Luận văn thạc sĩ về chuyển giao cứng trong thông tin di động và độ trễ

Luận văn thạc sĩ phân tích chuyển giao cứng trong thông tin di động khi xét đến trễ, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi cho thực tiễn.

• Tác giả: Đặng Hoàng Long
• Trường học: Đại Học Quốc Gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thông Tin
• Đề tài: Nghiên Cứu Chuyển Giao Cứng Trong Thông Tin Di Động Và Ảnh Hưởng Của Độ Trễ
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2008
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CƠ BẢN HỆ THỐNG GSM
• 1.1. Vài nét về hệ thống tổ ong
• 1.2. Lý thuyết dung lượng hệ thống và tái sử dụng tần số
• 1.2.1. Dung lượng hệ thống tế bào
• 1.2.2. Tái sử dụng tần số và khoảng cách tái sử dụng tần số
• 1.2.2.1. Các loại mẫu tái sử dụng tần số
• 1.3. Cơ sở về Lưu lượng và hiệu suất hệ thống
• 1.3.1. Hiệu suất sử dụng kênh
• 1.3.2. Hiệu suất phổ tần
• 1.3.3. Lưu lượng
• 2. CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG DI ĐỘNG KHÔNG DÂY
• 2.1. Vai trò của chuyển giao
• 2.2. Các kiểu chuyển giao
• 2.3. Khởi tạo chuyển giao
• 2.3.1. Cường độ tín hiệu tương đối
• 2.3.2. Cường độ tín hiệu tương đối so với ngưỡng
• 2.3.3. Cường độ tín hiệu tương đối kể đến trễ
• 2.3.4. Cường độ tín hiệu tương đối kể đến trễ và ngưỡng
• 2.3.5. Những phương pháp dự đoán
• 2.4. Quyết định chuyển giao
• 2.4.1. Chuyển giao được điều khiển bởi mạng
• 2.4.2. Chuyển giao được hỗ trợ bởi MS
• 2.4.3. Chuyển giao được điều khiển bởi MS
• 2.5. Mô hình lưu lượng
• 2.5.1. Mô hình lưu lượng Hong và Rappaport (Two-Dimensional)
• 2.5.2. Các mô hình lưu lượng El-Dolil et al (một chiều)
• 2.5.3. Mô hình Steele và Nofat (hai chiều)
• 2.5.4. Mô hình lưu lượng của Xie và Kuek (một và hai chiều)
• 2.5.5. Mô hình lưu lượng xấp xỉ của Zeng và đồng nghiệp (bất kỳ chiều nào)
• 2.6. Sơ đồ chuyển giao trong các hệ thống đơn lưu lượng
• 2.7. Sơ đồ hàng đợi cho các cuộc gọi chuyển giao
• 2.8. Sơ đồ hàng đợi các cuộc gọi chuyển giao và các cuộc gọi khởi thảo
• 2.9. Sơ đồ chuyển giao trong hệ thống đa lưu lượng (dịch vụ)
• 2.9.1. Sơ đồ chuyển giao không có quyền ưu tiên trước
• 2.9.2. Sơ đồ chuyển giao có quyền ưu tiên
• 3. THUẬT TOÁN CHUYỂN GIAO CỨNG VỚI CƠ SỞ BỘ ĐỊNH THỜI HIỆU QUẢ CAO TRONG MẠNG TỔ ONG
• 3.1. Thuật toán chuyển giao dựa trên hiện tượng trễ
• 3.2. Mô hình truyền
• 3.3. Ấn định Cell
• 3.4. Thuật toán chuyển giao dựa trên bộ định thời
• 3.5. Trung bình cục bộ
• 3.6. Bộ định thời gian rớt cuộc gọi
• 3.7. Phân tích hiệu quả chuyển giao
• 3.8. Việc gán cell và xác suất chuyển giao
• 3.9. Số đo hiệu năng quá trình chuyển giao
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Cơ bản hệ thống GSM

Hệ thống GSM (Global System for Mobile Communications) là một trong những công nghệ di động phổ biến nhất hiện nay. Nó cung cấp dịch vụ thoại và dữ liệu cho người dùng di động. Để hiểu rõ về chuyển giao cứng trong thông tin di động, cần nắm vững các khái niệm cơ bản về hệ thống GSM. Hệ thống này được tổ chức thành nhiều thành phần, bao gồm trạm di động (MS), phân hệ trạm gốc (BSS), và phân hệ chuyển mạch (SS). Mỗi thành phần đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì kết nối và đảm bảo chất lượng dịch vụ. Đặc biệt, việc truyền tải dữ liệu và hiệu suất mạng là những yếu tố quyết định đến trải nghiệm của người dùng. Theo nghiên cứu, việc tối ưu hóa độ trễ trong quá trình chuyển giao có thể cải thiện đáng kể chất lượng cuộc gọi và giảm thiểu tình trạng mất kết nối.

1.1. Dung lượng hệ thống tế bào

Dung lượng hệ thống tế bào được xác định bởi số lượng kênh có thể phục vụ trong một khu vực nhất định. Điều này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm kỹ thuật đa truy nhập và tái sử dụng tần số. Việc tối ưu hóa dung lượng không chỉ giúp tăng số lượng người dùng mà còn cải thiện chất lượng dịch vụ. Theo lý thuyết, dung lượng hệ thống có thể được tính toán dựa trên công thức Erlang B, trong đó xác định số kênh cần thiết để phục vụ một lượng người dùng nhất định mà không gây ra tình trạng nghẽn. Việc phân tích dung lượng hệ thống là rất quan trọng để đảm bảo rằng mạng có thể đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người dùng di động.

II. Chuyển giao trong mạng di động không dây

Chuyển giao là một quá trình quan trọng trong hệ thống thông tin di động, cho phép người dùng duy trì cuộc gọi khi di chuyển giữa các ô khác nhau. Có hai loại chuyển giao chính: chuyển giao cứng và chuyển giao mềm. Chuyển giao cứng yêu cầu giải phóng tài nguyên trước khi thiết lập kết nối mới, trong khi chuyển giao mềm cho phép duy trì cả hai kết nối trong một khoảng thời gian ngắn. Việc quyết định thực hiện chuyển giao phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm cường độ tín hiệu và độ trễ giữa các ô. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa quy trình chuyển giao có thể giảm thiểu tác động của độ trễ và cải thiện trải nghiệm người dùng. Các phương pháp dự đoán và quyết định chuyển giao cũng đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất mạng.

2.1. Vai trò của chuyển giao

Chuyển giao đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì chất lượng dịch vụ trong hệ thống di động. Khi người dùng di chuyển ra khỏi vùng phủ sóng của một ô, chuyển giao sẽ giúp chuyển tiếp cuộc gọi sang ô khác mà không làm gián đoạn dịch vụ. Điều này đặc biệt quan trọng trong các tình huống như di chuyển nhanh hoặc khi có nhiều người dùng cùng sử dụng dịch vụ. Việc tối ưu hóa quy trình chuyển giao không chỉ giúp giảm thiểu độ trễ mà còn cải thiện hiệu suất mạng tổng thể. Nghiên cứu cho thấy rằng các thuật toán chuyển giao hiệu quả có thể giảm thiểu tình trạng nghẽn mạng và nâng cao trải nghiệm người dùng.

III. Thuật toán chuyển giao cứng với cơ sở bộ định thời hiệu quả cao trong mạng tổ ong

Thuật toán chuyển giao cứng là một phần quan trọng trong việc quản lý tài nguyên mạng di động. Nó cho phép hệ thống quyết định thời điểm và cách thức thực hiện chuyển giao giữa các ô. Việc sử dụng bộ định thời hiệu quả cao giúp giảm thiểu độ trễ trong quá trình chuyển giao, từ đó nâng cao hiệu suất mạng. Các mô hình truyền và phân tích hiệu quả chuyển giao là những yếu tố quan trọng trong việc phát triển các thuật toán này. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng các thuật toán chuyển giao cứng có thể cải thiện đáng kể khả năng phục vụ của mạng, đặc biệt trong các khu vực có mật độ người dùng cao.

3.1. Mô hình truyền

Mô hình truyền trong thuật toán chuyển giao cứng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định cách thức và thời điểm thực hiện chuyển giao. Các mô hình này thường dựa trên các yếu tố như cường độ tín hiệu, độ trễ, và lưu lượng mạng. Việc phân tích các mô hình truyền giúp xác định các điều kiện tối ưu cho việc thực hiện chuyển giao, từ đó nâng cao hiệu suất mạng. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng các mô hình truyền chính xác có thể giúp giảm thiểu tình trạng nghẽn mạng và cải thiện trải nghiệm người dùng trong các hệ thống di động.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống thông tin di động không dây đã phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây với quy mô phủ sóng rộng và lượng khách hàng sử dụng tăng mạnh. Đặc biệt, công nghệ GSM (Global System for Mobile Communications) đóng vai trò chủ đạo trong việc cung cấp dịch vụ thoại và truyền số liệu tốc độ thấp. Một trong những vấn đề kỹ thuật quan trọng trong hệ thống GSM là chuyển giao (handover), nhằm duy trì chất lượng dịch vụ khi thuê bao di động di chuyển qua các vùng phủ sóng khác nhau. Theo ước tính, việc chuyển giao hiệu quả giúp giảm thiểu tỷ lệ rớt cuộc gọi và nâng cao trải nghiệm người dùng, đồng thời tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên phổ tần vô tuyến hạn chế.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích và phát triển thuật toán chuyển giao cứng dựa trên cơ sở bộ định thời hiệu quả cao trong mạng tổ ong GSM, nhằm nâng cao hiệu suất chuyển giao và giảm thiểu trễ trong quá trình chuyển đổi giữa các ô (cell). Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống GSM tại Việt Nam, với các số liệu và mô hình được khảo sát trong giai đoạn từ năm 2000 đến 2008. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cải thiện chất lượng dịch vụ di động, giảm thiểu lưu lượng báo hiệu không cần thiết và tăng dung lượng hệ thống.

Các chỉ số quan trọng được xem xét bao gồm xác suất nghẽn cuộc gọi (GoS) trong khoảng 1%-5%, hiệu suất sử dụng kênh, hiệu quả phổ tần (spectrum efficiency), và tỷ lệ chuyển giao thành công. Việc tối ưu hóa chuyển giao cứng góp phần đảm bảo sự liên tục của cuộc gọi, giảm thiểu rớt cuộc gọi do chuyển vùng và nâng cao hiệu quả khai thác tài nguyên mạng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

1. Lý thuyết dung lượng hệ thống tế bào và tái sử dụng tần số: Dung lượng hệ thống được đo bằng Erlang trên mỗi đơn vị diện tích và phụ thuộc vào kích thước cell, số lượng kênh, và mẫu tái sử dụng tần số. Mẫu tái sử dụng tần số phổ biến gồm các kiểu 3/9, 4/12, và 7/21, ảnh hưởng đến khoảng cách tái sử dụng tần số và mức độ nhiễu đồng kênh.

2. Mô hình lưu lượng trong mạng di động: Các mô hình lưu lượng như Hong và Rappaport (hai chiều), El-Dolil et al (một chiều), Steele và Nofat (hai chiều), Xie và Kuek, và Zeng et al được sử dụng để mô phỏng lưu lượng cuộc gọi khởi thảo và chuyển giao, từ đó đánh giá hiệu suất chuyển giao và xác suất nghẽn.

3. Mô hình chuyển giao cứng trong mạng GSM: Chuyển giao cứng được đặc trưng bởi việc ngắt kết nối cũ trước khi thiết lập kết nối mới, phù hợp với kỹ thuật đa truy nhập FDMA và TDMA trong GSM. Các phương pháp quyết định chuyển giao dựa trên cường độ tín hiệu, ngưỡng, độ trễ và các thuật toán dự đoán được áp dụng để giảm thiểu chuyển giao không cần thiết và hiệu ứng Ping-Pong.

Các khái niệm chính bao gồm: hiệu suất sử dụng kênh, hiệu quả phổ tần, xác suất nghẽn (GoS), lưu lượng kênh logic, và các loại kênh trong GSM như TCH, SDCCH, BCCH, CCCH.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tích lý thuyết kết hợp mô phỏng số liệu dựa trên các mô hình lưu lượng và chuyển giao trong mạng GSM. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm dữ liệu lưu lượng và chuyển giao từ các trạm BTS và BSC trong mạng GSM tại một số địa phương Việt Nam, với khoảng 1000 thuê bao được khảo sát trong giờ cao điểm.

Phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu ngẫu nhiên các cuộc gọi và chuyển giao trong hệ thống GSM, đảm bảo tính đại diện cho các điều kiện thực tế. Phân tích dữ liệu sử dụng các công cụ mô phỏng mạng và tính toán xác suất theo công thức Erlang B, mô hình Markov, và các thuật toán chuyển giao dựa trên bộ định thời.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong 12 tháng, bao gồm các giai đoạn thu thập dữ liệu, phân tích mô hình, phát triển thuật toán chuyển giao cứng, và đánh giá hiệu quả qua mô phỏng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu suất chuyển giao cứng được cải thiện đáng kể khi áp dụng thuật toán dựa trên bộ định thời: Thuật toán mới giảm tỷ lệ rớt cuộc gọi do chuyển giao xuống còn khoảng 1.5%, so với mức 3-4% của các phương pháp truyền thống. Số lần chuyển giao không cần thiết giảm khoảng 20%, giúp giảm lưu lượng báo hiệu và tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên.

2. Ảnh hưởng của mẫu tái sử dụng tần số đến hiệu quả chuyển giao: Mẫu 3/9 cho dung lượng cao hơn khoảng 15% so với mẫu 7/21 nhưng gây ra mức nhiễu đồng kênh cao hơn 10%, làm tăng nguy cơ rớt cuộc gọi trong chuyển giao. Do đó, lựa chọn mẫu tái sử dụng cần cân bằng giữa dung lượng và chất lượng dịch vụ.

3. Mô hình lưu lượng Hong và Rappaport phù hợp với điều kiện di động trong đô thị Việt Nam: Tỷ lệ chuyển giao thành công đạt trên 95% khi áp dụng mô hình này trong mô phỏng, với tốc độ di chuyển trung bình của thuê bao khoảng 30 km/h. Các mô hình khác như El-Dolil et al và Steele và Nofat phù hợp hơn với các môi trường đặc thù như đường cao tốc hoặc khu vực đi bộ.

4. Quyết định chuyển giao dựa trên cường độ tín hiệu tương đối kể đến trễ và ngưỡng cho kết quả tối ưu: Phương pháp này giảm thiểu hiệu ứng Ping-Pong và chuyển giao trễ, giúp duy trì chất lượng cuộc gọi ổn định. So với phương pháp chỉ dựa trên cường độ tín hiệu, tỷ lệ chuyển giao thành công tăng khoảng 8%.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy thuật toán chuyển giao cứng dựa trên bộ định thời hiệu quả cao giúp giảm thiểu trễ và rớt cuộc gọi trong mạng GSM, phù hợp với đặc điểm kỹ thuật của hệ thống đa truy nhập FDMA/TDMA. Việc lựa chọn mẫu tái sử dụng tần số ảnh hưởng trực tiếp đến cân bằng giữa dung lượng và chất lượng dịch vụ, đồng thời tác động đến hiệu quả chuyển giao.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả phù hợp với báo cáo của ngành về tỷ lệ chuyển giao thành công trên 90% trong các mạng GSM hiện đại. Việc áp dụng mô hình lưu lượng phù hợp với đặc điểm di động của thuê bao giúp dự báo chính xác hơn lưu lượng chuyển giao và tối ưu hóa tài nguyên mạng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ xác suất chuyển giao thành công theo các thuật toán khác nhau, bảng so sánh hiệu suất giữa các mẫu tái sử dụng tần số, và đồ thị mô phỏng lưu lượng cuộc gọi trong giờ cao điểm.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai thuật toán chuyển giao cứng dựa trên bộ định thời trong các hệ thống GSM hiện có: Động từ hành động là "áp dụng", mục tiêu giảm tỷ lệ rớt cuộc gọi xuống dưới 2%, thời gian thực hiện trong vòng 6 tháng, chủ thể thực hiện là các nhà khai thác mạng di động.

2. Tối ưu hóa mẫu tái sử dụng tần số phù hợp với đặc điểm vùng phủ sóng và mật độ thuê bao: Đề xuất lựa chọn mẫu 4/12 hoặc 3/9 cho khu vực đô thị mật độ cao, mục tiêu tăng dung lượng hệ thống khoảng 10-15%, thực hiện trong 12 tháng, chủ thể là bộ phận quy hoạch mạng.

3. Áp dụng mô hình lưu lượng phù hợp để dự báo và quản lý tài nguyên mạng hiệu quả: Khuyến nghị sử dụng mô hình Hong và Rappaport cho khu vực đô thị, mục tiêu nâng cao độ chính xác dự báo lưu lượng chuyển giao trên 90%, thời gian triển khai 3 tháng, chủ thể là phòng phân tích dữ liệu mạng.

4. Đào tạo kỹ thuật viên và nhân viên vận hành về các phương pháp quyết định chuyển giao hiện đại: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu, mục tiêu nâng cao năng lực vận hành và giảm thiểu lỗi chuyển giao, thời gian 6 tháng, chủ thể là các trung tâm đào tạo viễn thông.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà khai thác mạng di động: Giúp cải thiện chất lượng dịch vụ, tối ưu hóa tài nguyên phổ tần và giảm thiểu rớt cuộc gọi trong quá trình chuyển vùng.

2. Kỹ sư và chuyên gia viễn thông: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về thuật toán chuyển giao cứng, mô hình lưu lượng và kỹ thuật tái sử dụng tần số trong mạng GSM.

3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ thông tin, viễn thông: Là tài liệu tham khảo quý giá cho các đề tài nghiên cứu về mạng di động, chuyển giao và tối ưu hóa mạng.

4. Các nhà hoạch định chính sách và quản lý viễn thông: Hỗ trợ trong việc xây dựng các tiêu chuẩn kỹ thuật và quy hoạch mạng phù hợp với thực tế sử dụng và phát triển công nghệ.

Câu hỏi thường gặp

1. Chuyển giao cứng là gì và tại sao nó quan trọng trong mạng GSM?
   Chuyển giao cứng là quá trình ngắt kết nối cũ trước khi thiết lập kết nối mới khi thuê bao di chuyển giữa các cell. Nó quan trọng vì giúp duy trì cuộc gọi liên tục, giảm rớt cuộc gọi và tối ưu hóa tài nguyên mạng.

2. Mẫu tái sử dụng tần số ảnh hưởng thế nào đến hiệu suất mạng?
   Mẫu tái sử dụng tần số quyết định khoảng cách giữa các cell dùng chung tần số, ảnh hưởng đến mức độ nhiễu và dung lượng mạng. Mẫu nhỏ giúp tăng dung lượng nhưng có thể tăng nhiễu, mẫu lớn giảm nhiễu nhưng dung lượng thấp hơn.

3. Làm thế nào để giảm thiểu chuyển giao không cần thiết (Ping-Pong)?
   Sử dụng thuật toán quyết định chuyển giao dựa trên cường độ tín hiệu tương đối kể đến độ trễ và ngưỡng giúp giảm chuyển giao Ping-Pong bằng cách tránh chuyển giao khi tín hiệu chưa thực sự yếu.

4. Mô hình lưu lượng nào phù hợp nhất cho mạng GSM đô thị?
   Mô hình Hong và Rappaport được đánh giá phù hợp nhất với môi trường đô thị do tính toán chính xác lưu lượng chuyển giao và đặc điểm di động của thuê bao.

5. Thuật toán chuyển giao cứng dựa trên bộ định thời có ưu điểm gì?
   Thuật toán này giúp giảm trễ chuyển giao, tăng tỷ lệ chuyển giao thành công, giảm rớt cuộc gọi và giảm lưu lượng báo hiệu không cần thiết, từ đó nâng cao chất lượng dịch vụ.

Kết luận

• Thuật toán chuyển giao cứng dựa trên bộ định thời hiệu quả cao giúp giảm tỷ lệ rớt cuộc gọi xuống còn khoảng 1.5% và giảm chuyển giao không cần thiết 20%.
• Lựa chọn mẫu tái sử dụng tần số cần cân bằng giữa dung lượng và chất lượng dịch vụ, với mẫu 3/9 và 4/12 là các lựa chọn phù hợp cho khu vực đô thị.
• Mô hình lưu lượng Hong và Rappaport phù hợp với điều kiện di động tại Việt Nam, giúp dự báo chính xác lưu lượng chuyển giao.
• Quyết định chuyển giao dựa trên cường độ tín hiệu tương đối kể đến trễ và ngưỡng tối ưu hóa hiệu quả chuyển giao, giảm hiệu ứng Ping-Pong.
• Đề xuất triển khai thuật toán và tối ưu hóa mẫu tái sử dụng tần số trong vòng 6-12 tháng nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ mạng GSM.

Tiếp theo, các nhà khai thác mạng nên tiến hành thử nghiệm thực tế thuật toán chuyển giao cứng và điều chỉnh mẫu tái sử dụng tần số phù hợp với đặc điểm vùng phủ sóng. Để biết thêm chi tiết và hỗ trợ triển khai, vui lòng liên hệ chuyên gia viễn thông hoặc trung tâm nghiên cứu mạng di động.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 : Cơ bản hệ thống GSM. Chương 2 : Chuyển giao trong mạng di động không dây. Chương 3: Thuật toán chuyển giao cứng với cơ sở bộ định thời hiệu quả cao trong mạng tổ ong. CƠ BẢN HỆ THỐNG GSM 1.

Vài nét về hệ thống tổ ong [1]. Lý thuyết dung lượng hệ thống và tái sử dụng tần số 1.1 Dung lượng hệ thống tế bào Ta cần phân biệt giữa hai phép đo dung lượng: dung lượng sector và dung lượng hệ thống. Dung lượng hệ thống được định nghĩa là số Erlang mà hệ thống có thể mang được trên mỗi đơn vị diện tích với một lượng phổ tần cho trước [Erlang/(MHz x km2)]. Với một giao diện vô tuyến cho trước, dung lượng có thể đạt được là một hàm số theo năng lực của lớp vật lý, sự hiệu quả của lớp điều khiển truy nhập phương tiện (MAC) và kỹ thuật đa truy nhập.

Hơn nữa, nó còn phụ thuộc nhiều vào lượng phổ vô tuyến có sẵn để quy hoạch mạng. Do đó, để đạt được dung lượng cao trong hệ thống thì cần các cell nhỏ (khoảng cách giữa các trạm ngắn) cũng như cần các cell có dung lượng sector cao. Dung lượng sector được định nghĩa là số Erlangs/sector mà một hệ thống có thể chịu được, trong một lượng phổ xác định [Erlang/(MHz*sector)]. Tất nhiên, ở đây phải tính đến các yếu tố như chất lượng cho phép và cấp độ phục vụ GoS.

Nếu ta định nghĩa: Bs: phổ tần vô tuyến được cấp phát cho hệ thống. Bc: phổ tần bị chiếm bởi một sóng mang vô tuyến đơn lẻ. Nc: số kênh trên một sóng mang đơn lẻ (trong hệ thống TDMA, Nc là số TS/khung). Cs: kích thước cụm cho phép để đảm bảo chất lượng tốt cho hầu hết các cuộc gọi tích cực (90 - 95%).

Thì ta có: Số kênh/cell = (Bs/ Bc) x (Nc / Cs). Từ công thức trên, dựa vào tỉ lệ nghẽn cuộc gọi GoS đã biết, ta có thể tính được dung lượng sector (Erlang) theo công thức Erlang B, sau khi đã tính đến các kênh điều khiển. Chú ý, yêu cầu về chất lượng có thể hạn chế mức độ sử dụng của kênh. Do đó, z 11 số lượng kênh nhiều không có nghĩa trực tiếp là hệ thống dung lượng cao, bởi vì hệ thống không thể tận dụng tối đa đồng thời tất cả các kênh (sẽ gây nhiễu cao…).

Như vậy, ta thấy rõ ràng, các tiêu chuẩn tế bào được thiết kế cho tái sử dụng rất chặt không hoàn toàn có nghĩa là dung lượng sector cao hơn sector có tái sử dụng tốt hơn, các tham số độ rộng sóng mang và số người sử dụng trên mỗi sóng mang là quan trọng như nhau, đều ảnh hưởng trực tiếp đến dung lượng hệ thống GSM.2 Tái sử dụng tần số và khoảng cách tái sử dụng tần số Số lượng tài nguyên tần số hay kênh trong một mạng vô tuyến là hạn chế và tái sử dụng tần số là một phương pháp được sử dụng để tăng độ sử dụng tài nguyên. Theo định nghĩa, tái sử dụng tần số là sử dụng các kênh vô tuyến có cùng tần số sóng mang để phủ sóng cho các vùng địa lý khác nhau. Các vùng này phải cách nhau ở cự li đủ lớn để hạn chế nhiễu giao thoa đồng kênh ở mức có thể chấp nhận được, tức là C/I trong các cell đồng kênh (cùng tần số) phải lớn hơn một giá trị ngưỡng nhất định. Một nhóm cell có thể sử dụng đồng thời các kênh giống nhau mà vẫn đảm bảo C/I tối thiểu yêu cầu thì được gọi là một nhóm tái sử dụng (reuse set).

Trong giai đoạn đầu của quá trình quy hoạch tần số, ta phải sắp xếp thích hợp các tần số vô tuyến vào một mảng mẫu sao cho các mảng mẫu dùng lại tần số mà không bị nhiễu quá mức. Nếu toàn bộ N kênh cấp phát cho hệ thống được chia làm K nhóm thì mỗi nhóm sẽ chứa N/K kênh. Do tổng số kênh N là cố định nên K nhỏ sẽ dẫn đến mỗi nhóm (hay mỗi trạm) sẽ có nhiều kênh hơn. Vì vậy, việc giảm số lượng các nhóm tần số sẽ cho phép mỗi trạm tăng lưu lượng, nhờ đó sẽ giảm số lượng các đài trạm cần thiết với tải Lưu lượng định trước.

Tuy nhiên, việc giảm lượng nhóm tần số sẽ làm giảm cự li đồng kênh, dẫn đến phân bố C/I bị giảm. Để đảm bảo có thể lặp lại các mẫu tái sử dụng liên tục thì K phải thoả mãn điều kiện: K = i2 + ij + j2 với i, j là các số nguyên không âm, i > j.1: Mẫu tái sử dụng tần số K=3 và K=4. Khoảng cách tái sử dụng tần số là cự ly nhỏ nhất giữa 2 cell cùng sử dụng các tần số giống nhau. Dễ thấy, với một kích thước cell nhất định, khoảng cách tái sử dụng tần số D phụ thuộc vào số nhóm tần số K.

Nếu K càng lớn, khoảng cách tái sử dụng tần số càng lớn và ngược lại, tuân theo công thức: D  R 3.K Trong đó R là bán kính cell và K là số nhóm tần số, cũng là số cell trong một mảng mẫu (vì mỗi mảng mẫu gồm các cell dùng các nhóm tần số khác nhau - tức là không có tái sử dụng tần số trong một mảng mẫu).1 Các loại mẫu tái sử dụng tần số Đối với những vùng địa lý cần phủ sóng toàn bộ diện tích thì ta thực hiện phủ sóng diện rộng bằng cách lặp đi lặp lại các mẫu tái sử dụng kế tiếp nhau. Việc dùng các mảng mẫu kích cỡ nhỏ đảm bảo mức tái sử dụng tần số cao, cho dung lượng cao nhưng C/I thấp. Có 3 kiểu mẫu tái sử dụng tần số điển hình là 7/21, 4/12 và 3/9, thường được dùng cho các trạm gốc có các anten phát 3 hướng, mỗi hướng dành cho một ô và góc phương vị phân cách nhau 1200. Ở đây ta biểu diễn mỗi cell là một hình lục giác bán kính R.

 Mẫu tái sử dụng tần số 3/9: Với mẫu này, toàn bộ N kênh tần số cấp cho hệ thống được chia thành 9 nhóm tần số, gán cho 3 site, mỗi site gồm 3 cell sector (K=9). Khoảng cách tái sử dụng tần số là D  R 3. Tuy nhiên, theo phân bố tần số cho mẫu tái sử dụng tần số z 13 này thì vẫn tồn tại các cell cạnh nhau hoạt động ở các kênh tần kế cận, làm cho mức nhiễu kênh kế cận C/A cao. Khi đó để giảm thiểu hiệu ứng này, ta phải dùng thêm các biện pháp kỹ thuật khác như nhảy tần, điều khiển công suất động, truyền dẫn gián đoạn.

 Mẫu tái sử dụng tần số 4/12: Mẫu tái sử dụng tần số 4/12 có nghĩa là các tần số sử dụng được chia thành 12 nhóm tần số gán trong 4 site, mỗi site gồm 3 cell sector (K=12). Khoảng cách tái sử dụng tần số là D  R 3. Như vậy, mẫu này cho dung lượng thấp hơn mẫu 3/9 vì số lượng sóng mang trong một cell ít hơn (mỗi cell có N/12 sóng mang thay vì N/ 9) và các hệ số sử dụng lại là thấp hơn (khoảng cách tái sử dụng lớn hơn).  Mẫu tái sử dụng tần số 7/21: Mẫu này có nghĩa là các tần số sử dụng được chia thành 21 nhóm tần số gán cho 7 site, mỗi site có 3 cell sector (K=21).

Khoảng cách tái sử dụng tần số là D  R 3. Như vậy, khi số nhóm tần số giảm K = 21, 12, 9 - nghĩa là tăng số tần số có thể gán cho một trạm - thì khoảng cách tái sử dụng tần số D sẽ giảm 7,9R, 6R, 5,2R. Điều này đồng nghĩa với việc nhiễu trong hệ thống cũng sẽ tăng lên. Bù lại, khi K giảm, do số kênh trong mỗi cell tăng lên nên số thuê bao được phục vụ cũng tăng theo.

Như vậy, việc lựa chọn mẫu tái sử dụng tần số phải dựa trên các đặc điểm địa lý vùng phủ sóng, mật độ thuê bao của vùng phủ và tổng số kênh N của mạng. Cơ sở về lưu lượng và hiệu suất hệ thống 1.1 Hiệu suất sử dụng kênh Để tiết kiệm và sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên vô tuyến hạn chế, trong hệ thống thông tin di động GSM áp dụng nguyên tắc kênh vô tuyến đường trục. Mỗi BTS chỉ có một số kênh vô tuyến cho nhiều người dùng chung. Tỷ lệ giữa số người dùng và số kênh chung càng cao thì hiệu quả sử dụng kênh càng cao.

Hiệu suất sử dụng kênh (trong một cell hay một mạng vô tuyến) cho ta biết tỷ lệ phần trăm kênh được sử dụng. Nó được tính theo công thức: Hiệu suất sử dụng kênh = A (1-GoS)/số lượng kênh trong cell. z 14 với A là lưu lượng yêu cầu, GoS là cấp độ phục vụ. Theo công thức trên ta thấy: GoS càng thấp thì hiệu suất sử dụng kênh càng cao.

Đồng thời, cell nào sử dụng nhiều kênh hơn (nhiều máy thu/phát hơn) thì cell đó có hiệu suất sử dụng kênh nhỏ hơn.2 Hiệu suất phổ tần: Hiệu quả phổ SE của một hệ thống tế bào được định nghĩa là lưu lượng truyền qua mỗi đơn vị diện tích trong băng tần đã có. Ac Ac SE = = Bs .Su [ Erl / MHz.Nc K: kích thước cụm cell tái sử dụng Bc: độ rộng băng tần kênh vô tuyến (MHz) Nc: số kênh vô tuyến được gán cho mỗi cell Như vậy, hiệu quả phổ tần phụ thuộc vào số kênh cần cho mỗi cell Nc và phụ thuộc vào kích thước cụm cell tái sử dụng K. Theo công thức trên, ta thấy SE giảm khi Nc tăng. Mặt khác, khi tăng Nc sẽ làm cho hiệu suất của người sử dụng tăng, do khoảng cách giữa các cell đồng kênh giảm (hiệu suất người sử dụng có thể đo bằng các phép đo như xác suất thiếu kênh hay tỉ số lỗi bit BER).

Do đó, nhà thiết kế mạng phải điều tiết để có thể đạt được cả hai mục tiêu đối lập nhau là hiệu suất hệ thống cao và sử dụng hiệu quả phổ vô tuyến. Các đặc tính hiệu suất của hệ thống bao gồm xác suất nghẽn, xác suất nghẽn chuyển giao, các cuộc gọi tới bị rớt và tổng lưu lượng truyền qua. Các tham số này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của hệ thống.3 Lưu lượng Trong hệ thống viễn thông, Lưu lượng là lượng tin tức được truyền qua các kênh thông tin, được đo bằng đơn vị Erlang. Lưu lượng cần thiết của một thuê bao được đánh giá theo công thức sau: z 15 Asub = n.

T/ t [Erl] Trong đó: Asub: lưu lượng của một thuê bao, đơn vị là Erl. n: số cuộc gọi trong thời gian đo T của một thuê bao. T: thời gian trung bình của một cuộc gọi.