1 .Khái niệm

            Một mạng tế bào là một mạng vô tuyến được phân phối trên các khu vực  được gọi là tế bào, phục vụ thu phát cố định ít nhất một vị trí được biết đến như một địa điểm động hoặc trạm cơ sở. Mạng tế bào cung cấp vùng phủ sóng trên một khu vực địa lý rộng.

Mạng tế bào là hệ thống mạng có cấu trúc tổ ong trong đó bao gồm nhiều trạm phát sóng, mỗi trạm phát sóng tạo ra một ô vùng phủ (cell). Mỗi ô sẽ được bao xung quanh bởi 6 ô khác, từ đó mà được gọi là mạng tế bào hay mạng tổ ong. Hệ thống mạng tế bào điển hình là GSM, CDMA, UMTS...

2.Cấu tạo mạng tế bào

Trong mỗi cell có một trạm gốc (BTS- Base Station) có chức năng kết nối vô tuyến với các thuê bao (trạm di động – MS – Mobile Station). Sử dụng nhiều tần số sóng  mang. Các cell kề nhau sở dụng tần số khác nhau.

Thực tế đường kính cell biến đổi từ 100m đến 35km phụ thuộc vào mật độ thuê bao, địa  hình và công suất thu phát của trạm gốc.

3.Các thành phần của hệ thống thông tin tế bào

Hệ thống thông tin tế bào bao gồm bốn thành phần :

 + Mạng thoại chuyển mạch công cộng PSTN

+ Trung tâm chuyển mạch thoại di đông MTSO

+ Cell và hệ thống ăngten

+ Khối thuê bao di động

Hình 2.3.  Hệ thống thông tin tế bào

PSTN ( Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng )

Mạng PSTN bao gồm mạng nội bộ, mạng chuyển mạch vùng, và mạng kéo dài có khả năng kết nối liên mạng giữa thoại với các hệ thống thông tin liên lạc khác trên toàn cầu

Mobile Telephone Switching Office ( MTSO)

MTSO là tổng đài chuyển mạch thoại di động.  MTSO chứa trung tâm chuyển mạch di động ( MSC ), giám sát trường và các trạm chuyển tiếp để chuyển mạch cuộc gọi từ các cell sang các trung tâm hữu tuyến ( PSTN ). Trong mạng tế bào tương tự, MSC điều khiển các hoạt động của hệ thống. MSC điều khiển cuộc gọi, hệ thống cước, và định vị các thuê bao di động.

The cell site ( vị trí tế bào )

Thuật ngữ cell site để chỉ vị trí vật lý của thiết bị vô tuyến mà cung cấp một vùng phủ sóng trong cell. Danh sách các thiết bị phần cứng đặt tại cell site gồm có khối nguồn, khối thiết bị giao diện, các khối thu phát sóng vô tuyến và hệ thống ăng ten.

Mobile Subcriber Units ( Khối thuê bao di động : MSUs )

Các khối thuê bao di động bao gồm có khối điều khiển và khối thu phát điều khiển việc thu phát sóng vô tuyến đến và đi từ cell site. Có ba loại thiết bị MSU gồm :

+ Khối mobile telephone (Công suất phát là 4W)

+ Khối Protable (Công suất phát là 0.6W)

+ Khối transportable (Công suất phát là 1,6W)

4.Cấu tạo của 1 cell           

Cell (tế bào) là đơn vị địa lý cơ bản của hệ thống thông tin vô tuyến theo mô hình tế bào.  Các vùng phủ sóng bởi các trạm có dạng tế bào nên người ta gọi là hệ thống thông tin theo mô hình tế bào. Các cell là các trạm gốc phát sóng đến một bán kính địa lý xung quang và vùng phủ sóng có dạng gần giống hình lục giác. Kích thước phủ sóng mỗi cell thay đổi tuỳ theo vùng.

Cell  là một hình lục giác đều có chiều dài cạnh là R.Diện tích của cell là

Chu vi của 1 cell là 6R.

Các cell phân thành nhóm gọi là các Cluster. Thông thường 1 cluster có 1, 3, 4, 7, 9,... Cell. Vùng bao phủ của một Cluster gọi là một footprint. Cluster được lặp lại trong toàn mạng. Các kênh tần số sẽ được tái sử dụng trong các Cluster. Mỗi Cluster sẽ sử dụng toàn bộ phổ tần số của mạng.

Tái sử dụng tần số (Frequency Reuse)

      Phổ tần số sử dụng trong hệ thống thông tin di động là có hạn nên người ta phải tìm cách sử dụng lại tần số để có thể tăng dung lượng điện thoại phục vụ. Giải pháp này được gọi là quy hoạch tần số hay tái sử dụng tần số. Việc sử dụng lại tần số được thực hiện bằng cách cấu trúc lại kiến thúc hệ thống thông tin di động theo mô hình tổ ong.  Mô hình sử dụng lại tần số dựa trên  việc gán cho mỗi cell một nhóm kênh vô tuyến trong một khu vực địa lý nhất định. Các kênh vô tuyến của cell khác biệt hoàn toàn với các kênh vô tuyến của cell lân cận với nó (cell láng giềng). 

      Vùng phủ sóng của cell được gọi là footprint (dấu chân). Các footprints này có đường giao với nhau nên các nhóm tần số giống nhau có thể được sử dụng ở các cell khác nhau miễn sao khoảng cách giữa các cell đủ lớn để tránh nhiễu do các tần số trùng nhau gây ra.

Hình 5.   Tái sử dụng tần số

      Xem Hình 5 trên cho thấy các cell có cùng chỉ số thì sử dụng nhóm tần số giống nhau. Theo như mô hình trên, số tần số sẵn có là 7, nhân tố sử dụng lại tần số là 1/7.  Theo đó, mỗi cell chỉ sử dụng 1/7 số kênh có sẵn.

Cells splitting (Sự phân chia các cell)

       Tuy nhiên, sẽ không thực tế  khi người ta chia nhỏ toàn bộ các hệ thống ra các vùng nhỏ hơn nữa và tương ứng với nó là các cells. Nhu cầu lưu lượng cũng như mật độ thuê bao sử dụng giữa các vùng nông thôn và thành thị có sự khác nhau nên đòi hỏi cấu trúc mạng ở các vùng đó cũng khác nhau.

      Các nhà quy hoạch sử dụng khái niệm cells splitting để phân chia một khu vực có mật độ thuê bao cao, lưu lượng lớn thành nhiều vùng nhỏ hơn để cung cấp tốt hơn các dịch vụ mạng.   Ví dụ các thành phố lớn được phân chia thành các vùng địa lý nhỏ hơn với các cell có mức độ phủ sóng hẹp nhằm cung cấp chất lượng dịch vụ cũng như lưu lượng sử dụng cao, trong khi khu vực nông thôn nên sử dụng các cell có vùng phủ sóng lớn, tương ứng với nó số lượng cell sẽ sử dụng ít hơn để đáp ứng cho lưu lượng thấp và số người dùng với mật độ thấp hơn.

Hình 6  Quá trình phân chia cell

5.Sự chuyển giao trong mạng di động tế bào

Chuyển giao (handoff – handover): khi cuộc gọi đang được thực hiện, user di chuyển từ cell này đến cell khác nên cuộc gọi được chuyển sang kênh lưu lượng mới (của cell mới) để cuộc gọi không bi gián đoạn → chuyển giao cứng và chuyển giao mềm .

Chuyển giao cứng là một thể loại của các thủ tục chuyển giao, trong đó tất cảcác kết nối cũ của một trạm di động được giải phóng trước khi một kết nối mới được thiết lặp. Đối với các kênh yêu cầu thời gian thực thì nó có nghĩa là ngắt một kết nối ngắn của kênh, còn đối với các kênh không yêu cầu thời gian thực thì HHO có nghĩa là không tổn hao. Chuyển giao cứng có thể đặt trong  kiểu chuyển giao cùng tần số hoặc khác tần số

Chuyển giao mềm:Chuyển giao mềm chỉ có trong công nghệ CDMA. So với chuyển giao cứng thông thường, chuyển giao mềm có một số ưu điểm. Tuy nhiên, nó cũng có một số các hạn chế về sự phức tạp và việc tiêu thụ tài nguyên tăng lên. Trong phần này sẽ trình bày nguyên lý của chuyển giao mềm.

- Nguyên lý chuyển giao mềm.

  Chuyển giao mềm khác với quá trình chuyển giao cứng truyền thống. Đối với chuyển giao cứng, một quyết định xác định là có thực hiện chuyển giao hay không và máy di động chỉ giao tiếp với một BS tại một thời điểm. Đối với chuyển giao mềm, một quyết định có điều kiện được tạo ra là có thực hiện chuyên giao hay không lại tuỳ thuộc vào sự thay đổi cường độ tín hiệu kênh hoa tiêu từ hai hay nhiều trạm gốc có liên quan, một quyết định cứng cuối cùng sẽ được tạo ra để giao tiếp với duy nhất 1 BS. Điều này thường diễn ra sau khi tín hiệu đến từ một BS chắc chắn sẽ mạnh hơn các tín hiệu đến từ BS khác. Trong thời kỳ chuyển tiếp của chuyển giao mềm, MS giao tiếp đồng thời với các BS trong tập hợp tích cực (Tập hợp tích cực là danh sách các cell hiện đang có kết nối với MS)