Thiết kế xây dựng trạm BTS phục vụ cho một vùng và kiểm tra hoạt động trạm BTS bằng phương pháp đo driver test

Thiết kế xây dựng trạm BTS phục vụ cho một vùng và kiểm tra hoạt động trạm BTS bằng phương pháp đo driver test

MỤC LỤC

BẢNG KÝ HIỆU VIẾT TẮT 2

LỜI MỞ ĐẦU 5

CHƯƠNG I: MẠNG DI ĐỘNG GSM 6

1.1 Giới thiệu chung 6

1.2 Các đặc trưng cơ bản của hệ thống GSM 7

1.3 Cấu trúc mạng GSM 7

1.4.1 MS (Mobile station) 8

1.4.2 BSS (Base Station System - Hệ thống trạm gốc) 8

1.4.3 NSS (Network Switching System - Hệ thống chuyển mạch) 10

1.4.4 Khối TRAU 11

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ BTS HÃNG ALCATEL - LUCENT 12

2.1 Giới thiệu chung về BTS 12

2.1.1 Khái niệm về BTS 12

2.1.2 Vị trí của BTS trong hệ thống GSM 12

2.1.3 Phân loại BTS 13

2.2.1 Cấu trúc chung của hệ thống BTS 15

2.2.2 Cấu trúc và chức năng của các khối chính trong hệ thống BTS 16

2.3 Nguyên lý hoạt động của BTS 19

2.3.1 Kết nối các khối chức năng trong hệ thống BTS 19

2.3.2 BCB (Base Station Control Bus) 19

2.3.3 BSII (Base Station Internal Interface) 20

2.3.4 Nguyên lý hoạt động của BTS 20

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN MẠNG DI ĐỘNG GSM 23

3.1 Lưu lượng trong mạng GSM 23

3.2 Cấp độ dịch vụ - GoS (Grade of Service) 23

3.3 Nhiễu đồng kênh C/I 24

3.4 Tái sử dụng lại tần số 25

3.4.1 Khái Niệm 25

3.4.2 Các mẫu tái sử dụng tần số 28

3.5 Các cấu hình của trạm BTS 33

3.5.1 Cấu hình 4/4/4 (cấu hình Full) 33

3.5.2 Cấu hình 2/2/2 33

CHƯƠNG IV: DRIVE TEST TRONG MẠNG GSM 34

4.1 Mục đích của việc thực hiện Drive Test 34

4.2 Thiết bị đo và thủ tục đo drive test 34

4.2.1 Đội Drive test 34

4.2.2 Thiết bị Drive test và các nguồn hỗ trợ 34

4.2.3 Thủ tục đo 35

4.3 Drive test trong chu trình tối ưu 37

4.3.1 Drive test 38

4.3.2 Phân tích dữ liệu 39

4.3.3 Yêu cầu thay đổi cấu hình Site 51

4.3.4 Thực hiện 52

CHƯƠNG V: BÀI TOÁN THỰC TẾ 53

5.1 Xây dựng các trạm BTS phục vụ cho một vùng 53

5.1.1 Các yếu tố cần quan tâm trước khi đi vào tính toán 53

5.1.2 Bài toán thực tế 53

5.2 Báo cáo Drive test chất lượng mạng tại Bát Tràng – Hà Nội 57

Thực hiện Drive Test trạm Bát Tràng và phân tích ta có kết quả sau: 57

5.2.1 Thống kê cuộc gọi 57

5.2.2 Thống kê KPIs DT ngày 15-10-2011 58

5.2.3 Logfile call 58

5.2.4 Logfile Scanning 61

5.2.5 Phân tích: 62

KẾT LUẬN 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

BẢNG KÝ HIỆU VIẾT TẮT

AGCH Access Grant Channel Kênh cho phép truy nhập

AMPS Advanced Mobile Phone

ARQ Automatic Repeat Request Yêu cầu lặp lại tự động

AUC Authentication Center Trung tâm nhận thực

BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc

BSIC Base Station Identity Code Mã nhận dạng trạm gốc

BSS Base Station System Hệ thống trạm gốc

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

C/A Carrier to adjacent ratio Tỷ số sóng mang trên sóng lân cậnC/I Carrier to interference ratio Tỷ số sóng mang trên nhiễu

CI Cell Identity Nhận dạng ô để xác định vị trí trong

vùng định vịC/R Carrier to reflection ratio Tỷ số sóng mang trên sóng phản xạCCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung

DCS Digital cellular System Hệ thống tổ ong số

EIR Equipment Identity Register Thanh ghi nhận dạng thiết bị

ETSI European Telecommunication

Standards Institude

Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu

FACCH Fast Associated Control

FB Frequency Correction Burst Cụm hiệu chỉnh tần số

FCCH Frequency Correction Channel Kênh hiệu chỉnh tần số

FDMA Frequency Division Multiple

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

GSM Global System for Thông tin di động toàn cầu

Mobile Communication

HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú

IMEI International Mobile Equipment

Identity Nhận dạng thiết bị di động quốc tếIMSI International Mobile Subscriber

ISDN Integrated Service Digital

ISI Intersymbol Interference Nhiễu giao thoa giữa các kí hiệuIWF Inter Working Function Chức năng tương tác

LAI Location Area Identity Nhận dạng vùng định vị

MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiệnMNC Mobile Network Code Mã mạng di động

MOU Memoradum Uderstanding Bản ghi nhớ

MSRN Mobile Station Roaming

NMT Nordic Mobile Telephone Điện thoại di động Bắc Âu

OMC Operation and Maintenance

OSS Operation and Support System Hệ thống khai thác và hỗ trợ

PCM Pulse Code Modulation Điều chế xung mã

PIN Personal Identification Number Số nhận dạng cá nhân

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộngPSPDN Packet Switch Public Data

RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên

SACCH Slow Associated Control

SDCCH Stand alone Dedicated Control

Channel

Kênh điều khiển riêng đứng mộtmình

SIM Subscriber Identity Module Môđun nhận dạng thuê bao

SMS Short Message Service Dịch vụ nhắn tin ngắn

TACS Total Access Communication

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gianTMN Telecommunication

Management Network Mạng quản lý viễn thông

TRAU Transcoder/Rate Adaptation

Unit

Khối chuyển đổi mã và thích ứngtốc độ

VLR Visitor Location Register Thanh ghi định vị tạm trú

CGI Cell Global Indentity Nhận dạng ô toàn cầu

LAC Lacation Area Code Mã định vị vùng

LỜI MỞ ĐẦU

Thông tin liên lạc là một nhu cầu của bất kỳ một xã hội phát triển nào Để đápứng nhu cầu liên lạc ngày càng cao của xã hội, thông tin di động đã được nghiêncứu phát triển từ rất sớm, bắt đầu với các hệ thống thông tin di động sử dụng côngnghệ analog, cho đến nay các mạng di động sử dụng công nghệ số đã được ứngdụng rộng rãi và phát triển vô cùng mạnh mẽ

Thông tin di động đang triển khai ở Việt Nam bao gồm 2 hệ

+ Sử dụng công nghệ GSM: MobiFone, VinaFone, Viettel, VietnamMobile,Beeline (GTEL)

+ Sử dụng công nghệ CDMA: EVN Telecom, và S-Fone

Trong đó số lượng thuê bao sử dụng công nghệ GSM là áp đảo

Đứng trước sự phát triển của số lượng thuê bao trong thời gian tới và nhu cầutăng cao về các dịch vụ cao cấp hơn của khách hàng Các nhà mạng cần phải thựchiện mở rộng dung lượng và nâng cấp cho mạng lưới Việc nghiên cứu và đưa racác giải pháp kỹ thuật có khả năng áp dụng thực tế và triển khai trong thời gianngắn là vô cùng cần thiết

Đề tài: “Thiết kế xây dựng trạm BTS phục vụ cho một vùng và kiểm tra hoạt

động trạm BTS bằng phương pháp đo Driver Test”

Trong quá trình làm khóa luận tốt nghiệp, mặc dù em đã cố gắng nhiều nhưng

do trình độ có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong được sự phêbình, góp ý của thầy cô và bạn bè

Trước khi trình bày nội dung đề tài này, em xin chân thành cảm ơn tới các thầy

cô trong bộ môn vô tuyến cũng như các thầy cô trong khoa Vật Lý thuộc trường ĐHKHTN đã trang bị cho em kiến thức trong suốt bốn năm học vừa qua

Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn tới Thầy Vũ Thành Thái đã tận tình giúp đỡ,trực tiếp hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành khóa luận

Em cũng chân thành cảm ơn tới anh Nguyễn Thành Hưng, Trưởng Phòng kỹthuật - công ty Cổ phần Phát triển Dịch vụ Viễn thông ITC đã cung cấp tài liệu vàhướng dẫn em hoàn thành khóa luận

Cuối cùng, là lời cảm ơn sâu sắc em muốn gửi đến gia đình cùng bạn bè đãđộng viên giúp đỡ em trong suốt thời gian qua để em có điều kiện hoàn thành tốtnhất khóa luận tốt nghiệp này

Sinh viên thực hiện

Ngô Ngọc Cảnh

CHƯƠNG I: MẠNG DI ĐỘNG GSM

1.1 Giới thiệu chung

Khái niệm GSM được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1982, là chữ viết tắt củaGroupe Speciale Mobile, là tổ chức thuộc Hội đồng Bưu chính và Viễn thông Châu

Âu CEPT (Conference Europeenne des Postes et Telecommunications) Tổ chứcnày được giao nhiệm vụ phát triển một chuẩn mới dùng cho liên lạc di động trongdải tần 900MHz, và kết quả của nó chính là mạng GSM lần đầu tiên vào năm 1991.Trong năm này, từ GSM cũng chuyển đổi ý nghĩa, trở thành chữ viết tắt của cụm từ

“Hệ thống thông tin di động toàn cầu” (Global System for MobileCommunications), và người ta cũng đề ra tiêu chuẩn cho mạng GSM hoạt độngtrong băng tần 1800MHz, được gọi là hệ thống DCS1800

Từ đó đến nay, nhờ đặc tính chuẩn hóa rộng rãi trên toàn thế giới cùng với khảnăng chuyển vùng quốc tế mạnh mẽ, GSM đã đạt được những thành công vô cùng

to lớn trong sự phát triển Theo số liệu báo cáo của hiệp hội GSM GSMA (GSMAssociation), tính cho đến tháng 4 năm 2008, đã có 3 tỷ thuê bao di động sử dụngcông nghệ GSM với tổng số 218 nhà khai thác trên phạm vi toàn thế giới.

Xuất phát điểm ban đầu, GSM chủ yếu cung cấp dịch vụ thoại và dữ liệu tốc độthấp, GSM cũng có các ưu điểm như: tính bảo mật cao, khả năng chống nhiễu mạnh

mẽ, hiệu suất sử dụng phổ cao Từ hệ thống GSM ban đầu chỉ cung cấp dịch vụthoại là chủ yếu, GSM đã được tích hợp thêm các chức năng như gửi tin nhắn(SMS), hiển thị số điện thoại gọi đến, chuyển cuộc gọi… Để đáp ứng yêu cầutruyền dữ liệu với tốc độ cao, GSM đã được phát triển thêm với “Dịch vụ gói dữliệu vô tuyến tổng quát” GPRS (General Packet Radio Service), đưa tốc độ truyền

dữ liệu trên cơ sở mạng vô tuyến GSM có thể lên đến 171.2 kbit/s

Ngày nay, trước nhu cầu ngày càng cao về thông tin di động, đặc biệt là các ứngdụng yêu cầu tốc độ dữ liệu cao, mạng 3G là một xu hướng tất yếu, trong đó GSMkhông phải là ngoại lệ Trong quá trình nâng cấp và dịch chuyển đó, tính hiệu quả là yếu

tố vô cùng quan trọng, do đó đòi hỏi sự thay đổi tối thiểu trong cấu trúc mạng lưới,

cơ sở hạ tầng kỹ thuật mạng Theo lộ trình đã được các tổ chức chuẩn hóa đưa ra vàđược các nhà khai thác chấp nhận rộng rãi, mạng GSM sẽ trở thành mạng thông tin

di động băng rộng thế hệ 3G với môi trường truy nhập WCDMA trong tương lai

1.2 Các đặc trưng cơ bản của hệ thống GSM

+ GSM nguyên thuỷ hoạt động ở băng tần 900 MHz với kênh đường xuống:890- 915 MHz và kênh đường lên: 935 - 960 MHz

+ DCS 1800 (Digital Cellular System) hoạt động ở băng tần 1800 MHz vớikênh đường xuống: 1710 - 1785 MHz và kênh đường lên: 1805 - 1880MHz

+ PCS 1900 (Personal Communication Services) hoạt động ở băng tần 1900MHz với kênh đường xuống: 1850 - 1910 MHz và kênh đường lên: 1930 - 1990 MHz.+ Khoảng cách song công (Khoảng cách giữa tần số lên và tần số xuống) củaGSM 900, DCS1800 và PCS 1900 lần lượt là 45MHz, 95MHz và 80MHz

+ Khoảng cách giữa các kênh lân cận (đường lên hoặc đường xuống) là 200 kHz.+ Phương thức truy cập là TDMA cho phép nhiều cuộc gọi khác nhau cùngchia sẻ một tần số

- Thiết bị đầu cuối (ME - Mobile Equipment).

+ Thiết bị đầu cuối bao gồm điện thoại di động hoặc một thiết bị có thể truy cập vào mạng.+ Mỗi điện thoại di động được phân biệt bởi một số nhận dạng điện thoại diđộng IMEI (nternational Mobile Equipment Identity)

- SIM (Subcriber Identity Module)

+ SIM là một card thông minh dùng để nhận dạng đầu cuối Đầu cuối không thể

hoạt động nếu không có SIM SIM lưu trữ các thông tin liên quan đến thuê bao diđộng, các dịch vụ GSM và các thông tin liên quan đến PLMN

+ Card SIM chứa một số nhận dạng thuê bao di động IMSI (InternationalSubcriber Identity) để hệ thống nhận dạng thuê bao, một mật mã để xác thực và cácthông tin khác

VL R

HL R

Các mạng khác: PSTN, PLMN, ISDN.

Abis interface

+ Card SIM có thể chống việc sử dụng trái phép bằng mật khẩu hoặc số nhậndạng cá nhân (PIN).

1.4.2 BSS (Base Station System - Hệ thống trạm gốc)

BSS thực hiện các chức năng liên quan đến vô tuyến trong hệ thống Nó quản lýviệc liên lạc vô tuyến với các khối di động Nó cũng xử lý việc handover của cáccuộc gọi giữa các cell BSS chịu trách nhiệm quản lý tất cả các tài nguyên mạng vôtuyến và dữ liệu về cấu hình cell BSS trong CME 20 và CMS 40 đều có khả năng

xử lý các lỗi thông thường mà không cần phải có sự điều khiển từ OSS

BSS gồm một BSC và một số BTS

1.4.2.1 BTS (Base Transceiver Station - Trạm thu phât gốc)

BTS bao gồm tất cả các thiết bị vô tuyến và các thiết bị giao tiếp truyền dẫn vôtuyến để phục vụ cho một cell và tất cả các BTS đều chịu sự quản lý của BSC.Các chức năng chính của BTS là:

- Cung cấp kết nối với MS

- Xử lý tín hiệu

- Xử lý bảo dưỡng cục bộ.

- Kiểm tra và giám sát.

Hầu hết các hoạt động chính ở BTS đều được BSC điều khiển

1.4.2.2 BSC (Base Station Controller- Trạm điều khiển gốc)

BSC điều khiển một nhóm BTS và quản lý tài nguyên vô tuyến BSC chịu tráchnhiệm điều khiển việc handover, nhảy tần, các chức năng tổng đài và điều khiển cácmức công suất, tần số vô tuyến của BTS cụ thể là:

- Quản lý mạng vô tuyến:

Quản lý dữ liệu mô tả cell, cấu hình cell, thông tin hệ thống và dữ liệu định vị.+ Đo đạc lưu lượng và các kênh rỗi

+ Ghi lại lưu lượng

+ Chia sẻ tải ở cell

- Quản lý các trạm vô tuyến gốc:

+ Định cấu hình cho BTS

+ Thay đổi chức năng và tải chương trình cho các BTS

+ Bảo dưỡng các thiết bị BTS

- Quản lý mạng truyền dẫn:

+ Chuyển đổi và thích ứng tốc độ trong BSC

+ Vận hành và bảo dưỡng bên trong BSC:

+ Điều khiển sự kết nối giữa các MS: gồm các quá trình tìm gọi, thiết lập kếtnối báo hiệu, chỉ định kênh lưu lượng, định vị, handover, điều khiển công suất độngtrong MS và BTS, nhảy tần, dịch vụ nhắn tin quảng bá và tin vắn

1.4.3 NSS (Network Switching System - Hệ thống chuyển mạch)

Hệ thống chuyển mạch NSS chịu trách nhiệm quản lý sự thông tin giữa người

sử dụng mobile đến những đối tượng sử dụng khác như đến các thuê bao di động,đến mạng ISDN, PSTN Nó còn chứa các dữ liệu cần thiết để lưu trữ thông tin vềthuê bao

1.4.3.1 MSC (Mobile Service Switching Centre-Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động)

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 BSS, mặt khác giaotiếp với mạng ngoài MSC thực hiện các chức năng sau:

- Thiết lập và điều khiển, phân phối cuộc gọi, các bản tin ngắn

- Xử lý cuộc gọi liên tục khi chuyển giao

- Cập nhật vị trí, và dữ liệu của MS

- Báo hiệu giữa các thành phần của mạng và giữa các mạng khác nhau

- Quản lý để xác định đặc điểm dữ liệu và xử lý MS

- Kiểm tra IMEI và tính cước

1.4.3.2 HLR (Home Location Register - Thanh ghi định vị thường trú)

HLR là một cơ sơ dữ liệu lưu trữ và quản lý các thông tin về thuê bao TrongPLMN có nhiều HLR Đối với mỗi thuê bao thuộc vùng phủ sóng của MSC, HLRchứa dữ liệu về thuê bao như: các số đăng ký, danh sách dịch vụ được đăng ký sửdụng bởi thuê bao HLR cũng lưu trữ và cập nhật các thông tin động về thuê bao,bao gồm thông tin về vị trí thuê bao (địa chỉ của VLR), các dịch vụ được đăng kýcủa thuê bao, các số được tiếp tục gọi, các cuộc gọi bị cấm

1.4.3.3 VLR (Visitor Location Register - Thanh ghi định vị tạm trú)

VLR là một cơ sơ dữ liệu về tất cả các thuê bao hiện đang định vị ở vùng dịch

vụ của MSC Nó chứa các thông tin tạm thời của MS để MSC có thể cung cấp các

dịch vụ cho các MS đang được phục vụ Khi MS di chuyển sang vùng dịch vụ mớicủa MSC thì VLR kết nối với MSC mới đó sẽ yêu cầu lấy và lưu thông tin về MS từHLR Khi MS thực hiện một cuộc gọi thì VLR đã chứa sẵn các thông tin cần thiếtcho việc thiết lập cuộc gọi

VLR luôn được tích hợp với MSC để có thể thực hiện báo hiệu bên trong Điềunày làm loại bỏ các báo hiệu không cần thiết giữa hai nút mạng, do đó làm giảm lưulượng báo hiệu trong mạng

1.4.3.4 AuC (Authentication Centre – Trung tâm nhận thực)

Thanh ghi AuC được dùng cho mục đích bảo mật Nó cung cấp các tham số cầnthiết cho chức năng nhận thực và tạo mật mã (ciphering) Các tham số này giúp xácminh sự nhận dạng thuê bao

1.4.3.5 EIR (Equipment Identity Register)

EIR được dùng cho mục đích bảo mật Nó là một thanh ghi lưu trữ các thông tin

về các thiết bị mobile Cụ thể hơn là nó lưu trữ danh sách các đầu cuối hợp lệ Mộtđầu cuối được nhận dạng bằng một IMEI EIR cho phép cấm các cuộc gọi từ cácđầu cuối bị đánh cắp hay không được phép

1.4.3.6 MSC cổng (GMSC)

Để thiết lập một cuộc gọi đến người sử dụng GSM, trước hết cuộc gọi phảiđược định tuyến đến một tổng đài cổng được gọi là GMSC mà không cần biết đếnhiện thời thuê bao đang ở đâu Các tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trícủa thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểmhiện thời (MSC tạm trú)

1.4.4 Khối TRAU

Khối TRAU là khối chuyển đổi tốc độ kênh thoại TRAU (Transcoder/RateAdapter Unit), khối này thực hiện chức năng chuyển đổi tốc độ và ghép 4 kênhthoại từ trạm BTS có tốc độ 16Kb/s thành một kênh PCM 64Kb/s trước khi giaotiếp với MSC Mặc dù được xem là một phần tử của mạng truy nhập nhưng TRAUthường đặt chung vị trí với MSC để giảm chi phí kết nối truyền dẫn

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ BTS HÃNG ALCATEL - LUCENT

2.1 Giới thiệu chung về BTS

2.1.1 Khái niệm về BTS

BTS là một thiết bị dùng để phát tín hiệu ra môi trường vô tuyến đến các máy diđộng và thu tín hiệu từ các máy di động cũng thông qua môi trường vô tuyến Nóthông tin đến các MS thông qua giao diện vô tuyến Um và kết nối với bộ điều khiểntrạm góc BSC (Base Station Controller) thông qua giao diện Abis

2.1.2 Vị trí của BTS trong hệ thống GSM

C A

ÁU T RU ÙC MA ÏNG GS M

Radio tower

Radio tower

BSC

T C

M F S

S GN

H LR

B T

B T

GGS N

PSN

INT E RNE T

IP GP RS B C

KB O NE

BS

2.1.3 Phân loại BTS

Thiết BTS bị mà công ty ta sử dụng ở khu vực phía nam là loại thiết bị A9100của hãng ALCATEL nó gồm có 2 loại chính đó là:

2.1.3.1 MBI

Là loại BTS dùng trong phòng kín, trong loại BTS này lại chia thành 2 dạng, đó

là dạng nhỏ MBI3, nó chỉ gồm có 3 subrack với trọng lượng lớn nhất là 150kg; loạicòn lại là MBI5 nó gồm có 5 subrack với trọng lượng tối đa là 270kg Kích thước

và hình dạng được được mô tả như sau:

Hình vẽ 2.2: Cấu hình kết nối BTS tới BSC

Mỗi Subrack có thể lắp đặt 8 SUMA, 4 TRE, 3 ANC.

2.1.3.2 MBO

Là loại BTS có thể đặt ở ngoài trời và cũng giống như BTS MBI nó cũng có 2dạng là MBO1 với trọng lượng lớn nhất là 255kg và MBO2 là dạng mở rộng củaMBO1 với trọng lượng tối đa là 425kg Kích thước và hình dáng được mô ta mô tảnhư sau:

Hình vẽ 2.3: BTS MBI

Cũng tương tự như MBI, MBO cũng có những tầng quạt và khu vực dùng đểđấu nối cáp tín hiệu và cáp cảnh báo Ngoài ra nó còn có thêm các khu vực dùng đểlắp đặt acqui và những khu vực dùng cho việc lắp đặt các thiết bị truyền dẫn

2.2 Cấu trúc chung của hệ thống BTS

2.2.1 Cấu trúc chung của hệ thống BTS

CLOCK

T R A N S

Hệ thống BTS gồm có các khối chức năng chính sau:

- CLKI: là hệ thống đồng hồ chủ được phân phối tới TRE và AN

- MMI: thông qua serial link để kết nối tới BTS – Terminal, thực hiện quản lýlỗi…, tác động trực tiếp đến hệ thống bằng một số lệnh đơn giản

- XBCB: External BTS control bus là bus điều khiển cảnh báo ngoài(Alarm)

- BCB: BTS control bus: Bus nay mang thông tin về trạng thái, cấu hình, cảnhbáo… đến các Module trong BTS

- BSII: mang thông tin TCH, RSL, OML, IOM-CONF

- SUMA: là khối trung tâm của một BTS, một BTS chỉ có một SUMA bất kể sốsector và TRX là bao nhiêu

KIEÁN TRUÙC SUMA

Hình vẽ 2.6: Kiến trúc khối SUMA

SUMA có các chức năng chính sau:

- Quản lý link truyền dẫn Abis (lên đến 2 giao diện Abis)

- Tạo xung đồng hồ cho tất cả các modul BTS, các đồng hồ này có thể đượcđồng bộ từ một đồng hồ tham chiếu bên ngoài: Abis link, GPS, BTS khác, có thểđược tạo ra trong kiểu xung rỗi bởi một bộ phát tần số bên trong

- Thực hiện chức năng vận hành và bảo dưỡng cho BTS

- Quản lý ghép các dữ liệu TCH, RSL, OML, QMUX

- Điều khiển chức năng AC/DC khi chúng được tích hợp bên trong BTS

- Điều khiển nguồn (dung lượng, điện áp, nhiệt độ)

- Thiết lập điện áp và dòng cho việc nạp pin

RFI

CLKI BSII

LEDS DEBUG

Module TRE bao gồm ba khối chính như trên Khối TRE-A (Analog) thu tín hiệu

từ Antenna chuyển thành tín hiệu sốTRE-D (Digital) đưa tới SUMA, và ngược lại

- TRED:

Hệ thống TRED chiệu trách nhiệm về phần số của TRE:

+ Xử lý điều khiển và báo hiệu, nó chịu trách nhiệm quản lý các chức năngO&M của TRE

Hình vẽ 2.7: Kiến trúc khối TRE

+ Ghép kênh, nhảy tần, mật mã và giải mật mã.

+ Giải điều chế trung tần (ISD)

+ TRE PA board bao gồm bộ khuếch đại công suất, nó đảm nhiệm khuếch đạicông suất tín hiệu cao tần bởi TXRFCC

+ TREP: Cung cấp nguồn cho TRE (DC/DC)

Duplexer

Filter Filter LNA

Spliter Spliter Spliter Spliter Spliter

ANC kết nối 4 máy thu - phát đến 2 antenna

Phân phối tín hiệu nhận được từ mỗi antenna đến 4 máy thu - phát (thu thường

và thu phân tập)

Hình vẽ 2.8: Kiến trúc khối ANC

Modul này bao gồm 2 cấu trúc giống nhau, mỗi cấu trúc bao gồm:

+Antenna: nó có chức năng là phát sống ra môi trường vô tuyến và thu sóng từmáy di động phát đến

+ Filter: Lọc bỏ tín hiệu không cần thiết

+ Một khối duplexer: dùng để kết hợp hai hướng phát và thu một antenna.+ Một khối LNA: khối này có chức năng khuếch đại tín hiệu mà antenna thuđược lên mức đủ lớn để cho TRE có thể xử lí được

+ Hai khối Spliter: khối này có chức năng tách tín hiệu thu của TRE

+ WBC: (Wide band combiner) bộ này có chức năng kết hợp hai đường phátlại với nhau để đi trên cùng một đường đến bộ duplexer Thực tế ta chỉ dùng

bộ này khi ta dùng hơn 2 TRX trên cùng một sector, nếu không dùng kết hợpthì ta phải gở cầu ra và kết nối trực tiếp với duplexer mà không thông qua bộWBC Khi qua bộ WBC tín hiệu sẽ bị suy hao là 3.3 dBm

2.3 Nguyên lý hoạt động của BTS

2.3.1 Kết nối các khối chức năng trong hệ thống BTS

Giao tiếp bên trong BTS được thực hiện thông qua các bus BCB và BSII

ANx FW

ISL pilot EBCB

BSC

OML/IOM/IOM - CONF

TCH/RSL

2.3.2 BCB (Base Station Control Bus)

BCB: Bus điều khiển BTS được kết nối đến tất cả các module trong BTS

Hình vẽ 2.9: Kiến trúc khối ANC

Nó được sử dụng để trao đổi thông tin giữa SUMA và các module khác Busnày chỉ sử dụng cho mục đích vận hành và bảo dưỡng.

2.3.3 BSII (Base Station Internal Interface)

BSII là giao diện chính bên trong BTS

BSII được sử dụng để mang các loại thông tin sau:

- TCH (Traffic Channel): Mỗi TCH chiếm một Nibble 16kbit/s(Full rate), hoặc8kbit/s(harf rate) trong luồng PCM 30

- RSL (Radio Signalling Link): Cho phép ghép một vài thông tin trên cùng mộtkết nối vật lý như: Trên TS 64kbit/s có thể mang thông tin về Telecom, O&M hayQ_mux (giữa TRE và SUMA)

- OML (Operation Maintenance Link): Cho phép ghép một vài thông tin trêncùng một kết nối vật lý như: Trên kênh 64kbit/s có thể mang thông tin về Telecom,O&M hay Q_mux (giữa BSC và SUMA)

2.3.4 Nguyên lý hoạt động của BTS

Nguyên lý hoạt động của BTS dựa trên quá trình xử lý các tín hiệu mà nó nhậnđược từ máy di động (MS) và từ BSC

Tín hiệu từ BSC đưa tới BTS thông qua giao diện Abis trên đường truyền PCMgồm có các tín hiệu sau:

- Tín hiệu thoại TCH (traffic channel)

- Tín hiệu báo hiệu RSL (radio signalling link)

- Tín hiệu vận hành bảo dưỡng OML (operation maintenance link)

- Tín hiệu truyền dẫn Q_mux

Các tín hiệu này được phân bố trên khung PCM như sau:

TS31 được sử dụng để truyền tín hiệu OML, Qmux.

+ Các khe thời gian còn lại được sử dụng để truyền dữ liệu TCH, tín hiệu RSL.+ Các khe thời gian trong khung PCM được chia thành 4 nibble mỗi nibble16Kbps được sử dụng cho một kênh lưu lượng TCH

Trong khung PCM ở giao diện Abis thì một RSL chiếm toàn bộ một khe thờigian trong khung và số RSL phụ thuộc vào số TRX mà một BTS có Tức là sốlượng của RSL sẽ bằng số TRX

+ Trong khung PCM còn có tín hiệu OML tín hiệu nầy sử dụng trong quá trìnhkhai thác và bảo dưỡng Số lượng đường OML sẽ phụ thuộc vào số BTS MỗiOML sẽ phục vụ chỉ cho một BTS

+ Việc ấn định các TS được thực hiện từ dưới lên (Từ TS31TS1)

Cấu hình chain: Tương tự như cấu hình chain end tức là thông tin OML vàQmux cũng được ghép trên cùng một TS và việc ấn định thông tin cũng được thựchiện từ TS31TS1 Ví dụ có 2 trạm BTS cấu hình 1/1 thì việc ấn định thông tintrên khung PCM như sau:

TSo

TS31(OML2+Qmux2)TS25(RSL2)

- Các tín hiệu này đầu tiên được đưa đến khối SUMA và kết cuối tại phầntruyền dẫn của khối này, sau đó nó đưa đến các khối chức năng khác để sử lý như sau:

+ Tín hiệu Qmux được kết cuối tại phần truyền dẫn, để thực hiện quá trìnhđiều khiển truyền dẫn.Thông tin Qmux được ghép chung với thông tin OMLtrên cùng một TS

+ Các tín hiệu về vận hành bảo dưỡng thì kết cuối tại khối OMU, khối nhậnthông tin O&M, xử lý và đưa ra các lệnh liên quan đến quá trình vận hành bảo dưỡng.+ Các tín hiệu về lưu lượng và báo hiệu sẽ được đưa đến khối TRE ở đây sẽthực hiện quá trình xử lý thoại và sau đó đưa đến ANC rồi tới antenna rồi phát

ra môi trường vô tuyến

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN MẠNG DI ĐỘNG GSM

3.1 Lưu lượng trong mạng GSM

Trong hệ thống viễn thông, lưu lượng là tin tức được truyền dẫn qua các kênhthông tin

Lưu lượng của một thuê bao được tính theo công thức:

A =

3600

* t C

Trong đó:

C: số cuộc gọi trung bình trong một giờ của một thuê bao

t: thời gian trung bình cho một cuộc gọi

A: lưu lượng thông tin trên một thuê bao (tính bằng Erlang)

3.2 Cấp độ dịch vụ - GoS (Grade of Service)

Lưu lượng muốn truyền = Lưu lượng được truyền + Lưu lượng nghẽn

Offered Traffic = Carried Traffic + Blocked Traffic

Cấp phục vụ (GoS = Grade of Service):

Để một kênh đường trục có chất lượng phục vụ cao thì xác suất nghẽn phảithấp Vậy nên số người dùng có thể phải bị giới hạn, tức là lưu lượng muốn truyềnphải giữ trong dung lượng kênh Nếu chấp nhận một cấp phục vụ thấp hơn, tức làxác suất nghẽn lớn hơn, thì tương ứng tăng được dung lượng muốn truyền (tăng sốngười dùng) GoS cùng một nghĩa với xác suất nghẽn:

Lưu lượng muốn truyền: A (lưu lượng muốn truyền)

Lưu lượng bị nghẽn: A*GoS (lưu lượng mất đi)

Lưu lượng được truyền: A*(1 - GoS) (lưu lượng phát ra)

Theo thống kê cho thấy thì các thuê bao cá nhân sẽ không nhận ra được sự tắcnghẽn hệ thống ở mức dưới 10% Tuy nhiên để mạng hoạt động với hiệu suất caothì mạng cellular thường có GoS = 2 % nghĩa là tối đa 2% lưu lượng bị nghẽn, tốithiểu 98% lưu lượng được truyền

Mô hình ERLANG B

Đây là mô hình hệ thống thông tin hoạt động theo kiểu tiêu hao Thuê baokhông hề gọi lại khi cuộc gọi không thành Đồng thời giả thiết rằng: Xác suất cuộcgọi phân bố theo luật ngẫu nhiên, số người dùng rất lớn so với số kênh dùng chung,không có kênh dự trữ dùng riêng, cuộc gọi bị nghẽn không được gọi lại ngay

Mô hình Erlang B là mô hình thích hợp hơn cả cho mạng GSM Từ các côngthức toán học, người ta lập ra bảng Erlang B cho tiện dụng

Ví dụ: Số kênh dùng chung là 10, GoS là 2% Tra bảng Erlang B ta có lưulượng muốn truyền là A = 5,084 Erl Vậy lưu lượng được truyền là:

A*(1 - GoS) = 5,084*(1 – 0,02) = 4,9823 Erl

3.3 Nhiễu đồng kênh C/I

Nhiễu đồng kênh xảy ra khi cả hai máy phát phát trên cùng một tần số hoặc trêncùng một kênh Máy thu điều chỉnh ở kênh này sẽ thu được cả hai tín hiệu vớicường độ phụ thuộc vào vị trí của máy thu so với hai máy phát

Tỉ số sóng mang trên nhiễu được định nghĩa là cường độ tín hiệu mong muốntrên cường độ tín hiệu nhiễu

C/I = 10log(Pc/Pi) Trong đó:

Pc = công suất tín hiệu thu mong muốn

Pi = công suất nhiễu thu được

Hình vẽ 3.1: Xác suất nghẽn GoS

Hình ở trên chỉ ra trường hợp mà máy di động (cellphone) đặt trong xe đang thumột sóng mang mong muốn từ một trạm gốc phục vụ (Serving BS) và đồng thờicũng đang chịu một nhiễu đồng kênh do nhiễu phát sinh của một trạm gốc khác(Interference BS).

Giả sử rằng cả hai trạm đều phát với một công suất như nhau các đường truyềnsóng cũng tương đương (hầu như cũng không khác nhau trong thực tế) và ở điểmgiữa, máy di động có C/I bằng 0 dB, có nghĩa là cả hai tín hiệu có cường độ bằngnhau Nếu máy di động đi gần về phía trạm gốc đang phục vụ nó thì C/I > 0 dB.Nếu máy di động chuyển động về phía trạm gây ra nhiễu thì C/I < 0 dB

Tỉ số C/I được dùng cho các máy di động phụ thuộc rất lớn vào việc quy hoạchtần số và mẫu tái sử dụng tần số Nói chung việc sử dụng lại tần số làm dung lượngtăng đáng kể tuy nhiên đồng thời cũng làm cho tỉ số C/I giảm đi Do đó việc quyhoạch tần số cần quan tâm đến nhiễu đồng kênh C/I

3.4 Tái sử dụng lại tần số

3.4.1 Khái Niệm

Đối với mạng vô tuyến của GSM, do số lượng kênh phát trong dải tần cho phép

là hữu hạn, nên để tối ưu việc sử dụng các kênh tần số, tăng dung lượng phục vụ,toàn bộ vùng phục vụ được chia thành các phân khu nhỏ hơn, gọi là cluster Tại mỗi

Hình vẽ 3.2: Tỷ số nhiễu đồng kênh C/I

cluster, tất cả các tần số (f1 … fn )được cấp đều được sử dụng Trong trường hợpnày, độ rộng vùng phủ sóng và dung lượng phục vụ đều được nâng cao, tuy nhiên sẽ

xảy ra trường hợp nhiễu đồng kênh giữa tần số fi của cluster này với tần số fi củacluster khác

Như vậy, cần thiết phải có một kỹ thuật phân bổ, sắp xếp sử dụng các tần sốsóng mang riêng lẻ trong các nhóm hợp lý để tránh gây nhiễu và đảm bảo các thông

số kỹ thuật theo yêu cầu, đó chính là kỹ thuật tái sử dụng tần số trong GSM

Tùy theo số lượng tần số được cấp, mức độ yêu cầu về dung lượng, độ rộngvùng phủ mà có nhiều kỹ thuật tái sử dụng tần số khác nhau, ta gọi đó là mẫu tái sửdụng tần số FRP (Frequency Reuse Pattern)

Kích cỡ nhóm N:

Kích cỡ nhóm N là số lượng cell có trong một nhóm tần số, nhóm tần số này

được tái sử dụng trong một khu vực phủ sóng, sao cho khoảng cách giữa hai tần số

giống nhau thuộc hai nhóm khác nhau là D, trạm phát sóng BTS được xem như đặt tại trọng tâm của hình lục giác, bán kính của cell là R.

Ta có công thức tính khoảng cách sử dụng lại tần số:

D = R* 3 *N

(trong đó: R là bán kính cell)

R D

c

D

f 1 f2

f5 f3 f4

- Tính toán C/I

Đồng thời ta có công thức tính tỉ số C/I như sau:

P là vị trí của MS thuộc cell A, chịu ảnh hưởng nhiễu kênh chung từ cell B là lớn nhất.Tại vị trí P (vị trí máy di động MS) có:

Bảng quan hệ N & C/I

Để xác định vị trí của các cell đồng kênh ta sử dụng công thức:

N = i2 + i.j + j2 (i; j nguyên)

3.4.2 Các mẫu tái sử dụng tần số

Ký hiệu tổng quát của mẫu sử dụng lại tần số: Mẫu M /N

Trong đó: M = tổng số sites trong mảng mẫu

N = tổng số cells trong mảng mẫu

Ba kiểu mẫu sử dụng lại tần số thường dùng là: 3/9, 4/12 và 7/21

3.4.2.1 Mẫu tái sử dụng tần số 3/9

Mẫu tái sử dụng lại tần số 3/9 có nghĩa các tần số sử dụng được chia thành 9nhóm tần số ấn định trong 3 vị trí trạm gốc (Site) Mẫu này có khoảng cách giữa cáctrạm đồng kênh là D = 5,2R

Các tần số ở mẫu 3/9 (giả thiết có 41 tần số từ các kênh 84 đến 124 - là số tần

2

103

104

105 106 10

7

108

109

110TCH3 11

1

112

113

114 115 11

6

117

118119

Ta thấy mỗi cell có thể phân bố cực đại đến 5 sóng mang.

Như vậy, với khái niệm về kênh như đã nói ở phần trước thì phải dành một khethời gian cho BCH, một khe thời gian cho SDCCH/8 Vậy số khe thời gian dànhcho kênh lưu lượng của mỗi cell còn (5 x 8 – 2) = 38 TCH

Tra bảng Erlang-B (Phụ lục), tại GoS 2% thì một cell có thể cung cấp dunglượng 29,166 Erlang

Giả thiết trung bình mỗi thuê bao trong một giờ thực hiện 1 cuộc gọi kéo dài120s tức là trung bình mỗi thuê bao chiếm 0,033 Erlang, thì mỗi cell có thể phục vụđược 29,166/0,033 = 833 (thuê bao)

Theo lý thuyết, cấu trúc mảng 9 cells có tỉ số C/I > 9 dB đảm bảo GSM làmviệc bình thường

Hình vẽ 3.6: Mẫu tái sử dụng lại tần số 3/9

Tỉ số C/A cũng là một tỉ số quan trọng và người ta cũng dựa vào tỉ số này đểđảm bảo rằng việc ấn định tần số sao cho các sóng mang liền nhau không nên được

sử dụng ở các cell cạnh nhau về mặt địa lý

Tuy nhiên, trong hệ thống 3/9 các cell cạnh nhau về mặt địa lý như A1 & C3,C1 & A2, C2 & A3 lại sử dụng các sóng mang liền nhau Điều này chứng tỏ rằng tỉ

số C/A đối với các máy di động hoạt động ở biên giới giữa hai cell A1 và C3 là0dB, đây là mức nhiễu cao mặc dù tỉ số này là lớn hơn tỉ số chuẩn của GSM là (- 9dB) Việc sử

dụng các biện pháp như nhảy tần, điều khiển công suất động, truyền dẫn gián đoạn

là nhằm mục đích giảm tối thiểu các hiệu ứng này

3.4.2.2 Mẫu tái sử dụng tần số 4/12

Mẫu sử dụng lại tần số 4/12 có nghĩa là các tần số sử dụng được chia thành 12nhóm tần số ấn định trong 4 vị trí trạm gốc Khoảng cách giữa các trạm đồng kênhkhi đó là D = 6R

Ta thấy mỗi cell có thể phân bố cực đại là 4 sóng mang

Như vậy, với khái niệm về kênh như đã nói ở phần trước, một khe thời giandành cho kênh BCH, một khe thời gian dành cho kênh SDCCH/8 Vậy số khe thờigian dành cho kênh lưu lượng của mỗi cell còn (4 x 8 – 2) = 30 TCH Tra bảngErlang-B ( Phụ lục), tại GoS = 2 % thì mỗi cell có thể cung cấp dung lượng 21,932Erlang Giả sử mỗi thuê bao chiếm 0,033 Erlang thì mỗi cell có thể phục vụ được21,932/0,033 = 664 thuê bao

Trong mẫu 4/12 số lượng các cell D sắp xếp theo các cách khác nhau để nhằmphục vụ cho các cell A,B,C Hiệu quả của việc điều chỉnh này là để đảm bảo hai cell

cạnh nhau không sử dụng hai sóng mang liền nhau (khác với mẫu 3/9) Với mẫunày, khoảng cách tái sử dụng tần số là lớn hơn.

Về lý thuyết, cụm 12 cells có tỉ số C/I > 12 dB Đây là tỉ số thích hợp cho phép

hệ thống GSM hoạt động tốt Tuy nhiên, mẫu 4/12 có dung lượng thấp hơn so vớimẫu 3/9 vì:

a) Số lượng sóng mang trên mỗi cell ít hơn (mỗi cell có 1/12 tổng số sóng mangthay vì 1/9)

b) Hệ số sử dụng lại tần số thấp hơn (đồng nghĩa với khoảng cách sử dụng lại làlớn hơn)

3.4.2.3 Mẫu tái sử dụng tần số 7/21

Mẫu 7/21 có nghĩa là các tần số sử dụng được chia thành 21 nhóm ấn định trong

7 trạm gốc Khoảng cách giữa các trạm đồng kênh là D = 7,9R

Các tần số ở mẫu 7/21: Hình vẽ 3.8

Ta thấy mỗi cell chỉ được phân bố tối đa 2 sóng mang

Như vậy với khái niệm về kênh như đã nói ở phần trước Phải có một khe thờigian dành cho BCH và có ít nhất một khe thời gian dành cho SDCCH, số khe thờigian dành cho kênh lưu lượng của mỗi cell còn (2 x 8 – 2) = 14 TCH Tra bảng

Hình vẽ 3.7: Mẫu tái sử dụng lại tần số 4/12

Erlang-B (Phụ lục), tại GoS = 2% thì mỗi cell có thể cung cấp một dung lượng8,2003 Erlang

Giả sử mỗi thuê bao chiếm 0,033 Erlang, như vậy một cell có thể phục vụ được8,2003/0,033 = 248 thuê bao

Nhận xét:

Khi số nhóm tần số N giảm (21, 12, 9), nghĩa là số kênh tần số có thể dùng chomỗi trạm ( /N) tăng thì khoảng cách giữa các trạm đồng kênh D sẽ giảm 7,9R; 6R;5,2R Điều này nghĩa là số thuê bao được phục vụ sẽ tăng lên là: 248, 664 và 883,nhưng đồng thời nhiễu trong hệ thống cũng tăng lên

Như vậy, việc lựa chọn mẫu sử dụng lại tần số phải dựa trên các đặc điểm địa lývùng phủ sóng, mật độ thuê bao của vùng phủ và tổng số kênh  của mạng

- Mẫu 3/9: số kênh trong một cell là lớn, tuy nhiên khả năng nhiễu cao Môhình này thường được áp dụng cho những vùng có mật độ máy di động cao

- Mẫu 4/12: sử dụng cho những vùng có mật độ lưu lượng trung bình

Hình vẽ 3.8: Mẫu tái sử dụng lại tần số 7/21