Khái niệm di động - Giới thiệu

Tiềm năng to lớn của điện thoại thông thường không thể được khai thác tối đa do giới hạn của dây kết nối. Nhưng hạn chế này đã được loại bỏ với sự ra đời của radio di động.

Vấn đề khan hiếm tần số

Nếu chúng tôi sử dụng vòng lặp RF chuyên dụng cho mọi thuê bao, chúng tôi cần băng thông lớn hơn để phục vụ ngay cả một số lượng nhỏ các subc trong một thành phố.

Thí dụ

Một vòng lặp RF đơn yêu cầu 50 kHz B / W; thì đối với một vạn thuê bao, chúng ta cần 1,00,000 x 50 kHz = 5 GHz.

Để khắc phục vấn đề B / W này, người đăng ký phải chia sẻ các kênh RF trên cơ sở cần thiết, thay vì các vòng RF chuyên dụng. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng nhiều phương pháp truy cập FDMA, TDMA hoặc CDMA. Ngay cả khi đó, số lượng kênh RF cần thiết để phục vụ người đăng ký, vẫn không thể thực hiện được.

Thí dụ

Xem xét mật độ người đăng ký là 30Sq.Km., Hạng dịch vụ là 1%, Lưu lượng truy cập được cung cấp trên mỗi thiết bị phụ di động là 30m E. Khi đó, số lượng kênh RF cần thiết là:

Bán kính (km)	Diện tích tính bằng Sq.km	Đăng ký	Kênh RF
1	3,14	100	số 8
3	28.03	900	38
10	314	10000	360

Để có 10.000 đăng ký phân bổ 360 kênh radio, chúng tôi cần B / Wof 360 × 50 KHz = 18 MHz. Điều này thực tế là không khả thi.

Phương pháp tiếp cận di động

Với tài nguyên tần số hạn chế, nguyên tắc di động có thể phục vụ hàng nghìn thuê bao với chi phí hợp lý. Trong mạng di động, tổng diện tích được chia thành các vùng nhỏ hơn được gọi là "ô". Mỗi ô có thể bao phủ một số lượng thuê bao di động giới hạn trong ranh giới của nó. Mỗi ô có thể có một trạm gốc với một số kênh RF.

Các tần số được sử dụng trong một vùng ô nhất định sẽ được sử dụng lại đồng thời tại một ô khác được phân tách về mặt địa lý. Ví dụ, có thể xem xét một mẫu bảy ô điển hình.

Tổng tài nguyên tần số có sẵn được chia thành bảy phần, mỗi phần bao gồm một số kênh vô tuyến và được phân bổ cho một trang web tế bào. Trong một nhóm gồm 7 ô, phổ tần số có sẵn được sử dụng hoàn toàn. Bảy bộ tần số giống nhau có thể được sử dụng sau một khoảng cách nhất định.

Nhóm các tế bào mà phổ tần số có sẵn được sử dụng hoàn toàn được gọi là một cụm tế bào.

Hai ô có cùng số trong cụm liền kề, sử dụng cùng một tập hợp các kênh RF và do đó được gọi là “Ô đồng kênh”. Khoảng cách giữa các ô sử dụng cùng tần số phải đủ để giữ nhiễu đồng kênh (co-chl) ở mức có thể chấp nhận được. Do đó, các hệ thống di động bị hạn chế bởi nhiễu đồng kênh.

Do đó, một nguyên tắc tế bào cho phép những điều sau đây.

Sử dụng hiệu quả hơn nguồn RF giới hạn có sẵn.
Sản xuất mọi thiết bị đầu cuối của thuê bao trong một khu vực với cùng một bộ kênh để mọi thiết bị di động có thể được sử dụng ở mọi nơi trong khu vực.

Hình dạng của tế bào

Đối với mục đích phân tích, ô “Lục giác” được ưa thích hơn các hình dạng khác trên giấy vì những lý do sau.

Bố cục hình lục giác yêu cầu ít ô hơn để bao phủ một khu vực nhất định. Do đó, nó dự kiến ít trạm gốc hơn và đầu tư vốn tối thiểu.
Các hình dạng hình học khác không thể làm điều này một cách hiệu quả. Ví dụ, nếu có các ô hình tròn, thì sẽ có các ô chồng lên nhau.
Cũng đối với một khu vực nhất định, giữa hình vuông, hình tam giác và hình lục giác, bán kính của một hình lục giác sẽ là bán kính lớn nhất cần thiết cho điện thoại di động yếu hơn.

Trong thực tế, các ô không phải là hình lục giác mà có hình dạng bất thường, được xác định bởi các yếu tố như sự lan truyền của sóng vô tuyến qua địa hình, chướng ngại vật và các ràng buộc địa lý khác. Các chương trình máy tính phức tạp được yêu cầu để chia một khu vực thành các ô. Một trong những chương trình như vậy là “Tornado” của Siemens.

Môi trường hoạt động

Do tính di động, tín hiệu vô tuyến giữa trạm gốc và thiết bị đầu cuối di động trải qua nhiều thay đổi khi chúng đi từ máy phát sang máy thu, ngay cả trong cùng một ô. Những thay đổi này là do -

Sự tách biệt vật lý của máy phát và máy thu.
Môi trường vật lý của đường đi tức là địa hình, tòa nhà và các chướng ngại vật khác.

Fading chậm

Trong điều kiện không gian trống (hoặc) LOS, hằng số truyền tín hiệu RF được coi là hai tức là r = 2. Điều này có thể áp dụng cho các hệ thống vô tuyến tĩnh.
Trong môi trường di động, những biến thể này là đáng kể và thông thường 'r' được coi là 3 đến 4.

Rayleigh Fading

Không đảm bảo đường ngắm trực tiếp trong môi trường di động, giữa trạm gốc và thiết bị di động và tín hiệu nhận được tại máy thu là tổng số tín hiệu đạt được qua các đường khác nhau (đa đường). Sự lan truyền đa đường của sóng RF là do sự phản xạ của năng lượng RF từ một ngọn đồi, tòa nhà, xe tải hoặc máy bay hàng không, v.v.; năng lượng phản xạ cũng trải qua một sự thay đổi pha.

Nếu có 180 điểm lệch pha với các tín hiệu đường dẫn trực tiếp, chúng có xu hướng triệt tiêu lẫn nhau. Vì vậy, các tín hiệu đa đường có xu hướng giảm cường độ tín hiệu. Tùy thuộc vào vị trí của máy phát và máy thu và các chướng ngại vật phản xạ khác nhau dọc theo chiều dài đường dẫn, tín hiệu dao động. Sự dao động xảy ra nhanh chóng và nó được gọi là "Rayleigh mờ dần".

Ngoài ra, sự lan truyền đa đường dẫn đến “mở rộng xung” và “Giao thoa biểu tượng”.

Hiệu ứng Doppler

Do tính di động của thuê bao, sự thay đổi xảy ra trong tần số của tín hiệu RF nhận được. Hệ thống di động di động sử dụng các kỹ thuật sau để chống lại những vấn đề này.

Mã hóa kênh
Interleaving
Equalization
Máy thu tiền
Nhảy tần chậm
Đa dạng ăng-ten

Nhiễu đồng kênh và tách tế bào

Chúng tôi giả định một hệ thống di động có bán kính ô “R” và khoảng cách đồng kênh “D” và kích thước cụm “N”. Vì kích thước ô là cố định, nhiễu đồng kênh sẽ không phụ thuộc vào nguồn điện.

Giao thoa co-chl là một hàm của “q” = D / R.

Q = Hệ số giảm nhiễu Co-chl.

Giá trị cao hơn của “q” có nghĩa là ít nhiễu hơn.

Giá trị thấp hơn của “q” có nghĩa là nhiễu cao.

“Q” cũng liên quan đến kích thước cụm (N) là q = 3N

q = 3N = D / R

Với các giá trị khác nhau của N, q là -

N = 1 3 4 7 9 12
Q = 1.73 3 3.46 4.58 5.20 6.00

Giá trị cao hơn của “q”

Giảm nhiễu đồng kênh,
Dẫn đến giá trị cao hơn của “N” nhiều ô / cụm hơn,
Số lượng kênh / ô ít hơn,
Khả năng xử lý lưu lượng ít hơn.

Giá trị thấp hơn của “q”

Tăng nhiễu đồng kênh,
Dẫn đến giá trị thấp hơn của “n” ít ô / cụm hơn,
Nhiều kênh / ô,
Nhiều khả năng xử lý lưu lượng hơn.

Nói chung, N = 4, 7, 12.

C / I Tính toán và 'q'

Giá trị của “q” cũng phụ thuộc vào C / I. “C” là công suất sóng mang nhận được từ máy phát mong muốn và “I” là nhiễu đồng kênh nhận được từ tất cả các ô gây nhiễu. Đối với kiểu sử dụng lại bảy ô, số ô gây nhiễu đồng kênh phải là sáu ô.

I = m2b ∑ Mz1 I _m

Suy hao tín hiệu tỷ lệ với (khoảng cách) –r

R - Hằng số lan truyền.

c α R-r

R = Bán kính của ô.

I α 6 D-r

D = Khoảng cách tách đồng kênh

C / I = R - r / 6D –r = 1/6 × Dr / Rr = 1/6 (D / R) r

C / I = 1/6 qr vì q = D / R và qr = 6 C / I

Q = [6 × C / I] 1 / r

Dựa trên chất lượng giọng nói chấp nhận được, giá trị của C / I đã được tìm thấy là bằng 18 dB.

Giả định,

Mô hình sử dụng lại bảy ô
Ăng ten định hướng đa hướng

Giá trị của 'q' thường có thể là khoảng 4,6.

Giá trị r được lấy là 3.

Đây là điều kiện lý tưởng, coi khoảng cách của các đơn vị di động từ các ô giao thoa là đồng đều bằng 'D' trong mọi trường hợp. Nhưng thực tế di chuyển di động và khoảng cách 'D' giảm xuống thành 'D-R' khi nó đến ranh giới của ô và C / I giảm xuống 14,47 dB.

Do đó, kiểu sử dụng lại 'freq' 7 không đáp ứng tiêu chí C / I với ăng ten đa hướng.

Nếu N = 9 (hoặc) 12,

N = 9 q = 5,2 C / I = 19,78 dB

N = 12 q = 6,0 C / I = 22,54 dB

Do đó, mẫu 9 hoặc 12 ô sẽ có ăng ten đa hướng, nhưng khả năng xử lý lưu lượng bị giảm. Do đó chúng không được ưa thích.

Để sử dụng N = 7 (hoặc thấp hơn), các ăng ten định hướng được sử dụng trong mọi vị trí ô. Một ô có 3 cung rất phổ biến và sẽ giống như hình bên dưới.

Hiện tượng ghép phông - ngược của ăng-ten làm giảm số lượng nhiễu tiềm năng.

Ví dụ nếu N = 7.

Với ăng ten định hướng đa hướng, số lượng ô gây nhiễu sẽ là sáu. Với ăng ten định hướng & 3 cung giống nhau được giảm xuống còn hai. Đối với N = 7 và ba cung, C / I cải thiện từ 14,47 dB đến 24,5 dB ngay cả trong điều kiện xấu nhất. Khi đó C / I đáp ứng yêu cầu 18dB. Đối với N = 7 và sáu cung, C / I cải thiện thành 29 dB.

Đối với các ứng dụng Đô thị, N = 4 và một ô ba cung được sử dụng để số lượng sóng mang trên mỗi ô thu được nhiều hơn N = 7. Ngoài ra C / I trở thành 20 dB trong trường hợp xấu nhất.

DAMPS Sử dụng mẫu ô 7/21

GSM Sử dụng mẫu ô 4/21

Ưu điểm của sectoring

Giảm nhiễu đồng kênh
Tăng dung lượng hệ thống

Nhược điểm của sectoring

Số lượng lớn các ăng-ten ở trạm gốc.
Việc tăng số lượng khu vực / ô làm giảm hiệu quả trung kế
Sectoring làm giảm vùng phủ sóng đối với một nhóm kênh cụ thể.
Số lượng 'Hand off' tăng lên.

Ra tay

Khi đơn vị di động di chuyển dọc theo một con đường, nó sẽ băng qua các ô khác nhau. Mỗi khi nó xâm nhập vào một ô khác nhau được liên kết với f = tần số khác nhau, thì việc điều khiển thiết bị di động sẽ do trạm gốc khác đảm nhận. Điều này được gọi là 'Hand off'.

Bỏ cuộc được quyết định dựa trên -

Đã nhận được thông tin cường độ tín hiệu nếu nó dưới giá trị ngưỡng.
Tỷ số sóng mang trên nhiễu nhỏ hơn 18 dB.

Nhiễu kênh lân cận

Một ô / khu vực nhất định sử dụng một số kênh RF. Do các bộ lọc máy thu không hoàn hảo, cho phép các tần số lân cận bị rò rỉ vào băng tần, nên hiện tượng nhiễu kênh lân cận xảy ra.

Nó có thể được giảm bớt bằng cách giữ khoảng cách tần số giữa mỗi kênh RF trong một ô nhất định càng lớn càng tốt. Khi hệ số tái sử dụng nhỏ, sự phân tách này có thể không đủ.

Việc tách kênh, bằng cách chọn các tần số RF, cách nhau hơn 6 kênh, là đủ để giữ cho các nhiễu kênh lân cận trong giới hạn.

Ví dụ, trong GSM tuân theo mẫu 4/12, N = 4

Sectors = 3 / cell

IA sẽ sử dụng RF Carr. 1, 13, 25, ……… ..

IB sẽ sử dụng RF Carr 5, 17, 29, …………

IC sẽ sử dụng RF Carr. 9, 21, 33, ……… .. và như vậy.

Trunking

Bộ đàm di động dựa vào trung kế để đáp ứng một số lượng lớn người dùng trong một phổ vô tuyến giới hạn. Mỗi người dùng được phân bổ một kênh theo nhu cầu / trên cơ sở cuộc gọi và khi kết thúc ô, kênh đó được trả về nhóm kênh RF chung.

Hạng dịch vụ (GOS)

Do có trung kế, có khả năng cuộc gọi bị chặn nếu tất cả các kênh RF đều được sử dụng. Đây được gọi là 'Hạng Dịch vụ' "GOS".

Nhà thiết kế di động ước tính dung lượng yêu cầu tối đa và phân bổ số lượng kênh RF thích hợp, để đáp ứng GOS. Đối với những tính toán này, bảng 'ERLANG B' được sử dụng.

Tách ô

Khi số lượng người dùng đạt đến mức bão hòa trong ô khởi động (thiết kế ban đầu) và không còn tần suất dự phòng nữa, thì ô khởi động được chia nhỏ, thường thành bốn ô nhỏ hơn và lưu lượng truy cập tăng thêm bốn và số lượng người đăng ký nhiều hơn có thể được phục vụ.

Sau khi tách 'n', lưu lượng truy cập sẽ -

T2 = T0 × 42

Sức mạnh sẽ bị giảm -

P2 = P0 - n × 12 db

Do đó việc tách tế bào sẽ cải thiện dung lượng và giảm công suất truyền tải.