Quy hoạch trạm thu phát BTS mạng GSM tại thành phố hải phòng

LỜI NÓI ĐẦU Trong cuộc sống hàng ngày thông tin liên lạc đóng một vai trò rất quan trọng và không thể thiếu được. Nó quyết định nhiều mặt hoạt động của xã hội, giúp con người nắm bắt nhanh chóng các thông tin có giá trị văn hoá, kinh tế, khoa học kỹ thuật rất đa dạng và phong phú. Ngày nay với những nhu cầu cả về số lượng và chất lượng của khách hàng sử dụng các dịch vụ viễn thông ngày càng cao, đòi hỏi phải có những phương tiện thông tin hiện đại nhằm đáp ứng các nhu cầu đa dạng của khách hàng “mọi lúc, mọi nơi” mà họ cần. Thông tin di động ngày nay đã trở thành một dịch vụ kinh doanh không thể thiếu được của tất cả các nhà khai thác viễn thông trên thế giới. Đối với các khách hàng viễn thông, nhất là các nhà doanh nghiệp thì thông tin di động trở thành phương tiện liên lạc quen thuộc và không thể thiếu được. Dịch vụ thông tin di động ngày nay không chỉ hạn chế cho các khách hàng giầu có nữa mà nó đang dần trở thành dịch vụ phổ cập cho mọi đối tượng viễn thông. Trong những năm gần đây, lĩnh vực thông tin di động trong nước đã có những bước phát triển vượt bậc cả về cơ sở hạ tầng lẫn chất lượng phục vụ. Với sự hình thành nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông mới đã tạo ra sự cạnh tranh để thu hút thị phần thuê bao giữa các nhà cung cấp dịch vụ. Các nhà cung cấp dịch vụ liên tục đưa ra các chính sách khuyến mại, giảm giá và đã thu hút được rất nhiều khách hàng sử dụng dịch vụ. Cùng với đó, mức sống chung của toàn xã hội ngày càng được nâng cao đã khiến cho số lượng các thuê bao sử dụng dịch vụ di động tăng đột biến trong các năm gần đây. Các nhà cung cấp dịch vụ di động trong nước hiện đang sử dụng hai công nghệ là GSM (Global System for Mobile Communication Hệ thống thông tin di động toàn cầu) với chuẩn TDMA (Time Division Multiple Access đa truy cập phân chia theo thời gian) và công nghệ CDMA (Code Division Multiple Access đa truy cập phân chia theo mã). Các nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM là Mobiphone, Vinaphone, Viettel và các nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng công nghệ CDMA là SFone, EVN, Hanoi Telecom. Các nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng công nghệ CDMA mang lại nhiều tiện ích hơn cho khách hàng, và cũng đang dần lớn mạnh. Tuy nhiên hiện tại do nhu cầu sử dụng của khách hàng nên thị phần di động trong nước phần lớn vẫn thuộc về các nhà cung cấp dịch vụ di động GSM với số lượng các thuê bao là áp đảo. Chính vì vậy việc tối ưu hóa mạng di động GSM là việc làm rất cần thiết và mang một ý nghĩa thực tế rất cao.

LỜI NÓI ĐẦU

Trong cuộc sống hàng ngày thông tin liên lạc đóng một vai trò rất quantrọng và không thể thiếu được Nó quyết định nhiều mặt hoạt động của xã hội,giúp con người nắm bắt nhanh chóng các thông tin có giá trị văn hoá, kinh tế,khoa học kỹ thuật rất đa dạng và phong phú

Ngày nay với những nhu cầu cả về số lượng và chất lượng của kháchhàng sử dụng các dịch vụ viễn thông ngày càng cao, đòi hỏi phải có nhữngphương tiện thông tin hiện đại nhằm đáp ứng các nhu cầu đa dạng của kháchhàng “mọi lúc, mọi nơi” mà họ cần

Thông tin di động ngày nay đã trở thành một dịch vụ kinh doanh khôngthể thiếu được của tất cả các nhà khai thác viễn thông trên thế giới Đối vớicác khách hàng viễn thông, nhất là các nhà doanh nghiệp thì thông tin di độngtrở thành phương tiện liên lạc quen thuộc và không thể thiếu được Dịch vụthông tin di động ngày nay không chỉ hạn chế cho các khách hàng giầu có nữa

mà nó đang dần trở thành dịch vụ phổ cập cho mọi đối tượng viễn thông

Trong những năm gần đây, lĩnh vực thông tin di động trong nước đã cónhững bước phát triển vượt bậc cả về cơ sở hạ tầng lẫn chất lượng phục vụ.Với sự hình thành nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông mới đã tạo ra sựcạnh tranh để thu hút thị phần thuê bao giữa các nhà cung cấp dịch vụ Cácnhà cung cấp dịch vụ liên tục đưa ra các chính sách khuyến mại, giảm giá và

đã thu hút được rất nhiều khách hàng sử dụng dịch vụ Cùng với đó, mứcsống chung của toàn xã hội ngày càng được nâng cao đã khiến cho số lượngcác thuê bao sử dụng dịch vụ di động tăng đột biến trong các năm gần đây

Các nhà cung cấp dịch vụ di động trong nước hiện đang sử dụng haicông nghệ là GSM (Global System for Mobile Communication - Hệ thốngthông tin di động toàn cầu) với chuẩn TDMA (Time Division Multiple

Access- đa truy cập phân chia theo thời gian) và công nghệ CDMA (CodeDivision Multiple Access - đa truy cập phân chia theo mã) Các nhà cung cấpdịch vụ di động sử dụng hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM làMobiphone, Vinaphone, Viettel và các nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụngcông nghệ CDMA là S-Fone, EVN, Hanoi Telecom.

Các nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng công nghệ CDMA mang lạinhiều tiện ích hơn cho khách hàng, và cũng đang dần lớn mạnh Tuy nhiênhiện tại do nhu cầu sử dụng của khách hàng nên thị phần di động trong nướcphần lớn vẫn thuộc về các nhà cung cấp dịch vụ di động GSM với số lượngcác thuê bao là áp đảo Chính vì vậy việc tối ưu hóa mạng di động GSM làviệc làm rất cần thiết và mang một ý nghĩa thực tế rất cao

Trên cơ sở những kiến thức tích luỹ trong những năm học tập chuyênngành Điện Tử - Viễn Thông tại trường Học viện Kỹ thuật Quân Sự và sauthời gian thực tập tại phòng KHCN - PTM của Vinaphone cùng với sự hướng

dẫn của thầy Đ ỗ Huy Giác, em đã tìm hiểu, nghiên cứu và hoàn thành đồ án

tốt nghiệp với đề tài “Quy hoạch trạm thu phát BTS mạng GSM tại thành

ph ố Hải Phòng ”.

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Đ ỗ Huy Giác và Kỹ sưPhạm Tuấn Vũ phòng KHCN - PTM của Vinaphone đã giúp đỡ em hoànthành đồ án này

CHƯƠNG 1

2

TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM

1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1.1 Các giai đoạn phát triển công nghệ thông tin di động

Hệ thống thông tin di động đang sử dụng hiện nay thuộc vào thế hệ thứ

ba của công nghệ thông tin di động so với các tiêu chuẩn chính GSM, IS-54

Sự phát triển hệ thống thông tin di động trái qua các giai đoạn:

* Giai đoạn 1: Năm 1920 băng tần 20MHz, đến năm 1946 áp dụng kỹ

thuật FM băng tần 150MHz được công ty AT và T đưa vào sử dụng ởStLouis

* Giai đoạn 2: Từ năm 1970 đến năm 1979 cùng với sự phát triển của

kỹ thuật vi xử lý đã tạo ra một hệ thống phức tạp hơn, chất lượng tốt hơn

* Giai đoạn 3: Xuất hiện khái niệm tế bào (tổ ong tương tự), mạng có

khả năng sử dụng lại tần số, cho phép chuyển giao giữa các ô trong cùng mộtcuộc gọi Hệ thống sử dụng tần số từ (450-900)MHz có các mạng điển hình:

+ AMPS: Sử dụng năm 1978, tiêu chuẩn sử dụng rộng rãi nhất hiệnnay

+ NMT: Sử dụng ở Bắc Âu từ năm 1981, dải tần 450MHz,900MHz.+ TACS: Thiết kế cho mạng có số lượng thuê bao lớn sử dụng tần số900MHz, vận hành vào năm 1985

* Giai đoạn 4: Sử phát triển các thế hệ dựa trên truyền dẫn số.

+ GSM: Sử dụng dải tần 900, 1800, 1900 MHz bắt đầu hoạt động năm

1992 ở Châu Âu

+ DCS: Sự mở rộng GSM ở dải tần 1800MHz

+ CDMA: Được phát triển tại Mỹ, Hàn Quốc sử dụng kỹ thuật đa truynhập phân chia theo mã Công nghệ hiện đại, chế độ bảo mật cao, dịch vụ đadạng, chất lượng mạng đảm bảo

1.1.2 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động

Dịch vụ điện thoại di động cho đến đầu những năm 1960 mới xuấthiện, lịch sử phát triển trải qua các thời kỳ:

* Thế hệ thứ nhất 1G: Sử dụng phương thức đa truy nhập nhất phân

chia theo tần số FDMA và kỹ thuật FM, đơn thuần hỗ trợ dịch vụ thoại Hệthống sử dụng phổ 25MHz cho tín hiệu lên và phổ 25MHz cho tín hiệuxuống

* Thế hệ thứ hai 2G: Sử dụng phương thức đa truy nhập phân chia

theo thời gian TDMA và theo mã CDMA kết hợp phương thức chuyển mạchkênh làm cho hệ thống hiện đại hơn, dung lượng lớn, khả năng kết nối tốt

* Thế hệ thứ ba 2,5G, 3G: Phát triển nền TDMA, CDMA kết hợp

phương thức chuyển mạch gói Các dịch vụ điển hình: vô tuyến gói chungGPRS và EDGE

* Thế hệ thứ bốn 3,5G, 4G: Sử dụng công nghệ HSPDA song công

phân chia theo thời gian TĐ, công nghệ đặc quyền Flash OFDM có tốc độ caohơn (n*10Mbps) Xu hướng kết hợp mạng lõi IP, mạng đa truy nhập di động3G và mạng truy nhập vô tuyến WIFI và WIMAX

1.1.3 Khái niệm về đa truy nhập trong thông tin di động

Đa truy nhập trong thông tin di động là phương pháp dùng một trạmthu phát gốc BTS phục vụ cho nhiều thuê bao di động Có bốn loại đa truynhập:

* FDMA: Trạm gốc sử dụng các băng tần khác nhau cho các thuê bao

di động, mỗi băng tần có khoảng bảo vệ thích hợp tránh sự chồng lấn Vấn đềphân chia tần số khống chế công suất tránh can nhiễu được đặt lên hàng đầu

* TDMA: Nhiều thuê bao sử dụng cùng một sóng mang, nhưng trục

thời gian chia thành nhiều khoảng nhỏ gọi là khung TDMA Giữa các khethời gian có một khoảng bảo vệ để tránh chồng lấn

* CDMA: Các thuê bao sử dụng chung một số sóng mang trong cùng

một thời điểm, nhưng sóng mang này trước đó đã đã điều chế bởi mẫu bít đặc

4

biệt quy định riêng cho mỗi thuê bao khác nhau, mẫu bít này phải có mứctương quan chéo đủ nhỏ gọi là mã PN.

* SDMA: Không gian được phân chia thành các vùng địa lý xác định

theo cấu trúc ô, các ô có thể được phân cung hoá sử dụng anten định hướng.Phục vụ các cuộc gọi theo các anten định hướng búp sóng hẹp

1.2.2 Vùng phục vụ MSC/VLR

Vùng MSC/VLR được một tổng đài di động MSC quản lý Để địnhtuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động, đường truyền qua mạng sẽ nốiđến MSC ở phục vụ MSC/VLR nơi thuê bao đang ở Một vùng mạngGSM/PLMN được chia thành một hay nhiều vùng phục vụ MSC/VLR.

1.2.3 Vùng định vị LA

Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị,một MS có thể chuyển động tự do mà không cần nhập thông tin về vị trí chotổng đài MSC/VLR điều khiển vùng định vị này Một thông báo tìm gọi sẽđược phát quảng bá để tìm gọi thuê bao di động bị gọi

1.2.4 Ô (cell)

Vùng bao phủ vô tuyến được mạng nhận dạng bằng số nhận dạng ôtoàn cầu CGI Trạm di động tự nhận dạng một ô bằng cách sử dụng mã nhậndạng trạm gốc BSIC Mỗi ô vô tuyến có bán kính từ 350m-35km phụ thuộcvào cấu tạo địa hình và lưu lượng thông tin ở mỗi ô

Hình 1.2: Hình dạng và kích thước ô

6

1.3 Các đặc trưng của mạng GSM

* Tính tương thích: Hệ thống thông tin di động số GSM tương thích với

hệ số báo hiệu CCS7, sử dụng băng tần (9890 - 915) MHz truyền dẫn các tínhiệu từ máy di động MS đến trạm thu phát gốc BTS và băng tần (935-960) MHz

+ Nhiễu nền xâm nhập vì tín hiệu quá yếu

Để đối phó với những vấn đề gây ra do nhiễu người ta sử dụng các tínhiệu số thay cho tín hiệu tương tự, điều chỉnh các vị trí đặt trạm thu phát gốcBTS

* Tính linh hoạt và tăng thêm dung lượng: Tám cuộc gọi đồng thời thựchiện trên một sóng mang RF, khối RF riêng nên việc mở rộng mang theo yêucầu diễn ra dễ dàng Mạng linh hoạt có thể thay đổi dung lượng bằng một bộphận khác của mạng theo cách đặt lại cấu hình từ cơ sở dữ liệu hệ thống

* Sử dụng các giao diện tiêu chuẩn: Mạng GSM sử dụng các giao diệntiêu chuẩn như C7 và X25, các nhà quy hoạch mạng có thể lựa chọn thiết bịcủa các nhà sản xuất khác nhau cùng sử dụng các tiêu chuẩn trên

* An toàn, bảo mật tuyệt đối: để bảo mật số liệu và thoại được tốt,mạng GSM đưa ra đề nghị bảo mật cả về phương pháp truyền dẫn trên giaodiện vô tuyến và cách thức lưu lượng được xử lý trước khi truyền dẫn Ở thế

hệ GSM, thiết bị di động được nhận dạng một cách độc lập từ thuê bao diđộng, mỗi máy di động có một số nhận dạng được mã hoá và sau đó được gàimật mã trước khi phát đi Trên giao diện vô tuyến, tín hiệu được tổ chức trênnhững kênh có chức năng riêng biệt

* Chuyển vùng nhanh hơn: Chuyển vùng xảy ra khi máy di động dichuyển giữa các ô trong vùng phục vụ của mạng Khi chuyển vùng tốc độ sốliệu điều khiển lớn mà kênh điều khiển riêng SDCCH không đáp ứng được hệthống phải sử dụng kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH để trao đổi thôngtin điều khiển Có thể xảy ra các khả năng chuyển vùng sau:

+ Chuyển vùng trong cùng một BSC: BSC phải thiết lập đường nối đếnBTS mới, ấn định một kênh lưu lượng TCH của BTS này để chuẩn bị thiết lậpchuyển vùng, lệnh cho MS chuyển tần số kênh vô tuyến mới đồng thời cũngchỉ ra khe thời gian của kênh TCH này Nếu chuyển vùng dẫn đến việc thayđổi vùng định vị thì MS sẽ thông báo cho MSC/VLR để cập nhập vị trí

+ Chuyển vùng giữa hai vùng phục vụ MSC/VLR: Trường hợp phứctạp nhất với nhiều tín hiệu được trao đổi trước khi chuyển giao, khi xét haiMSC/VLR thì tổng đài phục vụ cuộc nối phải gửi yêu cầu chuyển giao đếntổng đài cần chuyển đến sau đó tổng đài này sẽ đảm nhận việc nối ghép đếnBTS mới Sau khi thiết lập cuộc nối giữa hai tổng đài, tổng đài phục vụ sẽ gửilệnh chuyên giao đến MS

* Nhận dạng thuê bao: Trong hệ thống GSM, thuê bao và thiết bị diđộng được nhận dạng một cách riêng rẽ Thuê bao được nhận dạng bằng mộtthẻ thông minh gọi là SIM, các thiết bị di động được nhận dạng bằng sốIMEI

* Tính tương thích với ISDN: ISDN một mạng thông tin mới, tiên tiến được thiết kế để truyền thoại và số liệu thuê bao trên các đường truyền thoạitiêu chuẩn Mạng GSM đã được thiết kế để khai thác với hệ thống ISDN vàcung cấp các đặc tính có thể tương thích giúp người sử dụng khai thác tối đacác tiện ích thuận tiện trong công việc qua bộ thích nghi tốc độ RA Tuynhiên việc sử dụng dịch vụ vào lúc này có chi phí khá cao, chất lượng truyềndẫn không ổn định và tốc độ thấp

8

Mạng thông tin di động GSM có lịch sử phát triển trong thời gian ngắncùng với một số hệ thống khác Hệ thống GSM phát triển như một dịch vụ cốhoá hoàn toàn, tiêu chuẩn cho mạng di động công cộng mặt đất PLMN sửdụng phương thức truy nhập TDMA trong băng tần 900,1800,1900MHz, mỗisóng mang chia thành tám khe thời gian TS cùng một lúc phục vụ tám cuộcgọi Tiêu chuẩn GSM thiết kế kết hợp với ISDN, tương thích với môi trường

di động Hiện nay mạng GSM ngày càng hoàn thiện bổ sung dịch vụ phục vụnhu cầu ngày càng cao của khách hàng Các nước trên thế giới sử dụng tiêuchuẩn GSM đều cung cấp dịch vụ cho thuê bao của nhau

1.4 Các phần tử của mạng GSM

1.4.1 Cấu trúc chung của hệ thống GSM

Mạng GSM thực chất là mạng di động mặt đất công cộng PLMN Môhình liên kết các thành phần của mạng và môi trường bên ngoài như hình vẽthì hệ thống GSM có thể được chia thành nhiều hệ thống con sau đây:

Hệ thống con chuyển mạch (SS: Switching Subsystem)

Hệ thống con trạm gốc ( BSS: Base Station Subsystem)

Hệ thống con khai thác (OSS: Operation Subsystem)

Trạm di động (MS: Mobile Station)

Hình 1.3: Cấu trúc chung của mạng GSM

* Hệ thống chuyển mạch SS bao gồm các khối chức năng sau:

Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động (MSC)

Bộ ghi dịch tạm trú (VLR)

Trung tâm nhận thực (AUC)

Bộ ghi dịch thường trú (HLR)

Bộ nhận dạng thiết bị (EIR)

Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động cổng (GMSC)

* Hệ thống con trạm gốc BSC bao gồm các khối chức năng:

Bộ điều khiển trạm gốc (BSC: Base Station Controller)

Trạm thu phát gốc (BTS: Base Transceiver Station)

* Hệ thống con khai thác OSS thực hiện chức năng sau:

Hệ thống con này thực hiện chức năng khai thác, bảo dưỡng và quản lýcho toàn bộ hệ thống

* Trạm di động MS

Trạm di động ở GSM thực hiện hai chức năng sau:

+ Thiết bị vật lý để giao tiếp giữa thuê bao di động với mạng quađường vô tuyến

+ Đăng ký thuê bao, chức năng thứ hai này mỗi thuê bao phải có mộtthẻ gọi là Sim Card Từ một số trường hợp đặc biệt như gọi cấp cứu, thuêbao chỉ có thể truy nhập vào mạng khi cắm thẻ này vào máy

Sơ đồ mô hình các thành phần của hệ thống GSM được mô tả dưới đây:

10

* Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động MSC (tổng đài di

động): Điều khiển và quản lý bộ điều khiển trạm gốc BSC MSC thực hiệncung cấp các dịch vụ của mạng cho thuê bao Tại giao diện giữa MSC vàmạng PSTN có đặt một bộ triệt vọng để triệt tiếng vọng gây ra ở các bộ biếnđổi 2-4 dây trong mạng PSTN

* Bộ ghi dịch vị thường trú HLR: Chứa cơ sở dữ liệu trung tâm, tham

chiếu lưu trữ thông tin lâu dài về các thuê bao đăng ký trong mạng và thựchiện một số chức năng riêng của mạng thông tin di động Trong cơ sở dữ liệunày lưu trữ những số liệu về trạng thái thuê bao, quyền thâm nhập các dịch vụ

mà thuê bao đăng ký, số liệu động về vùng mà thuê bao đang có mặt TrongHLR còn thực hiện việc tạo báo hiệu số 7 trên giao diện với MSC để truyềncác thông báo của mạng cho các thành phần khác

* Bộ ghi định vị tạm thời VLR: Chứa cơ sở dữa liệu trung gian lưu

trữ tạm thời thông tin về thuê bao trong vùng phục vụ MSC/VLR được thamchiếu từ cơ sở dữ liệu HLR.VLR thực hiện trao đổi thông tin về thuê bao vãnglai giữa HLR nơi thuê bao đăng ký, chỉ có thể MSC mới có thể thiết lập đượcđường ghép nối vô tuyến với MS trong các trường hợp thông tin

* Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR: Bảo vệ mạng PLMN khỏi sự thâm

nhập của những thuê bao trái phép bằng cách so sánh số nhận dạng thiết bịTMEI của thuê bao gửi tới khi thiết lập thông tin với số IMEI lưu trữ trongEIR, không tương ứng thuê bao không thâm nhập được

* Trung tâm nhận thực AUC: Trong mạng GSM có nhiều biện pháp

an toàn được dùng để tránh sử dụng trái phép, cho phép bám và ghi cuộc gọi

Cơ sở dữ liệu của AUC ghi nhiều thông tin cần thiết về thuê bao và phải đượcbảo vệ chống mọi thâm nhập trái phép

* Tổng đài di động G-MSC: Các cuộc gọi vào mạng GSM/PLMN

được định tuyến G-MSC G-MSC phải tìm vị trí MS cần tìm, điều này đượcthực hiện bằng cách hỏi HLR nơi MS đăng ký HLR trả lời, khi đó MSC nàyđịnh tuyến lại cuộc gọi đến MSC cần thiết

* Khối chức năng tương tác IWF: Để kết nối GSM với một mạng

khác cần phải thích ứng giao thức và truyền dẫn, IWF bao gồm một thiết bị đểthích ứng giao thức và truyền dẫn, IWF có thể được thực hiện trong cùngchức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trường hợp hai giao tiếp giữaMSC và IWF để mở

12

* Mạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCS7): GSM cũng có thể có

quyền thực hiện một mạng riêng để quyết định tuyến cuộc gọi giữa G-MSC

và MSC hay thậm chí định tuyến cuộc gọi ra đến điểm gần nhất trước khi sửdụng mạng cố định Tổng đài quá giang TE là một bộ phận của mạng GSM và

có thể được thực hiện như là một nút đứng riêng hay kết hợp với MSC

b Phân hệ trạm gốc (BSS)

Một hệ thống thiết bị đặc thù riêng cho các tính chất tổ ong vô tuyếncủa GSM BSS thực hiện nhiệm vụ giám sát các đường ghép nối vô tuyến,liên kết kênh vô tuyến với máy phát và quản lý cấu hình các kênh này BSSbao gồm hai loại thiết bị: BTS giao diện với MS và BSC giao diện với MSC

Hình 1.5: Các phần tử cuả BSS

* Trạm thu phát gốc BTS: Bao gồm các thiết bị thu phát, anten và xử

lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến Tại BTS các tín hiệu được điềuchế, khuếch đại và phối hợp thu phát BTS có các chức năng sau: Phát quảng

bá thông tin hệ thống trên kênh điều khiển quảng bá BCCH dưới sự điềukhiển của BSC, phát thông tin gọi trên kênh điều khiển chung CCCH, ngoài

ra BTS còn có bộ chuyển đổi mã hoá và thích ứng tốc độ đặt gần hoặc xaBTS Việc điều chỉnh cấu hình, vị trí đặt trạm quyết định chất lượng phủsóng

+ Khối vận hành bảo dưỡng OMU: Cảnh báo, kiểm tra và bảo dưỡngtại chỗ của BTS

Hình 1.6: Sơ đồ khối BTS

14

+ Khối tạo đồng hồ: Số thứ tự của khung và tín hiệu đồng hồ sử dụngtrong BTS được lấy từ một đồng hồ tổng 13MHz bởi khối tần số chỉ MFGE.

+ Khối nhảy tần FQHU: Chuyển mạch lưu lượng thông tin giữa FU và

CU theo một thuật toán nhảy tần Khối FQHU nối 8FU với 8CU, để truyền vànhận các khung

+ Khối FU: Chức năng điều khiển và băng gốc cần thiết cho 8 kênhtoàn tốc (hoặc 16 kênh bán tốc) logic hay lưu lượng

+ Khối đơn vị sóng mang Cu: Là phần vô tuyến của BTS, thực hiệnchuyển dữ liệu số thành tín hiệu sóng vô tuyến RF để phát và chuyển tín hiệusóng vô tuyến thu được thành tín hiệu số

+ Đơn vị đầu nối Coupling Unit: Cung cấp các bộ lọc, khuếch đại tạp

âm thấp và tách tín hiệu tới 8 máy thu không phân tập

+ Thiết bị giao diện trạm gốc BIE: Gửi các bản tin và tín hiệu về cấuhình thông qua một đường truyền 2Mb/s để kích hoạt FU

Hình 1.7: Bộ chuyển đổi TRAU

* Đài điều khiển trạm gốc BSC: Thiết bị chuyển mạch cho BSS, quản

lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệch điều khiển từ xa BTS và MS.BSC bao gồm các khối giao tiếp với MSC qua giao diện A, các khối chứcnăng điều khiển BTS qua giao diện A bis, khối giao diện với OMC và khốichuyển mạch

Chức năng chính BSC: Quản lý mạng vô tuyến, quản lý trạm thu phátgốc, điều khiển nối thông máy di động, quản lý mạng truyền dẫn

* Bộ chuyển đổi mã và phối hợp tốc độ TRAU-XCDR: Thực hiện

quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho hệ thống di dộng, từ cáckênh vô tuyến di động, từ các kênh vô tuyến (16Kb/s) theo tiêu chuẩn GSMthành các kênh thoại tiêu chuẩn (64Kb/s) trước khi chuyển đến tổng đài

c Phân hệ khai thác và bảo dưỡng (OMC)

Quản lý GSM từ xa, thành phần NSS, BSS được điều hành theo dõi bảodưỡng tập trung OMS có ba chức năng chính: khai thác bảo dưỡng mạng,quản lý thuê bao tính cước, quản lý thiết bị di động

16

Hình 1.8: Mô hình phân hệ vận hành và bảo dưỡg.

* Khai thác và bảo dưỡng mạng:

+ Khai thác: Theo dõi hành vi của mạng mà qua đó có thể đánh giáđược chất lượng dịch vụ này cung cấp và kịp thời xử lý các sự cố Trong khaithác bao hàm cả thay đổi cấu hình (cả mềm lẫn cứng), chuẩn bị tăng dunglượng ở tương lai, tăng vùng phủ sóng, nâng cao chất lượng dịch vụ cung cấp

và đưa các dịch vụ mới vào sử dụng

+ Bảo dưỡng: Phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố hỏng hóc

* Quản lý các thiết bị di động: EIR lưu trữ tất cả dữ liệu liên quan đến

trạm di động MS EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sựđược ghép của thiết bị

d Trạm di động (MS)

MS là một thiết bị đầu cuối di động, MS bao gồm hai thành phần chính

ME (thiết bị di động) và SIM (khối nhận dạng thuê bao), ME thành phần baogồm cả phần cứng lẫn phần mềm SIM là một thẻ vi mạch, lưu giữ các thôngtin nhận thực thuê bao và mật mã hoá/ giải mật mã hoá Mật mã nhận dạng cánhân dùng kèm theo SIM gọi PIN để chống sự sử dụng trái phép thẻ SIM.Ngày nay trên mỗi MS được tính hợp nhiều thành phần chức năng sử dụngđược nhiều tiện ích hơn, tận dụng tối đa tài nguyên mạng Theo khuyến nghịGSM, MS và BTS được phân thành các loại tuỳ theo công suất phát cực đạicủa chúng:

LoạiBTS

Công suất phátcực đại

Độ nhạyanten thu

1 20W- (Deleted) -104dBm 1 320W (55dBm) -104dBm

1.5 Giao diện vô tuyến giữa BTS-MS

1.5.1 Khái niệm về các giao diện của mạng GSM

a Các giao diện nội bộ mạng

* Giao diện vô tuyến Um: Giao diện giữa BTS và MS, giao diện quan

trọng quyết định đến chất lượng dịch vụ của mạng GSM Giao diện vô tuyến

sử dụng tổng hợp cả hai phương thức phân kênh FDMA và TDMA Có bachức năng chính: quản lý tiềm năng vô tuyến (RR), quản lý di động (MM),quản lý nối thông (CM)

* Giao diện Abis: Giao diện giữa BTS và BSC, được sử dụng để trao

đổi thông tin các thuê bao và thông tin điều khiển BSC kiểm soát các BTSthông qua giao diện này Abis sử dụng đường truyền chuẩn PCM 32(2,4Mb/s) với mã sửa sai CRC 4 theo chuẩn của CCITT, G732

* Giao diện A: Giao diện giữa MSC và BSC thông qua bộ chuyển đổi

mã TRAU Giao diện A sử dụng các luồng chuẩn PCM 32 (2 Mb/s)

* Giao diện B: giao diện giữa MSC và VLR, sử dụng CCS7 để trao đổi

dữ liệu giữa MSC và VLR

18

* Giao diện C: Giao diện giữa MSC và HLR, sử dụng CCS7 và được

quy định phần ứng dụng riêng cho GSM-MAP MSC truy nhập HLR lấy sốliệu trong các trường hợp:

+ Số đăng ký vãng lai của MS khi có cuộc gọi từ PSTN vào PLMN.+ Thông tin định tuyến từ HLR, khi có cuộc gọi PSTN vào PLMN

* Giao diện D: Giao diện giữa VLR và HLR, sử dụng MAP trao đổi số

liệu về thuê bao di động giữa các sơ sở dữ liệu của HLR và VLR bao gồm:

+ Tham số về quyền truy nhập mạng của thuê bao

+ Tái thiết lập lại số liệu của thuê bao trong VLR khi cần thiết

+ Cuộc gọi từ PSRN vào GSM, HLR chuyển yêu cầu của GMSC vềMSRN cho VLR

+ Thiết lập mới các số liệu của thuê bao cho VLR khi MS di chuyển từvùng phục vụ khác tới

+ Xử lý và lưu giữ các thông tin liên quan đến dịch vụ khi có thuê baonào đó yêu cầu

* Giao diện E: Giao diện tổng đài, được sử dụng thiết lập các cuộc nối

giữa các thuê bao thuộc vùng kiểm soát của các tổng đài khác nhau Giao diệnnày sử dụng các luồng PCM 32 cùng các kênh CCS7

* Giao diện F: Giao diện giữa EIR và MSC, sử dụng MAP để MSC

trao đổi số liệu về việc nhận dạng thiết bị thuê bao quốc tế IMEI

* Giao diện G: Giao diện VLR, được các VLR sử dụng để trao đổi số

liệu về MS trong quá trình tạo thành lập và lưu giữ thông tin tạm thời của các

MS đó Giao diện G sử dụng CCS7 với phần ứng dụng MAP để trao đổithông tin

* Giao diện Ater: Giao diện giữa BSC và TRAU, qua giao diện này

TRAU chuyển kênh lưu lượng từ BSC có tốc độ 16kb/s thành kênh tiêu chuẩn

có tốc độ 64kb/s và ngược lại

b Các giao diện ngoại vi

* Giao diện với OMC: Giao diện giữa OMC và các phân tử mạng.

Giao diện này điều hành, khai thác và bảo dưỡng các phần tử trong mạng

* Giao diện với PSTN: Giao diện giữa mạng GSM và mạng thoại

PSTN chuẩn hoá bằng luồng PCM 32 Các dịch vụ ở cả hai mạng mới cungcấp được cho các cuộc nối liên quan thuê bao trong mạng thoại

* Giao diện với ISDN: Giao diện giữa GSM với ISDN được chuẩn hoá

theo tiêu chuẩn giao diện của ISDN và sử dụng hệ thống báo hiệu CCS7 (đểcung cấp các dịch vụ thoại và số liệu)

* Giao diện với PSDN: Giao diện với mạng số liệu X25 được tiêu

chuẩn hoá ở GSM

* Giao diện với PLMN qua PSTN/ISDN: Giao diện giữa các mạng

với nhau thông qua mạng PSTN/ISDN được tiêu chuẩn hoá cho GSM Giữacác MSC của hai mạng có hai loại báo hiệu được trao đổi khi nối mạng:

+ Các chức năng xử lý cuộc gọi cơ bản, phụ thuộc vào hệ thống báohiệu của mạng cố định (CCS7- ISUP, R2)

+ Các chức năng của MAP dành riêng cho GSM được quy định trongSCCP của hệ thống CCS7

1.5.2 Cấu hình trên giao diện vô tuyến Um

a Khái niệm kênh

* Kênh vật lý: Một khe thời gian của một khung TDMA ở một sóng

mang gọi là một kênh vật lý Có 8 kênh vật lý trên mỗi sóng mang ở GSM từkênh TS0- TS7. Mạng GSM được chia thành 124 sóng mạng song công ở dảitần: đường lên (890-915)MHz (chiều từ MS-BTS) và đường xuống (935-960)MHz (chiều từ BTS-MS) Ở Việt Nam mạng GSM sử dụng băng tần(890,2 - 898,4)MHz cho đường lên, (935,2 - 943,4)MHz đường xuống, mỗidải thông tần số sóng mang 200KHz Số kênh vật lý trong GSM là124x8=992 kênh

* Kênh lôgic: Sự phân loại thông tin cần truyền giữa BTS và MS.

20

b Kênh lôgic

Các kênh logic được ấn định ở những kênh vật lý và trong nhữngkhoảng thời gian nhất định của quá trình trao đổi thông tin Có hai loại kênhlôgic: kênh lưu thông TCH và kênh điều khiển

* Kênh lưu thông TCH: mang tiếng và số liệu được mã hoá của người

sử dụng, có mặt ở cả hai đường lên và đường xuống Có hai loại kênh TCH:kênh toàn tốc FR có tốc độ 22,8Kb/s và kênh bán tốc HR có tốc độ 11,4 Kb/s

* Kênh điều khiển có ba loại:

+ Kênh quảng bá BCCH:

- Kênh hiệu chỉnh tần số FCCH: hiệu chỉnh tần số cho MS

- Kênh đồng bộ SCH: đồng bộ khung cho MS, mã nhận dạng trạm BTS

- Kênh điều khiển quảng bá BCCH

+ Kênh điều khiển chung CCCH:

- Kênh tìm gọi PCH: phát thông báo tìm gọi MS

- Kênh thâm nhập ngẫu nhiên RACH: yêu cầu cung cấp một kênh DCCH, trả lại thông báo tìm gọi, thực hiện thủ tục đăng ký

- Kênh cho phép thâm nhập AGCH: thông báo cho MS

+ Kênh điều khiển riêng DCCH:

- Kênh điều khiển riêng đứng đơn lẻ SDCCH: báo hiệu hệ thống

- Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH: mang các thông báo đo đạc

từ MS về cường độ trường và chất lượng thu

- Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH: sử dụng trong nhiều trườnghợp

1.5.3 Tổ hợp kênh, cấu hình kênh báo hiệu Um, cụm thông tin

a Tổ hợp kênh

Trên một kênh vật lý có thể mang một trong các tổ hợp kênh sau:

TCH/F+FACCH/F+SACC/F

TCH/H+ FACCH/H+SACCH/H.

FCCH+ SCH+ BCCH+ CCCH

SDCCH/8+ SACCH/8FCCH+ SCH+ BCCH+ CCCH+ SDCCH/4+ SACCH/4

b Cấu hình kênh báo hiệu

Cấu hình cấp phát kênh báo hiệu trong một kênh tần số RFC phụ thuộcvào mật độ thuê bao và lưu lượng báo hiệu

* Đối với một ô bình thường sóng mang BSSH mang đa khung điềukhiển không kết hợp với 8 kênh SDCCH tại TS1

* Đối với một ô lớn sóng mang BCCH mang đa khung điều khiển

không kết hợp với 16 kênh SDCCH tại TS1 và TS2

* Đối với một ô nhỏ sóng mang BCCH mang đa khung điều khiển kếthợp với 4 kênh SDCCH/4 tại TS0

c Khái niệm cụm thông tin

Khuân mẫu thông tin ở một khe thời gian gọi là cụm, trong một khoảngthời gian đồng đều gửi đi một cụm của loại thông tin xuất phát từ MS

+ Cụm bình thường: mang thông tin ở TCH và các kênh điều khiển.+ Cụm hiệu chỉnh tần số: hiệu chỉnh tần số của MS

+ Cụm đồng bộ: đồng bộ thời gian của MS

+ Cụm thâm nhập: thâm nhập ngẫu nhiên

+ Cụm giả: không mang thông tin

An toàn thông tin được đảm bảo, các loại tín hiệu khác nhau được tổchức riêng biệt, không bị xen lẫn vào nhau Sự phát triển của công nghệ thôngtin số hơn công nghệ thông tin tương tự là ở điểm này

22

* Pha đinh phạm vi rộng (large scale-fading): cường độ tín hiệu thu

trung bình cục bộ giảm dần khi trạm di động MS di chuyển ra xa trạm gốcBTS

* Pha đinh phạm vi hẹp (small scale fading- short term fading): cường

độ tín hiệu thu trung bình cục bộ giảm dần khi trạm di động MS di chuyển ra

xa trạm gốc BTS

b Suy hao do nhiễu xạ

Công thức tính suy hao do nhiễu xạ:

c Suy hao đường truyền

Quá trình mà ở đó tín hiệu thu yếu dần do khoảng cách giữa trạm diđộng MS và trạm gốc BTS ngày càng tăng được gọi là suy hao đường truyền

Mô hình suy hao đường truyền tại năm vị trí như Hình 2-2:

Hình 2.2: Mô hình suy hao đường truyền

Vị trí số 1 suy hao không gian tự do cho phép ước đoán chính xác suyhao đường truyền Vị trí số 2, tồn tại đường truyền tín hiệu chủ yếu (LOS) tuynhiên tín hiệu phản xạ từ mặt đất cũng ảnh hưởng đáng kể đến suy hao đường

24

4

5

truyền Vị trí số 3 suy hao hai đường cần phải được điều chỉnh do ảnh hưởngcủa nhiễu xạ gây nên bởi đám cây nằm giữa đường truyền Vị trí số 4 mô hìnhnhiễu xạ đơn được sử dụng cho phép ước đoán chính xác suy hao đườngtruyền Vị trí số 5 ước đoán suy hao đường truyền khá khó khăn và khó tincậy do liên quan tới nhiễu xạ nhiều chặng.

Đối với không gian tự do suy hao đường truyền được tính theo công thức:

Hay theo dB: Ls=33,4 + 20 x logf (MHz) + 20 x logd (km) (2.4)

d Can nhiễu

* Nhiễu giao thoa đồng kênh: là nhiễu do tín hiệu thu không mong

muốn nhiễu có cùng tần số với tín hiệu hữu ích Tỷ số giữa mức sóng manghữu ích và mức sóng mang của nhiễu là tỷ số nhiễu giao thoa đồng kênh C/Iđược tính theo công thức:

Trong đó: Pc: công suất tín hiệu thu mong muốn

Pi: công suất nhiễu thu được

Tiêu chuẩn GSM cho phép C/I nhỏ nhất là 9dB, thực tế giátrị cần thiết phải lên đến 12dB

* Nhiễu giao thoa lân cận: Giao thoa lân cận xảy ra khi máy thu đang

thu tín hiệu từ kênh C cũng nhận được tín hiệu từ các kênh lân cận C-1 hoặcC+1 Nếu máy thu có tính chọn lọc tần số càng cao thì càng ít bị giao thoakênh lân cận

Tỷ số mang trên kênh lân cận (C/A) biểu diễn mức tín hiệu ở kênhmong muốn thu trên kênh liền kề

C/A = 10xlog (Pc/Pa) (2.5)

Trong đó: Pc: công suất thu tín hiệu mong muốn

Pa: công suất thu tín hiệu kênh lân cận

Giá trị cho phép trong GSM là C/A >-9dB

* Hệ số can nhiễu kênh chung đặc trưng cho sự phụ thuộc của cannhiễu kênh chung vào khoảng cách sử dụng lại tần số D và bán kính ô P, đượctính theo công thức sau:

e Phân tán thời gian

Phân tán thời gian cũng là trường hợp của truyền nhiều đường dẫn dophản xạ, tín hiệu phản xạ đến từ một vật xa ở anten thu (Rx) gây ra hiệntượng "giao thoa giữa các ký tự" Hệ thống GSM được thiết kế có thể hạn chếphân tán thời nhờ sử dụng một bộ cân bằng Những nhân tố sau cần phải đượcxem xét trước khi lựa chọn vị trí đặt BTS: vùng phủ sóng mong muốn và các

ô lân cận, diện tích phủ sóng của ô mong muốn, những khu vực trong ô có thểgây nhiễu, những vật thể có thể gây phản xạ và trễ thời gian

2.2 MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN

Máy phát

Hình2.3: Mô hình truyền sóng vô tuyến.

Trong hệ thống thông tin di động tin tức được truyền giữa MS và mạngGSM dưới dạng sóng điện từ truyền lan trong không gian tự do Môi trườngkhông gian tự do truyền sóng lý tưởng như được mô tả ở Hình 2-3

Khi hệ thống hoạt động, chất lượng của tín hiệu thu thay đổi theo thờigian và cự ly truyền sóng giữa MS và BTS Việc dự đoán suy hao truyền dẫngặp nhiều khó khăn do MS luôn di chuyển, anten thấp

2.3.1 Mô hình trong không gian tự do

Công thức tính suy hao đường truyền:

2.3.2 Mô hình hai đường môi trường tế bào có kích thước nhỏ

Hình 2.5: Mô hình hai đường

2.3.3 Mô hình thống kê HATA- OKUMURA

Hình 2.6: Mô hình thống kê HATA

28

BTSMS

PBTS

df=RFC(i)

BTSMS

PBTS

d

f=RFC(i)

Tổn hao đường truyền hiển nhiên phụ thuộc vào địa hình và độ caoanten phát và thu Mô hình Hata cho khu vực độ thị:

Nội thành Lp (sup: suburban)= 69,55+26,16 x logf-13,82xloghb- a(hm)+(44,9-6,55xloghb) x logd (dB) (2.10)Ngoại ô Lp (sub: suburban)=Lp (urb)-2x(lòg/28)2- 5,4 (2.11)Nông thôn Lp (open)=Lp(urb)-4,78 x (logf)2=18,33 x logf-40,9 (2.12)Với a (hm): hệ số hiệu chỉnh anten MS, phụ thuộc diện tích vùng phủsóng

2.3.4 Mô hình COST 231- HATA Models

Tần số làm việc f: (1500-2000)MHz, độ cao anten BTS hb: (30-200)m,

độ cao MS trung bình hm: (1-10)m, khoảng cách MS và BTS d: (1-20)km

Công thức tính suy hao đường truyền:

b (urb)=46,3+33,9logf-13,82logh ( )m 44,9 6,55log b log m

* Truyền sóng không gian theo một đường thẳng:

Công thức suy hao đường truyền:

4,0 + 0,114 (Φ- 55)

2.3.6 Lựa chọn mô hình truyền sóng.

LOẠI KHÔNG GIAN MÔI TRƯỜNG MÔ HÌNH ÁP DỤNG

Thành phố lớn

Mô hình đường hẻm Walfisch-lkegami, Suy hao

Điều kiện không suy hao, ô nhỏ Walfisch - lkegami, COST231

Ô lớn, anten trên đỉnh nhà Okumura - Hata

Thành phố lớn

Nội vùng thành phố Walfish - lkegami

Nông thôn: diện tích rộng lớn Okumura - Hata

Truyền sóng vô tuyến trong thông tin di động GSM rất quan trọng, đảmbảo sự kết nối giữa thuê bao với mạng Việc cấp phát tần số, tổ chức kênh và

xử lý tín hiệu trong suốt quá trình truyền bao gồm vấn đề can nhiễu, suy haođược tính toán chính xác đạt được chất lượng đường truyền như mong muốn

2.3 LÝ THUYẾT THIẾT KẾ

Đối với một mạng GSM nói chung, việc quy hoạch và phát triển mạngphải được chia thành từng bước, từng giai đoạn nhất định Mỗi giai đoạn cầnphải dự đoán được nhu cầu của khách hàng cần sử dụng dịch vụ là bao nhiêu,tình hình tắc nghẽn cuộc gọi trong giờ cao điểm và lưu lượng thực tế đượcphân bố trên toàn mạng, trên cơ sở đó tiến hành quy hoạch và phát triển mạngtheo từng vùng, từng khu vực Việc phát triển toàn diện và ồ ạt không thểthực hiện được bởi khả năng đầu tư là có hạn, nhu cầu sử dụng ở tất cả các

vùng không phải là như nhau Trước khi đi vào lập kế hoạch quy hoạch thìphải tìm hiểu các vấn đề liên quan như:

- Khảo sát vùng phủ sóng

- Đánh giá chất lượng phục vụ

- Khả năng phát triển hệ thống

Sau đó phải dự đoán được yêu cầu về lưu lượng phục vụ và số thuê bao

có thể có trong tương lai Cụ thể là dựa trên các cơ sở:

- Số liệu thống kê về dân số và mật độ dân số

- Phân bố dân cư, các trung tâm thương mại, du lịch, dịch vụ,

- Nhu cầu về thông tin liên lạc nói chung dựa trên cơ sở số máy điệnthoại cố định

- Số lượng máy di động bán ra hàng ngày

- Mức phí hoà mạng, cước phí mỗi cuộc gọi

- Mức độ tăng trưởng kinh tế bình quân hàng năm trong khu vực

Trước hết toàn bộ quy hoạch mạng được xây dựng trên sơ đồ chuẩn,nghĩa là mô hình lý thuyết dựa trên bố trí địa lý của cấu trýc mạng Trạm thuphát gốc (BTS) và ấn định tần số đảm bảo bước thành đạt đầu tiên trong quátrình quy hoạch mạng

Hình dạng các ô trong sơ đồ chuẩn này phụ thuộc vào kiểu anten vàcông suất của từng trạm gốc Hai dạng anten thường dùng sử dụng là anten cóhướng tập trung năng lượng ở các dẻ quạt và anten vô hướng phát đẳnghướng

Nếu chúng ta có 2BTS với các anten vô hướng và ta yêu cầu ranh giớigiữa vùng phủ sóng của các BTS là tập hợp các điểm mà ở đó cường độ tín

32

hiệu của cả hai BTS như nhau thì ta được một đường thẳng Nếu ta lập lại quytrình trên bằng cách đặt 6BTS nữa xung quanh BTS gốc thì vùng phủ nhậnđược ô có dạng hình lục giác như sau:

Các lục giác này trở thành một dạng ký hiệu cho một ô ở mạng vôtuyến Nhưng quy hoạch trong mạng thực tiễn phải xét tới vấn đề truyền sóng

vô tuyến, rất phụ thuộc vào địa hình, các tính chất không đồng đều của bề mặtđất và vì thế các hình lục giác là mô hình hết sức đơn giản của các hình mẫuphủ sóng vô tuyến Ngoài ra sơ đồ địa lý chuẩn dựa trên các hình lục giáchoặc các mẫu địa hình địa lý khác cho ta một cái nhìn ban đầu toàn diện đểquy hoạch mạng

2.3.1 Quy trình thiết kế mạng

Phát triển mạng cung cấp nhiều ứng dụng đáp ứng đầy đủ mọi nhu cầucủa các thành phần trong xã hội là yêu cầu bắt buộc của nhà cung cấp dịch vụmạng Việc quy hoạch phát triển mạng phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó

có nhu cầu sử dụng của khách hàng và khả năng phát triển phải tiến hành theotừng bước, từng giai đoạn, từng vùng dựa vào các thông số về lưu lượng phân

bố trên mạng, tình hình tắc nghẽn, Phát triển toàn diện nhanh chóng khôngthể thực hiện được vì khả năng đầu tư có hạn trong khi nhu cầu sử dụng củatừng khu vực không giống nhau Trước khi đi vào lập kế hoạch phải tìm hiểucác vấn đề sau: vùng phủ sóng hiện tại, chất lượng dịch vụ đang được cungcấp, khả năng phát triển của hệ thống đang dùng Sau đó dự đoán được yêucầu lưu lượng tổng số thuê bao phát triển trong tương lai, dựa vào các thông

số sau để hoàn thành sơ đồ mạng:

+ Số lượng dân số, mật độ dân cư

+ Phân bố các vị trí có khả năng thu hút tập trung số lớn thuê bao

+ Nhu cầu liên lạc của các khu vực

+ Số lượng thuờ bao đang sử dụng, sắp hoà mạng.

+ Kinh nghiệm của cỏc nước đó sử dụng trước chỳng ts

+ Mức tăng trưởng kinh tế của vựng

34

dịchưvụư

Phânưbố Cácưkênh.

Cácưđàiưtrạm

Phânưbố Cácưkênh.

Đoưđạcưvôưtuyến

Dựưđoánưcuốiưcùng

Thôngưsốưthiếtưkếưcell Tầnưsố

CấuưhìnhưBTS TruyềnưdẫnưchoưBTS

Thôngưsốưthiếtưkếưcell Tầnưsố

CấuưhìnhưBTS TruyềnưdẫnưchoưBTS

Hình2.8: L u đồ thực hiện quá trình thiết kế

dựưkiến

Cácưthôngư

sốưđịnhưvị

Ngoài ra người tiến hành lập kế hoạch sử dụng thiết bị định vị vệ tinhGPS, máy tính cá nhân đặt phần mềm MapInfo8.0 và một số phần mềm trợgiúp chuyên dụng khác để tính toán các thông số cơ sở cho việc quy hoạchphát triển mạng đầy đủ chính xác trên cơ sở bản đồ khu vực độ phân giải caochứa thông tin về các yếu tố liên quan đến quá trình tính toán Tại Việt Nam

do đặc điểm vùng miền có sự phân hoá cao nên khi lập kế hoạch cần chú ý:

+ Tại thành phố, tốc độ phát triển nhanh xuất hiện ngày càng nhiều tòanhà, các công trình xây dựng nên cần tính toán di chuyển các BTS tránh sựche chắn của các toà nhà giảm thiểu vùng với mức tín hiệu kém

+ Đặc trưng của vùng nông thôn dân cư phân tán, cơ sở vật chất cónhiều thiếu thốn nên vẫn xảy ra hiện tượng chất lượng liên lạc kém

+ Địa hình phức tạp, dân cư thưa thớt, địa điểm đặt trạm trên các đồicao nên việc phủ sóng cho khu vực gặp nhiều khó khăn

Theo khuyến nghị của Alcatel, độ phủ sóng được phân chia thành bamức: phủ sóng cho thiết bị đặt trong nhà (indoor) vùng thành phố thường bánkính 800m, cho thiết bị ở trong phương tiện di chuyển (incar) áp dụng cho cáctrục đường mật độ phương tiện cao, cho biết thiết bị ở ngoài trời không gianrộng

Từ những đặc điểm công việc như đã giới thiệu ở trên, quy hoạch pháttriển mạng GSM phủ sóng cho một vùng thực hiện theo lưu đồ quy trình côngviệc đang được thực hiện dựa trên những trải nghiệm thực tế khi làm việc,không phải lưu đồ lý thuyết Trong đó bước lập bản đồ chi tiết dựa trên nhữngthông số hiện trạng mạng là quan trọng nhất, quyết định đến thành công củabản quy hoạch

Trong bản vẽ quy hoạch hai nội dung quan trọng nhất cần phải chú ý:bản đồ chi tiết dữ liệu liên quan đến sơ đồ trạm, mô hình truyền tín hiệu được

lựa chọn Bước đầu tiên phân bổ ô cho vùng phủ sóng, kế thừa những điểmban đầu phân bổ trên quỹ dự trữ của đường kết nối Về lưu lượng, sử dụng tàinguyên được phân bổ của kế hoạch cung cấp cho vùng Các dữ liệu trên bản

đồ cần được cập nhập mới và có chương trình thường xuyên kiểm tra khảo sátthực tế để cho toàn bộ dữ liệu luôn chính xác Nên tạo ra một loạt các mẫuquy hoạch vùng phủ sóng làm tài nguyên cho quá trình lập bản vẽ thiết kế.Tất cả thông tin dữ liệu cùng bản vẽ được hoàn chỉnh sau khi việc khảo sátthực tế hoàn tất chứa các thông tin: bản vẽ về vị trí đặt trạm, địa điểm đặtanten, hướng fiđơ, vị trí đặt thiết bị truyền dẫn Việc phân bổ tài nguyên tần

số cũng là một yêu cầu hết sức quan trọng, công việc đó được thực hiện quamột phần mềm chuyên dụng khác Có nhiều vấn đề cần lưu ý cho nên sẽkhông được đề cập cụ thể bản đồ án này

Những hệ thống điện thoại di động ngày nay, vấn đề dung lượng hệthống và phương pháp tiết kiệm tần số được coi là quan trọng thiết yếu.Những yêu cầu kỹ thuật về mạng hoàn cảnh mới như công cụ quan trọng đểđạt đến phương pháp tiết kiệm tần số tối ưu cho mục đích dung lượng cao vàmạng phải cho phép tăng dần để đạt đến những yêu cầu hiện thời

Công việc cho thiết kế phát triển một mạng GSM có thể tổng kết lạitheo trình tự sau:

+ Trước khi thiết kế phải khảo sát kỹ lưỡng vùng địa lý, sau đó thống

kê lưu lượng phục vụ ở từng vùng theo các thời điểm khác nhau để dự đoánchính xác số thuê bao cần phải phục vụ tối đa ở vùng đó là bao nhiêu Vùng ởđây có thể là vùng định vị hoặc một cell Tiến hành kiểm tra chất lượng phục

vụ tại các vùng phủ sóng, từ đó đánh giá chất lượng để bổ sung cho vùng phủsóng nhằm nâng cao chất lượng vùng phủ Dựa vào tính chất lưu lượng, sốthuê bao và chất lượng cần thiết được xác định ở trên ta sẽ sơ bộ phân kênh và

vị trí đài trạm cần phát triển

36

+ Bước tiếp theo là thực hiện ấn định tần số và vị trí kênh lôgic chomạng cellular Các cell được tạm thời cung cấp tần số sử dụng (theo mẫu sửdụng lại tần số) và tổng kênh lưu lượng TCH theo cấu hình FU của các BTStính ở trên cùng với công suất phát của các BTS này.

+ Nếu ở môi trường không gian và thời gian lý tưởng, từ bước 2 ta cóthể đi đến bước kết thúc mạng bằng cách chấp nhận việc ấn định cung cấptạm thời ở trên, lập cấu hình BTS và cấu hình truyền dẫn cho mạng rồi đưamạng vào hoạt động Tuy nhiên không bao giờ tồn tại một môi trường lýtưởng, do đó bước tiếp theo là thực hiện dự kiến vùng phủ sóng trên cơ sở sốliệu về đài trạm dự kiến (toạ độ, chiều cao anten, góc nghiêng anten, ) và cáchạn chế do phân tán thời gian gây ra

+ Môi trường truyền dẫn luôn là một vấn đề được đặt ra đối với thôngtin di động Ta phải nghiên cứu các loại nhiễu giao thoa bao gồm: nhiễu giaothoa đồng kênh C/I, nhiễu giao thoa kênh lân cận C/A và tỷ số sóng mang trênphản xạ C/R

+ Thực hiện khảo sát mạng bằng cách kiểm tra các điều kiện đài trạm

và môi trường truyền dẫn vô tuyến

+ Xây dựng sơ đồ mạng trên cơ sở các đài trạm phù hợp và các thông

2.3.2 Lý thuyết lưu lượng

Các vấn đề về lưu lượng và dung lượng thuê bao là cơ sở cho việc quyhoạch và mở rộng mạng Dung lượng của hệ thống thông tin tế bào phụ thuộcvào rất nhiều yếu tố, nhưng một trong những yếu tố chủ yếu là số kênh sẵn cócho tiếng và số liệu Để có thể hiểu biết về lý thuyết lưu lượng, cần thiết từngbước hiểu được nguyên tắc thiết kế hệ thống tế bào trong mức của số kênhyêu cầu cho cùng định vị Lý thuyết về hệ thống tế bào được dựa trên cơ sở vềtính chất của thuê bao và cách thức mà thuê bao sử dụng hệ thống Đôi khi sốlượng kênh vô tuyến sẵn không đủ thực hiện dung lượng yêu cầu thì cần thiếtphải giảm vùng phục vụ của trạm gốc ở một mức độ nào đó có thể thực hiệnhiệu quả việc sử dụng lại tần số và tăng dung lượng của hệ thống

a Định nghĩa lưu lượng trên người sử dụng

Người ta đưa ra hai loại hình toán học cơ bản cuả lý thuyết lưu lượng:

Mô hình Erlang-B và mô hình Erlang-C

- Mô hình Erlang-B: Là mô hình hệ thống hoạt động theo kiểu suy hao,trong đó những cuộc gọi bị tắc nghẽn bị bỏ rơi chứ không hề được giữ lạidưới dạng nào đó để chờ cho đến khi có kênh rỗi Mô hình này được xem nhưthích hợp nhất cho mạng GSM

- Mô hình Erlang-C: Là mô hình hệ thống hoạt động theo kiểu đợi, giảthiết các cuộc gọi bị nghẽn được giữ lại để đợi cho đến khi có kênh được giảiphóng Loại hình này không có khả năng áp dụng trong mạng GSM và sẽkhông được nghiên cứu

Lưu lượng trên một kênh vô tuyên được đo bằng đơn vị Erlang Yêucầu về lưu lượng trên người sử dụng được tính theo công thức:

Trong đó: n: Số cuộc gọi trung bình trên giờ của người sử dụng.

T: Thời gian trung bình cho một cuộc gọi, tính bằng giây A: Lưu lượng thông tin trên một người sử dụng

Theo các số liệu thống kê, n và T nhận các giá trị sau:

n=1: Trung bình một người có 1 cuộc gọi /1giờ

T=120 giây: Thời gian trung bình 1 cuộc gọi là 120 giây

Như vậy lưu lượng trên người sử dụng là 1 120 33 Erl

b Cấp độ phục vụ GoS (Grade of Service).

Khi số người sử dụng điện thoại di động tăng lên dẫn đến tỷ lệ số cuộcgọi đến tăng lên và chắc chắn dẫn đến tình huống 2 hay nhiều người sử dụngđồng thời truy cập đến cùng một kênh vật lý Ngoài một người truy cập thànhcông, số còn lại sẽ bị từ chối phục vụ Có thể mô tả quá trình thiết lập cuộcgọi bằng sơ đồ khối tổng quát sau:

Trong đó: Offerred traffic (tải đến): Toàn bộ lưu lượng đến yêu cầu

kênh của tất cả người sử dụng

Carried traffic (tải phục vụ): Lưu lượng thực tế được mangtrên kênh

Blocked traffic (tải từ chối): Lưu lượng bị từ chối phục vụ

A.GoS A

H×nh 2-9 Qu¸ tr×nh thiÕt lËp cuéc gäi.

Rõ ràng rằng: Offerred traffic = Carried traffic + Blocked traffic.

Cấp độ phục vụ là đại lượng biểu thị số % cuộc gọi không thành công(Gos cũng có nghĩa là mức bỏ rơi không phục vụ đối với mô hình Erlang-B),như vậy có thể nói cấp độ phục vụ là một tiêu chuẩn để đánh giá khả năng tắcnghẽn của hệ thống, được tính theo phần trăm Gos do đó không chỉ liên quanđến khả năng kết nối đến thuê bao của hệ thống mà còn liên quan đến tốc độkết nối Theo cách thông thường, GoS được diễn tả như một phần của cuộcgọi (hoặc nhu cầu cuộc gọi) bị từ chối phục vụ (cuộc gọi bị tắc nghẽn) hoặc làmột phần cuộc gọi bị buộc phải chờ đợi phục vụ lâu hơn một khoảng thờigian nhất định (đối với mô hình Erlang-C)

Nếu offered traffic = A thì tải từ chối blocked traffic = A.GoS và tảiphục vụ carried traffic = A(1-GoS)

Để đưa ra cấp độ phục vụ tốt thì khả năng tắc nghẽn phải giảm Điềunày có nghĩa là số người sử dụng thấp hay nói chính xác hơn là số lượng tảiđến (offerred traffic) phải nằm trong giới hạn khả năng phục vụ của kênh.Ngược lại, nếu GoS kém thì khả năng tắc nghẽn cho phép sẽ cao và tươngđương với việc tăng offerred traffic, điều này có nghĩa như tăng số lượngngười sử dụng lên

Khi tính toán phối hợp số kênh trên cơ sở lưu lượng cần thiết đòi hỏiphải có sự thoả hiệp giữa người sử dụng và chất lượng phục vụ có nghĩa làphải chỉ rõ mức độ nghẽn Cấp độ phục vụ có thể chấp nhận được thườngđược chọn từ (1-5)%

c Dung lượng Traffic của trung kế

Khái niệm trung kế trong GSM có thể hiểu như là các khe thời gian TSdành cho các kênh mang thoại và số liệu TCH Các thuê bao khi thực hiện cáccuộc gọi sẽ được ấn định ở một TS tức là một kênh vật lý nhất định

40