Hệ thống gms và vấn đề sử dụng lại tần số

Hệ thống gms và vấn đề sử dụng lại tần số

Tiểu luận môn học GV: Ngô Quỳnh Thu Mục lục ng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số 1. Hệ thống GSM. 1.1. Lịch sử hình thành và phát triển. Ở châu Âu, mạng di động tổ ong bắt đầu xuất hiện ở Thụy Điển, Nauy, Phần Lan, Đan Mạch vào năm 1981. Các hệ thống này đều là hệ thống tương tự, hoạt động ở dải tần số 450-900 MHz. Thật không may là mỗi nước lại phát triển hệ thống theo 1 hướng riêng như:  TACS (Total Access Communication System) ở Anh.  NMT (Nordic Mobile Telephone) ở các nước Bắc Âu. Một số vấn đề khó khăn ở đây là:  Do sự không tương thích giữa các hệ thống nên các thiết bị di động chỉ hoạt động ở trong 1 quốc gia nhất định.  Đối với mỗi hệ thống sử dụng thiết bị di động riêng nên gây khó khăn cho việc sản xuất. Để giải quyết vấn đề này,vào năm 1982, Hội nghị Viễn thông và Bưu điện châu Âu (CEPT) đã thành lập 1 nhóm nghiên cứu và phát triển mạng di động chung cho toàn châu Âu. Kết quả là chuẩn GSM ra đời. Chuẩn GSM có các ưu điểm sau:  Nâng cao hiệu quả việc sử dụng phổ.  Mở rộng vùng hoạt động mang tính quốc tế.  Chất lượng tốt, giá thành giảm.  Tương thích với mạng ISDN và các mạng khác.  Cung cấp thêm nhiều dịch vụ mới. Nguyễn Viết Hạnh. MSSV: 20071049 Page 1 Tiểu luận môn học GV: Ngô Quỳnh Thu Các mốc thời gian chính:  1982, CEPT thành lập nhóm phát triển mạng di động chung châu Âu.  1986, thử nghiệm các kĩ thuật mới trong truyền dẫn vô tuyến.  1987, quyết định sử dụng kết hợp TDMA và FDMA.  1988, hệ thống GSM được phê chuẩn.  1889, các đặc điểm chi tiết của GSM được Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu ETSI thông qua.  1990, các đặc điểm chi tiết của GSM giai đoạn 1 được công bố.  1991, các dịch vụ đầu tiên của GSM xuất hiện chính thức.  Đa truy nhập TDMA/FDMA (8 thuê bao / 200KHz).  Băng tần GSM 900 MHz; sau đó mở rộng sang băng tần DCS 1800MHz và PCS 1900 MHz.  1992,vùng phủ sóng được mở rộng: các thành phố lớn và sân bay.  1993, mở rộng vùng hoạt động ra các nước ngoài châu Âu như Hồng Kông, Úc, Nam Mĩ, các nước châu Á trong đó có Việt nam…  1995, các đặc điểm chi tiết của GSM giai đoạn 2 xuất hiện. Vùng phủ sóng được mở rộng tới các vùng nông thôn.  Ngày nay, GSM trở thành chuẩn toàn cầu.  Các giao diện được chuẩn hóa;  Máy thu GSM ba băng tần có thể lưu động toàn cầu. Nguyễn Viết Hạnh. MSSV: 20071049 Page 2 Tiểu luận môn học GV: Ngô Quỳnh Thu 1.2. Các dịch vụ của mạng GSM. Teleservices:  Dịch vụ truyền thoại.  Dịch vụ quay số nhanh trong trường hợp khẩn cấp,sử dụng 3 chữ số như 911 ở Mĩ, và ở Việt nam là 113…  Dịch vụ tin nhắn SMS. Bearer Services:  Các dịch vụ truyền dữ liệu có tốc độ lên tới 9,6Kbps. Supplementary Services:  Các dịch vụ bổ xung cho gọi: chuyển hướng cuộc gọi khi thuê bao bận, chuyển hướng cuộc gọi khi không trả lời….  Các dịch vụ bổ xung hạn chế cuộc gọi: Cấm tất cả các cuộc gọi ra, Cấm tất cả các cuộc gọi ra quốc tế, Cấm tất cả các cuộc gọi vào…  Các dịch vụ bổ xung tính cước: Thông báo về thông tin cước, thông báo về tính cước… 1.3. Chỉ tiêu kỹ thuật hệ thống GSM. Nguyễn Viết Hạnh. MSSV: 20071049 Page 3 Tiểu luận môn học GV: Ngô Quỳnh Thu 1.4. Cấu trúc mạng GSM. Mạng thông tin di động mặt đất công cộng PLMN theo chuẩn GSM được chia thành 3 (4) phân hệ:  Phân hệ chuyển mạch - NSS  Network Switching Subsystem. Gồm MSC/GMSC, HLR, VLR, EIR, AUC.  Phân hệ vô tuyến - RSS = BSS + MS.  Radio SubSystem.  Phân hệ vận hành và bảo dưỡng - OMS  Operation and Maintenance Subsystem, chứa OMC. Nguyễn Viết Hạnh. MSSV: 20071049 Page 4 Tiểu luận môn học GV: Ngô Quỳnh Thu  Mobile station(MS): Trạm di động .  Base Transceiver Station (BTS): Trạm thu phát gốc.  Base Station Controller (BSC): Bộ điều khiển trạm gốc.  Base Station Subsystem(BSS): Hệ thống con trạm gốc.  Mobile Switching Center (MSC): Trung tâm chuyển mạch.  Gateway MSC ( GMSC): cổng kết nối giữa MSC và các tổng đài ngoài.  Home Location Register (HLR): Bộ ghi định vị thường trú. Nguyễn Viết Hạnh. MSSV: 20071049 Page 5 Serial Number Final Assembly Code Type Approval Code 6 digits 2 digits IMEI 6 digits Sp 1 digit Tiểu luận môn học GV: Ngô Quỳnh Thu  Visitor Location Register (VLR): Bộ ghi định vị tạm trú.  Equipment Identity Register (EIR): Bộ ghi nhận dạng thiết bị.  Authentication Center (AuC): Trung tâm nhận thực.  Operations and Maintenance Center(OMC): Trung tâm khai thác và bảo dưỡng. 1.4.1. MS (Mobile Station). MS (Mobile Station) có thể là 1 thiết bị đặt trong ôtô, thiết bị xách tay, thiết bị cầm tay. Ngoài việc phải chứa giao diện vô tuyến chung nó còn chứa giao diện với người sử dụng và giao diện với các thiết bị khác như máy tính… Đối với hệ thống GSM, một MS gồm 2 thành phần là ME( Mobile Equipment) và SIM (Subscriber Identity Module). ME là thiết bị cứng thực hiện chức năng thu phát tín hiệu, nó tương đối thông minh và được điều khiển bởi 1 chương trình bên trong máy. ME có khả năng tự điều chỉnh công suất phát nên tiết kiệm pin và hạn chế hiện tượng xa gần. Mỗi ME chứa một số IMEI( International Mobile Equipment Identity) dùng để nhận dạng thiết bị. Số IMEI là duy nhất cho mỗi MS, nó có thể được hiển thị ở hầu hết các máy điện thoại bằng cách bấm: *#06#. Nguyễn Viết Hạnh. MSSV: 20071049 Page 6 Tiểu luận môn học GV: Ngô Quỳnh Thu SIM lưu giữ các thông tin nhận thực thuê bao và mật mã hóa/ giải mật mã hóa. Nó lưu giữ các thông tin: các số nhận dạng IMSI, TMSI; khóa nhận thực K i ; khóa mật mã K c ; số hiệu nhận dạnh vùng định vị LAI và danh sách các tần số lân cận. IMSI: số nhận dạng thuê bao di động quốc tế, số này là duy nhất cho mỗi thiết bị phục vụ báo hiệu và điều khiển. Số MSISDN: Mobile Station ISDN number: số danh bạ, được nhận dạng bởi thuê bao, phục vụ cho quá trình thiết lập cuộc gọi. TMSI( Temporary Mobile Subscriber Identity): số nhận dạng thuê bao tạm thời, được MS sử dụng để liên lạc trên đường vô tuyến, số này chỉ tồn tại tối đa 3h khi MS đang đàm thoại, nếu quá 3h thì mạng tự động thay đổi số này mà người sử dụng không biết. 1.4.2. BSS (Base Station Subsystem). Hệ thống con trạm gốc BSS(Base Station Subsystem) bao gồm nhiều BTS, BSC và TRAU. BSS kết nối với NSS qua luồng PCM cơ sở 2Mbps. Nguyễn Viết Hạnh. MSSV: 20071049 Page 7 Up to 10 digits Country code (CC) Tiểu luận môn học GV: Ngô Quỳnh Thu 1.4.2.1. BTS. Một BTS ( Base Transceiver Station) bao gồm các thiết bị phát thu, anten và xử lí tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến. Mỗi BTS thường được đặt ở trung tâm của cell và có thể có từ 1 đến 16 máy thu phát phụ thuộc vào số lượng người sử dụng trong cell. Nó có các chức năng chính như sau:  Mã hóa, ghép kênh, điều chế và đưa tín hiệu ra anten để phát.  Thu phát vô tuyến (Radio Carrier Tx and Rx).  Ánh xạ kênh logic vào kênh vật lý.  Chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU (Transcoder Adapter Rate Unit).  Đồng bộ thời gian và tần số.  Giải mã hóa và cân bằng các tín hiệu nhận được.  Phát hiện sự truy nhập ngẫu nhiên. 1.4.2.2. BSC (Base Station Controller). Nguyễn Viết Hạnh. MSSV: 20071049 Page 8 Tiểu luận môn học GV: Ngô Quỳnh Thu BSC ( Base Station Controller) có nhiệm vụ kết nối các mobile với MSC. Giao diện giữa BSC và BTS được gọi là giao diện Abis, giao diện giữa BSC và MSC được gọi là giao diện A. BSC có nhiệm vụ quản lí tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa các BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu là các lệnh cấp phát và giải phóng kênh vô tuyến và quản lí chuyển giao (handover). BSC có nhiệm vụ chuyển tốc độ thoại từ 13Kbps trên kênh vô tuyến thành kênh 64Kbps sử dụng trong mạng PSTN và ISDN. BSC có nhiệm vụ điều khiển công suất của BTS và MS. 1.4.2.3. TRAU. Nguyễn Viết Hạnh. MSSV: 20071049 Page 9 Tiểu luận môn học GV: Ngô Quỳnh Thu TRAU (Transcoder Adaptation Rate Unit): Bộ chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ. TRAU là 1 phần của BTS, trong nhiều trường hợp có thể được đặt ở bên ngoài giữa BTS và MSC. Nếu nó được đặt bên trong BTS,TRAU có nhiệm vụ chuyển đổi tốc độ thoại 13Kbps hoặc dữ liệu tốc độ thấp thành tốc độ 64Kbps.Trước tiên, thoại 13Kbps được thêm vào các dữ liệu đồng bộ và có tốc độ 16Kbps. Sau đó 4 luồng 16Kbps sẽ được ghép kênh thành kênh 64Kbps. Nếu nó được đặt ở bên ngoài,thì giao tiếp Abis giữa BTS và BSC chỉ hoạt động được ở tốc độ 16Kbps. TRAU chỉ có nhiêm vụ ghép 4 kênh 16Kbps thành 1 kênh 64Kbps truyền tới MSC. 1.4.3. Phân hệ NSS. 1.4.3.1. MSC (Mobile Switching Center). Nguyễn Viết Hạnh. MSSV: 20071049 Page 10 1 TS (64kpbs)  4 kênh (16kpbs) [...]... lớn, khoảng cách sử dụng lại tần số càng lớn và ngược lại Ta có công thức tính khoảng cách sử dụng lại tần số: Trong đó R = bán kính cell, M = tổng số cell trong 1 cluster Như vậy: D phụ thuộc vào R và mẫu sử dụng lại tần số: Mẫu 3/9: D = 5,2 R Mẫu 4/12: D = 6R Mẫu 7/21: D = 7,9 R 2.3.4 Mẫu tái sử dụng tần số 3/9 Mẫu tái sử dụng này có nghĩa các tần số sử dụng được chia thành 9 nhóm tần số ấn định trong... lỗi bít BER sẽ cao không chấp nhận được và mã hóa kênh cũng không thể sửa lỗi một cách chính xác được Tỷ số C/I được phụ thuộc rất lớn vào việc quy hoạch tần số và mẫu tái sử dụng tần số 2.3.2 Nhiễu kênh lân cận Nhiễu kênh lân cạn là nhiễu gây nên do các cell sử dụng các kênh tần số kề nhau Tỷ số C/A : tỷ số sóng mang / nhiễu kênh lân cận => thể hiện mối quan hệ giữa cường độ tín hiệu mong muốn so với... lưu lượng của mỗi cell còn lại là 4*8-2= 30 TCH Trong 12 cell của cluster mất 2*12 =24 kênh, còn lại 41*8-24 = 304 kênh logic dành cho traffic Mẫu 4/12 có dung lượng thấp hơn so với mẫu 3/9 nhưng đảm bảo việc ấn định tần số sao cho các sóng mang liền nhau không sử dụng ở các cell cạnh nhau về mặt địa lý 2.3.6 Mẫu tái sử dụng tần số 7/21 Mẫu 7/21 có nghĩa là các tần số sử dụng được chia thành 21 nhóm... RFC(n) với i = 0 ÷ 7 MS liên lạc với BTS thông qua 1 khe thời gian ( 1 kênh vật lý) 2.3 Sử dụng lại tần số trong GSM Sử dụng lại tần số là việc cấp phát cùng một nhóm tần số vô tuyến tại các vị trí địa lý khác nhau trong mạng mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng kết nối tại giao diện vô tuyến do nhiễu đồng kênh và nhiễu kênh lân cận gây nên Nguyễn Viết Hạnh MSSV: 20071049 Page 19 Tiểu luận môn học... còn lại 41*8 -18 = 310 kênh logic dành cho traffic 2.3.5 Mẫu tái sử dụng tần số 4/12 Mẫu 4/12 có nghĩa là các tần số sử dụng được chia thành 12 nhóm tần số ấn định trong 4 vị trí trạm gốc, D = 6R Nguyễn Viết Hạnh MSSV: 20071049 Page 22 Tiểu luận môn học GV: Ngô Quỳnh Thu Mỗi cell có thể phân bố cực đại là 4 sóng mang, nhưng phải dành ra một khe thời gian cho BCH, một khe thời gian cho SDCCH/8 Vậy số. .. cao 2.3.3 Khoảng cách sử dụng lại tần số Nguyễn Viết Hạnh MSSV: 20071049 Page 20 Tiểu luận môn học GV: Ngô Quỳnh Thu Cell là vùng không gian phủ bởi 1 búp sóng của một anten Site là vùng không gian phủ bởi nhiều búp sóng của nhiều anten trong cùng trạm thu phát sóng BTS Cluster là một nhóm các cell Với một kích thước cell nhất định thì khoảng cách sử dụng lại tần số phụ thuộc vào số cell M trong 1 cluster... điều hành, bảo dưỡng hệ thống Các máy tính này được kết nối với nhau qua một mạng LAN Ngoài ra trong mạng GSM còn có hệ thống billing (thực hiện chức năng tính cước cho các cuộc gọi, bao gồm hệ thống trả trước và hệ thống trả sau) và SMSC (Short Message Service Center: thực hiện chức năng cung cấp dịch vụ SMS cho các MS, lưu trữ tạm thời các bản tin SMS, có 2 loại bản tin là 80 ký tự và 160 ký tự) 1.5... Tiếng nói sau khi qua bộ mã hóa PCM 13bit được đưa vào bộ mã hóa dự báo RPE-LTP (Regular Pulse Excitation with Long-Term Predictor) Các hệ số của bộ mã hóa thay đổi theo chu kì nhờ vào việc phân tích khung thoại đã phát đi trước đó Các hệ số này cùng với tín hiệu thay đổi giữa tín hiệu vào và ra khỏi bộ lọc LTP được truyền đi và chúng được dùng để tái tạo lại tín hiệu thoại ở máy thu Nguyễn Viết Hạnh MSSV:... Vậy số khe thời gian dành cho kênh lưu lượng của mỗi cell còn 2*8-2 = 14 TCH Trong 21 cell Nguyễn Viết Hạnh MSSV: 20071049 Page 24 Tiểu luận môn học GV: Ngô Quỳnh Thu của cluster phải mất 2*21 = 42 kênh, còn lại 41*8 -42 =286 kênh logic dành cho traffic Nhận xét rằng: khi số nhóm tần số M giảm (21, 12, 9) thì khoảng cách giữa các trạm đồng kênh D sẽ giảm Như vậy, việc lựa chọn mẫu sử dụng lại tần số. .. MSSV: 20071049 GV: Ngô Quỳnh Thu Page 17 Tiểu luận môn học GV: Ngô Quỳnh Thu 2 Sử dụng lại tần số trong GSM 2.1 Phân chia băng tần trong GSM RFCUL(i) = fUL min + 0.2*i (MHz) RFCDL(i) = RFCUL(i) + Δf (MHz) hoặc RFCDL(i) = fDL min + 0.2*i Ttrong đó : i = 1 ÷ n ; Δ : khoảng cách ghép song công = 45 MHz Lưu ý : Phụ thuộc vào băng tần được cấp phát Δf(GSM900) = 45 MHz; Δf(DCS1800) = 1805 - 1710 = 95 MHz; Δf(PCS1800) . và vấn đề sử dụng lại tần số 1. Hệ thống GSM. 1.1. Lịch sử hình thành và phát triển. Ở châu Âu, mạng di động tổ ong bắt đầu xuất hiện ở Thụy Điển, Nauy, Phần Lan, Đan Mạch vào năm 1981. Các hệ. cao không chấp nhận được và mã hóa kênh cũng không thể sửa lỗi một cách chính xác được. Tỷ số C/I được phụ thuộc rất lớn vào việc quy hoạch tần số và mẫu tái sử dụng tần số. 2.3.2. Nhiễu kênh lân. Bắc Âu. Một số vấn đề khó khăn ở đây là:  Do sự không tương thích giữa các hệ thống nên các thiết bị di động chỉ hoạt động ở trong 1 quốc gia nhất định.  Đối với mỗi hệ thống sử dụng thiết