Báo hiệu GSM

Thiết kế môn học: Thông tin di động Đề tài: Mạng cellular

THIẾT KẾ MÔN HỌC

MÔN: THÔNG TIN DI ĐỘNG

Đề tài: 1,Mạng cellular GSM

- Báo hiệu GSM- Mã hóa thoại và mã hóa kênh

2, Tính toán mạng cellurlar GSM- Can nhiễu kênh chung

Giáo viên hướng dẫn: Thầy Nguyễn Cảnh Minh

Nhóm sinh viên thực hiện: 1, Nguyễn Hữu Lương

2, Nguyễn Văn Tiệm

3, Lê Cảnh Thịnh

G.V hướng dẫn: thầy Nguyễn Cảnh Minh 1


Lơi mơ đâu

Trước sư phát triên thông tin di động cua thế giới nói chung và cua xã hội Việt Nam

nói riêng, thi việc nghiên cưu về mạng thông tin di động là rât cần thiết. Việc nghiên cưu

không chi tich luy kiến thưc cho bản thân mà nó con mang đến những sản phâm tri thưc

mang lại nhiều lơi ich cho xã hội nhăm đáp ưng các nhu cầu ngày càng tăng cua con

ngươi.

Đề tài nghiên cưu cua chung em cung không năm ngoài yếu tô đó, bản báo cáo này đề

cập đến mạng thông tin di động sô Cellular. Chi tiết và cu thê là nghiên cưu về mạng

Cellular GSM và Tinh toán mạng Cellular GSM, một đề tài hay và tạo điều kiện thuận lơi

cho việc cung cô kiến thưc cơ bản về thông tin di động.Quá trinh nghiên cưu đề tài gôm 2

phần cơ bản như sau:

- Phần 1: Mạng Cellular GSM

- Phần 2: Tinh Toán mạng Cellular

Em xin cảm ơn Thầy: Nguyễn cảnh Minh đã giảng dạy, hướng dẫn và cung câp tài liệu

giup chung em thưc hiện và hoàn thành trong quá trinh làm đề tài!.

Trong quá trinh làm đề tài không thê tránh khoi những sai sót, chung em mong đươc

thây(cô) thông cảm và cho y kiến đê bản báo cáo cua chung em trơ lên hoàn chinh hơn!.

Hà Nôi , Ngày…tháng …năm 2010



1.1 Báo hiệu GSM

Như ta đã biết báo hiệu va cách thưc câu truc tổ chưc kênh điều khiên có vai tro rât

quan trọng đê truyền đưa báo tin hiệu ơ giao diện vô tuyến. Ở đây ta xét vân đề báo hiệu

trong tổng thê mạng GSM.

Các lớp chưc năng cua GSM

OAM (Operation Administration Maintenance) Vận hành khai thác bảo dưỡng

CM (Connection Manegament) Quản ly nôi thông

MM (Mobility Manegement) Quảm li di động

RR ( Radio Resource Manegement) Quản ly tài nguyên vô tuyến

Câu truc phân lớp cua GSM có 5 lớp : Truyền dẫn TX, quản ly tài nguyên vô tuyến

RR, quản ly di động MM, quản ly truyền tin CM, vận hành quản trị và bảo dưỡng OAM.

Lớp dưới tương ưng với các chưc năng thơi gian ngắn hơn so với lớp trên.

Hinh 1.1 Các mặt phẳng chưc năng cua GSM

Lớp TX thiết lập sư nôi MS-BTS.

Lớp RR có giao thưc quản ly truyền dẫn qua giao diện vô tuyến và cung câp đương

truyền ổn định giữa MS với BSC.

BSS thưc hiện hầu hết các chưc năng RR.

G.V hướng dẫn: thầy Nguyễn Cảnh Minh

Truyền dẫn

RR

MM

CMOAM

Ngươi dùngNhà khai thác

3


Lớp MM quản ly cơ sơ dữ liệu về thuê bao, kê cả sô liệu định vị. Lớp MM quản ly

nhận thưc và chưc năng SIM , HLR, AUC.

Lớp CM có chưc năng dươc thưc hiện bơi NSS, chu yếu là MSC. Cu thê là:

1. Điều khiên cuộc gọi: thiết lập, duy tri ,giải phóng, Việc quản li những dịch vu

định hướng mạch (thoại và dữ liệu) cung là chưc năng tương tác MSC/VLR, GMSC,

IWF, HLR thuộc lớp CM.

2. Quản ly những dịch vu phu.

3. Dịch bản tin ngắn SMS (điêm tới điêm). Một trung tâm dịch vu SMS có thê kết

nôi với nhiều mạng. Sư truyền bản tin ngắn đoi hoi thiết lập đương truyền báo hiệu MS-

MSC. Bản tin ngắn có thê khơi tạo hay kết cuôi ơ MS.

OSS là một phần hơp thành cua chưc năng lớp OAM, với sư tham gia cua các phân

hệ khác (BSS, NSS)

Các giao diện GSM (hinh 1.2)

Có tên, danh chinh ngôn thuận, các giao diện đươc chuân hóa bơi thu tuc truyền

đưa báo hiệu (dữ liệu phần mềm, tin tưc thông kê, lệnh vận hành, lệnh bảo dưỡng).

Đê giải quyết việc tổ chưc một mạng phưc tạp, các nhà phát minh GSM vận dung và

cải tiến các thu tuc và giao diện vôn có đê phù hơp với môi tương di động. Báo hiệu

ISDN dưa trên căn bản hệ thông báo hiệu sô 7 (SSN7). SSN7 đươc CCITT miêu tả, ban

đầu nhăm thưc hiện báo hiệu mạng truyền sô liệu và trong phuc vu chuyên mạch tổng

đài. Đê thich ưng với thông tin di động MAP đươc thêm vào SSN7 đê xử ly đặc tinh di

động MS. SSN7 cung câp các kênh báo hiệu và cá thu tuc báo hiệu đê truyền đưa tin tưc

báo hiệu giữa các phần tử mạng di động.

Giao diện giữa MSC với các phần tử khác cua phân hệ SS có các thu tuc sau:

-Thu tuc phần ưng dung di động MAP, tương ưng lớp 7.

-Thu tuc phần ưng dung các khả năng giao dịch TCAP tương ưng lớp 7.

-Thu tuc phần điều khiên và kết nôi báo hiệu SCCP, tương ưng lớp 3.

-Thu tuc phần truyền bản tin MTP, tương ưng lớp 1,2,3.

Thu tuc phần ngươi dùng ISDN (là ISUP) và phần ngươi dùng điện thoại (là TUP),

tương ưng lớp 4,5,6,7



Hinh 1.2 Các giao diện GSM

MTP phuc vu truyền dẫn, định tuyến, đánh địa chi. SCCP giup đâu nôi logic, hỗ trơ

định tuyến và đánh địa chi. MTP và SCCP tạo nên phần phuc vu mạng tương ưng các

lớp 1,2,3 cua OSI. TCAP và MAP là thu tuc lớp 7, TCAP có chưc năng thông tin báo

hiệu xa, MAP là thu tuc dành riêng cho di động GSM cho phân hệ SS. ISVP và TVP là

thu tuc lớp 7 giữa MSC và PSTN đê thiết lập và giám sát cuộc gọi.

Giao diện A có các thu tuc sau:

-Thu tuc quản ly kết nôi CM phuc vu điều khiên, quản ly cuộc gọi và các cuộc gọi

bổ sung.


PSTN

NMC

OMC

VLR

MSC

HLRAUC

EIR

EC IWF XC

VLR

ECIWFXC

MSC

XCBS

BSC BTSBTS

BTS

BTS BTS

BTS

BTS

BSC

BTS

BTS

BTS

MS

MS

E

G

B

D

H

Abis

F

Ở chung một chỗ

5


-Thu tuc quản ly di động MM quản ly vị tri và tinh bảo mật cua MS. Trong MSC

xảy ra việc biến đổi bản tin ISUP vào CM, MAP và MM.

-Thu tuc phần ưng dung hệ thông trạm gôc BSSAP phuc vu truyền bản tin MC và

MM, diều khiên BSC.

BSSAP dùng các thu tuc MTP, SCCP. Thu tuc BSSAP bao gôm BSSMAP (BSS

Management Application Part) phuc vu việc gửi bản tin liên quan MS và DTAP (Direct

Transfet Application Part) phuc vu các bản tin đươc truyền trong suôt đến MS hay từ MS.

Giao diện Abis có các thu tuc sau:

Các bản tin CM, MM và một phần RR đươc truyền trong suôt qua BTS. Chưc năng

quản ly tiềm năng vô tuyến RR ( Radio Resource Management) là thiết lập, duy tri, nôi

thông, giải phóng cá tiềm năng vô tuyến ơ các kênh điều khiên dành riêng. Thu tuc quản

ly BTS (BTSM = BTS Management) phuc vu việc sử ly mọt sô bản tin RR liên quan đến

thiết bị vô tuyến ơ BTS, chẳng hạn bản tin mật mã (khóa mật mã chi gửi đến BTS mà

không đươc gửi đến MS). Thu tuc lớp 2 phuc vu truy cập đương truyền ơ kênh D( LAPD

= Link Access Procedures on D chanel). Kênh D là kênh báo hiệu ( phân biệt với kênh B

là kênh lưu lương). Thu tuc LAPP phát hiện lỗi,sửa lỗi, định cỡ khung ( băng các cơ đầu

khung, cuôi khung).

Giao diện vô tuyến (Um) có các thu tuc sau:

-Thu tuc lớp 2 là LAPDm, khác với LAPD là: không có chưc năng phát hiện, sửa lỗi (

chưc năng này thưc hiện ơ lớp 1), bản tin LAPDm phia đặt vừa vào các cum nên không

thẻ dài như khung bản tin LAPD.

Sơ đô hinh 1.2 biêu diễn sư tương ưng với OSI ( Open Systems

Interconnection: Sư kết nôi các hệ thông mơ) cua các phương thưc báo hiệu đươc dùng

trong GSM cu thẻ và chi tiết hơn xin xem hinh 1.3, 1.4, 1.5, 1.6 Các giao diện X 25

Đó là phần tô đậm ơ hinh 1.3. các gói X25 phuc vu thông tin điều khiên, giám sát các

phần tử mạng.

Sư nôi vật ly cua X25 thê hiện ơ khe thơi gian dành riêng trong PCM 2 Mbps nào đó.

Câu hinh gói X25 (khung LAP B)



Hinh 1.3 Các giao diện X.25

Trung kế 2 Mbps

Đương truyền PCM-2M đươc sử dung ơ các đoạn tô đậm: PSTN-MSC, MSC-MSC,

MSC-BSC, BSC-BTS, MSC-IWF.


PSTN

NMC

OMC

VLR

MSC

HLRAUC

EIR

EC IWF XC

VLR

ECIWFXC

MSC

XCBS

BSC BTSBTS

BTS

BTS BTS

BTS

BTS

BSC

BTS

BTS

BTS

MS

MS

Câu hinh gói X.25(khung LAP B)

FLAGFRAME CHECK SEQUENCE

ÌNORMATION

CONTROL

ADDRESS

FLAG

Last bit (LAPB FRAME) First bit

7


Hinh 1.4 Đương truyền PCM – 2M

Các kênh 64 Mbps có thê mang thoại, sô liệu, báo hiệu. Khuôn mẫu báo hiệu có thê

là SS7, LAPD, X25. Đương truyền PCM-2M là vật mang tải lưu lương qua các giao diện.

Câu hinh PCM-30 kênh

Báo hiệu sô 7


PSTN

NMC

OMC

VLR

MSC

HLRAUC

EIR

EC IWF XC

VLR

ECIWFXC

MSC

XCBS

BSC BTSBTS

BTS

BTS BTS

BTS

BTS

BSC

BTS

BTS

BTS

MS

MS

TSoTS1-15TS 16TS17-31TS #Used for0

1-1516

17-31Đông bộ/ cảnh báoLưu lươngBáo hiệuLưu lương

Câu hinh PCM-30 kênh

Ở chung một chỗ

8


Hinh 1.5 Truyền dẫn báo hiệu C7

Các đương tô đậm trên hinh vẽ là đương truyền SS7. Các thu tuc sau đây đươc dùng:

-TUP đê phôi ghép với PSTN, ISUP đê phôi ghép với ISDN; BSSMAP đươc dùng

giữa MSC-BSC; DTAP đươc dùng đẻ truyền báo hiệu MSC-MS.

-MAP đươc dùng giữa MSC với VLR, EIR, HLR; SS7 truyền báo hiệu giữa các

phần tử trong GSM.


PSTN

NMC

OMC

VLR

MSC

HLRAUC

EIR

EC IWF XC

VLR

ECIWFXC

MSC

XCBS

BSC BTSBTS

BTS

BTS BTS

BTS

BTS

BSC

BTS

BTS

BTS

MS

MS

BSSAP

BSSMAPTUP

MAP

9


Hinh 1.6 Truyền dẫn báo hiệu LAPD và LAPDm

Câu truc khung LAPD biêu thị thu tuc mà GSM quy định đê truyền báo hiệu giữa BSC

và BTS ơ xa nó trên đương PCM-30 cho phù hơp với đặc thù tin hiệu báo hiệu đó. Giao

diện Abis ( BSC-BTS) chưa đươc tiêu chuân hóa thật chi tiết, nên tôt nhât dùng chung

thiết bị cua một nhà sản xuât.


PSTN

NMC

OMC

VLR

MSC

HLRAUC

EIR

EC IWF XC

VLR

ECIWFXC

MSC

XCBS

BSC BTSBTS

BTS

BTS BTS

BTS

BTS

BSC

BTS

BTS

BTS

MS

MS

TUP

LAPD

LAPD(Air interface)

Cơ Kiêm tra

Tin Điều khiên

Địa chi

Cơ

10


1.2 Mã hóa thoại và mã hóa kênh

Môi trương cellular giàu can nhiễu và phadinh, nhưng nghèo tài nguyên tần sô, mà

lại bùng nổ thuê bao. Mã hóa thoại và mã hóa kênh đều là những kỹ thuật phát triên cao

nhăm góp phần giải quyết vân đề cua môi trương cellular.

Mã hóa thoại GSM

Trong hệ thông thông tin sô, các bit 1 và 0 đươc điều chế sô vào sóng mang. Vi dung

lương kênh vô tuyến rât hạn chế, nên ta mong muôn truyền tin tưc ngươi dùng với sô bit

tôi thiêu có thê.

Việc biến đổi thoại thành dữ liệu sô đê truyền qua môi trương vô tuyến và tái tạo lại

tin hiệu thoại từ dữ liệu sô nhận đươc là chưc năng mã hóa – giải mã thoại cua thiết bị

CODEC. Thiết bị có ơ cả hai bên đôi tác cua giao diện vô tuyến (MS và BTS). Mã hóa

thoại trong GSM đã bảo đảm chât lương thoại khi truyền đưa thoại băng nửa, phần tư tôc

độ dong thoại sô trong mạng điện thoại cô định.

Các yêu cầu đôi với mã hóa thoại GSM

-Độ dư nội tại cua thoại phải lọc bo, sau mã hóa ta chi giữ lại tin tưc tôi thiêu chi đê

khôi phuc thoại ơ máy thu.

-Bảo đảm chât lương truyền thoại đến máy thu.

-Ngừng phát vô tuyến khi không tich cưc thoại (khoảng ngừng) trong quá trinh đàm

thoại. Đó là chưc năng phát gián đoạn (DTX : Discontinous Transmission). DTX giảm

bớt lưu lương và can nhiễu ơ giao diện vô tuyến, đông thơi giảm yêu cầu về nguôn.

Đê xử ly sô hiệu thoại,bộ mã hóa thoại trong hệ thông cellular sô thưc hiện chừng 8

triệu lệnh/s. Việc xử ly tin hiệu thoại đê truyền đến đich bị trễ đến 50 + 100 ms, do đó

cần sử dung bộ triệt tiếng vọng và khử trắc âm.

Dưới đây trinh bày sơ đô khôi quá trinh sử ly tin hiệu thoại ơ thông tin di động sô

cellular GSM



Hình 1.7 Quá trinh sử ly thoại.

ADC lây mẫu với chu kỳ 125 µs (tần sô lây mẫu 8 KHz) và lương tử hóa đều 13 bit

cho một mẫu: 213 = 8.192 mưc 8000 mẫu/s 13 bit/mẫu = 104 Kbit/s.

Đây là tôc độ bit cua tin hiệu thoại ơ DAI ( Digital Audio Interface: giao diện âm tàn

sô). Ở DAI thoại tuy đươc mã hóa dạng sóng nhưng độ dư cond nhiều. CODEC tiến hành

mã hóa thoại lại kiêu VOCODER đê loại bo tôi đa dư thừa trong thoại. Nguyên ly cua

VOCODER là mô hinh phát âm đươc xác định trước ơ hai phia phát và thu thoại. Bên thu

chi cần nhận đu những đặc trưng cua thoại theo yêu cầu mô hinh đó là có thê tái tạo lại

thoại. điều này làm ta liên tương đến một ngươi thơ may sẽ may đươc một áo sơ mi (mô

hinh tiền định) rât vừa y khách hàng mà chi cần một vài thông sô cần thiết (như sô vong

cổ, vong ngưc, vong eo, cổ tay, chiều dài tay, chiều dài lưng) mà không cần một áo mẫu

cua khách trước mặt.

Chung ta tim độ dư thoại ơ đâu đê bo bớt? Độ dư thoại có càng nhiều ơ những mẫu

tin hiệu thoại có tương quan với nhau càng lớn. Chung ta dùng 2 biện pháp sau đây:

a) Phân tich LPC-RPE (Linear Predictive Coding – Regular Pulse Excitation). Đây

là nguyên ly giảm độ dư thừa thoại dưa vào đặc tinh tương quan ngắn 1ms giữa các mẫu .

Cu thê như sau:

-Mỗi cửa sổ 20 ms cua thoại (có 160 mẫu) đươc lưu giữ vào bộ nhớ. Sư phân tich

các mẫu cửa cửa sổ đưa ra 8 hệ sô bộ lọc và thông sô tin hiệu kich theo yêu cầu mô hinh

phát âm.


Lọc giải 300÷400Hz

A/D

Mã hóa thoại

Mã hóa kênh

Điều chế

Lọc thông thâp

A/D

Giải mã thoại

Giải mã hóa kênh

Giải điều chế

DAICODEC

Môi trương truyền dẫn

Loa

Micro

12


-160 mẫu trong 1 cửa sổ đươc chia thành 4 nhóm: 40 mẫu cua mỗi nhóm 5ms. Mỗi

nhóm lại phân chia thành 4 chuỗi như sau:

Chuỗi 1 gôm các mẫu 1 5 9 13 … 37

2 2 6 10 14 … 38

3 3 7 11 15 … 39

4 4 8 13 16 … 40

Băng thuật toán chọn chuỗi nào có năng lương lớn nhât đê đại diện cho một nhóm ta

đã giảm đơt đầu đô dư thoại .

b) Phân tich LTP (Long Term Prediction). Đây là nguyên ly giảm độ dư thoại dưa

vào tương quan dài. Bộ nhớ lưu giữ 4 chuỗi đại diện 4 nhóm cua một cửa sổ. Một thuật

toán chọn ra chuỗi đại diện cho cửa sổ theo nguyên tắc: chuỗi cua cửa sổ xét phải giông

hơn cả (có tương quan lớn nhât) với chuỗi đại diện cua cửa sổ trước. Dong bit mang

thông tin thoại truyền đến may thu co con tro cho biết chuỗi nào cua nhóm dươc chọn và

thông sô thay đổi giữa chuỗi cua cửa sổ này với chuỗi cua cửa sổ trước. Sau lần giảm độ

dư thoại này, ta đươc kết quả:

260 bit/20 ms, tưc là 13 Kbit/s = 1/8 tôc độ thoại ơ DAI.

Dong thoại đầu ra CODEC đã đươc mã hóa thoại đặc thù cho môi trương di động

này sẽ đươc mã hóa kênh , nhăm tạo điều kiện sửa sai lỗi truyền dẫn qua môi trương vô

tuyến.

Phát gián đoạn DTX

DTX là một chưc năng tùy chọn đê sử dung trong GSM. Khi đó, CODEC thêm 2

việc phải làm:

-Phát sư tich cưc thoại (VAD: Voice Activity Detction): Đây không phải là một việc

dễ dàng, nhât là khi tạp âm nền rât lớn.

-Nếu phia thu không nhận đươc âm thanh gi thi không tich cưc thoại, thi ngươi dùng

tương răng máy di động cua họ bị chết, bị yếu (nên thông thương họ sẽ goa to lên). Đê

giải quyết vân đề này, trong khoảng khong tich cưc thoại, các khung báo khoảng lặng

(SID Silence Descriptor) đươc phát đến phia thu với chu kỳ 480 ms. Khung SID sẽ điều

khiên bộ giải mã thoại phat ra tạp âm dễ chịu lâp đầy khoảng lặng.

Mã hóa kênh

Mã hóa kênh tin hiệu thoại sô



Ở trên đã cho biết răng, đầu ra CODEC là dong sô 260 bit/ 20 ms. 260 bit này đươc

phân câp theo tầm quan trọng. Câp khác nhau dươc bảo vệ khác nhau đê cho công việc

bảo vệ hiệu quả nhât.

Câp Ia 50 bit: hệ sô bộ lọc, biên độ nhóm, thông sô LTP

Câp Ib 132bit: con tro RPE, xung RPE, thông sô LTP.

Câp II 78 bit: xung RPE, thông sô bộ lọc.

Mã hóa kênh đươc thưc hiện qua 2 bước: mã hóa khôi (block code) và mã hóa vong

xoắn (convolutional code)

Mã khôi là một mã chu ki đê phát hiện lỗi cho 50 bit câp Ia. Nếu thêm vào 3 bit CRC,

thi có thê phát hiện lỗi đê huy bo toàn bộ cửa sổ xét và bộ ngoại suy ơ máy thu lâp lỗ

trông này.

Hinh 1.8 Mã hóa vong xoắn.

Mã hóa vong xoắn cho phép sửa lỗi sai, và đươc áp dung cho các bit câp Ia, Ib.

Thương dùng mã vong xoắn với tôc độ r= ½ và độ trễ K=5. Ý nghĩa cua các thông sô này

là 5 bit liên tiếp đươc dùng đê tinh ra bit dư (redundancy bit: bit thêm vào các bit tin cần

bảo vệ), mỗi bit tin đươc kèm một bit dư. Bộ mã hóa vong xoắn đươc xóa về trạng thái


M M M M

M

=1

1st

Input MM3 M4 M5

2nd

2bit output per

Each bit input

Memory

XOR connection

(Schernatic display)

yx1

x2

Logical table for a XOR(=1) connectionX1X2Y000011101110Sô lẻ

bit 1 đầu vào

Đầu ra lây giá trị 1

14

M2


đầu băng 4 bit 0, vi vậy bit cuôi cùng cua một cửa sổ sẽ kéo theo 4 bit 0. Xem hinh 1.8,

1.9

Hinh 1.9 Vi du về mã hóa vong xoắn.

Kết quả việc mã hóa kênh đôi với 260 bit cua một cửa sổ tin hiệu thoại sô đàu ra

CODEC là đầu ra bộ mã hóa kênh có 456 bit/20ms = 4 144 = 8 57 = 22,8 Kbps,xem

hình 2.10

Hình 2.10: MÃ hóa khôi và mã vong xoắn đôi với kênh thoại toàn tôc


Dong bit đầu vào1011000110101Thêm 4 bit 010110001101010000Làm trễ lần 1010110001101010000Làm trễ lầ 20010110001101010000Làm trễ lần 300010110001101010000Lần trễ thư 4000010110001101010000Tầng cộng thư 110101100100001000Tầng cộng thư 211110100010100011Dong bit đầu ra1110111001110000011000100001001010

50bit câp Ia 132bit câp Ib 78bit câp II

50 bit 132 bit 4

378 coded 78 bit

3 Các bit câp IIkhôngcần bảo vệ

Mã hóa khôi cho các bit câp Ia (3bit CRC)

Thêm 4bit 0 đê khơi tạo lại bộ mã hóa

Mã hóa vong xoắn r = ½, K = 5

15


Sự cài xen (Interleaving)

456 bit cua một cửa sổ có thê đặt vừa khit 4 khe thơi gian. Tuy nhiên, môi trương

truyền sóng vô tuyến có thê làm mât cả 1 burst và có thê làm mât từng mảng các bit tin

nếu ta xếp các bit này vào 4 khe thơi gian liên tiếp nhau. Mã hóa vong xoắn chi cho phép

sửa sai bit riêng lẻ. Đê tránh mât nhiều bit ti liền nhau đến mưc mã hóa vong xoắn không

có tác dung, ta áp dung sư cài xen như sau: xem bảng dưới và hinh 1.11

“even” và “odd” là tên đặt phân biệt các khôi con bit, mà không có xuât sư nghĩa đen

“chẵn” và “lẻ”.

Hinh 1.11 Cài xen chéo dữ liệu thoại.

Nếu kênh lưu lương đươc lây lén đẻ trơ thành FACCH, thi đươc chi báo băng cơ lây

lén: cơ lây lén thư nhât lập một chi báo các bit chẵn bị thay thế. Vi sơ đô mã hóa kênh

cua lưu lương khác với cua báo hiệu, nên các cơ lây lén báo hiệu cho khôi giải mã kênh

phù hơp.

Mã hóa kênh của số liệu

Một bit lỗi chi có thê làm mât một cửa sổ thoại (không gây hại gi) nhưng cung có thê

làm thay đổi vị tri dâu phây cua sô liệu (1kg sai thành 1000kg). Do yêu cầu thưc tế đó, sô


Sô thư tư bit trước cài xenCài xen trong câu truc khung8………….4489………….44910…………40511…………45112…………45213…………45314…………45415…………455Even bits of burst N (No.0,4,8,13,17,21)Even bits of burst N (No.1,5,9,14,18,22)Even bits of burst N (No.2,6,10,15,19,23) Even bits of burst N (No.3,7,11,16,2024)Even bits of burst N (No.4,8,13,17,21,0)Even bits of burst N (No.5,9,14,18,22,1)Even bits of burst N (No.6,10,15,19,23,2)Even bits of burst N (No.7,11,16,20,24,3)

Sô thư tư cum N 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Bit chẵn

Bit lẻ

16


liệu cần đươc bảo vệ chông sai lỗi cân thận hơn so với thoại. GSM có 5 tôc độ truyền sô

liệu TCH/F 9,6 ; TCH/F 4,8 ; TCH/F 2,4 ; TCH/H 4,8 ; TCH/H 2,4 có các thông sô mã

hóa vong xoắn và cài xen khác nhau. Dưới đây chọn giới thiệu 2 tôc độ.

TCH/F 9,6

Xem hinh 1.12

Hinh 2-21 tổng kết sư mã hóa vong xoắn đê có 456 bit/20ms. Sư cài xen phưc tạp

diễn ra như sau:

- Chia 456 bit thành các mảng sô bit khác nhau

16 mảng 24 bit/mảng 384

2 – 18 - 36

2 – 12 - 24

2 - 6 - 12

456

Hinh 1.12 Sơ đô mã hóa đôi với sô liệu 9,6 Kpbs

- Một burts (1khe) chuyên chơ đươc 114 bit có thê chơ


9,6 Kbps

240 bits ( = 12 kbps) 4

448 coded bits

Phát hiện sai lỗi băng mã hóa nguôn ơ DTE

Cửa sổ 29ms

Thêm 4 bit 0 đê khơi tạo lại bộ mã hóa

Mã hóa vong xoắn r = ½, K = 5

Đuc bo 32 coded bits

456 coded bits / 20ms = 222,8 Kbps

17


4 mảng 24 bit/mảng + 1 mảng 18 bit/mảng hoặc

1 mảng 12bit/mảng + 1 mảng 6bit/mảng

- Các mảng cua một cửa sổ đươc rải dài trong một đa khung lưu lương (chiếm chỗ 22

khung trong sô 26 khung), vi du:

Xếp mảng 6-12-18-24…24-18-12-6 vào khung

-Sô liệu cua các cửa sổ đan xen nhau trong một khung với tổng sô 114 bit (1burts,

khe). Vậy một đa khung có: 22 114 = 5,5 456 bit sô liệu tôc độ băng gôc 9,6 Kbps.

Nếu sô liệu bị báo hiệu FACCH thay thế, thi cơ lây lén đông thơi cung làm thay đổi

thông sô cài xen từ 22 khung về 8 khung, nghĩa là đê bảo đảm truyền báo hiệu đươc

nhanh hơn. Xem hinh 2-26, 2-27.

TCH/F 2,4 xem hinh 1.13

Hinh 1.13 Mã hóa vong xoắn đôi với sô liệu 2,4 Kbps

Thay đổi thông sô bộ mã hóa vong xoắn mà không thay đổi sơ đô cài xen so với

truyền thoại làm cho thu tuc lớp 1 không phải thay đổi. Tôc độ mã hóa vong xoắn là r =

1/6

76bit 6 = 456bit/20ms

Độ trễ mã hóa vong xoắn vẫn là K=5 nên sô bit 0 thêm vào cuôi dong bit một cửa sổ

vẫn là K-1= 4.

Mã hóa kênh của báo hiệu


2,4 Kbps

72 bits ( = 3,6 kbps) 4

456 coded bits / 20ms = 22,8 Kbps

Phát hiện sai lỗi băng mã hóa nguôn ơ DTE

Mã hóa vong xoắn r =1/6, K = 5

Cửa sổ 20msThêm 4bit 0 đê khơi tạo lại bộ giải mã

18


Mỗi cửa sổ 20ms cua tin tưc báo hiệu có tôi đa 184bit. Các kênh logic BCCH,

PCH,SDCCH, RACCH có cùng kiêu mã hóa. Các kênh SCH, RACH có kiêu mã hóa

riêng. Con kênh FCCH không cần mã hóa kênh.

Sơ đô mã hóa kênh cua báo hiệu có 2 bước:

-Mã hóa khôi đôi với 40 bit parity

-Mã hóa vong xoắn r= 1/2 K = 5

Xem hinh . 1.14 kết quả đươc 456bit/20ms.

Mã lửa

Mã hóa vong xoắn

r = 1/2 , K = 5

Hinh 1.14: Sơ đô mã hóa đôi với kênh báo hiệu.

456 bit sau mã hóa kênh đươc chia thành 8 nhóm 57 bit, mỗi nhóm vừa khit vào nửa

burst dữ liệu mã hóa.

Tuy nhiên 456 bit này đươc cài xen chi trải vào 4 burst (xem hinh 1.15 và bảng dưới)


148 bit tin tưc báo hiệu

184 bitParity 40 Bit4

456 Coded Bits

01234567891011Bit chẵn

Bit lẻ

Sô burst

19


Hinh 1.15 Sơ đô cài xen báo hiệu.

Lưu y răng, trong câu truc đa khung 51 khung, các kênh logic BCCH, CCCH,

SDCCH, SACCH luôn chiếm 4 khung liên tiếp nhau. Nhơ vậy, 4 khung này mang trọn

vẹn 456 bit báo hiệu (cua 1 cửa sổ) trong 1 kênh báo hiệu. Con trong câu truc đa khung

26 khung kênh logic SACCH chi chiếm 1 khung, nên cần bộ nhớ đê chưa tạm thơi nội

dung, cho đến khi SACCH thuộc 4 đa khung đươc nhận đu.

Tổng kết tốc đô dữ liệu của các kênh khác nhau

Tổng kết về điều này ơ bảng và hinh 1.16

Net Data Rate: Tôc độ dữ liệu băng gôc;

Gross Data Rate: Tôc độ dữ liệu sau mã hóa kênh (không kê chuỗi huân luyện, bit

đuôi…);

Repetition Rate: Tôc độ lặp, biêu thị thơi gian chu kỳ dữ liệu một kênh;

Delay Due to interleaving: Trễ do cài xen đôi với khôi tin.

Data Rates, Repetition Rates and Delay Through Interleaving of the Bearer Channels

Data Rates, Repetition Rates and Delay Through Interleaving of the Signaling

Channels


Sô thư tư bit trước cài xenCài xen câu truc khung8…………4489………….44910…………45011………….45112………….45213………….45314………….45415………….455Even bits of burst NEven bits of burst N+1Even bits of burst N+2Even bits of burst N+3Odd bits burst NOdd bits burst N+1Odd bits burst N+2Odd bits burst N+3

CHANNEL TYPENET DATA RATE (bps)REPETITION RATE (ms)DELAY DUE TO INTERLEAVING (ms)GROSS DATA RATE (Kbps)TCH/FSFS/data, 9,6kbpsFS/data 4,8 kbpsHS/data 4,8 kbpsFS/data 2,4 kbpsHS/data 2,4 kbps13.00012.0006.0006.0003.6003.600205101020203893185931853822.822.822.811.422.811.4

20


Chât lương thoại trong hệ thông tương tư và sô

Hinh 1.16 : So sánh chât lương thoại

Tóm tắt phát hiện và sửa lỗi nhơ mã hóa kênh cua GSM

Môi trương truyền sóng vô tuyến có thê làm mât cả cum bit. Vi vậy, đê đảm bảo

chông sai lỗi cua từng bit sô liệu, tin tưc sô liệu cần đươc mã hóa, cài xen sao cho khôi sô

liệu 20ms đươc trải ra thành 22 cum. Khi cum bit bị mât thi thưc ra là mât từng bit năm

xa nhau, những bit này sẽ đươc khôi phuc đung nhơ mã sửa lỗi đươc áp dung. 20ms tin

hiệu thoại chi triên khai thành 8 cum vi thoại châp nhận BER lớn hơn sô liệu và không

châp nhận độ trễ lớn.


CHANNEL TYPENET DATA RATE (bps)REPETITION RATE (ms)DELAY DUE TO INTERLEAVING (ms)GROSS DATA RATE (Kbps)FACCH/FSFACCH/HSSDCCHSACCH/TCHSACCH/SDCCHBCCHAGCHPCHRACH9.2004.600783382391782782782342040236480471236236236236387414160141414141422.811.41.9320.9500.9681.9321.9321.9321.932

Chât lương tin hiệu

Digital

analog

Khoảng cách đến máy phát_____ Tin hiệu tương tư------- Tin hiệu sô

21


Độ sâu cài xen: interleaving depth

Thoại : 8

Báo hiệu : 4

Sô liệu :19

Độ cài xen : 8

456 : 8 = 57 mỗi bàn cum mang một khôi thoại khác ( tham khảo hinh 1.18)


Mã hóa kênh

Cài xen

Cum 0.577ms

Độ sâu cài xen thoại:8

Độ sâu cài xen báo hiệu:4

Độ sâu cài xen sô liệu:22

Cửa sổ

260 bit thoại

184 bit báo hiệu

240 bit sô liệu

260 bit 184 bit PO bit NO bit

267 bit 228 bit P bit N bit

456 bit 456 bit 2 P bit 456 bit

22 khôi con8 khôi con

Xen khôi thành đôi

Xen cum

Xen khôi thành đôi

TCH/F9,6RACH SCH

TCH/FSBCCH.PCH.AGCH.SDCCH

FACCHSACCH

Encryption unit

Mã hóa vong xoắn

Cài xen lập khuôn cum

Mã CRC them 4 bit đuôi

1

2

3

4

22


Hinh 1.17 Cài xen thoại

Hinh 1.19 Cài xen sô liệu


Các khôi thoại ơ đầu ra bộ mã hóa toàn tôc

1 2 3 4 5 6

20

Speech Blocks

4 5 6456 bit

5 64 5 4 5 4 5 4 5 5 6 5 6 5 6

57 bit chăn

57 bit chăn

57 bit chăn57 bit chăn57 bit lẻ

57 bit lẻ

57 bit lẻ

57 bit lẻ

012345670123456701234

Frame 1 Frame 2

TDMA frame

123456

20ms

Data Block

456 bit

5

114 114114 114

114bit114bit 114 bit114bit

23


Độ sâu cài xen : 19 (hoặc 22) 456 :4 = 114 ; 114 : 19 = 6

Độ sâu cài xen 4 456 : 4 = 114 hai bán cum đều khung khôi sô liệu.

Hinh 1.20 Cài xen báo hiệu

Hinh 1.21 Quá trinh thay đổi tôc độ bit


1 2 3 4 5 6Control Blocks

4 5 6456 bit

5 54 4 4 54

5 5 5 5 5 5 6 6 6 6

114 bit chăn114 bit chăn

114 bit lẻ

114 bit lẻ

012345670123456701234

Frame 1 Frame 2

TDMA frame

TRAU

0,3÷3,4kHz

13 Kbit/s

22,8Kbit/s 33.8Kbit/s 270,833 Kbit/s

ADC

16Kbit/s

CODEC

64 Kbit/s

Mã hóa kênh

Lập khuôn cum

Điều chế

13Kbit/s

104 Kbit/s

24


PHẦN II. GIẢM CAN NHIỄU CHUNG

2.1 Can nhiễu kênh chung

Việc sử dung lại tần sô nhăm muc đich tăng hiệu quả sử dung phổ đã gây ra can

nhiễu kênh chung vi cùng một kênh tần sô đươc sử dung lặp lại ơ các cell khác. Ta biết,

với mẫu sử dung lại K = 7, thi hệ sô giảm can nhiễu kênh chung q = D/R = 4,6.

Trong đa sô môi trương truyền sóng thông tin di động, mẫu K=7 không bảo đảm

tránh can nhiễu chung. Tăng K > 7 thi phải giảm sô kênh cho từng cell, cung giảm hiệu

quả sử dung phổ. Vậy có thê nên giữ sô máy thu phát sóng như mẫu K = 7, nhưng tôt hơn

nen sector hóa, vừa giảm can nhiễu kênh chung vừa tăng hiệu quả sử dung phổ ( nhơ sơ

đô chung kênh, mươn kênh)

Phát vùng can nhiễu kênh chung trong mạng

Đê đáp ưng nhu cầu tăng dug lương hệ thông, việc chia nho cell, giảm nho cư ly

dùng lại tần sô làm nguy cơ can nhiễu kênh chung cung tăng lên. Chât lương truyền thoại

khi đó bị ảnh hương bơi chât lương phuc vu (GOS) và tổng can nhiễu kênh chung. Có 2

thử nghiệm có thê phát hiện vùng bị can nhiễu kênh chung nghiêm trọng như sau:

Thử nghiệm 1:

Trong một vùng xét, các kênh dùng chung tần sô đều bị can nhiễu kênh chung như

nhau. Chung ta hãy chọn 1 kênh bât kỳ trong sô đó, tât cả các BTS dùng chung kênh đó

đều phát vào ban đêm, đê máy thu di động chuyên động trong một cell nào đó và tiến

hành đo can nhiễu kênh chung.

Khi tiến hành thử nghiệm này, chung ta theo dõi liên tuc máy ghi cương độ trương,

trong sư so sánh kênh có can nhiễu kênh chung kênh không có can nhiễu kênh chung.

Trên ô tô thử nghiệm, cần có máy thu quét kênh. Thử nghiệm cần lặp lại ơ các cell khác

cùng có can nhiễu kênh chung.

Giả sử kênh f1 ghi đươc tin hiệu không can nhiễu kênh chung, kênh f2 ghi đươc can

nhiễu kênh chung I, kênh f3 ghi đươc tạp âm N (vi kênh f3 khong đươc phát. Xem hình

2.1



Hinh 2.1 Đo can nhiễu kênh chung ơ MS

Sử dung đơn vị dB

Tỷ sô sóng mang trên can nhiễu C/I = C(dB)- I(dB)

Tỷ sóng mang trên tạp âm C/N = C(dB) – N(dB)

Kết luận:

1. Nếu C/I > 18dB ơ hầu hết các cell, thi thiết kế hơp ly

2. Nếu C/I < 18dB & C/N > 18dB thi can nhiễu kênh chung là đáng kê

3. Nếu C/N < 18dB, C/I < 18dB, C/N C/I thi vân đê phu sóng chưa tôt ơ vùng

tương ưng.

4. Nếu C/N < 18dB, C/I < 18dB, C/N > C/I thi vùng đó có cả vân đề phu sóng và cả

can nhiễu kênh chung khá mạnh.

Thử nghiệm 2:

Nguyên ly hoán vị lẫn nhau có thê áp dung cho vân đề phu sóng, nhưng không áp

dung cho can nhiễu kênh chung. Thử nghiệm 2 cung phải tiến hành cùng với thử nghiệm

1. việc dùng 7 xe oto đông thơi ơ 7 cell có can nhiễu kênh chung đê đo can nhiễu kênh

chung ơ BTS là khó thưc hiện. Thay vào đó, cho MS di động hoặc là trong cell xét, hoặc


f1

f6

f5

f4

f3

f2

f1

Receive f1,f2,f3

Dùng f2 xác định mưc can nhiễu (I)Dùng f1 xác định mưc tin hiệu (S)Dùng f3 xác định mưc tạp âm (N)

26


là trong cell có can nhiễu chung, như hinh 2.2. Đo ghi lại cương độ tin hiệu ơ mỗi BTS có

can nhiễu kênh chung.

Hinh 2.2 Can nhiễu kênh chung ơ BTS

Đầu tiên, oto thử nghiệm chạy trong cell I phát. Máy thu BTS ơ cell J xác định 10%

mưc đinh nhận đươc tương ưng với vùng nào trong cell I. Giá trị trung binh cua cương độ

tin hiệu 10% mưc đinh chinh là mưc can nhiễu do cell I gây ra cho BTS cua cell J.

Lặp lại thi nghiệm trên ơ cả 6 cell cá can nhiễu kênh chung. Cho oto chạy trong cell J

và phát đê BTS thu. Giá trị trung binh cua tin hiệu 10% mưc đáy chinh là mưc sóng mang

cua MS.

Tỷ sô sóng mang trên can nhiễu đôi với tin hiệu thu ơ BTS cua cell J là :

Vi Cj, Ii dùng (dB) nên cần chuyên sang đơn vị tuyến tinh trước khi cộng ( ) các

nguôn can nhiễu (Ii). Lưu y răng có thê sô cell có can nhiễu kênh chung nho hơn 6.

Thử nghiệm trên có thê tiến hành lặp lại ơ bât kỳ cell nào có can nhiễu kênh chung

với nhau.


Sj

Cell gây can nhiễu

Thu ơ trạm gôc j

Cell j

Cell j

27


Có kết quả ta so sánh với

Từ đó xác định điều kiện can nhiễu kênh chung, giông như kết luận ơ thử nghiệm1.

Nj là mưc tạp âm ơ cell J khi không có can nhiễu.

Đo can nhiễu kênh chung thơi gian thực ơ MS

Xét trương hơp sóng mang đươc điều chế góc bơi thoại, mà độ di tần lớn hơn tần sô

phadinh:

Tin hiệu: e1 = S(t)sin( t+ 1)

Can nhiễu: e2 = I(t)sin( t+ 2)

Tin hiệu thu đươc e(t) = e1 + e2 = Rsin( t+ )

Với R =

= arctg

Đương bao R2 = S2(t) + I2(t) + 2S(t).I(t)cos( ) (*)

Có thê phân tich gần đung sư thăng giáng S2(t) + I2(t) thành tần sô phadinh V/ ,

phân tich sư thăng giáng 2S(t).I(t)cos( ) thành tần sô d( )/dt, biến thiên nhanh

hơn nhiều.

Gọi các thành phần đương bao là:

X = S2(t) + I2(t)

Y = 2S(t).I(t)cos( )

Giả thiết răng:

Các biến ngẫu nhiên S(t), I(t), và là độc lập: = +

Tỷ sô tin hiệu trên can nhiễu: = 4. . .0,5 = 2. .

Với K = - 1

Vi X, Y có thê tách ra từ (*), nên tinh toán có thê đươc thưc hiện như sau: tách

sóng đương bao, biến đổi tương tư sang sô, và dùng máy vi tinh. Thơi gian trễ cua lây

mẫu t phải đu nho đê đảm bảo:

S(t) S(t + t) ; I(t) i(t + t)



Cos[ (t) - (t)].cos[ (t+ t) - (t + t)] 0

Trong thưc tế, xác định thơi gian trễ t đê đảm bảo điều kiện xxx là khó khăn.

Nhươc điêm này làm cho việc đo can nhiễu kênh chung thơi gian thưc không khả thi.

2.1 Thiết kế hệ thống dùng anten đẳng hướng trong trương hợp xấu nhất

Với mẫu sử dung lại tần sô K = 7, hệ sô giảm can nhiễu kênh chung q=4,6. Ở đây,

chung ta sẽ xem xét kỹ hơn và sẽ thây răng cư ly sử dung lại tần sô với mẫu K=7 là

không đu đê bo qua tác hại cua can nhiễu kênh chung. Hãy xét trương hơp xâu nhât : MS

ơ vị tri mà tin hiệu cua nó là yếu nhât, nhưng can nhiễu thi mạnh.

Theo hinh 2.3 MS ơ biên cua cell nhà, tin hiệu nhận đươc là yếu nhât. 6 cell gây can

nhiễu kênh chung, trong đó 2 cell có cư ly D-R, 2 cell có cư ly D, 2 cell có cư ly D+R.

Với tôc độ suy hao truyền sóng theo cư ly 40dB/dec, ta thây răng C R-4 , I D-4 vậy

tỷ sô sóng mang trên can nhiễu là:

Thay giá trị q=4,6 vào biêu thưc trên, tinh đươc C/I=54=17dB < chuân=18dB. Đê

thận trọng hơn nữa, cư ly nhiễu kênh chung đều lây nho nhât băng D-R đôi với cả 6 cell

gây nhiễu.



Hinh 2.3: Trương hơp can nhiễu kênh chung xâu nhât đôi với MS

Khi đó: 28= 14,47 dB

Trong thưc tế, vi vị tri BTS không tôi ưu và vi địa hinh, nên C/I luôn xâu, có

thê<14dB. Tỷ sô xâu như thế dễ xảy ra khi giơ cao điêm (lưu lương thông tin di động cưc

đại). Do đó hệ thông phải đươc thiết kế xung quanh giá trị xâu nhât C/I này. Và ta đã thây

rõ mẫu K=7 với q=4,6 là chưa tôt về giảm kênh chung..

Đôi với các trạm gôc dùng anten đẳng hướng, nên chọn các mẫu sử dung lại tần sô

K=9, K=12. Khi đó: q=


BTS

D+R

D

D+R

D

D-R

=D-R

MS

30


Thay giá tri q vào biêu thưc ta có:

Với K=9: C/I=84,5=19,25dB

Với K=12: C/I=179,33=22.54dB

Hinh 2.4 trinh bày các mẫu K=9, K=12. Các mẫu này đươc dùng khi lưu lương

không lớn.

Hinh 2.4 : Các mẫu sử dung lại tần sô K=9 và K=12

2.2 Thiết kế hệ thống dùng anten định hướng

Đê đáp ưng yêu cầu tăng dung lương và lưu lương, ta cần phải tăng hiệu quả sử

dung phổ tần sô vô tuyến và tránh tăng K cua mẫu sử dung lại tần sô. Vi K tăng làm sô

kênh cua mỗi cell giảm. Giả sử ta áp dung mẫu K=7 và dùng anten định hướng. Can

nhiễu kênh chung sẽ giảm nhơ dùng anten định hướng. Mỗi cell chia thành 3 dải quạt

hay 6 dải quạt ; Mỗi dải đươc gắn một sô kênh tần sô vô tuyến. Hinh 2.5 giới

thiệu sư can nhiễu giữa 2 cell có can nhiễu kênh chung.

Anten định hướng và mẫu K=7

Trương hơp 3 dải quạt xem 2.6a


7

2

8

1

4

5

3

6

8

7

Cell No12

24 6

10

9

12 12

4

11

5

1

7

8

2

3

11

5

95

6

8

11

10

9

910

3

D/R=6K=12

31


Hinh 2.5 : Các cell có can nhiễu kênh chung với mẫu K=7 (2 tầng)

Hinh 2.6: Xác định C/I trong hệ thông thông tin di động cellular dùng anten định hướng với tinh huông xâu nhât


5

3

4

1

6

7

q=D/R=4.6q=NN=7

D+0,7R

D

MS

E

MSR

a) b)

32


a) Hệ thông anten định hướng b) Hệ thông anten định hướng

Hinh 2.6b: MS ơ vị tri E, nhận đươc tin hiệu yếu nhât, nhưng có can nhiễu kênh

chung mạnh từ 2 dải quạt có gạch chéo khác nhau. Trong môi trương truyền sóng thông

tin di động, với anten định hướng có tỷ sô trước-sau (front-to-back ratio) 10dB thi can

nhiễu do anten gây ra chi xét ơ hướng trước. Vi vậy, việc dùng anten định hướng cho

phép giảm cell gây can nhiễu kênh chung từ 6 xuông 2 (xem hinh 2.5)

Với q=4,6 thi =285 =24,5 dB

(3-2) chưng to răng, dùng anten định hướng giảm nhiều can nhiễu kênh chung, cải

thiện C/I. Trong thưc tế, khi lưu lương lớn với địa chi phưc tạp và vị tri BTS không tôi ưu

nên tỷ sô C/I giảm mât 6dB, con 18,5dB>giá trị chuân=18dB.

Hinh 2.6b: Việc dùng anten định hướng dải quạt đã giảm sô cell gây can nhiễu

kênh chung từ 6 xuông 1 (hinh 2.5)

với q= 4,6

= 794 = 29 dB

Nếu cung trừ đi 6dB bơi những yếu tô thưc tế nói trên, thi con 23dB>18dB=giá trị

chuân.

Tuy nhiên sô kênh gán cho mỗi dải quạt càng it hơn, và do đó giảm hiệu suât sử

dung kênh (coi kênh vô tuyến là trung kế)

Anten định hướng và mẫu K=4



Hinh 2.7 : Can nhiễu kênh chung ơ mẫu K=4 với anten dải quạt 120

Anten dải quạt hinh 2.7

Theo hinh 2.7, sô cell xét là 2. Như ta đã biết, đôi voiwsK=4 thi q= =3.46

Áp dung biêu thưc 7 ta tinh đươc trong trương hơp xâu nhât:

= 97 = 20dB

Ở phần trên ta đã nói, cần trừ 6dB vi những yếu tô bât lơi thưc tế, nên thưc ra

C/I=14dB<giá trị chuân=18dB. Anten dải quạt : hinh 2.7

Nhận thây răng chi có 1 cell ơ cư ly D+R gây ra can nhiễu kênh chung cho cell xét.

Tương tư ta có:

355 = 26dB

Nếu cung trừ đi 6dB những yếu tô bât lơi thưc tế, thi C/I=20dB>giá trị chuân=18dB.

Trong điều kiện lưu lương lớn, cung con những vân đề phải quan tâm, ta sẽ đề cập ơ

sau.

So sánh các mẫu K=7, K=4

Thương luc ban đầu khai triên một hệ thông thông tin di động cellular với mẫu K=7

và anten đẳng hướng. Tùy theo tiêu chuân cư ly sử dung lại tần sô xâp xi chuân. khi dung


4

3

2

1

1

4

3

4

1

2

3

2

1

K=4

34


lương tăng lên, cần sector hóa, giai đoạn đầu dùng anten định hướng dải quạt , giai

đoạn sau dùng anten định hướng

Xét trên 1 vùng nhât định, nếu mẫu K=7, anten thi mảng mẫu có 42 dải quạt, con

nếu mẫu K=4,anten thi mảng mẫu có 24 dải quạt. Hệ thông K=7 sẽ có can nhiễu kênh

chung nho hơn.

Hệ thông mảng mẫu K=4, anten cần it BTS hơn so với hệ thông dùng mảng mẫu

K=7, anten . Đây là ưu điêm, con khuyết điêm là cần nhiều anten ơ BTS hơn, xảy ra

chuyên giao thương xuyên hơn,khó câp phát kênh tần sô hơn, thương khó kiêm soát can

nhiễu hơn Vậy hệ thông mảng mẫu K=4, anten chi áp dung trong những trương hơp

đặc biệt.

2.4 Hạ thấp anten

Ở vùng phẳng, việc hạ thâp anten sẽ giảm can nhiễu. Con nói chung thi chưa chắc.

Dưới đây xét vài trương hơp

Vùng đôi cao: 2.8a

Chiều cao hiệu dung cua anten là h1 +H

Giả sử độ cao anten giảm 1 nửa, chiều cao hiệu dung là: 0,5h1 +H. Suy giảm tăng ich

tương ưng là:

G=20 lg =20 lg (1- )

Nếu h1<< H, thi ta có G 0. Nghĩa là sư hạ thâp anten trong trương hơp này không

dẫn đến sư giảm nho tin hiệu thu ơ BTS, hay ơ MS.

Vùng thung lung : hinh 2.8b

Nhin từ MS, chiều cao hiệu dung cua anten BTS là he1 <h1. Giả sử he1 = h1, nếu độ

cao anten giảm con h1/2 ,khi đó chiều cao hiệu dung là :

he1 = h1/2 – ( h1 - 2/3h1 ) = h1/6



Hinh 2.8 : a) anten trên đôi ; b) anten ơ thung lung

Suy giảm tăng ich tương ưng là :

G = 20 lg = -12 dB

Có nghĩa là hạ thâp khá nhiều tin hiệu mà MS thu ơ vùng đât cao xung quanh

thung lung. Con sát ơ dưới thung lung thi chiều cao hiệu dung chinh là chiều cao thật, và

tin hiệu thu chi giảm nho it hơn :

G = 20 lg = - 6 dB

Vùng nhiều cây cối :

Anten phải cao hơn ngọn cây theo góc nhin từ MS. Ở vùng rừng, sư giảm chiều cao

anten không làm giảm can nhiễu kênh chung vi sư suy giảm nhanh cua tin hiệu.

2.4. Giảm can nhiễu kênh chung bằng nghiêng lệch anten


h1

h

a

hh1

36


Giới thiệu:

Vân đề can nhiễu kênh chung là thách thưc lớn cua hệ thông celllular. Có các

phương pháp đê giảm can nhiễu kênh chung như :

1) Tăng cư ly sử dung lại tần sô

2) Dùng anten định hướng ơ BTS ( sector hóa )

3) Hạ thâp độ cao anten trạm gôc

Phương pháp 1 : sô cell trong mảng mẫu tăng, sô kênh trong mỗi cell giảm.

Phương pháp 2 : tin hiệu cung bị yếu đi.

Phương pháp 3 : có hai lơi ich là biện pháp giảm can nhiễu kênh chung nếu cư ly sử

dung lại tần sô không đu lớn. Tăng dung lương hệ thông.

Dưới đây ta sẽ xem xét các diệu pháp sử dung anten định hướng đê giảm can nhiễu

kênh chung hơn nữa.

Phân tich ly thuyết :

Sử dung anten định hướng làm giảm can nhiễu kênh chung. Tuy nhiên can nhiễu

kênh chung vẫn con. Ta hãy xét mẫu K = 7, hệ sô giảm can nhiễu kênh chung :

q = = 4,6 (2-8)

Cư ly sử dung lại tần sô :

D = qR =4,6R (2-9)

Có thê làm nghiêng bup sóng anten băng cách điện tử hay cơ điện. Đê cải thiện

đáng kê C/I,ta cần dùng bup sóng có suy giảm ơ truc đôi xưng cua anten phát gây can

nhiễu kênh chung. Có nhiều cách đê đạt đươc điều này. Dưới đây giới thiệu các cơ điện

làm nghiêng anten.

Khi anten định hướng nghiêng đi góc ɵ trên mưt phẳng đưng, thi giản đô bup

sóng trên mặt phẳng phương vị thay đổi.



Hinh 2.9 : Giản đô bup sóng trên mặt phẳng đưng xoz cua anten dải quạt

_ Đương nét liền : không nghiêng

_ Đương nét đưt : nghiêng xuông góc =



Hinh 2.10 : Giản đô bup sóng trên mặt phẳng phương vị xoy cua anten dải quạt :

- Đương nét đưt : không nghiêng

- Đương nét liền : nghiêng với các θ =1 , , , , .

Hinh 2.11


Dải quạt 19vùng suy giảm tăng ich

Dải quạt 19vùng suy giảm tăng ich

MS bị can nhiễu

Gây ra can nhiễu

39


Cách giảm can nhiễu

Hinh 2.12 : Can nhiễu kênh chung tác động trong góc (K=7 anten )

Hinh 2.12 cho ta biết vùng dải quạt chịu tác động can nhiễu kênh chung. Do

đó, đê giảm can nhiễu này, anten trạm gôc nơi gây ra can nhiễu nghiêng xuông góc θ =

÷ và xoay trên mặt phẳng phương vị góc (theo chiều kim đông hô) đê hướng

truc đôi xưng (bị suy giảm ) hướng vào cell bị can nhiễu. Can nhiễu kênh chung giảm 7 ÷

8 dB, tưc là tăng C/I lên 7÷8 dB, tuy răng sư phu sóng có thay đổi chut it.

Chú ý khi nghiêng anten

Khi anten trạm gôc nghiêng xuông góc thi tin hiệu thu trên hướng ngang bị

giảm 4dB. Xem hinh 2-7. Con tin hiệu thu trên hướng có góc ngâng bị giảm 3,5dB,

mạnh hơn 0,5dB so với hướng ngang. Giả sử MS ơ liền cell R=2 dặm anten cao 100 bộ,


1

1

3

1

1

2

4

5

6

11

1

R D

19

D/R=4,6 N=7 SETS

40


thi góc ngâng cua sóng truyền thẳng đến MS là . Giả sử MS ơ cell bị can nhiễu kênh

chung có góc ngâng tôi thiêu , thi độ phân tách nhau cua sóng tin hiệu và sóng can

nhiễu kênh chung tôi đa là 5. Vậy sư nghiêng xuông góc chi làm tăng C/I lên 1dB.

Khi không nghiêng anten :

Khi nghiêng anten :

Vi du : θ=10 α=3,75dB , β=4dB

= + 0,25 [dB]

Thưc ra sư cải thiện C/I khi anten nghiêng là không đáng kê. Nếu vân đề can

nhiễu kênh chung là không lớn, có khi sư nghiêng bổng cua anten lại có thê cải thiện vân

đề phu sóng.

Hiệu ứng ô dù

Giản đô bup sóng ô dù có thê đươc dùng đê giảm can nhiễu kênh chung.

Góc ngẩng khi truyền cự ly xa

Tầng đôi lưu có độ cao 16km, có thê truyền sóng đi xa đến 320km, tương ưng góc

ngâng : θ = arctg = 7

Vậy đê tránh trơ thành nguôn can nhiễu kênh chung cư ly xa, thi anten không

đươc phát sóng mạnh ơ góc ngâng ≥



Tiện ích của mẫu ô dù

Giả thiết anten có giản đô phương hướng cua bup sóng dạng ô dù, với tăng ich

11dB (so với anten ngẫu cưc ), bề rộng bup sóng tinh đến hướng nửa công suât là ,

chiều cao 500 bộ, bán kinh cell là 2 dặm. Với giản đô định hướng mẫu ô dù nói trên,

cương độ tin hiệu thu ơ biên cell mạnh hơn can nhiễu kênh chung 3dB, chưa kê suy hao

theo cư ly (suy hao theo cư ly R-4 và (4,6R-4 ).

Vậy mẫu giản đô bup sóng dạng ô dù làm giảm can nhiễu kênh chung so với giản

đô bup sóng đẳng hướng.

Độ cao anten (bộ) Với cell R=2 dặm vị tri

biên đươc ơ hướng cưc đại

nếu góc ngâng

Góc ngâng cua cell chịu

can nhiễu kênh chung

(4,6R)

100

300

500

54

63

71

0,12

0,35

0,59

Hinh 2.13

Dùng phân tử ký sinh (phần tử thu động – Parastic Element )



Sư kết hơp giữa phần tử ky sinh với anten làm thay đổi giản đô bup sóng cua

riêng anten. Điều này đươc lơi dung đê giảm can nhiễu kênh chung.

1. Kiểu kết hợp thông thường

Xem hinh 2-12

2. Kiểu kết hợp kề cận

Khoảng cách từ anten D đến phần tử ky sinh P là 0,04λ.

a- Chiều dài D= P (x,y) là mặt phẳng phương vị

(x,y) là mặt phẳng thẳng đưng. Tăng ich định hướng tăng 3dB so với không có P.

b- Chiều dài P = 105%D

Tăng ich định hướng tăng 6 dB so với không có P.

c- Chiều dài P < D

Tăng ich định hướng tăng 8dB so với không có P.

Hinh 2.14 : Sử dung phần tử ky sinh đê thay đổi giản đô bup sóng (Dâu khuyên là vị tri anten, dâu châm là vị tri phần tử ky sinh)



2.6 Điều khiển công suất

Trong các hệ thông cellular phi CDMA, thi tổng đài di động có trách nhiệm điều

khiên công suât phát sóng cua BTS và MS. Vi tổng đài di động theo dõi chât lương toàn

bộ hệ thông và xử ly điều khiên công suât bảo đảm chât lương tôi ưu toàn hệ thông,

không phải đê tôi ưu hóa một máy di động cu thê.

2.7 Chức năng của tổng đài di đông

1. Điều khiên mưc công suât phát cua MS

Nếu có thê đươc, thi MS phải phát công suât tôi thiêu đê:

a) Giảm nguy cơ điều chế giao thoa khi bộ khuếch đại thu BTS bị bõa hoa do

MS tiến sát trạm gôc mà phát sóng mạnh.

b) Giảm can nhiễu chung đôi với hệ thông.

c) Giảm tỷ sô can nhiễu đầu gần đầu xa.

2. Điều khiên mưc công suât phát cua BTS

Mong muôn giảm công suât phát cua BTS đông thơi với giảm công suât phát cua MS

đê:

d) Giảm kich thước cell đôi với kênh vô tuyến cu thê.

e) Giảm can nhiễu chung.

f) Giảm can nhiễu kênh kè.

Chu y bộ tổ hơp kênh tần sô vô tuyến có độ cách ly kênh hữu hạn (18dB), nên việc

hạ thâp công suât sóng cua một kênh riêng lẻ thi kênh đó bị can nhiễu cua kênh khác

không giảm công suât sóng. Trong những thiết kế cải tiến, không có hạn chế này.

Thu phân tập

Tât cả những xử ly ơ máy thu nhăm cải thiện chât lương tin hiệu không đưa thêm can

nhiễu vào nữa,vi vậy kỹ thuật thu phân tập làm giảm can nhiễu đươc ưng dung rộng rãi.

Chung ta sử dung bộ tổ hơp chọn lọc đê kết hơp 2 tin hiệu tương quan. Hình 3-26

Ở máy thu BTS sư phân tập không gian 2 nhánh áp dung với 0,7, tương ưng yêu

cầu h/d-11 (h là độ cao anten,d là khoảng cách giữa 2 anten).

Ở máy thu MS, sư phân tập không gian áp dung với =0, tương ưng hai anten lắp

trên nóc xe cách nhau /2. sô liệu cho ơ hình 3-27

Nhận xét về hiệu quả thu phân tập:



1. Ở MS, sơ đô thu phân tập cho phép công suât phát 10dB mà vẫn đạt chât lương

thu so với sơ đô thu không phân tập. Do đó can nhiễu kênh chung giảm nhiều.

2. Ở BTS cho phép giảm công suât phát 7dB . Do đó cung giảm nhiều can nhiễu

kênh chung.

Thiết kế hệ thống có vùng dự đoán bị can nhiễu kênh chung

Giả thiết trương hơp địa hinh băng phẳng. Có 1 nguôn can nhiễu kênh chung như

hình 3-28. Khi can nhiễu không hoạt động, bán kinh cell là R.

Khi nguôn can nhiễu tác động, bán kinh phu sóng hiệu dung là r. Hãy xét C/I cua MS

ơ góc phương vị và cư ly r:

.r R

góc phương vị nguôn can nhiễu, với vi du hinh 3-29 thi 1 = , có thê cho răng P0

= P1

Trương hơp nguôn can nhiễu không hoạt động r = R, khi đó:

Với = 0 và giá trị ngưỡng C/I=18dB, từ 2 -30 ta có:

63

d 3.82R

khi r < , diện tich phuc vu bắt dầu giảm. Chuyên sang tọa độ (x,y), (3-19) có

dạng

hay là

Với x2 + y2 R2, vùng phuc vu có bán kinh là:



Và tâm tọa độ

Xem hình 3-28

Trương hơp có nhiễu nguôn can nhiễu chung:

Giả sử có K1 nguôn, (3-18) có dạng:

KI 6, r R


Documents

Báo hiệu GSM