Báo cáo thực tập Sv: Hà Mạnh Hiệp LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của thế giới và xu hướng hội nhập kinh tế quốc tế, đất nước ta đang dần đổi mới và bước vào thời kí công nghiệp hoá, hiện đại hoá, vừa xây dựng cơ sở vật chất, kĩ thuật vừa phát triển nền kinh tế đất nước. Hiện nay nước ta đang xây dựng và phát triển các khu công nghiệp, khu đô thị, cao ốc … Do đó, ngành viễn thông không thể nào thiếu và có vai trò rất quan trọng trong quá trình xây dựng và phát triển đất nước. Các thế hệ 2G, 3G, 4G và mạng CDMA là sự minh chứng cho sự phát triển không ngừng nghỉ, mang lại các dịch vụ tốt nhất tới người tiêu dùng. Trong báo cáo này ta sẽ đề cập cơ bản về truyền dẫn sóng, sử dụng tần số và tính toán dung lượng trong hệ thống GSM. Nội dung báo cáo được chia làm hai phần: Phần 1: Lý Thuyết Truyền sóng, sử dụng tần số và tính toán dung lượng trong hệ thống GSM. Phần 2: Thực Tế Trình bày những kết quả thu được sau khi kết thúc quá trình thưc tập Với sự cố gắng học hỏi và đi thực tế đã giúp tôi rất nhiều để viết nên báo cáo này, do đây là lần đầu biên soạn dựa trên câu hỏi được đưa ra không tránh khỏi khiếm khuyết trong quá trình viết mong thầy và các bạn góp ý để bài báo cáo hoàn thiện hơn. Cảm ơn giảng viên Nguyễn Văn Thắng và Công ty cổ phần xây lắp bưu điện đã giúp em rất nhiều để hoàn thiện bài được giao. GVHD: Nguyễn Văn Thắng 1 Báo cáo thực tập Sv: Hà Mạnh Hiệp PH ẦN 1: LÝ THUYẾT Chương 1. TRUYỀN SÓNG TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1.Sóng điện từ Việc cấp phát phổ tần cho hệ thống GSM sơ cấp được thống nhất năm 1979. Qua vài thập kỷ, hệ thống GSM được phát triển thành hệ thống số sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số FDMA. Việc sử dụng công nghệ điều biến hoá dịch tối thiểu GAUSE(GMSK) đã cho tốc độ tổng cộng bằng 217Kb/s và di thông rộng có thể lên đến 500Khz – 600Khz. Nhờ vậy, cần thiết phải có biện pháp nào đó để giảm tốc độ bitcho từng kênh để giải thông tần chỉ bằng khoảng 200Khz. Điều này được thực hiện bằng mã hoá tiếng thường dùng bộ mã hoá lai ghép, tốc độ bit khi đó bằng 13Kb/s. Với ứng dụng của di tần VHF (từ 30MHz-300MHz) và (300MHz- 3000MHz) là dành cho thông tin di động, hệ thống GSM sơ cấp được chỉ định ở 2 băng tần có độ rộng 25MHZ: - Từ 890MHz – 915MHz cho đường lên. - Từ 935MHz – 960MHz cho đường xuống. P-GSM 890MHz 915MHz 935MHz 960MHz 45MHz E-GSM 880MHz 915MHz 925MHz 960MHz 45MHz DSC1800 1710MH 1785MHz 1805MHz 1880MHz GVHD: Nguyễn Văn Thắng 2 UPLINK DOWNLINK UPLINK DOWNLINK UPLINK DOWNLINK Báo cáo thực tập Sv: Hà Mạnh Hiệp 95MHz Như vậy, dải thông tin của một kênh vật lý là 200KHz, đi tần phóng vệ tinh rộng 200KHz thì GSM900 có 124 di động tần kênh vật lý tương ứng. Ngoài ra để đáp ứng nhu cầu về dung lượng trong tương lai người ta mở rộng P-GSM thành E-GSM và hệ thống DSC1800 để đáp ứng xu hướng mạng PCN Tính toán tần số sóng mang: Tần số trung tâm của sóng mang trong dải P-GSM, E-GSM, DSC1800 Tần số đường lên được ký hiệu là F 1 cho dải tần thấp. Tần số đường xuống được ký hiệu là F 2 cho dải tần cao. N là số thứ tự tần số sóng mang Trong đó : Với P-GSM: F u =F 1 + 45[MHz] E-GSM: F u =F 1 + 45[MHz] DSC1800: F u =F 1 + 95[MHz] P-GSM: F 1 (n)= 890 + (0.2×n) [MHz] với 1 ≤ n ≤ 124 E-GSM: F 1 (n)= 890 + [0.2×(n-1024)] [MHz] với 975 ≤ n ≤ 1023 DSC1800: F 1 (n)= 1710.2 + [0.2×(n-512)] [MHz] với 512 ≤ n ≤ 885 1.2. Nguyên tắc truyền sóng - Do đặc điểm sóng vô tuyến dùng cho thông thi di động là loại sóng VHF và UHF có tần số > 30MHZ và có bước sóng rất ngắn nên sóng đất trở nên không đáng kể và bị hấp thụ rất nhanh. Sóng trời có xu hướng thoát vào không gian bởi các đặc tính khác nhau của tầng điện ly. Những bức xạ ở góc thấp hơn là sóng không gian là phương thức truyền sóng chủ yếu ở những tần số này. Truyền theo kiểu này cũng được gọi là truyền sóng trong tầm nhìn thẳng. 1.2.1. Trong tầng đối lưu GVHD: Nguyễn Văn Thắng 3 Báo cáo thực tập Sv: Hà Mạnh Hiệp - Tầng đối lưu là một môi trường có các tham số thay đổi theo thời gian và không gian. - Tầng đối lưu là một môi trường không đồng nhất. Nếu một vùng nào đó trong tầng đối lưu không đồng nhất với môi trường xung quanh, theo nguyên lý quang, một tia sóng đi vào vùng không đồng nhất sẽ bị khuếch tán ra mọi phía. - Trong thực tế, phương thức này ít được sử dụng do độ tin cậy kém, fading xấu, yêu cầu công suất phát lớn và hướng tính anten cao. 1.2.2. Trong vô tuyến di động Hình 1.1 Trong thông tin vô tuyến, sóng vô tuyến được truyền trong môi trường vật lý có nhiều cấu trúc vật thể như tòa nhà, đồi núi, cây cối, xe cộ chuyển động. Hình 1.2. GVHD: Nguyễn Văn Thắng 4 Báo cáo thực tập Sv: Hà Mạnh Hiệp * Truyền sóng nhiều đường sảy ra khi có phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ. + Hiện tượng phản xạ: Xảy ra khi sóng gặp một mặt nhẵn, cường độ phản xạ phụ thuộc vào dẫn suất của vật phản xạ. Dẫn suất càng cao thì phản xạ càng mạnh. Kiểu phản xạ thường được dự đoán và kéo theo sự đảo pha tín hiệu. + Hiện tượng tán xạ: Xảy ra khi sóng phản xạ trên mặt phẳng gồ ghề với độ tán xạ phụ thuộc vào bề mặt gồ ghề. Khi bị tán xạ tia tới sẽ bị phân tán thành nhiều tia có cường độ khác nhau. + Hiện tượng khúc xạ: Xảy ra khi sóng gặp phải mép của vật thể nó sẽ đổi hướng theo một góc nhất định phụ thuộc vào tần số. Khi tần số càng cao góc khúc xạ càng lớn. + Suy giảm: Bị gây ra bởi bất kỳ vật cản nào trên đường đi của sóng. Một lần nữa suy giảm này càng cao khi tần số càng cao và đặc biệt đáng kể đối với tần số sử dụng cho vô tuyến Cellular. Gía trị suy hao phụ thuộc vào bước sóng làm việc, kích thức vật cản và vật liệu của vật cản. Hình 1.3. Các đường truyền không trực tiếp này đến máy thu lệch pha nhau về thời gian và không gian, điều này gây ra pha đinh nhanh và các hiệu ứng phạm vi hẹp trong thông tin vô tuyến di động như: trải trễ, trải góc và trải doppler. GVHD: Nguyễn Văn Thắng 5 Báo cáo thực tập Sv: Hà Mạnh Hiệp 1.2.3. Truyền sóng nhiều tia Hình1.4. Cường độ tín hiệu Rx và fading theo khoảng cách Thực tế máy thu không chỉ theo đường truyền trực tiếp mà còn theo vô số các tia phản xạ từ mặt đất hay từ một số vật thể khác (cả hai nhân tố này có thể cố định hoặc chuyển động). Như vậy tín hiệu tới máy thu sẽ là tổng hợp của nhiều tia tới lan truyền là rất đa dạng. Tín hiệu thu được có thể tăng cường (biên độ lớn lên) hay suy giảm (biên độ giảm xuống thậm chí bằng 0) hoặc một vài tín hiệu biến đổi đột ngột. Hiện tượng này gọi chung là fading. Khoảng thời gian giữa hai chỗ trũng fading phụ thuộc vào tốc độ chuyển động, địa hình môi trường và tần số phát. Đây là những nguyên nhân chính gây giảm đáng kể chất lượng thông tin. Có hai loại pha đinh chính đáng quan tâm: fading rayleigh và fading chuẩn loga. - Fading nhanh (hay còn gọi là fading thời hạn ngắn). Đây là loại fading rất nhanh xảy ra khi anten mobile nhận tín hiệu là nguần tia phản xạ. Nó thường diễn ra trong suất thời gian liên lạc. Do anten mobile thường thấp hơn cấu trúc không gian xung quanh như cây cối nhà cửa, đóng vai trò là những vật phản xạ. Tín hiệu tổng hợp bao gồm nhiều GVHD: Nguyễn Văn Thắng 6 Báo cáo thực tập Sv: Hà Mạnh Hiệp sóng có biên độ và pha khác nhau, nên nó có tín hiệu thay đổi bất kỳ nhiều khi chúng còn bị triệt tiêu lẫn nhau. Fading gây ra cho ta nghe thấy những tiếng ồn. Trong môi trường thoáng mà ở đó có sóng trực tiếp vượt trội, thì loại fading không đáng kể hơn trong khu đô thi. Loại fading ngắn hạn này có biên độ phân bố theo phân bố rayleigh nên còn được gọi là fading rayleigh. Loại fading này gây tác động lớn đối với chất lượng tín hiệu nên cần phải xử lý hạn chế fading này. Giải pháp đầu tiên và đơn giản nhất là sử dụng đủ công suất phát để cung cấp một khoảng dự trữ fading. Hình 1.5 Dự trữ fading chậm Một giải pháp được sử dụng phổ biến và hiệu quả là phân tập không gian. Nó làm giảm những chỗ trũng fading, tăng chất lượng thoại. Cường độ tín hiệu có thể thấp hơn mức r min thường yêu cầu không quá 10%. Fading chậm (hay còn gọi là fading thời hạn dài). Loại fading này do hiệu ứng che khuất bởi các vật thể che chắn của các địa hình xung quanh gây nên. Nó có phân bổ xung quanh một giá trị trung bình nếu ta lấy logarit cường độ tín hiệu. Do vậy người ta còn gọi là fading chuẩn loga. Ảnh hưởng của fading chuẩn loga là làm giảm khả năng phủ sóng của máy phát. Để chống lại loại fading này người ta cũng sử dụng GVHD: Nguyễn Văn Thắng 7 Báo cáo thực tập Sv: Hà Mạnh Hiệp khoảng dự trữ fading. Khoảng dự trữ này phụ thuộc vào độ lệch tiêu chuẩn thường được giả thiết 4 ÷ 8 dB. Nếu suy hao tín hiệu có thể là 10% thì khoảng dự trữ fading yêu cầu 3 ÷ 5 dB. Hình 1.6. Dự trữ fading chậm Khi thành lập một mạng di động, ta cần phải có một chuẩn cho tín hiệu nhỏ nhất có thể chấp nhận được tại biên giới cell. Độ nhạy yêu cầu ở đường vào lối thu: - 104 dBm cho BTS. - 104 dBm cho MS trên ô tô. - 102 dBm cho máy MS cần tay. Dự trữ fading cho chuẩn loga : 3÷5 dB Dự trữ nhiễu 3÷ 5dB. Dự trữ nhiễu cần phải được cộng thêm khi tính toán vì độ nhậy máy thu chỉ tính toán cho chất lượng nhỏ nhất khi không có nhiễu. - Fading rician: Khi thành phần trực tiếp của tín hiệu mạnh hơn cùng với những tín hiệu không trực tiếp yếu hơn cùng tới máy thu tại đây fading nhanh vẫn còn xảy ra những tín hiệu sẽ không sắc nét. Đường bao fading này có dạng phân bố rician. Dạng fading này xảy ra phần lớn ở môi trường vùng nông thôn. GVHD: Nguyễn Văn Thắng 8 Báo cáo thực tập Sv: Hà Mạnh Hiệp Phân tán thời gian và nhiễu giao thoa ký tự ISI: Đây là vấn đề của truyền sóng nhiều tia và nó đặc biệt quan trọng với hệ thống celluar. Khi đó, sóng tới là gồm nhiều tia sóng có thời gian lan truyền khác nhau. Do đó chúng có pha khác nhau và ảnh hưởng tới di thông của tín hiệu số, khi đó sẽ sảy ra sự dịch chuyển miền thời gian lên nhau hay các ký hiệu cận sẽ giao thao với nhau. Ở phía thu không thể phân biệt được những ký hiệu nào. Hình 1.7. Truyền sóng tới nhiều tia, nguyên nhân gây phân tán thời gian Hình 1.8. Phân tán thời gian Bằng việc sử dụng bộ phận cân bằng equalizer, cho phép có thể kiểm soát được số khoảng phân tán thời gian nhưng không phải tất cả. Nó cho GVHD: Nguyễn Văn Thắng 9 Báo cáo thực tập Sv: Hà Mạnh Hiệp phép sự phản xạ trễ trong khoảng thời gian 4bit tức là 14,9(µs) tương ứng trong khoảng 4,5km. Tuy nhiên, trên thực tế sự phản xạ gây trễ nhiều hơn và chúng ta không thể biết chắc được khả năng kiểm soát của Equalizer. Nếu sự phản xạ nằm ngoài khả năng kiểm soát của equalizer (tức rễ >15 µs) thì hệ thống sẽ rối loạn như bị nhiễu. Khi đó người ta sử dụng thuật toán vitebi để giảm nhẹ các khả năng không thể cho equalizer tăng thời gian sử lý và độ chính sác cho hệ thống. Hệ thống GSM yêu cầu chỉ số C/I nhỏ nhất là 9 dB. Tổng các tia phản xạ mà bị trễ > 15µs sẽ phải có giá trị nhỏ nhất 9 dB thấp hơn tổng của thực hiện C và những phản xạ bị trễ. Đưa ra tỷ số C/R chú ý rằng: tín hiệu phản xạ được coi như một phần của tín hiệu carrier. C/R = 10log pd/pr - Pd: Công suất thực hiện nhận được từ đường trực tiếp - Pr: Công suất thực hiện nhận được từ đường gián tiếp, số này được định nghĩa là tỉ số giữa năng lượng trong cửa sổ equalizer C trên năng lượng ngoài cửa sổ equalizer R. Khuyến nghị cho GSM với C/R nhỏ nhất 9dB hoặc lớn hơn. Việc thiết kế hệ thống GSM phí chỉ ra được những trường hợp mà tỉ số C/R nhỏ hơn mức C/R ngưỡng. Khi có những kết quả phân tích về địa hình và vị trí trạm gốc và có thể thực hiện đánh giá về những rủi do phân tán thời gian. Qua đó những nhân tố sau đây sẽ được xem xét: - Dự đoán vùng phủ sóng các cell lân cận. - Vùng cell. - Khu vực cell có thể bị nhiễu (liền kề). - Vật thể có thể gây phản xạ. - Trễ thời gian. Để xác định được cơ sở của những vấn đề trên, ta cần phải biết hai điều: - Chênh lệch thời gian trực tiếp và gián tiếp. GVHD: Nguyễn Văn Thắng 10 [...]... vùng phủ sóng Hệ thống tái sử dụng tần số: GVHD: Nguyễn Văn Thắng 14 Báo cáo thực tập Hiệp Sv: Hà Mạnh Hình 2.3 .Hệ thống tái sử dụng tần số - Với D: Là khoảng cách gần nhất giữa các cell đồng kênh - R: Bán kính của một cell - N: Số cell trong một cluster D = ( i2+ ij + j2)1/2 (2) - Q nhỏ: Dung lượng tăng (N giảm) - Q lớn: Chất lượng truyền dẫn vô tuyến tốt hơn Có ba kiểu mẫu sử dụng lại tần số phổ biến... 2.7.Mẫu tái sử dụng tần số 7/21 2.7 Nhận xét: Khi số nhóm tần số tăng N/21, N/12, N/9, nghĩa là số tần số có thể dùng cho một đài trạm tăng thì khoảng cách giũă các đài đồng kênh D sẽ giảm 7,9R; 6R; 5,2R Điều này đồng nghĩa với nhiễu trong hệ thống cũng sẽ tăng lên Với số nhóm tần số tăng thì số thuê bao được phục vụ cũng sẽ tăng lên là: 248; 664 và 883 Như vậy, việc lựa chọn mẫu sử dụng lại tần số phải... nữa, sử dụng mẫu này cũng đảm bảo các cell sử dụng các sóng mang giống nhau được phân cách nhau bởi khoảng các tái sử dụng Trong phần trước, chúng ta đã biết rằng cụm 12 cell có tỉ số C/I khoảng 12dB, đây là tỉ số thích hợp đối với hệ thống GSM và như vậy việc sử dụng kỳ vọng vào tần số, điều khiển công suất động, truyền dẫn gián đoạn thực chất là không cần thiết Dù sao mẫu 4/12 cũng cho dung lượng, ... 2: SỬ DỤNG TẦN SỐ TRONG GSM Việc sử dụng tần số của hệ thống GSM, ta cần quan tâm đến 3 thông số: 2.1.Tỷ số C/I Tỷ số này đánh giá được nhiễu đồng kênh, nhiễu do tín hiệu không mong muốn có cùng tần số với tín hiệu thu mong muốn C/I = 10log(Pc/Pi) (dB) Trong đó: - Pc: Công suất của tín hiệu thu mong muốn - Pi: Công suất nhiễu thu được Trong GSM, cho phép GSM nhỏ nhất là 12dB 2.2 Tỷ số C/R C/R được tính. .. B2 C1 C1 B3 A3 A3 A2 B1 A2 B1 A3 C3 A1 C2 C3 B3 C1 A1 B2 A2 A3 C2 Hình 2.5 Mẫu tái sử dụng tần số 3/9 2.5 Mẫu 4/12 Mẫu sử dụng lại tần số 4/12 có nghĩa là các tần số sử dụng được chia thành 12 nhóm tần số ấn định trong 4 vị trí trạm gốc Khoảng cách giữa các trạm đồng kênh khi đó D=6R Các tần số ở mẫu 4/12 Ấn định tần số A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 A3 B3 C3 D3 BCCH 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 TCH1... Để tăng số thuê bao sử dụng, cần sử dụng hiệu quả tần số vô tuyến cho phép, người ta đưa ra rất nhiều phương pháp, trong đó phương pháp sử dụng lại tần số được sử dụng lại hiệu quả nhất Hình 2.2 Trong mạng GSM, mỗi cell có một trạm BTS, được cấp phát một nhóm tần số vô tuyến, và không trùng với các BTS liền kề Một cụm cluster có kích thước N cell được lặp lại tại các vị trí địa lý khác nhau trong toàn... 15.6 22.2 24.9 28.0 33.6 Khoảng cách tái sử dụng tần số D (D-R) ● ● P Hình 2.4 Sơ đồ tính C/I 2.4 Mẫu 3/9 Mẫu tái sử dụng lại tần số 3/9 có nghĩa các tần số sử dụng được chia thành 9 nhóm tần định trong 3 vị trí trạm gốc Mẫu này có khoảng cách giữa các đài đồng kênh là D = 5.2R Các tần số ở mẫu 3/9 GVHD: Nguyễn Văn Thắng 16 Báo cáo thực tập Hiệp Ấn định tần số A1 B1 C1 1 2 3 10 11 12 19 20 21 28 29... vị trí hiện tại đang được sử dụng không cần phải chỉnh lại anten Điều này làm tăng gấp 4 lần việc sử dụng lại tần số và dung lượng hệ thống Bây giờ ta hãy xem một ví dụ để thấy được sự tăng dung lượng khi thu hẹp kích thước cell Giả thiết rằng hệ thống có 24 tần số và chúng ta bắt đầu từ một cụm 7 cell có bán kích cực đại 14km Sau đó, chúng ta thực hiện giai đoạn 1 tách 3 và 1 tách 4 Cũng giả thiết... lượng thấp +, Dung lượng và tỷ số C/I: Với tổng số kênh mà tài nguyên hệ thống cho phép là M kênh, nếu chia đều cho N nhóm kênh thì ta sẽ có số kênh trong một nhóm kênh hay một cell là M/N Từ đây ta sẽ tính toán được dung lượng phục vụ ứng với cấp độ phục vụ GOS nhất định qua bảng Erlang Như nhận xét ở trên, số nhóm tần số càng nhỏ thì số lượng kênh trên một nhóm càng lớn và số thuê bao có thể được... mới Những vị trí mới phải được thiết lập Hiệu quả chung sẽ làm việc tái sử dụng tần số sẽ tăng gấp 3 lần và do đó lưu lượng trong khu vực này cũng tăng gấp 3 lần Lợi ích rõ ràng là chia 3 liên tục đã làm tăng số lượng siter Công việc này còn có thể được gọi là chia 1 thành 3 cell con vì số lượng cell và số lần sử dụng lại tần số của mạng sẽ lên nhờ có thêm vị trí mới GVHD: Nguyễn Văn Thắng 24 Báo cáo . dụng tần số và tính toán dung lượng trong hệ thống GSM. Nội dung báo cáo được chia làm hai phần: Phần 1: Lý Thuyết Truyền sóng, sử dụng tần số và tính toán dung lượng trong hệ thống GSM. Phần. phổ tần cho hệ thống GSM sơ cấp được thống nhất năm 1979. Qua vài thập kỷ, hệ thống GSM được phát triển thành hệ thống số sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số FDMA. Việc sử dụng. TẦN SỐ TRONG GSM Việc sử dụng tần số của hệ thống GSM, ta cần quan tâm đến 3 thông số: 2.1.Tỷ số C/I Tỷ số này đánh giá được nhiễu đồng kênh, nhiễu do tín hiệu không mong muốn có cùng tần số