đồ án :Xây dựng bài toán quy hoạch mạng vô tuyến GSM và thuật toán biến đổi GEN

Xây dựng bài toán quy hoạch mạng vô tuyến GSM và thuật toán biến đổi GEN: Phân tích quá trình biến đổi, các yếu tố ảnh hưởng đến tính hội tụ của thuật toán biến đổi GEN và kết quả của chương trình mô phỏng

MỤC LỤC

MỤC LỤC I DANH MỤC HÌNH VẼ IV DANH MỤC BẢNG BIỂU V THUẬT NGỮ VIẾT TẮT VI LỜI NÓI ĐẦU VII CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN

GSM 1

1.1 TỔNG QUAN VỀ QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN GSM 1

1.1.1 Các yếu tố cơ bản của quy hoạch mạng 1

1.1.1.1 Sử dụng lại tần số ( frequency reuse ) 3

1.1.1.2 Lưu lượng 5

1.1.1.3 Chuyển cell (Hand over) 7

1.1.1.4 Sestor cell và phân chia cell 8

1.1.2 Các mục tiêu của quá trình quy hoạch mạng 10

1.1.3 Quá trình thiết kế mạng 11

1.2 LÝ THUYẾT TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN 12

1.2.1 Mô hình truyền sóng cho Macrocell 13

1.2.3 Mô hình truyền sóng trong nhà (indoor): 17

1.3 DỰ BÁO VÙNG PHỦ SÓNG 18

1.3.1 Xác xuất phủ sóng 18

1.3.2 Xác xuất lựa chọn cell 20

1.4 DUNG LƯỢNG THOẠI 21

1.4.1 Lưu lượng 21

1.4.2 Xác định số lượng kênh tần số 23

1.4.3 Xác định số lượng kênh tần số cần thiết 24

1.5 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỄU 25

1.5.1 Nhiễu qua lại giữa các cell 26

1.5.2 Xây dựng ma trận khoảng cách tần số SNxN giữa các cell 28

1.6 PHÂN BỔ TẦN SỐ 29

1.6.1 Bài toán phân bổ tần số 32

1.6.2 Phát triển bài toán phân bố tần số 33

1.7 KẾT LUẬN 34

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG BÀI TOÁN TỐI ƯU QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN GSM VÀ THUẬT TOÁN BIẾN ĐỔI GEN 36

2.1 BÀI TOÁN QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN GSM 36

2.1.1 Bài toán lựu chọn vị trí cell 36

2.1.2 Bài toán phân bố tần số 37

2.1.3 Bài toán xác định kích thước cell 37

2.1.4 Bài toán xác định vị trí trạm và kích thước cell tự động 38

2.2 CÁC ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU CHO TỪNG CELL 40

2.2.1 Lưu lượng 41

2.2.2 Điều kiện về nhiễu 41

2.3 CÁC ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU TỔNG THỂ 43

2.3.1 Tỷ lệ phủ sóng 43

2.3.1.1 Xác suất phủ sóng của một tập cell 43

2.3.1.2 Tỷ lệ phủ sóng theo diện tích 44

2.3.1.3 Tỷ lệ phủ sóng theo lưu lượng 45

2.3.2 Hàm chi phí tần số 45

2.3.3 Hàm chi phí hệ thống 47

2.4 BÀI TOÁN TỐI ƯU ĐA MỤC TIÊU (MOP) 48

2.4.1 Các khái niệm cơ bản về bài toán tối ưu đa mục tiêu 49

2.4.2 Phương pháp cổ điển giải bài toán tối ưu đa mục tiêu 52

2.4.2.1 Phương pháp trọng số 52

2.4.2.2 Phương pháp ràng buộc 54

2.4.2.3 Phương pháp mới giải bài toán tối ưu đa mục tiêu 55

2.5 THUẬT TOÁN BIẾN ĐỔI GEN(GA) 56

2.5.1 Thiết kế thuật toán biến đổi Gen-GA: 59

2.5.2 Biểu diễn thuật toán 59

2.5.2.1 Đánh giá và xác định các giá trị phù hợp 59

2.5.2.2 Các phương pháp lựa chọn 63

2.5.2.3 Các toán tử của GA 64

2.5.2.4 Quá trình thay thế 65

2.5.3 Thuật toán biến đổi Gen với bài toán tối ưu đa mục tiêu 66

2.5.3.1 Các kỹ thuật tìm kiếm đa mục tiêu 66

2.5.3.2 Lựa chọn các cá thể không bị nổi trội 69

2.5.4 Sự kết hợp giữa tìm kiếm và ra quyết định 75

2.6 KẾT LUẬN 76

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI, CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH HỘI TỤ CỦA THUẬT TOÁN BIẾN ĐỔI GEN VÀ KẾT QUẢ CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG 79

3.1 PHÉP ÁNH XẠ CỦA THUẬT TOÁN GA 79

3.2 GIẢN ĐỒ GEN 82

3.2.1 Khái niệm 82

3.2.2 Giản đồ Gen với quá trình biến đổi GA 83

3.2.2.1 Tác động của quá trình sinh sản 84

3.2.2.2 Tác động của toán tử giao hoán 85

3.2.2.3 Tác động của toán tử đột biến 87

3.3 PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH HỘI TỤ CỦA THẬT TOÁN GA BẰNG CHUỖI MARKOV 87

3.3.1 Quá trình biến đổi của thuật toán GA 87

3.3.2 Chuỗi Markov giới hạn 88

3.3.4 Các bước biến đổi của GA 90

3.3.4.1 Toán tử lựa chọn 91

3.3.4.2 Toán tử giao hoán 91

3.3.4.3 Toán tử đột biến 92

3.3.5 Mức độ đa dạng dân số trong GA 92

3.3.5.1 Không có tác động của đột biến 94

3.3.5.2 Tác động của toán tử đột biến 94

3.4 THỜI GIAN HỘI TỤ CỦA THUẬT TOÁN 96

3.5 BÀI TOÁN LỰA CHỌN VỊ TRÍ ĐẶT TRẠM VÀ KẾT QUẢ CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG GA 97

3.5.1 Xây dựng bài toán lựa chọn vị trí trạm tối ưu 98

3.5.1.1 Hàm phủ sóng 98

3.5.2.1 Hàm chi phí 99

3.5.1.3 Phát triển bài toán lựa chọn vị trí đặt tram tối ưu 99

3.5.2 Đề xuất giải thuật 99

3.5.3 Ví dụ 101

3.5.3.1 Kết quả chương trình mô phỏng GA 101

3.5.3.2 Nhận xét 106

3.6 KẾT LUẬN 107

KẾT LUẬN 109

TÀI LIỆU THAM KHẢO 110

CHƯƠNG 1 DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1 Mẫu sử dụng lại tần số với K = 7 4

Hình 1-2 Lưu lượng tính theo đơn vị Erlang 7

Hình 1-3 Phân chia theo hướng tăng vùng phủ sóng và phân chia cell theo hướng tăng dung lượng 9

Hình 1-4 Sơ đồ các bước thiết kế mạng vô tuyến GSM 12

Hình 1-5 Nhiễu qua lại giữa 2 cells 25

Hình 1-6 Cấu trúc ma trận khoảng cách tần số SNxN 29

Hình 1-7 Ảnh hưởng của nhiễu khi sử dụng lại tần số 30

Hình 1-8 Băng tần số GSM 900 MHz 31

Hình 2-1 Đường tối ưu Pareto trong không gian hai chiều 50

Hình 2-2 Các giải pháp trong không gian đa mục tiêu 51

Hình 2-3 Phương pháp trọng số giải bài toán tối ưu đa mục tiêu 54

Hình 2-4 Phương pháp tràng buộc giải bài toán tối ưu đa mục tiêu 55

Hình 2-5: Các bước cơ bản của thuật toán GA 57

Hình 2-7: Sơ đồ thực hiện thuật toán biến đổi Gen cơ bản 61

Hình 2-8: Giao hoán tại một điểm của hai chuỗi nhiểm sắc thể 64

Hình 2-9: Sơ đồ thuật toán GA kết hợp lựa chọn các cá thể không bị nổi trội 71

Hình 2-10: khoảng cách của các thể trong đường cong không bị nổi trôi 72

Hình 3-1: Tọa độ các trạm bố trí theo hình lục lăng 103

Hình 3-2: (a) Hình dạng phủ sóng của một cell 103

CHƯƠNG 2 DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1-1 Tóm tắt các tham số liên quan đến 3 loai cell cơ bản 2

Bảng 1-2: Số lượng kênh CCH và FCH tương ứng với số lượng kênh TCH 24

Bảng 1-3 Khoảng cách phân biệt giữa các kênh tần số 27

Bảng 2-1 Tóm tắt đặc điểm của các bài toán trong quy hoạch mạng vô tuyến GSM 40

Bảng 3-1: Các tham số của thuật toán tương ứng với các giá trị N 102

Bảng 3-2: Tổng hợp kết quả của bài toán 104

CHƯƠNG 3 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ACI Adjacent Channel Interference Nhiễu kênh lân cận

BSC Base Station Control Điều khiển trạm gốc

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

CAP Channel Assignment Problem Bài toán phân bố kênh tần số

C/I Carrier-To-Interference Tỷ số sóng mang trên nhiễu

CCI Co-Channel Interference Nhiễu đồng kênh

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập theo mã

ETSI Eroupean Telecommunication

Standard Institude

Viện tiêu chuẩn Viễn Thông Châu Âu

GSM Global System for Mobile

Communicatuons

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

MOGA Multi-Objective Genetic

Bài toán tối ưu đa mục tiêu

MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch thông tin

di động

NP Nondeterminitistic Polynomial Đa thức không xác định

NLOS Non-Line-Of-sight Đường truyền vô tuyến bị che chắn

NSGA Non-Dominated Sorting Genetic

Algorithm

Thuật toán biến đổi Gen lựa chọn các cá thể không bị nổi trội

Pdf Probability density function Hàm phân bố xác suất

SOP Single Objective Optimization

Problem

Bài toán tối ưu đơn mục tiêu

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, do phát triển nhanh chóng của Viễn thông nên vấn đề quy hoạch mạng ngàycàng phức tạp và cấp thiết hơn Quy hoạch mạng vô tuyến GSM là một bài toán có quy

mô lớn và tính chất phức tạp bởi vì bài toán có liên quan tới nhiều yếu tố: địa hình, phân

bổ lưu lượng, cơ sở hạ tầng hiện tại và nhiều yếu tố khác Vấn đề còn phức tạp hơn nữakhi quy hoạch mạng vô tuyến GSM còn liên quan đến một loạt các ràng buộc như: dunglượng hệ thống, chất lượng dịch vụ, độ rộng băng tần số v v

Hiện nay, phần lớn các công cụ quy hoạch mạng vô tuyến GSM mới chỉ hổ trợ tínhtoán dự báo vùng phủ sóng, phân tích nhiễu và phân bỏ tần số cho các trạm đã xác định vịtrí Tuy nhiên, các vấn đề khác liên quan đến quy hoạch mạng như lựa chọn vị trí đặttrạm, điều chỉnh kích thước trạm, Đánh giá từng giải pháp thường được thực hiện trên cơ

sở kinh nghiệm và khả năng xử lý trực giác của người quy hoạch mạng Quá trình quyhoạch mạng theo kinh nghiệm như vậy mặc dù vẫn đảm bảo các bước xử lý và cân nhắctrước khi quyết định một giải pháp quy hoạch, tuy nhiên giải pháp lựa chọn là giải pháptheo kinh nghiệm cho là tốt nhất, nhưng không bảo đảm rằng giải pháp lựa chọn là giảipháp tốt nhất, nhưng không đảm bảo rằng giải pháp đó là giải pháp tối ưu trong nhữnggiải pháp cụ thể

Vấn đề đặt ra ở đây là làm thế nào để xác định vị trí nào để xác định được vị trí và giátrị các tham số của mỗi trạm BTS sao cho đạt được sự tối ưu hoạt động của mạng lướitrên cơ sở các số liệu phân tích, đánh giá đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật hệ thống nhưnggiá thành lại thấp nhất có thể Để xây dựng và giải bài toán tối ưu như vậy, chúng ta cóthể mô tả tổng quát vấn đề như sau:

Cho một cell ci = (xI,yi,pi,hi, ai) ở đây:

(xI, yi): là vị trí trạm thu phát

Pi :là công suất phát của trạm

hi : là độ cao của antenna trạm

ai :là hướng antenna trạm

Các cell tạo thàmh một tập hợp cell C = (c1, c2, c3, … , cN), N là số lượng cell Các cell

có cùng một vị trí trạm BTS được gọi là các cell cùng trạm Trong thực tế, trên mạng vôtuyến nói chung và mạng GSM nói riêng, các cell đều có ảnh hưởng và tác động qua lạivới nhau về phủ sóng và nhiễu vô tuyến Một tập hợp cell C được gọi là một tập hợp cell

d) Phí tần số là có hiệu quả nhất Phí tần số được tính toán dựa trên số lượng tần

số cần thiết để phân bố cho các cell và số lượng tần số này không vượt quá

số lượng tần số hiện có của mạng

e) Chi phí đầu tư cho việc xây nhà trạm thê kênh và bảo dưỡng các nhà trạm làgiới hạn trong ngân sách đầu tư cơ sở hạ tầng Ebudget

Điều kiện (a), (b) gọi là các điều kiện cụ thể cho từng cell và các điều kiện (c), (d), (e)gọi là các điều kiện tổng quát cho quá trình quy hoạch mạng vô tuyến bởi vì các điều kiệnnày được xác định cho một tập hợp cell Các điều kiện cụ thể và tổng quát sẽ được phântích chi tiết trong các phần tiếp theo

Các điều kiện liên đưa ra ở trên là phụ thuộc vào đặc điểm của từng hệ thống thông tin

di động khác nhau Các hệ thống như CDMA, GSM, UMTS có các điều kiện cụ thể khácnhau, trong phạm vi đồ án này chỉ đề cập đến các điều kiện dựa trên tiêu chuẩn của hệthống GSM Tuy nhiên phương pháp đề xuất giải quyết bài toán qui hoạch mạng ở đây cóthể áp dụng cho các hệ thống TTDĐ khác nhau Các điều kiện từ (a) đến (e) là các điềukiện liên quan đến hoạt động cả hệ thống như vùng phủ sóng, dung lượng, chất lượng tínhiệu sóng vô tuyến Quá trình quy hoạch mạng vô tuyến là quá trình thiết kế hệ thống trên

cơ sở xác định được số lượng cell, kích thước cell, vị trí và các tham số tương ứng củamỗi cell, bảo đảm được chất lượng mạng theo yêu cầu nhưng tối thiểu giá thành đầu tư hệthống Như vậy bản chất quy hoạch mạng vô tuyến là một bài toán tối ưu hóa tổng hợp.Trong phạm vi đồ án tôi đặt ra bài toán tối ưu quy hoạch mạng vô tuyến theo hướng:

- Tối đa vùng phủ sóng một khu vực cho trước trên cơ sở xác định được một tập hợpcell có vị trí tối ưu về phủ sóng

- Tối thiểu hóa giá thành đầu tư hệ thống trên cơ sở xác định tập hợp cell tối ưu có sốlượng cell là nhỏ nhất

giữa các cell.

Giả sử ta có N vị trí cell dự kiến có thể đặt trạm thì số lượng của tổ hợp các trạng thái

vị trí có thể của N cel 2N như vậy khối lượng tính toán của bài toán là rất lớn Khối lượngtính toán tỷ lệ theo hàm số mũ của các tham số đầu vào Như vậy bài toán tối ưu hóa tổhợp là bài toán NP-đầy đủ Trong điều kiện bài toán có nhiều rằng buộc liên quan như bàitoán tối ưu mạng vô tuyến GSM thì chưa có một thuật toán hiện tại nào có thể giải trựctiếp bài toán với tất cả các điều kiện ràng buộc trong một thời gian hợp lý Như vậy đểgiải quyết bài toán tối ưu quy hoạch mạng vô tuyến, một vấn đề đặt ra để nghiên cứu giảiquyết là xây dựng được thuật toán giải bài toán tối ưu quy hoạch mạng và đưa ra giảipháp tối ưu trong thơi gian cho phép có thể áp dụng vào thiết kế và tối ưu mạng vô tuyếnGSM của Việt Nam Đồ án đưa ra hướng giải quyết đó là sử dụng thuật toán biến đổiGEN

Đồ án được trình bày bao gồm 3 chương như sau:

Chương I: Tông quan nghiên cứu về quy hoạch mạng vô tuyến GSM

Chương II: Xây dựng bài toán quy hoạch mạng vô tuyến GSM và thuật toán biến đổi

GENChương III: Phân tích quá trình biến đổi, các yếu tố ảnh hưởng đến tính hội tụ của thuật

toán biến đổi GEN và kết quả của chương trình mô phỏng

Em xin chân thành cảm ơn Ths Phạm Thị Thúy Hiền cùng các thầy, cô trong Bộ môn

Vô Tuyến I đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này Tuy nhiên do thời gian hạn chế

và đây là một đồ án khó trong khi kiến thức em còn nhiều hạn chế nên không tránh khỏi

sự thiếu sót Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô và các bạn

để đồ án được hoàn thiện hơn

Hà Nội, ngày tháng năm 2007 Sinh Viên: Vũ Hoàng Linh

CHƯƠNG 4 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ QUY HOẠCH

MẠNG VÔ TUYẾN GSM

1.1 TỔNG QUAN VỀ QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN GSM

1.1.1 Các yếu tố cơ bản của quy hoạch mạng

Trong quy hoạch mạng vô tuyến thông tin di động, thuật ngữ cell dùng để chỉ mộtvùng phủ sóng vô tuyến thông tin di động của một trạm thu phát vô tuyến (BTS) Trênthực tế, để cho đơn giản các tài liệu thiết kế mạng di động, vùng phủ sóng này được mô tảtheo mô hình của các lục giác đều và hình dạng lục giác đều biểu hiện của hình dạng tối

ưu, lý tưởng của một cell Tuy nhiên trong thực tế, hình dạng và kích thước các cell phụthuộc rất nhiều vào điều kiện môi trường phủ sóng di động, tác động của môi trường xungquanh Tùy theo kích thước cell ta có thể phân thành 3 loại cell như sau:

Macro cell:

- Kích thước bán kính cell trong khoảng từ 1-30 km

- Trạm thu phát sóng được lăp đặt trên các tòa nhà

- Phủ sóng trong phạm vi rộng

Micro cell

- Kích thước bán kính cell khoảng 2 km

- Trạm thu phát được lắp đăt trên các cột đèn đường, sử dụng cho các khuvực có mật độ thuê bao cao

- Phủ sóng cho các đường phố, phạm vi nhỏ

Pico cell

- Kích thước bán kính của cell trong khoảng 10-200 m

- Sử dụng cho các khu vực có mật độ thuê bao rất cao và ứng dụng yêu cầutốc độ dữ liệu cao

- Thường được dùng để phủ sóng trong điều kiện trong nhà

- Trạm BTS thường có các kích thước nhỏ và lắp đặt trong nhà

Các hệ thống thông tin di động truyền thống trước đây thường thiết kế mạng giốngnhư các trung tâm phát sóng đài FM hoặc vô tuyến truyền hình, tức là làm một trạm thuphát ở vị trí cao nhất của một khu vực và phủ sóng với bán kính có thể lên đến 50 km Đối

với hệ thống thông tin di động GSM lại dựa trên quan điểm thiết kế hoàn toàn khác, đó làquan điểm thiết kế nâng cao hiệu quả sử dụng băng tần số Do đó thay vì việc thiết kế mộttrạm thu phát với công suất lớn, mạng vô tuyến GSM thiết kế sử dụng nhiều trạm thu phát

có công suất nhỏ hơn để phủ sóng các khu vực theo yêu cầu Ví dụ, bằng phương phápphân chia theo khu vực cho trước thành nhiều khu vực khác nhau, sử dụng các trạm thuphát sóng có công suất nhỏ sử dụng 12 kênh tần số khác nhau cho mỗi trạm, như vậy vềmặt lý thuyết thiết kế này sẽ nâng dung lượng hệ thống từ một trạm thu phát công suất lớnvới 12 kênh tần số theo kiểu cũ lên dung lượng 120 kênh tần nếu sử dụng 10 trạm côngsuất thấp hơn Như vậy rõ ràng là với một số lượng tần số cho trước, thiết kế sử dụngnhiều trạm có công suất phát nhỏ sẽ cho số lượng kênh tần số sử dụng cho mỗi khu vực làtăng lên, qua đó tăng được dung lượng của toàn bộ hệ thống và hiệu quả sử dụng cao hơnnhiều

Bảng 1-1 Tóm tắt các tham số liên quan đến 3 loai cell cơ bản.

Loại cell Bán kính

cell(*)

Công suấtphát

Độ cao antena Phạm vi/ mục đích sử dụng

cell

0,2 ~ 1 km 0,01 ~ 1 w < 10 m Khu vực có mật độ thuê bao

caoPico cell < 200 m < 100 mw Lắp ở trần nhà

hoặc cầu thangmáy

Chủ yếu phủ sóng trong nhà

(*) Bán kính cell để biểu thị kích thước của cell

Trong quá trình thiết kế mạng vô tuyến GSM, cần phải quan tâm đến các vấn đề cơ bảnsau đây :

- Sử dụng lại tần số : Do số lượng tần số vô tuyến GSM là giới hạn vì vậy phải thiết kế

sử dụng lại tần số Sử dụng lại tần số (frequency channel) được sử dụng trên một cell cóthể sử dụng lại trên các cell khác với cự ly an toàn để tránh nhiễu đồng kênh

- Chuyển cell (hand over) : Do có nhiều cell trong một mạng vô tuyến do đó thiết kếphải đảm bảo các cuộc đàm thoại được giữ khi thuê bao chuyển từ cell này qua cell khác

- Điều chỉnh kích thước của cell: Có nhiều mức công suất phát khác nhau để điều chỉnhkích thước cell phù hợp với mật độ thuê bao và nhu cầu của từng khu vực cụ thể.

- Phân chia cell : Tùy theo nhu cầu và mức độ tăng thuê bao của từng khu vực, hệthống có thể chia nhỏ các cell có hiện tượng nghẽn thành các cell nhỏ hơn để tăng dunglượng

Như vậy trong thiết kế, quy hoạch mạng vô tuyến di động GSM để giải quyết các vấn

đề nêu trên, chúng ta sẽ phân tích từng vấn đề và các yếu tố liên quan để thấy được mốiquan hệ của chúng trong tổng thể của quá trình quy hoạch mạng vô tuyến GSM

1.1.1.1 Sử dụng lại tần số ( frequency reuse ).

Sử dụng lại tần số là một trong những nguyên lý quan trọng của hệ thống mạng vôtuyến di động GSM Sử dụng lại tần số có nghĩa là thuê bao di động ở các vị trí địa lýkhác nhau có thể sử dụng đồng thời các kênh tần số (FCH) giống nhau Việc sử dụng lạitần số làm tăng hiệu quả sử dụng băng tần, tuy nhiên việc sử dụng lại tần số là nguyênnhân gây ra nhiễu giữa các cell vì vậy nếu trong một mạng GSM trong quá trình thiết kếkhông quan tâm đến vấn đề phân bổ tần số giữa các cell và cự ly an toàn để sử dụng lạitần số thì mạng sẽ xẩy ra hiện tượng nhiễu làm giảm chất lượng cuộc gọi Nhiễu xẩy doviệc dử dụng các tần số giống nhau gọi là nhiễu đồng kênh (CCI), nhiễu đồng kênh là mộtvấn đề lớn liên quan đến vấn đề quy hoạch mạng GSM

Giả sử có một tập hợp tần số được phân bổ cho các nhóm cell được chỉ ra theo hình1.1, hình dạng các cell được giả thiết có hình dạng chuẩn là hình dạng tổ ong bao gồm cáchình lục giác đều sắp xếp với nhau Số lượng cell sử dụng lại tần số được phân thành cácnhóm cell phụ thuộc vào mẫu sử dụng lại tần số (reuse frequyency pattern) Giả sử sốlượng cell trong một nhóm cell sử dụng lại tần số được gọi là K Giá trị của K được xácđịnh :

Hình 1-1 Mẫu sử dụng lại tần số với K = 7

Trong mạng vô tuyến GSM, giả sử kích thước cell là xấp xỉ nhau thì nhiễu đồng kênhphụ thuộc vào công suất của trạm thu phát, bán kính cell R và khoảng cách giữa các cell

sử dụng lại tần số gần nhất D tỷ số D/R gọi là tỷ lệ an toàn cho việc sử dụng lại tần số D/

R liên quan đến kích thước của nhóm cell K Nếu theo cách bố trí các lục giác đều thì:D/R= 3K (1.2)

Như vậy, rõ ràng là kích thước nhóm cell càng nhỏ thì khả năng sử dụng hiệu quả băngtần càng cao Khi số lượng cell trong một nhóm cell càng nhỏ thì số lượng kênh tần sốtrên một cell càng lớn và số lần sử dụng lại tần số trên toàn mạng càng cao Tuy nhiênkích thước của nhóm cell cần phải được lựa chọn phù hợp với yêu cầu tỷ số nhiễu đồngkênh C/I (carrier - to - interference) để tránh hiện tượng nhiễu đồng kênh xẩy ra Giả sử n

là số lượng cell nhiễu đồng kênh ta có :

Ii C

1

(1.3)

Khoảng cách s

ử dụng lại tần số

D

3

2

14

15

46

15

46

15

46

5

46

7

23

15

46

7

23

15

46

5

46

7

23

64

Ở đây C là công suất tín hiệu sóng mang và I là công suất nhiễu gây ra do cell thứ i và

tỷ số C/I tỷ lệ thuận với kích thước nhóm cell K, nên ta có :

(1.4)

Ở đây  là số mũ hiển thị tốc độ suy hao trên đường truyền của sóng vô tuyến Thôngthường  nằm trong khoảng giá trị 2.7  4 cho môi trường sóng thông tin di động GSM.Trong cấu trúc mạng tổ ong tồn tại 6 cell nhiễu đồng kênh gần nhất đối với một cell khác.Nhiễu đồng kênh gây ra cho các cell khác ở cự ly xa hơn là không đáng kể và có thể bỏqua Như vậy thông thường ta xét ở trường hợp n = 6 Giả sử rằng số mũ  biểu thị tốc độsuy hao có giá trị là 4 (  = 4) và nếu tỷ số C/I yêu cầu của mạng 21dB thì ta có:

C I =

n

K) 

3 (

=

6

) 3 ( K 2

Nếu T là thời gian đàm thoại trung bình của một cuộc gọi (tính theo giây) và  là sốlượng cuộc gọi trên một thuê bao di động trong giờ cao điểm thì ta có lưu lượng trungbình cho một thuê bao là :

a = 3600.T (Erlang) (1.6)

Một cell có n kênh tần số có lưu lượng tối đa được xác định phụ thuộc vào cách thứcquản lý của hệ thống đối với các cuộc gọi khi tất cả n kênh tần số hiện có đều bị bận Khảnăng quản lý của hệ thống đối với các cuộc gọi khi tất cả n kênh tần số đều bị bận đượcbiểu thị qua 3 công thức mức độ bị chặn ( Blocking) :

Công thức poisson : Thời gian chặn các cuộc gọi không lâu hơn thời gian trung bìnhgiữ cuộc gọi Nếu một kênh thoại (TCH) là trở lại trạng thái rỗi trước khi thời gian cuộcgọi hết hiệu lực, cuộc gọi sẽ được thực hiện.

Erlang B : Các cuộc gọi sẽ bị từ chối ngay lập tức Thuê bao không có gắng cuộc gọi khác

Erlang C : Các cuộc gọi sẽ ở chế độ chờ đợi với một thời gian không xác định để đạt được một kênh tần số rỗi

Trên thực tế, các hệ thống thông tin di động là chấp nhận phần các cuộc gọi khi tất cảcác kênh tần số hiện có bị bận (tức là khi hệ thống đạt đến ngưỡng tải cho phép nó sẽchặn tất cả các cuộc gọi khác), và duy trì một khả năng phục vụ ở xác xuất bị chặn cuộcgọi ở mức 2% hoặc thấp hơn Như vậy công thức Erlang B là thường được sử dụng chomục đích tính toán lưu lượng của hệ thống GSM :

Pbock =





n i i n

i A n A

!

(1.7)

Công thức (1.7) hiển thị mối quan hệ giữa 3 biến: Xác xuất bị chặn Pblock, tải lưu lượng

A (Erlang) và số lượng kênh tần số n Như vậy có thể thấy rằng xác xuất bị chặn Pblock tỷ

lệ với lưu lượng tải và tỷ lệ nghịch với tổng số lượng kênh tần số hiện có n Mối quan hệnày được biểu thị theo Hình 1.2 và bảng Erlang B Dựa vào bảng Erlang B khi biết haitrong số ba biến (A, n, Pblock) ta có thể xác định được biến còn lại

Nếu số lượng kênh và xác xuất bị chặn Pblock là cho trước, thì dung lượng thoại của mộtcell được xác định dựa vào bảng Erlang B, giả sử là Ai Nếu mạng di động có N cell nhưvậy tổng dung lượng thoại của mạng vô tuyến sẽ là :

Hình 1-2 Lưu lượng tính theo đơn vị Erlang 1.1.1.3 Chuyển cell (Hand over)

Chuyển cell là quá trình chuyển giao một cuộc gọi đang thực hiện từ cell này qua mộtcell lân cận khi thuê bao di động di chuyển đến biên giới giữa hai cell Trong mạng diđộng quá trình chuyển cell phải được thực hiện mà không làm gián đoạn các cuộc gọi Đểđáp ứng được yêu cầu này trong quá trình thiết kế và quy hoạch mạng vô tuyến di độngGSM cần phải quan tâm đến các điều kiện sau:

- Mạng vô tuyến di động phải thiết kế sao cho có phần diện tích phủ sóng giao nhaugiữa các cell cho phù hợp

- Sử dụng cấu trúc mạng Microcell, Macrocell, Picrocell phù hợp với từng khu vực vàcác yêu cầu cụ thể Trong khu vực có mật độ thuê bao cao ta có thể sử dụng cấu hìnhMicrocell và đối với trường hợp các thuê bao di chuyển với tốc độ cao dẫn đến việc sốlượng chuyển cel quá lớn thì việc bố trí các cell so với các đường giao thông cũng cầnphải cân nhắc khi thiết kế và quy hoạch mạng

- Quá trình chuyển cell bắt đầu khi cường độ tín hiệu thu của máy di động đạt đếnngưỡng chuyển cell gọi là : Pho là cao hơn cường độ thu nhỏ nhất Pmin để đảm bảo chất

lượng đàm thoại Như vậy khoảng cách giữa cường độ Pho và Pmin là khoảng cách an toàncho việc chuyển cell: ho = Pho - Pmin cần phải xác định và lựa chọn một cách phù hợp.Nếu để ho quá lớn sẽ xẩy ra trường hợp quá nhiều cuộc gọi chuyển cell không cần thiết

do việc chuyển cell diễn ra quá sớm Ngược lại nếu để ho quá nhỏ, thì sẽ dẫn đến nhiềucuộc gọi bị gián đoạn do tín hiệu thu được quá yếu Điều này đã chứng tỏ rằng ho cóảnh hưởng đến chất lượng phủ sóng và dung lượng của cell Chúng ta sẽ đi sâu phân tíchvấn đề này ở phần 1.2.3.2

1.1.1.4 Sestor cell và phân chia cell

Có hai loại phân chia cell là : Phân chia cell theo hướng tăng diện tích vùng phủ sóng

và phân chia theo hướng tăng dung lượng Hình 1.3 (a) là ví dụ về phân chia cell theomục đích tăng diện tích phủ sóng, từ vị trí của cell ban đầu, 4 cell mới được hình thành.Bán kính của cell mới giống với cell ban đầu nhưng diện tích phủ sóng là tăng lên theocông thức :

Hình 1-3 Phân chia theo hướng tăng vùng phủ sóng và phân chia cell theo hướng tăng dung

lượng.

(a) Bán kính của cell mới là giống với cell ban đầu Các cell mới phủ sóng một diện tích lớnhơn (b) Bán kính của cell mới là bằng một nửa cell ban đầu, dung lượng là tăng lên

Bằng kỹ thuật sector hóa các cell vô hướng thành 3 cell nhỏ hơn với mỗi cell 1200

hoặc thành 6 cell mỗi cell mỗi cell 600 đã chứng minh rằng kỹ thuật sector hóa cell làm

tỷ lệ C/I và cụ thể đối với việc phân thành 3 sector 1200 mỗi cell, tỷ lệ C/I sẽ tăng lên3,16dB

Để có thể thấy được ưu điểm của việc sector hóa cell ta có thể xét một ví dụ so sánhđơn giản sau: Giả sử ta có một nhóm cell gồm 12 cell sử dụng antena vô hướng, như đã

đề cập ở phần trên, nhóm cell này có tỷ số C/I yêu cầu là 12dB Giả sử ta có 396 kênh tần

số như vậy một cell sẽ có 396/12 = 33 kênh Nếu giả thiết rằng xác xuất bị chặn Pblock =1% Dựa vào bảng Erlang B ta có thể tính được mỗi một cell sẽ có lưu lượng là 22,9Erlang Ta xét trong trường hợp hệ thống có 7 cell sử dụng antena định hướng chia thành3-sector, sử dụng để xác định C/I ta có :

C/I =

6

) 7 3

( x 2

+ 3,16dB = 21,82 dB > 21dB

Do việc sử dụng lại tần số nên tổng số 396 kênh hiện tại có thể sử dụng lại trong cácnhóm cell khác do đó mỗi 1 cell sẽ có 396/7 = 57 tần số và vì mỗi một cell chia thành 3sector sẽ có 57/3 = 19 tần số Với cùng giá trị xác xuất bị chặn cho phép Pblock = 1 %, dựa

Cell gốc

(a) Phân chia cell theo vùng

phủ sóng

(b) Phân chia cell theo dung

lượng

Cell gốc

vào bảng Erlang B có thể tính được dung lượng của một cell trong trường hợp này là:33,6 Erlang So sánh với cấu hình sử dụng antena vô hướng dung lượng tăng lên33,6/22,9  1,47 lần.

1.1.2 Các mục tiêu của quá trình quy hoạch mạng

Một trong những mục tiêu quan trọng của việc qui hoạch mạng vô tuyến thông tin diđộng GSM là sử dụng hiệu quả băng tần số vô tuyến hiện có Hay nói cách khác là mụctiêu phục vụ được số lượng thuê bao lớn nhưng vẫn đảm bảo duy trì cấp độ dịch vụ chophép (GoS) và giảm đầu tư cho hệ thống Các mục tiêu của việc quy hoạch mạng đượcthể hiệ qua các tham số sau :

Vùng phủ sóng: Tại những khu vực cần phủ sóng cường độ tín hiệu thu phát phải caohơn ngưỡng độ nhậy thu cho phép Hạn chế có những khu vực không được phủ sóng tạothành những hố đen không có sóng giữa các trạm

Dung lượng: Tại mỗi một cell, số lượng kênh lưu lượng (TCH) phải đáp ứng đủ chonhu cầu thoại của cell và lưu lượng chuyển cell từ các cell lân cận có thể xẩy ra Thôngthường việc cấp kênh cho quá trình chuyển cell là quá trình được ưu tiên hơn Một cấp độdịch vụ GoS cần xác định trước cho toàn mạng trược khi thiết kế và duy tri cho toàn bộ hệthống Ví dụ như mạng thông tin di động VMS hiện có tỷ lệ GoS =2%

Chất lượng truyền sóng vô tuyến: Tỷ số C/I của các kênh tần số vô tuyến cần phải thiết

kế để đạt được tỷ số yêu cầu của toàn mạng, bảo đảm chất lượng thu phát sóng vô tuyến

và chất lượng dịch vụ

Giá trị đầu tư mạng lưới: Giá trị đầu tư mạng lưới ở đây, trong phạm vi vấn đề quyhoạch mạng vô tuyến vì vậy chỉ đề cập đến đầu tư thiết bị các trạm thu phát (BTS) Nhưvậy để giảm giá trị đầu tư mạng lưới quá trình thiết kế và quy hoạch mạng cần phải tínhtoán để giảm số lượng trạm (BTS) đến mức tối thiểu cho phép mà vẫn đạt chỉ tiêu chấtlượng phủ sóng và dung lượng Bên cạnh đó việc giảm số lượng trạm thu phát không cầnthiết sẽ giúp cho nhà khai thác giảm chi phí thuê nhà trạm, giảm được giời gian triển khailắp đặt, sớm đưa vào khai thác nâng cao hiệu quả đầu tư

Việc phát triển mạng để tăng dung lượng: Quá trình quy hoạch mạng vô tuyến GSM làmột quá trình không có điểm kết thúc bởi vì nhu cầu dịch vụ là luôn luôn thay đổi Khinhu cầu tăng lên thì việc cần phải mở rộng thêm các trạm mới là tất yếu Việc triển khailắp đặt các trạm mới cần thiết phải kết hợp với các trạm hiện tại, do đó sau mỗi lần phát

triển mới đều phải thực hiện cân chỉnh và tối ưu hóa lại toàn bộ mạng thông tin di độngGSM.

1.1.3 Quá trình thiết kế mạng

Quá trình thiết kế mạng vô tuyến thông tin di động GSM được thể hiện theo các bước

mô tả trong Hình 1.4 Để tính toán nhu cầu về lưu lượng cần xác định có bao nhiêu thuêbao có nhu cầu sử dụng dịch vụ, số lượng cuộc gọi trung bình thuê bao sẽ thực hiện trênmột đơn vị thời gian Các thông tin về nhu cầu lưu lượng sẽ cung cấp các thông tin cơ bảncho quá trình thiết kế mạng vô tuyến GSM Thông tin về vị trí, mật độ phân bố của cáckhu vực có nhu cầu sử dụng dịch vụ, có thể xác định dựa vào số liệu phân bố dân số củatừng khu vực, mức độ sử dụng điện thoại cố định, thu nhập bình quân trên đầu người vàmột vài thông tin như trình độ dân cư v v cũng có tác dụng hỗ trợ cho quá trình thiết kếmạng

Bước đầu tiên của quá trình thiết kế là đưa ra một cấu trúc phân bố cell sơ bộ dựa trêncác trạm sẵn có của hệ thống, hoặc dựa trên phân bố lưu lượng của khu vực cần phủ sóng

Kế hoạch phân bố cell sơ bộ chủ yếu dựa vào trực quan của người thiết kế mạng sẽ đặtcác trạm vào trong khu vực cần phủ sóng Ngoài ra thông tin về phân bố thuê bao cũngđược đưa vào để thiết cấu hình của trạm, ví dụ: tại khu vực ngoại vi thành phố trạm có thểđặt cấu hình 3 sector, mỗi sector 2 máy thu phát (TRXs) trong khi đó nếu đặt trạm tạitrung tâm thành phố thì trạm phải có cấu hình 3 sector và mỗi sector từ 4 - 6 TRX Cácnguyên lý cơ bản đã trình bài ở phần 1.2.1.1 là được thực hiện trong các bước thiết kếnày

Bước tiếp theo là tính toán dự báo cường độ tín hiệu cho từng cell Do sóng vô tuyến diđộng chịu ảnh hưởng của môi trường địa hình xung quanh như nhà cửa, rừng cây, nước,

do đó cần thiết phải sử dụng những cơ sở dử liệu về địa hình và hình thái của từng khuvực Các bước tiếp theo việc dự báo cường độ tín hiệu là dự báo vùng phủ sóng, dự báodung lượng, phân tích nhiễu và phân bố tần số cho các cell đều dựa vào kết quả tính toáncường độ tín hiệu Các bước này sẽ được mô tả chi tiết trong các phần 1.3 đến phần 1.6

Hình 1-4 Sơ đồ các bước thiết kế mạng vô tuyến GSM

Tối ưu hóa hệ thống là quá trình phân tích các số liệu đo được trong quá trình hệ thốngđang hoạt động, từ kết quả phân tích sẽ sử dụng để hiệu chỉnh các tham số của hệ thống

để nâng cao chất lượng dịch vụ của toàn bộ hệ thống, ví dụ như tăng thêm máy thu phátcho các cell nếu tại đó thường xuyên xẩy ra hiện tượng tắc nghẽn và điều chuyển bớt sốlượng máy thu phát nếu tại cell thường xuyên lưu lượng quá thấp Một trong những biệnpháp thu thập số liệu hiệu chỉnh các tham số mạng vô tuyến thông dụng hiện đang thựchiện tại nhiều mạng thông tin di động GSM là dụng thiết bị đo gắn trên xe để đo và thuthập dữ liệu về phân tích (Driver Test )

1.2 LÝ THUYẾT TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN

Để có thể thiết kế và tối ưu mạng vô tuyến GSM thì việc hiểu rõ các lý thuyết về lantruyền sóng vô tuyến là điều kiện bắt buộc Trong phần này chúng ta sẽ giới thiệu về một

số mô hình truyền lan sóng vô tuyến được sử dụng rộng rãi hiện nay Mô hình hóa quátrình lan truyền sóng vô tuyến là một trong những phần phức tạp nhất của quá trình thiết

kế mạng vô tuyến di động GSM

Có rất nhiều mô hình được xây dựng trên cơ sở thực nghiệm hoặc bán thực nghiệmnhư OKOMURA, HARA, LEE, COST231 nhằm đưa ra một mô hình tính toán chính xácgiá trị trung bình cường độ tín hiệu thu được hoặc suy hao đường truyền cho một dải tần

số nhất định dựa trên các thông tin về địa hình

Dự báo lưu lượng

Dự đoán dung lượng hệ thống

Tối ưu hóa mạng

vô tuyếnKhảo sát trạm và

đo

Mô hình thực nghiệm: Được mô tả và xây dựng bằng các phương trình toán học hoặc

đồ thị biểu diễn các kết quả thực nghiệm thông qua việc thống kê và phân tích một khốilượng dữ liệu đo trong một khoảng thời gian dài Các mô hình này thường đơn giản vàkhông yêu cầu thông tin chi tiết về môi trường Các mô hình thực nghiệm thường đượcbiểu diễn bằng các công thức toán học nên việc áp dụng khá thuận lợi và có kết quả nhanhtuy nhiên các mô hình này thường không dự đoán thật chính xác suy hao đường truyền

Mô hình theo lý thuyết: Là các mô hình dựa trên phương pháp tính toán bằng cách

mô phỏng theo luật tự nhiên của lan truyền sóng vô tuyến Theo phương pháp này ảnhhưởng của môi trường được đưa vào như những dữ kiện của việc tính toán quá trình lantruyền sóng do đó kết quả tính toán chính xác hơn so với mô hình thực nghiệm Đa số các

mô hình theo lý thuyết là dựa trên mô hình tia quang học được giải quyết bởi Tuy nhiênmột trong những hạn chế lớn nhất của phương pháp này là việc đưa vào chương trình tínhtoán bằng máy tính rất phức tạp

Mô hình bán thực nghiệm: Các mô hình này sử dụng kết quả thực nghiệm để điều

chỉnh mô hình theo lý thuyết để nâng cao sự chính xác phù hợp với số liệu đo Phươngpháp này đòi hỏi nhiều thông tin chi tiết về môi trường hơn là phương pháp thực nghiệmnhưng ít hơn so với mô hình theo lý thuyết Phương pháp này có ưu điểm là sử dụng dễdàng và tính toán nhanh do việc biểu diễn mô hình bằng các phương trình toán học giốngnhư mô hình thực nghiệm

Việc áp dụng các mô hình truyền sóng vô tuyến vào thực tế cần phải dung hòa giữa haiyêu cầu về độ chính xác và thời gian tính toán đưa ra kết quả dự đoán Tóm lại, việc lựachọn mô hình dự báo lan truyền sóng vô tuyến là sự liên quan đến 3 loại mô hình và cấutrúc cell mà mô hình đó phù hợp khi áp dụng Các mô hình thực nghiệm và bán thựcnghiệm là phù hợp với Macrocell Mô hình bán thực nghiệm cũng phù hợp với cấu trúcMicrocell phân bố không đồng đều, với cấu trúc này các tham số được xác định bằngphương pháp phân tích đặc điểm của toàn bộ hệ thống Mô hình theo lý thuyết là phù hợpcho cấu trúc Microcell và Pirocell nhưng mô hình này không phù hợp với cấu trúcMacrocell vì thời gian tính toán quá lớn làm cho việc áp dụng trở thành không thực tế

1.2.1 Mô hình truyền sóng cho Macrocell

Trong cấu trúc Macrocell, vấn đề quan trọng là dự đoán được cường độ tín hiệu trungbình tại một điểm cho trước Trong thực tế, sóng vô tuyến được truyền đi khắp nơi trongđịa hình khu vực phủ sóng một cách không có quy luật Thông tin về địa hình của một

khu vực cụ thể, cũng như sự có mặt của các vật cản như cây cối, các tòa nhà và các vậtche chắn khác đều phải đưa vào để tính toán suy hao đường truyền Những thông tin mô

tả về địa hình, môi trường như đã đề cập ở trên là rất lớn và việc cố gắng lập rình hóa cáctham số này để tính toán là không thể Trong thực tế mô hình thực nghiệm là được sửdụng rộng rãi cho việc dự đoán lan truyền sóng cho cấu trúc Macrocell vì mô hình này có

ưu điểm là bản thân các số liệu đo đã chứa đựng các ảnh hưởng của môi trường đã biết vàchưa biết đến hệ số lan truyền sóng thông qua các phép đo số liệu trên thực tế

Trong nhiều mô hình lan truyền sóng vô tuyến, mô hình Okumura-Hata là mô hìnhđược cho là phù hợp nhất cho quá trình tính toán dự báo cho quá trình thiết kế và quyhoạch mạng vô tuyến GSM Mô hình Okumura-Hata hoàn toàn thực nghiệm được pháttriển trên cơ sở hàng loạt các phép đo trong môi trường thành phố Dựa vào công thức nàycủa Hata mà cost231 đã mở rộng thêm để ứng dụng cho dải băng tần số lên đến 1500Mhz.Công thức tổng quát của suy hao đường truyền cho mô hình Hata là:

LHata = a1 + a2log(f) - 13,82log(hBTS) + [44,9 - 6,55lg(hBTS)]xlog(d) - Lm (1.12)

Ở đây :

LHata : Suy hao đương truyền (dB)

f : tần số (MHz) (150MHz f 2000MHz)

hBTS : Độ cao ảnh hưởng của trạm BTS tính theo m (30m hBTS200)

d : Khoảng cách giữa BTS và máy di động tính theo Km (1Km d 20Km)

Ở đây: hmobile(m) là độ cao của antenna của thuê bao di động (1m  hmobile  10m)

Công thức (1.12) là công thức áp dụng cho mặt đất tương đối bằng phẳng và trong môitrường thành phố Công thức cần có sự hiệu chỉnh để cho có thể áp dụng cho các khu vựcđồi núi hoặc các khu vực có các hình thái khác nhau như ngoại ô, rừng cây, khu vực trốngtrải, khi đó ta có:

Lmacro = LHata + Ldiff + Lđịa hình (1.14)

Ở đây:

Ldiff: Là suy hao nhiễu xạ(dB) Ldiff là suy hao do các vật cản trên đường truyền sóng.

Có nhiều thuật toán để tính toán suy hao nhiễu xạ Một trong những thuật toán thương sửdụng là Epstein-Peterson

Lđịa hình: Là giá trị hiệu chỉnh của hình thái của khu vực(dB) Trong thực tế có nhữngbản đồ địa hình có ghi đầy đủ các thông tin về hình thái của từng khu vực Giá trị hiệuchỉnh Lđịa hình tương ứng với từng loại hình thái theo từng vùng địa lý, các giá trị nàythường thu được từ các giá trị đo thực nghiệm

1.2.2 Mô hình truyền sóng cho Microcell

Qua nghiên cứu thực nghiệm người ta thấy rằng suy hao đường truyền trong Microcell

là một hàm của khoảng cách giữa trạm thu phát và máy di động được biểu diễn theo quyluật suy hao theo khoảng cách:

10 ) log(

10

) log(

10

2 1

1 1 1

b

d L

d L

d d





(1.15)Công thức (1.15) đưa ra mô hình với 2 đường dốc suy hao, L1 là suy hao chuẩn ởkhoảng cách 1m (d = 1m) và db là khoảng cách mà tại đó công suất đã suy giảm hoàntoàn:

d1 =



mobile BTS h

ý là không để các cell sử dụng đồng kênh có phần phủ giao nhau nằm trong phạm vikhoảng cách db

A Mô hình không gian hai chiều (2D)

Đối với cấu trúc Microcell, antenna của trạm BTS có thể cao hơn, bằng hoặc thấp hơncác tòa nhà xung quanh Thông thường có 2 trường hợp cần phải phân biệt với vị trítương ứng của trạm BTS và máy di động:

+ Đường truyền vô tuyến không bị che chắn (LOS-Line of sight): là trường hợp không

có vật che chắn nào trên đường truyền sóng

+ Đường truyền bị che chắn (NLOS-Non line of sight): trên đường truyền sóng từ trạmBTS đến máy di động bị vật cản che chắn

Theo mô hình COST231-Walfish-Ikegami đã đưa ra các kết quả chính xác cho trườnghợp truyền sóng trong khu vực nhiều nhà cửa Mô hình bán thực nghiệm này đã đưa cácthông số thống kê mô tả đặc tính của môi trường thành phố, bao gồm các tham số về độcao trung bình của nhà cửa hroof, cự ly khoảng cách trung bình giữa hai tòa nhà b, độ rộngcủa đường xá w và hướng di chuyển của các phương tiện giao thông  vào trong việctính toán suy hao đường truyền:

LWI = 





 rsd msd o

sc L L L

L

choNLOS choLOS (1.17)Trong đó: Lsc là suy hao đường truyền khi mà đường phố có dạng hẹp nhiều nhà caotầng ở hai bên : Lsc = 42,6 + 20log(f) + 26log(d) (1.18)

Ở đây f là tần số MHz, d là khoảng cách giữa trạm BTS với máy di động (Km) Lo làsuy hao không gian tự do được xác định:

w: là bề rộng đường phố tại vị trí của thuê bao di động

hmobile: là độ chênh lệch giữa độ cao trung bình của tòa nhà và độ cao của thuê bao diđộng(m):

hmobile = hroof - hmobile

Và Lori là hàm biểu diễn suy hao theo hướng  của đường phố:

114 ,

0 4

) 35 (

075 ,

0 5

, 2

35 4 ,

0 10

 

0 0

0 0

0 0

90 55

55 35

35 0

Cuối cùng suy hao nhiều tầng Lmsd là được tính như sau:

Lmsd = Lbsh + Kalog(d) + Kflog(f) - 9log(b) (1.22)

Ở đây b là khoảng cách trung bình giữa các tòa nhà Lbsh là hệ số hiệu chỉnh theo độ caoantenna của trạm BTS, với hBTS = hBTS - hroof

Ta có: Lbsh =    

0

) h 1 log(

roof BTS

roof BTS

h h

h h





(1.23)Một vài hiệu chỉnh được xác định theo kết quả thực nghiệm:

, 0 54

8 , 0 54

d

h B TS

Km d

h h

Km d

h h

h h

roof BTS

roof BTS

roof BTS

5 , 0 ,

5 , 0 ,

18

roof BTS

roof BTS

h h

h h

f

Ta có a = 1,5 nếu thuê bao di động ở khu vực trung tâm thành phố còn thông thườnggiá trị của a = 0,7 Mô hình COST231-Walfisch-Ikgami được áp dụng trong các điềukiện: dải tần số f nằm trong khoảng: 800 f  2000MHz, 4(m)  hBTS50(m), 1(m) 

hmobile< 3(m) và 0,02 Km d  5Km Mô hình này chủ yếu sử dụng cho lan truyền sóngphân cực đứng Mô hình 2 chiều xét truyền sóng phân cực ngang trong trường hợp giảthiết độ cao antenna của BTS là thấp hơn đỉnh các tòa nhà và chiều cao của các tòa nhà làkhông giới hạn Đường đi của sóng lan truyền được xác định bằng phương pháp Ray-Traycing

B Mô hình 3 chiều (3D):

Mô hình 3 chiều được sử dụng cho trường hợp độ cao của antenna thay đổi tùy ý, ví dụ

mô hình 3D-URBAN-MICRO theo Mô hình 3D xem xét đường truyền sóng theo cả mặtđứng và mặt ngang Ảnh hưởng nhiễu xạ của nhiều đỉnh nhọn được xây dựng dựa trên lýthuyết đồng dạng hình học nhiễu xạ (UTD) Ngoài ra mô hình 3D phân biệt đường đi củasóng lan truyền tán xạ ở mặt đất và tán xạ trên tường của các tòa nhà Việc tính toán bềmặt tán xạ sử dụng phương pháp biến đổi Kirchohoff kết hợp với phương pháp xấp xỉ

1.2.3 Mô hình truyền sóng trong nhà (indoor):

Quá trình truyền sóng bên trong các tòa nhà là ảnh hưởng rất lớn của các

yếu tố: bố trí của tòa nhà, vật liệu xây dựng và loại nhà Một phương pháp đưa ra côngthức tính tóa độ suy giảm của sóng qua các bức tường và trần, sàn nhà như sau:

n

1

)( (1.27)

Ở đây:

Lo: suy hao trong không gian tự do giữa trạm BTS và thuê bao di động

Lc: suy hao chuẩn (hằng số)

W: số loại tường khác nhau

nwi: số lượng tường cùng loại i trên đường truyền sóng

Lwi: suy hao khi đi qua một bức tường loại i.

Lw1 = 3,4dB cho các loại tường mỏng thường

Lw2 = 6,9dB cho các loại tường dày, Lf = 18,3dB và k = 0,46

1.3 DỰ BÁO VÙNG PHỦ SÓNG

Mô tả một cách chính xác hình dạng của cell là rất quan trọng đối với việc dự báo vùngphủ sóng, tính toán dung lượng, phân tích nhiễu và phân bố kênh tần số cho các trạmtrong quá trình thiết kế mạng vô tuyến GSM Thông thường, người ta thường giả sử hìnhdạng lý tưởng hóa của một cell là một hình lục giác đều Các cell có hình dạng lục giácđều là dựa trên giả thiết điều kiện truyền sóng đồng đều mọi hướng và vị trí các trạm làphân bố theo một quy luật nhất định Tuy nhiên các điều kiện giả thiết như vậy là không

có thật trong mạng vô tuyến thực tế Trong phần này chúng ta sẽ mô tả mô hình sử dụngquy luật xác xuất để mô tả hình dạng thực tế của cell dựa trên dự đoán suy hao đườngtruyền

1.3.1 Xác xuất phủ sóng

Giả thiết rằng có một khu vực được phủ sóng và được số hóa thành m x n ô nhỏ khácnhau Mỗi một ô có kích thước là x và y là phụ thuộc chính xác của bản đồ số sẽđược sử dụng cho việc thiết kế Mỗi một ô có thể được coi như một vị trí của thuê bao diđộng với giả thiết là vị trí (x,y), x[1,m] và y[1,n] Giá trị cường độ tín hiệu trung bình

Một vị trí được coi là nằm trong phạm vi phủ sóng của một cell bất kỳ nếu tại đó mứccường độ tín hiệu thu được là lớn hơn một ngưỡng cho trước Do có ảnh hưởng của cácvật che chắn bất kỳ ngẫu nhiên, do đó giá trị công suất thu được pr thực tế thu được có giá

trị phân bố ngẫu nhiên theo quy luật phân bố chuẩn Gaussian xung quanh giá trị cường độtín hiệu trung bình p r với độ lệch chuẩn  Thông thường trong môi trường thành phố

 = 8dB Tuy nhiên giá trị của  có thể là một giá trị nằm trong khoảng từ 4dB12dBphụ thuộc vào môi trường thực tế xung quanh Sự phân bố của pr được biểu diễn như mộthàm phân mật độ xác xuất Gauss(pdf):



r

p x

(1.29)Xác xuất để tín hiệu nhận được từ trạm BTS là lớn hơn một giá trị ngưỡng  chotrước là:

P{pr> } = 





dx x



r

p x

erf (1.31)Với Q(z) = 1 - Q(-z) (1.32)

Như vậy xác xuất phủ sóng tại một điểm ở vị trí (x,y) bởi một cell ci là:

và dựa vào việc tính toán giá trị p r theo một mô hình lan truyền sóng, từ đó xác địnhđược xác xuất phủ sóng của một điểm tọa độ theo (1.33) Theo công thức (1.33) cho thấytại một điểm (x,y) nếu giá trị cường độ tín hiệu thu càng lớn thì xác xuất phủ sóng điểm

đó càng cao Tuy nhiên trong một mạng vô tuyến thực tế không chỉ có một cell mà cónhiều cell phủ sóng cùng một điểm và tạo thành các vùng phủ sóng giao nhau, vì vậy đểxác định hình dạng phủ sóng gần với thực tế ta sử dụng phương pháp xác xuất lựa chọncell để xác định vị trí này thuộc vùng phủ sóng của cell nào trong một tập hợp cell chotrước

1.3.2 Xác xuất lựa chọn cell

Thông thường các phương pháp cổ điển xác định khu vực phủ sóng cho một cell cócường độ tín hiệu mạnh nhất Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là chỉ xác định

mỗi vị trí vào một cell đơn lẻ đã lựa chọn trong khi đó bỏ qua hiện tượng phủ sóng giaonhau giữa các cell Phương pháp sử dụng xác xuất để quyết định lựa chọn cell là phươngpháp gán mỗi một vị trí vào một cell nào đó dựa vào một xác xuất nhất định và tính đến

cả việc chuyển vùng giữa các cell

Xác xuất lựa chọn cell được xác định như xác xuất một thuê bao di động tại vị trí (x,y)được phục vụ bởi cell ci Nếu giả sử prmax(x,y) là cường độ tín hiệu thu được mạnh nhất tạiđiểm (x,y), thì theo nguyên tắc thì ta phải xác định cường độ tín hiệu nhận được từ cell ci

và so sánh với prmax(x,y):

prmax(x,y) = max{pri(x,y)} (1.34)

Việc xác định chiến lược chuyển cell của một hệ thống cũng có ảnh hưởng đến việcgán một vị trí nào đó thuộc vào vùng phủ sóng của cell ci Những cell mà cường độ tínhiệu cộng với mức cho phép chuyển cell ho mà vẫn nhỏ hơn tín hiệu mạnh nhất tạiđiểm (x,y):

pri(x,y) < prmax(x,y) - ho (1.35)

Sẽ bị loại bỏ Như vậy xác xuất lựa chọn các cell bị loại sẽ bằng 0 Điều này có nghĩa

là các cell này không thể phủ sóng (hay) phục vụ thuê bao di động tại vị trí (x,y) Xácxuất lựa chọn của mỗi một cell trong số N' cell còn lại được xác định: pass(x,y,ci) =

,()

,

(

(

),()

rj

o r

ri

h y x p y

x

p

h y x p y

n y

y x i ass

c y x p

+ x . y: là kích thức của một ô Mỗi một ô được gán một xác xuất phủ sóng là

pcov(x,y,ci) và một xác xuất lựa chọn là pass(x,y,ci) Trong trường hợp tại đó chỉ có mộtcell, thì xác xuất lựa chọn bằng 1 cho các ô

1.4 DUNG LƯỢNG THOẠI

1.4.1 Lưu lượng

Như đã trình bày ở phần 1.2.1.3, dự báo lưu lượng là một bước quan trọng trong quátrình thiết kế mạng vô tuyến thông tin di động GSM Nhiệm vụ đầu tiên của quy hoạchmạng là định vị và đưa ra cấu hình của từng trạm trong khu vực cần phủ sóng Để nângcao hiệu quả của hệ thống thì cần phải xác định cấu hình từng trạm, dung lượng truyềndẫn phải sát với nhu cầu thực tế về lưu lượng tại khu vực Việc phân tích lưu lượng, sựphân bố lưu lượng và khả năng đáp ứng mạng cần thiết để có kế hoạch đáp ứng cho quátrình tăng lên của nhu cầu Để xác định lưu lượng ta giả sử mật độ lưu lượng tại một điểm(x,y) trong khu vực xem xét là t) (x,y)

 (Erlang/Km2), để biểu thị lưu lượng trên một đơn

vị diện tích tại thời điểm t, ta có:

T y x y

Sự phân bố lưu lượng phụ thuộc vào i các điều kiện: địa lý, phân bố dân cư, lưu lượng

xe cộ, thu nhập đầu người v.v Trong một khu vực phủ sóng ta có thể chia ra thành j khuvực nhỏ cùng loại địa lý với nhau (chẳng hạn khu vực thành phố, ngoại ô, nông thôn) Để

dự báo nhu cầu lưu lượng, ta có công thức tuyến tính dự báo cho mỗi khu vực j theo i điềukện trên là:

Ej = ii,k  k (1.39)

Ở đây:

+ Ej: là giá trị Erlang của khu vực j

+ k: là loại khu vực phân theo loại hình.

+ i: là chỉ số chỉ các điều kiện địa lý, phân bố dân cư, lưu lượng xe cộ, thu nhậptrên đầu người của khu vực j

Gọi diện tích của khu vực j là Sj vậy:

k c k S j (1.40)

Trong đó k là mật độ lưu lượng của khu vực loại k có diện tích Sj

Và i,k b i,k x i (1.41)Trong đó:

+ i , k: là lưu lượng khu vực địa lý loại k theo điều kiện thứ i

+ xi: là số lượng của các điều kiện i chẳng hạn như: dân số của một thành phố hoặc lưulượng xe cộ của một đường cao tốc

+ Hệ số bi,k và ck có thể được xác định bằng việc đo các số liệu từ một hệ thống đanghoạt động

Tóm lại, mật độ lưu lượng tại khu vực nhỏ j là:

j

j

S

E y

Như vậy, tổng lưu lượng trong một khu vực phủ sóng là:

y x y x

).

, (

n y

i ass

c y x p

cov ( , , ) ( , , ).( , ) . (1.44)

Ở đây:

+  (x,y) là mật độ lưu lượng tại vị trí (x,y)

+ pcov(x,y,ci) và pass(x,y,ci) là được định nghĩa theo (1.33) và (1.36) Trong trườnghợp phân bố lưu lượng là đồng đều hay có nghĩa là  (x,y)  1 khi đó ta có Atrf = Aarea(ci)xem công thức (1.37)

Với mỗi một cell, xác xuất bị chặn pblock nhất thiết phải nhỏ hơn mức cho phép để bảođảm chất lượng dịch vụ thể hiện thông qua hệ số GoS của mạng lưới Nếu biết được tần

số lưu lượng nhu cầu của cell, hàm xác xuất bị chặn là hàm của số lượng kênh lưu lượng

) 1 (

(1.45)

Rõ ràng là: pblock(0) =1 Như vậy xác xuất bị chặn có thể được tính toán dựa vào côngthức (1.45) Trong quá trình thiết kế mạng vô tuyến, việc xác định số lượng kênh TCH đểđạt được GoS mong muốn là rất cần thiết Dựa vào (1.45), ta xây dựng một thuật toán xácđịnh số lượng kênh CTH yêu cầu trên một cell với một giá trị lưu lượng xác định

Thuật toán 1: Xác định số lượng kênh lưu lượng

Đầu vào (Input): A - Lưu lượng theo Erlang

1.4.3 Xác định số lượng kênh tần số cần thiết

Số lượng kênh TCH là không thể bằng số lượng kênh tần số vì băng tần số được chiathành các kênh tần số có chức năng khác nhau, một kênh tần số (FCH) có thể dùng chungcho nhiều người sử dụng với kiểu đa truy nhập theo thời gian (TDMA) hoặc đa truy nhậpphân chia theo mã (CDMA)

Hệ thống GSM sử dụng phương pháp phân chia đa truy nhập theo thời gian (TDMA).Mỗi một kênh tần số là được chia thành 8 khe thời gian (Timeslot) như vậy đồng thời cóthể 8 cuộc kết nối có thể thực hiện cùng lúc giữa các thuê bao, như vậy một kênh tần số(FCH) có thể chia thành 8 kênh lưu lượng (TCH) Ngoài kênh TCH hệ thống cần phải cókênh điều khiển (CCH) để truyền các tín hiệu điều khiển của hệ thống Bảng 1.2 đưa ra sốlượng kênh CCH cần thiết tương ứng với số lượng kênh TCH cho trước Số lượng kênhtần số (FCH) cần thiết được xác định một cách đơn giản là lấy tổng số kênh lưu lượng vàtổng số kênh điều kiển chia cho 8 khe giời gian.

(1.46)

Ở đây nFCH, nTCH và nCCH là số lượng kênh tần số, số lượng kênh lưu lượng TCH và sốlượng kênh điều kiển (CCH) Tổng số kênh nhu cầu có thể xác định bằng số lượng kênhthực tế được làm tròn lên thành số nguyên gần nhất

Bảng 1-2: Số lượng kênh CCH và FCH tương ứng với số lượng kênh TCH

Số lượng kênh lưu

1.5 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỄU

Bước tiếp theo của quy trình quy hoạch mạng là phân bố kênh tần số FCH cho từngcell Trước khi phân bố tần số, cần phải có bước phân tích nhiễu giữa các cell vì nhiễugây ra do việc sử dụng lại tần số là vấn đề quan trọng trong việc quy hoạch mạng vôtuyến di động Trong phần này sẽ đi vào phân tích nhiễu qua lại giữa các cell để xác địnhkhoảng cách tần số an toàn giữa các cell để tránh hiện tượng nhiễu xẩy ra

Hình 1-5 Nhiễu qua lại giữa 2 cells

1.5.1 Nhiễu qua lại giữa các cell

Nhiễu qua lại được xác định theo từng cặp cell: cell phục vụ và cell nhiễu Theo Hình1.6, mô tả chiễu giữa hai cell, tại mỗi một ô tọa độ (x,y) trong khu vực xem xét, tỷ lệ C/Iđược tính toán dựa trên dự đoán cường độ tín hiệu Gọi cường độ tín hiệu tại điểm (x,y)của cell ci là pri(x,y) và của cell cj là prj(x,y) Tỷ số C/I của 2 cell i và j là:

) , (x y p x y p x y

I

C

rj ri

i

i



 (1.48)Xác suất nhiễu đồng kênh tại điểm (x,y) là được xác định

Tạp âm

) , , ,

i j

i co

y x I

C erf

c c y

erf

0

2 ) exp(

2 )

(

 (1.50)Đối với các kênh lân cận, mức nhiễu kênh lân cận giảm đi do suy hao ở bộ lọc thu Giả

sử rằng bộ lọc thu có độ dốc suy hao là dB / octvà độ rộng băng tần của mỗi kênh là fB.Nếu f là khoảng tần số khác biệt giữa hai kênh lân cận, thì mức giảm ở kênh tần số lâncận thứ k sẽ là:

log 3 , 0



(1.51)Trong đó:

+ k là thứ tự khoảng cách phân biệt giữa các kênh Bảng 1.3 đưa ra một vài giá trịcủa k đối với hệ thống GSM

+ fB là độ rộng băng tần của mỗi kênh tần số

Giả sử với bộ lọc thu có  = 6dB/oct, fB = 25KHz, f = 200KHz, khi đó qua bộ lọcgiá trị suy giảm đối với kênh lân cận đầu tiên (k=1) là:

25

200 log 3 , 0

Bảng 1-3 Khoảng cách phân biệt giữa các kênh tần số

Thứ tự kênh(k) Khoảng cách tần số(*) Tỷ lệ C/I(dB)

xác xuất nhiễu tại điểm (x,y) của các kênh tần số khác nhau có thứ tự tần số k = 1 đến k =

) , ,

,

i j

i k

k L y x I

C erf

c c y

x

Sau khi xác định được xác xuất chiễu cho mỗi một vị trí (x,y) trong diện tích xem xét,thì giá trị xác xuất nhiễu đồng kênh trung bình p co(c i,c j) và giá trị xác xuất nhiễu kênhlân cận trung bình p k(c i,c j) là:

) (

).

, , ( ).

, , ( ).

, , , ( )

,

cov

i area

m x

n y

i ass

i j

i co

j i

co

c A

y x c y x p c y x p c c y x p c

).

, , ( ) , , ( ).

, , , ( )

,

cov

i area

m x

n y

i ass

i j

i k

j i

k

c A

y x c y x p c y x p c c y x p c

 Aarea(ci) là diện tích phủ sóng của cell ci theo (1.37)

Chú ý rằng, do có sự suy giảm nhiễu của các kênh lân cận nên tồn tại quan hệ:

) ( i, j

co c c

p > p1(c i,c j)>p2(c i,c j)>p3(c i,c j) (1.56)

Trong phần 1.2.5.1 đã đề cập đến thứ tự khoảng cách tần số k và khoảng cách giữa haitần số liên tiếp nhau trong băng tần GSM 900MHz là 200 KHz hay fk = f1 + (k-1)x200KHz Trong đó: fk là tần số thứ k trong giải băng tần GSM 900 MHz và k = (0

SNxN trong đó mỗi hàng, mỗi cột là tương ứng với một cell Mỗi phần tử sij của ma trận là

biểu thị thứ tự khoảng cách tần số k giữa 2 cell ci, cj Khoảng cách tần số giữa 2 cell ci, cj

là xác định khoảng cách tần số tối thiểu được sử dụng lại Nếu giá trị sij = 0 hay khoảngcách tần số k bằng 0 có nghĩa là cho phép 2 cell ci, cj sử dụng cùng một tần số, nếu sij = 1thì 2 cell ci, cj là không được phép sử dụng cùng tần số nhưng cho phép tần số lân cận gầnnhất Giá trị của sij có thể là 0, 1, 2, 3 hoặc 4 phụ thuộc vào việc phân tích nhiễu qua lạigiữa các cell trên thực tế

Khi xây dựng ma trận SNxN, ta cần xác định hai giá trị quan trọng trong phân bố tần số

là khoảng cách tối thiểu đối với các tần số sử dụng trong cùng một cell MINcc và khoảngcách tần số tối thiểu đối với các tần số sử dụng trong 2 cell tại cùng vị trí trạm MINsc.Theo khuyến nghị của ETSI [GSM 05.05] và ETSI [GSM 03.03] và phân tích về ảnhhưởng của nhiễu gần-xa lê đã đưa ra giá trị MINcc thông thường lớn hơn hoặc bằng 5 vàMINcs là lớn hơn hoặc bằng 1.3 Các phần tử sij(0) của ma trận SNxN được xác định theonguyên tắc:





 0

sc cc

Nếu ci và cj là cùng vị trí trạm (1.57)Nếu khác

Để xác định các phần tử sij(1) của ma trận SNxN, sử dụng giá trị xác xuất

nhiễu đồng kênh và xác xuất nhiễu lân cận, ta có:

Trong đó  int là ngưỡng xác xuất nhiễu cho phép Với ( 1 )

ij

s có nghĩa là cell ci là cellphục vụ, cj là cell nhiễu ngược lại với s ji(1) thì cell cj là cell phục vụ và ci là cell nhiễu.Như vậy ý nghĩa của ( 1 )

Vậy ta có thể có các phần tử s ij(1) của ma trận SNxN được xác định:

sij = Max(s ij(0),s ij(1),s ji(1)) với i,j[1,N] (1.59)vậy ma trận SNxN biểu diễn giá trị khoảng cách tần số giữa cell ci, cj có dạng

Hình 1-6 Cấu trúc ma trận khoảng cách tần số S NxN

kính của cell Vấn đề sử dụng lại tần số đã được trình bày chi tiết trong phần 1.1.1.1 và

một ví dụ theo Hình 1.7

Trong Hình 1.7, giữa cell 17 và cell lân cận {9, 10, 16, 18, 19, 20} được gạch chéophải luôn duy trì một khoảng cách tần số nhất định để tránh nhiễu Trong một số trườnghợp thậm chí đối với các cell xa hơn như các cell {2, 3, 4, 8, 11, 21} cũng vẫn nằm trongkhoảng cách có thể bị nhiễu Như vậy khoảng cách vật lý an toàn cho việc sử dụng lại cáckênh tần số giống nhau là tham số rất quan trọng đối với thiết kế mạng vô tuyến di động.Khoảng cách tần số giữa các cặp cell được xác định dựa trên các yêu cầu về nhiễu vàđược xây dựng thành ma trận khoảng cách tần số tương ứng SNxN

Hình 1-7 Ảnh hưởng của nhiễu khi sử dụng lại tần số

Một băng tần số bao giờ cũng có tần số fmin và tần số fmax được chia thành một tập hợp cáctần số có cùng độ rộng băng tần giống nhau là fB và có khoảng cách với nhau một khoảngcách bằng nhau f Như vậy số lượng kênh tần số sẽ được xác định từ một cho đến sốlượng tần số lớn nhất Mmax:

f

f f M

và  f 2(min), f2(max) Băng tần lên có dải tần từ 890 MHz - 915 MHz và khoảng cách giữa

Hình 1-8 Băng tần số GSM 900 MHz

Như vậy số lượng kênh tần số của mỗi băng tần là:

125 1000

200

) 890 915 ( min max

f f

Phương pháp phân bổ tần số cho băng tần lê hay băng tần xuống là tương tự nhau Nhưvậy trong phần này ta sẽ xem xét việc phân bổ tần số cho băng tần số xuống (down link)

và sau đó áp dụng tương tự cho cả băng tần lên (up link)

Ngoài ra việc bảo đảm không để nhiễu xẩy xa, phân bố tần số còn bị ràng buộc bởiđiều kiện về số lượng tần số cần thiết của cell để phục vụ lưu lượng theo thiết kế Do phân

bố lưu lượng không đều do đó nhu cầu tần số các cell là khác nhau Theo có 3 phươngpháp phân bố tần số: phân bố tần số cố định, phân bố tần số động và phân bố tần số linhhoạt Trong nội dung phần này chúng ta sẽ phân tích trường hợp phân bố tần số cố định.Trong điều kiện mạng thông tin di động có băng tần giới hạn, do đó từ vấn đề hiệu quả sửdụng băng tần đặt ra cho bài toán phân bố tần số là phải tìm được phương án phân bố tần

số có số lượng tần số là tối thiểu trong khi đó vẫn thỏa mãn các điều kiện về nhiễu và sốlượng tần số cho từng cell Hiện nay để giải quyết vấn đề phân bố tần số đa số các nhàkhai thác sử dụng phương pháp phân bổ tần số theo một mẫu sử dụng lại tần số 3/9, 4/12,7/21 cố định Tuy nhiên phương pháp này có hai hạn chế sau:

- Việc phân bố tần số chưa căn cứ vào mức độ đánh giá về nhiễu của các cell trên mạnglưới (thông qua phương pháp đo hoặc tính toán mô phỏng) do đó khả năng vẫn có thể xẩy

ra nhiễu

- Do việc phân bố này chưa tính đến số lượng tần số thực tế cần thiết cho từng cell dovậy băng tần số sử dụng không thay đổi theo số lượng tần số sử dụng thực tế do đó hiệuquả sử dụng tần số còn thấp