1. 5/1/2010
THÔNG TIN DI ð NG
Chương 3: M ng T Bào
1. M ng t bào
2. Cell
3. Cluster & Cell
4. Nhi u ñ ng kênh
5. Nhi u kênh li n k
6. Tách Cell
7. Erlang, Erlang-B
8. ða truy c p: theo kênh (c ñ nh)
9. ða truy c p: Theo khung/gói (Ng u nhiên)
10.Tóm t t
08:59:52
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 1
1

2. 5/1/2010
1. M ng t bào (Cellular Network) (1)
Ý tư ng t Bell lab nh ng năm 1950
Th c hi n ñ u tiên vào nh ng năm 1970
Ph vô tuy n là m t ngu n tài nguyên có gi i h n.
Làm cách nào ñ qu n lý m t s lư ng l n user trên
m t di n tích r ng l n v i tài nguyên ph có gi i h n?
Gi i pháp là ph i chia nh di n tích ñ có th tái s
d ng t n s .
Thu t ng “T bào - cell” là th c hi n chia vùng ph c
v m t ñ t thành nh ng vùng nh “t bào - cell”, m i
cell này s có 1 anten phát có chi u cao thích h p và
v i công su t th p.
08:59:52
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 2
2

3. 5/1/2010
1. M ng t bào (2)
Trong m i cell có m t tr m g c (BTS – Base Station)
có ch cnăng k t n i vô tuy n v i các thuê bao (tr m
di ñ ng – MS – Mobile Station)
S d ng nhi u t n s sóng mang.
Các cell k nhau s d ng t n s khác nhau.
Th c t ñư ng kính cell bi n ñ i t 100m ñ n 35km
ph thu c vào m t ñ thuê bao, ñ a hình và công su t
thu phát c a tr m g c
Khi m t thuê bao di chuy n t cell này sang cell khác,
tr m g c cell m i s ti p qu n (handover) thuê bao
này t tr m g c cell cũ.
08:59:52
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 3
3

4. 5/1/2010
1. M ng t bào
Công su t phát th p
Công su t phát l n Vùng ph c v nh
Vùng ph c v cao Tái s d ng t n s
· Macro-cellular: 1 - 30 km
· Micro-cellular: 200 - 2000 m
08:59:53
Thông Tin Di ð ng · Pico-cellular: 4 - 200 meter
Chương 3: M ng T Bào Trang 4
4

5. 5/1/2010
2. Cell: Khái ni m chung (1)
Cell là 1 hình l c giác ñ u có chi u dài c nh là R
Di n tích c a Cell là S
3
S= R
2
R
Chu vi c a Cell là 6R
C u trúc lý tư ng và th c t c a cell
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 5
5

6. 5/1/2010
2. Cell: Khái ni m chung (2)
Các cell phân thành nhóm g i là Cluster
Thông thư ng 1 cluster có 1, 3, 4, 7, 9,… Cell
Vùng bao ph c a 1 cluster g i là footprint
Cluster ñư c l p l i trong toàn m ng.
Các kênh t n s s ñư c tái s d ng trong các cluster.
M i cluster s s d ng toàn b ph t n s c a m ng
M i m t Base station ñư c c p phát m t nhóm các kênh
ñ s d ng trong m t vùng ñư c bao ph b i cell.
Nh ng BS k nhau ñư c c p phát các kênh hoàn toàn
khác nhau.
Anten c a BTS ñư c thi t k sao cho ch bao ph trong
m t vùng nh t ñ nh tái s d ng t n s trong m ng.
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 6
6

7. 5/1/2010
3. Cluster-Cellular: T ng quát
B t ñ u b ng cell ñ u tiên,
di chuy n i cell theo tr c x,
sau ñó j cell theo tr c y.
G i N là s cell c a 1
cluster
G i D là kh ang cách gi a
2 cell k nhau s d ng
chung 1 t n s .
D = 3N R
N = i2 +ij + j2
V i i, j là s nguyên dương (0, 1, 2…) th a: i>=1 và i>=j
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 7
7

8. 5/1/2010
3. Quan h gi a N và D
D = 3N R N = i2 +ij + j2 i>=1, j>=i
i j N D
1 0 1 sqrt(3)R
1 0 3 3R
2 0 4 sqrt(12)R
2 1 7 …
2 2 9
3 0 12
3 1 13
3 2 …
3 3
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 8
8

9. 5/1/2010
3. Cluster v i 1 cell
Kh ang cách gi a 2
cell li n nhau là D= 3 R
3
R
2
R
Nhi u gi a các kênh r t cao.
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 9
9

10. 5/1/2010
3. Cluster v i 3 cell
Kh ang cách gi a 2 cell li n nhau là D=3R
F1
F2 F2
F3 F3 F3
F1 F1 F1
F2 F2 Cluster
F3 F3 F3
F1 F1
F2
Cluster: T p h p các t n s khác nhau s d ng trong 1
nhóm các cell. Cluster l p l i b ng cách di chuy n i cell
theo tr c x, sau ñó j cell theo tr c y.
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 10
10

11. 5/1/2010
3. Cluster v i 7 Cell
Kh ang cách gi a 2 cell li n nhau là D = 21 R
F5 F2
F2 F3 F7
F3 F7 F1
F1 F4 F6
F4 F6 F5
F5 F2
F3 F7
F1
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 11
11

12. 5/1/2010
Ví d
1) Tính kh ang cách nh nh t gi a 2 cell s d ng cùng
băng t n bi t cell có bán kính 1Km và h s s d ng N
= 12?
D = 3N R
2) V c u trúc cell v i N = 3
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 12
12

13. 5/1/2010
V c u trúc cell v i N=9 ?
N = i2 +ij + j2
D = 3N R
8
5 9
6
1 7
4 2
3
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 13
13

14. 5/1/2010
4. Nhi u trong thông tin di ñ ng
Trong thông tin di ñ ng có các ngu n nhi u chính sau:
Nhi u ña ñư ng
nh hư ng c a môi trư ng
nh hư ng b i t c ñ di chuy n (dropler)
Nhi u gi a nh ng phone trong cùng m t cell
Nhi u gi a nh ng phone khác cell
Nh ng BTS ho t ñ ng cùng t n s
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 14
14

15. 5/1/2010
4. Nhi u ñ ng kênh (Co-channel Interference)
Nhi u ñ ng kênh (Co-channel Interference) là nh
hư ng gi a các cell dùng chung t n s .
V i c u trúc cell hình l c giác, h s tái s d ng ñ ng
kênh Q ñư c ñ nh nghĩa là:
Q nh : dung lư ng cao, Q l n: ch t lư ng truy n t t
G i S là công su t thu t BTS mong mu n, Ii là công su t
thu t các BTS ñ ng kênh, SIR là t l c a S/I, ta có:
SIR =
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 15
15

16. 5/1/2010
4. Nhi u ñ ng kênh
Q = D/R 3
Trư ng h p N = 7 ta có: R
R 2
Q = D/R = sqrt(3x7)=4.58
4.5R
S là công su t tín hi u thu
mong mu n: Dk
S = P0 x R- α R
Ik là công su t c a BTS
th k, ta có: S = P0 x R- α
α
Ik = P0 x Dk-α α
Power
Power
Ik = P0 x Dk-α
BTS phát công su t như nhau
α Là h s suy hao theo hàm
α
mũ. 2<α<5
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 16
16

17. 5/1/2010
Downlinks: 1 l p c a 6 Interference
6 nhi u ñ ng kênh li n k
S S
= 6
I
∑ Ik
1
S = P0 x R- α Ik = P0 x Dk-α
α
R- α 1
SIR = = 6
6
α
α
Dk -α
∑ Dk-α ∑
1 1 R
Gi s Dk ~ D v i m i k, ta có:
α
S 1 Qα 3N 1
SIR= = 6 = = Q = (6xSIR) α
I α 6 6
∑ Q-α
1
17

18. 5/1/2010
Ví d 1
H th ng AMPS s d ng ñi u ch FM có SIR = 18dB. Tính
h s tái s d ng t n s N. Gi s h s suy hao ñư ng
truy n α = 4
Ta có: SIR = 10log10(S/I) = 18 S/I = 101.8 = 63.1
1
Q = (6xSIR) α = (6x63.1)0.25 = 4.41
N = Q2/3 = (4.41)2/3 = 6.48 ~ 7
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 18
18

19. 5/1/2010
5. Nhi u kênh li n k
Nhi u kênh k (Adjacent Channel Interference) gây ra
b i tín hi u t các cell k c n (s d ng khác t n s ) ñ i
v i MS trong cell ñang xét.
Nhi u này xu t hi n do ch t lư ng b l c t n s không
t t.
Cách gi i quy t: dùng b l c có h s ph m ch t cao
ho c tăng kho ng cách t n s gi a các cell k c n.
T s SIR trong th c t s còn nh hơn do tác ñ ng
c a nhi u kênh k
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 19
19

20. 5/1/2010
Ví d 2
M t h th ng có 70 kênh, trong ñó có 6 kênh ñư c s d ng
ñ ñi u khi n. M i cell ñư c c p 16 kênh. Xác ñ nh SIR
(dB) c a h th ng gi s α = 5.
S kênh s d ng th c t = 70 – 6 = 64
N = 64/16 = 4
α
S 1 Qα 3N 1
SIR= = 6 = = Q = (6xSIR) α
I α 6 6
∑ Q-α
1
S/I = (sqrt(3x4))5/6 = 83
SIRdB = 10log10(S/I) = 10log10(83) = 19.1 dB
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 20
20

21. 5/1/2010
6. Tách Cell
Khi s user trong m t cell tăng lên vư t quá dung lư ng
thi t k ban ñ u không có kh năng ñáp ng các d ch
v tách cell.
Áp d ng cho khu v c
có m t ñ thuê bao cao
Tách cell làm tăng dung
lư ng c a h th ng
Tăng BTS s tăng
chi phí
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 21
21

22. 5/1/2010
6. Cell trong th c t
N i thành
ðư ng tr c
Thành ph Nông thôn
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 22
22

23. 5/1/2010
7. Tính lưu lư ng cu c g i: Erlang
BHCA (Busy Hour Call Attempts): S cu c g i phát sinh
trong gi cao ñi m c a ngày
BHCC (Busy Hour Call Completion): S cu c g i thành
công trong gi cao ñi m
GOS (Grade Of Service): C p ñ d ch v
S cu c g i không thành công
GOS =
s cu c g i phát sinh
Erlang là m t ñ i lư ng không ñơn v ñư c s d ng
trong m ng ñi n tho i ñ ño lưu lư ng c a m ng.
λ là s cu c g i trung bình trong m t ñơn v th i gian
h là th i gian trung bình c a cu c g i (average call-
holding time)
A là lưu lư ng, Ta có: A = λ.h
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 23
23

24. 5/1/2010
7. Erlang: Ví d
M t kênh thông tin ho t ñ ng 30 phút trong 1 gi , như
v y lưu lư ng là A = 0.5 Erlang
T ng ñài PABX Có hai trung k , xác su t s d ng m i
kênh vào gi cao ñi m là 50%, như v y lưu lư ng c a
PABX này là A = 1 Erlang
T ng ñài PABX trên, nhưng vào gi cao ñi m có 2 thuê
bao s d ng liên t c trong 1 gi A = 2 Erlang
M t cell có 30 cu c g i m i gi , th i gian c a m i cu c
g i là 1 phút. Xác ñ nh lưu lư ng c a cell ?
A = λ.h = 30x(1/60) = 0.5 Erlang
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 24
24

25. 5/1/2010
7. Erlang-B
G i Au là lưu lư ng c a 1 thuê bao
G i A là lưu lư ng c a tòan b thuê bao tương ng c a 1
ñơn v thông tin
G i U là s lư ng thuê bao tương ng c a 1 ñơn v
thông tin
A
U=
Au
Erlang-B là công th c tính xác su t yêu c u 1 tài nguyên
s b t ch i vì thi u tài nguyên (Xác su t ngh n m ch
(blocking) vì thi u thi t b
P là xác xu t ngh n
N là s tài nguyên (m ch, …)
A = λh T ng lưu lư ng c a m ch
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 25
25

26. 5/1/2010
7. B ng tra Erlang-B: n s m ch, B % block
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 26
26

27. 5/1/2010
7. B ng tra Erlang-B: n s m ch, B % block
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 27
27

28. 5/1/2010
7. Ví d
M i thuê bao trung bình có 2 cu c g i trong 1 gi , 1 cu c
g i có th i gian trung bình là 3 phút. Gi s cell ñư c trang
b 16 channel và GOS=1%. Xác ñ nh lưu lư ng c a 1 Cell
và tính s lư ng thuê bao t i ña 1 Cell có th cung c p?
Lưu lư ng 1 user:
Au = λ.h = 2x(3/60) = 0.1 Erlang
GOS = 1% = 0.01, N=16
Tra b ng ta có: A = 5.4Erlang
S lư ng thuê bao/cell = A/Au = 54 thuê bao
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 28
28

29. 5/1/2010
8. ða truy c p
FDMA
Fixed access TDMA
Channel based CDMA
SDMA
MAC protocol
OFDMA
Collision recovery Aloha
CSMA/CD
Random acess Collision Avoid ISMA
Packet based MACA
Collision Free Token
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 29
29

30. 5/1/2010
8. ða truy c p c ñ nh
ða truy c p (Multiple access) : H tr nhi u hơn 1 kênh
thông tin trên 1 tài nguyên vô tuy n
FDMA: Frequency
Division Multiple Access
TDMA: Time Division
Multiple Access
CDMA: Code Division
Multiple Access
SDMA: Space Division
Multiple Access
OFDMA: Orthogonal
Frequency Division
08:59:53
Multiple Access
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 30
30

31. 5/1/2010
8.1 ða truy c p: T ng quan
Ph hi u qu ? Bps/Hz/Cell ?
Linh h at : Multi-rate, -cell, -d ch v ?
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 31
31

32. 5/1/2010
8.2 ða truy c p: FDMA
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 32
32

33. 5/1/2010
8.2 ða truy c p: FDMA (2)
f
Chia ph t n s thành các kênh
có băng thông b ng nhau
Tách kênh b ng cách: M ch fn Usern
l c, và kh ang b o v gi a các …
kênh
1 user/1 t n s t i 1 th i ñi m f4 User4
C n có kênh báo hi u ñ ch n
kênh cho thuê bao f3 User3
Gi i h n cho vi c tái s d ng f2 User2
t ns
f1 User1
Gi i h n s lư ng thuê bao
trên vùng ph sóng time
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 33
33

34. 5/1/2010
8.3 ða truy c p: TDMA
Kênh s s d ng tòan b ph t n s cho 1 timeslot
M i user s gán t i 1 timeslot, Timeslot ñư c l p l i b i
frame
Ưu: Ch c n 1 sóng mang cho tòan th i gian
Như c: C n ñ ng b chính xác
f
User1
User2
User3
User4
User5
User6
User7
User1
User2
User3
User4
User5
User6
User7
…
f1
frame timeslot time
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 34
34

35. 5/1/2010
8.4 ða truy c p: CDMA
M i User ñư c gán cho duy nh t mã gi ng u nhiên
Mã ñư c s d ng t i MS và BTS ñ phân bi t tín hi u c a
các user khác nhau
Các user có th phát tín hi u ñ ng th i trên cùng 1 t n s
Ưu: S d ng ph t n s hi u qu
f
code
time
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 35
35

36. 5/1/2010
8.5 OFDMA
Orthogonal Frequency Division Multiple Access
M i user có 1 nhóm ph c a các nhóm sóng mang s
d ng 1 vài timeslot
H th ng OFDM s d ng TDMA
OFDMA s d ng Time+Freq DMA ⇒ Mô hình 2D
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 36
36

37. 5/1/2010
9. ða truy c p ng u nhiên
Nhi u users thông tin v i 1 tr m g c
Users g i d li u không thư ng xuyên
D li u g i t i th i ñi m b t kỳ/theo slot
t0
t1
t2
t1
BTS
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 37
37

38. 5/1/2010
9.1 ALOHA
Phát tri n vào nh ng năm70 t i Start
ðH Hawaii
B t kỳ thi t b ñ u cu i nào ñ u Idle
có quy n phát data mà không
c n xem trư c kênh truy n r i
hay b n Packaging
N u gói phát là ñúng thì BTS s
phát xác nh n = gói ACK Nh n
N u Tx không nh n ñư c ACK: ACK? Yes
Tx gi s là gói v a phát b No
m t
Tx phát l i sau khi ch 1 Random delay
kh ang th i gian ng u nhiên
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 38
38

39. 5/1/2010
9.1 ALOHA (2)
Khó khăn:
Ch n th i gian phát l i:
Ng n: Tăng t i gi
Dài: Lưu lư ng gi m
Unslotted ALOHA: Phát gói data t i b t kỳ th i ñi m nào
Slotted ALOHA: Phát gói data trong th i gian c a slot.
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 39
39

40. 5/1/2010
9.2 CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Nghe trư c khi g i
N u kênh “Busy”, TX ph i ch
Gi m collision so v i ALOHA
Ch s d ng khi sensing time >> transmission time (Thông
tin v tinh không s d ng CSMA mà s d ng ALOHA
V n ñ : User n
Khó khăn v gi i thu t: Phân bi t tín hi u y u & noise
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 40
40

41. 5/1/2010
9.2 CSMA/CD
CSMA/CD:
Carrier Sense
Multiple
Access With
Collision
Detection
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 41
41

42. 5/1/2010
9.3 ISMA (Inhibit Sense Multiple Access)
N u b n, BTS g i ñi thông ñi p “busy” ñ c m t t c các
users g i data
V n x y ra collision: Trong khi BTS phát “busy” thì Mobile
g i,
Ch s d ng khi sensing time >> transmission time (Thông
tin v tinh không s d ng CSMA mà s d ng ALOHA
V n ñ : User n
Khó khăn v gi i thu t: Phân bi t tín hi u y u & noise
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 42
42

43. 5/1/2010
9.4 MACA
MACA: Multiple Access with Collision Avoidance
Slotted, s d ng Wireless LAN
Nguyên t c: Thông báo trư c khi phát data
Trư c khi g i data, Sender s g i RTS v i chi u dài data
mu n g i, n u Receiver s n sàng nh n, tr l i Sender tín
hi u CTS v i chi u dài frame s nh n.
Các Sender khác khi nh n ñư c RTS thì s im l ng ñ
tránh collision v i CTS, các sender khi nghe th y CTS
ph i ng ng phát cho ñ n khi Sender g i xong Tránh
collision.
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 43
43

44. 5/1/2010
M t s thu t ng
Noice, Interference, Co-Interference
MAC: Medium Access Control
FDMA: Frequency Division Multiple Access
TDMA: Time Division Multiple Access
CDMA: Code Division Multiple Access
SDMA: Space Division Multiple Access
OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access
Carrier Sense Multiple Access
Inhibit Sense Multiple Access
Multiple Access with Collision Avoidance
RTS: Request To Send
CTS: Clear To Send
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 44
44

45. 5/1/2010
10. Tóm t t
Khái ni m t bào (cell)
Macro-cellular: 1 - 30 km
Micro-cellular: 200 - 2000 m
Pico-cellular: 4 - 200 meter
Cell-Cluster: n d
Nhi u ñ ng kênh
Nhi u kênh li n k
Erlang, Erlang-B: ð nh nghĩa, PP tính
ða truy c p c ñ nh (Kênh): FDMA, TDMA, CDMA,…
ða truy c p ng u nhiên (gói): ALOHA, CSMD/CD,…
Q &A?
08:59:53
Thông Tin Di ð ng Chương 3: M ng T Bào Trang 45
45