Tổng quan về hệ thống thông tin di động gsm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ Độc lập - Tự - Hạnh phúc NỘI -NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: ĐINH THỊ HỒNG PHÚC………… Số hiệu sinh viên: 08CĐ – 01ĐT Khoá: K53… Viện : Điện tử - Viễn thông Ngành: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG… Đầu đề đồ án: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM………………… ………………………………………………………………………………………… Các số liệu liệu ban đầu: …………………………………… …………………………………………… …… ………………………………………………………………………………………… Nội dung phần thuyết minh tính tốn: ………………………………………………………………………………………………… …………… … ………………………………………………………………………………………………… ………………………………… … ……………………………………………………………………… Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ ): ………………………………………………………………………………………………… …………………… … ………………………………………………………………………………………………… ……………………… ……… ………………………………………………………………… Họ tên giảng viên hướng dẫn:PGS.TS HỒ ANH ………………………………… Ngày giao nhiệm vụ đồ án: …………………………………………………… Ngày hoàn thành đồ án: ……………………………………………………… Ngày Chủ nhiệm Bộ môn SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc tháng năm Giảng viên hướng dẫn TÚY Sinh viên hoàn thành nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm Cán phản biện BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: ĐINH THỊ HỒNG PHÚC Số hiệu sinh viên: 08CĐ – 01ĐT Ngành: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Khoá: K53 Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS HỒ ANH TÚY Cán phản biện: Nội dung thiết kế tốt nghiệp: Nhận xét cán phản biện: SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc Ngày tháng năm Cán phản biện ( Ký, ghi rõ họ tên ) MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU…………………………………………… MỤC LỤC…………………… ………………………………………….5 BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT……………………………………………… …… DANH SÁCH CÁC HÌNH………………………………………………………… 10 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG GSM 11 1.1 Lịch sử phát triển mạng GSM……………………………………………….11 1.2 Mạng thơng tin di động……………………………………………………… 12 1.3 Các đặc tính mạng di động GSM……………………………………… 13 1.4 Các dịc vụ tiêu chuẩn GSM……………………………………………… 13 1.4.1 Dịch vụ thoại………………………………………………………………… 13 1.4.2 Các dịch vụ số liệu………………………………………………… .14 1.4.3 Dịch vụ tin nhắn……………………………………………………… 14 1.5 Các tiêu kĩ thuật GSM……………………………………………….14 1.5.1 Về khả phục vụ ……………………………………………… 15 1.5.2 Về chất lượng phục vụ an toàn bảo mật ……………………………… 15 1.5.3 Về sử dụng tần số…………………………………………………………… 15 1.5.4 Về mạng…………………………………………………………………… 15 CHƯƠNG II: CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN CỦA MẠNG GSM……………16 2.1 Cấu trúc địa lý mạng…………………………………………………….16 SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc Vùng phục vụ PLMN (Public Land Mobile Network)…………………… 17 Vùng mạng ………………………………………………………………… 17 2.1.3 Vùng phục vụ MSC (Mobile Service Controler)…………………… 17 2.1.4 Vùng định vị LA (Location Area)…………………………………… 18 2.1.5 Ô (Cell)………………………………………………………………………18 2.2 Cấu trúc mạng GSM………………………………………………………… 19 2.3 Các thành phần chức hệ thống………………………………… 20 2.3.1 Hệ thống trạm gốc BSS ( Base Station Subsystem)………………………… 20 2.3.2 Phân hệ chuyển mạch SS ( Switching Subsystem) ………………………… 23 2.4 Trạm di động MS (Mobile Station)………………………………………….28 2.5 Phân hệ khai thác hỗ trợ OSS (Operation and Support Subsystem)…….29 2.5.1 Khai thác…………………………………………………………… 30 2.5.2 Bảo dưỡng…………………………………………………………… 30 2.5.3 Quản lý thuê bao…………………………………………………………… 30 2.5.4 Quản lý thiết bị di động………………………………………………… … 31 CHƯƠNG 3: CHUYỂN GIAO HANDOVER TRONG MẠNG GSM………… 33 3.1 Các loại chuyển giao ……………………………………………………… 34 3.1.1 Chuyển giao BTS………………………………………………… .34 3.1.2 Chuyển giao BSC……………………………………………… 35 3.1.3 Chuyển giao MSC……………………………………………….35 3.1.4 Chuyển giao MSC………………………………………………….36 CHƯƠNG 4: GIAO TIẾP VƠ TUYẾN SỐ……………………………………….37 4.1 Giao diện vơ tuyến……………………………………………………… .37 4.2 Suy hao đường truyền phading………………………………………… 38 4.3 Phân tán thời gian……………………………………………………… ….40 4.4 Các phương pháp phòng suy hao đường truyền phading……………… 41 4.5 Phương pháp chống phân tán thời gian…………………………………… 44 4.6 Nguyên tắc chia kênh theo thời gian… ……………………………… 45 4.6.1 Khái niệm khe vô tuyến……………… ………………………………… 45 4.6.2 Kênh vật lý.……………………………… ………………………………… 45 4.6.3 Kênh logic.………………………………… ……………………………….47 4.7 Chia kênh logic theo khe thời gian………………………………………… 50 2.1.1 2.1.2 SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ VÀ QUY HOẠCH HỆ THỐNG MẠNG GSM…… 52 5.1 Hệ thống thông tin di động tế bào………………………………………… 52 5.1.1 Cấu hệ trúc thống thoại trước đây………………………………………… 52 5.1.2 Hệ thống thông tin di động tế bào……………… 53 5.2 Quy hoạch cell……………………………………………………………….54 5.2.1 Khái niệm tế bào…………………………………………………………… 54 5.2.2 Kích thước Cell phương thức phủ sóng………………………………… 54 5.2.3 Chia cell………………………………………… 56 5.3 Quy hoạch tần số…………………………………………………… 62 5.3.1 sử Tái dụng lại tần số……………………………………………………… 63 5.3.2 Các mẫu sử tái dụng lại tần số……………………………… .64 5.3.3 Thay đ ổi quy hoạch tần số theo phân bố lưu lượng .65 5.3.4 Thiết kế tần số theo phương pháp MPR…………………………………… 67 5.3.5 Kiểu loại anten……………………………………………………………….76 5.3.6 Độ tăng ích anten…………………………………………………………….77 5.3.7 Công suất xạ đẳng hướng tương đương……………………………… 77 KẾT LUẬN………………………………………………………………………… 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………….….83 SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc CÁC TỪ VIẾT TẮT ACCH AGCH AuC BCCH BCH BER Bm BSIC BSS BSSA BS BTS C/A Associated Control Chanel Access Grant Chanel Authentication Center Broadcast Control Chanel Broadcast Chanel Bit Error Rate Full Rate TCH Base Station Indentity Code Base Station Subsystem Base Station Application Part Base Station Base Transceiver Station Carrier to Adjeacent CCH CCCH CCITT CI C/I Control Chanel Common Control Chanel International Telegraph and Telephone Consultative Committee Code Division Multiple Access Cellulear Conference of European Post an Telecommunication Cell Identity Carrier to Interference C/R Carrier to Reflection CM DCCH Conection Management Deidicated Control Chanel CDMA Cell CEPT SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc Kênh điều khiển liên kết Kênh cho phép truy nhập Trung tâm nhận thực Kênh điều khiển quảng bá Kênh quảng bá Tỉ lệ lỗi bit TCH toàn quốc Mã nhận dạng trạm gốc Phân hệ trạm gốc Phần ứng dụng trạm gốc Trạm gốc Trạm thu phát gốc Tỉ số sóng mang/ nhiễu lân cận Kênh điều khiển Kênh điều khiển chung Ủy ban tư vấn quốc tế điện thoại điện báo Đa truy nhập chia theo mã Ô (tế bào) Liên minh Châu Âu Bưu Chính Viễn Thơng Nhận dạng Tỉ số sóng mang/ nhiễu đồng kênh Tỉ số sóng mang/ sóng phản xạ Quản lý kết nối Kênh điều khiển dành riêng ETSI EIR FDMA European Telecomunications Standards Institue Equipment Identification Register Frequency Division Multiple Access FCCH FACCH Frequency Correction Chanel Fast Associated Control Chanel GSMC GSM GPRS HLR Gateway MSC Global System for Mobile Communication Generation Packet Radio Service Home Location HON ISON IMSI Handover Number Intergrated Service Digital Network International Mobile Subcriber Identity IHOSR LA LAC LAI LAPD Incoming HO successful Rate Location Area Location Area Code Location Area Identity Link Access Procedures on Dchanel LAPDm MCC LAPDmodified Mobile Country Code MNC MPR MSC MS MSISDN NMT NSS OMC Mobile Network Code Multiple Reuse Patterns Mobile Switching Service Center Mobile Station Mobile Station ISDN Number Nordic Mobile Telephone Network Subsystem Operation and Maintencince Center OSS OSI PCH PLMN Operation and Support System Open System Interconnetion Puging Chanel Public Land Mobile Network PSPDN Packet Switch Public Data Network PSTN Public Swithched Telephone Network RACH RX SABM Random Access Chanel Receiver Set Asynchronous Balance Mode SACCH Slow Associated Control Chanel SCCP Signaling Connection Control Part SCH Synchoronous Chanel SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc Viện tiêu chuẩn VTCA Bộ ghi nhận dạng thiết bị Đa truy nhập phân chia theo tần số Kênh hiệu chỉnh tần số Kênh điều khiển lệnh liên kết nhanh Tổng đài di động cổng Trung tâm di động tồn cầu Dịch vụ vơ tuyến gói chung Bộ đăng ký định vị thường trú Số chuyển giao Mạng số đa dịch vụ Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế Tỉ lệ thành công Handover Vùng định vị Mã vùng định vị Số nhận dạng vùng định vị Các thủ tục truy nhập đường truyền kênh D LAPD điều chỉnh Mã quốc gia trạm di động Mã mạng trung tâm di động Đa mẫu sử dụng lại Tổng đài di động Trạm di động Số ISDN trạm di động Điện thoại di động Bắc Âu Phân hệ mạng Trung tâm khai thác bảo dưỡng Phân hệ khai thác hỗ trợ Liệt kê hệ thống mở Kênh tìm gọi Mạng di động mặt đất công cộng Mã số liệu công cộng chuyển mạch gói Mạng chuyển mạch điện thoại cơng cộng Kênh truy cập ngẫu nhiên Máy thu Đặt chế độ cân không đồng Kênh điều kiện dành riêng đứng Phần điều kiện kết nối báo hiệu Kênh đồng khung SDCCH SIM SMS SS TCH TDMA Stand Alone Dedicated Subscriber Identity Modul Short Message Service Switching Subsystem Traffic Chanel Time Division Multiple Access TMN TRAU Telecommunication Transcoding and Rate/ Adapter Unit TRx Transceiver Điều khiển kênh dành riêng Modun nhận dạng thuê bao Dịch vụ tin ngắn Phân hệ chuyển mạch Kênh lưu lượng Đa truy nhập phân chia theo tần số Mạng quản lý vô tuyến Bộ chuyển đổi mã phối hợp tốc độ Bộ thu – phát DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1 Thành phần di động giới năm 2006………………………………16 Hình 2.1 Phân vùng cấu trúc địa lý mạng GSM……………………………………20 Hình 2.2 Phân vùng chia ơ………………………………………………………20 Hình 2.3Mơ hình hệ thống GSM…………………………………………………… 23 Hình 2.4 Chức xử lý gọi MSC……………………………………… 28 Hình 3.1 Chuyển giao mạng GSM…………………………………………… 36 Hình 3.2 Chuyển giao BTS………………………………………………… 36 Hình 3.3 Chuyển giao BSC…………………………………………… 36 Hình 3.4 Chuyển giao MSC…………………………………………….38 Hình 3.5 Chuyển giao MSC khác nhau………………………………… 38 Hình 4.1 Fading chuẩn Logarit………………………………………………… 41 Hình 4.2 Fading Raile………………………………………………………………42 Hình 4.3 Tín hiệu thu cách anten phát Tx khoảng định…… 42 Hình 4.4 Biểu diễn phân tập thời gian…………………………………………… 45 Hình 4.5Tổ chức đa khung…………………………………………………………49 Hình 4.6 Phân loại kênh logic………………………………………………………51 Hình 4.7 Ghép BCH CCCH Ts0………………………………………… 53 Hình 4.8 Ghép RAC Ts0…………………………………………………………54 Hình 4.9 Ghép TCH……………………………………………………………… 54 Hình 5.1 Cấu trúc hệ thống thơng tin di động trước đây………………………… 55 SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc Hình 5.2 Hệ thống thơng tin di động sử dụng cấu trúc tế bào …………………….56 Hình 5.3 Omni (3600) Cell site…………………………………………………… 58 Hình 5.4 Sector hóa 1200………………………………………………………… 59 Hình 5.5 Phân chia Cell……………………………………………………………60 Hình 5.6 Các Omni (3600) Cells ban đầu………………………………………… 60 Hình 5.7 Giai đoạn :Sector hóa………………………………………………… 60 Hình 5.8 Tách chia 1:3 thêm lần nữa………………………………………………60 Hình 5.9 Tách chia 1:4 (sau lần đầu chia 3)……………………………………… 61 Hình 5.10 Mảng mẫu gồm cells………………………………………………… 66 Hình Khoảng 5.11 cách sử tái dụng tần số………………………………………… 67 Hình 5.12 Thay đổi quy hoạch tần số……………………………………………….68 Hình 5.13 Phủ sóng khơng liên tục………………………………………………….70 Hình 5.14 Một ví dụ hiệu kỹ thuật nhảy tần phân tập nhiễu c mạng lưới Kích thước mũi tên phản ánh nhiễu tương quan cell đồng kênh………………………………………………………………………………… 71 Hình 5.15 Ví dụ thiết kế tần số với phương pháp MRP………………………… 75 Hình 5.16 Anten vơ hướng (Omni antenna) .79 Hình 5.17 Anten vô hướng (Omni antenna) 79 SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, cách mạng nghành khoa học kĩ thuật phát triển mạnh mẽ đặc biệt lĩnh vực Công Nghệ Thông Tin Đi ện T Viễn Thông Hơn thơng tin di động cịn trở thành dịch vụ kinh doanh thiếu nhà khai thác dịch vụ viễn thông Những thành tựu Công Nghệ Thông Tin Điện Tử - Viễn Thơng có nhiều ứng dụng to lớn trở thành phần quan trọng sống ngày Đối với khác hàng viễn thông nhà doanh nghiệp viễn thông thơng tin di động trở thành phương tiện quen thuộc Các dịch vụ thông ti di động không cịn hạn chế khách hàng giàu có mà phát tri ển cho đối tượng khách hàng Cùng với phát triển đất nước Cơng nghệ thơng tin có bước phát triển vượt bậc so với phát triển nghành khác như: điện, điện tử, tin học, quang học… Các quốc gia coi viễn thông nghành mũi nhọn đầu tư thích đáng nhiều nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ thơng tin làm địn bẩy để kích thích phát triển nghành kinh tế quốc dân khác Ngày với nhu cầu số lượng chất lượng khách hàng sử dụng dịch vụ viễn thơng ngày cao, địi hỏi phải có phương tiện thơng tin đại, đáp ứng nhu cầu đa dạng khách hàng lúc, nơi họ cần.Và mạng GSM với ưu điểm bật như: dung lượng lớn, chất l ượng tốt, tính bảo mật cao…thì đời mạng di động GSM đáp ứng đ ược yêu cầu cao, cần thiết cho tồn xã hội Nghành thơng tin di động coi nghành mũi nhọn cần phải trước bước làm sở cho nghành khác phát triển, nhu cầu trao đổi, cập nhật thông tin người lúc, nơi ngày cao Các hệ thống thông tin di động đời phát triển trở thành loại hình dịch vụ, phương tiện thơng tin phổ biến, đáp ứng nhu cầu sống đ ại Các hệ thống thông tin di động phát triển nhanh quy mô, dung l ượng đ ặc biệt loại hình dịch vụ để đáp ứng tốt nhu cầu người s d ụng Những năm gần đây, lĩnh vực thông tin di động nước có bước phát triển vượt bậc sở hạ tầng lẫn chất lượng phục vụ Với hình thành nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông tạo cạnh tranh để thu hút thị thị trường thuê bao nhà cung cấp dịch vụ Hơn nữa, nhà cung cấp dịch v ụ liên tục đưa sách khuyến mại, giảm giá cước… thu hút nhiều khách hàng sử dụng dịch vụ Mặt khác, mức sống chung toàn xã hội ngày nâng cao khiến cho số lượng thuê bao sử dụng dịch vụ di động tăng đột biến vài năm gần Tại Việt Nam, mạng di động số hệ thứ (2G) sử dụng công nghệ GSM phát triển rộng khắp tỉnh thành nước Công nghệ GSM sử dụng dải tần 900Mhz, 9,6Kbps áp dụng cho dịch vụ thoại, dịch vụ tin nhắn, hạn chế nhiều dịch vụ phi thoại yêu cầu có tốc độ cao hình ảnh, gửi hình SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 10 Hình 5.9 Mảng mẫu gồm cells • Cự ly dùng lại tần số Ta biết sử dụng lại tần số cell khác bị giới hạn nhi ễu đồng kênh C/I cell nên C/I vấn đề cần quan tâm Dễ dàng thấy rằng, với kích thước cell định, khoảng cách sử dụng lại tần số phụ thuộc vào số nhóm tần số N Nếu N lớn, khoảng cách s dụng l ại tần số lớn ngược lại Ta có cơng thức tính khoảng cách sử dụng lại tần số: D = R* (trong đó: R bán kính cell) Hình 5.10 Khoảng cách tái sử dụng tần số 5.3.2 Các mẫu tái sử dụng tần số Ký hiệu tổng quát mẫu sử dụng lại tần số: Mẫu M /N Trong đó: M = tổng số sites mảng mẫu N = tổng số cells mảng mẫu SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 60 Ba kiểu mẫu sử dụng lại tần số thường dùng là: 3/9, 4/12 7/21 5.3.3 Thay đổi quy hoạch tần số theo phân bố lưu lượng a Thay đổi quy hoạch tần số Sự phân bố lưu lượng Sự thay đổi lưu lượng hiệu ứng điểm nóng (hotspot) hình thành nhu cầu tăng thêm kênh tần số cell Khi người ta nghĩ đến khả l kênh tần số cell có lưu lượng nhỏ để thêm vào cho cell có l ưu l ượng lớn Tuy nhiên, việc làm phá hỏng quy hoạch tần số mang lại can nhiễu mức cho phép việc thực thi khơng khoa học Hình 5.11 Thay đổi quy hoạch tần số Hình 5.3.3 biểu thị tình Đây mẫu tái sử dụng tần số 4/12 Tại mảng mẫu X, cell D1 cần kênh tần số để đảm bảo lưu lượng, cell C3 cần kênh tần số để đáp ứng lưu lượng thời điểm xét SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 61 Tại cell C3, có hai kênh tần số 94 106, nên chọn tải tần 94 hay 106 đ ể chuyển sang D1 ? Ảnh hưởng tới Cell D1 cell D3 hai cell liền kề Mà tải tần 94, 106 cell C3 li ền k ề v ới t ải tần 95, 107 cell D3 Chính vậy, chọn tải tần dù 94 hay 106 để đưa sang D1 làm tăng can nhiễu kênh kề, MS biên giới D1 D3 t ỉ s ố chúng gần dB Ảnh hưởng tới Nếu chọn tải tần 94 (hay 106) từ cell C3 đưa sang D1, cự ly sử dụng lại tần số 94 (hay 106) từ cell D1 mảng mẫu X đến cell C3 mảng mẫu Y, tức giảm nửa so với ban đầu Nghĩa nhiễu kênh chung tăng lên nghiêm trọng, tỷ số C/I giảm đáng kể Vì bán kính cell R giữ nguyên, mà cự ly sử dụng lại tần số tải tần chuyển sang giảm nửa, nghĩa D/ R lại nửa so với quy hoạch trước Về lý thuyết, điều làm giảm tỷ số C/ I chừng ÷ dB Muốn phân tích xác C/ I, phải kể đến yếu tố địa hình thực tế nhân tố mảng mẫu Điều cần đến công cụ phần mềm đặc biệt để xử lý vấn đề máy tính Một giải pháp cho vấn đề cấu trúc đồng tâm cell tăng cường thêm tải tần lấy từ cell khác Khi đó, tải tần sẵn có ban đ ầu cell dùng vốn có, cịn tải tần tăng cường đ ược phát công suất bé mức microcell Các nhân tố khác Công cụ phần mềm quy hoạch vơ tuyến tính đến nhiều yếu tố sau chuyển kênh tần số: − Sự khác công suất phát vô tuyến BTS SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 62 − Sự khác anten dùng sở mặt − Địa hình thay đổi − Mảng mẫu thay đổi .v.v b Quy hoạch phủ sóng khơng liên tục Bài toán quy hoạch phải xử lý đặc biệt Tuy nhiên, sở giải toán quy hoạch tần số cho tỷ số C/ I C/ A đạt mức quy định chất lượng Những mâu thuẫn phát sinh dung hịa tùy hồn cảnh Ví dụ: làng xã ven quốc lộ chịu C/ I nhỏ Hình 5.12 Phủ sóng khơng liên tục 5.3.4 Thiết kế tần số theo phương pháp MRP (Multiple Reuse Patterns) Thiết kế hệ thống có dung lượng lớn với chi phí cho hạ tầng tối thiểu ngày trở nên quan trọng chạy đua nhà điều hành di đ ộng Phần trình bày việc áp dụng kỹ thuật nhảy tần kết hợp với phương pháp thiết kế tần số tiên tiến, Multiple Reuse Patterns (MRP)_Đa mẫu sử dụng lại a.i.1 Nhảy tần _ Frequency Hopping Việc tăng dung lượng mạng cách giảm cự ly tái s d ụng l ại t ần s ố s ẽ kéo theo vấn đề nhiễu tần số trở nên trầm trọng hơn, điều gây khó khăn cho việc thiết kế tần số với chất lượng tốt Một số kỹ thuật sử dụng nhằm giảm bớt ảnh hưởng nhiễu như: nhảy tần, điều khiển công suất, truyền phát gián đoạn DTX (Discontinuous Transmission) Trong phần ta quan tâm đến kỹ thuật nhảy tần _ Frequency Hopping Kỹ thuật nhảy tần đưa hai khái niệm phân tán tần số phân tán nhiễu SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 63 Phân tán tần số: Tần số phân chia nhằm cân chất lượng tín hiệu thuê bao cho dù thuê bao di chuyển nhanh hay chậm Điều có nghĩa độ dự trữ cho Fađinh nhanh (Rayleigh Fading) khơng cần thiết Chính nhờ hiệu phân tán tần số mà vùng phủ sóng tăng lên giảm độ trữ cho Fađinh nhanh Ngày nay, quy hoạch cell tiêu biểu dùng dB cho dự tr ữ Fađinh nhanh Phân tán nhiễu: Cường độ nhiễu chia sẻ cho thuê bao để quy mức nhiễu trung bình Nói chung, với mạng lưới sử dụng kỹ thuật nhảy tần ta giảm cự ly tái sử dụng tần số cải thiện dung lượng hệ thống so với mạng không sử dụng kỹ thuật nhảy tần • Hiệu kỹ thuật nhảy tần Phân tán nhiễu kỹ thuật nhảy tần nhìn nhận giảm tương quan tín hiệu nhiễu trải qua cụm (burst) liên tiếp Hình 4.20 mơ tả suy giảm tương quan tín hiệu ba trường hợp, đường lên uplink kết nối cell A bị gây nhiễu trạm di động cell đồng kênh Cell A ấn định tần số 10 ba trường hợp Hình 5.13 Một ví dụ hiệu kỹ thuật nhảy tần phân tập nhiễu mạng lưới Kích thước mũi tên phản ánh nhiễu tương quan cell đồng kênh SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 64 Trường hợp thứ nhất, mạng không sử dụng kỹ thuật nhảy tần MS kết nối kênh tần số cell A Sau nhiễu I xuất từ thuê bao cell B đồng thời hoạt động kênh tần số Tương quan tín hiệu nhiễu cụm liên tiếp cao Như chất lượng kết nối xấu Tình hình cải thiện cell đồng kênh ngừng phát tín hiệu kênh tần số kết nối cell A thực chuyển giao Handover (bởi Intra-cell Handover, hay Intercell Handover) Trong trường hợp thứ hai trường hợp nhảy tần quy hoạch tần số truyền thống, nhóm tần số ấn định cho cell Kết nối cell A nhảy hai kênh tần số (1 10), cell B Do đó, nguồn nhiễu thay đổi hai thuê bao cell B, gây hai tín hiệu nhiễu I I2 Bởi cường độ hai tín hiệu nhiễu có khác rõ rệt, tương quan tín hiệu nhiễu thấp cho cụm liên tiếp Nói cách khác, phân tán nhiễu tăng lên so với trường hợp không dùng kỹ thuật nhảy tần Trường hợp cuối cùng, thiết kế tần số bất quy tắc kết hợp với kỹ thuật nhảy tần Điểm đặc biệt trường hợp khơng có ấn định tần số sử dụng cell cell đồng kênh Do đó, cell B cell đ ồng kênh phận cell A, chúng có tần số dùng chung Mặt khác, xếp tạo số cell đồng kênh phận lớn hơn, ví dụ cell C Trong trường hợp này, cụm khác kết nối cell A bị nhiễu thuê bao cell khác Do đó, cụm liên tiếp trải qua tín hi ệu nhiễu I1 I2 , thông thường không tương quan Chính vậy, trường hợp phân tán nhiễu cao so với thiết kế tần số theo truyền thống Mà thuật ngữ gọi “Phân tán nhiễu tối đa” _ “Maximizing Interference Diversity” Ví dụ trình bày cách thức để đạt phân tán nhiễu tối đa, thiết kế tần số khơng sử dụng nhóm tần số cố định thích hợp Tuy nhiên, cách thiết kế tần số biểu hạn chế, bao gồm việc thiết kế lại phạm vi rộng cần thiết cho hệ thống tiến triển mở rộng không SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 65 ngừng Áp dụng kỹ thuật đa mẫu sử dụng lại_MRP đạt phân tán nhiễu tối đa mà trì cấu trúc thiết kế tần số a.i.2 Phương pháp đa mẫu sử dụng lại MRP _ Multiple Reuse Patterns Phương pháp MRP phương pháp tổng quát để đạt dung lượng cao cách sử dụng lại tần số kết hợp với kỹ thuật nhảy tần Phương pháp MRP khai thác lợi kỹ thuật nhảy tần nhằm tăng dung lượng Cơ sở phương pháp MRP phân chia tần số thành mẫu lớp băng tần số khác biệt với mức đ ộ s dụng lại khác dùng kỹ thuật nhảy tần kết hợp chúng lại mức sử dụng lại trung bình Với mục đích triển khai nhiều tốt thu phát TRX cell để tối thiểu chi phí cho lắp đặt trạm Phần ta xét tới MRP sử dụng nhảy tần băng a.i.2.a Phân chia băng tần: Bước phương pháp MRP phân chia phổ tần sẵn có thành băng tần khác Một băng tần băng tần BCCH, hay nhiều băng tần TCH theo nghĩa tần số dùng làm tần số BCCH cell khơng sử dụng làm tần số TCH cell khác ngược lại Băng tần BCCH dùng để thiết kế cho kênh điều khiển quảng bá BCCH Lý dùng tần số BCCH là: • Lưu lượng khơng phụ thuộc vào đặc tính giải mã BSIC: Khi MS cố gắng giải mã BSIC (Base Station Identity Code_Mã nhận dạng trạm gốc) kênh đồng SCH (Synchronisation Channel), đặc tính không bị ảnh hưởng tải lưu lượng Lý lưu lượng ấn định vào tần số TCH không làm nhiễu loạn tần số BCCH mà kênh đồng SCH ánh xạ vào Giải mã nhận dạng trạm gốc BSIC quan trọng hiệu suất chuyển giao (Handover) Hiệu suất handover không tốt làm tăng số lượng gọi bị rớt • Đơn giản hóa việc khai báo danh sách cell lân cận: Với băng tần BCCH riêng biệt, số lượng tần số cell lân cận đ ược giảm bớt Việc thiết kế đơn giản mà tất tần số ngoại trừ tần số BCCH SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 66 cell danh sách cell lân cận sử dụng Nếu sử dụng tất tần số sẵn có tần số BCCH dẫn tới kết danh sách cell lân cận dài ảnh hưởng xấu tới hiệu suất handover • Việc thiết kế lại tần số TCH khơng ảnh hưởng tới thiết kế tần số BCCH: Nếu TRX bổ sung thêm vào cell có sẵn, việc thiết kế tần số BCCH khơng bị ảnh hưởng Hạn chế cần tính đến nhiễu tần số kế bên Chính vậy, hợp lý giữ thiết kế tần số cho dù TRX bổ sung thêm vào hệ thống Nhà điều hành mạng biết thiết kế tần số BCCH tốt giữ ngun tình trạng tốt, khơng phụ thuộc vào tần số TCH • Lợi ích việc điều khiển cơng suất phát gián đoạn DTX: Chỉ có tần số TCH sử dụng phát gián đoạn điều khiển công suất hướng xuống downlink Với băng tần BCCH riêng biệt, lợi ích đầy đủ từ việc điều khiển công suất phát gián đoạn DTX đạt hướng xuống downlink Bước phương pháp MRP, tần số lại (TCH) phân chia thành băng tần khác Như tồn băng tần BCCH vài băng tần TCH Ý tưởng vài băng tần TCH áp dụng mẫu sử dụng lại khác thu phát khác Bộ thu phát TCH thứ tất cell sử dụng tần số băng tần TCH thứ nhất, băng tần TCH thứ hai cho thu phát thứ hai, v.v… Lý cho việc phân chia tần số TCH thành băng khác là: - Kích cỡ sử dụng lại tần số trung bình phụ thuộc vào phân bố TRX mạng lưới: Sự phân bố TRX định hệ số sử dụng lại tần số trung bình mà áp dụng mạng Hệ số sử dụng lại tần số trung bình điều chỉnh theo số TRX tối đa cần thiết cho cell số lượng cell cần số TRX Theo cách chất lượng hệ thống kiểm sốt tốt nhờ điều chỉnh xử lý thiết kế tần số SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 67 - Khi mở rộng thêm TRX, ảnh hưởng tới thiết kế tần số nhỏ hơn: Việc phân chia băng tần TCH giới hạn số lượng yêu cầu công tác thiết kế tần số có thêm TRX bổ sung Chỉ cell có số TRX nhiều bị ảnh hưởng có thêm TRX bổ sung Ví dụ, thêm TRX thứ tư vào cell có ba TRX có ảnh hưởng tới cell có bốn có nhiều số TRX • Một biện pháp cấu trúc cho thiết kế tần số: Với việc phân chia băng tần TCH thành băng khác nhau, cấu trúc trở nên hợp lý thiết kế quy hoạch tần số cho thu phát TCH thứ mà không làm thay đổi quy hoạch BCCH hay quy hoạch cho thu phát TCH khác Cấu trúc giúp đơn giản việc đưa thiết kế tần số việc phát thiết kế tần số không tốt Ấn định tần số b Việc ấn định tần số minh họa hình dưới, bi ểu đ ch ỉ cách tần số khác ấn định cho cấu hình MRP với tối đa bốn TRX cell Ví dụ xét thiết kế 12/10/8/6 Điều nghĩa có 12 tần số BCCH (tần số 1, 3, 5, …, 23), 10 tần số TCH cho nhóm (tần số 2, 4, 6, …, 20), t ần s ố TCH nhóm (22, 24, 26, …, 36) tần số TCH cho nhóm (25, 27, …, 35) Hình v ẽ ấn định tần số cho hai cell A B với số thu phát theo thứ tự hai bốn Hình 5.14 Ví dụ thiết kế tần số với phương pháp MRP SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 68 Cell A ấn định tần số BCCH thứ tần số TCH thứ Do cell A sử dụng nhảy tần băng hai tần số Trong cell B ấn định tần số BCCH thứ 23 tần số TCH thứ 20, 26, 35 Do đó, cell B sử dụng nhảy tần băng bốn tần số Chú ý rằng, tần số BCCH khơng cần xác định rõ vị trí, tần số dải tần có sẵn chọn làm tần số BCCH chia tách BCCH/ TCH thỏa mãn Không cần phải lúc tuân thủ chặt chẽ việc ấn định tần số theo phương pháp MRP Nếu cell tồn vấn đề chất lượng giải vấn đề thay đổi tần số cell sang tần số “trái luật”, tần số mà ban đầu sử dụng nhóm thu phát khác c Thiết kế tần số Phương pháp MRP phát triển nhằm xử lý đặc trưng tiêu biểu mạng lưới phân phối TRX không đồng Điều quan trọng mạng t ế bào có khác đặc tính mạng kích cỡ cell, số phổ tần sẵn có đ ịa hình Có nghĩa mạng lưới, số cell có nhiều TRX có cell với số TRX Để tìm hiểu trạng thái sử dụng lại tần số khác cell khác với số TRX khác nhau, ta xem xét ví dụ sau: Cấu hình MRP 12/8/6/4 chọn cho tổng số 30 tần số sẵn có Trong đó, 12 tần số BCCH, ba nhóm tần số TCH gồm 8, 6, tần số Trong ví dụ ta giả thiết tỷ lệ cell có 2, 3, TRX 20%, 30%, 50% Số TRX /cell Tỷ lệ cell (%) MRP groups Hệ số sử dụng 20% 12 / 30% 12 / / 50% 12 / / / 10 9,0 8,5 Nhỏ Lớn Rất lớn lại tần số TB Sử dụng lại tần số TB thực tế (Giới hạn trên) Độ phân tán SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 69 Hệ số sử dụng lại tần số trung bình cell = Tổng số tần số nhóm ấn định cho cell / Số TRX cell Do đó, cell khác có hệ số sử dụng lại tần số khác nhau: hệ số 10 với cell có TRX, 8,7 với cell có TRX, 7,5 với cell có TRX Hệ số sử dụng lại tần số trung bình thực tế hiểu theo nghĩa “rải rác”, khơng phải tất cell trang bị đầy đủ thiết bị Ví dụ, TRX thứ sử dụng 80% tổng số cell, mà hệ số sử dụng lại thưc tế TRX rải rác 6/ 0,8 = (làm tròn từ 7,5), tùy thuộc vào phân bố địa lý cell với TRX thứ Do đó, giới hạn hệ số sử dụng lại tần số thực tế cell có TRX s ẽ là: (12+8+7)/3 = 9,0 Lợi ích nhảy tần tăng với số lượng tần số chuỗi nhảy tần Những cell có nhiều TRX tương ứng với hiệu sử dụng lại cao hơn, đồng nghĩa với mức nhiễu cao hơn, với phương pháp MRP điều đ ược cân với độ phân tán nhiễu lớn Mẫu MRP Hà Nội năm 2007 VMS_Center1 cấu hình 15/ 12/ /3: Gro Cell Cell Cell up A B C BCCH 84 86 88 TCH1 113 114 115 TCH2 95 99 107 TCH3 103 Patch 93 111 d 90 120 92 94 117 105 91 96 118 109 98 119 87 100 124 102 104 121 85 101 106 122 89 108 123 97 110 116 112 Antenna Anten thiết bị thực việc chuyển đổi lượng sóng đ ược dẫn hướng (ví dụ cáp đồng trục) sóng mơi trường khơng gian t ự do, ngược lại Anten sử dụng để phát thu tín hiệu vơ tuyến 5.3.5 Kiểu loại anten: Trong thông tin di động người ta thường dùng hai loại anten là: SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 70 15 12 41 − Anten vơ hướng (omni anten): Phát xạ tín hiệu theo hướng (3600) − Anten định hướng (sector anten): Chỉ phát xạ theo hướng định Sử dụng Anten định hướng có hiệu chống nhiễu đồng kênh cao so với Anten vơ hướng • Giảm nhiễu đồng kênh sử dụng anten định hướng (Sector hóa) Ta biết vấn đề nhiễu giao thoa đồng kênh thường liên quan đến việc sử dụng lại tần số dạng loại nhiễu t thuê bao ho ạt động vị trí cao (các đồi, nhà cao tầng ) gây nhiễu tới cell có tần số làm việc Khi dùng Omni Antenna: Hình 5.16 Anten vơ hướng (Omni antenna) Ta giả thiết hai cell E1 E2 sử dụng chung tần số E1 có đ ịa cao so với E2 Một thuê bao MS di chuyển từ E1 tới E2 Khi thuê bao di chuy ển gần E2, khả gây nhiễu tới E2 lớn Khi dùng Sector Antenna: Hình 5.17 Anten vơ hướng (Omni antenna) Bây ta dùng E1 E2 Nhưng đ ược sector hoá thành: EA1, EB1, EC EA2, EB2, EC2 MS di chuyển phía E2, xuất phát từ EA1 (có khoảng cách lớn tới E2) Khi MS vượt qua vị trí trạm EA1, đ ược chuy ển giao t ới EB1 khoảng cách từ MS tới E2 gần EB1 tần số với EB2 địa hình ta thấy, nhiễu tạo nằm phía sau anten EB2 (vì anten đ ịnh hướng nên có tỉ số lượng hướng trước hướng sau = ÷ 15 dB) Điều SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 71 có nghĩa khả chống nhiễu hệ thống tăng từ ÷ 15 dB Tương tự MS tới EA2 tạo nhiễu cho EA1 từ phía sau anten EA1.Tóm lại dùng sector anten biện pháp làm tăng tỉ số C/ I hệ thống 5.3.6 Độ tăng ích anten (Gain of an Antenna) Độ tăng ích anten tỷ số, thường tính dB, gi ữa cơng suất c ần thiết đầu vào anten chuẩn không suy hao với công suất cung cấp đ ầu vào anten cho hướng cho trước tạo cường độ trường hay mật độ thông lượng công suất cự ly Nếu khơng có ghi thêm, độ tăng ích anten tính hướng phát xạ lớn Tùy thuộc vào lựa chọn vào anten chuẩn, có loại tăng ích anten sau: Tăng ích tuyệt đối hay tăng ích đẳng hướng (Gi) anten chuẩn anten đẳng hướng biệt lập khơng gian Độ tăng ích ứng với dipol nửa bước sóng (Gd) anten chuẩn dipol nửa bước sóng biệt lập khơng gian mặt phẳng vng góc chứa hướng phát xạ Độ tăng ích ứng với anten thẳng đứng ngắn (Gv) anten chuẩn dây dẫn thẳng ngắn nhiều so với phần tư bước sóng, vng góc với mặt phẳng dẫn điện lý tưởng chứa hướng phát xạ 5.3.7 Công suất xạ đẳng hướng tương đương - EIRP Công suất xạ đẳng hướng tương đương – EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power) tích số công suất sinh để cung cấp cho anten với tăng ích anten hướng định ứng với anten đẳng hướng (độ tăng ích đẳng hướng hay tăng ích tuyệt đối) EIRP xác định công thức: PEIRP (W) = Pt (W)* 10(G - L)/10 Hay Trong đó: - PEIRP (dBm): cơng suất xạ đẳng hướng tương đương; - Pt (dBm): tổng công suất máy phát SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 72 - L (dB): tổng suy hao từ máy phát đến anten (ví dụ combiner, feeder…) - G (dBi): độ tăng ích cực đại anten tương ứng với anten đẳng hướng KẾT LUẬN Thông tin di động phát triển từ lâu, đ ời s ống hi ện đóng vai trò quan trọng sống sinh hoạt hàng ngày người Đồ án em trình bày kiến thức mạng thông tin di động GSM – phần quan trọng hệ thống thông tin di đ ộng Trong trình thực đồ án em tiếp thu nhiều kiến thức mạng GSM Do vốn kiến thức hạn hẹp, thời gian tiếp xúc thực tiễn nghiên c ứu chưa nhiều nên em chưa tìm hiểu để trình bày thật tốt kĩ l ưỡng vấn đề liên quan hết đến mạng di động GSM Trên kiến thức em tìm hiểu trình thực tập nghiên cứu Một lần em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô giáo hướng dẫn PGS.TS Hồ Anh Túy giúp đỡ em nhiều suốt trình thực hoàn thiện đồ án Em xin chân thành cảm ơn Hà Nội, tháng năm 2011 Sinh viên thực : Đinh Thị Hồng Phúc TÀI LIỆU THAM KHẢO Thông tin di động số : Vũ Đức Thọ - Nhà xuất giáo dục – 1997 Tài liệu down load mạng SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 73 - www.cisco.com - www.gsmworld.com - www.tailieu.vn - www.dtvt.org.vn - www.ebook.edu.vn - www.4tech.com.vn - www.luanvan.com.vn SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 74