Bài giảng Nguyên lý truyền thông không dây - Chương 3: Mạng tế bào
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.51 MB, 92 trang )
Wireless Communications
Principles and Practice
Chương 3: Mạng tế bào
Dịch vụ thoại di động truyền thống vs hệ thống thơng tin di động tế bào
Một trạm phát sóng cơng
suất mạnh đặt tại một cao
điểm có thể phát tín hiệu
trong vịng bán kính đến
50km.
Thay vì sử dụng một trạm
cơng suất lớn, người ta sử
dụng nhiều trạm công suất
nhỏ trong vùng phủ sóng
được ấn định trước
Hạn chế dịch vụ thoại di động truyền thống
- Phổ tần sử dụng… không chia sẻ nhiều
- Rất nhiều băng thông dành riêng cho một cuộc gọi.
- Độ phủ không tốt.
Hạn chế dịch vụ thoại di động truyền thống
- Nhiễu (interference): không thể tái sử dụng
cùng tần số
Why cellular systems?
• Giải quyết vấn đề tắc nghẽn phổ
• Tái sử dụng các kênh radio trong các tế bào khác
nhau
• Cho phép một số cố định các kênh phục vụ số lượng
lớn người sử dụng bằng cách dùng lại các kênh trên
tồn khu vực phủ sóng.
Khái niệm mạng tế bào
• Có thể chọn một vịng trịn đại diện cho vùng
phủ sóng của một BS?
Một số sự lựa chọn hợp lý: hình vng, hình thoi, hình
tam giác đều và hình lục giác
Tại sao hình lục giác cho vùng phủ sóng tốt?
• Hình lục giác có diện tích lớn nhất.
• Sử dụng hình học hình lục giác
Sử dụng số lượng ít nhất các tế bào
để có thể bao phủ một khu vực địa
lý.
• Hình lục giác xấp xỉ với một mơ hình
bức xạ trịn trong đó sẽ xảy ra đối với
một ăng-ten BS đa hướng
• Khi sử dụng hình lục giác để mơ
hình một vùng phủ sóng, máy phát
BS được mơ tả như là ở trung tâm
của tế bào (center-excited cells) hoặc
trên ba trong số sáu đỉnh tế bào
(edge-excited cells)
• anten đa hướng thường được sử dụng
trong center-excited cells và anten
định hướng được sử dụng trong
Khái niệm mạng tế bào
- Được phát triển bởi Bell Labs 1960’s-70’s
- Khái niệm tế bào là một bước đột phá lớn trong
việc giải quyết vấn đề tắc nghẽn băng tần và
công suất sử dụng.
- Cung cấp khả năng rất cao trong việc phân bổ
phổ mà không cần bất kỳ sự thay đổi công nghệ
lớn nào.
- Tái sử dụng tần số: một số lượng kênh cố định
để phục vụ một số lượng lớn tùy ý các thuê bao.
Khái niệm mạng tế bào
• Kiến trúc mạng tế bào
Khái niệm mạng tế bào
• Kiến trúc mạng tế bào
− Các khu vực được chia thành các tế bào.
− Trên khía cạnh hệ thống, khơng cần có sự thay đổi
cơng nghệ lớn.
− Mỗi tế bào được phục vụ bởi một trạm cơ sở (base
station - BS) có bộ phát cơng suất thấp hơn.
− Mỗi tế bào nhận một phần của tổng số kênh.
− Các tế bào lân cận được gán các nhóm kênh khác
nhau. Nhiễu được tối thiểu hóa.
− Tế bào có dạng hình lục giác.
Tái sử dụng tần số
• Các tế bào cùng ký tự sử
dụng cùng tần số
• Hình đậm biểu diễn mỗi
cụm tế bào
• Kích thước cụm N=7
• Hệ số tái sử dụng tần số
là 1/N=1/7
Tái sử dụng tần số
• Các tế bào lân cận được gán các tần số khác
nhau để tránh nhiễu hoặc xun âm
(crosstalk)
• Mục đích là để tái sử dụng tần số trong các tế
bào gần nhau
– 10-50 tần số được gán cho mỗi tế bào.
– Năng lượng phát được kiểm sốt ở mức giới hạn để
tần số đó khơng thốt sang các tế bào lân cận.
– Vấn đề là cần xác định bao nhiêu tế bào phải xen
giữa 2 tế bào dùng cùng tần số.
Tái sử dụng tần số
• Mỗi tế bào được phân phối một nhóm gồm k
kênh
• Mỗi cụm có N tế bào với các nhóm kênh duy
nhất và tách rời nhau. N thường là 4, 7, 12.
• Tổng số kênh song cơng của mỗi cụm: S = kN
• Cụm được lặp lại M lần trong một hệ thống,
Tổng số kênh có thể sử dụng (capacity)
C = MkN = MS
Tái sử dụng tần số
• C = MkN = MS
• S là tổng số kênh song cơng khả dụng.
• Các tế bào càng nhỏ -> M càng lớn -> C càng lớn
+ Tái sử dụng kênh: khả năng cao hơn
+ Cần thêm các trạm cơ sở
+ handoffs thường xuyên hơn
• S: tổng số kênh song công sẵn để sử dụng
k: số kênh được gán cho một tế bào (k
S = kN
Cluster: một nhóm N tế bào sử dụng các bộ hồn chỉnh
các tần số có sẵn
C: tổng số các kênh song công tái sử dụng
M: số lượng bản sao của một cụm
C =MkN = MS
• Cluster size: N thường là 4, 7 or 12
• Hệ số tái sử dụng tần số: 1/N
• Đối với kích thước tế bào tương tự ở một khu vực nhất định: N
giảm M tăngC tăng
Ảnh hưởng của kích thước cụm N
Các kênh là duy nhất trong cùng một cụm, nhưng được
lặp lại ở các cụm.
Giữa tế bào cùng kích thước
– N lớn: nhiễu ít hơn, nhưng capacity thấp hơn
– N nhỏ: capacity cao hơn, nhiễu nhiều hơn, cần
duy trì mức S/I nào đó (tín hiệu/nhiễu)
Nhân tố tái sử dụng tần số: 1/N
– Mỗi tế bào trong một cụm được gán 1/N trong tổng
số kênh khả dụng.
Tái sử dụng tần số
• Để kết nối khơng có khoảng cách giữa các tế bào lân cận
• N = i2 + ij + j2 trong đó i và j
là các số ngun khơng âm
• VD: N=7, i = 2, j = 1
N = 22 + 2.1 + 12
=4+2+1=7
• i = 1, j = 2 (True)
– di chuyển i tế bào dọc
theo bất kỳ hình lục giác nào.
– rồi quay 60 độ ngược
chiều kim đồng hồ và di
chuyển j tế bào.
19-cell reuse example (N=19)
Figure 3.2 Method of locating co-channel cells in a cellular system. In this example, N = 19 (i.e., I = 3,
j = 2). (Adapted from [Oet83] © IEEE.)
• Tái sử dụng tần số: trong
một vùng phủ sóng nhất
định có một số tế bào sử
dụng cùng một tần số.
• Những tế bào này được
gọi là các tế bào đồng
kênh và nhiễu giữa các
tín hiệu từ các tế bào
được gọi là nhiễu đồng
kênh
• Để giảm nhiễu đồng
kênh, tế bào đồng kênh
phải được tách biệt bởi
một khoảng cách tối thiểu
để cô lập.
Distance between Co-Channel Cell Centers
Để tính khoảng cách D, cần tính X và Y, hoặc đơn giản là X1,
X2, và Y. Sử dụng định lý Pythagoras.
Distance between Co-Channel Cell Centers
• Bán kính tế bào là R
• Độ dài cạnh của tế bào là R.
• Đường từ trung tâm đến điểm giữa
𝟑
của bất kỳ cạnh là
= 𝑹
𝟐
•
Distance between Co-Channel Cell Centers
• Rõ ràng:
• Do đó:
• Và:
Distance between Co-Channel Cell Centers
• Do đó,
• Hay:
được gọi là tỷ lệ tái sử dụng kênh
Cluster size (N)
Co-channel reuse ratio
(Q=D/R)
i=1,j=1
3
3
i=1,j=2
7
4.58
i=0,j=3
9
5.20
i=2,j=2
12
6
• Ví dụ 1
Nếu băng thơng tổng là 33 MHz được
phân phối cho một hệ thống điện thoại FDD sử
dụng hai kênh đơn công 25 kHz để cung cấp
các kênh song cơng thoại (voice) và điều khiển
(control).
Hãy tính số kênh khả dụng cho mỗi tế
bào nếu hệ thống sử dụng:
a. tái sử dụng 4–tế bào (4–cell reuse)
b. tái sử dụng 7–tế bào
c. tái sử dụng 12–tế bào
