Bài giảng Nguyên lý truyền thông không dây - Chương 3: Mạng tế bào

Bài giảng Nguyên lý truyền thông không dây - Chương 3: Mạng tế bào, cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái niệm mạng tế bào; Tái sử dụng tần số; Hạn chế của sectoring; Cải thiện năng lực các hệ thống tế bào. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Nguyên lý truyền thông không dây - Chương 3: Mạng tế bào Wireless Communications Principles and Practice Chương 3: Mạng tế bào Dịch vụ thoại di động truyền thống vs hệ thống thông tin di động tế bào Một trạm phát sóng công Thay vì sử dụng một trạm suất mạnh đặt tại một cao công suất lớn, người ta sử điểm có thể phát tín hiệu dụng nhiều trạm công suất trong vòng bán kính đến nhỏ trong vùng phủ sóng 50km. 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 toàn khu vực phủ sóng. Khái niệm mạng tế bào • Có thể chọn một vòng tròn đại diện cho vùng phủ sóng của một BS? Một số sự lựa chọn hợp lý: hình vuông, 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 mô hình bức xạ tròn trong đó sẽ xảy ra đối với một ăng-ten BS đa hướng • Khi sử dụng hình lục giác để mô hình một vùng phủ sóng, máy phát BS được mô 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, 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 • 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 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: 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 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 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) 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. ...