CHƯƠNG 2

KHÁI NIỆM HỆ THỐNG DI ĐỘNG TẾ BÀO-CƠ SỞ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Mục đích thiết kế của các hệ thống vô tuyến di động ban đầu là đạt được một vùng phủ sóng rộng bằng việc sử dụng duy nhất một máy phát công suất cao bởi một giá ăng ten trên một tòa tháp cao. Trong khi đó cách tiếp cận này đạt được vùng phủ rất tốt, nó cũng có nghĩa là không có khả năng tái sử dụng cùng các tần số đó trên toàn hệ thống, từ đó bất kỳ các cố gắng nào để đạt được tái sử dụng tần số sẽ dẫn đến hậu quả là nhiễu. Ví dụ, hệ thống di động Bell ở thành phố New York trong những năm 1970 chỉ có thể hỗ trợ tối đa đồng thời 12 cuộc gọi qua hàng ngàn dặm vuông. Đối mặt với sự kiện mà các tác dụng điều tiết của chính phủ không thể tạo các sự cung cấp phổ cân xứng để tăng ngay lập tức các dịch vụ di động, điều đó đã trở nên cấp bách để tổ chức lại hệ thống điện thoại vô tuyến nhằm đạt được dung lượng cao với các phổ vô tuyến giới hạn, trong khi tại cùng thời điểm bao phủ diện tích rất lớn.

2.1 Giới thiệu

Khái niệm hệ thống điện thoại tế bào là một giải pháp chính trong việc giải quyết vấn đề đụng độ phổ và dung lượng người dùng. Nó đã cung cấp các dung lượng rất cao trong một phổ được cấp giới hạn mà không có bất kỳ sự thay đổi công nghệ chính nào. Khái niệm hệ thống điện thoại tế bào là một khái niệm mức hệ thống mà các cuộc gọi đối với việc thay thế một trạm phát công suất cao (tế bào lớn) với nhiều trạm phát công suất nhỏ (tế bào nhỏ), mỗi tế bào cung cấp vùng phủ đến chỉ một phần nhỏ của vùng phục vụ. Mỗi trạm gốc được cấp một phần của tổng số các kênh có sẵn trên toàn bộ hệ thống, và các trạm gốc liền kề được gán các nhóm các kênh khác nhau để tất cả các kênh có sẵn được gán cho một số lượng nhỏ các trạm gốc lân cận. Các trạm gốc lân cận được gán các nhóm kênh khác nhau để nhiễu giữa các trạm gốc (và các người dùng di động dưới sự điều khiển của chúng) được tối thiểu. Bằng một cách có hệ thống khoảng cách các trạm gốc và các nhóm kênh của chúng thông qua một thị trường, các kênh có sẵn được phân phối thông qua các vùng địa lý và có thể được tái sử dụng nhiều lần nếu như cần thiết, miễn là nhiễu đồng kênh giữa các trạm được giữ dưới mức chấp nhận được.

1

Khi nhu cầu đối với dịch vụ tăng (thí dụ thêm một kênh trong một thị trường riêng), số lượng các trạm gốc có thể được tăng (cùng với một sự giảm tương ứng trong công suất trạm máy phát để tránh thêm nhiễu), do đó việc cung cấp thêm dung lượng vô tuyến mà không tăng thêm phổ vô tuyến. Nguyên lý cơ bản này là cơ sở đối với tất cả các các hệ thống truyền thông không dây hiện đại, từ đó nó cho phép một số lượng các kênh cố định để phục vụ một số lượng lớn các thuê bao tùy ý bằng việc tái sử dụng các kênh xuyên suốt vùng phủ sóng. Hơn nữa, khái niệm hệ thống điện thoại tế bào cho phép mỗi phần của thiết bị thuê bao trong một nước hay lục địa được chế tạo với cùng một tập các kênh, để bất kì thiết bị di động nào có thể được dùng bất kì đâu trong vùng.

2.2 Sự tái sử dụng tần số

Các hệ thống điện thoại vô tuyến tế bào dựa trên sự cấp phát thông minh và tái sử dụng các kênh xuyên suốt trong một vùng phủ sóng. Mỗi trạm gốc trong hệ thống điện thoại tế bào được cấp một nhóm các kênh vô tuyến được dùng trong một vùng địa lý nhỏ được gọi là Tế bào. Các trạm gốc trong các Tế bào liền kề được gán các nhóm kênh mà chứa các kênh khác biệt hoàn toàn so với các Tế bào lân cận. Các ăng ten trạm gốc được thiết kế để đạt được vùng phủ mong muốn trong một Tế bào cụ thể. Bằng việc giới hạn vùng phủ trong các biên của một Tế bào, các nhóm kênh giống nhau có thể được dùng trong các Tế bào khác nhau mà được tách rời ra từ một Tế bào khác nữa bởi các khoảng cách đủ lớn để giữ nhiễu ở mức giới hạn có thể chịu được. Quá trình thiết kế chọn lựa và cấp phát các nhóm kênh đối với tất cả các trạm gốc trong hệ thống điện thoại tế bào trong một hệ thống được gọi là sự tái sử dụng tần số hay hoạch định tần số.

Hình 2.1 mô tả khái niệm của tái sử dụng tần số trong hệ thống điện thoại tế bào, ở đây các tế bào được gán với cùng chữ cái dùng cùng nhóm các kênh. Hoạch định tái sử dụng tần số được che phủ dựa trên một bản đồ để chỉ thị ở đâu các kênh tấn số khác nhau được sử dụng. Tế bào hình lục giác được biểu diễn trong hình 2.1 là khái niệm và là mô hình đơn giản của vùng phủ sóng vô tuyến đối với mỗi trạm gốc, nhưng nó đã được chấp nhận phổ biến khi hình sáu cạnh cho phép dễ dàng quản lý, được phân tích của một hệ thống điện thoại vô tuyến tế bào. Vùng phủ sóng vô tuyến thực sự của một Tế bào được biết như là footprint và được xác định từ các phép đo trường hay sự lan truyền các mô hình nói trước. Mặc dù footprint

2

thực là không có hình dạng nhất định trong tự nhiên, hình dáng của một Tế bào theo nguyên tắc là cần thiết đối với thiết kế hệ thống có hệ thống và sự thích nghi với các phát triển trong tương lai. Trong khi đó nó phải có vẻ như tự nhiên để chọn một vòng để thể hiện vùng phủ của một trạm gốc, các vòng lân cận không thể bị che phủ theo một bản đồ không có những khe hở còn lại hay tạo ra các vùng trùng lặp.

Hình 2.1 Minh họa khái niệm tái sử dụng tần số trong Cellular. Các Tế bào với cùng chữ cái sử dùng cùng tập các tần số. Một cụm các Tế bào được phác thảo rõ và được tái tạo qua vùng phủ sóng. Trong ví dụ này, kích thước cụm, N, bằng 7 và hệ số tái sử dụng tần số là 1/7 khi đó mỗi Tế bào chứa 1/7 của tổng số các kênh có sẵn.

Do đó, khi xem xét các hình hình học mà chứa toàn bộ vùng không chồng chéo và với các vùng bằng nhau, có ba sự chọn lựa : một hình vuông, một hình tam giác đều, và một hình lục giác đều. Một Tế bào phải được thiết kế để phục vụ các điện thoại di động yếu nhất trong footprint, và những cái này được xác định tại biên của Tế bào. Đối với một khoảng cách nhất định giữa trung tâm của đa giác và

3

các điểm xa nhất trên chu vi của nó, hình lục giác có diện tích lớn nhất trong ba hình. Như vậy, bằng việc sử dụng hình lục giác, ít nhất số lượng các Tế bào có thể bao phủ một vùng địa lý, và hình lục giác gần đúng nhất với một mô hình bức xạ vòng tròn mà sẽ xảy ra đối với ăng ten trạm gốc và không gian lan truyền rỗi. Dĩ nhiên, footprint của Cellular thực sự được xác định bởi đường viền mà trong đó một máy phát nhất định phục vụ tốt các điện thoại di động.

Khi dùng các hình lục giác để mô hình hóa các vùng phủ sóng, các máy phát trạm gốc được mô tả hoặc như đang trong trung tâm của Tế bào (các Tế bào kích thích trung tâm) hoặc trên ba trong số sáu đỉnh của Tế bào (các Tế bào kích thích biên). Thông thường, các ăng ten Omni-directional được dùng trong các Tế bào kích thích trung tâm và các ăng ten hướng khu vực được dùng trong các Tế bào kích thích góc. Những sự xem xét có tính chất luyện tập thường không cho phép các trạm gốc được đặt chính xác như chúng xuất hiện trong bố trí hình lục giác. Hầu hết các thiết kế hệ thống cho phép một trạm gốc được định vị lên đến ¼ đường kính Tế bào cách vị trí lý tưởng.

Để hiểu khái niệm tái sử dụng tần số, ta xem xét một hệ thống Cellular mà có tổng số S các kênh song công có sẵn để sử dụng. Nếu mỗi tế bào được cấp một nhóm k kênh (k < S), và nếu các S kênh được phân chia giữa các N tế bào thành các nhóm kênh duy nhất và các nhóm phân chia mà mỗi nhóm đều có cùng một số kênh,tổng số của các kênh vô tuyến có sẵn có thể được thể hiện như

S = kN (2.1)

N các Tế bào mà sử dụng hoàn thiện một tập các tần số có sẵn được gọi là một cụm hay Cluster. Nếu một cụm được nhân rộng M lần trong hệ thống, thì tổng số các kênh song công, C, có thể được dùng khi đo dung lượng và được cho bởi

C = M k N = M S (2.2)

Như chúng ta đã thấy ở công thức 2.2, dung lượng của hệ thống Cellular tỷ lệ trực tiếp với số lần một cụm được nhân rộng trong một vùng phục vụ cố định. Hệ số N được gọi là kích thước cụm và điển hình bằng 4, 7, hay 12. Nếu kích thước cụm N bị giảm trong khi kích thước Tế bào được giữ không đổi, thêm các cụm được yêu cầu để bao phủ một vùng nhất định và do đó thêm dung lượng (một giá trị lớn hơn C). Một kích thước cụm lớn chỉ ra rằng tỷ lệ giữa bán kính tế bào và

4

khoảng cách giữa các tế bào đồng kênh là lớn. Ngược lại, một cụm kích thước nhỏ chỉ ra rằng các tế bào đồng kênh được đặt gần nhau hơn. Giá trị đối với N là một hàm của bao nhiêu nhiễu một điện thoại di động hay trạm gốc có thể chịu được trong khi vẫn duy trì chất lượng thông tin liên lạc. Từ một quan điểm thiết kế, giá trị của N nhỏ nhất có thể được trông chờ để dung lượng là cực đại qua một vùng phủ sóng nhất định(thí dụ C cực đại trong phương trình 2.2). Hệ số tái sử dụng tần số của hệ thống Cellular được cho bởi 1/N, khi đó mỗi Tế bào trong một cụm chỉ được gán 1/N tổng số các kênh có sẵn trong hệ thống.

Do thực tế rằng hình lục giác của hình 2.1 có chính xác sáu lân cận cách đều và để các đường tham gia vào trung tâm của bất kì tế bào nào và mỗi lân cận được phân biệt bởi bội số của 600, chỉ có các kích thước cụm nhất định và các cách bố trí Tế bào mà khả thi. Để phân bổ kết nối mà không có khe hở nào giữa các tế bào lân cận – các hình lục giác mà số các Tế bào trên cụm, N, chỉ có thể có các giá trị mà thỏa mãn công thức (2.3).

N = i2 + ij + j2 (2.3)

Ở đây i và j là các số nguyên không âm. Để tìm các đồng kênh lân cận gần nhất của một tế bào riêng biệt, phải làm như sau: (1) di chuyển i tế bào dọc theo bất kì chuỗi lục giác nào và sau đó (2) quay 600 ngược chiều kim đồng hồ và di chuyển j tế bào. Điều này được minh họa trong hình 2.2 đối với i = 3 và j=2 (ví dụ, N = 19).

5

Hình 2.2 Phương thức xác định các Tế bào đồng kênh trong hệ thống Cellular. Trong ví dụ này, N = 19 (thí dụ i=3, j=2)

Ví dụ 2.1 : Nếu tổng 33MHz của băng thông được cấp một hệ thống điện thoại cellular FDD riêng biệt mà dùng hai kênh đơn giản 25 KHz để cung cấp song công thoại và các kênh điều khiển, tính toán số lượng các kênh có sẵn trên tế bào nếu một hệ thống sử dụng (a) 4 tế bào tái sử dụng, (b) 7 tế bào tái sử dụng, (c) 12 tế bào tái sử dụng. Nếu 1 MHz của phổ được cấp được chỉ định cho các kênh điều khiển, xác định một sự phân phối cân bằng của các kênh điều khiển và các kênh thoại trong mỗi tế bào đối với mỗi hệ thống trong 3 hệ thống.

Giải ví dụ 2.1

Ta có: Tổng băng thông = 33MHzBăng thông kênh = 25kHz x 2 kênh đơn = 50 kHz/ kênh song côngTổng các kênh có sẵn = 33000/50 = 660 kênh

(a) Đối với N = 4,Tổng số các kênh có sẵn trên một tế bào = 660/4 ~ 165 kênh

(b)Đối với N = 7,Tổng số các kênh có sẵn trên một tế bào = 660/7 ~ 95 kênh.

(c) Đối với N = 12,Tổng số các kênh có sẵn trên một tế bào = 660/12 ~ 55 kênh

6

Phổ tần 1MHz cho các kênh điều khiển nghĩa là có 1000/50 = 20 kênh điều khiển trong số 660 kênh có sẵn. Để phân phối đồng đều các kênh điều khiển và các kênh thoại, một cách đơn giản là cấp cùng số các kênh trong mỗi tế bào ở bất cứ nơi nào có thể. Ở đây, 660 kênh phải được phân phối đồng đều đến mỗi tế bào trong cụm. Trong thực tế, chỉ có 640 kênh thoại sẽ được cấp, từ đó các kênh điều khiển được cấp riêng biệt một kênh trên một tế bào.

(a) Đối với N = 4, chúng ta có thể có 5 kênh điều khiển và 160 kênh thoại trên một tế bào. Trên thực tế, tuy nhiên, mỗi tế bào chỉ cần một kênh điều khiển độc lập (kênh điều khiển có khoảng cách tái sử dụng lớn hơn các kênh thoại). Như vậy, một kênh điều khiển và 160 kênh thoại sẽ được gán cho mỗi tế bào.

(b) Đối với N = 7, 4 tế bào với 3 kênh điều khiển và 92 kênh thoại, 2 tế bào với 3 kênh điều khiển và 90 kênh thoại, và 1 tế bào với 2 kênh điều khiển và 92 kênh thoại có thể được cấp. Trong thực tế, mỗi tế bào sẽ có một kênh điều khiển, 4 tế bào sẽ có 91 kênh thoại, và 3 tế bào sẽ có 92 kênh thoại.

(c) Đối với N = 12, chúng ta có thể có 8 tế bào với 2 kênh điều khiển và 53 kênh thoại, và 4 tế bào với 1 kênh điều khiển và 54 kênh thoại ở mỗi tế bào. Trong một hệ thống thật, mỗi tế bào sẽ có một kênh điều khiển, 8 tế bào sẽ có 53 kênh thoại, và 4 tế bào sẽ có 54 kênh thoại.

2.3 Các chiến lược cấp kênh

Để sử dụng hiệu quả các phổ tần vô tuyến, một mô hình tái sử dụng tần số mà phù hợp với các mục đích của việc tăng dung lượng và tối thiểu nhiễu được yêu cầu. Các chiến lược cấp kênh khác nhau được phát triển để đạt được các mục đích này. Các chiến lược cấp kênh có thể được phân loại như là cố định hay tự động. Sự lựa chọn chiến lược cấp kênh ảnh hưởng đến hiệu năng của hệ thống, một cách cụ thể như cách các cuộc gọi được quản lý khi người dùng di động chuyển từ một tế bào đến một tế bào khác.

Trong chiến lược cấp kênh cố định, mỗi tế bào được cấp một tập các kênh thoại được xác định trước. Bất kì cuộc gọi nào muốn kết nối trong tế bào chỉ có thể được phục vụ bởi các kênh không được dùng trong tế bào riêng biệt nào đó. Nếu tất cả các kênh trong tế bào đó bị chiếm, cuộc gọi bị khóa và thuê bao không nhận

7

được dịch vụ. Tồn tại một vài biến thể của chiến lược cấp kênh cố định. Trong một cách tiếp cận, được gọi là chiến lược mượn, một tế bào được phép mượn các kênh từ một tế bào lân cận nếu tất cả các tế bào thuộc sở hữu của nó đã bị chiếm. Các trung tâm chuyển mạch di động (MSC) giám sát các thủ tục mượn như vậy và đảm bảo rằng việc mượn một kênh không phá vỡ hay can thiệp với bất kì các cuộc gọi nào trong tế bào cho mượn.

Trong chiến lược cấp kênh động, các kênh thoại không được cấp cho các tế bào khác một cách cố định. Thay vào đó, mỗi lần yêu cầu cuộc gọi được tạo, trạm gốc phục vụ yêu cầu một kênh từ MSC. Chuyển mạch sau đó cấp một kênh cho tế bào yêu cầu theo một thuật toán mà đưa vào tài khoản có khả năng khóa trong tương lai trong tế bào, tần số sử dụng của kênh ứng cử, khoảng cách tái sử dụng của kênh, và các chức năng tính phí khác.

Một cách phù hợp, MSC chỉ cấp một tần số nhất định nếu tần số đó không sử dụng trong tế bào hay bất kì tế bào nào khác mà rơi trong khoảng cách hạn chế tối thiểu của tái sử dụng tần số để tránh nhiễu đồng kênh. Sự cấp phát kênh động giảm khả năng khóa cuộc gọi, mà tăng dung lượng trung kế của hệ thống, từ đó tất cả các kênh có sẵn trong một thị phần có thể truy cập đến tất cả các tế bào. Các chiến lược cấp kênh động yêu cầu MSC thu thập các dữ liệu thời gian thực trên kênh chiếm dụng, phân phối lưu lượng, và chỉ thị độ mạnh của tín hiệu vô tuyến (RSSI) của tất cả các kênh trên một cách liên tục. Điều này làm tăng sự lưu trữ và tải tính toán trên hệ thống nhưng cung cấp các thuận lợi là tăng sự sử dụng kênh và giảm xác suất một cuộc gọi bị khóa.

8

Hình 2.3 : Minh họa trường hợp chuyển giao tại biên của tế bào

2.4 Các chiến lược chuyển giao

Khi một thuê bao di động di chuyển vào một tế bào khác trong khi một cuộc đàm thoại đang diễn ra, MSC tự động chuyển cuộc gọi sang một kênh mới thuộc trạm gốc mới. Hoạt động chuyển giao này không chỉ liên quan đến việc xác định một trạm gốc mới, mà còn yêu cầu để các tín hiệu thoại và tín hiệu điều khiển được cấp cho các kênh liên kết với trạm gốc mới.

9

Việc xử lý chuyển giao là một hoạt động quan trọng trong bất kì hệ thống vô tuyến cellular nào. Nhiều chiến lược chuyển giao ưu tiên các yêu cầu chuyển giao qua các yêu cầu bắt đầu cuộc gọi khi cấp các kênh không sử dụng trong vị trí một tế bào. Các sự chuyển giao phải được thi hành thành công và có thể không thường xuyên, và các người dùng không thể nhận thấy. Để đạt được các yêu cầu này, những người thiết kế hệ thống phải chỉ định một mức tín hiệu tối ưu mà tại đó bắt đầu một chuyển giao. Một khi một mức tín hiệu được chỉ định là một tín hiệu khả dụng tối thiểu đối với chất lượng thoại có thể chấp nhận được tại máy nhận của trạm gốc (thường được lấy giữa -90 dBm và -100 dBm), một mức độ tín hiệu mạnh hơn được dùng như một ngưỡng mà tại đó chuyển giao được tạo ra. Khoảng này, được cho bởi ∆ = Pr handoff - Pr minimum usable , không thể quá lớn hay quá nhỏ. Nếu ∆ quá lớn, các chuyển giao không cần thiết mà tạo gánh nặng cho MSC, và nếu ∆ quá nhỏ, có thể thiếu thời gian để hoàn thành chuyển giao trước khi cuộc gọi bị mất kết nối bởi các điều kiện sóng yếu. Do đó, ∆ được chọn cẩn thận để đạt được các yêu cầu đối lập này. Hình 2.3 minh họa một trường hợp chuyển giao. Hình 2.3 (a) chứng tỏ trường hợp mà ở đây một chuyển giao không được tạo ra và tín hiệu ở dưới mức tối thiểu có thể chấp nhận được để giữ cho kênh hoạt động. Sự kiện cuộc gọi bị mất có thể xảy ra khi có một độ trễ quá mức bởi MSC trong việc cấp phát một chuyển giao, hay khi ngưỡn ∆ được đặt quá nhỏ đới với thời gian chuyển giao trong hệ thống. Độ trễ quá mức có thể xảy ra trong các điều kiện lưu lượng cao do việc tải tính toán tại MSC hay do thực tế không có các kênh có sẵn nào trên bất kì các trạm gốc nào gần đó (do đó buộc MSC đợi đến khi một kênh trong một tế bào gần đó rỗi).

Trong việc quyết định khi nào chuyển giao, điều quan trọng là đảm bảo rằng sự giảm mức tín hiệu đo được không phải do pha đing tại thời điểm đó mà do thuê bao di động thực sự đang di chuyển xa trạm gốc phục vụ. Để đảm bảo điều này, trạm gốc giám sát mức tín hiệu trong một khoảng thời gian nhất định trước khi sự chuyển giao được bắt đầu. Giá trị trung bình của phép đo độ mạnh tín hiệu đang hoạt động này nên được tối ưu hóa để có thể tránh được các chuyển giao không cần thiết, trong khi đảm bảo các chuyển giao cần thiết phải được hoàn tất trước khi một cuộc gọi kết thúc do mức tín hiệu yếu. Khoảng thời gian cần để quyết định nếu một chuyển giao là cần thiết phụ thuộc vào tốc độ mà tại đó xe đang di chuyển. Nếu độ dốc trong một khoảng ngắn trung bình tín hiệu nhận được trong một khoảng thời

10

gian nhất định là quá cao, mà có thể được dùng trong các quyết định chuyển giao, cũng có thể được tính từ sự thống kê tín hiệu pha đing nhận được trong một khoảng ngắn tại trạm gốc.

Thời gian mà qua đó một cuộc gọi có thể được duy trì trong một tế bào, không chuyển giao, được gọi là thời gian dừng. Thời gian dừng của một người dùng riêng biệt được ảnh hưởng bởi các nhân tố, mà bao gồm sự truyền lan, nhiễu, khoảng cách giữa các thuê bao và trạm gốc, và các ảnh hưởng của biến đổi thời gian khác. Chương 4 biểu diễn rằng ngay cả khi một người dùng di động đứng im, sự di chuyển xung quanh trong một vùng lân cận của trạm gốc và điện thoại có thể tạo ra pha đing, do đó thậm chí một thuê bao đứng yên có thể có một thời gian dừng ngẫu nhiên hữu hạn. Sự phân tích trong [Rap93b] chỉ ra rằng thống kê của sự biến đổi thời gian dừng lớn, phụ thuộc vào tốc độ người dùng và loại vùng phủ sóng vô tuyến. Ví dụ, trong các tế bào hoàn thiện mà cung cấp vùng phủ sóng đối với các người dùng sử dụng xe trên đường cao tốc, hầu hết các người dùng đều hướng đến một quan hệ tốc độ không đổi và lan truyền dọc theo các tuyến cố định và xác định rõ với vùng phủ sóng vô tuyến tốt. Trong trường hợp như vậy, thời gian dừng đối với một người dùng tùy ý là một biến ngẫu nhiên với một sự phân bố mà được tập trung về ý nghĩa của thời gian dừng. Mặt khác, đối với mật độ người dùng lớn, các môi trường microcell tắc nghẽn, có một sự biến đổi lớn thời gian dừng về ý nghĩa, và các thời gian dừng thường ngắn hơn tế bào hình học nếu không đề nghị. Rõ ràng rằng các sự thống kê thời gian dừng là quan trọng trong thiết kế của các thuật toán chuyển giao trên thực tế.

Trong các hệ thống cellular tương tự thế hệ đầu tiên, các phép đo độ mạnh tín hiệu được thực hiện bởi các trạm gốc và được giám sát bởi MSC. Mỗi trạm gốc thông thường giám sát độ mạnh tín hiệu của tất cả các kênh thoại của nó để xác định quan hệ vị trí của mỗi người dùng di động liên hệ đối với trạm gốc. Ngoài ra để đo RSSI của các cuộc gọi đang hoạt động trong tế bào, một bộ nhận dự phòng trong mỗi trạm gốc, được gọi là bộ nhận vị trí, được dùng để xác định độ mạnh tín hiệu của các người dùng di động mà đang ở trong các tế bào lân cận. Bộ nhận định vị trí được điều khiển bởi MSC và được sử dụng để giám sát độ mạnh tín hiệu của các người dùng trong các Tế bào lân cận mà xuất hiện để cần đến trong chuyển giao và báo các các giá trị RSSI đến MSC. Dựa vào thông tin độ mạnh tín hiệu từ

11

bộ nhận định vị trí từ mỗi trạm gốc, MSC quyết định nếu một chuyển giao cần thiết hoặc không.

Trong các hệ thống thế hệ thứ hai mà sử dụng công nghệ TDMA số, các quyết định chuyển giao được điện thoại di động hỗ trợ. Trong các điện thoại di động hỗ trợ chuyển giao (MAHO), mỗi trạm di động đo công suất nhận từ quanh trạm gốc và tiếp tục báo các kết quả của các phép đo này đến trạm gốc phục vụ. Một chuyển giao được bắt đầu khi công suất nhận được từ trạm gốc của tế bào lân cận bắt đầu vượt qua công suất nhận từ trạm gốc hiện tại bằng một mức nhất định hay trong một khoảng thời gian nhất định. Phương thức MAHO cho phép cuộc gọi được chuyển giao giữa các trạm gốc với tốc độ nhanh hơn nhiều so với các hệ thống tương tự thế hệ đầu tiên từ đó các phép đo chuyển giao được thực hiện bởi mỗi điện thoại di động, và MSC không còn giám sát thường xuyên độ mạnh tín hiệu. MAHO là phù hợp đối với môi trường hệ thống microcell mà ở đó các chuyển giao là thường xuyên.

Trong suốt quá trình một cuộc gọi, nếu một máy di động di chuyển từ một hệ thống cellular đến một hệ thống cellular khác được điều khiển bằng một MSC khác, một sự chuyển giao liên hệ thống là cần thiết. Một MSC tham gia vào một chuyển giao hệ thống khi tín hiệu điện thoại trở nên yếu trong một tế bào nhất định và MSC không thể tìm thấy bất cứ tế bào nào khác trong hệ thống của nó để mà nó có thể chuyển giao cuộc gọi đang diễn ra. Có nhiều vấn đề mà phải được giải quyết khi thực thi một chuyển giao hệ thống. Đối với trường hợp, một cuộc gọi nội bộ có thể trở thành một cuộc gọi đường dài khi điện thoại di động di chuyển ra khỏi hệ thống hiện tại của nó và trở thành một khách trong một hệ thống lân cận. Như vậy, sự tương thích giữa hai MSC phải được xác định trước khi thực hiện một chuyển giao liên hệ thống. Chương 9 chứng tỏ cách các chuyển giao hệ thống được triển khai trong thực tế.

Các hệ thống khác nhau có các chính sách và phương thức khác nhau cho việc quản lý các yêu cầu chuyển giao. Vài hệ thống điều khiển các yêu cầu chuyển giao theo cùng cách thức chúng điều khiển các cuộc gọi. Trong hệ thống như vậy, xác suất để một yêu cầu chuyển giao sẽ không được phục vụ bởi một trạm gốc mới bằng với xác suất chặn các cuộc gọi đến. Tuy nhiên, từ quan điểm người dùng, có một cuộc gọi bị ngắt đột ngột trong khi đang đàm thoại gây phiền nhiễu hơn là

12

thỉnh thoảng khóa một cuộc gọi mới bắt đầu có gắng vào mạng. Để cải thiện chất lượng dịch vụ như nhận thức của các người dùng, các phương thức khác nhau đã được nghĩ ra để phân quyền ưu tiên các yêu cầu chuyển giao thông qua các yêu cầu bắt đầu cuộc gọi khi đang cấp các kênh thoại.

2.4.1 Phân quyền ưu tiên các chuyển giao

Một phương thức để đưa ra sự phân quyền cho các chuyển giao được gọi là khái niệm kênh bảo vệ, theo đó một phần của tổng số các kênh có sẵn trong một tế bào được dự phòng dành riêng cho các yêu cầu chuyển giao từ các cuộc gọi đến mà có thể được chuyển giao vào tế bào. Phương thức này có bất lợi là giảm tổng lưu lượng được mang, khi một ít kênh được cấp cho các cuộc gọi gốc. Các kênh bảo vệ, tuy nhiên, cung cấp sự sử dụng hiệu quả phổ khi các chiến lược cấp kênh động mà tối thiểu hóa số các kênh bảo vệ được yêu cầu bởi hiệu quả phân bổ dựa trên nhu cầu, được dùng.

Phân quyền các yêu cầu chuyển giao là một phương thức khác để giảm xác suất cưỡng chế kết thúc một cuộc gọi do thiếu các kênh. Có một sự cân bằng giữa việc giảm xác suất cưỡng chế kết thúc cuộc gọi và tổng số lưu lượng được mang. Việc phân quyền các chuyển giao là khả thi do thực tế có một khoảng thời gian hữu hạn giữa thời gian mức tín hiệu rơi dưới ngưỡn chuyển giao và thời gian cuộc gọi bị kết thúc do mức tín hiệu không đủ. Thời gian trễ và kích thước của hàng đợi được xác định từ các thành phần lưu lượng của vùng phục vụ cụ thể. Cần lưu ý rằng việc phân quyền không đảm bảo một xác suất bằng 0 của sự cưỡng chế kết thúc cuộc gọi, từ đó các khoảng trễ lớn sẽ làm cho mức tín hiệu nhận được rơi dưới mức tối thiểu được yêu cầu để duy trì truyền thông và do đó dẫn đến cưỡng chế kết thúc cuộc gọi.

2.4.2 Các vấn đề xem xét chuyển giao thực tế

Trong các hệ thống điện thoại tế bào thực tế, một vài vấn đề phát sinh khi cố gắng thiết kế một dải rộng các vận tốc di động. Những xe vận tốc lớn đi qua vùng phủ sóng của tế bào trong một vài giây, trong khi đó những người dùng đi bộ có thể không bao giờ cần đến một chuyển giao trong suốt một cuộc gọi. Cụ thể với sự thêm vào các microcell để cung cấp dung lượng, MSC có thể nhanh chóng trở nên bị sức ép nếu những người dùng đang di chuyển ở tốc độ cao thường xuyên đi qua

13

giữa các tế bào nhỏ. Một vài mô hình đã được sáng chế để điều khiển lưu lượng truyền đồng thời của các người dùng ở tốc độ cao và người dùng ở tốc độ thấp trong khi tối thiểu sự can thiệp chuyển giao từ MSC. Một sự giới hạn khác nữa trong thực tế là khả năng có được các vị trí tế bào mới.

Mặc dù khái niệm hệ Cellular rõ ràng cung cấp thêm dung lượng thông qua việc bổ sung các vị trí tế bào mới. Trong thực tế là khó khăn cho các nhà cung cấp di động để có được vị trí tế bào vật lý tại các khu vực đô thị. Luật quy hoạch, pháp lệnh, và các rào cản phi kỹ thuật khác thường làm cho nó hấp dẫn hơn cho một nhà cung cấp dịch vụ di động để cài đặt các kênh bổ sung và các trạm gốc ở cùng một vị trí địa lý của một tế bào hiện có, hơn là tìm địa điểm mới.  Bằng cách sử dụng chiều cao ăng-ten khác nhau (thường là trên cùng một tòa nhà hoặc tháp) và mức công suất khác nhau, nó có thể cung cấp các tế bào "lớn" và "nhỏ" được đặt tại một địa điểm duy nhất. Kỹ thuật này được gọi là phương pháp ô tế bào và được sử dụng để cung cấp vùng phủ sóng rộng lớn cho người dùng tốc độ cao trong khi cung cấp vùng phủ sóng nhỏ để người dùng di chuyển ở tốc độ thấp. Hình 2.4 minh họa một ô tế bào là cùng nằm với một số tế bào nhỏ hơn. Phương pháp ô tế bào đảm bảo rằng số lượng của chuyển giao được giảm thiểu cho người dùng tốc độ cao và cung cấp các kênh tế bào nhỏ bổ sung cho người sử dụng là người đi bộ. Tốc độ của mỗi người dùng có thể được ước tính bởi các trạm gốc hoặc MSC bằng cách đánh giá nhanh chóng cường độ tín hiệu trung bình ngắn hạn trên những thay đổi RVC theo thời gian, hoặc nhiều thuật toán phức tạp có thể được sử dụng để đánh giá và phân vùng người sử dụng. Nếu một người sử dụng tốc độ cao trong các ô tế bào lớn đang đến gần các trạm cơ sở, và vận tốc của nó là đang suy giảm dần, các trạm gốc có thể quyết định đến tay người sử dụng vào các tế bào nhỏ cùng địa điểm, mà không có sự can thiệp của MSC.

14

Hình 2.4: Phương pháp chia ô tế bào.

Một vấn đề chuyển giao thực tế khác trong hệ thống tế bào nhỏ được biết đến như tế bào kéo. Kết quả tế bào kéo từ những người dùng đi bộ cung cấp một tín hiệu rất mạnh đến các trạm gốc. Một tình huống như vậy xảy ra trong một môi trường đô thị khi có một tầm nhìn trực thẳng (LOS) đường sóng vô tuyến giữa thuê bao và trạm gốc. Khi người sử dụng di chuyển đi từ các trạm gốc ở một tốc độ rất chậm, cường độ tín hiệu trung bình không phân rã nhanh chóng. Ngay cả khi người dùng đi du lịch vượt ra ngoài phạm vi thiết kế của tế bào, tín hiệu nhận được tại các trạm gốc có thể được ở trên ngưỡng chuyển giao, do đó chuyển giao có thể không được thực hiện. Điều này tạo ra một sự nhiễu điện thế và vấn đề quản lý lưu lượng, kể từ khi người sử dụng trong khi đó đã đi sâu bên trong một tế bào lân cận. Để giải quyết các vấn đề tế bào kéo, ngưỡng chuyển giao và các thông số phủ sóng vô tuyến phải được điều chỉnh một cách cẩn thận.

Trong các hệ thống di động thế hệ tương tự đầu tiên, thời gian điển hình để thực hiện việc chuyển giao, một khi mức tín hiệu được coi là dưới ngưỡng chuyển giao, khoảng 10 giây. Điều này đòi hỏi rằng giá trị cho Δ được đặt từ 6 dB đến 12 dB. Trong hệ thống kỹ thuật số dạng tổ ong mới như GSM, điện thoại di động hỗ trợ với các thủ tục chuyển giao bằng cách xác định các ứng cử viên chuyển giao tốt nhất, và chuyển giao, một khi quyết định được thực hiện, thường đòi hỏi chỉ có 1 hoặc 2 giây. Do đó, d thường là từ 0 dB và 6 dB trong các hệ thống dạng tổ ong hiện đại. Quá trình chuyển giao nhanh hơn hỗ trợ một phạm vi lớn hơn nhiều các tùy chọn để xử lý người sử dụng tốc độ cao và tốc độ thấp và cung cấp MSC với thời gian đáng kể để "giải cứu" một cuộc gọi là cần chuyển giao.

15

Một tính năng của hệ thống dạng tổ ong mới hơn là khả năng đưa ra quyết định chuyển giao dựa trên một loạt các số liệu cường độ tín hiệu. Đồng kênh và mức độ nhiễu kênh lân cận có thể được đo tại trạm gốc hoặc điện thoại di động, và thông tin này có thể được sử dụng với dữ liệu tiêu chuẩn về cường độ tín hiệu để cung cấp một thuật toán đa chiều để xác định khi chuyển giao là cần thiết. 

IS-95 đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) hệ thống trải phổ dạng tổ ong được mô tả trong Chương 10, cung cấp một dung lượng chuyển giao duy nhất mà không thể được cung cấp với các hệ thống không dây khác. Không giống như các hệ thống kênh không dây phân công các kênh vô tuyến khác nhau trong việc chuyển giao (được gọi là việc chuyển giao cứng), trải phổ linh động chia sẻ cùng một kênh trong mọi tế bào. Như vậy, điều kiện chuyển giao không có nghĩa là một sự thay đổi vật lý trong các kênh được giao, nhưng đúng hơn là một trạm gốc khác nhau xử lý các nhiệm vụ liên lạc vô tuyến. Đồng thời đánh giá các tín hiệu nhận được từ một thuê bao duy nhất tại một số trạm gốc lân cận, MSC thực sự có thể quyết định phiên bản của tín hiệu của người dùng là tốt nhất tại bất kỳ thời điểm nào trong thời gian. Kỹ thuật này khai thác sự đa dạng không gian vĩ mô được cung cấp bởi các địa điểm vật lý khác nhau của các trạm gốc và cho phép MSC để làm cho một quyết định "mềm" như phiên bản của tín hiệu của người dùng để vượt qua cùng với PSTN tại bất kỳ trường hợp [Pad94]. Khả năng lựa chọn giữa các tín hiệu nhận được tức thời từ một loạt các trạm gốc được gọi là chuyển giao mềm. 

2.5 Nhiễu và dung lượng của hệ thống

Nhiễu là yếu tố chính hạn chế trong việc thực hiện của các hệ thống vô tuyến dạng tế bào. Nguồn nhiễu bao gồm một điện thoại di động trong cùng một tế bào, một cuộc gọi trong một tế bào lân cận, các trạm gốc khác hoạt động trong cùng một băng tần số, hoặc bất kỳ hệ thống phi tế bào vô tình rò rỉ công suất vào các băng tần dạng tế bào. Nhiễu vào các kênh thoại là nguyên nhân cắt ngang các cuộc nói chuyện, các thuê bao nghe nhiễu là không thích trong quá trình đàm thoại. Trên kênh điều khiển, nhiễu dẫn đến bị mất và bị khóa các cuộc gọi do lổi trong các tín hiệu số. Nhiễu là nghiêm trọng hơn ở các vùng đô thị, do tạp âm lớn hơn và số lượng các trạm gốc và điện thoại di động lớn hơn. Nhiễu đã được công nhận là một nút cổ chai lớn trong nâng cao dung lượng và thường chịu trách nhiệm cho các cuộc gọi bị rơi. Hai loại nhiễu chính của hệ thống phát dạng tế bào là nhiễu đồng

16

kênh và can nhiễu kênh lân cận. Mặc dù tín hiệu nhiễu thường được tạo ra trong hệ thống dạng tế bào, chúng rất khó để kiểm soát trong thực tế (do tính ngẫu nhiên). Thậm chí khó khăn hơn để kiểm soát nhiễu tới các người dùng ngoài băng, chúng phát sinh mà không báo trước. Trong thực tế, các máy phát từ các hãng di động cạnh tranh thường là một nguồn quan trọng của nhiễu ngoài băng, các đối thủ cạnh tranh thường xác định vị trí trạm gốc của họ gần với nhau để cung cấp sự phủ sóng cạnh tranh nhất tới khách hàng.

2.5.2 Nhiễu đồng kênh và dung lượng của hệ thống

Tái sử dụng tần số có nghĩa là trong một khu vực phủ sóng nhất định có một số tế bào sử dụng cùng một tần số. Những tế bào này được gọi là tế bào đồng kênh, và nhiễu giữa các tín hiệu từ các tế bào này được gọi là nhiễu đồng kênh. Không giống như tạp âm chúng có thể được khắc phục bằng cách tăng tỉ lệ tín hiệu-nhiễu (SNR), nhiễu đồng kênh không thể được đấu tranh bằng cách chỉ đơn giản là tăng công suất sóng mang của máy phát. Điều này là bởi vì sự gia tăng nhà cung cấp dịch vụ truyền tải điện năng làm tăng nhiễu tế bào đồng kênh lân cận. Để giảm nhiễu đồng kênh, các tế bào đồng kênh phải được ngăn cách bởi một khoảng cách tối thiểu để cung cấp sự truyền sóng.

Khi kích thước của mỗi tế bào xấp xỉ như nhau, và các trạm gốc truyền cùng công suất, nhiễu đồng kênh là độc lập với công suất được truyền và trở thành một chức năng của bán kính của tế bào (R) và khoảng cách giữa các trung tâm của các tế bào đồng kênh gần nhất (D). Bằng cách tăng tỷ lệ của DIR, sự phân chia không gian giữa các tế bào đồng kênh liên quan đến khoảng cách phủ sóng của một tế bào được tăng lên. Vì vậy nhiễu giảm xuống cách ly được cải thiện công suất RF từ các tế bào đồng kênh. Tham số Q, được gọi là tỷ lệ tái sử dụng đồng kênh, có liên quan đến kích thước nhóm. Đối với một hình học hình lục giác.

(2.4)Một giá trị nhỏ của Q cung cấp dung lượng lớn hơn kể từ khi kích thước

cụm N là nhỏ, trong khi một giá trị lớn của Q được nâng cao chất lượng truyền dẫn, do một mức độ nhỏ hơn của nhiễu đồng kênh. Một sự cân bằng phải được thực hiện giữa hai mục tiêu trong thiết kế tế bào thực tế.

17

Bảng 2.1: Tỷ lệ tái sử dụng đồng kênh cho một vài giá trị của N

I0 là số lượng các tế bào nhiễu đồng kênh. Sau đó, tỷ lệ tín hiệu-nhiễu (S / I hoặc SIR) cho một máy thu di động chúng kiễm tra một kênh chuyển tiếp có thể được diễn tả như sau:

(2.5)Trong đó:

S là công suất tín hiệu mong muốn từ các trạm gốc mong muốnI là công suất nhiễu gây ra bởi  nhiễu đồng kênh thứ i  trạm gốc tế bàoNếu mức độ tín hiệu của tế bào đồng kênh được biết đến, sau đó tỷ lệ S /I

cho liên kết chuyển tiếp có thể được tìm thấy bằng cách sử dụng phương trình (2.5). Sự lan truyền các phép đo trong một kênh vô tuyến di động chứng tỏ rằng cường độ tín hiệu trung bình nhận được tại bất kỳ điểm phân rã như một định luật công suất của khoảng cách tách biệt giữa một máy phát và nhận. Công suất trung bình nhận được tại một khoảng cách d từ các ăng-ten truyền là xấp xỉ bởi

(2.6)hoặc

(2.7)

18

P0 là công suất nhận được tại một điểm tham chiếu đóng trong trường khu vực xa các ăng-ten ở một khoảng cách nhỏ từ các ăng-ten truyền, và n là số mũ mất mát tuyến. Bây giờ hãy xem xét các liên kết chuyển tiếp tín hiệu mong muốn của

các trạm gốc phục vụ và nhiễu là do các trạm gốc đồng kênh. Nếu là khoảng cách của nhiễu thứ i từ điện thoại di động, công suất nhận được cho điện thoại di động do nhiễu của tế bào thứ i sẽ được tỷ lệ thuận với . số mũ mất mát tuyến thông thường khoảng từ 2 đến 4 trong hệ thống đô thị tế bào.

Khi công suất truyền tải của mỗi trạm gốc là ngang nhau và số mũ mất mát tuyến là như nhau trên toàn vùng phủ sóng, S / I cho một điện thoại di động có thể được xấp xỉ là

(2.8)Chỉ xem xét lớp đầu tiên của tế bào nhiễu, nếu tất cả các nhiễu trạm gốc

được cách điều từ các trạm gốc mong muốn và nếu khoảng cách này bằng với khoảng cách D giữa các trung tâm di động, sau đó phương trình (2.8) đơn giản hóa là

(2.9)Phương trình (2.9) liên quan tỷ lệ S/ N kích thước cụm N, do đó xác định

dung lượng tổng thể của hệ thống từ phương trình (2.2). Ví dụ, giả thiết rằng các tế bào gần nhất đủ gần để tạo ra nhiễu đáng kể và rằng chúng là tất cả các khoảng cách tương đương nhau từ các trạm gốc mong muốn. Đối với hệ thống di động AMPS trong đó sử dụng các kênh FM và 30 kHz, kiểm tra chủ quan chỉ ra rằng chất lượng âm thanh được cung cấp đầy đủ khi S/I là lớn hơn hoặcbằng 18 dB. Sử dụng phương trình (2.9) nó có thể được hiển thị để đáp ứng yêu cầu này, kích thước cụm N phải được ít nhất là 6,49, giả sử một số mũ mất mát tuyến  n = 4. Như vậy, một kích thước cụm tối thiểu 7 là cần thiết để đáp ứng một yêu cầu S/I 18 dB. Cần lưu ý rằng phương trình (2.9) là dựa trên hình học tế bào lục giác, nơi mà tất cả các tế bào nhiễu được khoảng cách bằng nhau từ bộ thu trạm gốc, và do đó cung cấp

19

một kết quả lạc quan trong nhiều trường hợp. Đối với một số kế hoạch tái sử dụng tần số (ví dụ như N = 4), các tế bào ảnh hưởng gần nhất khác nhau trong khoảng cách từ các tế bào mong muốn.

Từ Hình 2.5, nó có thể được nhìn thấy cho một cụm 7-tế bào, với đơn vị điện thoại di động tại ranh giới di động, điện thoại di động là một khoảng cách D-R từ hai tế bào nhiễu đồng kênh gần nhất và khoảng D + R/2,D, D - R/2, và D + R từ nhiễu vào các tế bào khác trong tầng đầu tiên. Sử dụng phương trình(2.9) và giả thiết rằng n = 4, tỷ lệ tín hiệu để nhiễu cho trường hợp xấu nhất có thể được chặt chẽ xấp xỉ (một biểu thức chính xác là bởi Jacobsmeyer[Jac941]).

(2.10)

Phương trình (2.10) có thể được viết lại trong các quy tắc của tỷ lệ tái sử dụng đồng kênh Q là

(2.11)

Đối với N = 7, đồng kênh tái sử dụng tỷ lệ Q là 4,6, và trường hợp xấu nhất S/I được tính xấp xỉ là 49,56 (17 dB) bằng cách sử dụng phương trình (2.11), trong khi một giải pháp chính xác bằngcách sử dụng phương trình (2.8) hiệu suất 17,8dB [Jac941]. Do đó cho một cụm 7 tế bào, tỷ lệ S/I là hơi ít hơn 18 dB đối với trường hợp tồi tệ nhất. Để thiết kế các hệ thống di động cho việc thực hiện đúng trong trường hợp xấu nhất, nó sẽ là cần thiết để tăng N lên kích thước lớn nhất, từ phương trình (2.3) được tìm thấy là 12 (tương ứng i = j= 2). Điều này rõ ràng đòi hỏi phải giảm đáng kể dung lượng, kể từ tái sử dụng 12-tế bào cung cấp một sử dụng quang phổ của 1/12 trong mỗi tế bào, trong khi tái sử dụng 7-tế bào cung cấp một sử dụng quang phổ của 117. Trong thực tế, suy giảm dung lượng của 7/12 sẽ không được chấp nhận được để phù hợp với tình hình trường hợp xấu nhất mà hiếm khi xảy ra. Từ các cuộc thảo luận ở trên, rõ ràng là nhiễu đồng kênh xác định thực hiện liên kết, từ đó định các kế hoạch tái sử dụng tần số và dung lượng tổng thể của hệ thống tế bào.

20

2.5.2 Nhiễu kênh lân cận

Nhiễu thu được từ các tín hiệu lân cận trong tần số tín hiệu mong muốn được gọi là nhiễu kênh lân cận. Kết quả nhiễu kênh lân cận từ các bộ lọc thu không hoàn hảo mà cho phép tần số gần đó bị rò rỉ vào dải thông. Vấn đề có thể được đặc biệt nghiêm trọng nếu một người sử dụng kênh lân cận truyền dẫn trong phạm vi rất gần đến người nhận của một thuê bao, trong khi người nhận rất nỗ lực để nhận được một trạm gốc trên kênh mong muốn. Điều này được gọi là hiệu ứng gần xa, nơi mà một máy phát gần đó (có thể có hoặc có thể không có cùng loại như được sử dụng bởi hệ thống di động) thu nạp người nhận của thuê bao. Ngoài ra, hiệu ứng gần-xa xảy ra khi một điện thoại di động để gần một trạm gốc truyền trên một kênh được sử dụng bởi một điện thoại di động yếu.

Các trạm gốc có thể có khó khăn trong việc phân biệt đối xử người sử dụng điện thoại di động mong muốn từ "bleedover" gây ra bởi điện thoại di động kênh lân cận gần. Can nhiễu kênh lân cận có thể được giảm thiểu thông qua lọc cẩn thận và thiết lập của kênh. Kể từ khi mỗi tế bào được đưa ra chỉ một phần nhỏ của các kênh có sẵn, một tế bào không cần được chỉ định kênh mà tất cả đều liền kề trong tần số. Bằng cách giữ sự phân chia tần số giữa các kênh trong một tế bào càng lớn càng tốt, sự can thiệp kênh lân cận có thể được giảm đáng kể. Vì vậy, thay vì giao kênh hình thành một ban nhạc tiếp giáp lãnh hải của các tần số trong một tế bào đặc biệt, các kênh được phân bổ như vậy mà sự phân chia tần số giữa các kênh trong một tế bào nhất định là tối đa. Bằng cách tuần tự gán các kênh liên tiếp trong băng tần số cho các tế bào khác nhau, nhiều phương án phân bổ kênh có thể để tách các kênh liền kề trong một tế bào của nhiều băng thông kênh N, N là kích thước cụm. Một số phương án phân bổ kênh cũng có thể ngăn chặn một nguồn thứ cấp của nhiễu kênh lân cận bằng cách tránh việc sử dụng các kênh lân cận trong các trang web di động lân cận.

Nếu các yếu tố tái sử dụng tần số là nhỏ, sự tách biệt giữa các kênh lân cận có thể không đủ để giữ cho mức nhiễu kênh lân cận trong giới hạn chấp nhận được. Ví dụ, nếu một điện thoại di động là 20 lần gần như là trạm gốc như là một điện thoại di động và có công suất tràn ra ngoài dải thông của nó, tỷ lệ tín hiệu để can thiệp cho điện thoại di động yếu kém (trước khi nhận lọc)

21

(2.12)Khoảng đối với một số mũ mất mát tuyến n = 4, điều này tương đương với

52 dB. Nếu trung gian tần số bộ lọc của máy thu trạm gốc (IF) có độ dốc 20 dB / quãng tám, sau đó một nhiễu kênh lân cận phải được thay thế bằng băng thông ít nhất là sáu lần dải thông từ trung tâm của dải thông tần số thu để đạt được sự suy giảm 52 dB. Ở đây, một sự tách biệt của khoảng sáu băng thông kênh là cần thiết cho các bộ lọc điển hình để cung cấp 0 dB SIR từ một người sử dụng cận kênh lân cận. Điều này ngụ ý rằng một sự tách biệt kênh lớn hơn sáu là cần thiết để mang lại sự can thiệp kênh lân cận đến một mức độ có thể chấp nhận được, hoặc bộ lọc trạm gốc chặt chẽ hơn là cần thiết khi người sử dụng trong gần và xa xôi chia sẻ cùng một tế bào. Trong thực tế, mỗi trạm gốc nhận được trước bởi một bộ lọc khoang Q cao để từ chối sự can thiệp của kênh lân cận.2.5.3. Điều khiển công suất đối với việc giảm nhiễu

Trong vô tuyến tế bào thực tế và hệ thống thông tin liên lạc cá nhân mức độ công suất truyền tất cả các đơn vị thuê bao dưới sự kiểm soát thường xuyên của các trạm cơ sở phục vụ. Điều này được thực hiện để đảm bảo rằng mỗi điện thoại di động truyền năng lượng nhỏ nhất cần thiết để duy trì một liên kết chất lượng tốt trên các kênh ngược lại. năng lượng điều khiển không chỉ giúp kéo dài tuổi thọ pin cho các đơn vị thuê bao, nhưng cũng làm giảm đáng kể các kênh ngược lại S / 1 trong hệ thống. Như thể hiện trong Chương 8 và 10, năng lượng điều khiển đặc biệt quan trọng đang nổi lên các hệ thống CDMA trải phổ cho phép mỗi người sử dụng trong mọi tế bào chia sẻ cùng một kênh vô tuyến.

22

2.6.Trunking và lớp của dịch vụ

Hệ thống vô tuyến tế bào dựa vào trunking để chứa một số lượng lớn người sử dụng trong một phổ vô tuyến hạn chế. Các khái niệm trunking cho phép một số lượng lớn người sử dụng chia sẻ số lượng tương đối nhỏ của các kênh trong một tế bào bằng cách cung cấp truy cập cho mỗi người dùng, theo yêu cầu, từ một bộ trữ của các kênh có sẵn. Trong một hệ thống vô tuyến liên lạc trung kế, mỗi người dùng được cấp phát một kênh trên mỗi cuộc gọi cơ bản, và khi chấm dứt cuộc gọi, các kênh bị chiếm trước đây được trả lại cho bộ trữ của các kênh có sẵn.

Trunking khai thác thống kê hoạt động của người sử dụng để một số cố định của các kênh hoặc mạch có thể thích nghi một cộng đồng người dùng lớn, ngẫu nhiên. Các công ty điện thoại sử dụng lý thuyết trunking để xác định số lượng các mạch điện thoại cần phải được phân bổ cho các tòa nhà văn phòng với hàng trăm máy điện thoại, và cùng một nguyên tắc này được sử dụng trong thiết kế hệ thống vô tuyến tế bào. Có một sự cân bằng giữa số lượng các mạch điện thoại có sẵn và

23

khả năng của một người dùng cụ thể thấy rằng không có mạch đang có sẵn trong thời gian cao điểm gọi . Khi số lượng các đường dây điện thoại giảm, nó trở nên nhiều khả năng tất cả các mạch sẽ bận cho một người dùng cụ thể. Trong một hệ thống liên lạc trung kế vô tuyến di động, khi một người dùng cụ thể yêu cầu dịch vụ và tất cả các kênh vô tuyến đã được sử dụng, người sử dụng bị chặn, hoặc bị từ chối truy cập vào hệ thống. Trong một số hệ thống, một hàng đợi có thể được sử dụng để giữ người sử dụng yêu cầu cho đến khi một kênh trở nên có sẵn.

Để thiết kế các hệ thống vô tuyến liên lạc trung kế có thể xử lý công suất cụ thể tại một "cấp dịch vụ" cụ thể, nó là điều cần thiết để hiểu lý thuyết trunking và lý thuyết xếp hàng. Các nguyên tắc cơ bản của lý thuyết trunking được phát triển bởi Erlang, một nhà toán học Đan Mạch, trong cuối thế kỷ 19, bắt tay vào việc nghiên cứu làm thế nào một dân số lớn có thể được đáp ứng bởi một số giới hạn của máy chủ [Bou88]. Ngày nay, các biện pháp của cường độ giao thong ( trên mạng ) mang tên ông. Một Erlang đại diện cho số lượng cường độ lưu lượng được thực hiện bởi một kênh đó là hoàn toàn bị chiếm đóng (tức là 1 cuộc gọi giờ mỗi giờ hoặc 1 cuộc gọi phút mỗi phút). Ví dụ, một kênh phát thanh mà là chiếm cho ba mươi phút trong một giờ mang 0,5 Erlangs lưu lượng truy cập.

Cấp dịch vụ (GOS) là một thước đo về khả năng của một người sử dụng truy cập vào một hệ thống liên lạc trung kế trong giờ bận rộn nhất. Giờ bận rộn là dựa trên nhu cầu của khách hàng vào giờ bận rộn nhất trong tuần, tháng, hoặc năm. Các giờ bận rộn cho các hệ thống vô tuyến di động thường xảy ra trong giờ cao điểm, từ 4 giờ chiều và đến 6 giờ chiều vào một buổi tối thứ Năm hay thứ Sáu, cấp bậc của dịch vụ là một tiêu chuẩn được sử dụng để xác định việc thực hiện mong muốn của một hệ thống liên lạc trung kế cụ thể bằng cách chỉ định một khả năng mong muốn của một người dùng được tiếp cận các kênh cho một số cụ thể của các kênh có sẵn trong hệ thống. Đó là nhà thiết kế không dây của công việc để ước tính khả năng tối đa và để phân bổ số lượng thích hợp của các kênh để đáp ứng các GOS. GOS là thường đưa ra như khả năng một cuộc gọi bị chặn, hoặc khả năng của một cuộc gọi trải qua một sự chậm trễ lớn hơn so với một thời gian xếp hàng nhất định.

Một số định nghĩa được liệt kê trong Bảng 2.3 được sử dụng trong trunking lý thuyết để thực hiện ước tính khả năng trong các hệ thống liên lạc trung kế.

24

Lưu lượng. cường độ được cung cấp bởi mỗi người dùng là bằng với tỷ lệ yêu cầu gọi nhân với thời gian nắm giữ. Đó là, mỗi người dùng tạo ra một cường độ lưu lượng của A. Erlangs cho bởi :

Au = H ( 2.13 )

trong đó H là thời gian trung bình của một cuộc gọi. là số trung bình của các yêu cầu cuộc gọi cho mỗi đơn vị thời gian. Đối với một hệ thống có chứa U người sử dụng và một số lượng không xác định của các kênh, cung cấp tổng số lưu lượng truy cập cường độ, được cho là :

A = U Au ( 2.14 )

Bảng 2.3 Định nghĩa các thuật ngữ thông thường sử dụng Trong Lý thuyết Trunking

Set-up Time : Thời gian cần thiết để cấp phát một kênh vô tuyến liên lạc trung kế cho một người dùng yêu cầu.

Blocked Call : Gọi mà không thể được hoàn thành tại thời điểm đề nghị, do tắc nghẽn. Cũng được gọi là một cuộc gọi bị mất.

Holding Time : Thời gian trung bình của một cuộc gọi thông thường. Ký hiệu là H (tính bằng giây).

Traffic Intensity: Biện pháp sử dụng kênh, đó là chiếm dụng kênh trung bình đo được trong Erlangs. Đây là một số lượng dimensionless và có thể được sử dụng để đo lường việc sử dụng thời gian của một hoặc nhiều kênh. Ký hiệu là A

Load: Cường độ lưu lượng trên toàn bộ hệ thống vô tuyến liên lạc trung kế, đo bằng Erlangs

Grade of Service (COS): Một biện pháp của ùn tắc được quy định như xác suất của một cuộc gọi bị chặn (đối với Erlang B), hoặc xác suất của một cuộc gọi bị trì hoãn vượt quá một số lượng thời gian nhất định (đối với Erlang C).

Request Rate: Số lượng trung bình của các yêu cầu cuộc gọi cho mỗi đơn vị thời gian. Biểu hiện bằng một sec-onds-1 .

25

Hơn nữa, trong một kênh C liên lạc trung kế hệ thống, nếu lưu lượng được phân bổ đều giữa các kênh, sau đó cường độ lưu lượng trên một kênh, Ac, được cho là :

Ac = UAu/C (2.15)

Lưu ý rằng lưu lượng truy cập được cung cấp không phải là nhất thiết phải là lưu lượng được thực hiện bởi hệ thống liên lạc trung kế, chỉ có được cung cấp cho hệ thống liên lạc trung kế. Khi lưu lượng truy cập được cung cấp vượt quá khả năng tối đa của hệ thống, lưu lượng thực hiện sẽ trở thành hạn chế do năng lực hạn chế (ví dụ như hạn chế số lượng các kênh). Tối đa lưu lượng truy cập có thể thực hiện là tổng số của các kênh, C, trong Erlangs. Hệ thống AMPS di động được thiết kế cho một GOS ngăn chặn 2%. Điều này có nghĩa rằng các phân bổ kênh cho các trang web di động được thiết kế để có 2 trong số 100 cuộc gọi sẽ bị chặn do kênh chiếm chỗ trong giờ bận rộn nhất

Có hai loại hệ thống liên lạc trung kế thường được sử dụng. Các loại đầu tiên cung cấp không xếp hàng cho các yêu cầu cuộc gọi. Đó là, đối với mỗi người sử dụng yêu cầu dịch vụ, nó được giả định không có thời gian thiết lập và người sử dụng truy cập ngay tới một kênh nếu có. Nếu không có các kênh có sẵn, người dùng yêu cầu bị chặn không được tiếp cận và là miễn phí để thử lại sau. Đây là loại của trunking được gọi là các cuộc gọi bị chặn xóa và giả định rằng các cuộc gọi đến theo quyết định của phân phối Poisson.

Hơn nữa, nó là giả định rằng có một số lượng vô hạn của người sử dụng như sau: (a) có đến memoryless yêu cầu, ngụ ý rằng tất cả người dùng, bao gồm cả người sử dụng bị chặn, có thể yêu cầu một kênh bất cứ lúc nào; (b) xác suất của một người sử dụng chiếm một kênh phân phối theo cấp số nhân, vì vậy mà các cuộc gọi dài hơn ít có khả năng xảy ra như mô tả của một phân phối theo hàm mũ; và (c) có một số hữu hạn của các kênh có sẵn trong hồ lưu trữ trunking. Điều này được biết đến như một hàng đợi M / M / m, và dẫn đến nguồn gốc của công thức Erlang B (còn được gọi là các cuộc gọi bị chặn xóa). Công thức Erlang B xác định xác suất cuộc gọi bị chặn và là một thước đo của GOS cho một hệ thống liên lạc trung kế mà không xếp hàng cho các cuộc gọi bị chặn. Các công thức Erlang B có nguồn gốc trong Phụ lục A và được cho bởi :

26

Trong đó C là số lượng các kênh liên lạc trung kế được cung cấp bởi một hệ thống vô tuyến liên lạc trung kế và A là tổng lưu lượng được cung cấp. Mặc dù có thể để mô hình hóa các hệ thống liên lạc trung kế với người sử dụng hữu hạn, các biểu thức kết quả phức tạp hơn nhiều so với kết quả Erlang B, và sự phức tạp gia tăng là không bảo hành cho các hệ thống điển hình trunked có người sử dụng nhiều hơn các kênh có sẵn của đơn đặt hàng của cường độ. Hơn nữa, công thức Erlang B cung cấp một ước tính bảo thủ của GOS, như người sử dụng các kết quả hữu hạn luôn luôn dự đoán một khả năng ngăn chặn. Năng lực của một hệ thống vô tuyến liên lạc trung kế, nơi các cuộc gọi được mất là lập bảng cho các giá trị khác nhau của GOS và số kênh trong Bảng 2.4.

Loại thứ hai của hệ thống liên lạc trung kế là một trong hàng đợi được cung cấp cho tổ chức các cuộc gọi bị chặn. Nếu một kênh không phải là ngay lập tức có

27

sẵn, yêu cầu cuộc gọi có thể bị trì hoãn cho đến khi một kênh trở nên có sẵn. Đây là loại trunking được gọi là cuộc gọi bị chặn trễ, và biện pháp của GOS được định nghĩa là xác suất một cuộc gọi là bị chặn sau khi chờ đợi một thời gian cụ thể trong hàng đợi. Để tìm ra GOS, nó là cần thiết đầu tiên để tìm ra khả năng rằng một cuộc gọi được ban đầu bị từ chối truy cập vào hệ thống. Khả năng của một cuộc gọi không có quyền truy cập ngay lập tức một kênh được xác định theo công thức Erlang C có nguồn gốc trong Phụ lục A

Nếu không có kênh ngay lập tức gọi là trì hoãn, và xác suất rằng các cuộc gọi bị trì hoãn buộc phải chờ đợi giây t được cho bởi xác suất mà một cuộc gọi được trì hoãn, nhân với xác suất có điều kiện rằng sự trì hoãn là lớn hơn so với giây t . GOS của một hệ thống liên lạc trung kế, nơi các cuộc gọi được trì hoãn là vì thế được đưa ra bởi

Pr [delay > t]= Pr [delay > 0] Pr (delay > t|delay > 0) (2.18)

= Pr [delay > 0] exp (- (C -A) t /H)

Do sự chậm trễ trung bình cho tất cả các cuộc gọi trong một hệ thống xếp hàng đợi được cho bởi :

Sự chậm trễ trung bình cho những cuộc gọi được xếp hàng đợi được cho bởi H / (C-A). Công thức Erlang Erlang B và C được vẽ dưới dạng đồ họa trong hình 2.6 và hình 2.7. Những đồ thị rất hữu ích để xác định GOS trong thời trang nhanh chóng, mặc dù mô phỏng máy tính thường được sử dụng để xác định hành vi thoáng qua kinh nghiệm của người sử dụng đặc biệt trong một hệ thống điện thoại di động.

Để sử dụng Hình 2.6 và Hình 2.7, xác định vị trí số của các kênh ở phần trên của đồ thị. Xác định vị trí cường độ lưu lượng của hệ thống trên sự por dưới cùng

28

của đồ thị. Khả năng ngăn chặn Pr [blocking]được hiển thị trên đương ngang của hình 2.6, và Pr [delay > 0] được hiển thị trên đương ngang của hình 2.7. Với hai của các tham số được quy định rất dễ dàng để tìm thấy những tham số thứ ba.

Ví dụ 2.4

Làm thế nào nhiều người dùng có thể được hỗ trợ cho xác suất chặn 0,5% cho số sau đây của các kênh liên lạc trung kế trong một cuộc gọi bị chặn xóa hệ thống? (a) 1, (b) 5, (c) 10, (d) 20, (e) 100. Giả sử mỗi người dùng tạo ra 0,1 Erlangs lưu lượng.

Giải ví dụ 2.4

Từ Bảng 2.4, chúng ta có thể tìm thấy tổng công suất Erlangs cho GOS 0,5% đối với các số khác nhau của các kênh. Bằng cách sử dụng mối quan hệ A = UAu, chúng ta có thể có được tổng số người sử dụng có thể được hỗ trợ trong hệ thống.

(a)

Với C = 1, Au= 0.1, GOS = 0.005.Từ hình 2.6, chúng tôi có được A= 0005. Vì vậy, tổng số người sử dụng, U = A / Au = 0.005 / 0.1 = 0.05 người sử dụng. Tuy nhiên, trên thực tế một người sử dụng có thể được hỗ trợ trên một kênh. Vì vậy, U = 1.

(b)

Với C = 5, Au = 0.1, GOS = 0,005. Từ hình 2.6, chúng ta có được A = 1,13. Vì vậy, tổng số người sử dụng, U = A/ Au = 1.13/0.1 = 11 người sử dụng.

(c)

Với C = 10, Au = 0.1, GOS = 0,005. Từ hình 2.6, chúng ta có được A = 3,96. Vì vậy, tổng số người sử dụng, U = A / Au = 3.96/0.1 = 39 người.

(d)

Với C = 20, AU = 0.1, GOS = 0,005. Từ hình 2.6, chúng ta có được A = 11.10. Vì vậy, tổng số người sử dụng, U = A / Au = 11.1/0.1 = 110 người sử dụng.

(e)

29

Với C = 100, Au = 0.1, GOS = 0.005. Từ hình 2.6, chúng ta có được A = 80.9. Vì vậy, tổng số người sử dụng, U = A / Au = 80.9/0.1 = 809 người sử dụng.

30

31

Ví dụ 2.5

Một khu vực đô thị có dân số 2 triệu dân. Ba cạnh tranh mạng lưới liên lạc trung kế điện thoại di động (hệ thống A, B, và C) cung cấp dịch vụ di động trong lĩnh vực này. Một hệ thống có 394 tế bào với 19 kênh, hệ thống B có 98 tế bào với 57 kênh, và hệ thống C có 49 tế bào, với 100 kênh. Tìm số lượng người sử dụng có thể được hỗ trợ ở mức 2% chặn nếu mỗi người sử dụng trung bình 2 cuộc gọi mỗi giờ tại một thời gian cuộc gọi trung bình 3 phút. Giả sử rằng tất cả ba hệ thống liên lạc trung kế hoạt động ở công suất tối đa, tính toán tỷ lệ thâm nhập thị trường của mỗi nhà cung cấp dịch vụ di động.

Cách giải ví dụ 2.5

Hệ thống A

Xác suất của chặn = 2% = 0,02

Số kênh trên một tế bào được sử dụng trong hệ thống, C=19

Lưu lượng cường độ cho mỗi người dùng, Au = H = 2 x (3 / 60) = 0.1 Erlangs

GOS = 0,02 và C = 19, từ biểu đồ Erlang B, tổng lưu lượng truy cập thực, A, thu được 12 Erlangs.

Vì vậy, số lượng người sử dụng có thể được hỗ trợ cho mỗi tế bào là

U = A / Au = 12/0.1 = 120.

Vì có 394 tế bào, tổng số thuê bao có thể được hỗ trợ bởi hệ thống là tương đương với 120 x 394 = 47280.

Hệ thống B

32

Xác suất chặn = 2% = 0,02

Số kênh trên một tế bào được sử dụng trong hệ thống, C = 57

Lưu lượng cường độ cho mỗi người dùng, Au = H = 2 x (3 / 60) = 0,1 Erlangs

Đối với GOS = 0,02 và C = 57, từ biểu đồ Erlang B, tổng lưu lượng truy cập thực, A, thu được 45 Erlangs.

Vì vậy, số lượng người sử dụng có thể được hỗ trợ cho mỗi tế bào là U = A / Au = 45/0.1 = 450.

Vì có 98 tế bào, tổng số thuê bao có thể được hỗ trợ bởi hệ thống B là tương đương với 450 x 98 = 44100.

Hệ thống C

Xác suất chặn = 2% = 0,02

Số kênh trên một tế bào được sử dụng trong hệ thống, C = 100

Lưu lượng cường độ cho mỗi người dùng, Au = H = 2 x (3 / 60) = 0,1 Erlangs

Đối với GOS = 002 và C = 100, từ biểu đồ Erlang B, thực hiện tổng số lưu lượng truy cập, A, thu được 88 Erlangs.

Do đó, số người sử dụng có thể được hỗ trợ mỗi tế bào là :

U = A / Au = 88/0.1 = 880.

Vì có 49 tế bào, tổng số thuê bao có thể được hỗ trợ chuyển hệ thống C bằng tới 880 x 49 = 43120. Vì vậy, tổng số thuê bao di động có thể được hỗ trợ bởi ba hệ thống này là 47280 + 44100 + 43120 = 134500 người sử dụng.

Kể từ khi có 2 triệu cư dân trong khu vực đô thị và tổng số thuê bao di động trong hệ thống A bằng 47280, tỷ lệ thâm nhập thị trường bằng 47280/2000000 = 2,36%

Tương tự như vậy, thâm nhập thị trường của hệ thống B bằng 44100 / 2000000 = 2.205% thâm nhập thị trường của hệ thống C bằng 43120/2000000 = 2,156%

thâm nhập thị trường của ba hệ thống kết hợp bằng 134500/2000000 = 6,725%

33

Ví dụ 2.6

Một thành phố nhất định có diện tích 1.300 dặm vuông và được bao phủ bởi một hệ thống di động bằng cách sử dụng một mô hình tái sử dụng 7-tế bào. Mỗi tế bào có bán kính 4 dặm và thành phố được phân bổ 40 MHz của quang phổ với một băng thông kênh song công 60 kHz. Giả sử một GOS 2% cho một hệ thống Erlang B được quy định cụ thể. Nếu lưu lượng truy cập được cung cấp cho mỗi người dùng là 0,03 Erlangs, tính toán (a) số lượng tế bào trong khu vực dịch vụ, (b) số lượng các kênh trên một tế bào, (c) cường độ lưu lượng của mỗi tế bào, (d) tối đa thực hiện lưu lượng, (e) tổng số người sử dụng có thể được phục vụ cho GOS 2%, (f) số lượng của điện thoại di động cho mỗi kênh, và (g) số maxi-mẹ lý thuyết của người sử dụng có thể được phục vụ cùng một lúc bởi hệ thống.

Giải pháp ví dụ 2.6 (a)Tổng số phạm vi khu vực phủ sóng = 1300 dặmBán kính Tế bào = 4 dặm khu vực của một tế bào (hình lục giác) có thể được hiển thị được 2.5981R2, do đó mỗi tế bào bao phủ : 2,5981 x (4) 2 = 41.57 sq mi. Do đó, tổng số lượng của các tế bào Nc = 1300 / 41.57 = 31 tế bào. (b) Tổng số kênh trên một tế bào (C) = phân bổ phổ / (độ rộng kênh nhân với hệ số tái sử dụng tần số) = 40 000 000 / (60 000 x 7) = 95 kênh / tế bào (c) C = 95, và GOS = 0,02 Từ biểu đồ Erlang B, chúng ta có : Cường độ lưu lượng trên một tế bào A = 84 Erlangs / tế bào (d)Tối đa thực hiện lưu lượng truy cập = số tế bào nhân với cường độ lưu lượng truy cập mỗi tế bào = 31 x 84 = 2604 Erlangs.(e) Với lưu lượng truy cập cho mỗi người dùng = 0,03 Erlangs

34

Tổng số người sử dụng = Tổng số lưu lượng truy cập / lưu lượng truy cập cho mỗi người dùng= 2604 / 0.03 = 86800 người sử dụng. (f) Số điện thoại di động cho mỗi kênh = số lượng người dùng / số lượng các kênh = 86800 / 666 = 130 điện thoại di động / kênh. (g) Số lượng tối đa lý thuyết của điện thoại di động phục vụ số lượng kênh có thể tận dụng trong hệ thống (tất cả các kênh bị chiếm đóng)= C x NC = 95 x 31 = 2945 người sử dụng, đó là 3,4% của các thuê bao cơ sở.Ví dụ 2.7

Một tế bào lục giác trong một hệ thống 4-tế bào có bán kính 1.387 km. Tổng cộng có 60 kênh được sử dụng trong toàn bộ hệ thống. Nếu tải cho mỗi người dùng là 0,029 Erlangs, và = 1 cuộc gọi / giờ, tính toán sau đây cho một hệ thống Erlang C có một xác suất 5% của một cuộc gọi bị trì hoãn:

(a) Làm thế nào nhiều người dùng trên một cây số vuông này sẽ hỗ trợ hệ thống?

(b) Xác suất mà một cuộc gọi chậm trễ sẽ phải chờ đợi hơn 10 s là gì?

(c) Xác suất mà một cuộc gọi sẽ được trì hoãn trong hơn 10 giây là gì?

Giải pháp ví dụ 2.7

Bán kính Tế bào R = 1.387 km

Diện tích bao phủ trên một tế bào là 2,598 x (1397) 2 = 5 sq km

Số lượng tế bào mỗi cụm = 4

Tổng số của các kênh = 60

Do đó, số kênh trên một tế bào = 60 / 4 = 15 kênh.

(a)

Từ biểu đồ Erlang C, đối với xác suất 5% trì hoãn với C = 15, cường độ lưu lượng truy cập = 9.0 Erlangs.

35

Do đó, số người sử dụng = tổng cường độ lưu lượng truy cập / lưu lượng truy cập cho mỗi người dùng = 9.0/0.029 = 310 người

= 310 người / 5 sq km = 62 người / km vuông

(b)

Với = 1, thời gian tổ chức

H = Au / = 0.029 giờ = 104.4 giây.

Xác suất một cuộc gọi chậm trễ sẽ phải chờ đợi hơn 10 s là Pr [delay> t|delay] = exp (- (C - A) t / H) = exp (- (15-9.0) 10/104,4) = 56,29%

(c)

Với Pr [delay > 0] = 5% = 0,05

Xác suất một cuộc gọi được trì hoãn hơn 10 giây,

Pr [delay > 10] = Pr [delay > 0] Pr [delay> t|delay] = 0.05 x 0.5629 = 2,81%

Trunking hiệu quả là một biện pháp của số lượng người sử dụng có thể sẽ được cung cấp một GOS đặc biệt với một cấu hình cụ thể của các kênh cố định. Cách thức mà các kênh được nhóm lại có thể làm thay đổi đáng kể số lượng người sử dụng xử lý bằng một hệ thống liên lạc trung kế. Ví dụ, từ Bảng 2.4, 10 kênh liên lạc trung kế tại một GOS của 0.01 có thể hỗ trợ 4.46 Erlangs lưu lượng, trong khi 2 nhóm 5 kênh liên lạc trung kế có thể hỗ trợ 2 x 1.36 Erlangs, hoặc 2.72 Erlangs lưu lượng. Rõ ràng, 10 kênh liên lạc trung kế hỗ trợ lưu lượng 60% tại một GOS cụ thể hơn so với hai 5 kênh thân! Nó sẽ được rõ ràng rằng việc phân bổ các kênh trong một hệ thống đài phát thanh trunked có một tác động lớn vào năng lực hệ thống tổng thể.

2.7. Nâng cao dung lượng hệ thống tế bào.

Vì nhu cầu cho các dịch vụ không dây ngày càng gia tăng, do đó mà số kênh được gán trong một cell không đủ để cung cấp cho những đòi hỏi từ phía người dùng. Tại thời điểm này, những kỹ thuật thiết kế tế bào cần cung cấp nhiều kênh trên một

36

đơn vị phủ sóng. Các kỹ thuật như phân chia cell ( cell splitting ), chia sector ( sectoring ), tiếp cận khu vực phủ sóng ( coverage zone approaches ) được dùng để thực hiện việc mở rộng dung lượng cho các hệ thống tế bào. Phân chia cell cho phép sự phát triển có thứ tự của hệ thống tế bào. Chia sector dùng anten định hướng để điều khiển nhiễu và tái sử dụng tần số trong cho các kênh. Khái niệm vùng cell vi mô ( zone microcell) mở rộng vùng phủ sóng của tế bào và mở rộng biên tế bào tới những vùng khó phủ sóng tới được. Trong khi kỹ thuật cell splitting gia tăng các trạm gốc (BS) theo trật tự để tăng dung lượng, sectoring và zone microcells dựa vào sự bố trí của anten trên trạm gốc để giảm nhiễu giữa các kênh. Các kỹ thuật phân chia cell và vùng cell vi mô không chịu đựng sự trung chuyển không hiệu quả bằng chia sector các cell, và cho phép trạm gốc giám sát tất cả sự chuyển giao liên quan với các cell nhỏ (mini cell), vì vậy sẽ giảm lượng tính toán tại MSC. Có ba kỹ thuật để mở rộng dung lượng cell được trình bày chi tiết sau đây.

2.7.1. Kỹ thuật phân chia cell.

Phân chia cell là quá trình phân chia nhỏ các cell lớn thành các cell nhỏ hơn, mỗi cell nhỏ này chứa trong nó một trạm gốc và bộ giảm tương ứng trên đỉnh anten và bộ phát năng lượng. Phân chia cell làm tăng dung lượng của hệ thống tế bào vì vậy làm tăng số lần mà một kênh nào đó được sử dụng lại. Bằng việc định nghĩa các cell mới có bán kính nhỏ hơn các cell nguyên bản lúc ban đầu và bởi việc lắp đặt các cell nhỏ hơn này (gọi là microcell) vào giữa các cell đã tồn tại, sự gia tăng dung lượng do số kênh được cộng thêm vào một đơn vị diện tích.

Hãy tưởng tượng nếu mỗi cell trong hình 2.1 bị co hẹp lại bằng cách giảm bán kính của mỗi cell đi một nửa. Theo trật tự để bao phủ trọn vẹn khu vực dịch vụ với các cell nhỏ hơn, xấp xỉ 4 lần như nhiều cell được yêu cầu. Điều này có thể dễ dàng được chỉ ra bằng việc xem xét một vòng tròn với bán kính R. Khu vực được bao phủ bởi vòng tròn này bằng 4 lần độ lớn khu vực bao phủ của vòng tròn có bán kính R/2. Sự gia tăng số cell sẽ làm gia tăng số cụm (cluster) trên một vùng phủ sóng, chúng lần lượt tăng số kênh, và làm tăng dung lượng trong khu vực phủ sóng. Phân chia cell cho phép hệ thống phát triển bằng việc thay thế các tế bào lớn bằng các tế bào nhỏ hơn, trong khi nó không làm chồng lấp hệ thống các kênh

37

được cấp phát được yêu cầu để giữ cho tỉ lệ tái sử dụng cùng kênh Q tối thiểu giữa các tế bào cùng kênh.

Một ví dụ về phân chia cell được trình bày trong hình 2.8 dưới đây

Hình 2.8: nguyên lý của cell splitting

Trong hình trên, trạm gốc được đặt tại góc của tế bào và khu vực phục vụ bởi trạm gốc A giả định là bão hòa với dung lượng ( chẳng hạn, nghẽn của trạm gốc A vượt quá tỉ lệ cho phép ). Trạm gốc mới vì vậy cần thiết trong vùng để tăng số kênh trong khu vực và giảm bớt phạm vi phục vụ của trạm gốc đơn lẻ. Như trong hình 2.8, trạm gốc ban đầu A được vây quanh bởi 6 trạm gốc của các microcell mới. Trong ví dụ trên, các tế bào nhỏ hơn được thêm vào theo cách để bảo vệ khoảng tái sử dụng tần số của hệ thống. Ví dụ, trạm gốc của tế bào nhỏ được đánh nhãn là G được đặt ở giữa 2 trạm gốc lớn hơn dùng chung kênh với trạm gốc G nguyên bản. Đó cũng là trường hợp của các tế bào nhỏ khác trong hình vẽ. Như chúng ta nhìn thấy trong hình 2.8, việc chia tế bào đơn thuần là việc vẽ dạng ngoài của các cụm

38

(cluster). Trong trường hợp này, bán kính phục vụ của tế bào mới giảm còn bằng 1/2 bán kính của tế bào nguyên bản lúc ban đầu.

Vì tế bào mới có kích thước nhỏ hơn do đó mà bộ phát năng lượng phải được hạn chế lại về công suất để tăng hiệu quả. Năng lượng phát của tế bào mới được tìm ra dựa vào việc nghiên cứu năng lượng thu tại biên của tế bào mới và tế bào cũ và đặt chúng ngang bằng trong mỗi trường hợp. Điều này là cần thiết để chắc chắn rằng bản đồ tái sử dụng lại tần số trong tế bào nhỏ mới này hoạt động chính xác với tế bào nguyên bản ban đầu. Như hình 2.8 thì

Pr [ at old cell boundary ] Pt1. ( 2.20 )

Và Pr [ at new cell boundary ] Pt2. ( 2.21 )

Với Pt1 và Pt2 lần lượt là năng lượng phát của trạm gốc trong tế bào lớn hơn và nhỏ hơn, và n là số bậc suy giảm. Nếu chúng ta lấy n=4 và cho bộ nhận năng lượng

bằng trong mỗi trường hợp thì: . ( 2.22 )

Trong trường hợp khác, năng lượng bộ phát giảm đi 12 dB để lấp đầy vùng phủ sóng ban đầu với các cell vi mô, trong khi tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu xuyên kênh (S/I) được giữ ở mức yêu cầu.

Trong thực tế, không phải các cell được chia ở cùng một thời điểm. Đó chính là khó khăn cho các nhà cung cấp dịch vụ để tìm ra khu vực thật hoàn hảo để việc phân chia cell phù hợp. Vì vậy, các cell có kích thước khác nhau sẽ tồn tại cùng lúc. Như trong tình huống, việc quan sát đặt biệt cần thiết để giữ khoảng cách giữa các cell đồng kênh về mức tối thiểu được yêu cầu, do đó các kênh được gán sẽ trở nên phức tạp hơn. Hơn nữa, quá trình chuyển giao đưa ra cần được đánh địa chỉ, vì vậy cả luồng tốc độ cao và thấp được thích ứng một cách đồng thời. Khi có 2 tế bào khác kích cỡ trong cùng một khu vực như trong hình 2.8 thì biểu thức ( 2.22 ) chỉ ra rằng không thể dùng năng lượng phát lúc ban đầu cho tất cả các cell mới và cũng không thể dùng năng lượng phát mới cho các cell ban đầu. Nếu dùng năng lượng phát lớn hơn cho tất cả các cell, một số kênh được dùng bởi các cell nhỏ hơn

39

sẽ không được tách ra một cách thỏa đáng khỏi các cell đồng kênh . Trong trường hợp khác, nếu sử dụng năng lượng phát nhỏ cho tất cả cell, sẽ có một phần của cell lớn không được phục vụ ( do năng lượng phát lúc này không đủ lớn để bao phủ toàn bộ vùng cell nó phục vụ ). Vì lý do này, các kênh trong tế bào cũ nên bị phân thành 2 nhóm kênh, một đại diện cho nhu cầu tái sử dụng của các cell nhỏ hơn, một nhóm khác đại diện cho nhu cầu tái sử dụng của cell lớn hơn. Tế bào lớn được dành cho luồng tốc độ cao vì vậy quá trình chuyển giao ít xảy ra thường xuyên.

Kích cỡ hai nhóm kênh phụ thuộc vào quá trình phân chia tế bào. Tại thời điểm bắt đầu quá trình phân chia tế bào có ít kênh trong nhóm năng lượng nhỏ. Tuy nhiên, vì nhu cầu phát triển, nhiều kênh sẽ được yêu cầu, cho nên nhóm nhỏ hơn sẽ yêu cầu nhiều kênh. Quá trình phân chia tiếp tục cho đến khi, tất cả các kênh trong khu vực được sử dụng trong nhóm năng lượng thấp. Vào thời điểm hoàn thành việc phân chia trong khu vực đó, toàn bộ hệ thống sẽ được xác định lại kích cỡ để bán kính cell nhỏ lại. Độ nghiêng xuống của anten sẽ tập trung năng lượng phát ra từ trạm gốc hướng về mặt đất ( hơn là hướng theo chiều ngang ), và thường xuyên giới hạn độ phủ sóng của các tế bào gần đó.

Ví dụ 2.8: Chú ý hình 2.9. Cho biết mỗi trạm gốc sử dụng 60 kênh, kích thước cell không quan tâm. Mỗi cell ban đầu có bán kính 1km, mỗi cell vi mô có bán kính 0,5km. Xác định số kênh trong phạm vi 3km x 3km quanh tâm A với các trường hợp sau:

a) Không dùng cell vi mô ( micro cell ).b) Khi các cell vi mô như trong hình 2.9 được sử dụng.c) Nếu tất cả trạm gốc ban đầu được thay thế bởi các cell vi mô.

Cho biết đường biên của các cell nằm trong phạm vi trên.

Giải quyết vấn đề:

a) Không dùng cell vi mô.

Bán kính của cell là 1km tức là ngụ ý rằng độ dài mỗi cạnh của hình lục giác đều cũng là 1km. Để cho phủ một vùng diện tích 3x3km quanh trạm gốc A, chúng ta cần bao phủ 1,5km ( 1,5 lần bán kính của hình lục giác ) theo hướng phải, trái, trên, dưới quanh trạm gốc A. Như được chỉ ra trong hình 2.9. Từ hình 2.9 chỉ ra

40

rằng trong khu vực này có chứa 5 trạm gốc là A, B, C, F, E. Do mỗi trạm gốc có 60 kênh, suy ra toàn bộ vùng này có 5x60= 300 kênh.

b) Dùng các cell vi mô như trong hình 2.9

Hình 2.9. Nguyên lý phân chia cell trong phạm vi 3x3km quanh trạm gốc A.

Như trên hình 2.9. Trạm gốc A được bao quanh bởi 6 cell vi mô. Do đó tổng số trạm gốc trong vùng khảo sát bây giờ là 5+6=11. Mỗi trạm có 60 kênh, do đó số kênh trong khu vực này là 11x60=660 kênh. Tăng 2,2 lần so với trường hợp a.

c) Nếu tất cả các trạm gốc được thay bằng các cell vi mô.

Như trên hình 2.9, ta thấy trong trường hợp này có 5+12=17 trạm gốc trong khu vực đang khảo sát. Mà mỗi trạm gốc có 60 kênh. Do đó số kênh trong trường hợp này là 17x60=1020 kênh. Kết quả này tăng 3,4 lần so với trường hợp a.

41

Theo lý thuyết, nếu tất cả các cell là cell vi mô có bán kính bằng một nửa cell ban đầu thì dung lượng sẽ tăng lên gần 4 lần.

2.7.2. Chia sector.

Như đã trình bày trong phần 2.7.1, việc phân chia tế bào sẽ tăng dung lượng của hệ thống bằng phương pháp định lại kích cỡ của hệ thống. Bằng cách giảm bán kính R của cell và giữ cho tỉ lệ tái sử dụng cùng kênh D/R không đổi, quá trình phân chia cell sẽ làm tăng số lượng kênh trên một đơn vị diện tích. Tuy nhiên, một cách khác để tăng dung lượng là giữ cho bán kính cell không đổi và tìm phương pháp để giảm tỉ lệ D/R. Trong cách tiếp cận này,việc nâng cao dung lượng sẽ đạt được bằng cách giảm số cell trong một cụm (cluster) và vì vậy sẽ tăng khả năng tái sử dụng tần số. Tuy nhiên,nếu thực hiện theo phương pháp này, chúng ta cần thiết phải giảm nhiễu qua lại giữa các kênh mà không phải giảm năng lượng phát.

Nhiễu xuyên kênh trong hệ thống tế bào có lẽ sẽ được giảm bằng cách thay thế ante mọi hướng ( omni-directional antenna ) của trạm gốc bởi anten có một vài hướng xác định ( several directional antenna ), mỗi hướng phát xạ của anten thiết lập một sector. Bằng cách sử dụng các anten định hướng, tế bào đã cho sẽ nhận nhiễu và chỉ truyền đến một phần khả dụng của các tế bào đồng kênh. Kỹ thuật để giảm nhiễu xuyên kênh, vì vậy tăng dung lượng của hệ thống bằng cách dùng các anten định hướng được gọi là chia sector. Hệ số để giảm nhiễu xuyên kênh phụ thuộc vào số lượng các khu vực được chia. Thông thường, tế bào được chia thành 3 sector 1200 và 6 sector 600 như trên hình 2.10 a và 2.10 b.

42

Hình 2.10 : a) chia sector 1200; b) chia sector 600

Khi việc chia sector được sử dụng, các kênh dùng trong một cell riêng biệt được tách thành các nhóm chỉ được sử dụng trong cell riêng biệt đó thôi như sơ đồ nguyên lý trong hình 2.10 a và b. Giả thiết tái sử dụng 7 tế bào, cho trường hợp sector 1200, số nhiễu trong tầng đầu tiên giảm từ 6 xuống 2. Điều này là bởi vì chỉ có 2 trong 6 tế bào đồng kênh là nhận nhiễu từ nhóm kênh sector riêng biệt. Chú ý hình vẽ 2.11, xem xét nhiễu tác động lên thiết bị tại vị trí cell trung tâm được đặt nhãn là 5 của các sector bên phải cell này. Nhìn vào hình vẽ ta thấy có 3 sector của tế bào đồng kênh cùng nhãn là 5 ở bên phải cell số 5 trung tâm và có 3 sector như vậy bên trái cell này. Như vậy có 6 tế bào đồng kênh, nhưng chỉ có 2 tế bào mà có sector có sự định hướng của anten phát ảnh hưởng vào cell trung tâm,vì vậy thiết bị di động tại vị trí cell trung tâm đã xét chị bị ảnh hưởng nhiễu bởi đường hướng tới của chỉ 2 sector.

43

Hình 2.11. Nguyên lý cách chia sector 1200 giảm nhiễu từ các tế bào đồng kênh. Có 6 tế bào đồng kênh trong tầng thứ nhất, chỉ 2 trong số chúng gây nhiễu cho tế bào trung tâm. Nếu trạm gốc sử dụng anten mọi hướng thì tế bào trung tâm sẽ bị ảnh hưởng của nhiễu bởi các tế bào đồng kênh xung quanh.

Kết quả tỉ lệ tín hiệu/nhiễu S/I trong trường hợp này dễ dàng được tính theo công thức 2.8 sẽ là 24dB, nó cải thiện đáng kể so với trường hợp dùng anten mọi hướng như trong phần 2.5, ở đó tỷ lệ S/I là xấu nhất với chỉ 17dB. Trong các hệ thống thực tế, việc cải thiện hơn nữa tỉ lệ S/I đạt được bằng cách hạ góc hướng xuống của anten giống như việc làm cho biểu đồ bức xạ theo chiều ngang đến gần biên của các cell đồng kênh.

Nâng cao tỷ lệ S/I ngụ ý là chia sector 1200, tỷ lệ S/N tối thiểu được yêu cầu của 18dB sẽ dễ dàng đạt được với 7 cell tái sử dụng, trong trường hợp không chia sector thì tỷ lệ này tệ nhất với 12 cell tái sử dụng. vì vậy, chia sector sẽ giảm nhiễu, nó sẽ tăng dung lượng của hệ thống lên 12/7 =1,714 lần. Trong thực tế, việc giảm

44

nhiễu dựa vào chia sector cho phép lập kế hoạch để giảm kích thước cụm ( cluster ) N và cung cấp bổ sung thêm mức độ rãnh rỗi cho các kênh đã được đăng ký. Một nhược điểm của việc tăng tỷ lệ S/I và việc tăng dung lượng hệ thống đó là làm tăng số anten tại các trạm gốc và giảm hiệu ứng trunking nhờ vào việc chia sector các kênh trại trạm gốc. Vì chia sector giảm khu vực phủ sóng của các nhóm kênh riêng biệt, do đó số quá trình chuyển giao tăng lên. May mắn thay, nhiều trạm gốc hiện đại cung cấp các việc chia sector và cho phép các thiết bị mobile chuyển giao từ sector này sang sector khác trong cùng tế bào mà không cần phải có sự can thiệp từ MSC, vì vậy chuyển giao không còn là vấn đề lớn nữa.

Đó là sự mất mát lưu lượng truy cập do hiệu ứng trunking giảm đây là nguyên nhân làm một số nhà khai thác tránh né việc tiếp cận phương pháp chia sector, đặc biệt trong các khu đô thị dày đặc, nơi mà mô hình anten định hướng có một phần nào không hiệu quả trong việc điều khiển sóng vô tuyến lan truyền. Bởi vì chia sector sử dụng nhiều hơn 1 anten trên trạm gốc, do vậy mà các kênh có sẵn trong tế bào sẽ bị chia nhỏ và dành riêng cho một anten riêng biệt. Điều này phá vỡ tập kênh có sẵn thành các tập kênh nhỏ hơn, giảm được hiệu ứng trunking.

Ví dụ 2.9:

Hãy xem xét một hệ thống di động, trong đó một cuộc gọi trung bình kéo dài 2 phút và khả năng bị nghẽn không được quá 1%. Giả sử trung bình tất cả các thuê bao đều có một cuộc gọi trong mỗi giờ. Nếu có tổng cộng 395 kênh cho hệ thống tái sử dụng 7 tế bào, sẽ có khoảng 57 kênh lưu lượng trên một tế bào. Giả sử các cuộc gọi bị nghẽn đều được xóa sạch vì thế quá trình nghẽn được mô tả bằng phân bố Erlang B. Từ phân bố Erlang B, chúng ta tìm thấy hệ thống không chia sector có thể xử lý 44,2 Erlang hoặc 1.326 cuộc gọi mỗi giờ.

Bây giờ sử dụng chia sector 1200, chỉ có 19 kênh trong mỗi anten sector ( 57/3 anten). Đối với cùng một khả năng bị nghẽn và thời gian cuộc gọi trung bình, từ bảng phân bố Erlang B ta tìm ra được mỗi sector sẽ xử lý được 11,2 Erlang hoặc 336 cuộc gọi mỗi giờ. Vì mỗi cell chứa tới 3 sector, do đó dung lượng của cell sẽ là 3x336=1008 cuộc gọi mỗi giờ, giảm hiệu ứng trunking 24% so với trường hợp không chia sector. Vì vậy, chia sector sẽ giảm hiệu ứng trunking trong khi cải thiện được tỷ lệ S/I cho mỗi người dùng.

45

Quá trình chia sector 600 còn tăng tỷ lệ S/I nhiều hơn nữa. Trong trường hợp này số nhiễu lên tầng đầu tiên giảm từ 6 xuống 1. Kết quả là tỷ lệ S/I=19dBm cho tái sử dụng 7 tế bào và cho phép tái sử dụng 4 tế bào. Tất nhiên, việc chia 6 khu vực trên một tế bào làm giảm hiệu ứng trunking và làm tăng số quá trình chuyển giao cần thiết. Nếu so sánh giữa việc không chia sector với chia sector 600 thì hiệu ứng trunking giảm đi 44%.

2.7.3. Khái niệm về vùng cell vi mô

Tăng số lượng chuyển giao cần thiết khi việc chia sector được sử dụng sẽ làm tăng quá trình chuyển mạch và các thiết bị để điều khiển liên kết cho hệ thống di động. Việc giải quyết vấn đề này được chỉ ra bởi Lee ( Lee91b ). Đề xuất này dựa trên khái niệm cell vi mô trong 7 cell tái sử dụng, như minh họa ở hình 2.12. Trong sơ đồ này, mỗi ba ( hoặc có thể nhiều hơn ) khu vực ( đại diện Tx/Rx trong hình 2.12) được kết nối tới một trạm gốc duy nhất và chia sẻ cùng một số thiết bị vô tuyến. Các khu vực này được kết nối bằng cáp đồng trục, cáp quang hoặc các liên kết không dây tới các trạm gốc. Các khu vực và một trạm gốc tạo nên một tế bào. Khi đó một điện thoại bên trong tế bào sẽ được phục vụ bởi khu vực có tín hiệu mạnh nhất. Phương pháp này tốt hơn chia sector vì anten được đặt phía ngoài rìa của tế bào và bất kỳ một kênh trạm gốc nào cũng có thể được gán cho bất kỳ khu vực nào của trạm gốc.

Khi một điện thoại di động di chuyển từ vùng này đến vùng khác trong tế bào, nó vẫn giữ cùng một kênh. Như vậy, không giống như việc chia sector, quá trình chuyển giao không phải là yêu cầu của MSC khi điện thoại di chuyển qua lại giữa các vùng trong tế bào. Trạm gốc chỉ làm công việc đơn giản là chuyển kênh đến đến một khu vực khác. Bằng cách này, kênh đã cho là hoạt động duy nhất trong một khu vực riêng biệt mà trong đó điện thoại di chuyển, vì thế bức xạ của trạm gốc được cố định và nhiễu được giảm. Các kênh phân phối theo thời gian và không gian của cả 3 khu vực cũng được tái sử dụng trong các tế bào đồng kênh. Kỹ thuật này đặc biệt hữu ích trên đường cao tốc hoặc dọc theo các hành lang giao thông đô thị.

46

Hình 2.12: Khái niệm cell vi mô

Ưu điểm của kỹ thuật này là trong khi tế bào duy trì một bán kính phủ sóng riêng biệt, nhiễu đồng kênh trong hệ thống giảm vì trạm gốc trung tâm lớn được thay thế bởi một vài bộ phát năng lượng thấp hơn ( bộ phát khu vực ) tại biên của cell. Giảm nhiễu đồng kênh giúp cải thiện chất lượng tín hiệu dẫn tới làm tăng dung lượng mà không phải giảm hiệu ứng trunking như phương pháp chia sector. Như đã trình bày trước đó, tỷ lệ S/I của 18dB là thường được yêu cầu để hiệu quả cho hệ thống FM băng hẹp. Đối với hệ thống có N=7, tỷ lệ D/R của 4,6 được chỉ ra đạt được điều này. Đối với hệ thống vùng cell vi mô, kể từ khi truyền tải ngay lập tức bị giới hạn trong một khu vực riêng biệt, điều này hàm ý rằng tỷ lệ Dz/Rz của 4,6 ( trong đó Dz là khoảng cách tối thiểu giữa các vùng đồng kênh, Rz là bán kính khu vực ) có thể đạt được hiểu quả liên kết cần thiết. Trong hình 2.13, mỗi hình lục giác cá nhân đại diện cho một khu vực, trong khi từng nhóm ba hình lục giác đại diện cho một tế bào. Bán kính vùng Rz xấp xỉ bằng bán kính một hình lục giác. Bây giờ, dung lượng của hệ thống vùng tế bào vi mô có quan hệ trực tiếp tới khoảng cách giữa các tế bào đồng kênh mà không phải là khu vực. Khoảng cách này được biểu diễn như là D trong hình 2.13.

47

Hình 2.13

Đối với một tỷ lệ Dz/Rz, giá trị của 4,6 có thể được nhìn thấy dễ dàng từ hình 2.13 rằng giá trị tỷ lệ tái sử dụng đồng kênh D/R bằng 3, trong đó bán kính tế bào bằng 2 lần độ dài bán kính hình lục giác. Sử dụng phương trình (2.4), D/R=3 tương ứng với một kích thước cụm (cluster) N=3. Tức là giảm kích thước của cụm từ 7 xuống còn 3, như vậy dung lượng hệ thống sẽ tăng là 7/3=2,33 lần trong trường hợp dùng khái niệm vùng tế bào vi mô. Do đó cùng yêu cầu tỷ lệ S/I của 18dBm, hệ thống này gia tăng đáng kể dung lượng và kế hoạch di động tế bào.

Bằng cách xem xét hình 2.13 và sử dụng phương trình (2.8) Lee91b, trong trường hợp xấu nhất thì tỷ lệ S/I của hệ thống vùng tế bào vi mô vào khoảng 20dB. Vì vậy, trong trường hợp xấu nhất, hệ thống cung cấp một khoảng biên là 2dB so với tỷ lệ tín hiệu-nhiễu yêu cầu trong khi tăng dung lượng hệ thống 2,33 lần so với hệ thống tái sử dụng 7 tế bào dùng anten mọi hướng. Không có sự mất mát hiệu ứng trunking trong trường hợp này. Kiến trúc vùng tế bào được sử dụng ngày càng nhiều trong hệ thống di động tổ ông và các hệ thống thông tin cá nhân.

2.8. Tổng kết

48

Trong chương này, các khái niệm cơ bản như quá trình chuyển giao, tái sử dụng tần số, hiệu ứng trunking, quy hoạch tần số đều đã được trình bày. Quá trình chuyển giao được yêu cầu khi điện thoại di chuyển từ tế bào này sang tế bào khác, và có nhiều phương pháp chuyển giao khác nhau được thực hiện. Dung lượng của hệ thống tế bào phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Tỷ số S/I giới hạn hệ số tái sử dụng tần số, giới hạn số kênh trong vùng phủ sóng. Hiệu ứng trunking giới hạn số người dùng có thể truy cập vào hệ thống đường ống vô tuyến.Hiệu ứng trunking bị ảnh hưởng bởi số kênh có sẵn và cách chúng được phân chia trong hệ thống di động tổ ong. Hiệu ứng trunking là định lượng của GOS. Cuối cùng, phân chia tế bào, chia sector, và kỹ thuật vùng tế bào vi mô được trình bày dùng cải tiến dung lượng hệ thống bằng cách tăng tỷ số S/I. Mục tiêu xuyên suốt trong tất cả các phương pháp trên là làm tăng số người dùng trong hệ thống. Lan truyền sóng vô tuyến ảnh hưởng đến hiệu quả của tất cả phương pháp trên trong thực tế. Vấn đề lan truyền sóng sẽ được trình bày trong hai chương sau.

49