 |  |  | | Hiện nay ở Việt Nam do các nhà cung cấp dịch vụ di động GSM cùng chia sẻ băng tần chung nên vấn đề nhiễu cũng ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng dịch vụ, nhất là tại các vùng đô thị có mật độ người sử dụng di động cao. Để khắc phục vấn đề này, nhiều nhà cung cấp dịch vụ di động GSM đã chọn giải pháp nhảy tần. Nhân sự kiện MobiFone và các công ty khác như Viettel đã áp dụng thành công kỹ thuật nhảy tần tổng hợp (Synthersizer) - là kỹ thuật nhảy tần tiên tiến hiện đang được áp dụng trên thế giới trong thông tin di động GSM, bài viết này giới thiệu về các kỹ thuật nhảy tần trong thông tin di động (TTDĐ) GSM, bao gồm: cấu trúc đấu nối giữa các bộ thu phát, cấu hình kênh logic, ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng.
1. Mở đầu
Hiện nay ở Việt Nam do các nhà cung cấp dịch vụ di động GSM cùng chia sẻ băng tần chung nên vấn đề nhiễu cũng ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng dịch vụ, nhất là tại các vùng đô thị có mật độ người sử dụng di động cao. Để khắc phục vấn đề này, nhiều nhà cung cấp dịch vụ di động GSM đã chọn giải pháp nhảy tần. Nhân sự kiện MobiFone và các công ty khác như Viettel đã áp dụng thành công kỹ thuật nhảy tần tổng hợp (Synthersizer) - là kỹ thuật nhảy tần tiên tiến hiện đang được áp dụng trên thế giới trong thông tin di động GSM, bài viết này giới thiệu về các kỹ thuật nhảy tần trong thông tin di động (TTDĐ) GSM, bao gồm: cấu trúc đấu nối giữa các bộ thu phát, cấu hình kênh logic, ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng.
2. Các kỹ thuật nhảy tần trong GSM
Một tập hợp các tần số được sử dụng trong mỗi tế bào và MS có thể thay đổi các tần số đó ngay trong mỗi khung TDMA được gọi là nhảy tần. Tốc độ nhảy tần trong hệ thống GSM là 217 lần/s [1].
Kỹ thuật nhảy tần là làm giảm ảnh hưởng của fading đa đường, của nhiễu nên chất lượng thoại được cải thiện, làm cho quá trình sử dụng lại tần số chặt chẽ và hiệu quả hơn [2]. Lý do là vì kỹ thuật nhảy tần có 2 ưu điểm chính là có độ lợi phân tập tần số và độ lợi trung bình hoá nhiễu. Độ lợi phân tập tập số có ý nghĩa trong việc cải thiện vùng phủ, vì các tần số khác nhau có độ dự trữ fading khác nhau, giảm ảnh hưởng của fading đa đường đối với MS đặc biệt là đường xuống do đường xuống không có phân tập anten. Độ lợi trung bình hoá nhiễu có ý nghĩa trong việc cải thiện chất lượng, vì MS chỉ bị nhiễu ở một số tần số nhất định trong chuỗi tần số nhảy tần, một tần số bị nhiễu sẽ được trung bình hoá với các tần số không bị nhiễu khác [2]. Càng nhiều tần số trong chuỗi tần số nhảy tần sẽ cho kết quả độ lợi lớn hơn. Để đạt được độ lợi trung bình hoá nhiễu cao thì hệ số tải tần (fractional loading) được các hãng viễn thông khuyến nghị là nên nhỏ hơn 30% [4]. Hệ số tải tần là tỷ số của số bộ thu phát (Transceiver - TRX) trên số tần số dùng để nhảy tần.
Trước khi tìm hiểu về 2 kỹ thuật nhảy tần hiện nay đang được các hãng viễn thông lớn trên thế giới như Ericsson, Alcatel... áp dụng trong hệ thống TTDĐ GSM, chúng ta cùng xem qua một số khái niệm được dùng trong kỹ thuật nhảy tần [3] như sau:
- Kênh vật lý cơ bản (Basic Physical Channel - BPC) là một kênh vật lý trên một khe thời gian trong khung TDMA ở giao diện vô tuyến giữa BTS và MS.
- Nhóm nhảy tần (Hopping Group - HG) là một nhóm các kênh vật lý cơ bản trong cùng một tế bào, sử dụng cùng số khe thời gian trong khung TDMA nhưng trên các bộ thu phát khác nhau để khi nhảy tần thì sử dụng chung cùng tập tần số.
- Nhóm kênh (Channel Group - CHGR) là một nhóm các kênh vật lý cơ bản bên trong một tế bào. Mục đích của việc chia nhóm kênh là để dễ dàng điều khiển từng nhóm kênh (với một số tần số nào đó) có nhảy tần hay không bằng thông số HOP (ON: có nhảy tần hoặc OFF: không nhảy tần) [3].
- Tập tần số nhảy tần (Hopping Frequency Set: HFS) là một nhóm các tần số cụ thể mà một nhóm kênh sử dụng nhảy tần.
- Số chuỗi nhảy tần (Hopping Sequence Number: HSN) là thông số dùng để xác định trật tự các tần số trong tập tần số nhảy tần sẽ sử dụng cho một nhóm kênh khi thực hiện nhảy tần.
- Độ lệch chỉ số ấn định di động (Mobile Allocation Index Offset: MAIO) là thông số xác định độ lệch trong chuỗi nhảy tần. Mục đích là để ngăn chặn nhiễu cận kênh bên trong một tế bào cũng như giữa các tế bào thuộc cùng một trạm khi thực hiện nhảy tần.
[You must be registered and logged in to see this image.]
Hình 1. Định nghĩa BPC, HG và CHGR cho một tế bào
Có 2 kỹ thuật nhảy tần trong GSM là nhảy tần băng gốc (Base Band hopping) và nhảy tần tổng hợp (Synthersizer hopping), trong đó kỹ thuật nhảy tần tổng hợp là kỹ thuật tiên tiến trên thế giới hiện nay. Nhưng dù là kỹ thuật nhảy tần nào thì cũng có đặc điểm chung, đó là: chỉ có các kênh SDCCH/8, TCH, và kênh dữ liệu gói được phép nhảy tần, và khe thời gian số 0 mang kênh BCCH của sóng mang BCCH (sóng mang f0) không được phép nhảy tần cho dù nó thuộc về nhóm kênh được nhảy tần vì để cho phép các thuê bao ở các tế bào lân cận thực hiện đo lường trong chế độ rỗi [1].
Hình 2: Định tuyến các cụm từ TRX đến máy phát ở nhảy tần băng gốc
Nhảy tần băng gốc có đặc điểm là mỗi bộ TRX được ấn định một tần số cố định, số tần số dùng để nhảy tần bằng với số bộ TRX, tần số BCCH được nhảy tần ngoại trừ kênh BCCH nằm trên TS0. Khi phát, các cụm được định tuyến đến các bộ phát thích hợp với tần số riêng biệt.
[You must be registered and logged in to see this image.]
Hình 2 minh hoạ sơ đồ đấu nối 4 bộ thu phát sử dụng nhảy tần băng gốc. Các tập tần số nhảy tần sẽ được xác định như sau: HFS1 = {f0}; HFS2 = {f1, f2, f3}; HFS3 = {f0, f1, f2, f3}. Khi đó kênh vật lý cơ bản (BPC) của TS0 trên bộ thu phát tần số BCCH sẽ không nhảy tần (HFS1), còn các kênh vật lý cơ bản khác của TS0 trên các bộ thu phát khác nhảy tần với tập tần số HFS2 và các kênh vật lý cơ bản của TS1÷ TS7 trên tất cả các bộ thu phát còn lại nhảy tần với tập tần số HFS3. Hình 3 là cấu hình kênh cho 4 bộ thu phát sử dụng nhảy tần băng gốc nói trên.
[You must be registered and logged in to see this image.]
Hình 3: Cấu hình kênh cho 4 bộ thu phát trong nhảy tần băng gốc
Nhảy tần tổng hợp có đặc điểm là mỗi tế bào được chia thành 2 hoặc nhiều nhóm kênh (ít nhất là 2 nhóm kênh), số tần số nhảy tần không phụ thuộc vào số bộ TRX (đối với thiết bị của Ericsson có thể lên đến 32 tần số), tần số BCCH không được phép nhảy tần kể cả các kênh TCH còn lại nằm trên các khe thời gian khác từ TS1÷TS7 [11]. Điều đó có nghĩa là tất cả các TS nằm trên tần số sóng mang BCCH dù có bị nhiễu cũng không được phép nhảy tần, chỉ có các TS không thuộc sóng mang BCCH mới được phép nhảy tần. Khi phát, máy phát phải tự điều chỉnh đến tần số thích hợp cho từng cụm.
[You must be registered and logged in to see this image.]
Hình 4. Định tuyến các cụm từ TRX đến máy phát ở nhảy tần tổng hợp
Hình 4 minh hoạ sơ đồ đấu nối 4 bộ csử dụng nhảy tần tổng hợp. Tất cả các khe thời gian từ TS0÷TS7 sử dụng tần số f0 là tần số sóng mang BCCH không được phép nhảy tần. Vì vậy, tần số này được gán cho một nhóm kênh, thường là nhóm kênh số 0 và không nhảy tần, thông số HOP = OFF. Các tần số còn lại được gán cho các nhóm kênh khác tuỳ theo loại tần số là 900 MHz hoặc 1800 MHz được dùng cho kênh TCH trên các khe thời gian từ TS0÷TS7 và nhảy tần từ f1÷fn. Hình 5 là cấu hình kênh cho 4 bộ TRX sử dụng nhảy tần tổng hợp nói trên.
[You must be registered and logged in to see this image.]
Hình 5. Cấu hình kênh cho 4 bộ TRX trong nhảy tần tổng hợp
Trong thực tế nhảy tần băng gốc ít được sử dụng hơn so với nhảy tần tổng hợp. Nhảy tần băng gốc có số tần số nhảy tần bị giới hạn bằng với số bộ TRX nên độ lợi nhảy tần thấp với những tế bào có cấu hình nhỏ hơn 4 bộ TRX. Còn nhảy tần tổng hợp có số tần số nhảy tần không phụ thuộc vào số bộ TRX nhưng phải cần số tần số nhảy tần lớn hơn 4 để đạt được hiệu quả trung bình hoá nhiễu. Nhảy tần băng gốc được sử dụng nhiều ở những khu vực cần vùng phủ rộng như đường quốc lộ còn nhảy tần tổng hợp lại được sử dụng ở khu vực thành phố có mật độ trạm BTS dày vì nhảy tần tổng hợp sử dụng bộ kết hợp lai ghép (hybrid combiner) có suy hao lớn hơn 3 dB so với nhảy tần băng gốc sử dụng bộ kết hợp lọc (filter combiner).
Thuật toán nhảy tần:
Thuật toán nhảy tần xác định trật tự nhảy tần cho các tần số nằm trong tập tần số nhảy tần (HFS) bằng thông số HSN. Có 2 thuật toán nhảy tần hiện nay đang được áp dụng cho cả 2 kỹ thuật nhảy tần nói trên là nhảy tuần tuần hoàn và nhảy tần ngẫu nhiên.
- Thuật toán nhảy tần tuần hoàn có đặc điểm là các tần số thay đổi cứ mỗi khung TDMA theo một trật tự liên tiếp, có chu kỳ phụ thuộc vào số tần số dùng để nhảy tần và khoảng thời gian của một khung TDMA. Khi đó tham số số chuỗi nhảy tần HSN=0, tần số trong tập tần số nhảy tần được sắp xếp từ thấp đến cao. Ví dụ chuỗi tần số cho nhảy tần tuần hoàn giữa 4 tần số có thể như sau [11]: ... , f 4 , f 1 , f 2 , f 3 , f 4 , f 1 , f 2 , f 3 , f 4 , f 1 , f 2 , ...
- Thuật toán nhảy tần ngẫu nhiên được thực hiện nhờ một chuỗi giả ngẫu nhiên, có chu kỳ lên đến 6 phút. Có 63 chuỗi nhảy tần độc lập nhau khi khai báo tham số HSN từ 1 đến 63 [1]. Thuật toán tính toán cụ thể thông số HSN được mô tả chi tiết trong chỉ tiêu kỹ thuật GSM 05.02. Ví dụ chuỗi tần số cho nhảy tần tổng hợp giữa 4 tần số có thể như sau [1]: ... , f 1 , f 4 , f 4 , f 3 , f 1 , f 2 , f 4 , f 1 , f 3 , f 3 , f 2 , ...
Đối với mỗi bộ thu phát, trong cùng một nhóm kênh, trong cùng một tế bào, để có cùng một cách nhảy tần thì người ta ấn định cùng một HSN. Nhưng để không nhiễu lẫn nhau thì ở một thời điểm không được sử dụng trùng tần số hay còn gọi là phải trực giao nhau. Tất cả các kênh trong một tế bào phải trực giao nhau vì các kênh không trực giao sẽ gây ra nhiễu đồng kênh. Để giải quyết vấn đề này người ta sử dụng thêm một thông số có tên gọi là độ lệch chỉ số ấn định di động MAIO. Mỗi một bộ thu phát được ấn định một MAIO duy nhất từ danh sách MAIO (mặc định hoặc do nhà khai thác tự định nghĩa), do đó nếu có 2 bộ thu phát cùng HSN nhưng MAIO khác nhau thì cũng sẽ không bị trùng tần số trong cùng một khung TDMA [3]. MAIO đặc biệt quan trọng trong trường hợp tái sử dụng tần số “chặt” 1/1 (các tập tần số nhảy tần giống hệt nhau cho tất cả các tế bào trong mạng), vì sẽ tránh được nhiễu cận kênh trong cùng một tế bào và nhiễu đồng kênh cũng như cận kênh trong cùng một trạm.
Giá trị MAIO (kết hợp cùng với số tần số có trong tập tần số nhảy tần HFS và số khung FN) dùng để chỉ ra các tần số sẽ được sử dụng từ tập tần số nhảy tần ở một thời điểm. Công thức tính giá trị MAIO như sau [3]:
Với nhảy tần tuần hoàn thì:
”pointer” = (MAIO + FN) modulo (số tần số trong HFS) (1)
Với nhảy tần ngẫu nhiên thì:
”pointer” = (MAIO + giá trị ngẫu nhiên) modulo (số tần số trong HFS) (2)
Điều đó có nghĩa là trật tự các tần số thay đổi giữa các khung TDMA trong các kênh vật lý cơ bản do HSN quyết định nhưng độ lệch tần số do giá trị MAIO quyết định. Dưới đây là một ví dụ về giá trị MAIO chỉ ra các tần số sẽ được sử dụng từ tập tần số nhảy tần ở một thời điểm:
[You must be registered and logged in to see this image.]
Hình 6. Giá trị MAIO chỉ ra các tần số sẽ được sử dụng từ tập tần số nhảy tần ở một thời điểm
Trong ví dụ trên lấy thời điểm có số khung FN là 1, sử dụng nhảy tần tuần hoàn, với giá trị MAIO = 0 thì “pointer” sẽ là 1 và chỉ ra vị trí thứ 2 trong tập tần số nhảy tần (tần số 4). Trong khung TDMA tiếp theo FN = 2, với giá trị MAIO = 0 thì “pointer” sẽ dịch chuyển xuống một bước, “pointer” là 2 và chỉ ra vị trí thứ 3 trong tập tần số nhảy tần (tần số 7) [3].
3. Kết luận
Do có nhiều ưu điểm như đã nói ở trên nên hiện nay kỹ thuật nhảy tần được nhiều nhà cung cấp dịch vụ di động lựa chọn để làm giảm ảnh hưởng của fading đa đường, của nhiễu nên chất lượng thoại được cải thiện, làm cho quá trình sử dụng lại tần số chặt chẽ và hiệu quả hơn. Mặc dù kỹ thuật nhảy tần băng gốc (Base band) là kỹ thuật cũ và kỹ thuật nhảy tần tổng hợp (Synthersizer) là kỹ thuật tiên tiến trên thế giới hiện nay nhưng mỗi loại đều có ưu nhược điểm nhất định. Đối với các nhà cung cấp dịch vụ di động cần nắm vững đặc điểm kỹ thuật của từng loại và các khuyến nghị của các nhà sản xuất thiết bị để áp dụng vào từng khu vực cụ thể nhằm đạt được hiệu quả nhảy tần cao.
| |  |  |  |
Số lần được cảm ơn: Message reputation : 100% (1 vote)
|
Trang Chính 
Latest images 
Tìm kiếm 
Đăng ký 
Đăng Nhập 
Tue Jun 12, 2012 9:32 am#1
Tiêu đề: Các kỹ thuật nhãy tần trong GSM 
