Đề tài Quy hoạch mạng CDMA2000 1x

Lời giới thiệu Hiện nay nhu cầu về sử dụng dịch vụ thông tin di động đã trở nên rất phổ biến, đặc biệt là dịch vụ dữ liệu tốc độ cao, đây còn là một trong các tiêu chuẩn bắt buộc của ITU cho mạng thế hệ thứ 3(3G). Tại Việt Nam 2 mạng GSM hiện tại đang sử dụng công nghệ GPRS (General Packet Rate Service), truyền dữ liệu, nhưng vẫn chưa thể đáp ứng được các dịch vụ đòi hỏi băng thông rộng như truyền hình hội nghị..Trong bối cảnh như thế việc ra đời mạng thông tin di động sử dụng công nghệ CDMA của Sài Gòn Postel như một giải pháp hữu hiệu để giải quyết vấn đề này. Tuy nhiên việc đảm bảo , duy trì cho mạng hoạt động tốt lại là vấn đề không đơn giản. Để góp phần giải quyết vấn đề này, được sự hướng dẫn nhiệt tình của TS. Phạm Công Hùng, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, tác giả đã nghiên cứu đề tài “Quy hoạch mạng CDMA2000 1x “. Ngoài việc cung cấp cơ sở lý thuyết cho nhà khai thác mạng trong việc đảm bảo chất lượng mạng, đây còn là cơ sở cho việc mở rộng mạng sau này. Với mục đích đó luận văn được kết cấu thành 7 chương như sau: Chương 1: Giới thiệu sơ lược về lịch sử mạng thông tin di động CDMA, và vai trò của quy hoạch mạng trong đó, các vấn đề chính trong việc quy hoạch mạng Chương 2: Giới thiệu một số mô hình đường truyền và các vấn đề liên quan làm cơ sở cho việc tính toán truyền sóng Chương 3: Quy hoạch dung lượng mạng, chương này cung cấp các lý thuyết về dung lượng, các công thức tính toán làm cơ sở tính toán số lượng thuê bao hệ thống, từ đó thiết kế mở rộng phần cứng Chương 4: Quy hoạch cùng phủ sóng, chương này trình bầy các lý thuyết về vùng phủ sóng, tính toán vùng phủ sóng Chương 5: Quy hoạch PN đây là vấn đề nan giải trong mạng CDMA, nó giống như sử dụng lại tần số trong GSM, quy hoạch mà không tốt thì gây nhiều cho mạng, điều này đặc biệt quan trọng trong CDMA vì khi mà mức nhiễu nền tăng thì đồng nghĩa với nó là số thuê bao phục vụ đồng thời giảm Chương 6: Lý thuyết tối ưu hoá, chương này trình bầy một số vấn đề chính trong việc tối ưu hoá mạng, nghiên cứu mạng CDMA 2000 1x triển khai tại Việt Nam Do thời gian nghiên cứu cũng như khả năng bản thân có hạn nên luận văn không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận được những ý kiến của các thầy cô, cũng như bạn bè đồng nghiệp Một lần nữa tác giả xin chân thành cảm ơn các Thầy cô, bạn bè, và các đồng nghiệp đã giúp đỡ trong thời gian vừa qua. Chương 1: Tổng quan mạng thông tin di động tế bào CDMA - Vấn đề quy hoạch mạng 1. Lịch sử và quá trình phát triển của thông di động tế bào CDMA Hình 1.1. Xu hướng phát triển của di động CDMA Ngày nay sự phát triển của thông tin số đang trở nên mạnh mẽ, đặc biệt là thông tin di động, tuy trải qua nhiều thế hệ khác nhau nhưng tại mỗi thời điểm thì CDMA luôn là công nghệ đáp ứng được các dịch vụ thoại và dữ liệu có chất lượng tốt hơn cho người sử dụng, đây là nền tảng của của thế hệ thứ 3 trong tương lai, là một công nghệ trải phổ nên nó cho phép nhiều người chiếm cùng băng tần cùng lúc, và họ sẽ phân biệt nhau bằng mã riêng. Tuy ra đời cách đây đã lâu, ý tưởng lúc đầu về CDMA là lý thuyết của shanon, vào khoảng những năm 1970 rồi được sử dụng trong quân sự , và theo thời gian nó được thương mại hoá trên thế giới. IS-95 one là chuẩn di động tế bào số CDMA đầu tiên, được giới thiệu lần đầu tiên vào tháng 7 năm 1993 bởi hiệp hội tiêu chuẩn công nghiệp viễn thông Mỹ, nó bao gồm CDMA IS - 95A và IS -95B IS-95 A là hệ thống tế bào thương mại đầu tiên do hiệp hội công nghiệp viễn thông Mỹ TIA giới thiệu. Chính thức khai thác vào tháng 12 năm 1996 tại Hồng Kông, đôi khi người ta còn gọi đây là công nghệ CDMA thế hệ 2 (2G) IS-95B hay còn gọi là thế hệ 2,5G ra đời sau IS-95A, đó là sự kết hợp giữa chuẩn IS-95A và một số chuẩn khác như ANSI-J-008 và TSB-74, trong đó ANSI-J-008 ban hành năm 1995 và là chuẩn của hệ thống PCS 1,8-2,0GHz CDMA. Còn TSB –74 mô tả tương tác giữa IS-95A và CDMA PCS để chúng tương thích nhau. Hệ thống thế hệ 2,5G này được triển khai lần đầu tiên vào tháng 9 năm 1999 tại Hàn Quốc và sau đó được chấp nhận tại một số nước khác như Nhật Bản và Peru.. Xu hướng di động hiện này chính là 3G và CDMA2000 chính là một trong các ứng cử viên đó, Hình 1.2. Các ứng cử viên cho mạng 3G CDMA 2000 phát triển theo 2 pha, là CDMA2000 1x và CDMA 2000 1xEV - CDMA 2000 1x có thể tăng gấp đôi dung lượng thoại so với mạng CDMAone và có thể hỗ trợ dữ liệu với tốc độ đỉnh là 307kbps trong môi trường di động. Thương mại hoá lần đầu tại Hàn Quốc vào tháng 10 năm 2000 bởi công ty SK Telecom. Rồi sau đó tại các nước châu á như Việt Nam (7/2003), Peru.. và một số nước khác. CDMA 2000 1xEV bao gồm CDMA 2000 1xEV-DO hỗ trợ việc truyền dữ liệu với tốc độ đến 2,4Mbps phù hợp với các ứng dụng đa phương tiện như nhạc MP3 và truyền hình hội nghị . Triển khai tại Hàn Quốc vào năm 2002 bởi SK Telecom và KT Freetel và CDMA 2000 1xEV-DV là sự tổ hợp của thoại và dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao lên đến 3,09 Mbps. Hiện nay đã nghiên cứu thành công trong phòng thí nghiệm 2. Vấn đề quy hoạch mạng Tại Việt Nam một dự án hợp tác giữa Công ty SPT và SLD theo hình thức hợp đồng hợp tác kinh doanh BCC đã được thành lặp để triển khai mạng CDMA2000 1x , mạng chính thức đưa vào khai thác 1/7 năm 2003. Tính đến thời điểm này mạng đã và đang cung cấp các dịch vụ cơ bản như thoại fax và các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao cho khách hàng trong cả nước, tuy nhiên diện phủ sóng hiện nay mới chỉ là các thành phố lớn ở phía Bắc và Nam cụ thể là đã phủ sóng được 12 tỉnh thành trong cả nước bao gồm Hà Nội, Hà Tây Quảng Ninh, Hải Phòng, Hải Dương, Hưng yên, Thành Phố Hồ Chí Minh, Bình Dương, Đồng Nai, Vũng Tàu. Trong năm tới sẽ tiến hành phase 2 tức là phủ sóng tất cả các tỉnh thành trong cả nước. Như vậy sẽ phải cắm thêm các trạm mới tính toán các vị trí trạm, tính dung lượng,....Để đảm bảo tốt các yêu cầu ký thuật đó thì cần phải có một sự quy hoạch mạng chi tiết trước khi triển khai, để giảm thiểu chi phí đồng thời đạt hiệu quả kinh tế cao. Không những thế việc quy hoạch mạng còn để duy trì các tham số, chỉ tiêu kỹ thuật của mạng Tuy nhiên trong khuôn khổ của luận văn tác giả chỉ trình bầy một số vấn đề chính về mặt kỹ thuật của quy hoạch mạng, nhằm cung cấp các lý thuyết cơ bản, cái nhìn tổng quan cho những nhà khai thác mạng Vấn đề quy hoạch ở đây có thể tách thành một số vấn đề chính như sau: vấn đề dung lượng mạng, truyền sóng, phủ sóng, PN offset, đó cũng chính là nội dung các chương tiếp theo của luận văn Chương 2: Mô hình đường truyền và một số vấn đề liên quan 2.1. Đặt vấn đề Trong hệ thống thông tin thì tỷ số tín hiệu trên tạp âm là một tham số quan trọng, trong hệ thống thông tin vô tuyến thì tỷ số này phụ thuộc các tham số theo phương trình sau (2.1) Trong đó : + ERP (Effective Radiated Power ) là công suất bức xạ hiệu quả của Antena, LP là tổn hao đường truyền, còn GR là tăng ích xử lý của Antena thu, N là công suất tạp âm ERP=PTLCGT (2.2) + PT: Công suất tại đầu ra của bộ khuyếch đại công suất máy phát + LC: Tổn hao cáp giữa khuyếch đại công suất phát và Antena phát + GT: Tăng ích của Antena phát + Đối với N tuy có nhiều loại nhưng ở đây ta chỉ xét công suất tạp âm nhiệt khi đó: N=kTW (2.3) + K: Hằng số Boltzmann: K=228.6 dBW/Hz/K + T: Nhiệt độ tạp âm của máy thu + W: Băng thông của hệ thống Như vậy C/N phụ thuộc vào các tham số như tăng ích Antena thu phát, công suất thu phát, nhiệt độ tạp âm nhiệt, tất cả các tham số này đều có thể căn chỉnh để cho hệ thống tối ưu tuy nhiên có một vài yếu tố mà ta không thể điều khiển được đó chính là tham số đường truyền hay tổn hao đường truyền Muốn biết được tham số này thì người ta phải dựa vào các mô hình dự đoán, vì các phần tiếp theo sẽ nghiên cứu về các mô hình dự đoán tổn hao cũng như các vấn đề khác của đường truyền 2.2. Các mô hình dự đoán tổn hao đường truyền 2.2.1. Môi trường outdoor 2.2.1.1. Mô hình tổn hao không gian tự do Trong không gian tự do sóng điện từ suy giảm theo hàm bình phương ngược của khoảng cách 1/d2 (2.4) hay: LP = -32,4-20log(fC)-20log(d) (2.5) Trong đó: + d (km): khoảng cách giữa máy thu và máy phát + l(mm): bước sóng của tín hiệu + fC (Mhz): tần số sóng mang của tín hiệu + LP(dB): tổn hao đường truyền của tín hiệu(L=loss, P=path) Số hạng thứ nhất và thứ 2 là hằng số hiệu dụng do vậy tổn hao đường truyền sẽ thay đổi theo khoảng cách d, với độ dốc của đường cong logarit là -20dB/decade Nhận xét: Mô hình tổn hao không gian tự do được sử dụng chủ yếu trong thông tin vệ tinh và các hệ thống thông tin khoảng cách xa khi mà tin hiệu chủ yếu là truyền trong không gian tự do. Trong hệ thống thông ti di động của chúng ta thì các tổn hao chủ yếu là do các vật cản mặt đất như toà nhà cây cối... thì mô hình này không phù hợp và cần sử dụng các mô hình dự đoán khác chính xác hơn. 2.2.1.2. Mô hình Hata-Okumura Xuất phát từ các kết quả đo thực tế trong các môi trường đường truyền di động được thực hiện bởi Okamura, và các công cụ xấp xỉ toán học, Hata đã xây dựng nên mô hình dự đoán tổn hao đường truyền Hata-Okumura. a). Vùng đô thị (urban area): LP= -K1- K2log(fC)+13.82log(hb)+a(hm)-[44.9-6.55log(hb)].log(d)- K0 (2.6) Trong đó: + LP(dB): tổn hao đường truyền + fC(=150-¸2000Mhz): tần số sóng mang của tín hiệu + hb(=30-¸200 m): chiều cao antenna trạm gốc + hm(=1-¸10 m): chiều cao antenna trạm di động + d (=1-¸20 km): khoảng giữa cách trạm gốc và trạm di động Chú ý: độ dốc ở đây là - [44.9-6.55log(hb)] dB/decade Tham số a(hm) và hệ số K0 được sử dụng để điều chỉnh chiều cao của antenna tuỳ theo môi trường: Nếu thành phố nhỏ hoặc trung bình thì : a(hm) = [1.1log(fC)-0.7].hm - [1.56log(f)-0.8] và K0 =0dB Nếu thành phố lớn thì : fC £ 200Mhz Þ a(hm) = 8.29[log(1.54hm )]2- 1.1 fC ³ 400Mhz Þ a(hm) = 3.2[log(11.75hm )]2- 4.97 và K0 =3dB Các hệ số K1 và K2 được sử dụng để giải thích về dải tần số, cụ thể là : Nếu 150Mhz£ fC £ 1000Mhz thì K1= 69.55 K2=21.16 Nếu 1500Mhz£ fC £ 2000Mhz thì K1= 46.3 K2=33.9 b). Vùng ngoại ô (suburban area): (2.7) c). Vùng mở (open area): (2.8) d). Nhận xét: Đây là mô hình được sử dụng rất rộng rãi trong các tool đường truyền môi trường thông tin di động tế bào bởi vì nó chứa nhiều tham số của đường truyền như như tần số, dải tần, chiều cao antenna thu phát, mật độ nhà. Mặc dù nó không bao quát hết được các vấn đề đường truyền nhưng thực tế nó lại rất hiệu quả trong các đô thị có mật độ cao 2.2.1.3. Mô hình Wdfish-ikegami (Cost 231) Mô hình này được sử dụng để ước lượng tổn hao đường truyền (LP ) trong môi trường đô thị cho hệ thống thông tin di động tế bào ở dải tần 800Mhz ¸2000Mhz. Thực tế mô hình này được sử dụng chủ yếu ở Châu Âu cho hệ thống GSM. Mô hình này chứa 3 phần tử là : tổn hao trong không gian tự do (Lf ), tổn hao tán xạ (Scatter) và nhiễu xạ (diffraction) rooftop-to-street (Lrts) và tổn hao che chắn (multiscreen ) (Lms) LP = Lf + Lrts + Lms  (2.9) Trong đó: + Lf = 32.4+20logd+20logfC dB + Lrts= -16.9-10.logW+10logfC+20logDhm+L0 dB + W(m): bề rộng của phố + Dhm= hr-hm (m) + L0=-9.646 dB nếu : 0£ f£350 + L0=2.5 + 0.075 (f-350) dB nếu : 35£ f£550 + L0=4-0.114(f-550) dB nếu : 55£ f£900 + f: là góc tới của phố Hình 2.1. Mô hình đường truyền COST123 Ta có: Lms= Lbsh+ka+kdlogd+kflogfC-9logb (2.10) + b(m): Khoảng cách giữa các toà nhà dọc theo đường truyền vô tuyến + Lbsh=-18log11+Dhb, nếu hb>hr = 0 nếu hb< hr + ka= 54 nếu hb>hr = 54- 0.8hb nếu d ³ 500m và hb£ hr = 54- 1.6Dhb.d nếu d < 500m và hb£ hr + Đối với thành phố trung bình với mật độ cây vừa phải + Đối với trung tâm đô thị Dải tham số cho mô hình 800 £ fC £ 2000 (Mhz) 4 £ hb £ 50 (m) 1 £ hm £ 3 (m) 0.02 £ d £ 5 (km) Một số giá trị mặc định cho mô hình b=20-50m W=b/2 f=900 Chiều cao của mái nhà R =3m đối với mái dốc và R = 0 với mái phẳng Khi đó chiều cao của toà nhà hr= tổng chiều cao các tầng+ R Thực hiện bước so sánh nhỏ giữa mô hình Hata-Okumura và Wdfish-ikegami thì có : Khoảng cách (km) Tổn hao đường truyền (dB) Mô hình Hata-Okumura Mô hình Wdfish-ikegami 1 126.16 139.45 2 136.77 150.89 3 142.97 157.58 4 147.37 162.33 5 150.79 166.01 Bảng 2.1. So sánh tổn hao đường truyền giữa mô hình Hata-Okumura và COST 123 Nhận thấy giá trị dự đoán tổn hao của mô hình Hata-Okumura bao giờ cũng thấp hơn từ 13-16dB, sở dĩ có điều này là vì mô hình Hata-Okumura đã bỏ qua ảnh hưởng của các yếu tố như bề rộng phố, tổn hao khúc xạ, tán xạ phố trong khi đó các yếu tố này lại xuất hiện trong mô hình Wdfish-ikegami 2.2.2. Môi trường Indoor Các nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm đã chỉ ra rằng khi MS di chuyển bên trong của toà nhà thì nó sẽ chịu ảnh hưởng của phading Rayleigh do các vật cản trên đường truyền và phading Ricean do đường truyền sóng ngoài tầm nhìn thẳng (LOS, đường truyền nhìn thẳng là đường không có vật cản toà nhà , không có các phản xạ của tín hiệu). Nếu không xét đến kiểu nhà thì phading Rayleign là phading ngắn hạn vì các tín hiệu đa đường triệt tiêu nhau một phần khi tổng hợp tại máy thu MS . Phadinh Ricean là sự kết hợp của một đường LOS mạnh và phản xạ từ mặt đất cùng với một số các đường phản xạ yếu khác . Đối với CDMA việc xác định lượng suy hao truyền dẫn giữa các tầng là rất quan trọng và cần thiết để quy hoạch sử dụng lại các tần số giữa các tầng tránh được nhiễu đồng kênh. Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến suy hoa đường truyền như loại vật liệu, kiểu cửa sổ toàn nhà, nội thất...Tuy nhiên một đặc điểm rất quan trọng ở đây là tổn hao giữa các tầng sẽ không tăng tuyến tính với khoảng cách (theo đơn vị dB). Tổn hao lớn nhất xảy ra khi máy thu và máy phát cách nhau một tầng đơn. Tổn hao đường truyền tổng cộng sẽ tăng với tỷ lệ nhỏ hơn so với tăng số lượng tầng, cụ thể là giá trị điển hình của suy hao giữa các máy thu và máy phát nếu cách nhau 1 tầng là 15dB, trong 4 tầng tiếp theo, thì suy hao sau mỗi tầng là từ 6-10dB cho tầng tiếp theo, sau đó nếu tăng số tầng lên nữa thì lượng suy hao chỉ còn là vài dB sau mỗi tầng. Trong trường hợp máy phát đặt bên ngoài toà nhà thì nghiên cứu đã chỉ ra rằng tín hiệu thu được bên trong nhà sẽ tăng theo chiều cao toà nhà bởi vì, đối với các tầng thấp hơn thì các cụm dân cư xung quanh làm cho suy hao lớn hơn nên giảm mức đâm xuyên. Với các tầng cao hơn có thể tồn tại đường truyền tầm nhìn thẳng (LOS) và vì vậy tín hiệu tới tường mặt ngoài của toà nhà mạnh hơn, khi đó tổn hao đâm xuyên là một hàm của tần số (tỷ lệ nghịch), và của chiều cao toà nhà (tỷ lệ nghịch). Nếu mặt đâm xuyên có cửa sổ thì thực nghiệm đã chỉ ra tổn hao cường độ tín hiệu bên trong toà nhà sẽ giảm được trung bình khoảng 6 dB so với không có cửa sổ, như vậy mức thu tín hiệu bên trong sẽ cải thiện được 6dB. Thực nghiệm cũng chỉ ra rằng tổn hao đâm xuyên sẽ giảm khoảng 2 dB/ tầng từ tầng mặt đất đến tầng thứ 10 và sau đó bắt đầu tăng, sự tăng này là do đóng góp của hiệu ứng che chắn của các toà nhà lân cận. Tổn hao đường truyền trung bình là hàm của khoảng cách giữa máy thu và máy phát trong toà nhà giữa các tầng là (2.11) Trong đó: + Tổn hao đường truyền trung bình giữa các tầng + Tổn hao đường truyền từ máy phát đến khoảng cách chuẩn, ở đây ta chọn khoảng cách chuẩn là + g: Độ dốc hàm tổn hao trung bình, đây là hàm của số tầng Nếu sử dụng hệ số suy hao tầng ( FAF= Floor Attennuation Factor ), tức là ta dự đoán tổn hao trung bình cho một tầng, của một kiểu nhà sau đó sử dụng hệ số suy hao tầng là một hàm của số tầng và kiểu nhà để tính theo công thức sau (2.12) Trong trường hợp máy thu và máy phát cùng một tầng, và giữa chúng có các bức vách ngăn cách mềm và bê tông thì công thức tổn hao cho cùng tầng sẽ là (2.13) Trong đó: + p: Số vách ngăn giữa máy thu và máy phát + q: Số bức tường bê tông giữa máy thu và máy phát + AF= 1,39 dB cho mỗi vách ngăn + AF= 2,38 dB cho mỗi tường bê tông 2.3. Trễ trải phổ đa đường Hiện tượng đa đường xảy ra khi tín hiệu đến máy thu trực tiếp từ máy phát và gián tiếp thông qua các vật cản và phản xạ. Lượng tín hiệu phản xạ tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố như góc tới, tần số sóng mang, sự phân cực sóng tới. Bởi vì quãng đường đi của các sóng trực tiếp và gián tiếp khác nhau nên thời điểm tới của các sóng cũng khác nhau. Hình 2.2 minh hoạ điều này Hình 2.2. Vấn đề đa đường trong thông tin di động Hình 2.3. Ví dụ về trễ trải phổ Một xung phát đi ở thời điểm 0, giả sử có hiện tượng phản xạ đa đường, máy thu cách trạm gốc khoảng 1km sẽ thu được một số xung, đây chính là hiện tượng trải phổ. Nếu sai số thời gian Dt là đáng kể so với chu kỳ ký hiệu (symbol) thì có thể xảy ra nhiễu xuyên ký hiệu, tốc độ truyền dữ liệu càng lớn thì càng dễ xảy ra hiện tượng nhiễu xuyên ký hiệu. Trường hợp các ký hiệu đến sớm hay muộn hơn chu kỳ của nó thì có thể xảy ra hiện tượng mất hoặc trượt ký hiệu. 2.4. Hiện tượng che chắn đường truyền Chúng ta đều biết rằng tín hiệu khi di chuyển từ máy phát đến máy thu thì bị tổn hao, có nhiều loại tổn hao nhưng chủ yếu vẫn là tổn hao đường truyền do khoảng cách và tổn hao che chắn do xuất hiện các vật cản giữa máy thu và máy phát như toà nhà, cây cối, xe cộ trên đường... Các tổn hao này sẽ làm cho mức công suất thu được tại máy thu giảm, có thể dẫn đến rớt cuộc gọi. Mức giảm công suất này xảy ra với nhiều bước sóng khác nhau và được gọi là fading chậm, phading chậm thường được mô hình hoá bằng phân bố chuẩn logarit nên cũng gọi là fading chuẩn logarit Nguyên nhân gây ra phân bố chuẩn logarit là tín hiệu thu được tại máy thu là tổng hợp của các tín hiệu trực tiếp từ máy phát và một phần gián tiếp phản xạ hoặc xuyên qua từ các vật cản khác nhau như toà nhà cây cối..Qua mỗi vật cản tín hiệu bị suy giảm một phần, kết quả là tín hiệu thu được sẽ phụ thuộc vào các yếu tố truyền dẫn của các vật cản này. Khi các yếu tố này nhiều lên, thì lý thuyết giới hạn chỉ ra rằng phần bố tổng sẽ là phân bố Gaussion 2.5. Phading đa đường Có những thời điểm khi mà máy thu không nhìn thấy máy phát do các vật che chắn, lúc đó máy thu của MS vẫn thu được tín hiệu, đây là tổng hợp của các tín hiệu phản xạ từ các vật thể trên đường truyền, trong số các tín hiệu thu được không có tín hiệu nào trội hơn hơn hẳn. Các đường truyền của các tín hiệu khác nhau nên thời điểm các tín hiệu đến máy thu khác nhau, biên độ và pha của các tín hiệu khác nhau. Cả lý thuyết và thực nghiệm đã chứng minh rằng đường bao tín hiệu sóng mang thu được đối với MS di động theo phân bố Rayleigh. Kiểu phading này gọi là phading Rayleigh. Mô hình lý thuyết đã chỉ ra rằng nếu có N đường tín hiệu phản xạ thì tín hiệu tổng hợp thu được tại MS là: (2.14) Mỗi tín hiệu thu được có biên độ và tần số sóng mang f. Độ dịch tần do hiệu ứng Doppler khi MS di động là . Nếu hướng di động của MS song song với tín hiệu thì dịch tần Doppler là (2.15) Trong đó: n là tốc độ di động của MS. l là bước sóng của sóng mang Biến đổi tương đương (2.6) theo dạng biên độ(Quadrature) và pha(I-phase) ta đượcs (2.16) Với thành phần pha là (2.17) Thành phần biên độ là (2.18) Các thừa số trong tổng (2.8) và (2.9) là độc lập và phân bố giống hệt nhau theo các biến ngẫu nhiên. Vì vậy nếu N lớn cả 2 tổng này đều bằng 0. Biên độ tín hiệu đường bao là (2.19) Khi đó sẽ xuất hiện phân bố Rayleigh, phân bố này có hàm mật dộ xác suất là với R³ 0 (2.20) Và p(R) = 0 với R < 0 (2.21) Bởi vì kiểu phading này thay đổi rất nhanh nên đôi khi gọi là phading nhanh Ví dụ : đối với băng tần di động CDMA 900Mhz, tốc độ di chuyển là 90km/h(25m/s) thì - Bước sóng là - Khi đó thời gian giữa 2 lần phading là - Dịch tần Doppler trong trường hợp này là Chương 3: Quy hoạch dung lượng mạng 3.1. Đặt vấn đề Khái niệm dung lượng nói chung đề cập đến nhiều vấn đề và rất phức tạp nhưng ở đây chỉ đề cập đến dung lượng của phần vô tuyến tức là đề cập về số người sử dụng tối đa mà trạm gốc có thể cung cấp nhằm đảm bảo chất lượng chất lượng thông tin. Do đó từ đây về sau khi nói dung lượng của hệ thống tức là dung lượng của trạm gốc. Đối với hệ thống CDMA thì số người sử dụng (MS=Mobile Station) tối đa mà hệ thống(trạm gốc) có thể cung cấp đối với tuyến xuống tức là từ BTS ®MS sẽ khác đối với tuyến lên tức là từ MS®BTS. Thông thường thì dung lượng của hệ thống CDMA tuỳ thuộc vào dung lượng của tuyến lên vì dung lượng của tuyến xuống được quyết định bởi tổng công suất phát của trạm gốc(cell site) và sự phân bố công suất đối với kênh lưu lượng và các kênh mào đầu(Overhead) khác như kênh pilot, kênh nhắn tin(paging channel), kênh đồng bộ(synchronous channel). Nếu công suất của trạm gốc không đủ để cung cấp cho các kênh lưu lượng tuyến xuống thì dung lượng hệ thống có thể bị hạn chế. Các chuyển giao mềm của tuyến lên có thể cải thiện dung lượng của tuyến lên, tuy nhiên chúng cũng ảnh hưởng cụ thể là giảm đến dung lượng tuyến xuống. Việc quy hoạch dung lượng tức là tính toán sao cho tối ưu hoá hệ thống nhằm đạt được số người sử dụng tối đa, trong khi vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ(QoS= Quality of Service) và chi phí tối thiểu. Đồng thời tính toán mở rộng được dung lượng khi cần thiết Chương này sẽ trình bầy các khái niệm, các kỹ thuật cơ bản trong việc quy hoạch dung lượng mạng. 3.2. Các khái niệm cơ bản 3.2.1. Mật độ lưu lượng Trước khi bàn về lưu lượng chúng ta sẽ định nghĩa đơn vị của nó. Lưu lượng được đo bằng mật độ lưu lượng, với đơn vị là Erlang, do vậy khi nói về lưu lượng ta hiểu đó là mật độ lưu lượng. Có nhiều định nghĩa về Erlang nhưng đơn giản nhất thì một Erlang là một kênh thông tin làm việc trong 1giờ Ví dụ: Thống kê từ lúc 8 -9 giờ cho thấy thời gian chiếm dụng kênh tổng cộng của trạm di động đối với trạm gốc là 1200 phút thì mật độ lưu lượng của trạm gốc là: 3.2.2. Tải hệ thống Dự báo tải lưu lượng (Traffic demand = offered Load) là một vấn đề quan trong trong việc quy hoạch mạng nói chung và trạm gốc nói riêng, tuy nhiên nhu cầu này không thể đo trực tiếp được, mà chỉ có thể ước lượng gián tiếp. Cái mà ta có thể đo trực tiếp được chính là tải sóng mang(carried load) của trạm gốc. Mối quan hệ giữa chúng có thể ước lượng theo phương trình sau (3.1) Tải lưu lượng là đòi hỏi của người sử dụng với mạng, còn tải sóng mang là khả năng thực tế mà mạng có thể cung cấp được, sự chênh lệch này chính là phần bị nghẽn (Blocking) mà ta sẽ đề cập trong phần tiếp theo đây. 3.3. Cấp dịch vụ 3.3.1. Đặt vấn đề Trước hết chúng ta cần làm rõ 2 khái niệm là tỷ lệ nghẽn (Blocking rate) và xác suất nghẽn (Blocking probability). Tỷ lệ nghẽn chính là số lượng đo được của một trạm gốc xác định nào đó, còn xác suất nghẽn là xác suất mà một cuộc gọi bị nghẽn do không còn kênh, xác suất này là hàm số của tải lưu lượng mong muốn và số kênh sẵn có theo quan hệ tỷ lệ thuận với tải, và tỷ lệ nghịch với số kênh, và nó sẽ tăng khi nhu cầu tải tăng. Trong thực tế người ta còn gọi xác suất nghẽn là cấp độ dịch vụ(GoS= Grade of Service), GoS được đánh giá bằng các mô hình toán học, điển hình là mô hình Erlang-B và Erlang-C mà ta sẽ xét trong phần tiếp theo 3.3.2. Mô hình Erlang-B Mô hình này giả thiết các cuộc gọi bị nghẽn sẽ cố gắng để gọi lại tuy nhiên không phải ngay lập tức. Khi đó xác suất nghẽn Pm hay cấp dịch vụ GoS là: (3.2) Với: + M: số kênh (số người sử dụng) mà trạm có thể phục vụ + Các cuộc gọi đến theo phân bố Poisson có nghĩa là thời gian giữa các cuộc gọi đến theo phân bố hàm mũ, các cuộc gọi bị nghẽn không thể gọi lại ngay + Tải lưu lượng trung bình của cell là: (Erlang) (3.3) + l là số di động(người sử dụng) trung bình trong 1giây + 1/m (giây) là thời gian trung bình cuộc gọi Mối quan hệ giữa các tham số trong (3.2) với 3 giá trị QoS khác nhau được thể hiện bằng đồ thị hình 3.1 3.3.3. Mô hình Erlang-C Điểm khác biệt của mô hình này so với mô hình Erlang-B là ở chỗ các cuộc gọi mà bị nghẽn sẽ tiếp tục gọi lại cho đến khi thành công thì thôi, các cuộc gọi lại được mô hình hoá như một hàng đợi tức là sẽ không bị mất mà bị trễ lại cho đến khi có thể. Xác suất theo Erlang-C bằng xác suất các cuộc gọi bị trễ, hay xác suất trễ P (3.4) Các giả thiết về M, h như mô hình Erlang-B. Mối quan hệ ở (3.4) được biểu diễn trên hình (3.2) với 3 xác suất trễ khác nhau Nhận xét: Qua 2 đồ thị hình 3.1 và hình 3.2 ta thấy mô hình Erlang-C cần nhiều kênh hơn Erlang-B để đáp ứng tải lưu lượng và xác suất nghẽn Ví dụ: Trong giờ bận ví dụ từ lúc 5 đến 6 giờ chiều, một trạm gốc thống kê được tải sóng mang là 10 Erlang, cùng thời gian đó tỷ lệ nghẽn kênh là 9%. Nếu muốn tỷ lệ nghẽn là 1% thì cần phải sử dụng bao nhiêu kênh ở trạm gốc -Ta có tải lưu lượng là, theo (3.2) -Tra bảng Erlang-B với xác suất nghẽn 1% ta được số kênh cần thiết là 19 kênh, nếu tra bảng Erlang-C số kênh là 20 kênh. Rõ ràng Erlang-C cần nhiều kênh hơn Erlang-B 3.4. Một số khái niệm khác trong hệ thống CDMA 3.4.1. Đặt vấn đề Như ta đã biết đối với các hệ thống di động nói chung thì các cuộc gọi tới trạm gốc sẽ bị nghẽn khi không còn kênh. Đây là nghẽn cứng, tuy nhiên trong hệ thống CDMA thì lại khác, khi số người sử dụng tăng lên thì mức nhiễu cũng tăng, làm ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ. Bởi vì các trạm gốc cùng dùng chung phổ tần vô tuyến nên nhiễu tăng làm cho tỷ lệ mất khung khung(FER=Frame Erase Rate) tăng và tỷ lệ rớt cuộc gọi sẽ cao hơn. Trong trường hợp này người ta gọi là nghẽn mềm vì số người sử dụng có thể tăng nếu như nhà cung cấp dịch vụ muốn chấp nhận mức nhiễu cao hơn và chất lượng dịch vụ thấp hơn. Như vậy trong hệ thống CDMA tồn tại 2 kiểu nghẽn + Khi có nhiều người dùng thì mức nhiễu đối với người sử dụng mới sẽ tăng, nếu mức này tăng hơn ngưỡng thì cuộc gọi sẽ bị từ chối mặc dù còn nhiều kênh ở trạm gốc, đây là nghẽn mềm + Một cuộc gọi có chất lượng tốt nhưng nếu không có kênh tại trạm gốc thì cuộc gọi vẫn bị nghẽn, đây là nghẽn cứng Trong phần tiếp theo của chương này sẽ đề cập rõ hơn về 2 loại nghẽn này 3.4.2. Nghẽn mềm trong hệ thống Chúng ta sẽ xem xét điều kiện về nghẽn mềm đối với tuyến lên(từ trạm di động đến trạm gốc) vì đây là tuyến bị giới hạn về dung lượng. Giả sử có đủ kênh tại trạm gốc, khi đó việc xảy ra nghẽn cứng hầu như là không thể. Các giả thiết + Có M người sử dụng ở mỗi cell, và hệ thống có K cell + Điều khiển công suất là hoàn hảo + Trạm di động cần tỷ số năng lượng trên nhiễu Eb/I0 như nhau Như ta đã biết nghẽn mềm xảy ra khi tổng nhiễu vượt quá giá trị ngưỡng, tổng nhiễu It (I=Interference, t=total), nhiễu trong trạm gốc IC (c=cell), nhiễu từ các cell khác IO (o=others ) và nhiễu tạp âm nhiệt NO(NO =Noise), vậy điều kiện để không xảy ra nghẽn mềm là (3.5) (3.6) Trong đó: M: Số cuộc gọi đồng thời trong 1 cell(sector) Ebi : Năng lượng bit trên tín hiệu trạm di động thứ i trong cell đang xét Ebij : Năng lượng bit trên tín hiệu của trạm di động thứ i trong cell thứ j R: Tốc độ mã hoá thoại của Vocoder vfi : Hệ số tích cực thoại của trạm di động thứ i trong cell đang xét vfij : Hệ số tích cực thoại của trạm di động thứ i trong cell thứ j Chia 2 vế của (3.6) cho Id.R ta được (3.7) BW: Là băng thông trải phổ Id=It/BW : Là mật độ nhiễu trung bình(d=density) : Gọi là mức tạp âm nền Xác suất xảy ra nghẽn mềm P(blocking) là xác suất mà (3.8) 3.4.3. Nghẽn cứng trong hệ thống Bây giờ chúng ta nghiên điều kiện xảy ra nghẽn cứng trong CDMA. Giả sử tỷ lệ nhiễu tổng so với mức tạp âm nền đủ nhỏ, khi đó xác suất xảy ra nghẽn mềm là không thể. Xét hệ thống với 3 cell như hình 3.3 Vùng phủ sóng của các cell chồng lên nhau, kết quả là xuất hiện các vùng chuyển giao mềm 2 đường(MS bắt tay với 2 trạm cùng lúc) và 3 đường (MS bắt tay với 3 trạm cùng lúc). Gọi X1 là phần trăm thời gian trạm di động không ở trong trạng thái chuyển giao. X2 là phần trăm thời gian trạm di động giành cho chuyển giao 2 đường. X3 là phần trăm thời gian trạm di động giành cho chuyển giao 3 đường. Khi đó: X1 + X2 + X3 =100% Hay X1 =1- X2 - X3 (3.9) Chúng ta phân biệt khái niệm tải thực (real load) và tải biểu kiến(apparent load). Đối với hệ thống bình thường như AMPS chẳng hạn thì 2 giá trị này bằng nhau. Nhưng trong CDMA tải biểu kiến là lượng tải mà người sử dụng phải trả tiền tính cước, trong khi tải thực là giá trị thực tế đã dùng bởi hệ thống. Sự khác nhau chính giữa 2 loại này chính là chuyển giao. Vì trong quá trình chuyển giao 2 đường, trạm di động sử dụng các tài nguyên kênh từ 2 cell khác nhau cùng lúc, nếu 3 đường thì sẽ từ 3 cell, do vậy hệ số tải(load factor) được định nghĩa là tỷ số tải thực và tải biểu kiến Kết luận: trong thực tế thì tải thực luôn luôn được sử dụng để tính số kênh cần thiết trong hệ thống Ví dụ: Thông qua việc nghiên cứu thị trường và nhân khẩu học(demographic) các kỹ sư lưu lượng ước tính được rằng tải lưu lượng cho cell mới là 11Erlang. Đồng thời cũng ước tính thêm được rằng thời gian giành cho chuyển giao 2 đường là 30%, 3 đường là 10%. Nếu xác suất nghẽn cứng mong muốn là 1% thì cần bao nhiêu kênh lưu lượng(sử dụng bảng Erlang- C ) Hệ số tải là: Tải thực là: Với xác suất nghẽn 1% tra bảng Erlang-C ta được số kênh cần thiết là 27 kênh 3.5. Dung lượng của hệ thống 3.5.1. Dung lượng tuyến lên (MS->BTS) Giả sử trạm gốc(BTS) sử dụng Antenna đẳng hướng và đang phục vụ đồng thời M trạm di động (MS). Trong môi trường CDMA đối với mỗi MS thì (M-1)MS còn lại sẽ là nhiễu đồng kênh. Tại trạm gốc công suất tín hiệu trung bình thu được từ trạm di động thứ i là Sri (r=received ). Khi đó công suất cho một bít tín hiệu Eb (b=bit) là: (3.10) R(bps): Tốc độ truyền dữ liệu thoại (9.6Kbps hoặc 14.4Kbps) NOBW: Công suất tạp âm nhiệt NO (Noise ): Là mật độ phổ công suất tạp âm nhiệt BW (Bw=BandWith): Là băng thông của tín hiệu trải phổ(1.25Mhz) IC (c=cell hoặc co-channel): Là có mật độ phổ công suất nhiễu đồng kênh trung bình vì bản chất đây chính là nhiễu do các trạm di động khác trong cell gây ra (3.11) Trong (3.5.1.2) thì vf là hệ số tích cực thoại (V=voice, f=factor) Chúng ta đều biết rằng trong hệ thống IS-95 nói riêng và CDMA nói chung thì tốc độ của đầu ra của Vocoder biến đổi theo thoại thực tế, ví dụ nếu không có thoại tức là người sử dụng không nói thì tốc độ đầu ra của Vocoder thấp giảm công suất phát không cần thiết, điều đó có nghĩa là giảm được nhiễu. Với việc sử dụng Vocoder tốc độ biến đổi mà công suất nhiễu tổng cộng sẽ giảm, hệ số giảm này gọi là hệ số tích cực thoại vf . Nếu Vocoder phát liên l ục thì vf =1, nhưng thống kê thoại cho thấy thuê bao chỉ sử dụng khoảng 40%-50% thời gian thoại nên trong thực tế thì vf =0.4~0.5 Giả sử điều khiển công suất tốt tuyến lên hoàn hảo, tín hiệu phát từ tất cả các di động sẽ tới trạm gốc với cùng công suất thu nghĩa là Sri= Sr với mọi giá trị của i trong khoảng [1,M-1]. Tổng mật độ phổ công suất của tạp âm nhiệt và của nhiễu đồng kênh là It (t=total): (3.12) Chú ý: Khái niệm “mật độ nhiễu” khác với “nhiễu” ở chỗ “nhiễu” tính trên cả băng thông trải phổ BW tức là muốn tính “mật độ nhiễu” ta phải lấy “nhiễu” chia cho băng thông BW Biểu thức (3.5.1.3) trở thành (3.13) Khi đó kết hợp (3.12) và (3.13) ta được (3.14) Trong (3.5.1.5) thì GP=BW/R là tăng ích xử lý Ta có cường độ tín hiệu Sr theo đơn vị dB Sr = Pm + Gm + Gb + Gdv + Gsho + LP + Mfade + Lb + LPent + Lc ( 3.15) Với: Gm (dB): Tăng ích antenna phát của di động Gb (dB): Tăng ích antenna thu của trạm gốc Gdv (dB): Tăng ích phân tập của antenna trạm gốc Gsho (dB): Tăng ích chuyển giao mềm của di động Lc (dB): Tổn hao do cáp kết nối LP (dB): Tổn hao đường truyền LPent (dB): Tổn hao do tín hiệu xuyên qua các phương tiện, toà nhà Lb (dB): Tổn hao do các vật thể khác như cây cối... Mfade(dB): Dự trữ fading che chắn Pm : Công suất phát của di động Giải phương trình (3.14) ta được (3.16) (3.17) Trong thực tế ngoài nhiễu do (M-1) di động trong cell phục vụ ra còn có nhiễu do các cell lân cận, nhiễu này lớn hay nhỏ tuỳ thuộc vào khoảng cách địa lý của cell phục vụ so với cell bên cạnh, bán kính cell phục vụ lớn thì nhiễu sẽ nhỏ, và ngược lại. Nhiễu này được đánh giá bằng hệ số nhiễu giữa các cell f, f tuy khó tính được nhưng có thể xác định được bằng thực nghiệm Khi đó (3.14) có thể viết lại thành (3.18) Nếu kể cả hệ số điều khiển công suất không hoành hảo hc thì (3.18) trở thành (3.19) Giải phương trình (3.9) ta được (3.20) (3.21) Nhận xét: Theo (3.5.1.11) thì M tỷ lệ nghịch với Sr nên M=Mmax khi Sr ®¥, lúc đó MMax được gọi là dung lượng cực của trạm gốc (pole point cell capacity): (3.22) Kết hợp (3.21) và (3.22) ta được (3.23) Trong (3.23) thì r là hệ số tải của cell : r=M/Mmax (3.24) Chú ý: Đại lượng nghịch đảo của (1+r) được gọi là hệ số sử dụng lại tần số (3.25) Lý tưởng thì F=1, trong trường hợp 1 trạm gốc tức là r=0, còn trường hợp có nhiều trạm gốc thì r sẽ tăng, khi đó F sẽ giảm tương ứng - Hệ số tải nói lên rằng nếu như chỉ có 1 cell đơn phát đẳng hướng, sẽ không có nhiễu từ các cell khác và cell đạt dung lượng cực đại Mmax nhưng thực tế cell lại sector hoá, và dù các trạm di động ở các cell(sector) bên cạnh được điều khiển công suất bởi chính cell (sector) đó nhưng dù sao một phần công suất từ chúng sẽ là nhiễu đối với cell hay sector đang xét, có nghĩa là cell này bị chịu thêm một phần tải (loaded) từ các trạm di động khác, nên dung lượng hệ thống sẽ bị giảm với hệ số tải r<1 Kết hợp (3.11), (3.12), (3.10), (3.14) với các giả thiết như Sri= Sr và bỏ qua giá trị 1 trong (3.12) ta được giá trị gần đúng của hệ số tải r là: (3.26) Theo phương trình (3.26) ta thấy hệ số tải của cell r là thước đo đánh giá nhiễu của hệ thống (do các trạm di động trong cell xét gây ra) so với mức tạp âm nhiệt : - Nếu r = 0.5 có nghĩa là nhiễu trong hệ thống bằng mức tạp âm nhiệt IC=NO - Nếu r < 0.5 có nghĩa là IC<NO hay hệ thống bị giới hạn bởi tạp âm nhiệt - Nếu r > 0.5 có nghĩa là IC>NO hay hệ thống bị giới hạn bởi tạp nhiễu Thông thường thì r = [0.5; 0.7] Nhận xét: Trường hợp mà ta đã xét chỉ là Antenna đẳng hướng, còn khi sử dụng Antenna sector thì ta sẽ đạt thêm được tăng ích xử lý. Sau đây ta sẽ xét ảnh hưởng của việc sector hoá đối với dung lượng Nhiễu từ các di động của các cell khác sẽ giảm Khi ta sector hoá cell đang xét, thay vì Antenna đẳng hướng 3600 , cell đang xét có thể được chia nhỏ thành 3 hoặc 6sector, như vậy mỗi sector chỉ thu tín hiệu với góc độ 1200 hoặc 600 mức nhiễu tương ứng sẽ giảm khoảng 3 hoặc 6 lần, giá trị này chính là tăng ích của Antenna sector hoá GS . Xem hình 3.4 Đối với một trạm gốc thì giá trị chính xác tăng ích sector hoá GS chính là tỷ số giữa tổng công suất nhiễu từ các hướng chia cho công suất thu được của Antenna sector: (3.27) Trong đó: GS (q): Tăng ích của Antenna Sector ở hướng q, tăng ích này phụ thuộc cả vào khoảng cách GS (0): Tăng ích cực đại của Antenna Sector (giả sử ở hướng q=00) I (q): Công suất nhiễu thu được từ các người sử dụng của các cell khác, đây là hàm của q Chú ý: - Ta có thể tính chính xác được tăng ích Sector hoá theo phương trình (3.27) nếu như biết được tăng ích của Antenna sector hoá sử dụng, phân bố không gian và khoảng cách các trạm di động gây nhiễu trong các cell đến trạm đang xét. - Giá trị thực tế của GS = 2.55 đối với hệ thống cấu hình 3 sector, và GS = 5 đối với cấu hình 6 sector Ví dụ: Trạm gốc được cấu hình với các tham số sau Hệ số tích cực thoại vf = 0.5 Tỷ số năng lượng bit trên tổng nhiễu là Eb/It = 6dB (=4 vì 10xlog4=6dB) Hệ số nhiễu từ các cell khác f=0.67 Hệ số điều khiển công suất hc = 0.8 Tốc độ bit thoại R= 9.6Kbps Băng thông trải phổ B = 1.23MhZ Tính dung lượng của hệ thống Mmax=? Dung lượng của trạm gốc (cell) là, áp dụng công thức (3.22) ta được Nếu có 3 sector khi sector hoá thì tăng ích sector hoá là GS =2.55 và: Kết luận: + Tuyến thông tin cần tỷ số Eb/It để đảm bảo BER(Bit Error Rate, tỷ lễ lỗi bit) và cuối cùng là đảm bảo FER(Frame Error Rate, tỷ lệ lỗi khung). Nhưng dung lượng của hệ thống lại tỷ lệ nghịch với Eb/It, nếu Eb/It thấp hơn giá trị ngưỡng yêu cầu thì dung lượng hệ thống cao hơn + Có thể tăng dung lượng nếu như có thể giảm được tải của cell bên cạnh, hay sector hoá cell, chẳng hạn cell 6 sector sẽ có dung lượng cao hơn 3 sector 3.5.2. Dung lượng erlang của tuyến lên Để tính dung lượng Erlang của 1 cell ta giả sử số di động đang được trạm gốc phục vụ là M thì theo phân bố Poison như đã đề cập ở phần (3.1): (3.28) Với: + Tải lưu lượng trung bình của cell là: l/m (Erlang) + Số di động(người sử dụng) trung bình là: l + Thời gian trung bình cuộc gọi là: 1/m Thời gian trung bình cuộc gọi t là phân bố hàm mũ, nên sxác suất để t<T là: Pr(t0 (3.29) Sử dụng (3.5.3.2) ta có xác suất nghẽn (hay không được phục vụ outage probability) Pout là (3.30) Với (3.31) 1/h =là tỷ số giữa tổng nhiễu và công suất tạp âm nhiệt trên công suất tạp âm nhiệt Nếu tính đến nhiễu từ các cell khác và điều khiển công suất không hoàn hảo thì (3.30) trở thành: (3.32) Với: + b =(ln10)/10 + sc = Phương sai chuẩn lệch của điều khiển công suất Giải phương trình (3.32) theo biến là l/m ta được dung lượng Erlang của cell là: (3.33) Trong đó: (3.34) (3.35) Ví dụ: Xác suất nghẽn Pout =1% Dự trữ fading che chắn Mfade =8dB Số mũ hàm tổn hao đường truyền (g) = 4 Hệ số tích cực thoại vf =0,4 Hệ số nhiễu từ các cell khác f = 0,55 Băng tần trải phổ BW =1,23MHz Tốc độ dữ liệu thoại R=9.6Kbps (Eb /It )SP =7dB = 5 (Sp=specified=chuẩn, còn rec=received giá trị thu thực tế) 1/h =10 sc = 2dB = 1,5849 Tính l/m=? Tra bảng hàm Q-1(Pout)= Q-1(0,01) ta được: Q-1(0,01)=2,33 Thay số vào (3.31) ta được: Thay vào (3.34) và (3.35) ta có Thay vào (3.33) được Nếu tra bảng Erlang B, với xác suất nghẽn 1% ta được số di động là 30 3.5.3. Dung lượng tuyến xuống(BTS ->MS) Như đã nói lúc đầu đối với tuyến xuống thì vấn đề dung lượng cung đồng nghĩa với việc điều khiển công suất, dung lượng tuyến xuống sẽ đạt cực đại khi công suất phát cho từng trạm di động(thuê bao) bằng đúng nhu cầu của chúng, vì nếu phát công suất lớn hơn mức cần thiết thì sẽ gây nhiễu sang các trạm di động ở các trạm gốc bên cạnh, đặc biệt đối với các trạm di động đang ở vùng chuyển giao chẳng hạn như 2 đường thì sẽ thu tín hiệu từ 2 trạm gốc. Việc điều khiển công suất được quyết định thông qua các bản tin mà trạm gốc nhận được từ MS báo cáo kết quả mà nó đo được về công suất cũng như mức nhiễu ở từng di động. Việc điều khiển công suất được coi là tối ưu nếu hệ số phẩm chất (figure merit ) đối với các kênh mang giá trị dương, hệ số phẩm chất M đối với từng kênh của trạm gốc được định nghĩa là hiệu số của tỷ số mức năng lượng bít trên nhiễu thu được (Eb/It)REC (Received) và tỷ số chuẩn (Eb/It)SP (Specified) tức là: (3.36) (3.37) (3.38) (3.39) Thực tế cho thấy chỉ cần hệ số phẩm chất ở (3.36) và (3.37) mang giá trị dương thì các hệ số khác cũng dương, khi cân bằng tuyến hoàn hảo thì tất cả hệ số phẩm chất sẽ bằng không. Các khuyến nghị như sau Chú ý: Đối với kênh pilot thì do không có thông tin nên năng lượng trên chip EC/It thay cho EB/It Thực nghiệm đã chỉ ra để có được dung lượng tối đa thì các mức công suất phát đối với các kênh của trạm gốc như sau PPILOT = 15-20%PCELL-SITE PSYNC = 10%PPILOT =1.5-2.0%PCELL-SITE PPAGING = 30- 40% PPILOT =7%PCELL-SITE PTRAFFIC = [1-( PPILOT + PSYNC + PPAGING)]=71-76.5%PCELL-SITE Công suất phát cho một trạm di động là (3.40) MTOTAL =M(1+xCO) Trong đó: M: Số thuê bao trạm gốc có thể phục vụ xCO: Hệ số kênh mào đầu cần cho kênh lượng bổ xung theo yêu cầu của các di động tuỳ theo các kiểu chuyển giao khác nhau aCHAN: Hệ số tích cực kênh (3.41) NP: Số lượng kênh nhắn tin Nhận xét: + là giá trị danh định, công suất phát thực tế cho di động có thể thay đổi 4dB quanh giá trị này tuỳ vào việc điều khiển công suất cho từng di động. Trong tuyến xuống các kênh lưu lượng bổ xung cần cho chuyển giao liên quan đến tỷ lệ vùng chuyển giao, một giá trị chuẩn. Xem bảng 3.1 Kiểu chuyển giao % Vùng chuyển giao Giá trị của xCO Soft 25% 0,25 Softer 20% 0,20 Soft- Soft 10% 0,20 Softer- Softer 10% 0,20 Bảng 3.1. Hệ số kênh mào đầu cho đối với các kiểu chuyển giao khác nhau 3.5.4. Dung lượng Erlang của tuyến xuống Trong phần này ta sẽ tính mức thu tại một trạm di động. Giả sử người sử dụng i được điều khiển bởi trạm gốc 1, thu nhiễu từ Q trạm gốc khác. (S1)i là công suất thu được tại di động m từ trạm 1 (home cell) còn (S2)i ........ (SQ)i là công suất thu được tại di động m từ các trạm gốc bên cạnh (S1)i >(S2)i>....... (SQ)i >0 (3.41) Nếu Fi là tỷ lệ phần trăm tổng công suất trạm gốc mà trạm gốc ấn định cho trạm di động thứ i trong M trạm MS được phục vụ bởi trạm gốc này thì: fM= (3.42) Giả sử tỷ lệ phần trăm công suất phát cho kênh lưu lượng là b thì 1-b là tỷ lệ phần trăm công suất phát cho kênh mào đầu khi đó (3.43) No: Mật độ tạp âm nhiệt;BW: Băng thông trải phổ; R: Tốc độ dữ liệu Giả sử tất cả trạm di động dùng cùng mức thu theo (3.43) ta có mức công suất thu của trạm di động là (3.44) Dung lượng của hệ thống có thể ước lượng theo xác suất nghẽn như sau (3.45) Mô phỏng kết quả đối với xác suất nghẽn (3.45) trong IS - 95 được chỉ ra ở hình 3.5 Hình 3.5 Quan hệ xác suất nghẽn và số người dùng Ví dụ: Sử dụng các tham số sau trong hệ thống IS-95 CDMA để tính dung lượng của hệ thống ở cả 2 tuyến BW =1,23Mhz; R=9,6kbps; 1/h= 10; Pout=1% Hệ số tích cực thoại vf = 0.5; Hệ số nhiễu từ các cell khác f=0.65; Thành phần tổn hao đường truyền (g)=4; Dự trữ che chắn=8dB; Hệ số kênh mào đầu xCO=0.85; Phương sai điều khiển công suất sc = 2,5dB = 1,7783 a). Đối với tuyến lên ta có: Tra bảng hàm Q-1(Pout)= Q-1(0,01) ta được: Q-1(0,01)=2,33 ; Đối với điều khiển công suất hoàn hảo sc = exp(0) = 1 khi đó Vậy hiệu quả điều khiển công suất Dung lượng erlang là Nếu tra bảng Erlang B, với xác suất nghẽn 1% ta được số di động là 23, tuy nhiên nếu điều khiển công suất hoàn hảo thì số di động có thể là 27. Chúng ta mất khoảng 15% tổng dung lượng(so sánh 27 và 23) do điều khiển công suất không hoàn hảo. Với hệ số tải là 70%, dung lượng tuyến ngược sẽ là 16 di động. b). Đối với tuyến xuống Hình vẽ hình 3.5 cho ta thấy rằng tuyến xuống có thể cung cấp MF =38 di động khi điều khiển công suất hoàn hảo. Giả sử hiệu quả điều khiển công suất là như nhau ở 2 tuyến khi đó dung lượng thực của tuyến xuống là MF .hC =38x0,8635=33 Nếu chúng ta xét đến ảnh hưởng của chuyển giao mềm đối với dung lượng tuyến xuống thì với xCO= 0,85 dung lượng tuyến xuống sẽ giảm xuống còn Là: 33/1,85=28Chương 4: Quy hoạch Vùng phủ sóng 4.1. Mục đích của quy hoạch Quy hoạch vùng phủ sóng là công việc rất quan trọng và rất cần thiết vì việc quy hoạch cho ta vùng phủ sóng lớn nhất trong khi vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) trong vùng đó. Do CDMA là hệ thống bị giới hạn bởi tạp âm (nhiễu) nên kích thước của cell (vùng phủ sóng của trạm gốc) được được quan tâm hơn hơn dung lượng, độ nhậy máy thu được sử dụng để tính kích thước của cell. Dự trữ phading, tổn hao đường truyền mức tín hiệu thu tối thiểu là những tham số chính để xây dựng nên kích thước của cell. Các phần tiếp theo của chương này sẽ tập trung vào việc phân tích các tham số này để tính vùng phủ sóng đường lên và đường xuống cũng như việc cân bằng tuyến nhằm đạt được dung lượng lượng và chất lượng tối ưu. 4.2. Quy hoạch Vùng phủ sóng 4.2.1. Quỹ đường truyền Quỹ đường truyền cho ta biết tổn hao đường truyền cho phép tối đa đối với mỗi tuyến, và tuyến nào bị giới hạn, biết được tổn hao đường truyền tối đa cho phép ta cũng biết được bán kính tối đa của vùng phủ sóng của cell. Thay cho việc tính tổn hao đường truyền nhờ vào các phương trình dự đoán tổn hao, chúng ta có thể tính được tổn hao đường truyền tối đa cho phép từ quỹ đường truyền, rồi dựa vào các mô hình đường truyền để tính bán kính cell. Thực chất quỹ đường truyền là sự cân bằng giữa các yếu tố tăng ích, tổn hao và dự trữ để đảm bảo hệ thống hoạt động tối ưu 4.2.1.1. Tuyến xuống Yêu cầu của tuyến xuống là các tham số trong các phương trình sau đều dương, tuy nhiên trong thực tế chỉ cần 2 tham số chính là (4.1) và (4.2) dương thì các tham số còn lại cũng thoả mãn (4.1) (4.2) (4.3) (4.4) a). Công suất phát tổng cộng của trạm gốc(cell) Chú ý: tất cả các tham số công suất P ở đây đều là công suất bức xạ hiệu dụng (ERP=Equivalent Radiated Power) b). Công suất kênh lưu lượng cho mỗi người sử dụng là (4.5) Trong đó: Hệ số tích cực kênh Tỷ lệ phần trăm kênh mào đầu dành cho chuyển giao c). Công suất thu được tại MS đối với mỗi kênh là (4.6) (4.7) (4.8) (4.9) (4.10) Trong đó GL là tham số về đường truyền Xem lại các tham số của GL, tính cả tăng ích phân tập anten, các loại tổn hao khác (4.11) Tổn hao đường truyền trung bình giữa BTS và MS Tổn hao đâm xuyên (dB) Tổn hao cây cối; Tổn hao cáp Dự trữ cho fading chuẩn logarit (do che chắn) lần lượt là tăng ích của BTS và MS d). Nhiễu bên trong cell (do các người sử dụng khác trong cùng cell gây ra) là: (4.12) Trong đó: C=cell, còn ch=channel, có thể là pilot, paging, sync,traffic/user BW: Băng thông của tín hiệu e). Nhiễu bên ngoài cell (do người sử dụng ở các cell khác gây ra) là: (4.13) Trong đó: OC=other cell, còn ch=channel, có thể là pilot, paging, sync,traffic/user Hệ số sử dụng lại tần số f).Tổng nhiễu là: (4.14) g). Mật độ tạp âm nhiệt là: (4.15) NF: Hệ số tạp âm nhiệt của trạm di động h). Mức năng lượng bit trên nền nhiễu của các kênh là Ta có: Tốc độ bit của kênh tương ứng , b nghĩa là bit, ch=channel (4.16) Chú ý: Các kênh(ch) ở đây có thể là kênh pilot, sync, paging, traffic, riêng kênh pilot do không mang thông tin nên tốc độ ở đây là tốc độ chip (c), chứ không phải tốc độ bit(b), đồng thời tốc độ dữ liệu chính bằng tốc độ trải phổ Trong đó: rec nghĩa là thu được (received), 4.2.1.2. Tuyến lên a). Công suất phát của trạm di động(Đầu ra của bộ khuyếch đại) (4.17) công suất bức xạ đẳng hướng từ antenna phát của MS là tăng ích antenna của MS Tổn hao cáp và bộ lọc giữa bộ khuyếch đại phát và Antenna b). Công suất thu được của kênh lưu lượng tại trạm gốc từ mỗi MS (4.18) Tổn hao đường truyền trung bình từ MS đến BTS Tổn hao cáp và đấu nối máy thu BTS Dự trữ cho fading chuẩn logarit (do che chắn) là tăng ích của BTS c). Mật độ nhiễu do các MS khác trong cell gây ra cho MS đang xét (4.19) Trong đó: oth_ms = other mobile station: nhiễu do các ms khác gây ra cho ms đang xét BW: Băng thông của tín hiệu M: số kênh thoại trong cell xét d). Mật độ nhiễu từ các MS ở các cell khác gây ra (4.20) oth_ms: other cell: nhiễu do các cell khác gây ra cho ms Hệ số sử dụng lại tần số e). Mật độ nhiễu tổng cộng (4.21) f). Mật độ tạp âm nhiệt (4.22) NF: Hệ số tạp âm nhiệt của trạm di động g). Tỷ số tín hiệu trên nhiễu đối với bit của kênh lưu lượng hướng lên là (4.23) b(bps): tốc độ bit của kênh lưu lượng hướng lên 4.2.1.3. Ví dụ về quỹ đường truyền Cho hệ thống CDMA với các dữ liệu bên dưới, hãy tính các tham số dự trữ tuyến an toàn a). Các tham số tuyến xuống + Công suất phát hiệu dung (ERP) của các kênh như sau: +Số người sử dụng trong một sector ở tuyến lên là M=13 + % Công suất kênh mào đầu dành cho chuyển giao là: + Các loại tổn hao trong tham số đường truyền GL là + Hệ số tích cực kênh + Hệ số sử dụng lại tần số + Băng thông tín hiệu: + Tốc độ dữ liệu của các kênh b). Các tham số tuyến lên + Công suất bức xạ đẳng hướng + Các loại tổn hao đường truyền Suy hao cáp và bộ lọc máy thu: Tăng ích antenna thu MS: Tổn hao đường truyền trung bình từ MS đến BTS Với các dữ liệu trên ta có: a). Tính toán cho tuyến xuống + Công suất phát tổng của trạm gốc + + Công suất kênh lưu lượng phát cho 1 người dùng +Tham số tổn hao đường truyền + Công suất thu được của các kênh đường xuống +Tính các loại nhiễu đối với kênh pilot +Tính các loại nhiễu đối với kênh sync +Tính các loại nhiễu đối với kênh paging +Tính các loại nhiễu đối với kênh traffic + Tính tạp âm nhiệt +Khi đó mức thu được(r=received) đối với bit trên nền nhiễu là +Tính các tham số dự trữ tuyến an toàn M Kết luận: tất cả các tham số này đều dương chứng tỏ việc sử dụng công suất tuyến xuống là thoả mãn b). Tính toán cho tuyến lên 4.2.2. Vùng phủ sóng đường lên (Reverse Linh, Up link ) Đối với đường lên thì tổn hao đường truyền cho phép tối đa mà trạm gốc có thể chấp nhận được được xác định bằng tỷ số tín hiệu trên nhiễu (CIR= carrier interference rate), số người sử dụng đồng thời, công suất phát tối đa của trạm di động. Tại trạm gốc tỷ số này xác định bằng (4.24) Trong đó: Công suất đầu ra bộ khuyếch đại của trạm di động tăng ích antenna trạm gốc bao gồm các tổn hao cáp tăng ích antenna trạm di động bao gồm các tổn hao cáp Tổn hao đường truyền tuyến lên Số người sử dụng đồng thời Hệ số tích cực thoại Hệ số sử dụng lại tần số tạp âm nhiệt của trạm gốc tuỳ vào tải của hệ thống, tức là: (4.25) Với r là hệ số tải của cell Tổn hao đường truyền tối đa mà di động cho phép là, theo (4.1) (4.26) Tính theo đơn vị dB thì (4.3) trở thành (4.27) Tổn hao truyền dẫn tối đa là, theo (4.4) (4.28) hay: (4.29) Ví dụ: công suất phát trạm di động , Tăng ích xử lý trạm gốc ; Tạp âm nhiệt của trạm gốc ; Hệ số tải của cell r=90%; Tổn hao đường truyền tuyến lên Ta có: Tổn hao truyền dẫn tối đa là, theo (4.6) 4.2.3 Vùng phủ sóng đường xuống(Forward Link, Down link ) Đối với đường xuống, đường biên của cell được xác định bởi tỷ số năng lượng chip trung bình trên nhiễu(mật độ phổ thu được) của kênh pilot. (4.30) Kết hợp (4.5) và (4.7) ta có: (4.31) Do nên (4.8) trở thành (4.32) Tính theo đơn vị dB và giải (4.9) ta được phương trình (4.10) đối với T(r) như sau : Trong đó: Phần trăm công suất sử dụng cho kênh pilot Công suất phát trạm gốc(cell) tăng ích antenna trạm di động bao gồm các tổn hao cáp Tổn hao đường truyền tuyến lên Mật độ phổ công suất nhiễu của các cell khác Mật độ phổ công suất nhiễu của cell phục vụ Hệ số tích cực thoại tạp âm nhiệt của trạm gốc (Ec/It)min: Giá trị yêu cầu tối thiểu cho kênh pilot x=Ioc/Io Ví dụ: Công suất phát cell là 44dBm, zP=15%, (Ec/It)min=-15dB, hệ số tạp âm nhiệt (NFm) =8dB, Gc = 6dB, Gm = 0dB, and Ioc/Io=2.5dB Tính tổn hao đường truyền tối đa cho phép T(r)=-15- 44- 105- 10log[0.15- 0.03162x(1+1.7783)] = - 158dB 4.2.4. Cân bằng tuyến (Link balance) Vì chúng ta có đường lên và đường xuống khác nhau nên nếu không cân bằng được tuyến thì hệ thống sẽ không tối ưu, do vậy việc quy hoạch sao cho cân bằng tuyến sẽ đảm bảo được nhiễu tối thiểu đồng thời loại trừ vấn đề về chuyển giao. Đối với đường lên, vùng phủ sóng(đường bao) phụ thuộc vào hệ số tải và đường xuống được quyết định bởi tỷ số Ec/It tối thiểu, muốn đảm bảo cho cân bằng tuyến thì đường bao vùng phủ sóng phải trùng nhau. Chúng ta cần phải quy hoạch sao cân bằng được tổn hao đường truyền ở 2 tuyến. Hệ số cân bằng tuyến là: (5.33) Dựa vào tham số này người quy hoạch sẽ biết được tuyến nào là giới hạn, Nếu Bf 0 đường lên bị giới hạn, hệ thống sẽ cân bằng khi B=0. Tuy nhiên trong thực tế thì Bf d đường lên bị giới hạn, hệ thống sẽ cân bằng khi ½B½ £ d. Ví dụ: Hệ thống với các tham số sau: Công suất phát của trạm di động ; Công suất phát của trạm gốc ; Hệ số tích cực thoại; Tăng ích xử lý trạm gốc = 21dB; Số người sử dụng đồng thời trong cell là M=20; Hệ số tải của cell là r=0.5; Hệ số tạp âm cell (NF)cell =5dB; Hệ số tạp âm trạm di động là: (NF)Mob =8dB -> Tăng ích antenna trạm gốc bao gồm các tổn hao cáp GB= 6dB Tăng ích antenna trạm di động bao gồm các tổn hao cáp GM= 0dB Giá trị yêu cầu tối thiểu cho kênh pilot (Ec/It)min=-15dB=10-15=0,03163 Mức tín hiệu yêu cầu là: (Eb/It)min=7dB ; x=Ioc/Io=2.5dB Tính phần trăm công suất dành cho kênh pilot Và giá trị tối ưu để cho cân bằng tuyến Ta có: Tổn hao đường truyền ở đường lên là: Theo (4.9) ta có: Thay số ta được: Để cân bằng tuyến thì theo (5.7) B = 0 nghĩa là: Giải phương trình ta được: Chương 5: Quy hoạch độ lệch định thời ( PN Offset) 5.1. Đặt vấn đề Như đã chúng ta đã biết trong hệ thống thông tin CDMA nói chung thì tỷ số S/N yêu cầu rất thấp nên cho phép chúng ta sử dụng lại cùng băng tần ở các cell. Các kênh pilot thuộc về các trạm gốc khác nhau được phân biệt nhau nhờ sử dụng các độ lệch định thời khác nhau trong cùng chuỗi mã giả ngẫu nhiên pilot (PN).Tuy nhiên khi tín hiệu pilot phát từ trạm gốc đến trạm di động thì xảy ra hiện tượng trễ đường truyền theo khoảng cách nên sẽ xảy ra hiện tượng giả pilot, tức là trạm di động nhận nhầm kênh pilot và điều này sẽ nhận dạng nhầm trạm gốc, sự nhầm lẫn làm cho rớt cuộc gọi hoặc chuyển giao sai. Vì vậy việc quy hoạch PN offset trong CDMA là một vấn đề rất quan trọng. Việc quy hoạch PN offset trong CDMA cũng tương tự như là việc quy hoạch tần số trong mạng di động GSM, hay mạng tế bào tương tự nên sẽ có 2 vấn đề chính đó là + Khoảng cách sử dụng lại PN offset + khoảng cách an toàn giữa 2 PN offset của 2 cell cận kề nhau Do vậy các phần tiếp theo của chương 5 này sẽ mô tả cụ thể hơn các vấn đề này 5.2. Chuỗi PN ngắn Mỗi chuỗi PN ngắn được tạo ra khi sử dụng thanh ghi dịch với 15 phần tử trễ, chiều dài của chuỗi này là 215 =32,768 chip, Nếu chúng ta dịch chuỗi PN đi 1 chip thì ta sẽ tạo ra một chuỗi PN khác, cùng chiều dài, do vậy về mặt lý thuyết ta có thể tạo ra 32,768 chuỗi PN khác nhau để ấn định cho trạm gốc, nên việc quy hoạch chuỗi PN là không cần thiết Nhưng vấn đề là ở chỗ nếu mỗi trạm gốc khác nhau 1 chip thì dải an toàn sẽ hạn chế, cụ thể là, giả sử tốc độ phát là 1,2288Mcps, khi đó khoảng thời gian của mỗi chip: Khoảng thời gian 0,81380sec sẽ tương ứng với khoảng cách truyền là: Trong đó 3x108 m/s là tốc độ ánh sáng. Giả sử có 2 trạm gốc BTS1 và BTS2, (Base Transceiver Station) chuỗi PN của BTS1 khác của BTS2 1 chip (chuỗi PN của BTS2 chậm hơn của BTS1 1 chip, tức là dịch 1 chip ), trạm di động cách BTS1 488m, cách BTS2 là 244m, xem hình 5.1 MS: Trạm di động BTS: Trạm thu phát gốc Hình 5.1. Mô phỏng trường hợp MS không thể phân biệt được 2 trạm gốc Khoảng cách 488m sẽ tương ứng trễ 2 chip, trong khi 244m tương ứng khoảng trễ 1 chip. Trong miền thời gian PN của BTS1 tại MS sẽ như là chuỗi ban đầu nhưng bị dịch 2 chip, còn chuỗi của BTS 2 như bị dịch 1 chip (nghĩa là tín hiệu PN của BTS1 đến MS bị chậm đi 2 chip, còn BTS2 chậm 1 chip ). Nhưng do thời điểm phát PN của BTS 2 chậm hơn của BTS1 1 chip nên tại MS thì 2 tín hiệu lại xuất hiện đồng thời do vậy MS không thể phân biệt được đâu là chuỗi PN của trạm gốc nào, tức là không thể nhận dạng được trạm gốc. Xem hình 5.2 PN: Chuỗi giả ngẫu nhiên (Pseudo-Noise Sequence) Hình 5.2. Mô phỏng chuỗi PN trong miền thời gian và trường hợp MS không nhận dạng được trạm gốc Để giải quyết vấn đề này chuẩn IS-95 đã chỉ ra rằng các chuỗi PN dùng cho nhận dạng các trạm gốc phải cách nhau tối thiểu 64chip. Khoảng phân cách 64 chip này gọi là độ lệch chuẩn định thời (PN offset). Ví dụ chuỗi PN với độ lệch chuẩn định thời 1(PN offset=1) sẽ khác chuỗi PN có PN offset=0 là 64 chip, và chuỗi PN với PN offset=4 sẽ cách chuỗi PN với PN offset=0 là 4x 64 chip=256 chip. Với độ lệch chuẩn là 64 chip thì số chuỗi PN tối đa có thể dùng là: Trong thực tế thì các chuỗi PN cách nhau nhiều hơn 64 chip (là bội số của 64chip ), tham số chỉ ra điều đó gọi là PILOT_INC, nếu PILOT_INC=1 tức là cách nhau 64chip, nếu PILOT_INC=2 tức là cách nhau 2x64chip=128chip. Khi đó đương nhiên số chuỗi PN có thể dùng sẽ nhỏ hơn 512 và bằng: (5.1) Ví dụ nếu PILOT_INC=4 thì chỉ có 128 chuỗi PN có thể dùng được. Con số này là giới hạn, nên việc quy hoạch chuỗi PN ở đây cũng tương tự như quy hoạch tần số trong các hệ thống tế bào khác ). Mục đích là ấn định PN offset cho các sector khác nhau để giảm thiểu sự nhầm lẫn các chuỗi PN tại trạm di động Chú ý: Vì kênh pilot là kênh phát quảng bá chuỗi PN của trạm gốc nên độ lệch định thời PN cũng gọi là độ lệch định thời kênh pilot (pilot offset) 5.3. Cùng độ lệnh PN (Co-PN Offset) Bài toán ở đây là nếu có 2 trạm gốc cùng chuỗi PN(tức là các chuỗi PN với cùng PN offset) thì khoảng cách tối thiểu giữa chúng là bao nhiêu ? Hình 5.3 minh hoạ trường hợp này MS: Trạm di động BTS: Trạm gốc Hình 5.3. Mô phỏng trường hợp 2 trạm gốc cùng PN offset Giả sử trạm di động(MS) ở vị trí đường bao của cell 2 do trạm gốc 2 (BTS2) phủ sóng, và đang được BTS 2 phục vụ, khoảng cách từ MS đến BTS 2 tương ứng với trễ đường truyền là Y chip, còn với BTS1 là X chip (như hình 5.3). Trạm BTS1 được nhận dạng bởi chuỗi PN 1, BTS 2 bởi PN2. Xét chuỗi PN trong miền thời gian, 2 chuỗi này được đồng bộ với nhau khi chúng được phát đi từ các trạm tương ứng vì chúng có cùng PN offset. Tuy nhiên chuỗi PN 1 sẽ bị trễ X và PN 2 trễ Y chip tại MS. Trạm di động MS sẽ dùng cửa sổ tìm kiếm SRCH_WIN_A để chặn và thu tín hiệu pilot sau quá trình trễ đường truyền. Cửa sổ này có tâm điểm chính là vị trí của tia sóng pilot đến sớm nhất, trạm di động hiện đang được phục vụ bởi BTS 2 , nếu chuỗi PN1 nằm trong cửa sổ này của trạm di động thì tín hiệu sẽ được dịch là thành phần đa đường của chuỗi PN 2, trạm di động sẽ cố giải điều chế cả 2 tín hiệu pilot trong cùng cửa sổ SRCH_WIN_A và cố gắng kết hợp chúng. Kết quả xuất hiện nhiễu bởi vì 2 tín hiệu khác nhau về thông tin. Trong tình huống này, PN 1 được gọi là giả của chuỗi PN 2. Xem hình 5.4. Để tránh vấn đề này thì trễ X phải đủ lớn để PN 1 nằm ngoài cửa sổ tìm kiếm của trạm di động tức là X phải lớn hơn tổng ( Y+W/2) (5.2) Với W (chip) là kích cỡ của cửa sổ tìm kiếm SRCH_WIN_A. Nếu coi Y(chip) như bán kính phủ sóng tương đương của trạm 2(Rchip), và (D=Y+X chip ) như là khoảng cách giữa 2 trạm gốc thì ta có (5.3) Do một chip tương ứng với khoảng cách 244m, nên khoảng cách vật lý thực tế d giữa 2 trạm gốc sử dụng cùng PN offset là: (5.4) Trong đó : d(m) = D(chip)x244(m), r(m) = R(chip)x244(m) : là bán kính phủ sóng của trạm 2 nhưng tính bằng(m), W(chip): kích thước của cửa sổ tìm kiếm SRCH_WIN_A 5.4. Độ lệnh PN cận kề (Adjacent PN Offset) Vấn đề ở đây là nếu 2 trạm gốc đang sử dụng 2 chuỗi PN kề nhau(chẳng hạn lệch nhau I= (PILOT_INC) x64chip ) thì có phải thoả mãn điều kiện gì để không xảy ra hiện tượng giả PN offset. Xem hình 5.5, sẽ mô tả trường hợp này Nếu xét trong cùng miền thời gian, 2 chuỗi này không đồng bộ với nhau về thời gian khi chúng được phát từ các trạm gốc tương ứng, nhưng có sự thay đổi I chip giữa chúng. Xem hình 5.6 Chuỗi PN 1 bị trễ X, chuỗi PN 2 trễ Y khi tới MS. Bình thường MS đang được phục vụ bởi trạm gốc BTS 2, thì trung tâm cửa sổ tìm kiếm sẽ là chuỗi PN 2 (giả sử thành phần pilot là thành phần đa đường đến sớm nhất) Nhưng như hình 5.6 đã chỉ ra nếu chuỗi PN 1 rơi vào cửa sổ tìm kiếm của trạm gốc thì nó sẽ được dịch và được hiểu là thành phần đa đường của chuỗi PN 2, vì chuỗi PN 1 giả đến trước cả PN 2, trạm di động sẽ thay đổi cửa sổ của nó để cho tâm cửa sổ bây giờ là PN 1 đồng thời cố gắng giải điều chế và kết hợp cả 2 tín hiệu, điều đó tất nhiên là gây nhiễu Để tránh hiện tượng này thì: (5.5) Cũng tương tự như phần trước ta cũng có khoảng cách giữa 2 trạm có PN lân cận nhau sẽ là (5.6) Với: + d(m) = D(chip)x244(m) + r(m) = R(chip)x244(m) : là bán kính phủ sóng của trạm 2 nhưng tính bằng(m) + W(chip): kích thước của cửa sổ tìm kiếm SRCH_WIN_A Nhận xét: Khoảng cách d(m) phải nhỏ hơn giá trị biên là (244I -122W +2r). Điều kiện này luôn được thoả mãn với các trạm cạnh kề (neighboring cells) tức là cạnh nhau về mặt địa lý Chương 6: Kỹ thuật tối ưu hoá hệ thống- ứng dụng trong mạng CDMA 2000 1x tại Việt Nam 6.1. Kỹ thuật tối ưu hoá mạng 6.1.1. Giới thiệu chung Kỹ thuật tối ưu hoá hệ thống liên quan đến nhiều vấn đề nhưng chủ yếu là quá trình tối ưu hoá vô tuyến (RF= radio frequency). Trong hệ thống CDMA thì việc tối ưu hoá này là cần thiết và cần tiến hành thường xuyên vì có rất nhiều tham số để điều chỉnh và ảnh hưởng của việc điều chỉnh các tham số này rất dễ thấy Chương này sẽ tập trung một số vấn đề chính trong việc tối ưu hóa hệ thống vô tuyến như giám sát kênh, tham số chuyển giao, nhiễu ... 6.1.2. Kỹ thuật giám sát kênh 6.1.2.1 Tuyến xuống Kỹ thuật giám sát kênh nhằm giải quyết vấn đề rớt cuộc gọi, trong đó tỷ lệ rớt cuộc gọi là một tham số chính để đánh giá hệ thống CDMA, bản chất của rớt cuộc gọi tức là trong quá trình đang đàm thoại, máy phát di động ngừng phát và chuyển về trạng thái khởi tạo ban đầu(Initialization State). Nói chung rất khó để xác định được cơ chế gây ra rớt cuộc gọi, tuy nhiên bằng cách phân tích các dữ liệu thống kê được thì có thể nói rằng có 3 nguyên nhân chính gây ra rớt cuộc gọi đó là: chất lượng khung lưu lượng kém(bad frame), quá thời hạn của fade timer, không nhận được bản tin phản hồi từ trạm gốc. Sau đây sẽ lần lượt phân tích các nguyên nhân này a). Do chất lượng khung lưu lượng hướng xuống xấu(bad frame) Trong tuyến xuống, MS luôn giám sát chất lượng khung của kênh lưu lượng thông qua việc kiểm tra trường chỉ thị chất lượng của khung CRC(circle redundency check). Nếu trường này chỉ ra rằng chất lượng của khung xấu hoặc MS không thể xác định được tốc độ dữ liệu của khung thì MS chỉ thị đây là khung xấu. Ngược lại là khung tốt Cơ chế rớt cuộc gọi do khung xấu như sau, trong quá trình giám sát các khung, nếu MS thu được liên tiếp 12 khung xấu liên tục, thì nó sẽ ngừng phát (máy phát tắt), tuy nhiên nếu ngay lập tức sau đó nó thu được 2 khung tốt liên lục thì MS lại bật máy máy phát trở lại, còn không thì MS mất kênh lưu lượng và sẽ xảy ra rớt cuộc gọi b). Do quá thời hạn cho phép của fade timer Nhằm đảm bảo chất lượng trong CDMA nên kênh lưu lượng luôn duy trì bộ đếm thời gian fade timer, nó sẽ được khởi tạo khi MS bật máy phát bắt đầu kênh lưu lượng, theo chuẩn IS-95 thì giá trị của nó là 5 giây, và đếm lùi sau khi khởi tạo. Timer sẽ được khởi tạo lại nếu như MS thu được 2 khung tốt liên tục. Nếu quá thời hạn 5 giây thì MS sẽ tự động tắt máy phát và thông báo là mất kênh lưu lượng, kết quả là xảy ra rớt cuộc gọi b). Do không nhận được bản tin phản hồi acknowledgment từ trạm gốc Đôi khi MS gửi bản tin yêu cầu đòi phản hồi acknowledgment từ trạm gốc và đợi 0,4 giây, nếu sau 3 lần cố gắng phát liên tục mà không nhận được phản hồi từ BTS thì nó sẽ thông báo lỗi và trường hợp này cũng gây ra rớt cuộc gọi 6.1.2.2 Tuyến lên Hoàn toàn tương tự như tuyến xuống, tuy nhiên trong CDMA IS-95 không định nghĩa giá trị các tham số trên mà chúng sẽ do các nhà sản suất quyết định. 6.1.3. Tham số điều khiển công suất Chuẩn IS-95 chỉ ra thủ tục điều khiển công suất ở tuyến xuống là khi MS thông báo cho trạm gốc biết các điều kiện tuyến xuống, nó sẽ căn cứ vào đó để ra quyết định điều khiển công suất. Có 2 chế độ mà MS thông báo cho trạm gốc đó là theo định kỳ(periodic),tức là MS sẽ thông báo các thống kê về lỗi khung ở những thời điểm xác định, và theo giá trị tức thời khi đạt ngưỡng (threshold) tức là MS chỉ thông báo khi mà các lỗi khung đạt đến một giá trị ngưỡng tiền định Có 5 tham số điều khiển công suất tuyến xuống mà trạm gốc gửi cho MS đó là: PWR_THRESH_ENABLE: Bộ chỉ thị kiểu thông báo ngưỡng PWR_REP_THRESH: Ngưỡng thông báo điều khiển công suất PWR_PERIOD_ENABLE: Bộ chỉ thị kiểu thông báo theo định kỳ PWR_REP_DELAY: Trễ thông báo điều khiển công suất MS sử dụng các bộ đếm riêng của nó là TOT_FRAMES để ghi lại tổng số các khung, và BAD_FRAMES để ghi lại các khung xấu mà nó thu được, bằng cách cứ khi nào thu được một khung nó lại tăng bộ đếm TOT_FRAMES lên một, nếu thu được khung xấu thì bộ đếm cũng tăng lên một Nếu PWR_THRESH_ENABLE=1 thì hệ thống sẽ thực hiện theo kiểu thông báo ngưỡng, nghĩa là khi tổng số khung xấu BAD_FRAMES đạt giá trị ngưỡng PWR_REP_THRESH thì MS thông báo các thống kê về lỗi khung bằng cách gửi PMRM (P Measurement R Message) đến trạm gốc, sau khi gửi PMRM nó sẽ đặt lại giá trị các bộ đếm trên về 0 và sẽ không tăng giá trị các bộ đếm này trong khoảng (PWR_REP_DELAYx4) khung. Nếu PWR_PERIOD_ENABLE=1 thì kiểu thông báo là theo định kỳ, nghĩa là khi thì MS thông báo thống kê lối khung thông qua việc gửi PMRM đến trạm gốc, sau khi gửi thì nó đặt lại giá trị các bộ đếm về 0, và cũng như trường hợp trên MS sẽ không tăng giá trị bố đếm trong khoảng thời gian PWR_REP_DELAYx4 khung. Nội dung của PMRM bao gồm 2 trường sau: + ERRORS_DETECTED: Số lỗi khung phát hiện được. Đây chính là giá trị bộ đếm số khung xấu BAD_FRAMES + PWR_MEAS_FRAMES: Số khung của kênh lưu lượng hướng xuống trong chu kỳ vừa đo trước. Đây là giá trị của bộ đếm TOT_FRAMES Trạm gốc sử dụng 2 trường này để tính thống kê lỗi. Rõ ràng MS có thể gửi bản thông báo PMRM thường xuyên hơn nếu ta điều chỉnh các tham số điều khiển công suất vừa mô tả ở trên. Ví dụ như có thể sử dụng cả 2 kiểu thông báo đồng thời, hoặc một trong 2 tham số giảm PWR_REP_THRESH hoặc PWR_REP_PRAMES giảm. 6.1.4. Kích thước cửa sổ tim kiếm MS sử dụng 3 cửa sổ tìm kiếm sau để thu và bám tín hiệu kênh pilot nhận được +SRCH_WIN_A: Cửa sổ tìm kiếm cho nhóm hoạt hoá và nhóm thứ. Nhóm hoạt hoá(nhóm chủ) là nhóm gồm các kênh pilot liên kết với các kênh lưu lượng hướng xuống. Trạm gốc gán pilot nhóm chủ cho các MS, mỗi MS một kênh pilot để truy cập mạng. Nhóm thứ là nhóm được lựa chọn để nhận chuyển giao. Các pilot nhóm thứ có cường độ tín hiệu đủ mạnh đến mức MS biết rằng kênh lưu lượng hướng xuống liên kết với nó sẽ được giải điều chế thành công. Thực tế MS tuyển chọn một piot trong các nhóm thấp kém hơn(nhóm gần, nhóm xa) mà nó đạt tới ngưỡng cường độ chuẩn để đề bạt vào pilot nhóm thứ, rồi báo cho trạm gốc xét duyệt thành pilot nhóm chủ + SRCH_WIN_N: Cửa sổ tìm kiếm cho nhóm gần. Nhóm gồm các kênh pilot không thuộc 2 nhóm trên nhưng có thể được xét lựa chọn phục vụ cho chuyển giao. Nhóm này được các kỹ sư thiết kế tính toán và lựa chọn trước trạm gốc căn cứ vào đó để cập nhật + SRCH_WIN_R: Nhóm xa(nhóm dư), đây là nhóm bao gồm tất cả các pilot khả dĩ của hệ thống CDMA(tức là có thể dùng được). 6.1.4.1. Cửa sổ tim kiếm A(SRCH_WIN_A ) Như trên đã nói MS dùng nó để tìm các pilot nhóm chủ và thứ. Kích thước của cửa sổ cần xác định trước theo điều kiện của môi trường đường truyền. Nó phải đảm bảo đủ lớn để có thể thu được tất cả các thành phần đa đường có ích từ trạm gốc, nhưng cũng phải đủ nhỏ để đạt hiệu suất tìm kiếm tối đa , hình 6.1.1 mô tả tình huống đa đường Hình 6.1.1. Cửa sổ A dùng để thu cả 2 đường A và B Vì tâm của cửa sổ tìm kiếm là tín hiệu đến sớm nhất. Đường trực tiếp A cách di động 1 km, nhưng đường gián tiếp (đa đường) dài 4 km, do một chíp tương ứng với khoảng cách dài 244,14m nên đường trực tiếp sẽ tương ứng với số chíp là: Đường gián tiếp dài là Vì vậy chênh lệch khoảng cách giữa 2 đường là 16,4chip-4,1chip=12,3chip Như vậy đường trực tiếp A đến sớm nhất và vì vậy ở trung tâm của cửa sổ tìm kiếm, đường gián tiếp B(do đa đường) đến chậm hơn 12,3 chip. Để có thể thu được cả 2 đường này tức là cả 2 đường này đều nằm trong cửa sổ tìm kiếm thì kích thước cửa sổ ít nhất phải rộng bằng (2x12,3=24,6)chip. Nói chung thì các kỹ sư vô tuyến (RF=Radio Frequency) phải đặt SRCH_WIN_A theo hiểu biết của họ về các điều kiện đa đường trong cell. Cửa sổ lớn thì hạn chế hiệu quả của việc tìm kiếm kênh pilot, nên nó không được quá lớn. Nói chung các thành phần đa đường đi khoảng cách xa hơn thì suy hao nhiều hơn,vào lúc nó đến di động thì có thể cường độ tín hiệu quá nhỏ không thu được, do vậy cửa sổ tìm kiếm cần phải đủ nhỏ để loại bỏ một số thành phần đa đường Hình 6.1.2 mô tả trường hợp khi cửa sổ tìm kiếm A được sử dụng để giảm vùng mà di động có thể dẫn đến chuyển giao mềm. Trong khi chuyển giao mềm giữa 2 cell, MS bám theo 2 tín hiệu pilot khác nhau từ 2 trạm gốc khác nhau trong cửa sổ tìm kiếm. Chú ý rằng sau khi MS nhận dạng kênh pilot đã biết nó loại trừ độ lệch PN loại từ pilot thu được để chỉ còn lại trễ đường truyền. Xem ví dụ hình 6.1.2 Hình 6.1.2. SRCH_WIN_A và vùng chuyển giao mềm lớn hơn Chuyển giao mềm xảy ra giữa điểm a và điểm b, tại điểm a, MS cách trạm gốc BTS1 là 3 km, và trạm BTS 2 là 7km. Tại điểm b, MS cách BTS 1 là 7km và BTS 2 là 3km, xét về thời hạn chip thì Tại điểm a -MS cách BTS 1 là: -MS cách BTS 2 là: -Sai lệch về đường truyền là: D=28,7chip-12,3chip=16,4chip Tại điểm b -MS cách BTS 1 là: -MS cách BTS 2 là: -Sai lệch về đường truyền là: D=28,7chip-12,3chip=16,4chip Theo hình vẽ 6.1.2 thì tại điểm a pilot từ trạm BTS 2 đến MS trễ hơn từ BTS1 là 16,4 chip. Tại điểm b thì ngược lại pilot từ trạm BTS 1 đến MS trễ hơn từ BTS2 là 16,4 chip. Nếu các kỹ sư vô tuyến muốn chọn vùng chuyển giao mềm là giữa điểm c và điểm d, thì việc phân tích hoàn toàn tương tự, MS ở điểm c cách BTS 1 là 4km và BTS2 là 6 km, và ngược lại tại d cách BTS1 là 6km và BTS2 là 4km, xem hình 6.1.3 ta có: Hình 6.1.3. SRCH_WIN_A và vùng chuyển giao mềm nhỏ hơn Tại điểm c -MS cách BTS 1 là: -MS cách BTS 2 là: -Sai lệch về đường truyền là: D=24,6chip-16,4chip=8,2chip Tại điểm d -MS cách BTS 1 là: -MS cách BTS 2 là: -Sai lệch về đường truyền là: D=24,6chip-16,4chip=8,2chip Trong trường hợp này nếu muốn vùng chuyển giao mềm là vùng nhỏ hơn vùng giữa điểm c và d thì phải đặt cửa sổ tìm kiếm A tối thiểu là gấp đôi giá trị lớn nhất của D tức là rộng 2x8,2chip=16,4chip. Theo cách này thì MS di chuyển từ BTS1 đến BTS 2 và MS có thể đảm bảo rằng ra khỏi điểm d thì keenh pilot của BTS1 sẽ nằm ngoài cử sổ tìm kiếm 6.1.4.2. Cửa sổ tim kiếm N&R (SRCH_WIN_N&SRCH_WIN_R ) Cửa sổ tìm kiếm N là cửa sổ mà MS dùng để bám các kênh pilot thuộc nhóm gần (neighbor list). Kích thước cửa sổ này thông thường lớn hơn cửa sổ A. Nó cần đủ lớn để không những có thể thu được các thành phần đa đường từ trạm gốc đang phục vụ mà còn của cả các trạm bên cạnh(neighbor) Phương pháp phân tích trong trường hợp này cũng hoàn toàn tương tự như trên. Nhưng ở đây kích cỡ lớn nhất bị giới hạn bởi khoảng cách giữa 2 trạm gần nhau. Hình 6.1.4 minh hoạ khái niệm này. MS nằm bên phải cạnh BTS 1, và vì vậy trễ đường truyền từ trạm 1 coi như không đáng kể. Trạm 1 cách trạm 2 là 5 km, tức là tương đương với: Cửa sổ tìm kiếm chỉ ra rằng pilot từ trạm 2 đến chậm hơn trạm 1 là 20,5 chips. Vì vậy để cho một MS bất kỳ trong cell tìm được kênh pilot từ các trạm gần, thì cửa sổ tìm kiếm N phải đặt theo khoảng cách vật lý giữa trạm hiện thời và các trạm bên cạnh nó. Kích thước thực tế có thể không cần lớn như thế nhưng đây có thể coi là giới hạn trên cho cửa sổ N. Cửa sổ R là cửa sổ mà MS có thể bám các kênh pilot còn lại, yêu cầu cửa sổ này là nhỏ nhất bằng cửa sổ N 6.1.5. Tối ưu trường Để tối ưu trường thì các kỹ sư vô tuyến (RF) phải tiến hành đo được cường độ trường thực tế của hệ thống, giá trị thực tế này thay đổi theo tải, một khu vực có vùng phủ sóng tốt lúc 10 giờ tối khi tải ít, nhưng sẽ có vùng phủ sóng tồi lúc 6 giờ sáng khi tải tăng, vì vậy việc đo phải được tiến hành khi có tải. Sau đây là một số các tham số quan trọng cần quan tâm khi tiến hành đo (Driving test) 6.1.5.1. Cường độ kênh pilot Cường độ kênh pilot hay, tỷ số năng lượng chip trung bình trên nhiễu(mật độ phổ thu được) của kênh pilot có thể chỉ ra được các vấn đề của vùng phủ sóng, MS cần mức đủ lớn để duy trì liên lạc, nếu nó quá nhỏ thì thậm trí MS không thể khởi tạo được cuộc gọi (6.1.4) Phần trăm công suất sử dụng cho kênh pilot (ERP) Công suất phát trạm gốc(cell) (ERP) tăng ích antenna trạm di động bao gồm các tổn hao cáp Tổn hao đường truyền tuyến lên Mật độ phổ công suất nhiễu của các cell khác Mật độ phổ công suất nhiễu của cell phục vụ tạp âm nhiệt của trạm di động Như vậy tỷ số thấp chủ yếu là do Erp của kênh pilot thấp, hoặc nhiễu của tuyến xuống lớn, hoặc nhỏ, để khắc phục vấn đề này thì phải tăng ERP của kênh pilot 6.1.5.2. FER ( Frame Erase Rate tỷ lệ mất khung) FER là một phương pháp khác chỉ ra được các vấn đề vùng phủ sóng. Vì FER chỉ ra trực tiếp chất lượng thoại thu được, khi hệ thống tối ưu FER nằm trong khoảng chấp nhận được và tối thiểu hoá cả ở 2 tuyến lên và xuống, FER liên quan trực tiếp đến mức tín hiệu bit trên nhiễu theo quan hệ tỷ lệ nghịch, FER tăng chứng tỏ rằng tỷ lệ tín hiệu bít trên nhiễu giảm. 6.1.5.3. Vùng phủ sóng tuyến xuống Một trong những nguyên nhân chính gây nên FER tuyến xuống cao là nghèo về vùng phủ sóng, tức là chất lượng vùng phủ sóng không đảm bảo, thực chất là do tổn hao đường truyền lớn hoặc ERP thấp, nếu FER tăng cao thì gây nên ra hiện tượng rớt cuộc gọi, giải pháp khắc phục là tăng ERP, tuy nhiên điều này lại làm tăng nhiễu hướng xuống cho các MS trong cell, cũng như là các MS ở các cell bên cạnh, do vậy việc tăng ERP kênh lưu lượng phải cân bằng lượng nhiễu chấp nhận được cho các MS khác. Giải pháp khác là thêm số trạm gốc. 6.1.5.4. Nhiễu tuyến xuống Nguyên nhân khác làm cho FER tăng ở tuyến xuống là nhiễu tuyến xuống tăng. Có 4 loại nhiễu ở hướng xuống là nhiễu do kênh lưu lượng hướng xuống của trạm phục vụ, vì đối với một kênh xác định thì các kênh còn lại là nhiễu, muốn giải quyết loại nhiễu này thì cần hạn chế số kênh lưu lượng hướng xuống ở trong cell. Nhiễu do các kênh mào đầu của trạm gốc đang xét, loại nhiễu này đôi khi được xem như là lụt kênh pilot (pilot pollution), vì công suất của kênh pilot bao giờ cũng mạnh nhất trong số các kênh mào đầu, giải pháp khắc phục là giảm công suất mào đầu của các trạm gần Nhiễu do các kênh lưu lượng hướng xuống từ các trạm gốc khác, giải pháp khắc phục là kiểm tra hướng Antenna của các trạm bên cạnh, việc thay đổi hướng có thể giảm được nhiễu cho cell xét, nhưng phải đảm bảo không ảnh hưởng gì đến vùng phủ sóng của các cell này Cuối cùng là nhiễu do các nguồn khác từ ngoài vào hệ thống CDMA, khi tiến hành đo đạc ta phải xác định cụ thể vị trí của nguồn gây nhiễu, và khoanh vùng chúng 6.1.5.5. Vùng phủ sóng tuyến lên Nguyên nhân chính gây nên FER cao là nghèo vùng phủ sóng tuyến lên, và điều này có thể gây rớt cuộc gọi. Nghèo vùng phủ sóng tuyến lên có thể gây ra mức năng lượng thấp trong truyến ngược. Nguyên nhân là tổn hao đường truyền vượt quá mức cho phép, mà công suất phát của máy di động cao cũng không thể đủ để bù lại lượng tổn hao này 6.1.5.6. Nhiễu tuyến lên Nguyên nhân khác gây ra tỷ lệ mất khung tuyến lên cao là nhiễu tuyến lên cao, làm cho mức thu năng lượng bit trên nhiễu giảm. Có 3 nguồn nhiễu chính ở hướng lên là + Nhiễu do các MS ở trong cell phục vụ phát các kênh kênh lưu lượng cùng một lúc. Đối với kênh lưu lượng đang xét thì các kênh lưu lượng còn lại là nhiễu. Giải pháp trong trường hợp này là hạn chế số lượng các MS được phục vụ trong cell thông qua việc điều chỉnh góc nghiêng của Antenna để giảm vùng phủ sóng + Nhiều do công suất của các kênh mào đầu. Đôi khi nhiễu này còn được gọi là “lụt kênh pilot”, vì công suất kênh pilot lớn nhất so với các kênh mào đầu khác, nên gây nhiễu nhiều nhất cho mức thu kênh lưu lượng + Nhiễu do phát kênh lưu lượng từ các MS khác trong các cell khác. Tương tự như trên có thể giảm nguồn nhiễu này bằng cách điều chỉnh góc nghiêng, hoặc hướng antenna của trạm phục vụ. + Các nhiễu khác do sử dụng phi pháp các thiết bị thu phát khác trong băng tần CDMA(Nếu có sự kiểm duyệt tốt từ cục quản lý tần số quốc gia thì sẽ không có loại hình nhiễu này) 6.2. Mạng thông tin di động CDMA triển khai tại Việt Nam Mạng thông tin di động mặt đất CDMA triển khai tại Việt Nam hiện nay là mạng CDMA2000 1x, có nghĩa là sử dụng một tần số FA(Frequency Allocation), mạng này về cơ bản có cấu trúc như mạng IS-95 nhưng có một số cải tiến về dịch vụ cũng như tốc độ truyền dữ liệu. Các phần sau sẽ trình bầy chi tiết về mạng 6.2.1. Sơ đồ cấu hình Mạng có 3 phân hệ chính là: + Phân hệ mạng lõi + Phân hệ mạng truy nhập + Phân hệ mạng dữ liệu 6.2.2. Phân hệ mạng lõi 6.2.2.1. Trung tâm chuyển mạch MSC (Mobile Switching Center) - Đây chính là hệ thống tổng đài di động 50000 số, với BHCA 850k (8kbps thoại) nhãn hiệu Starex của Công ty LG Hàn Quốc Tổng đài có chức năng chính là Xử lý cuộc gọi, dịch số, điều khiển chuyển mạch các cuộc gọi từ điểm đầu yêu cầu đến đích thông qua việc kết nối, giao với các mạng khác như VTN, VTI, HN Tandem, hoặc cùng mạng như MSC HCM Hỗ trợ Quản lý khai thác, và bảo trì hệ thống Tham gia quá trình tính cước cuộc gọi Ưu điểm: Phần mềm, phần cứng có cấu trúc Modul nên dễ bảo trì, sửa chữa Xử lý song song nên trễ trong xử lý nhỏ Do có cấu trúc dự phòng nóng (Active -Stanby) nên tăng độ an toàn của hệ thống a). Phân hệ điều khiển CS (Control Subsystem) Phân hệ này có chức năng điều khiển chính các hoạt động của tổng đài Giao tiếp với mạng truyền dữ liệu để truyền thông tin về cước (EIP) Thu thập cảnh báo từ các phần khác nhau của hệ thống để thông báo về OMT (Operation& Maintenence Terminal) Lưu trữ dữ liệu hệ thống để nạp cho các phân hệ khác, cũng như lưu trữ các thông tin về cước Giao tiếp người máy b). Phân hệ chuyển mạch IS (InterWorking Subsystem) - Phân hệ này có cấu trúc chuyển mạch T-S-T, để chuyển mạch các cuộc gọi, 4096 khe thời gian chuyển mạch, 128k chuyển mạch không gian Phân hệ có các bộ xử lý LRP (Location Register Processor), chính là VLR, có chức năng lưu trữ, cập nhật, .. các thuê bao tạm thời trong hệ thống c). Phận hệ SS-T (Subsystem Trunk) Đây chính là Gate để kết nối, giao tiếp giữa mạng di động CDMA và các mạng khác như VTN, HN Tandem, VTI, MSC-HCM Kết nối với hệ thống thiết bị ngoại vi (IP ) để cung cấp thông tin về dịch vụ đối với dịch vụ trả tiền trước (Prepaid) d). Phân hệ SS-ST (Subsystem -Subscriber Trunk). Phân hệ này có 1024 đường thoại mở rộng cố định (fix) dành cho nghiệp vụ, Và cũng chính là nơi mở rộng thêm cho SS-T khi số thuê bao tăng e). Phân hệ SS-F (Subsystem IWF). Phân hệ này nối trực tiếp đến khối kết nối liên mạng (IWF=InterWorking Function) để sử dụng cho các dịch vụ dữ liệu tốc độ thấp như Fax G3 (14.4kbps).... f). Phân hệ SS-V (Subsystem VMS). Phân hệ này giao tiếp trực tiếp với trung tâm nhắn tin thoại (VMS Voice Message System) để cung cấp hỗ trợ cho việc nhắn tin thoại g). Các phân hệ SS-M (Subsystem VMS). Kết nối giao tiếp với các phận hệ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller) 6.2.2.1. Khối chức năng VMS (Voice Message Service) Khối này cung cấp chức năng lưu và phát các bản nhắn tin thoại cho các thuê bao của hệ thống, cũng như các thông báo của thuê bao 6.2.2.2. Khối chức năng nhắn tin SMSC (Sort message switching center) Đây là khối chức năng thực hiện xử lý các bản tin ngắn dạng ký tự của hệ thống, hệ thống có thể cung cấp 1 triệu thuê bao, mỗi bản tin là 255byte, dung lượng lưu trữ là 2Gbp, và lưu các bản tin thoại trong vòng 7 ngày 6.2.2.3. Hệ thống trả tiền trước PPS (Prepaid Service) Hệ thống này gồm một server gọi là điểm điều khiển dịch vụ SCP (Service Control point) và thiết bị ngoại vi thông minh IP (Intelligent Periphery) để điều khiển, tính cước cho thuê bao, và thông báo các thông tin về tài khoản, thời hạn sử dụng, loại dịch vụ của thuê bao trả trước 6.2.2.4. Khối đăng ký thuê bao thường trú HLR(Home Location Register) Đây thực chất là một Server có cấu hình rất mạnh để lưu trữ và xử lý các thông tin về vị trí thuê bao, loại hình dịch vụ, và các thông tin để quản lý thuê bao... 6.2.2.5. Trung tâm tính cước và chăm sóc khách hàng CSBS (Custumer Care Service and Billing system) Mọi thông tin về cước sẽ được tổng đài chuyển về đây để tính và in hoá đơn cho khách hàng 6.2.2.6. Phần truyền báo hiệu số 7 (STP Signalling Transfer Part) Thực chất đây chính là khe thứ 1 trong các luồng E1 PCM 30/32 từ HN vào HCM 6.2.3. Phân hệ mạng truy nhập Gồm trung tâm điều khiển trạm gốc BSC và các trạm thu phát gốc BTS. Để quản lý chung cho phân hệ mạng truy nhập chúng ta có sử dụng đầu cuối quản lý là BMS (Base Managment Station). Đây thực chất là một máy SUN có cấu hình mạnh cài đặt hệ điều hành UNIX và hệ quản trị cơ sở dữ liệu infomix để quản lý các thông tin về cấu hình, về lỗi, để nạp phần mềm cho hệ thống Để hỗ trợ cho việc chuyển giao mềm thì hệ thống có sử dụng thêm khối mạng ATM trung tâm gọi là CAN ( Central ATM Network) Hiện tại cấu hình có 3BSC, 48 BTS, và 1 khối CAN, 1 BSM 6.2.4. Phân hệ mạng truyền dữ liệu gói - Nút chuyển mạch dữ liệu gói PDSN (Packet data switch node) Đây chính là khối điều khiển, xử lý dữ liệu gói trong mạng AAA: đây là trung tâm nhận thực thuê bao dữ liệu DCN: Mạng lõi dữ liệu, thực chất đây là mạng dữ liệu gói thông thường, gồm các router, cầu, hub phục vụ cho việc truyền dữ liệu HA: Tác tử chính (Home Agent ) khối này hỗ trợ mobile IP, tức là dịch vụ chuyển vùng dữ liệu, khi thuê bao dữ liệu di chuyển giữa 2 PDSN khác nhau, nếu không có HA thì MS chỉ có thể sử dụng dữ liệu ở trong một vùng được quản lý bởi PDSN đó