Tài liệu huấn luyện về BTS của viettel

Tài liệu huấn luyện về BTS của viettel

Tài liệu huấn luyện về BTS Phòng Kỹ thuật 1 Lời Nói đầu Căn cứ theo yêu cầu Ban Giám đốc và dựa trên thực tế triển khai dự án thông tin di động pha I mở rộng của Công ty Viễn Thông Quân Đội, nhóm BTS - Ban Kỹ thuật Dự án Di động biên soạn tài liệu huấn luyện về BTS với mục đích giúp cho nhân viên kỹ thuật tại các Trung tâm Viễn thông các tỉnh thành trong cả nước nắm được các kiên thức chung về mạng GSM và các kiến thức chuyên sâu trong việc tích hợp, nghiệm thu, vận hành và khai thác hệ thống các trạm BTS của Công ty tại các tỉnh thành. Trong quá trình nhóm biên soạn đã cố gắng soạn thảo giáo trình theo hướng bám sát thực tế, dễ đọc, dễ hiểu. Tuy nhiên do thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi sai xót, chúng tôi mong muốn có sự đóng ghóp ýý kiến của các học viên để làm cho tài liệu được hoàn thiện hơn. Mọi ýý kiến xin gửi về địa chỉ sau : Nhóm BTS – Ban Kỹ thuật Dự án Di Động – Công ty Viễn thông Quân đội Hoặc liên hệ tới các số điện thoại sau : Nguyễn Quốc Hùng – 0983000121 Nguyễn Quốc Khánh – 0983000116 Đào Đại Nghĩa - 0983000114 Tài liệu huấn luyện về BTS Phòng Kỹ thuật 2 Phần i Tổng quan về GSM 1. Cấu trúc và thành phần của mạng GSM 1.1 Cấu trúc tổng thể Mạng thông tin di động số thực chất là mạng di động mặt đất công cộng PLMN (Public Land Mobile Network). Một cách tổng quát thì PLMN hợp tác với các mạng cố định để thiết lập cuộc gọi, qua các giao diện PLMN tiếp xúc với bên ngoài, thế giới này bao gồm các mạng ngoài, nhà khai thác và người sử dụng như hình vẽ dưới đây : GSM Hình 1 . Cấu trúc chung của GSM Ký hiệu: NSS:mạng và hệ thống con chuyển mạch BSS: hệ thống con trạm gốc OSS: hệ thống con khai thác MS: trạm di động Tài liệu huấn luyện về BTS Phòng Kỹ thuật 3 Như vậy, một hệ thống GSM được chia thành nhiều hệ thống con như sau: - Phân hệ chuyển mạch NSS (Network Switching Subsystem ) - Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem) - Phân hệ bảo dưỡng và khai thác OSS (Operation Subsystem) - Trạm di động MS (Mobile Station) 1.2 Các thành phần của mạng Sơ đồ mô hình của hệ thống GSM được mô tả như ở hình 2 dưới đây : SS HLR MSC VLR EIR AUC BSS BSC BTS MS OSC ISDN PSPDN CSPDN PSTN PLMN : Truyền báo hiệu : Truyền lưu lượng Hình 2 : Mô hình mạng GSM Tài liệu huấn luyện về BTS Phòng Kỹ thuật 4 Các ký hiệu : AUC : Trung tâm nhận thực VLR : Bộ ghi định vị tạm trú BTS : Trạm thu phát gốc SS : Hệ thống con chuyển mạch ISDN : Mạng liên kết số đa dịch vụ HLR : Bộ ghi định vị thường trú EIR : Bộ ghi nhận dạng thiết bị BSC : Bộ điều khiển trạm gốc MS : Trạm di động BSS : Hệ thống con trạm gốc OSS : Trung tâm khai thác và bảo dưỡng PSPDN : Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói PSTN : Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng CSPDN : Mạng số liệu công cộng chuyển mạch theo mạch PLMN : Mạng di động công cộng mặt đất MSC : Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động 1.2.1 Phân hệ chuyển mạch SS Phân hệ chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao. Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác. SS bao gồm các thiết bị : * Tổng đài MSC Trong SS, chức năng chuyển mạch chính được MSC thực hiện, nhiệm vụ chính của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng mạng GSM. Một mặt MSC giao tiếp với hệ thống con Tài liệu huấn luyện về BTS Phòng Kỹ thuật 5 BSS, mặt khác giao tiếp với mạng ngoài. MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài được gọi là MSC cổng GMSC. Để kết nối MSC với các mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn GSM với các mạng đó. Các thích ứng này được gọi là các chức năng tương tác IWF ( Interworking funtions ). IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn. IWF cho phép kết nối với các mạng PSTN, ISDN, PSPDN, CSPDN và có thể được thực hiện kết hợp trong cùng các chức năng MSC hay trong thiết bị riêng. SS cũng cần giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng các khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tải số liệu của người sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử của mạng GSM. Ví dụ, mạng báo hiệu kênh chung số 7(SS7) bảo đảm hợp tác, tương tác giữa các thiết bị của SS trong một hay nhiều mạng GSM. MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số bộ điều khiển trạm gốc BSC. Một tổng đài MSC thích hợp cho một vùng đô thị và ngoại ô dân cư vào khoảng một triệu (với mật độ thuê bao trung bình). * Bộ đăng ký định vị thường trú HLR Ngoài MSC, SS còn bao gồm các cơ sở dữ liệu. Bất kể vị trí của thuê bao, mọi thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông đều được lưu giữ trong HLR, kể cả vị trí hiện thời của MS. HLR thường là một máy tính đứng riêng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao nhưng không có khả năng chuyển mạch. Một chức năng nữa của HLR là nhận dạng thông tin nhận thực AUC, mà nhiệm vụ của trung tâm này là quản lý số liệu bảo mật về tính hợp pháp của thuê bao. * Bộ đăng ký định vị tạm trú VLR VLR là một cơ sở dữ liệu được nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang Tài liệu huấn luyện về BTS Phòng Kỹ thuật 6 nằm trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí của các thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR. Các chức năng VLR thường được liên kết với các chức năng MSC. *Tổng đài cổng GMSC SS có thể chứa nhiều MSC, VLR và HLR. Để thiết lập một cuộc gọi liên quan đến GSM mà không cần biết đến vị trí hiện thời của thuê bao MS, trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến một tổng đài cổng GMSC để lấy thông tin về vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến MSC nào hiện đang quản lý thuê bao đó. Để thực hiện việc này, trước hết các tổng đài cổng phải dựa trên số thoại danh bạ của thuê bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này. GMSC có giao diện với các mạng bên ngoài để kết nối mạng bên ngoài với mạng GSM. Ngoài ra, tổng đài cổng GSM còn có giao diện với mạng báo hiệu số 7 để có thể tương tác với các phần tử khác của NSS. Do tính kinh tế cần thiết của mạng nên không bao giờ tổng đài cổng GSM đứng riêng mà thường được kết hợp với GSM. *Mạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCS7) Nhà khai thác mạng GSM có thể có mạng báo hiệu CCS7 riêng hay chung phụ thuộc vào quy định của từng nước. Nếu nhà khai thác có mạng báo hiệu này riêng thì các điểm chuyển báo hiệu STP (Signalling Transfer Point) có thể là một bộ phận của NSS và có thể được thực hiện ở các điểm nút riêng hay kết hợp trong cùng một MSC tuỳ thuộc vào điều kiện kinh tế. Nhà khai thác GSM có thể dùng mạng riêng để định tuyến các cuộc gọi giữa GMSC và MSC hay thậm chí định tuyến cuộc gọi ra đến điểm gần nhất trước khi sử dụng mạng cố định. Lúc này các tổng đài quá giang TE (Transit Exchange) có thể sẽ là một bộ phận của mạng GSM và có thể được thực hiện như một nút đứng riêng hay kết hợp với MSC. Tài liệu huấn luyện về BTS Phòng Kỹ thuật 7 1.2.2 Phân hệ trạm gốc BSS BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động MS thông qua giao diện vô tuyến nên nó bao gồm các thiết bị phát và thu đường vô tuyến và quản lý các chức năng này. Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài NSS. Tóm lại BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài, tức là kết nối thuê bao di động MS với những người sử dụng viễn thông khác. Do vậy, BSS phải phối ghép với NSS bằng thiết bị BSC. Ngoài ra, do BSS cũng cần phải được điều khiển nên nó được đấu nối với OSS. BSS gồm hai thiết bị : BTS giao diện với MS và BSC giao diện với MSC. * Đài vô tuyến gốc BTS Một BTS bao gồm các thiết bị phát, thu, anten và khối xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến. Có thể coi BTS là các Modem vô tuyến phức tạp có thêm một số chức năng khác. Một bộ phận quan trọng của BTS là khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU (Transcode/Rate Adapter Unit). TRAU thực hiện quá trình mã hóa và giải mã tiếng đặc thù cho GSM. Đồng thời ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu. TRAU là một bộ phận của BTS nhưng cũng có thể được đặt xa BTS, chẳng hạn đặt giữa BSC và MSC. * Đài điều khiển trạm gốc BSC BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả các giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa của BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu là các lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao. Một phía BSC được nối với BTS còn phía kia được nối với MSC của NSS. Trong thực tế, BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể. Vai trò chủ yếu của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao. Một BSC trung bình có thể quản lý hàng chục BTS, tạo thành một trạm gốc. Tập hợp các trạm gốc trong mạng gọi là phân hệ trạm gốc. Giao diện Tài liệu huấn luyện về BTS Phòng Kỹ thuật 8 quy định giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa BSC và BTS là giao diện Abis. 1.2.3 Trạm di động MS MS là một thiết bị phức tạp,có khả năng như một máy tính nhỏ. Nó bao gồm hai thiết bị : thiết bị di động ME và module nhận dạng thuê bao SIM. SIM có dạng như một card thông minh hoặc được chia nhỏ hơn gắn trên giá, nó như một loại khoá, có thể tháo khỏi MS một cách dễ dàng. Không có SIM, trạm di động không thể gọi được trừ trường hợp khẩn cấp được mạng cho phép. SIM lưu giữ thông tin liên quan đến thuê bao và nó có thể được phân biệt qua chỉ số nhận dạng IMSI. Ngoài việc chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến, MS còn phải cung cấp các giao diện với người sử dụng (như micro, loa, màn hiển thị, bàn phím để quản lý cuộc gọi) hoặc giao diện với một số thiết bị đầu cuối khác như giao diện với máy tính cá nhân, Fax Như vậy ta nhận thấy MS có 3 chức năng chính như sau : - thiết bị đầu cuối : để thực hiện các dịch vụ người sử dụng (thoại, fax, số liệu ) - kết cuối di động : để thực hiện truyền dẫn ở giao diện vô tuyến vào mạng. - thích ứng đầu cuối : làm việc như một cửa nối thông thiết bị đầu cuối với kết cuối di động. 1.2.4 Phân hệ khai thác và bảo dưỡng OSS Hiện nay OSS được xây dựng theo nguyên lý của mạng quản lý viễn thông TMN(Telecommunication Management Network). Lúc này, một mặt hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến các phần tử của Tài liệu huấn luyện về BTS Phòng Kỹ thuật 9 mạng viễn thông (các MSC, BSC, HLR và các phần tử mạng khác trừ BTS vì thâm nhập đến BTS được thực hiện qua BSC). Mặt khác hệ thống khai thác và bảo dưỡng lại được nối đến một máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người máy. OSS thực hiện ba chức năng chính là : khai thác và bảo dưỡng mạng, quản lý thuê bao và tính cước, quản lý thiết bị di động. Dưới đây ta xét tổng quát các chức năng nói trên: * Chức năng khai thác và bảo dưỡng mạng Khai thác là các hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng như : tải của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao giữa hai ô nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng của dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời xử lý các sự cố. Khai thác cũng bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vấn đề xuất hiện ở thời điểm hiện thời, để chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai, để tăng vùng phủ sóng. Việc thay đổi mạng có thể được thay đổi “mềm” qua báo hiệu (chẳng hạn thay đổi thông số handover để thay đổi biên giới tương đối giữa hai ô) hoặc được thực hiện “cứng” đòi hỏi can thiệp tại hiện trường (chẳng hạn bổ sung thêm dung lượng truyền dẫn hoặc lắp đặt thêm một trạm mới). ở các hệ thống viễn thông hiện đại, việc khai thác được thực hiện bằng máy tính và được tập trung ở một trạm. Bảo dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố và hỏng hóc. Nó có một số quan hệ với khai thác. Các thiết bị ở mạng viễn Tài liệu huấn luyện về BTS Phòng Kỹ thuật 10 thông hiện đại có khả năng tự phát hiện một số sự cố hay dự báo sự cố thông qua sự kiểm tra. Trong nhiều trường hợp người ta dự phòng cho thiết bị để khi có sự cố có thể thay thế bằng thiết bị dự phòng. Sự thay thế này có thể được thực hiện tự động, ngoài ra việc giảm nhẹ sự cố có thể được người khai thác thực hiện bằng điều khiển từ xa. Bảo dưỡng cũng bao gồm cả các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế thiết bị có sự cố. * Chức năng quản lý thuê bao Chức năng quản lý thuê bao được bắt đầu từ việc nhập và xoá thuê bao ra khỏi mạng. Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ khác nhau và các chức năng bổ sung. Nhà khai thác phải có khả năng xâm nhập vào các thông số nói trên. Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cước cuộc gọi. Cước phí phải được tính và gửi đến thuê bao. Quản lý thuê bao ở mạng GSM chỉ liên quan đến HLR và một số thiết bị OSS riêng, chẳng hạn mạng nối HLR với các thiết bị giao tiếp người - máy ở các trung tâm giao dịch với thuê bao. Sim card cũng đóng vai trò như một bộ phận của hệ thống quản lý thuê bao. * Chức năng quản lý thiết bị di động Quản lý thiết bị di động được thực hiện bởi bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identity Register). EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm di động MS. EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị. ở GSM, EIR được coi là thuộc hệ thống con SS. Đối với mạng Vinaphone không có chức năng này. 1.3 Cấu trúc địa lý của mạng Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc địa lý nhất định để định tuyến các cuộc gọi vào đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị [...]... tương hỗ, 21 Phòng Kỹ thuật Tài liệu huấn luyện về BTS phân định trang, quản lý bán song công v.v Giao thức nói trên được sao lại ở TAF và IWF để tránh các vấn đề nảy sinh do trễ của truyền dẫn đường dài 22 Phòng Kỹ Tài liệu huấn luyện về BTS thuật 4.3.2 Truyền dẫn bên trong GSM Truyền dẫn bên trong của GSM được giới hạn bởi TAF và IWF do phần truyền dẫn bên trong của mạng truyền dẫn GSM nằm giữa một... nhận được cả hai tín hiệu của bên phát với mức độ mạnh yếu khác nhau tuỳ thuộc vào vị trí của máy thu với cả hai máy phát Tỉ lệ sóng mang trên nhiễu C/I được biểu diễn bởi quan hệ giữa độ lớn của sóng mong muốn và sóng không mong muốn : P C  10 lg c I Pi 18 Phòng Kỹ thuật Tài liệu huấn luyện về BTS trong đó : Pe:Công suất tín hiệu của sóng phát mong muốn Pi : Công suất tín hiệu của sóng phát gây nhiễu... vậy, để hiểu được truyền dẫn số liệu trong mạng GSm, trước hết ta xét đến tiêu chuẩn V.110 Tiêu chuẩn V.110 giải quyết các vấn đề như sau: - Truyền tải các thông tin bổ sung - Truyền tải số liệu dị bộ ở các đường truyền đồng bộ - Truyền tải số liệu đồng bộ ở đường truyền đồng bộ sử dụng các đồng hồ độc lập với nhau 28 Phòng Kỹ Tài liệu huấn luyện về BTS thuật 4.3.3 Cấu trúc của kênh vật lý Các kênh vật... tần số lấy mẫu 8kHz và 13bit mã hoá cho một mẫu sau đó tín hiệu này được đưa lên bộ biến đổi tương tự/số 23 Phòng Kỹ Tài liệu huấn luyện về BTS thuật (A/D) Tại đầu ra của bộ A/D, ta được các khối 20ms mã hoá 260bit làm cho tốc độ của luồng ra là 13kbit/s như hình 9 1 LP A/D Bộ mã hoá F BTS Ký hiệu : LPF : Bộ lọc thông thấp ; A/D : Bộ biến đổi A/D ; 1 : Micro Hình 9 Quá trình mã hoá tiếng nói ở GSM Nếu... Phòng Kỹ thuật Tài liệu huấn luyện về BTS Quan hệ giữa các vùng địa lý của mạng GSM được minh họa như sau : Vùng phục vụ GSM (tất cả các nước thành viên) Vùng phục vụ PLMN (một hay nhiều vùng ở một nước) Vùng phục vụ MSC (vùng được điều khiển bởi một MSC) Vùng định vị (vùng tìm gọi ) Ô (cell) (vùng có trạm gốc riêng) Hình 4 Cấu trúc địa lý của mạng GSM 2 Chia ô phủ sóng Do tính lưu động của MS trên một... và anten thu trong trường hợp giữa chúng không có vật cản 33 Phòng Kỹ Tài liệu huấn luyện về BTS thuật Trong không gian tự do, suy hao đường truyền tỷ lệ với bình phương của tần số : L = d 2 x f2 Như vậy, tần số càng cao thì suy hao càng lớn Do mặt đất là không lý tưởng, suy hao được tính theo công thức của Hata theo khuyến nghị của CCIR năm 1982 : L = 69,55 + 26,16logf(MHz) - 13,82logh1 - a(h2) +... số Quy hoạch cell trong thực tế còn phải xét đến vấn đề truyền sóng vô tuyến rất phụ thuộc vào địa hình, các 13 Phòng Kỹ thuật Tài liệu huấn luyện về BTS tính chất không đồng nhất của bề mặt mặt đất Chính vì vậy, các hình lục giác là mô hình hết sức đơn giản nhưng hiệu quả của các hình mẫu phủ sóng vô tuyến Nguyên lý cơ sở khi thiết kế các hệ thống tổ ong là các mẫu được gọi là các mẫu sử dụng lại... đồ khối của bộ mã hoá được mô tả trong hình 13 : S Phân đoạn Bộ lọc phân tích LPC Chọ n lưới Lọc thông thấp RPE Bộ lọc phân tích LTP Phân tích LPC 25 Hình 13 Sơ đồ khối bộ mã hoá tiếng GSM Ghé p kênh 13kb/s Phòng Kỹ Tài liệu huấn luyện về BTS thuật Tín hiệu mã hoá PCM đồng đều 13bit/8000mẫu/s được nhấn mạnh trước (Pre-emphasis) rồi được chia thành các đoạn 20ms/160 mẫu/13bit đưa vào đầu vào của bộ mã... phát trước khi đưa vào bộ giải điều chế 27 Phòng Kỹ Tài liệu huấn luyện về BTS thuật *Truyền tiếng trên đoạn từ BTS đến TRAU Trong đoạn này, nếu TRAU đặt ở xa (ví dụ như đặt tại BSC), báo hiệu sẽ được bổ sung vào tiếng (báo hiệu trong băng) để truyền các thông tin điều khiển TRAU từ bộ điều khiển chuyển đổi mã từ xa RTH(Remote Transcoder Handle) đặt ở BTS đến TRAU đặt ở BSC Đồng thời, có 60bit bổ sung... dung lượng của hệ thống nhưng làm giảm C/I Trong thông tin di động số GSM, tỉ lệ nhiễu đồng kênh được đánh giá qua bảng giá trị sau : C/Ic > 25 dB Rất tốt 20 dB  C/Ic  25 dB Tốt 12 dB  C/Ic  20 dB Có hiệu quả C/Ic < 12 dB Không hiệu quả 19 Phòng Kỹ thuật Tài liệu huấn luyện về BTS 4.2 Nhiễu kề kênh C/A (Adjacent-channel interference) Nhiễu kề kênh xảy ra khi bên thu chịu ảnh hưởng nhiễu của các kênh . dữ liệu được nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang Tài liệu huấn luyện về BTS Phòng Kỹ thuật 6 nằm trong vùng phục vụ của. lý của mạng GSM Tài liệu huấn luyện về BTS Phòng Kỹ thuật 14 tính chất không đồng nhất của bề mặt mặt đất. Chính vì vậy, các hình lục giác là mô hình hết sức đơn giản nhưng hiệu quả của. nguyên lý của mạng quản lý viễn thông TMN(Telecommunication Management Network). Lúc này, một mặt hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến các phần tử của Tài liệu huấn luyện về BTS Phòng