặt thế hệ tiếp theo của
CDMA .Đó là hệ thống sử dụng công nghệ IS-2000 1X với độ rộng phổ là
1.23/1.25MHz nhưng sử dụng mã Wash có tốc độ gấp 2 lần (128 chip). Mục tiêu của
bước tiếp theo trong sự chuyển đổi công nghệ này là làm tăng số dịch vụ dữ liệu cũng
như tốc độ truyền dữ liệu lên một mức cao hơn để đáp ứng nhu cầu sử dụng ngày càng
tăng. Trong thực tế, cả hệ thống CDMA và hệ thống tương tự đang hoạt động phải tồn
tại đồng thời và thậm chí trong một vài trường hợp còn phải chia sẻ cả phổ tần. Như
vậy, một hệ quả tất yếu là bên cạnh khả năng tăng lên của các khối trên một hệ thống
tế bào tương tự (do làm trắng phổ), còn tồn tại khả năng xuất hiện xuyên nhiễu giữa
các hệ thống cùng tồn tại và được phân chia chung một dải tần. ISI trong băng thường
xảy ra giữa các trạm gốc của một hệ thống và trạm thuê bao của một hệ thống khác sử
dụng chung một băng tần và cùng tồn tại
20


Hình 2.5. Nhiễu trong băng

Ở đây, nhiễu được sinh ra như là một kết quả của hiệu ứng xa gần. Ví dụ về một
trường hợp tạo ra nhiễu trong băng (như trong hình 3.5) là khi trạm gốc của một hệ
thống A lại phục vụ cho một khối thuê bao của hệ thống B khi thuê bao B đang đứng ở
vị trí xa trạm gốc của hệ thống B và gần trạm gốc của hệ thống A. Và thuê bao hệ
thống B càng gần với trạm gốc của hệ thống A thì trạm phát gốc gây nhiễu A càng có
khả năng “bắt giữ” máy thu khối thuê bao bị gây nhiễu B. Bởi khi đó thì sự suy hao
đường truyền giữa chúng là rất nhỏ. Hiện tượng nhiễu này có thể được thể hiện rất rõ
khi triển khai một hệ thống mới với số tế bào nhỏ hoặc lớn hơn so với các hệ thống đã
và đang tồn tại sử dụng chung băng tần. Bởi vì hệ thống mới với số tế bào nhiều hay ít
hơn sẽ tạo nên sự khác biệt lớn hơn trong các mức tín hiệu ở đường lên hoặc đường
xuống của kênh vô tuyến RF. Thực tế thì tình huống này có thể tránh được nếu người
thiết kế hệ thống cố gắng giữ cho tỉ lệ cell-site (B:A) gần bằng (1:1), trong đó “B” là
số tế bào mới của hệ thống B, tương ứng với “A” là số tế bào đã và đang tồn tại của hệ
thống A. Một phương diện của quan trọng khác yêu cầu đối với mối quan hệ giữa hệ
thống A và hệ thống B là các trạm gốc của các tế bào của các hệ thống A và B nên
được đặt thật gần nhau hoặc được đặt chung, nói chung là gần nhất có thể.
Một ví dụ cho trường hợp mất cân bằng, hai hệ thống cùng tồn tại với tỉ lệ cell
(B:A) là (1:3) được mô tả trong Hình 2.6

Hình 2.6. Ví dụ về sự chồng phủ của hai hệ thống theo tỉ lệ (1:3)
Một thuê bao của hệ thống B sẽ có khả năng bị gây nhiễu máy thu của nó từ các
máy phát trong một tế bào của hệ thống A. Nhất là các thuê bao của hệ thống B nằm ở
dìa cell của nó nhưng lại gần với tâm cell (tức là gần với trạm gốc) của hệ thống A có
thể bị gây nhiễu làm hoạt động của nó bị rối loạn.

21


Tương tự, nếu các thuê bao của hệ thống A nằm ở vị trí đủ gần với một trạm
gốc của hệ thống B không lắp đặt chung thì máy phát của thuê bao đó cũng có thể có

khả năng gây nhiễu cho máy thu của tế bào hệ thống B khi nó phát ở mức công suất đủ
lớn.
Tuỳ thuộc vào độ chồng phủ thực tế của cả hai hệ thống (A, B) mà có thể có 4
khả năng gây nhiễu như sau:
• Thuê bao của hệ thống A gây nhiễu cho trạm gốc của hệ thống B
• Thuê bao của hệ thống B gây nhiễu cho trạm gốc của hệ thống A
• Trạm gốc của hệ thống A gây nhiễu cho thuê bao của hệ thống B
• Trạm gốc của hệ thống B gây nhiễu cho thuê bao của hệ thống A
Việc sử dụng một hệ thống lắp đặt chung cho AMPS và IS-95 CDMA là một ví
dụ. Lưu ý rằng nhiễu trong băng không phải là vấn đề chỉ duy nhất đối với hệ thống
CDMA, nó như là một bức xạ vô tuyến giữa các hệ thống. Các bức xạ tương tự sẽ xảy
ra trong hệ thống GSM nếu nó được phủ xen phủ lên một hệ thống TACS trong cùng
một băng tần.
Tất cả các công nghệ đều là sự tổng hợp của nhiều yếu tố. Đối với các máy phát
gây nhiễu thì có một số các yếu tố có thể điều chỉnh được là: ERP (Effective Radiated
Power- công suất phát hiệu dụng, là công suất cao tần được phát trực tiếp về phía
anten thu), công suất phát danh định, và các phát xạ đơn biên. Còn đối máy thu có khả
năng bị gây nhiễu thì là: điểm chặn xuyên điều chế (IM) của máy thu, bộ lọc bảo vệ
sẵn có và độ khuếch đại của hệ thống anten thu.
Sau khi đánh giá được khả năng gây nhiễu thì việc điều chỉnh có thể được thực
hiện nếu yêu cầu. Việc điều chỉnh này có thể được thực hiện dưới dạng cải thiện việc
lọc ở site đó hoặc có thể kết hợp một phương pháp nào đó trong số các phương pháp
nêu trên: cải thiện các phát xạ đơn biên, điều chỉnh ERP, quy hoạch tần số,…Trong tất
cả các trường hợp thì khả năng gây nhiễu vẫn còn và cách khắc phục hiệu quả nhất là
tính toán điều chỉnh trên từng site cụ thể. Do không có một giải pháp chung nào nên
việc thiết kế bố trí các site yêu cầu phải phù hợp với điều kiện thực tế.
Một điều lưu ý là không được bỏ qua các máy phát Rogue. Đó là các máy phát
không được cấp phép và không hợp pháp. Thực tế thì các máy phát loại này rất hiếm
gặp nhưng chỉ cần một máy phát Rogue hoạt động chúng cũng có thể gây ra nhiều vấn
đề rắc rối cho một hay nhiều sector của hệ thống CDMA nếu công suất phát của nó ở

mức tương đối cao. Một dấu hiệu chung có thể nhận thấy là khi một khối Rogue đang
phát thì các cell CDMA bị ảnh hưởng sẽ có hiện tượng giảm diện tích phủ sóng do tác
động của nhiễu mạnh gây ra bởi khối Rogue đó.
Các tế bào của hệ thống AMPS gây nhiễu cho các thuê bao IS-95 CDMA
Có một số khả năng gây xuyên nhiễu giữa các hệ thống thiết bị, nhưng vấn đề nổi
trội hơn cả là nhiễu sinh ra do các tín hiệu trạm gốc của hệ thống AMPS mạnh trộn với
nhau ở đầu vào của một máy thu thuê bao từ đó tạo ra tín hiệu không mong muốn chen

22


vào dải tần thu của máy thu thuê bao CDMA. Hiện tượng này chỉ xảy ra khi có đồng
thời ba yếu tố sau:
1. Khối thuê bao của hệ thống CDMA phải có cấu trúc vật lý gần giống với máy
phát trạm gốc của hệ thống AMPS.
2. Các tần số phát của AMPS phải tạo ra một sản phẩm trộn bậc 3.
3. Tín hiệu thu CDMA mong muốn phải tương đối yếu.
Như vậy, khi hạn chế được sự kết hợp các hệ thống thiết bị nêu trên (AMPS và
CDMA) thì sẽ ngăn chặn được nhiễu. Một trong những cách đơn giản nhất để ngăn
chặn loại nhiễu này là đảm bảo chắc chắn rằng có một trạm gốc CDMA được đặt ở
mỗi vị trí đặt máy phát của hệ thống AMPS tức là được phủ chồng theo tỷ lệ (1:1)
giống như một cấu hình đã được đưa ra ở phần trước. Với sự bố trí như vậy thì các sản
phẩm không mong muốn của quá trình trộn vẫn sẽ xảy ra nhưng vì tín hiệu CDMA
mong muốn từ các máy phát nội hạt luôn luôn mạnh hơn các sản phẩm trộn nên vấn đề
nhiễu được loại bỏ.
Thông thường, hiện tượng nhiễu này xảy ra khi một nhà khai thác cố gắng triển
khai hệ thống IS-95 CDMA với số cell nhỏ hơn số cell của hệ thống AMPS. Nhà khai
thác có thể lắp đặt số trạm gốc của hệ thống IS-95 CDMA ít hơn số site của hệ thống
AMPS để tiết kiệm chi phí triển khai ban đầu. Nếu tỷ số này vào khoảng 1-3 thì có thể
gọi đó là một mức phủ chồng (1:3) tương ứng với tỷ số (B:A), (Hình 3.6).

Trong trường hợp này, các thuê bao IS-95 CDMA có thể được đặt trong một khu
vực có tín hiệu AMPS mạnh trong khi đang cố gắng thu một tín hiệu CDMA yếu từ
một khoảng cách xa. Bởi bán kính cell của hệ thống AMPS chỉ bằng 2/3 bán kính cell
của hệ thống IS-95 CDMA. Trong thực tế, nếu hệ thống này thuộc một mạng lưới
chung với một mức chồng phủ là (1:3) thì các trạm gốc hệ thống AMPS không có các
máy phát IS-95 CDMA lắp chung sẽ nằm ở điểm chính giữa cách đều các trạm gốc IS95 CDMA. Điều này cho phép các khu vực có tín hiệu CDMA yếu được phủ sóng bởi
các site gốc AMPS được lắp đặt ở đó.

Hình 2.7. Sự chồng phủ giữa hệ thống AMPS với hệ thống CDMA có site lớn hơn.
(các cell đánh dấu “a” là các site CDMA có khả năng không bị gây nhiễu)

23


Nên chú ý rằng, khi triển khai hệ thống IS-95 CDMA, để giảm nhiễu giữa các
trạm gốc hệ thống AMPS và hệ thống IS-95 CDMA của cùng một nhà khai thác thì tỷ
lệ phù hợp nhất là (1:1). Nhưng giải pháp này cũng không hoàn toàn loại bỏ được
nhiễu. Vẫn còn có khả năng một thuê bao CDMA có thể gặp phải nhiễu khi ở trong
một vùng lân cận với một cell của một nhà khai thác khác mà vùng này lại có tín hiệu
CDMA mong muốn rất yếu. Một tình trạng thường gặp trong thực tế là các khu vực có
lưu lượng thông tin cao sẽ thu hút các cell từ phía cả hai nhà khai thác. Khi đó, các khu
vực này sẽ được lắp đặt nhiều trạm gốc của hệ thống IS-95 CDMA với mật độ phù
hợp và chúng sẽ tạo ra một tín hiệu CDMA đủ mạnh để khắc phục những vấn đề nhiễu
này.
Khi một thuê bao của hệ thống IS-95 CDMA nằm trong một site của hệ thống
AMPS mà site đó lại không được đặt chung trạm gốc nào của hệ thống CDMA thì thuê
bao đó có thể hoặc không thể bị gây nhiễu. Điều này phụ thuộc vào số, mức và tần số
sóng mang và độ mạnh của chính tín hiệu CDMA đó. Thực tế cho thấy nhiễu có thể
được giảm đi bằng cách giảm mức tín hiệu AMPS hay tăng mức tín hiệu CDMA. Với
cách tăng tín hiệu CDMA thì có thể được thực hiện một cách đơn giản bằng việc tăng

thêm một hay nhiều vị trí đặt máy phát IS-95 CDMA ngay vùng lân cận của bất kì một
máy phát AMPS nào có khả năng gây nhiễu.
Gần đây, một sự thay đổi đặc biệt đối với chuẩn IS-98A đã được đề nghị đó là
cần địa chỉ hoá cho việc xuyên điều chế được cải thiện trong máy thu thuê bao. Sự
thay đổi này cho phép mở rộng dải tần hoạt động của máy thu thuê bao, hoặc bằng
cách sử dụng bộ suy giảm điều chỉnh được, hoặc một bộ suy giảm có chuyển mạch ở
đầu vào máy thu. Khi sử dụng một trong những bộ suy giảm này sẽ dẫn đến một sự
suy hao xấp xỉ 20dB để thuê bao có thể hoạt động trong một môi trường có tín hiệu
khoẻ. Nhà khai thác vẫn phải quản lý độ mạnh của tín hiệu CDMA ở một mức tối
thiểu phù hợp với các mức nhiễu đã được dự đoán rằng có thể gặp phải.
Đối với dải 1.9GHz thì khả năng sinh ra nhiễu ISI là loại bức xạ cần phải được
chú ý. Bởi vì, nhìn chung mức công suất mà càng thấp thì các suy hao đường truyền
càng cao và trong môi trường đó thì không thể có được độ chồng phủ cân bằng. Vẫn
phải có một vài giải pháp trong quá trình thiết kế để đưa ra các phương pháp giám sát
nhiễu ở dìa băng 1.9GHz, nơi mà hai nhà khai thác gặp nhau với các lưới định vị (site)
khác nhau.
Tóm lại, cách tốt nhất để thiết kế một vùng phủ sóng cho hệ thống IS-95
CDMA là triển khai theo tỉ lệ (1:1). Dù vậy, vẫn phải phải xem lại sự bố trí site của hệ
thống AMPS trong các khu vực phủ sóng CDMA yếu hơn. Nếu nhà khai thác lựa chọn
việc triển khai ban đầu với mật độ thấp hơn bằng cách giảm bớt một vài thứ so với hệ
thống được triển khai theo tỉ lệ (1:1) thì các biên của hai hệ thống A và B sẽ phải được
thiết kế cẩn thận cho việc điều khiển nhiễu. Nếu mong muốn có một chi phí đầu vào

24


thấp hơn thì việc triển khai một hệ thống với tỉ lệ (1:1) với các cell vô hướng sẽ tốt
hơn việc triển khai một hệ thống với tỉ lệ (1:3) hay cao hơn nữa.
Nhiễu giữa các thuê bao
Tính nguy hại của xuyên nhiễu giữa các thuê bao phụ thuộc vào mật độ thuê

bao của mỗi hệ thống và khoảng cách giữa chúng. Do cả máy phát gây nhiễu và máy
thu bị gây nhiễu luôn di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác và ở các vị trí ngẫu nhiên
có liên quan đến các máy khác. Khả năng gây nhiễu cũng phụ thuộc vào khả năng điều
khiển công suất của các máy phát thuê bao gây nhiễu và máy thu thuê bao bị gây
nhiễu.
Bảng 2.1. Sự so sánh nhiễu ngoài băng

Khoảng cách giữa các anten
Suy hao đường truyền
Các tần số phát Tx khác
nhau với các hệ thống
FDMA/TDMA
Các tần số phát Tx khác
nhau với các hệ thống
CDMA
Suy hao do phân cực vuông
góc của anten

Trạm thuê bao tới trạm Trạm gốc đến trạm
thuê bao
gốc
Thay đổi
Cố định
Thay đổi
Cố định
Một trên một thuê bao
(sóng mang băng hẹp)

>1 trên một trạm gốc

1 trên một thuê bao

≥ 1 trên một trạm gốc

Thay đổi

Cố định

Bảng 2.1 cho thấy, nhiễu giữa các trạm thuê bao nhìn chung là ít hơn so với giữa các
trạm gốc khi xét về cùng một khía cạnh nào đó.
Do xuyên điều chế đòi hỏi phải có hai hay nhiều tín hiệu gây nhiễu ở một đoạn
tần số xác định nên khả năng sinh ra nhiễu vì thế mà rất thấp. Do vậy, rất hợp lý khi
kết luận rằng, hầu hết các xuyên nhiễu giữa thuê bao với thuê bao đều gây ra bởi các
phát xạ đơn biên từ máy phát. Ở các khu vực có mật độ thuê bao trên tuyến giao thông
cao như trung tâm thương mại, chợ búa, ga tàu…thì có thể đủ để gây ra ảnh hưởng xấu
đến chất lượng của cuộc gọi hoặc gây ra một cuộc gọi rớt.
Có rất ít phương pháp để thực hiện việc ngăn chặn xuyên nhiễu giữa các thuê bao
ngoài cách xác định trước khả năng sinh ra nhiễu trong cơ cấu vật lý của khối thuê bao
gây nhiễu và thuê bao bị gây nhiễu để đưa ra sự cách ly phù hợp. Tuy nhiên, cách này
dường như không thể thực hiện được do các yêu cầu về tính năng của thuê bao. Các
quy hoạch về tần số cũng có thể thay đổi để giúp ngăn chặn sự xuyên nhiễu trong một
vùng nào đó. Và phương pháp này phụ thuộc vào độ phức tạp của công nghệ. Tuy
25