Tài liệu Tối ưu hóa gán kênh cố định chtml

bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o bé quèc phßng häc viÖn kü thuËt qu©n sù TrÇn anh tÊn tèi −u ho¸ g¸n kªnh cè ®Þnh cho c¸c m¹ng di ®éng tÕ bµo luËn v¨n th¹c sÜ Kü thuËt Hµ Néi- 2005 bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o bé quèc phßng häc viÖn kü thuËt qu©n sù TrÇn anh tÊn tèi −u ho¸ g¸n kªnh cè ®Þnh cho c¸c m¹ng di ®éng tÕ bµo Chuyªn ngµnh: Kü thuËt V« tuyÕn ®iÖn tö vµ th«ng tin liªn l¹c M∙ sè: 2.02.03 luËn v¨n th¹c sÜ Kü ThuËt ng−êi h−íng dÉn khoa häc: TS §ç quèc trinh Hµ Néi - 2005 bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o bé quèc phßng häc viÖn kü thuËt qu©n sù luËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt Tªn ®Ò tµi: Tèi −u ho¸ g¸n kªnh cè ®Þnh cho c¸c m¹ng di ®éng tÕ bµo Chuyªn ngµnh: Kü thuËt V« tuyÕn ®iÖn tö vµ th«ng tin liªn l¹c M· sè: 2.02.03 Ngµy giao ®Ò tµi luËn v¨n: 21 - 10 - 2004 Ngµy hoµn thµnh luËn v¨n: 16 - 5 - 2005 Ng−êi thùc hiÖn: Hä vµ tªn : TrÇn Anh TÊn Líp: Cao häc KT VT§T vµ TTLL Kho¸:15 HÖ ®µo t¹o: TËp trung C¸n bé h−íng dÉn: Hä vµ tªn: §ç Quèc Trinh CÊp bËc: Th−îng t¸ Häc hµm, häc vÞ: TiÕn sü §¬n vÞ c«ng t¸c: Häc viÖn KTQS Hµ Néi - 2005 Danh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t BER Bit Error Ratio Tû lÖ lçi bit BS Base Station Tr¹m c¬ së CDMA Code Division Multiple §a truy nhËp ph©n chia theo m· Access CR Node-Color Re-ordering Thø tù l¹i mµu nót CSI Channel State Information Th«ng tin tr¹ng th¸i kªnh DCA Dynamic Channel Assignment G¸n kªnh ®éng DPA Dynamic Packet Assignment G¸n gãi ®éng DR Node-Degree Re-ordering Thø tù l¹i cÊp ®é nót F Frequency Exhaustive ChiÕn l−îc vÐt c¹n tÇn sè Strategy G¸n kªnh cè ®Þnh FCA Fixed Channel Assignment FDD Frequency Division Duplexing Song c«ng ph©n chia theo tÇn sè FEC Forward Error Correction Söa lçi h−íng ®i FFT Fast Fourier Transform BiÕn ®æi Fourier nhanh GA Genetic Algorithms ThuËt to¸n di truyÒn LA Link Adaptation ThÝch nghi ®−êng truyÒn LB Lower Bound CËn d−íi LOS Line Of Sight TÇm nh×n th¼ng MS Mobile Station M¸y di ®éng NP Network Performance ChÊt l−îng m¹ng OFDM Orthogonal Frequency GhÐp kªnh ph©n chia theo tÇn sè trùc Division Multiplexing giao PN Pseudorandom Noise T¹p ©m gi¶ ngÉu nhiªn QAM Quadrature Amplitude §iÒu chÕ biªn ®é cÇu ph−¬ng Modulation QoS Quality of Service ChÊt l−îng dÞch vô R Requirement Exhaustive ChiÕn l−îc vÐt c¹n yªu cÇu Strategy RF Radio Frequency TÇn sè v« tuyÕn SA Simulated Annealing Kü thuËt ñ m« pháng SMK K.N. Sivarajan, R.J. McEliece Ba t¸c gi¶ trong [26] and J.W. Ketchum Tû sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m SNR Signal - to - Noise Ratio SINR Signal - to - Interference Noise Tû sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m xuyªn Ratio nhiÔu SIR Signal - to - Interference Ratio Tû sè tÝn hiÖu trªn xuyªn nhiÔu TDD Time Division Duplexing Song c«ng ph©n chia theo thêi gian TDMA UMTS Time Division Multiple §a truy nhËp ph©n chia theo thêi Access gian Universal Mobile DÞch vô viÔn th«ng di ®éng toµn cÇu Telecommunications Service UTRA UMTS Terrestrial Radio Access Truy nhËp v« tuyÕn mÆt ®Êt UMTS Môc lôc Trang Danh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t Môc lôc Danh môc c¸c b¶ng I IV VIII Danh môc c¸c h×nh vÏ, ®å thÞ IX Më ®Çu 1 Ch−¬ng 1: Giíi thiÖu chung 3 1.1 Kh¸i niÖm tÕ bµo 3 1.1.1 T¸i sö dông kªnh trong c¸c m¹ng tÕ bµo 5 1.1.2 Sù chia t¸ch tÕ bµo 9 1.1.3 ChuyÓn giao 10 1.2. G¸n kªnh 11 Ch−¬ng 2: C¸c chiÕn l−îc g¸n kªnh 13 2.1 G¸n kªnh cè ®Þnh cho c¸c m¹ng tÕ bµo 13 2.1.1 Tû sè S/I môc tiªu 15 2.1.2 Kho¶ng c¸ch sö dông l¹i tÇn sè 18 2.1.3 S¾p xÕp tÕ bµo vµ c¸c mÉu g¸n kªnh 19 2.2 G¸n kªnh ®éng 23 2.2.1 DCA tËp trung 25 2.2.2 DCA kh«ng tËp trung 25 2.2.3 Chia t¸ch kªnh 28 2.2.4. G¸n gãi ®éng 31 2.2.5 DCA ®èi víi c¸c m¹ng UTRA-TDD 32 2.3 Tèi −u ho¸ g¸n kªnh trong c¸c m¹ng tÕ bµo 33 2.3.1 Ph−¬ng ph¸p h¹ xuèng dèc nhÊt 35 2.3.2 Ph−¬ng ph¸p ñ m« pháng 35 2.3.3 Ph−¬ng ph¸p thuËt to¸n di truyÒn 37 2.3.4 G¸n kªnh trong c¸c hÖ thèng W- CDMA 37 2.4 Dung l−îng m¹ng tÕ bµo vµ c¸c ph−¬ng ph¸p n©ng cao 38 dung l−îng 2.4.1 Anten thÝch nghi 39 2.4.2 Ph¸t hiÖn ®ång thêi 40 2.4.3 ThÝch nghi ®−êng truyÒn 41 2.5 KÕt luËn 42 Ch−¬ng 3: Tèi −u ho¸ g¸n kªnh cè ®Þnh trong m¹ng 44 di ®éng tÕ bµo 3.1 Giíi thiÖu 44 3.2 X©y dùng bµi to¸n 47 3.3 Nh÷ng quy t¾c kinh nghiÖm c¬ b¶n 50 3.3.1 Hai ph−¬ng ph¸p s¾p xÕp tÕ bµo 50 3.3.2 Hai chiÕn l−îc g¸n kªnh 51 3.4 G¸n kªnh víi viÖc s¾p xÕp l¹i tÕ bµo 51 3.4.1 Bèn thuËt to¸n g¸n kªnh 51 3.4.2 §é phøc t¹p 54 3.4.3 VÝ dô 54 3.5 Tèi −u viÖc g¸n kªnh t¹i c¸c ®iÓm nãng 57 3.5.1 ChiÕn l−îc F vµ chiÕn l−îc R 57 3.5.2 ChiÕn l−îc FR 59 3.6 §¸nh gi¸ chÊt l−îng 63 3.6.1 ChÊt l−îng cña thuËt to¸n F/CR, F/DR, R/CR vµ R/DR 67 3.6.2 ¶nh h−ëng cña X vµ Y ®èi víi chÊt l−îng cña c¸c thuËt 68 to¸n FR/CR vµ FR/DR 3.6.3 ChÊt l−îng cña c¸c thuËt to¸n FR/CR vµ FR/DR 68 3.7 KÕt luËn 69 KÕt luËn 70 Tµi liÖu tham kh¶o Danh môc c¸c b¶ng Trang B¶ng 3.1 Ph¹m vi tÇn sè nhËn ®−îc bëi F/CR, F/DR, R/CR vµ 65 R/DR B¶ng 3.2 Ph¹m vi tÇn sè nhËn ®−îc bëi FR/CR vµ FR/DR víi 66 (7,2,5) vµ yªu cÇu kªnh tr−êng hîp I B¶ng 3.3 Ph¹m vi tÇn sè nhËn ®−îc bëi FR/CR vµ FR/DR víi 0 ≤ X ≤ 5 vµ 1 ≤ Y ≤ 3 66 Danh môc c¸c h×nh vÏ, ®å thÞ Trang H×nh 1.1 M¹ng tÕ bµo lôc gi¸c 5 H×nh 1.2 Sö dông l¹i kªnh 7 H×nh 2.1. CÊu tróc m¹ng tÕ bµo lôc gi¸c ®Òu c¬ b¶n H×nh 2.2. Ph©n bè x¸c suÊt suy gi¶m ®èi víi m« h×nh pha-®inh ph©n bè 15 17 Rice víi hÖ sè k biÕn ®æi H×nh 2.3 X¸c suÊt møc tÝn hiÖu pha-®inh chuÈn l«ga 17 H×nh 2.4 S¾p xÕp b¨ng tÇn sè trong nhãm 7 tÕ bµo vµ 3 sector trªn mét tÕ 22 bµo H×nh 2.5 HiÖu qu¶ phæ tÇn cña DCA lý t−ëng ®−îc so s¸nh víi CDMA 27 H×nh 2.6 L−u ®å thuËt to¸n chia t¸ch kªnh DCA 30 H×nh 2.7 (a) C¸c ®−êng tÝnh to¸n xuyªn nhiÔu FDD 32 (b) C¸c ®−êng tÝnh to¸n xuyªn nhiÔu TDD H×nh 3.1 G¸n kªnh cè ®Þnh trong hÖ thèng di ®éng tÕ bµo H×nh 3.2 KÕ ho¹ch g¸n kªnh cho hÖ thèng 3 tÕ bµo (a) HÖ thèng 3 tÕ bµo A, B, C (b) Kh«ng s¾p xÕp l¹i tÕ bµo (c) Cã s¾p xÕp l¹i tÕ bµo vµ ph−¬ng ph¸p quyÕt ®Þnh thø 48 55-56 nhÊt (d) Cã s¾p xÕp l¹i tÕ bµo vµ ph−¬ng ph¸p quyÕt ®Þnh thø hai H×nh 3.3 M¹ng 21 tÕ bµo víi 2 tr−êng hîp yªu cÇu kªnh (a) Yªu cÇu kªnh tr−êng hîp I (b) Yªu cÇu kªnh tr−êng hîp II 64 Më ®Çu Trong hai thËp kû qua, nhu cÇu ph¸t triÓn ®iÖn tho¹i v« tuyÕn vµ c¸c dÞch vô d÷ liÖu v« tuyÕn ngµy cµng t¨ng m¹nh. Nhu cÇu c¸c dÞch vô v« tuyÕn cña m¹ng tÕ bµo ®ang t¨ng víi tèc ®é rÊt cao trong mçi n¨m vµ t¹i nh÷ng vïng ®« thÞ nhu cÇu nµy ®· v−ît qu¸ dung l−îng kh¶ dông. NhiÒu kü thuËt kh¸c nhau ®−îc sö dông ®Ó t¨ng dung l−îng hÖ thèng. C¸c kü thuËt ®−îc sö dông bao gåm chia nhá tÕ bµo, chØ ®Þnh phæ tÇn míi, c¸c ph−¬ng ph¸p ®a truy cËp míi (TDMA, CDMA) vµ g¸n kªnh ®éng. §èi víi hÖ thèng tÕ bµo víi phæ tÇn cè ®Þnh ®−îc g¸n vµ sö dông c«ng nghÖ ghÐp kªnh cô thÓ, dung l−îng cña mét hÖ thèng phô thuéc vµo hiÖu qu¶ cña chiÕn l−îc g¸n kªnh ®· sö dông. MÆc dï cã rÊt nhiÒu ®Ò xuÊt ®èi víi chiÕn l−îc g¸n kªnh ®éng, tÊt c¶ c¸c hÖ thèng tÕ bµo hiÖn cã ®Òu sö dông g¸n kªnh cè ®Þnh v× hiÖu qu¶ chi phÝ cña nã vµ chÊt l−îng dÞch vô cã thÓ dù ®o¸n tr−íc. ChÝnh v× vËy, tèi −u g¸n kªnh cè ®Þnh lµ vÊn ®Ò ®−îc ®Æc biÖt quan t©m ®èi víi c¸c m¹ng di ®éng tÕ bµo. ë n−íc ta hiÖn nay, cïng víi sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña m¹ng viÔn th«ng, m¹ng th«ng tin di ®éng tÕ bµo ®· trë thµnh mét phÇn c¬ së h¹ tÇng th«ng tin kh«ng thÓ thiÕu ®−îc. XuÊt ph¸t tõ lý do ®ã, t«i chän ®Ò tµi: “Tèi −u ho¸ g¸n kªnh cè ®Þnh cho c¸c m¹ng di ®éng tÕ bµo” cho luËn v¨n cña m×nh. Bè côc luËn v¨n gåm c¸c phÇn sau: - Ch−¬ng 1: Giíi thiÖu tæng quan vÒ m¹ng tÕ bµo, bao gåm c¸c vÊn ®Ò c¬ b¶n nh− t¸i sö dông kªnh, chia t¸ch tÕ bµo, chuyÓn giao vµ bµi to¸n g¸n kªnh cho m¹ng. - Ch−¬ng 2: Giíi thiÖu c¸c chiÕn l−îc g¸n kªnh vµ mét sè kü thuËt n©ng cao dung l−îng m¹ng di ®éng tÕ bµo. Trong ®ã ®i vµo ph©n tÝch hai chiÕn l−îc g¸n kªnh lµ: g¸n kªnh cè ®Þnh (FCA) vµ g¸n kªnh ®éng (DCA). C¸c ph−¬ng ph¸p t¨ng dung l−îng m¹ng nh− anten thÝch nghi, ph¸t hiÖn ®ång thêi, thÝch nghi ®−êng truyÒn ®−îc giíi thiÖu mét c¸ch c¬ b¶n nhÊt. - Ch−¬ng 3: Nghiªn cøu ý t−ëng c¬ b¶n cña viÖc s¾p xÕp c¸c tÕ bµo thµnh danh s¸ch cã thø tù, sau ®ã thùc hiÖn g¸n kªnh. Xem xÐt bµi to¸n g¸n kªnh cè ®Þnh, vÊn ®Ò g¸n kªnh cã s¾p xÕp l¹i tÕ bµo, tèi −u ho¸ g¸n kªnh t¹i c¸c ®iÓm nãng. Tæng céng cã s¸u thuËt to¸n g¸n kªnh, cô thÓ lµ c¸c thuËt to¸n F/CR, F/DR, R/CR, R/DR, FR/CR vµ FR/DR ®· ®−îc ®Ò xuÊt. Cuèi cïng lµ ®¸nh gi¸ vµ kÕt luËn vÒ viÖc tèi −u g¸n kªnh cè ®Þnh cho c¸c m¹ng di ®éng tÕ bµo. Ch−¬ng 1 Giíi thiÖu chung Th«ng tin v« tuyÕn tÕ bµo ®· trë thµnh mét phÇn quan träng cña c¬ së h¹ tÇng th«ng tin. MÆt kh¸c, phæ tÇn v« tuyÕn cÊp ph¸t cho hÖ thèng di ®éng tÕ bµo lµ h¹n chÕ. KÕt qu¶ lµ, c¸c tÇn sè v« tuyÕn ph¶i ®−îc sö dông mét c¸ch hiÖu qu¶ ®Ó tho¶ m·n nh÷ng yªu cÇu ngµy cµng cao. Trong luËn v¨n nµy, chóng ta nghiªn cøu vÊn ®Ò g¸n kªnh: lµm thÕ nµo ®Ó g¸n c¸c kªnh v« tuyÕn cho c¸c cuéc gäi trong mét m¹ng th«ng tin di ®éng tÕ bµo. Sau ®©y lµ mét sè kiÕn thøc c¬ b¶n vÒ c¸c m¹ng tÕ bµo vµ tr×nh bµy mét c¸ch kh¸i qu¸t vÊn ®Ò g¸n kªnh. 1.1 Kh¸i niÖm tÕ bµo Sù t¨ng tr−ëng m¹nh mÏ cña th«ng tin di ®éng kh«ng thÓ ®¹t ®−îc thµnh tùu nÕu kh«ng sö dông kh¸i niÖm tÕ bµo. Tr−íc ®ã, viÖc tiÕp cËn ®èi víi th«ng tin di ®éng lµ kh¸ gièng víi truyÒn thanh v« tuyÕn hay truyÒn h×nh qu¶ng b¸: viÖc phñ sãng mét khu vùc ®−îc cung cÊp b»ng c¸ch l¾p ®Æt mét m¸y ph¸t c«ng suÊt cao trªn ®iÓm cao nhÊt cña khu vùc vµ truyÒn ®i tÝn hiÖu tíi tíi toµn bé vïng phñ sãng. Phæ tÇn v« tuyÕn kh¶ dông ®−îc chia t¸ch thµnh nhiÒu kªnh, mçi kªnh ®−îc dµnh cho mét ng−êi sö dông cô thÓ vµ tÊt c¶ ng−êi sö dông liªn kÕt tíi cïng m¸y ph¸t. Sè ng−êi sö dông bÞ giíi h¹n bëi sè l−îng kªnh kh¶ dông, sè l−îng kªnh kh¶ dông nµy bÞ kho¸ trong toµn bé khu vùc phñ sãng bëi mét sè l−îng nhá c¸c cuéc gäi. VÝ dô, mét nhµ cung cÊp dÞch vô ®iÖn tho¹i v« tuyÕn phôc vô 10.000 kh¸ch hµng sÏ cÇn 10.000 kªnh kh¸c nhau ®Ó thùc hiÖn, mÆc dï chØ cã mét phÇn nhá trong sè chóng sÏ thùc sù ®−îc sö dông t¹i thêi ®iÓm cho tr−íc bÊt kú. Sè kªnh yªu cÇu cã thÓ gi¶m xuèng b»ng c¸ch t¸i sö dông c¸c kªnh v« tuyÕn vÒ thêi gian vµ kh«ng gian. ViÖc t¸i sö dông vÒ thêi gian (cßn ®−îc gäi lµ trunking), cã nghÜa lµ sö dông c¸c kªnh nh− nhau cho c¸c ng−êi dïng kh¸c nhau t¹i c¸c thêi ®iÓm kh¸c nhau. ThiÕt bÞ ®Çu cuèi sÏ ®−îc g¸n mét kªnh chØ khi nã yªu cÇu cho cuéc gäi. MÆc dï trunking cã thÓ sö dông tµi nguyªn phæ tÇn v« tuyÕn mét c¸ch hiÖu qu¶ h¬n, dung l−îng hÖ thèng vÉn cßn kh¸ h¹n chÕ. Sè l−îng c¸c cuéc gäi ®ång thêi bÞ giíi h¹n bëi sè l−îng c¸c kªnh kh¶ dông. V× phæ tÇn v« tuyÕn lµ mét nguån tµi nguyªn quý hiÕm nªn chÝnh ®iÒu nµy giíi h¹n dung l−îng hÖ thèng kh¸ nhiÒu. VÝ dô, hÖ thèng di ®éng tÕ bµo Bell cña thµnh phè New York trong nh÷ng n¨m 1970 ®· sö dông ®iÖn tho¹i trunking, chØ cã thÓ hç trî cho 12 cuéc gäi ®ång thêi. H−íng tiÕp cËn kh¸c cña viÖc sö dông c¸c kªnh v« tuyÕn mét c¸ch hiÖu qu¶ h¬n lµ viÖc t¸i sö dông kªnh vÒ kh«ng gian. C¸c ng−êi dïng cã thÓ sö dông cïng kªnh t¹i cïng thêi ®iÓm trong khu vùc ®Þa lý kh«ng liÒn kÒ. ViÖc t¸i sö dông c¸c kªnh vÒ kh«ng gian lµ kh«ng thÓ trong mét m¹ng qu¶ng b¸ ®−îc tËp trung, nh−ng thay vµo ®ã m¹ng ®−îc cÊu tróc l¹i theo mét kiÓu ph©n t¸n. ViÖc t¸i sö dông kªnh vÒ kh«ng gian lµ mét trong nh÷ng kh¸i niÖm chñ yÕu ®−îc sö dông bëi mét m¹ng tÕ bµo ®Ó ®¹t ®−îc hiÖu qu¶ trong viÖc sö dông tµi nguyªn phæ tÇn. Hai ®Æc ®iÓm chÝnh kh¸c cña c¸c m¹ng tÕ bµo lµ sù chia t¸ch tÕ bµo ®Ó gi¶i quyÕt nh÷ng yªu cÇu t¨ng cao vµ chuyÓn giao cña c¸c cuéc gäi di chuyÓn tõ tÕ bµo nµy ®Õn tÕ bµo kh¸c. Sau ®©y ta sÏ miªu t¶ chi tiÕt h¬n mçi ®Æc ®iÓm nµy. H×nh 1.1 M¹ng tÕ bµo lôc gi¸c 1.1.1 T¸i sö dông kªnh trong c¸c m¹ng tÕ bµo §Ó ®¹t mét hiÖu qu¶ cao h¬n trong viÖc sö dông kªnh th«ng qua viÖc t¸i sö dông kªnh vÒ kh«ng gian, vïng phôc vô ®−îc chia thµnh nhiÒu khu liÒn kÒ. Mét tÕ bµo ®−îc xem nh− lµ vïng phñ sãng t−¬ng ®−¬ng cña mét khu vùc ®Þa lý cô thÓ. Mçi tÕ bµo ®Òu cã m¸y ph¸t riªng ®¶m b¶o th«ng tin v« tuyÕn víi m¸y di ®éng trong vïng néi h¹t cña nã vµ nèi tíi trung t©m b»ng d©y. Kh¸i niÖm tÕ bµo ®−îc miªu t¶ ë trªn ®−îc giíi thiÖu ®Çu tiªn bëi MacDonald [21] sö dông h×nh tÕ bµo lôc gi¸c ®Ó biÓu diÔn mét tÕ bµo nh− trong h×nh 1.1. Lý do chän cÊu tróc tÕ bµo lôc gi¸c lµ trong sè tÊt c¶ c¸c cÊu tróc h×nh lôc cïng cã b¸n kÝnh ®Ó cã thÓ bao phñ mét vïng mµ kh«ng cÇn bÊt cø kho¶ng trèng nµo, th× h×nh lôc gi¸c cã diÖn tÝch lín nhÊt. Kh«ng gièng nh− c¸c c¸ch tiÕp cËn qu¶ng b¸ truyÒn thèng, ý t−ëng tÕ bµo gi¶i quyÕt vÊn ®Ò phñ sãng hoµn toµn kh¸c. Thay v× bao phñ mét vïng réng víi chØ mét m¸y ph¸t c«ng suÊt cao, mét m¹ng tÕ bµo cung cÊp vïng phñ sãng b»ng sö dông rÊt nhiÒu m¸y ph¸t c«ng suÊt thÊp, mçi m¸y ph¸t ®−îc thiÕt kÕ mét c¸ch ®Æc biÖt ®Ó phôc vô chØ mét vïng (tÕ bµo) nhá vµ b¸n kÝnh kh«ng qu¸ vµi tr¨m mÐt. B»ng viÖc chia t¸ch khu vùc phñ sãng ra thµnh nhiÒu tÕ bµo nhá víi mçi m¸y ph¸t cña chÝnh nã, cã thÓ (tèi thiÓu lµ vÒ mÆt lý thuyÕt) t¸i sö dông c¸c kªnh nh− nhau trong c¸c tÕ bµo kh¸c nhau trong ph¹m vi vïng phôc vô. C¸c tÕ bµo nhá víi viÖc t¸i sö dông kªnh cã thÓ t¨ng kh¶ n¨ng l−u l−îng mét c¸ch thùc sù. §Ó hiÓu râ ®iÒu nµy, cã thÓ t−ëng t−îng r»ng cã 12 kªnh kh¶ dông trong mét thµnh phè vµ thµnh phè ®−îc bao phñ bëi 100 tÕ bµo. NÕu tÊt c¶ c¸c kªnh cã thÓ ®−îc t¸i sö dông trong mçi tÕ bµo, th× víi cïng 12 kªnh, thay v× 12 cuéc gäi ®ång thêi trong toµn bé thµnh phè sÏ lµ 12 kªnh cho mçi tÕ bµo vµ 1200 cuéc gäi ®ång thêi trong thµnh phè. Tuy nhiªn, trong thùc tÕ viÖc t¸i sö dông nh− thÕ lµ kh«ng thÓ. NÕu cïng kªnh ®−îc sö dông trong 2 tÕ bµo kh¸c nhau mµ 2 tÕ bµo nµy gÇn nhau vÒ mÆt ®Þa lý, th× ®iÒu nµy cã thÓ g©y ra can nhiÔu v« tuyÕn, lµm mÐo c¸c tÝn hiÖu. HiÖn t−îng nµy ®−îc gäi lµ xuyªn nhiÔu ®ång kªnh, nã cã thÓ lµm gi¶m tû sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m (SNR) tíi mét møc ®é mµ tÝn hiÖu kh«ng cßn ph©n biÖt ®−îc n÷a tõ t¹p ©m, khi ng−êi sö dông kh¸c còng ®ang sö dông cïng kªnh trong tÕ bµo kÕ tiÕp. §Ó ®¹t mét SNR cã thÓ chÊp nhËn ®−îc, kh«ng nªn t¸i sö dông kªnh gièng nhau trong hai tÕ bµo kh¸c nhau trong m¹ng, trõ khi chóng ®−îc chia t¸ch bëi kho¶ng c¸ch tèi thiÓu ®−îc gäi lµ kho¶ng c¸ch t¸i sö dông σ. MÆc dï ®iÒu kiÖn vÒ kho¶ng c¸ch t¸i sö dông lµm cho viÖc bá qua mét hoÆc mét vµi tÕ bµo tr−íc khi t¸i sö dông kªnh gièng nhau lµ cÇn thiÕt, ý t−ëng c¬ b¶n cña viÖc t¸i sö dông kªnh trong kh¸i niÖm tÕ bµo lµ cã c¨n cø. Kªnh gièng nhau cã thÓ ®−îc sö dông ®Ó hç trî nhiÒu h¬n mét cuéc gäi ®ang thùc hiÖn trong c¸c phÇn kh¸c nhau cña thµnh phè. §iÒu nµy lµ cã thÓ bëi v× nhê sù tæn hao ®−êng truyÒn v« tuyÕn, c«ng suÊt trung b×nh nhËn ®−îc tõ mét m¸y ph¸t thay ®æi tû lÖ nghÞch víi luü thõa 3 cña kho¶ng c¸ch tõ ng−êi göi, hoÆc thËm chÝ mét luü thõa cao h¬n lªn tíi 5 hay 6 phô thuéc vµo m«i tr−êng vËt lý. KÕt qu¶ lµ nÕu nghÞch ®¶o luü thõa 4 cña kho¶ng c¸ch ®−îc chÊp nhËn, SNR cã thÓ ®−îc tÝnh nh− sau: α (1/dS)4 C«ng suÊt tÝn hiÖu tSNR = = C«ng suÊt t¹p ©m = α (1/dN) 4 dN 4 (1.1) dS H×nh 1.2 Sö dông l¹i kªnh ë ®©y dS (dN) lµ kho¶ng c¸ch gi÷a nguån tÝn hiÖu (t¹p ©m) vµ ng−êi sö dông, vµ α lµ h»ng sè vËt lý cña m«i tr−êng. Nh− chóng ta cã thÓ thÊy tõ ph−¬ng tr×nh (1.1), SNR ®−îc x¸c ®Þnh kh«ng ph¶i bëi kho¶ng c¸ch ®Þa lý dS vµ dN, mµ bëi tû sè gi÷a chóng. Nhê ®ã cã thÓ sö dông c¸ch biÓu diÔn lý thuyÕt graph vÒ ®iÒu kiÖn kho¶ng c¸ch dïng l¹i trong m¹ng tÕ bµo. Nh− ®· chØ ra ë h×nh 1.2, gi¶ sö r»ng mäi tÕ bµo ®Òu cã cïng b¸n kÝnh r. Khi ®ã bÊt cø ng−êi sö dông nµo trong tÕ bµo A sÏ cã kho¶ng c¸ch lín nhÊt r kÓ tõ m¸y ph¸t cña nã. Kho¶ng c¸ch gi÷a m¸y ph¸t cña tÕ bµo A vµ ng−êi sö dông kh¸c trong tÕ bµo C tèi thiÓu lµ 3r. Bëi vËy, nÕu c«ng suÊt cña m¸y ph¸t cña tÕ bµo A cã gi¸ trÞ võa ®ñ ®èi víi mäi ng−êi sö dông trong tÕ bµo A ®Ó nghe tÝn hiÖu, c«ng suÊt tÝn hiÖu ®−îc nhËn bëi bÊt cø ng−êi sö dông nµo trong tÕ bµo C sÏ lµ (1/3)4 ≈ 1% cña tÕ bµo A. T¹p ©m tõ m¸y ph¸t trong tÕ bµo A khã cã thÓ dÉn ®Õn mÐo tÝn hiÖu mét c¸ch ®¸ng kÓ ¶nh h−ëng ®Õn th«ng tin trong tÕ bµo C. Trong c¸c hÖ thèng hiÖn ®¹i, kho¶ng c¸ch t¸i sö dông 2 hay 3 cã lÏ lµ ®ñ ®Ó b¶o ®¶m tÝn hiÖu nhËn ®−îc tõ m¸y ph¸t chÝnh v−ît tréi t¹p ©m tõ m¸y ph¸t kh¸c sö dông cïng kªnh. NÕu kho¶ng c¸ch t¸i sö dông 2 ®−îc chÊp nhËn, c¸c MS trong c¸c tÕ bµo l©n cËn ®−îc b¶o ®¶m sö dông mét nhãm c¸c kªnh kh¸c nhau. Tuy nhiªn c¸c tÕ bµo kh«ng l©n cËn cã thÓ sö dông cïng kªnh. VÝ dô trong h×nh 1.2 c¸c tÕ bµo A vµ B lµ kÕ tiÕp nhau, v× vËy chóng kh«ng thÓ sö dông cïng kªnh. Tuy nhiªn, c¸c cuéc gäi trong c¸c tÕ bµo A vµ C cã thÓ sö dông cïng kªnh. Trong thùc tÕ, ¶nh h−ëng cña viÖc xuyªn nhiÔu th−êng kh«ng liªn quan ®Õn kho¶ng c¸ch tuyÖt ®èi, mµ ®Õn tû sè kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c tÕ bµo víi b¸n kÝnh cña c¸c tÕ bµo lµm cho ý t−ëng m¹ng tÕ bµo trë nªn hÊp dÉn h¬n. B¸n kÝnh tÕ bµo ®−îc x¸c ®Þnh bëi c«ng suÊt m¸y ph¸t vµ b»ng c¸ch t¨ng hay gi¶m ®¬n gi¶n møc c«ng suÊt cña m¸y ph¸t, c¸c nhµ khai th¸c hÖ thèng cã thÓ thay ®æi sè l−îng c¸c tÕ bµo trong hÖ thèng vµ sau ®ã ®Õn sè l−îng c¸c cuéc gäi sÏ ®−îc hç trî th«ng qua viÖc t¸i sö dông. VÝ dô, nÕu kho¶ng c¸ch t¸i sö dông b»ng 3 lµ cÇn thiÕt cho tû sè tÝn trªn t¹p chÊp nhËn ®−îc vµ mét m¹ng l−íi c¸c tÕ bµo b¸n kÝnh 10 dÆm cho phÐp t¸i sö dông tÇn sè trong mét tÕ bµo t¹i kho¶ng c¸ch 30 dÆm, th× mét m¹ng c¸c tÕ bµo b¸n kÝnh 5 dÆm sÏ cho phÐp t¸i sö dông t¹i kho¶ng c¸ch 15 dÆm vµ c¸c tÕ bµo b¸n kÝnh 1 dÆm sÏ cho phÐp t¸i sö dông t¹i 3 dÆm. Kh«ng cÇn bæ sung thªm kªnh hÖ thèng dùa trªn c¸c tÕ bµo b¸n kÝnh 1 dÆm sÏ hç trî sè l−îng ng−êi dïng 100 lÇn lín h¬n hÖ thèng dùa trªn tÕ bµo b¸n kÝnh 10 dÆm. TÊt nhiªn, nÕu chóng ta cã thÓ gi¶m mét c¸ch v« h¹n kÝch th−íc cña c¸c tÕ bµo, vÊn ®Ò thiÕu hôt phæ tÇn cã thÓ ®−îc gi¶i quyÕt mét c¸ch dÔ dµng b»ng viÖc l¾p ®Æt sè l−îng kh«ng giíi h¹n c¸c tÕ bµo cùc nhá. Tuy nhiªn, chi phÝ cho viÖc l¾p ®Æt vµ b¶o d−ìng lµ cao vµ sù phøc t¹p trong c«ng viÖc ®iÒu khiÓn t¨ng lµm cho gi¶i ph¸p nµy kh«ng cã tÝnh kh¶ thi. VÊn ®Ò quan träng lµ ph¶i sö dông tèt h¬n c¸c tµi nguyªn s½n cã trong hÖ thèng tr−íc khi chuyÓn sang mét hÖ thèng tÕ bµo nhá h¬n. 1.1.2 Sù chia t¸ch tÕ bµo Khi sè ng−êi sö dông t¨ng lªn, cã lÏ sÏ kh«ng cã sù lùa chän nµo kh¸c ngoµi viÖc sö dông nhiÒu c¸c tÕ bµo nhá h¬n ®Ó hç trî nh÷ng ®ßi hái ngµy cµng t¨ng trong vµi vïng nh− lµ trung t©m cña thµnh phè. Nh−ng sÏ lµ qu¸ tèn kÐm nÕu thay thÕ toµn bé c¬ së h¹ tÇng th«ng tin tÕ bµo b»ng mét hÖ thèng tÕ bµo b¸n kÝnh nhá. Tuy nhiªn, b»ng viÖc sö dông mét kü thuËt ®−îc gäi lµ chia t¸ch tÕ bµo, c¸c tÕ bµo