Nguyên lý mạng Di Động Tế Bào ppsx

- Máy cấm tay có kích thước lớnà1970s thay thế các trạm thu phát công suất lớn bằng các trạm thu phát với công suất bé phủ một vùng diện tích vừa đủ để có thể sử dụng lại phổ tần à mạng

- Máy cấm tay có kích thước lớn

à1970s thay thế các trạm thu phát công suất lớn bằng các trạm thu phát với công suất bé phủ một vùng diện tích vừa đủ để có thể sử dụng lại phổ tần à mạng di động tế bào (cell)

- Cell là vùng phủ sóng của một trạm thu phát (BTS) thể hiện là hình lục giác

- Sử dụng lại tần số là dùng lại kênh tần số cho một cell khác

Dung lượng tăng, thiết bị cầm tay bé, và độ phức tạp tăng (handover

-handoff , roaming, signaling and mornitoring)

• Cell được thể hiện bằng một cặp

số nguyên (i,j) Trong đó i là số cell

khi di chuyển vuông góc với một

cạnh của lục giác, j là số cell khi đổi

(như hình bên) Giả thiết khoảng

cách giữa tâm 2 cell kề nhau được

chuẩn hoá bằng một

• Định lý: khoảng cách giữa 2 điểm

A B

E

D F

C G

A B

E

D F

C G

A B

E

D F

C G

i

j

v v

v v

u u

u u

1

-1 -1 0 1 2 3

1 2

3 a=60 o

- Trục toạ độ (u,v) có chiều dài đơn vị theo mỗi trục là

- Tâm mỗi cell thể hiện bằng một cặp số nguyên

R

3

1 2

2 1 2

2 2

1 2

12

1 1

2 2

1 2

2 2

12

30 sin

2

30 sin

30 cos

30 sin

30 cos

v v

u u

u u

v v

u u

d

v u

u v

y

u u

x

y x

d

°

−

− +

°

− +

− +

• Cụm cell (nhóm cell – cluster) là một nhóm các cell được gán

bởi một bộ tần sao cho không gây nhiễu lẫn nhau Bán kính của

cụm là (xem D là khoảng cách giữa 2 cell lớn – 2 cụm)

Rc = D

3

• Số lượng cell (BTS) trong một cụm là

2 2

3

D N

4

160

4

192

3

131

3

90

3

122

2

71

2

40

2

31

1

10

1

N j

i

250

5

211

4

160

4

192

3

131

3

90

3

122

2

71

2

40

2

31

1

10

1

N j

i

• Các loại kích thước cell

- Megacells: phủ hàng trăm km (satellite BS)

- Macrocells: phủ hàng chục km (phủ thành phố, >1km)

- Microcells: phủ hàng trăm m (tòa nhà, khu thương mại, hộinghị, hội chợ,… < 1km)

- Picocells: W-LAN (trong toà nhà, < 0,1km)

- Femtocells: Mạng truy cập cá nhân, đồ dùng, vật dụng trongnhà PAN

• Dung lượng kênh của hệ thống tế bào

Giả sử có N cells, mỗi cell được phân (gán) một nhóm kênh k, N cells tạo thành một cụm (nhóm cell) gọi là Cluster Vậy số kênh trên mộtcụm là:

à kỹ thuật chia cell Mỗi cell trong một Cluster chiếm 1/N kênh của hệthống

Số users được phục vụ đồng thời

- BW là tổng dải thông của hệ thống

- B là băng thông của một kênh song công

A B N

=

Ví dụ: Băng thông 33MHz được dùng cho hệ thống DĐ tế bào vớikênh song công 50kHz Khi hệ số tái sử dụng tần số N=4, N=7 xácđịnh số lượng kênh trên một cell?

Ví dụ: Băng thông 25 MHz được dùng cho hệ thống DĐ tế bào vớimỗi user sử dụng kênh song công 30kHz Xác định số users hệ thống

(biết bán kính cell là 5 km)

• Nhiễu đồng kênh (Co-Channel Interference CCI)

công suất phát của user, tuynhiên không cải thiện SIR (Signal To Interference Ratio)

à cải thiện SIR bằng cáchtăng tỷ số Q=D/R

7 6

1 3

5

2 4

1 3

5

2 4

1 3

5

2 4

7 6

1 3

5

2 4

1 3

5

2 4

7 6

1 3 5

2 4

7 61 3

trong đó d là khoảng cách, n là hệ số suy hao mũ âm (thường n = 4)

- Với hệ thống AMPS để chất lượng sóng tốt thì SIR ≥ 18 dB à

hệ số tái sử dụng tần số N phải lớn hơn hoặc bằng 7 (N ≥ 7) ???

Và khoảng cách giữa cell đồng kênh là D ≥ 4.4 R ???

- Với hệ thống GSM để chất lượng sóng tốt thì SIR ≥ 9 dB à

Hệ số tái sử dụng tần số N phải lớn hơn hoặc bằng bao nhiêu ???

và khoảng cách giữa cell đồng kênh D ≥ ???

• Lý thuyết trung kế (trunking theory)

- m kênh có thể phục vụ nhiều hơn m users à sẽ có nghẽn xuất hiện

à xác suất nghẽn là bao nhiêu là chấp nhận được? (GOS - Grade Of Service, thường 2% cho di động, 1% cho cố định)

A m Blocking GOS

A i

=

∑

- m số kênh của hệ thống (áp dụng khi số lượng user lớn hơn

nhiều số kênh)

một user

Ví dụ: Trung bình thời gian của một cuộc gọi di động là 200s, và

thực hiện cuộc gọi trung bình 15 phút Hệ thống yêu cầu GOS = 1%,

và có 100 kênh Hãy xác định số user có thể được phụ vụ bởi hệ

• Cải thiện dung lượng hệ thống

Giá của mạng di động tỷ lệ với số trạm BTS và danh thu của hệ thống

tỷ lệ với số khách hàng à tăng lượng khách hàng à tăng dung lượng:

- Dùng dải tần mới à rất đắt

- Cải thiện cấu trúc: chia cell (cell splitting), chồng cell (cell overlay), dùng anten sector (sectorizing cell)

- Gán kênh động (dynamic allocation of channels à more complex)

- Thay đổi công nghệ truy cập (FDMA-TDMA-CDMA)

+ Chia cell là giảm kích thước cell à tăng số lần sử dụng lại tần số Nếu giảm bán kính cell đi ½ thì số lượng cell tăng lên 4 lần Để đảmbảo SIR thì công suất cell phải giảm đi 16 lần nếu hệ số suy hao

đường truyền n = 4

B E

A

G C

F G

C

B D

B

D

G F

a

1

2 3

Trong trường hợp này một cell chỉ cón bị nhiễu bởi 2 cell (khôngphải 6 cell trong trường hợp anten omni) à cải thiện 6dB đối vớiSIR tuy nhiên giảm hiệu quả sử dụng trung kế

Vi dụ: n =4, N = 4 Anten omni

( )4

3

13.8 6

N

N = 7 và có 395 kênh cho một cluster

395/7 = 57 kênh cho một cell à theo Erlang B thì traffic của mộtcell A = 45 Erlang

Công suất xảy ra chuyển giao lớn hơn một ít ngưỡng tín hiệu bé nhất

mà chất lượng tín hiệu còn chấp nhận được (Min usable signal from -90dBm to – 100dbm) Nếu Δ quá lớn thì xảy ra quá trình chuyển giao không cần thiết và nếu Δ quá bé thì chuyển giao chưa hoàn

thành thì cuộc gọi bị kết thúc 1G thì Δ khoảng 6-10dB, thới gian

10s 2G thì Δ khoảng 6dB, thời gian 1-2s

– Chuyển giao cứng (Hard Handoff) Trong hệ thống FDMA, TDMA, đường kết nối mới sẽ được thiết lập sau khi đường kết nối hiện tại khôngcòn nữa

switching

Hard handoff : connect (new cell B) after break (old cell A)

nối mới sẽ được thiết lập ngay khi đường kết nối hiện tại vẫn còn tồn tại

Σ

Cell B

Cell A

Soft handoff : break (old cell A) after connect (new cell B)

transmitting same signal from both BS A and BS B

simultaneously to the MS

• Sóng điện từ truyền trong môi trường vô tuyến với các hiện tượng

+ Khi x(t) tín hiệu thông dải ngẫu nhiên dừng (Bandpass Wide Sense

Stationary Random Signal)

+ Với

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 ( ) ( )