Mạng thông tin di động GSM, quy hoạch mạng và nâng cao chất lượng mạng

MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT 4 DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU 6 LỜI MỞ ĐẦU 8 CHƯƠNG 1 10 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 10 1.1.Lịch sử phát triển. 10 1.2.Cấu trúc hệ thống mạng GSM. 11 1.2.1. Trạm di động 13 1.2.2.Hệ thống con trạm gốc 13 1.2.2.1. Trạm thu phát gốc (BTS) 13 1.2.2.2. Trạm gốc điều khiển (BSC) 14 1.2.3. Hệ thống con thực hiện chuyển mạch và quản lý mạng (NSS) 14 1.2.3.1. Trung tâm chuyển mạch di động MSC: 14 1.2.3.2. Bộ ghi định vị thường trú (HLR) 15 1.2.3.3. Bộ ghi định vị tạm trú (VLR) 15 1.2.3.4. Bộ nhận diện phần cứng trạm di động (EIR) 15 1.2.4. Phân hệ điều hành khai thác (OSS) 16 1.2.4.1. Trung tâm khai thác và bảo trì (OMC) 16 1.2.4.2. Trung tâm quản lý mạng (NMC) 16 1.3. Cấu trúc địa lý của mạng 16 1.4. Các kênh giao diện vô tuyến GSM 17 1.4.1. Các kênh trong hệ thống GSM 17 1.5. Sắp xếp kênh logic lên kênh vật lý 21 1.6. Kết luận 22 CHƯƠNG 2 23 QUY HOẠCH MẠNG GSM 23 2.1. Giới thiệu chung 23 2.2. Dự đoán tổn hao đường truyền sóng vô tuyến 24 2.2.1.Giới thiệu chung 24 2.3. Các mô hình truyền sóng trong thông tin di động 28 2.3.1. Mô hình truyền sóng Hata 28 2.3.2. Mô hình COST231 29 2.3.3. Mô hình SAKAGAMIKUBOL 30 2.4. Ảnh hưởng của nhiễu CI và CA 31 2.5. Phân tán thời gian 33 2.5.1. Những môi trường nguy hiểm 34 2.5.2. Một số giải pháp khắc phục 36 2.5.2.1.Chọn vị trí đặt BTS 36 2.5.2.2.Thay đổi anten và nghiêng anten 36 2.6. Vấn đề fading 38 2.7. Quy hoạch cell 39 2.7.1. Khái niệm ô (cell) 39 2.7.2. Lưu lượng (Traffic) 40 2.7.3. Tái sử dụng tần số 44 2.7.4. Mẫu sử dụng lại tần số 39 46 2.7.5. Mẫu sử dụng lại tần số 412 48 2.7.6. Mẫu tái sử dụng tần số 721 50 2.7.7. Chia cell 51 2.8. Anten 54 2.9. Kết luận 55 CHƯƠNG 3 56 NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG MẠNG 56 3.1. Mục đích của tối ưu mạng vô tuyến 56 3.2. Các thông số của BTS 56 3.3 Chỉ tiêu chất lượng (KPI) chính của mạng Vietel Mobile 58 3.4. Các công cụ hỗ trợ RNO 59 3.5 Quá trình tối ưu mạng vô tuyến 63 3.5.1. Lấy dữ liệu thống kê từ OSS 63 3.5.2. Phân tích dữ liệu thống kê của hệ thống 63 3.5.3. Phân tích rớt cuộc gọi 64 3.5.3.1. Những phân tích khi bị rớt cuộc gọi 64 3.5.3.2.Các cuộc gọi bị rớt trên kênh SDCCH 65 3.5.3.3. Các cuộc gọi bị rớt trên kênh TCH 67 3.5.4. Đưa ra yêu cầu tối ưu mạng vô tuyến 72 3.6. Kết luận 73 KẾT LUẬN 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

MỤC LỤC CHƯƠNG 3 53 NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG MẠNG 53 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ACCH Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết AGCH Access Grant Channel Kênh trao quyền truy nhập AUC Authetication Centre Trung tâm nhận thực thuê bao BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển phát thanh BS Base Station Trạm gốc BSC Base Station Controller Đài điều khiển trạm gốc BSS Base Station System Hệ thống trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc CBCH Cell Broadcast Channel Kênh quảng bá cell CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung 1 CDR Call Dropped Rate Tỷ lệ rớt cuộc gọi CSSR Call Setup Success Rate Tỷ lệ cuộc gọi thiết lập thành công DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng EIR Equipment Identity Register Bộ ghi số nhận diện phần cứng trạm di động FACCH Fast Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết FCCH Frequency Correction Channel Kênh sửa tần GSM Global System for Mobile Comunication Thông tin di động toàn cầu HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú HOSR Handover Success Rate Tỷ lệ chuyển giao thành công IMEI International Mobile Equipment Identity Thiết bị nhận dạng di động quốc tế IMSI International Mobile Subcriber Identity Nhận dạng thuê bao di động quốc tế KPI Key Performance Indicator Chỉ tiêu chất lượng LAI Location Area Identity Số hiệu vùng định vị LUSR Location Update Success Rate Tỉ lệ cập nhật vị trí thành công MS Mobile Station Trạm di động NMC Network Management Cetre Trung tâm quản lý mạng NSS Network and Switching Subsystem Phân hệ điều hành khai thác OMC Operations and Maitenance Cetre Trung tâm khai thác và bảo trì OSS Operating Subsystem Phân hệ điều hành khai thác PCH Paging Channel Kênh nhắn gọi PSR Paging Success Rate Tỷ lệ tìm gọi thành công RACH Radom Access Channel Kênh truy cập ngẫu nhiên RACR Radom Access Success Rate Tỷ lệ truy cập ngẫu nhiên thành công SACCH Slow Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết chậm SIM Subcriber Identity Module Modun nhận diện thuê bao SCH Synchronistion Channel Kênh đồng bộ SD_CO NG_R SDCCH Congestion Rate Tỷ lệ nghẽn kênh SDCCH SDR Synchronisation Channel Kênh đồng bộ TCH Traffic Channel Kênh lưu lượng 2 TCH_CO NG_R Traffic Congestion Rate Tỷ lệ nghẽn kênh TCH TRAU Transcoder and Rate Adaption Unit Khổi chuyển đổi mã và chuyển đổi tốc độ VLR Visistor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU 3 4 LỜI MỞ ĐẦU Thông tin di động ngày càng phát triển nhờ những tiện ích mà nó mang lại cho cuộc sống hàng ngày của mỗi con người. Khoảng cách về địa lý đã không còn là trở ngại, thông tin được trao đổi nhanh chóng và kịp thời, các dịch vụ thoả mãn được nhu cầu giải trí… 5 Do đó các mạng thông tin di động ngày càng được phát triển và nâng cao. Nhiều mạng di động mới ra đời cũng như các mạng cũ phải mở rộng mạng của mình để đáp ứng được lưu lượng thuê bao. Vì vậy ta phải có chiến lược quy hoạch mạng và một điều không thể thiếu đó là nâng cao chất lượng mạng để hoạt động tốt hơn, đủ sức cạnh tranh với các mạng thông tin di động khác. Xuất phát từ yêu cầu thực tế nhằm hướng tới mục đích nói trên, đồ án thực hiện ở đây có tên: “Mạng thông tin di động GSM, quy hoạch mạng và nâng cao chất lượng mạng”. Nội dung đồ án chia thành 3 chương: Chương 1: Tổng quan về mạng thông tin di động GSM _ Giới thiệu khái quát mạng thông tin di động GSM về cấu trúc mạng, cấu trúc địa lý, các kênh giao diện vô tuyến và các cụm thông tin. Chương 2: Quy hoạch mạng _ Mạng tính chất lý thuyết khi thiết kế quy hoạch mạng. Các đặc tính về đường truyền, nhiễu, tái sử dụng tần số và chia cell theo các giai đoạn. Chương 3: Nâng cao chất lượng mạng _ Đưa ra một giải pháp nâng cao chất lượng mạng đó là tối ưu mạng. Giới thiệu các công cụ tối ưu và phân tích rớt cuộc gọi và biên pháp khắc phục các nguyên nhân xảy ra. Với khuôn khổ thời gian cũng như trình độ bản thân có hạn, đồ án chắc chắn sẽ không tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sự đóng góp từ các thầy cô giáo và bạn đọc để đồ án hoàn thiện hơn. Em xin cảm ơn Ban Giám đốc và các thầy cô trong trường Học viện kỹ thuật Quân sự đã chỉ dẫn em trong suốt thời gian học tập tại trường. Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của Thầy giáo hướng dẫn, PGS.TS Đỗ Huy Giác, cùng các Thầy cô giáo trong khoa Vô tuyến Điện tử đã giúp đỡ em trong quá trình học tập cũng như trong quá trình làm đồ án. 6 Hà Nội, tháng 04 năm 2008. NGUYỄN THU VÂN CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 1.1.Lịch sử phát triển. Lịch sử hình thành GSM bắt đầu từ một đề xuất vào năm 1982 của Nordic Telecom và Netherlands tại CEPT (Conference Post and Telecommunication) để phát triển một chuẩn tế bào số mới đương đầu với nhu cầu ngày càng tăng của mạng di động Châu Âu. 7 Uỷ ban Châu Âu (EC) đưa ra lời hướng dẫn yêu cầu các quốc gia thành viên sử dụng GSM cho phép liên lạc di dộng trong băng tần 900MHz. Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) định nghĩa GSM khi quốc tế chấp nhận tiêu chuẩn hệ thống điện thoại tế bào số. Lời đề xuất có kết quả vào tháng 9 năm 1987, khi 13 nhà điều hành và quản lý của nhóng cố vấn CEPT GSM thoả thuận ký hiệp định GSM MoU “Club”, với ngày khởi đầu là ngày 1 tháng 7 năm 1991. GSM là từ viết tắt của Global System for Mobile Communication (hệ thống thông tin di động toàn cầu), trước đây có tên là Groupe Spécial Mobile. Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM là hệ thống thông tin tế bào số tích hợp và toàn diện, được phát triển đầu tiên ở Châu Âu và đã nhanh chóng phát triển trên toàn thế giới. Mạng được thiết kế phù hợp với hệ thống ISDN và các dịch vụ mà GSM cung cấp là một hệ thống con của dịch vụ ISDN chuẩn. GSM đầu tiên được thiết kế hoạt động ở dải tần 890-915MHz và 935- 960MHz, hiện nay là 1.8GHz. Một vài tiêu chuẩn chính được đề nghị cho hệ thống: - Chất lượng âm thoại chính thực sự tốt. - Giá dịch vụ và thuê bao giảm. - Hỗ trợ liên lạc di động quốc tế. - Khả năng hỗ trợ thiết bị đầu cuối trao tay. - Hỗ trợ các phương tiện thuận lợi và dịch vụ mới. - Năng suất quang phổ. - Khả năng tương thích ISDN. Tiêu chuẩn được ban hành vào tháng 1 năm 1990 và những hệ thống thương mại đầu tiên được khởi đầu vào giưa năm 1992. Tổ chữc MoU (Memoradum of Understanding) thành lập bởi nhà điều hành và quản lý GSM được cấp phép đầu tiên, lúc đó có 13 hiệp định được ký kết và đến nay đã có 8 191 thành viên ở khắp thế giới. Tổ chức MoU có quyền lực tối đa, được quyền định chuẩn GSM. 1.2.Cấu trúc hệ thống mạng GSM. Mạng GSM gồm nhiều khối chức năng khác nhau. Hình dưới cho thấy cách bố trí của mạng GSM tổng quát. Mạng GSM có thể chia thành bốn phần chính. Trạm di động MS ( Mobile Station) do thuê bao giữ. Hệ thống con trạm gốc BSS (Base Station Subsystem) điều khiểm liên kết với trạm di động. Hệ thống mạng con NSS(Network and Switching SubSystem) là phần chính của trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động. Hệ thống con điều hành khai thác OSS(Operating Sub System). Mô hình tổng quát của hệ thống GSM được thể hiện như sau: Hình 1.1. Mô hình tổng quát của hệ thống thông tin di động GSM Các ký hiệu: MS: Trạm di động BSS: Hệ thống trạm gốc 9 BTS: Tram thu- phát gốc BSC: Đài điều khiển trạm gốc MSC: Trung tâm chuyển mạch di động (tổng đài di động) OSS: Phân hệ điều hành khai thác OMC: Trung tâm khai thác và bảo trì NMC: Trung tâm quản lý mạng NSS: Phân hệ mạng và chuyển mạch AUC: Trung tâm nhận thực thuê bao EIR: Bộ nhận diện phần cứng trạm di động HLR: Bộ ghi định vị thường trú VLR : Bộ định vị tạm trú 1.2.1. Trạm di động Trạm di động MS(Mobile Station) gồm có thiết bị di động (đầu cuối) và một card thông minh gọi là module nhận diện thuê bao (Subscriber Identity Module - SIM). SIM cung cấp thông tin cá nhân di động, vì thế người sử dụng truy cập các dịch vụ thuê bao không phụ thuộc vào loại thiết bị đầu cuối. Bằng cách gắn SIM vào đầu cuối GSM, người sử dụng có thể nhận, gọi và nhận các dịch vụ thuê bao khác trên thiết bị đầu cuối này. Thiết bị được nhận dạng duy nhất bằng số nhận dạng thiết bị di động quốc tế (International Mobile Equipment Identity_ IMEI). SIM card chứa số nhận dạng thuê bao di động quốc tế (International Mobile Subscriber Identity_ IMSI) sử dụng để nhận dạng thuê bao trong hệ thống, dùng để xác định chủ quyền và thông tin khác. Số IMEI và IMSI độc lập nhau. SIM card có thể được bảo vệ chống lại việc sử dụng trái phép bằng password hoặc số nhận dạng cá nhân. 1.2.2.Hệ thống con trạm gốc 10 [...]... h thng thụng tin di ng GSM, chc nng ca cỏc khi trong h thng Cu trỳc a lý ca mng nh tuyn cỏc cuc gi n tng i cn thit v cui cựng n thuờ bao cuc gi Cỏc kờnh giao din vụ tuyn, cỏc cm thụng tin cng nh vic sp xp kờnh logic lờn kờnh vt lý nhm m bo vic trao i thụng tin gia MS v BS, phc v cho cuc gi ca thuờ bao din ra an ton 19 CHNG 2 QUY HOCH MNG GSM 2.1 Gii thiu chung Quy hoch mng thụng tin di ng bao gm tt... ghi d thụng tin ca mi MS ang hin din trong vựng m MSC qun lý: bn / ri, hin ang hin din trong vựng nh v no (LA no) 1.2.3.4 B nhn din phn cng trm di ng (EIR) L trung tõm kim soỏt phn cng mỏy di ng Trờn mi main board ca cỏc mỏy di ng u cú 1 chớp ghi s xeri sn xut ca mỏy ú, gi l s ca phn cng Mng cú th thụng qua EIR c c s mỏy phn cng ú ca MS nhm kim soỏt n c phn cng mỏy di ng, chng vic ly cp mỏy di ng 1.2.4... ra, ngi ta thng tng cụng sut phỏt ln to ra mt lng d tr fading, s dng mt s bin phỏp nh: phõn tp anten, nhy tn Túm li, qua phõn tớch nhng nh hng ca cỏc tham s trờn n mụi trng thụng tin di ng, ta cú c nhng c s lm tin cho vic quy hoch mng Bc i quan trng khụng th thiu chớnh l quy hoch cell (Cell Planning) 35 2.7 Quy hoch cell Cụng sut ca thuờ bao di ng thng l 2W i vi thuờ bao cm tay Bờn cnh ú, nhy ca... cỏch t trm thu n trm phỏt gc BTS Trong mụi trng thnh ph, vi nhiu nh cao tng, suy hao cú th t l vi lu tha 4 hoc cao hn na D oỏn tn hao ng truyn trong thụng tin di ng GSM bao gm mt lot cỏc vn khú khn, m lý do chớnh bi vỡ trm di ng luụn luụn di ng v anten thu thp Nhng lý do thc t ny dn n s thay i liờn tc ca a hỡnh truyn súng, vỡ vy trm di ng s phi vo v trớ tt nht thu c cỏc tia phn x Cỏch c bn, n gin... Vn fading Fading chun loga (fading chm): trm di ng thng hot ng cỏc mụi trng cú nhiu chng ngi vt (cỏc qu i, to nh ) iu ny dn n hiu ng che khut lm gim cng tớn hiu thu, khi thuờ bao di chuyn cng thu s thay i Fading nhanh: khi mụi trng cú nhiu chng ngi vt, tớn hiu thu c t nhiu phng khỏc nhau iu ny ngha l tớn hiu thu l tng ca nhiu tớn hiu ging nhau nhng khỏc pha v biờn gim phn no tỏc hi do fading... Trung tõm qun lý mng (NMC) Bao gm qun lý thuờ bao v qun lý thit b di ng - Qun lý thuờ bao bao gm cỏc hot ng qun lý ng ký thuờ bao Nhp xoỏ thuờ bao khi mng, tớnh cc cho thuờ bao - Qun lý thit b di ng c b ng ký nhn dng thit b EIR thc hin Cỏc giao din: 13 Um l giao din vụ tuyn gia trm gc v trm di ng A l giao din gia BSS - MSC A-bis l giao din gia BTS - BSC 1.3 Cu trỳc a lý ca mng Mi mng in thoi cn cú mt... Giao din A c quy nh gia BSC v MSC, cũn giao din Abis c quy nh gia BSC v BTS 1.2.3 H thng con thc hin chuyn mch v qun lý mng (NSS) NSS gm cú mt trung tõm chuyn mch di ng MSC (Mobile Switching Centre) v cỏc trung tõm khỏc nh:B ghi nh v thng trỳ HLR (Home Location Register), b ghi nh v tm trỳ VLR (Visitor Location Register), trung tõm nhn thc thuờ bao AUC (Authentication Centre), v trung tõm nhn din thit... ớch ny, mt mc tiờu quan trng l khi quy hoch mng t ong l phi t c dung lng lu lng cao Núi mt cỏch khỏc l mt thuờ bao phi cao nhng vn m bo cht lng phc v v thoi 2.7.1 Khỏi nim ụ (cell) Phõn b a lý ca cỏc mỏy di ng, tớnh cht lu lng ca cỏc thuờ bao v cht lng cn thit, vựng ph a lý phc v to thnh nhng s liu ban u cho quy hoch cell y l c s xõy dng s chun Trc ht ton b cụng vic quy hoch mng c xõy dng trờn mt s... thng cỏc thit b c thự riờng cho cỏc tớnh cht t ong vụ tuyn ca GSM BSS giao din trc tip vi cỏc trm di ng (MS) thụng qua giao din vụ tuyờn Vỡ th nú bao gm cỏc thit phỏt v thu ng vụ tuyn v qun lý cỏc chc nng ny Mt khỏc BSS thc hin giao din vi cỏc tng i SS Túm li, BSS thc hin u ni cỏc MS vi tng i v nh vy u ni nhng ngi s dng cỏc trm di ng vi cỏc ngi s dng vin thụng khỏc BSS cng c in khin v vỡ vy nú c u ni... trong thụng tin di ng 2.3.1 Mụ hỡnh truyn súng Hata Vo khong nm 1980, M.Hata ó gii thiu mụ hỡnh toỏn hc trong vic tớnh suy gim ng truyn da trờn nhng phõn tớch d liu ca Okumura 25 Mụ hỡnh Hata cho khu vc ụ th: LHu = 69,55 + 26,16lgf - 13,82lg hBS - a(hMS) + (44,9 - 6,55lg hBS).lgd [dB] Trong ú: f : Tn s súng mang (150-1500) MHz hBS : Chiu cao ca anten trm gc (30-200)m hMS: Chiu cao anten mỏy di ng (1-20)m . các mạng thông tin di động khác. Xuất phát từ yêu cầu thực tế nhằm hướng tới mục đích nói trên, đồ án thực hiện ở đây có tên: Mạng thông tin di động GSM, quy hoạch mạng và nâng cao chất lượng. ngại, thông tin được trao đổi nhanh chóng và kịp thời, các dịch vụ thoả mãn được nhu cầu giải trí… 5 Do đó các mạng thông tin di động ngày càng được phát triển và nâng cao. Nhiều mạng di động. các mạng cũ phải mở rộng mạng của mình để đáp ứng được lưu lượng thuê bao. Vì vậy ta phải có chiến lược quy hoạch mạng và một điều không thể thiếu đó là nâng cao chất lượng mạng để hoạt động