Wireless Communications Principles and Practice Chương 3: Mạng tế bào

The Cellular Concept Các dịch vụ điện thoại radio di động đầu tiên có những hạn chế: Phổ tần sử dụng… không chia sẻ nhiều Rất nhiều băng thông dành riêng cho một cuộc gọi. Độ phủ không tốt.

The Cellular Concept The limited capacity of the first mobile radio-telephone services: Nhiễu (interference): không thể tái sử dụng cùng tần số

The Cellular Concept Giới thiệu: Được phát triển bởi Bell Labs 1960’s-70’s Khái niệm tế bào 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 hạn chế 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.

The Cellular Concept Kiến trúc mạng tế bào

The Cellular Concept Kiến trúc mạng tế bào Các khu vực được chia thành các tế bào. Trên khía cạnh hệ thống, không cần có sự thay đổi công nghệ lớn. Mỗi tế bào được phục vụ bởi một trạm cơ sở (base station - BS) có bộ phát công 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

Tái sử dụng tần số Các tế bào lân cận được gán các tần số khác nhau để tránh nhiễu hoặc xuyên 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 soát ở mức giới hạn để tần số đó không thoát 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 công 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 công khả dụng. Các tế bào càng nhỏ -> M càng lớn -> C càng lớn + Tái sử dụng kênh: capacity cao hơn + Cần năng lượng thấp hơn cho các mobile – cần thêm các trạm cơ sở – handoffs thường xuyên hơn

Ảnh hưởng của kích thước cụm N Các kênh là duy nhất trong cùng một cụm, nhưng được lặp lại ở các cụm. Giữ 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 không có khoảng cách giữa các tế bào lân cận N = i2 + ij + j2 trong đó i và j là các số nguyên không 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) Fig. 3.2 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 Ví dụ Nếu băng thông 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 công 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

Tái sử dụng tần số Lời giải Tổng băng thông = 33 MHz Băng thông kênh = 25 kHz x 2 kênh đơn công = 50 kHz/kênh song công Tổng số kênh khả dụng = 33.000/50 = 660 kênh Với N=4, Tổng số kênh khả dụng cho mỗi tế bào = 660/4  165 kênh Với N=7, Tổng số kênh khả dụng cho mỗi tế bào = 660/7  95 kênh Với N=12, Tổng số kênh khả dụng cho mỗi tế bào = 660/12  55 kênh

Tái sử dụng tần số Ví dụ Nếu 1 MHz của phổ tần được phân phối riêng cho các kênh điều khiển, hãy xác định một phân phối công bằng các kênh điều khiển và các kênh thoại trong mỗi tế bào trong mỗi trường hợp ở ví dụ trước.

Tái sử dụng tần số Lời giải Số kênh điều khiển là 1000/50 = 20 trong 660 kênh khả dụng. Để phân phối công bằng các kênh điều khiển và thoại, đơn giản là phân phối số kênh bằng nhau trong mỗi tế bào mỗi nơi có thể. Ở đây, 660 kênh phải được phân phối bằng nhau trong mỗi cụm. Trong thực tế, chỉ phân phối 640 kênh thoại, vì các kênh điều khiển được phân phối riêng 1 kênh/tế bào. Với N=4, chúng ta có thể có 5 kênh điều khiển và 160 kênh thoại cho mỗi tế bào. Tuy nhiên, trong thực tế mỗi tế bào chỉ cần 1 kênh điều khiển (các kênh điều khiển có khoảng cách tái sử dụng lớn hơn các kênh thoại). Do đó, mỗi tế bào được phân phối 1 kênh điều khiển và 160 kênh thoại.

Tái sử dụng tần số Với N=7, 4 tế bào có 3 kênh điều khiển và 92 kênh thoại 2 tế bào có 3 kênh điều khiển và 90 kênh thoại 1 tế bào có 2 kênh điều khiển và 92 kênh thoại Trong thực tế, mỗi tế bào có 1 kênh điều khiển, 4 tế bào có 91 kênh thoại, 3 tê bào có 92 kênh thoại. Với N=12, chúng ta có thể có 8 tế bào có 2 kênh điều khiển và 53 kênh thoại, 4 tế bào có 1 kênh điều khiển và 54 kênh thoại. Trong thực tế, mỗi tế bào có 1 kênh điều khiển, 8 tế bào có 53 kênh thoại, 4 tế bào có 54 kênh thoại.

Các chiến lược gán kênh Gán kênh cố định – Mỗi tế bào được phân phối một tập xác định trước các kênh thoại. – Nếu tất cả kênh trong tế bào đó bị chiếm dụng, cuộc gọi bị chặn (blocked), và thuê bao không nhận được dịch vụ. – Một biến thể là chiến lược mượn: một tế bào được phép mượn các kênh từ một tế bào bên cạnh nếu tất cả các kênh của nó bị chiếm dụng. – Điều này được giám sát bởi Mobile Switch Center: Kết nối các tế bào với mạng WAN; Quản lý thiết lập cuộc gọi; Xử lý sự di động.

Các chiến lược gán kênh Gán kênh động – Các kênh thoại không được phân phối vĩnh viễn cho các tế bào khác nhau. – Mỗi khi có một yêu cầu cuộc gọi, trạm cơ sở phục vụ nó yêu cầu một kênh từ MSC. – MSC sẽ phân phối 1 kênh cho cuộc gọi dựa trên một thuật toán quyết định có xét đến các yếu tố khác nhau: sự tái sử dụng tần số của kênh và các yếu tố chi phí. – Cấp phát kênh động phức tạp hơn (thời gian thực), nhưng làm giảm khả năng xảy ra việc chặn cuộc gọi.

Handoffs – cơ sở Các lý do cần handoffs (bàn giao) – Di chuyển ra khỏi phạm vi: khi một điện thoại di động di chuyển vào một tế bào khác trong khi cuộc đàm thoại vẫn đang diễn ra, MSC tự động chuyển cuộc gọi sang một kênh mới thuộc trạm cơ sở mới. – Cân bằng tải

Handoffs – cơ sở Là tác vụ quan trọng trong bất kỳ hệ thống radio tế bào nào Phải được thực hiện thành công, không thường xuyên, và không thể nhận thấy bởi người dùng. Xác định một trạm cơ sở mới Phân phối kênh trong trạm cơ sở mới Có độ ưu tiên cao hơn yêu cầu khởi đầu (chặn các cuộc gọi mới thay vì dừng các cuộc gọi hiện tại)

Handoffs – cơ sở ∆=handoff threshold - ∆ quá nhỏ: ∆ quá lớn: Tín hiệu chấp nhận được tối thiểu để duy trì cuộc gọi ∆ quá nhỏ: – Không đủ thời gian để hoàn thành handoff trước khi cuộc gọi bị mất. – Mất cuộc gọi nhiều hơn ∆ quá lớn: – Quá nhiều handoffs – Tạo gánh nặng cho MSC

Các kiểu Handoff Network Controlled Handoff (NCHO) – Trong hệ thống tế bào thế hệ đầu tiên, mỗi trạm cơ sở liên tục theo dõi cường độ tín hiệu từ các điện thoại di động trong tế bào của nó. – Dựa trên mức đo được, MSC quyết định liệu có cần handoff – Điện thoại di động đóng vai trò thụ động trong quá trình – Tạo gánh nặng cho MSC

Các kiểu Handoff Mobile Assisted Handoff (MAHO) – Đang áp dụng trong các hệ thống thế hệ thứ hai – Điện thoại di động đo năng lượng nhận được từ các trạm cơ sở xung quanh và báo cáo với trạm cơ sở phục vụ nó. – Handoff bắt đầu khi năng lượng nhận được từ một tế bào bên cạnh vượt quá giá trị hiện tại một mức nhất định hoặc một khoảng thời gian nhất định – Nhanh hơn vì các phép đo được thực hiện bởi các điện thoại, MSC không cần giám sát cường độ tín hiệu ~ Mobile Controlled Handoff

Các kiểu Handoff Hard handoff - (break before make) – FDMA, TDMA – Mobile có liên kết vô tuyến với chỉ 1 BS tại bất kỳ thời điểm nào – Kết nối với BS cũ bị ngắt trước khi kết nối với BS mới được tạo.

Soft handoff (make before break) – CDMA systems – Mobile có liên kết vô tuyến đồng thời với hơn 1 BS tại bất kỳ thời điểm nào – Kết nối với BS mới được tạo trước khi kết nối với BS cũ bị ngắt – Mobile unit vẫn duy trì trạng thái này cho đến khi một BS chiếm ưu thế rõ ràng

Prioritizing Handoffs Rớt cuộc gọi gây khó chịu hơn so với đường dây bận Khái niệm kênh gác – Dành một số kênh cho các handoffs – Lãng phí băng thông – Nhưng có thể được dự đoán động Xếp hàng các yêu cầu handoff – Có một khoảng trống giữa thời điểm handoff và thời điểm dừng. – Cân bằng tốt hơn giữa xác suất rớt cuộc gọi và lưu lượng mạng.

Umbrella Cells

Nhiễu và Năng lực hệ thống Nhiễu là nhân tố chính hạn chế hiệu năng của hệ thống radio dạng tế bào Các nguồn nhiễu: – Các điện thoại di động khác trong cùng tế bào. – Một cuộc gọi đang diễn ra trong một tế bào bên cạnh. – Các trạm cơ sở hoạt động trên cùng băng tần. – Hệ thống không phải dạng tế bào rò rỉ năng lượng vào băng tần tế bào

Nhiễu và Năng lực hệ thống Ảnh hưởng của nhiễu: – kênh thoại: xuyên âm – kênh điều khiển: các cuộc gọi bị lỡ hoặc bị chặn Hai loại chính: – nhiễu đồng kênh (co-channel interference) – nhiễu kênh lân cận (adjacent channel interference)

Nhiễu đồng kênh và Năng lực hệ thống Tái sử dụng tần số ngụ ý là trong một vùng phủ sóng nhất định có một số tế bào dùng cùng tập tần số. Các tế bào đồng kênh Nhiễu đồng kênh

Nhiễu đồng kênh và Năng lực hệ thống

Nhiễu đồng kênh và Năng lực hệ thống Các tế bào dùng cùng tập tần số được gọi là các tế bào đồng kênh. Nhiễu giữa các tế bào đó được gọi là nhiễu đồng kênh. Tỷ lệ tái sử dụng đồng kênh: – R: bán kính tế bào – D: khoảng cách giữa các tế bào đồng kênh gần nhất Q nhỏ : kích thước cụm N nhỏ -> capacity lớn. Q lớn: phải tạo sự cân bằng chất lượng truyền tốt trong thiết kế tế bào thực tế.

Smaller N is greater capacity

Một số công thức quan trọng I0 là số tế bào nhiễu đồng kênh. S/I (or SIR): Tín hiệu/ nhiễu 𝑆 𝐼 = 𝑆 𝑖=1 𝑖 0 𝐼 𝑖 P0 : Năng lượng nhận được tại một điểm tham chiếu d0 : Một khoảng cách nhỏ tính từ ăng ten phát. Pr : Năng lượng nhận được tại một khoảng cách d

Một số công thức quan trọng 𝑆 𝐼 = 𝑅 −𝑛 𝑖=1 𝑖 0 ( 𝐷 𝑖 ) −𝑛 𝑆 𝐼 = (𝐷 𝑅) 𝑛 𝑖 0 = 3𝑁 𝑛 𝑖 0

Ví dụ Nếu một hệ thống tế bào cần tỷ lệ S/I là 15 dB để đạt hiệu năng kênh chuyển tiếp, hỏi nhân tố tái sử dụng tần số và kích thước cụm nên dùng để đạt năng lực tối đa nếu số mũ tổn hao đường truyền là (a) n=4, (b) n=3? Giả sử có 6 tế bào đồng kênh trong tầng đầu tiên, và tất cả chúng có cùng khoảng cách tính từ mobile.

Lời giải (a) n=4 Đầu tiên, ta xét trường hợp tái sử dụng 7-tế bào (N=7) Tỷ lệ tái sử dụng đồng kênh D/R = 3𝑁 =4,583 Tỷ lệ S/I = (1/6) x (4,583)4 = 75,3 = 18,66 dB Tỷ lệ này lớn hơn mức S/I yêu cầu tối thiểu nên có thể sử dụng N=7. (b) n=3 Đầu tiên, ta xét trường hợp hệ thống tái sử dụng 7-tế bào (N=7) Tỷ lệ S/I = (1/6) x (4,583)3 = 16,04 = 12,05 dB Tỷ lệ này nhỏ hơn mức S/I yêu cầu tối thiểu nên ta cần sử dụng N lớn hơn. Giá trị N tiếp theo có thể là dùng 12 (i = j = 2), D/R = 6. S/I = (1/6) x 63 = 36 = 15,56 dB. Tỷ lệ này lớn hơn mức S/I yêu cầu tối thiểu nên có thể sử dụng N=12.

Co-channel cells for 7-cell reuse Fig. 2.4

Nhiễu kênh lân cận Nhiễu gây ra từ các tín hiệu có tần số lân cận với tín hiệu mong muốn. Vì các bộ lọc máy thu không hoàn hảo, cho phép các tần số lân cận rò rỉ vào băng truyền. Có thể được giảm thiểu bằng cách gán kênh và lọc cẩn thận, và bằng cách giữ sự phân tách tần số giữa các kênh trong một tế bào càng lớn càng tốt, nhiễu kênh lân cận có thể được giảm đáng kể.

The United States AMPS System Initially: 666 duplex channels Added: 166, Now: 832 duplex channels The extended: 667 – 799 and 990-1023 The channels to two competing operators. The 416 channels: 395: voice channels. 21: control channels.

The United States AMPS System Block A: Voice channels : 1 – 312 667-716 and 991 – 1023 (Extended) Control channels: 313- 333 Block B: Voice channels: 355 – 666 717 – 799 (Extended) Control channels: 334 - 354

Fig. 2.5

Trunking and Grade of Service Trunking: kênh được phân phối theo yêu cầu và tái sử dụng sau khi dùng, cân bằng giữa số lượng kênh và xác suất chặn cuộc gọi. Grade of service: – Khả năng một cuộc gọi bị chặn hoặc chậm trễ lớn hơn một ngưỡng trong suốt thời gian bận rộn nhất. Trunking theory – Erlang, một nhà toán học người Đan Mạch đã nghiên cứu cách nào để một lượng lớn người có thể được phục vụ bởi một số hạn chế các server. – Erlang capacity: tỷ lệ phần trăm của line/channel bị chiếm dụng theo thời gian.

Các định nghĩa với Trunked Radio Set-up Time: thời gian cần để phân phối một kênh trunked radio cho một người dung yêu cầu. Blocked Call: Cuộc gọi mà không thể được hoàn thành tại thời điểm yêu cầu vì có tắc nghẽn. Còn được gọi là lost call. Holding Time: khoảng thời gian trung bình của một cuộc gọi bình thường. Được ký hiệu là H (giây). Traffic Intensity: Đo sự sử dụng thời gian kênh, là sự chiếm dụng kênh trung bình được tính bằng Erlangs. Đây là một đại lượng vô hướng và có thể được dùng để đo sự sử dụng thời gian của một hay nhiều kênh. Được ký hiệu là A. Fig. 2.6

Các định nghĩa với Trunked Radio Load: Traffic intensity qua toàn bộ hệ thống trunked radio, được đo bằng Erlangs. Grade of Service (GOS): Một mức đo sự tắc nghẽn, được tính bằng xác suất của một cuộc gọi bị chặn (với Erlang B), hoặc xác suất một cuộc gọi bị chậm trễ vượt quá một khoảng thời gian nhất định (với Erlang C). Request Rate: Số lượng trung bình các yêu cầu cuộc gọi trên một đơn vị thời gian. Được ký hiệu là  (giây -1) Fig. 2.6

Trunking Theory Mỗi user tạo ra một traffic intensity bằng Au Erlangs. Au =  H λ : Số lượng trung bình các yêu cầu cuộc gọi trên một đơn vị thời gian. H: Khoảng thời gian trung bình của một cuộc gọi. Tổng traffic intensity A A = U Au U: số user trong hệ thống. Traffic intensity Ac trên mỗi kênh Ac = U Au/C The trunked system: C channel

Erlang B Trunking GOS – Blocked calls cleared: không xếp hàng đợi cho các yêu cầu cuộc gọi, không setup time.

Erlang B Trunking GOS Fig. 2.7

Erlang B Fig. 2.8

Erlang C Trunking GOS Blocked Calls Delayed: Các cuộc gọi bị chặn bị trễ đến khi các kênh khả dụng, có hàng đợi. Erlang C Xác suất trễ lớn hơn t Pr[delay>t] = Pr[delay>0] Pr[delay>t | delay>0] = Pr[delay>0] exp(-(C-A)t/H) The average delay D D=Pr[delay>0] H/(C-A)

Erlang C Fig. 2.9

Ví dụ 1 Hệ thống blocked calls cleared: giả sử mỗi user tạo ra lưu lượng 0.1 Erlangs. Hỏi có bao nhiêu user có thể được hỗ trợ khi xác suất chặn cuộc gọi là 0.5% và số kênh là (a) 1, (b) 5, (c) 10, (d) 20, (e) 100? C=1, GOS = 0.005 -> A= 0.005 C=5, GOS = 0.005 -> A= 1.13 C=10, GOS = 0.005 -> A= 3.96 C=20, GOS = 0.005 -> A= 11.1 C=100, GOS = 0.005 -> A= 80.9

Lời giải Tra bảng/hình Erlang B ta tìm được A tổng ứng với 0.5% GOS và các số kênh C. Dùng công thức A=UAu, ta có thể tính được tổng số user có thể được hỗ trợ trong hệ thống. (a) C = 1, Au = 0.1, GOS = 0.005 Từ bảng ta tra được A = 0.005 U = A / Au = 0.005/0.1 = 0.05 user Nhưng thực tế 1 user có thể được hỗ trợ trên 1 kênh. Vậy U = 1. (b) C = 5, Au = 0.1, GOS = 0.005 Từ bảng/hình ta tra được A = 1.13 U = A / Au = 1.13/0.1  11 user

Lời giải (tiếp) (c) C = 10, Au = 0.1, GOS = 0.005 Từ bảng ta tra được A = 3.96 U = A / Au = 3.96/0.1  39 user (d) C = 20, Au = 0.1, GOS = 0.005 Từ bảng/hình ta tra được A = 11.10 U = A / Au = 11.1/0.1 = 111 user (e) C = 100, Au = 0.1, GOS = 0.005 Từ bảng/hình ta tra được A = 80.9 U = A / Au = 80.9/0.1 = 809 user

Ví dụ 2 Một đô thị có 2 triệu dân. Có 3 mạng trunked mobile (A, B, C) cạnh tranh, cung cấp dịch vụ tế bào cho đô thị này. Hệ thống A có 394 tế bào, mỗi tế bào có 19 kênh; Hệ thống B có 98 tế bào, mỗi tế bào 57 kênh; Hệ thống C có 49 tế bào, mỗi tế bào 100 kênh. Hãy tìm số user có thể được hỗ trợ tại 2% bị chặn nếu trung bình mỗi user gọi 2 cuộc mỗi giờ, 3 phút mỗi cuộc. Giả sử cả 3 hệ thống được hoạt động hết công suất, hãy tính phần trăm thâm nhập thị trường của mỗi nhà cung cấp. C= 19, GOS = 0.02 -> A=12 C= 57, GOS=0.02 -> A= 45 C= 100, GOS = 0.02 ->A=88

Lời giải Hệ thống A Đã cho: Xác suất chặn cuộc gọi = 2% = 0.02 Số kênh trên mỗi tế bào: C = 19 Traffic intensity do mỗi user: Au = H = 2 x (3/60) = 0.1 Erlangs Với GOS = 0.02 và C = 19, tra bảng/hình Erlang B được A = 12 Erlangs Số user có thể được hỗ trợ trên mỗi tế bào là U = A / Au = 12/0.1 = 120 Vì có 394 tế bào, tổng số thuê bao có thể được hỗ trợ bởi Hệ thống A là 120 x 394 = 47280.

Lời giải (tiếp) Hệ thống B Với GOS = 0.02 và C = 57, tra bảng/hình Erlang B được A = 45 Số user có thể được hỗ trợ trên mỗi tế bào là U = A / Au = 45/0.1 = 450 Vì có 98 tế bào, tổng số thuê bao có thể được hỗ trợ bởi Hệ thống B là 450 x 98 = 44100. Hệ thống C Với GOS = 0.02 và C = 100, tra bảng/hình Erlang B được A = 88 U = A / Au = 88/0.1 = 880 Vì có 49 tế bào, tổng số thuê bao có thể được hỗ trợ bởi Hệ thống C là 880 x 49 = 43120. Tổng số thuê bao có thể được hỗ trợ bởi 3 hệ thống: 47280 + 44100 + 43120 = 134500 (user)

Lời giải (tiếp) Vì dân số là 2 triệu, phần trăm thâm nhập thị trường của Hệ thống A là: 47280/2000000 = 2.36% Tương tự, phần trăm của Hệ thống B là: 44100/2000000 = 2.205% Và của Hệ thống C là: 43120/2000000 = 2.156%

Cải thiện năng lực các hệ thống tế bào Vấn đề Yêu cầu dịch vụ không dây tăng lên Số lượng kênh được phân phối cho một tế bào không còn đủ để hỗ trợ số người sử dụng yêu cầu

Cải thiện năng lực các hệ thống tế bào Mượn tần số – Các tế bào bị tắc nghẽn mượn được tần số từ các tế bào lân cận Chia tế bào – Các tế bào trong khu vực sử dụng quá nhiều có thể được chia thành các tế bào nhỏ hơn Cell sectoring – Các tế bào được chia thành các cung hình quạt (wedge-shaped sectors), mỗi cung có tập kênh riêng. Vi tế bào – Các ăng ten được chuyển tới các tòa nhà, đồi, cột cao

Chia tế bào Chia tế bào bị tắc nghẽn thành các tế bào nhỏ hơn (cell  microcell) Mỗi tế bào nhỏ có trạm cơ sở riêng, ăng ten và công suất truyền nhỏ hơn Nhiều tế bào hơn -> nhiều cụm hơn -> Năng lực cao hơn Đạt được cải thiện năng lực bằng cách thiết kế lại tỷ lệ cơ bản hệ thống.

Các tế bào được chia để thêm kênh mà không sử dụng phổ tần mới Chia tế bào từ bán kính R thành R/2 Fig. 2.10

Cell splitting

Cell splitting

Cell splitting – Vấn đề Công suất Giả sử bán kính của tế bào mới được giảm một nửa. Hỏi công suất truyền cần thiết cho các tế bào mới này? Pr[tại biên tế bào cũ] = Pt1R-n Pr[tại biên tế bào mới] = Pt2(R/2)-n Trong đó Pt1 và Pt2 là công suất truyền tương ứng của các trạm cơ sở tế bào lớn và nhỏ, và n là hệ số mũ tổn thất đường truyền. Vì vậy, Pt2 = Pt1/2n

Cell splitting Trong thực tế, không phải tất cả các tế bào cùng được chia nhỏ. Có nghĩa là các tế bào có kích thước khác nhau sẽ cùng tồn tại. Trong trường hợp đó, cần sự quan tâm đặc biệt để giữ khoảng cách tối thiểu giữa các tế bào đồng kênh, và do vậy việc gán kênh trở nên phức tạp hơn.

Ví dụ Xem hình 3.9. Giả sử mỗi trạm cơ sở sử dụng 60 kênh, không phụ thuộc kích thước tế bào. Nếu mỗi cell có bán kính 1 km và mỗi microcell có bán kính 0,5 km, hãy tìm số kênh có trong hình vuông tâm A kích thước 3 km x 3 km trong các trường hợp: (a) không sử dụng microcell, (b) khi các microcell có ký hiệu chữ như thấy trong hình 3.9, và (c) nếu tất cả các trạm cơ sở ban đầu được thay thế bởi các microcell. Giả sử các cell trên cạnh hình vuông là được chứa trong hình vuông.

Cell Splitting increases capacity Fig. 2.11

Solution

Solution

Solution

Sectoring Ở dạng cơ bản, các ăng ten là đa hướng (omnidirectional) Thay thế 1 ăng ten đa hướng tại trạm cơ sở bởi một số ăng ten có hướng, mỗi chiếc phát sóng trong một cung xác định. Đạt được sự cải thiện năng lực bằng cách cơ bản thiết kế lại tỷ lệ hệ thống. Ít nhiễu đồng kênh, số tế bào trong một cụm có thể được giảm xuống. Nhân tố tái sử dụng tần số càng lớn, năng lực hệ thống càng cao.

Sectoring

Sectoring Fig. 2.12

Sectoring improves S/I Chỉ có 2 tế bào đồng kênh Fig. 2.13

Hạn chế của sectoring Số handoffs tăng lên. (Thật may là nhiều trạm cơ sở hiện nay hỗ trợ hỗ trợ sự chia cung và cho phép các mobile được hand off từ sector sang sector trong cùng tế bào mà không cần sự can thiệp từ MSC, do vậy vấn đề handoff thường không phải là một mối quan tâm chính.) Giảm hiệu quả của trunking

Khái niệm Zone Cell Vượt trội so với sectoring, bất kỳ kênh trạm cơ sở nào có thể được gán cho bất kỳ zone bởi trạm cơ sở Cùng kênh Không handoff Chỉ có zone tích cực hoạt động Fig. 2.15

Khái niệm Zone Cell Trạm cơ sở điều khiển lớn được thay thế bởi một số bộ phát công suất thấp hợp trên cạnh của cell. Mobile duy trì kênh và trạm cơ sở đơn giản bằng cách chuyển kênh tới vị trí zone khác và mobile di chuyển từ zone sang zone. Vì một kênh chỉ tích cực trong một zone nhất định mà mobile đang di chuyển, sự phát sóng của trạm cơ sở được khoanh vùng và nhiễu được giảm đi.

Zone Cell Concept Fig. 2.16