TỐI ƯU HÓA MẠNG DI ĐỘNG GSM

Tài liệu tham khảo TỐI ƯU HÓA MẠNG DI ĐỘNG GSM

Trang 1

LờI NóI ĐầU

Thông tin di động nói chung hay điện thoại di động nói riêng là một trong nhữngthành tựu nổi bật về công nghệ và thơng mại trong những thập niên gần đây Kể từ khi có sự

ra đời của điện thoại di động, vị trí của nó trong thị trờng đã phát triển một cách chóng mặt

từ một thiết bị mang tính chuyên biệt, rồi trở thành một vật dụng thiết yếu đối với cuộc sống

và kinh doanh Qua hai thập niên gần đây, kết hợp với sự giảm đáng kể chi phí cho hoạt

động, sự phát triển của những ứng dụng và dịch vụ mới lạ, thị trờng công nghệ di động ngàycàng lớn mạnh Mặt khác, trong cuộc sống hàng ngày thông tin liên lạc đóng một vai trò rấtquan trọng và không thể thiếu đợc Nó quyết định nhiều mặt hoạt động của xã hội, giúp conngời nắm bắt nhanh chóng các thông tin có giá trị văn hoá, kinh tế, khoa học kỹ thuật rất đadạng và phong phú

Những nhà cung cấp dịch vụ di động trong nớc hiện đang sử dụng hai công nghệ làGSM (Global System for Mobile Communication - Hệ thống thông tin di động toàn cầu) sửdụng phơng pháp truy nhập TDMA (Time Division Multiple Access - đa truy cập phân chiatheo thời gian) và công nghệ CDMA (Code Division Multiple Access - đa truy cập phânchia theo mã) Các nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng hệ thống thông tin di động toàncầu GSM là Mobiphone, Vinaphone, Viettel và các nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụngcông nghệ CDMA là S-Fone, EVN,

Trên cơ sở những kiến thức tích luỹ trong những năm học tập chuyên ngành Điện tử

- Viễn thông tại trờng Viện ĐH Mở Hà Nội cùng với sự hớng dẫn của Thầy giáo Nguyễn

Tiến Khải, em đã tìm hiểu, nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài: Tối u hóa mạng di động GSM

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới Thầy giáo PGS–TS Nguyễn Tiến Khải

đã trực tiếp hớng dẫn cũng nh các thầy cô giáo thuộc khoa Công nghệ Điện tử - Thông tin,Viện Đại học Mở Hà Nội đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

ARFCH Absolute Radio Frequency Channel Kênh tần số tuyệt đối

AVDR Average Drop Call Rate Tỉ lệ rớt cuộc gọi trung bình

Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 1

Trang 2

BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc

BSIC Base Station Identity Code Mã nhận dạng trạm gốc

C/A Carrier to Adjacent Tỉ số sóng mang/nhiễu kênh lân cận

CCS7 Common Channel Signalling No7 Báo hiệu kênh chung số 7

CCITT International Telegraph and Telephone

Consultative Committee

Uỷ ban t vấn quốc tế về điện thoại và

điện báoCDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng

EIR Equipment Identity Register Thanh ghi nhận dạng thiết bị

ETSI European Telecommunications

Standard Institute

Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu

FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần sốFACCH Fast Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết nhanh

FCCH Frequency Correction Channel Kênh hiệu chỉnh tần số

GSM Global System for Mobile

Communication

Thông tin di động toàn cầu

HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thờng trú

IHOSR Incoming HO Successful Rate Tỉ lệ thành công Handover đến

IMSI International Mobile Subscriber

Identity

Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế

ISDN Integrated Service Digital Network Mạng số đa dịch vụ tích hợp

LAPD Link Access Procedures on D Channel Các thủ tục truy cập đờng truyền trên

kênh DLAPDm Link Access Procedures on Dm

Trang 3

MCC Mobile Country Code Mã quốc gia của mạng di động

MSC Mobile Service Switching Center Tổng đài di động

MSIN Mobile station Identification Number Số nhận dạng trạm di động

MSISDN Mobile station ISDN Number Số ISDN của trạm di động

NMC Network Management Center Trung tâm quản lý mạng

NMT Nordic Mobile Telephone Điện thoại di động Bắc Âu

OHOSR Outgoing HO Successful Rate Tỉ lệ thành công Handover ra

OSI Open System Interconnection Liên kết hệ thống mở

OSS Operation and Support Subsystem Phân hệ khai thác và hỗ trợ

OMS Operation & Maintenace Subsystem Phân hệ khai thác và bảo dỡng

PAGCH Paging and Access Grant Channel Kênh chấp nhận truy cập và nhắn tin

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộngPSPDN Packet Switch Public Data Network Mạng số liệu công cộng chuyển mạch góiPSTN Public Switched Telephone Network Mạng chuyển mạch điện thoại công cộngRACH Random Access Channel Kênh truy cập ngẫu nhiên

SACCH Slow Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết chậm

SDCCH Standalone Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng đứng riêngSIM Subscriber Identity Modul Mô đun nhận dạng thuê bao

TACH Traffic and Associated Channel Kênh lu lợng và liên kết

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

TRAU Transcoder/Rate Adapter Unit Bộ thích ứng tốc độ và chuyển mã

PHầN Mở ĐầU

Việt Nam là một trong những quốc gia phát triển mạnh trong lĩnh vực Thông tin di

động Hiện nay tại Việt Nam có trên 7 mạng di động đang cùng hoạt động, vì vậy việc canhtranh lẫn nhau giữa các nhà mạng là điều tất yếu Để cạnh tranh thì các nhà mạng cần phảităng dung lợng nhng phải đảm bảo chất lợng phục vụ đồng thời phải tiết kiệm về mặt kinh

tế Với tình hình hiện tại thì thực hiện tối u hoá là một công việc cần thiết và mang nhiều ý

Trang 4

nghĩa thực tế hơn Do vậy em đã thực hiện nghiên cứu và hoàn thành đề tài của mình vớinhững nội dung chính nh sau:

 Phần I: KHáI QUáT CHUNG Về MạNG GSM

 Phần II: Công tác TốI ƯU HóA TRONG MạNG GSM

Phần I: Trình bày những khái niệm cơ bản nhất về hệ thống thông tin di động GSM.Phần II: Trình bày các cách tính toán mạng GSM cùng với công tác tối u hóa hệthống

Nội dung chính đợc trình bày trong các chơng nh sau:

 Chơng I: Giới thiệu vài nét về lịch sử mạng GSM và cấu trúc địa lý củamạng

 Chơng II: Trình bày về các thành phần chức năng trong hệ thống

 Chơng III: Trình bày các tính toán mạng GSM về dung lợng và các yếu tố

ảnh hởng tới chất lợng phủ sóng

 Chơng IV: Trình bày những quy hoạch thiết kế hệ thống

 Chơng V: Các chỉ tiêu chất lợng hệ thống, giá trị khuyến nghị trong mạngGSM

Phần I khái quát chung về mạng GSM

Chơng I cấu trúc địa lý của mạng GSM

Hệ thống thông tin di động toàn cầu (tiếng Pháp: Groupe Spécial Mobile tiếngAnh: Global System for Mobile Communications; viết tắt GSM) là một công nghệ dùng

cho mạng thông tin di động Dịch vụ GSM đợc sử dụng bởi hơn 2 tỷ ngời trên 212 quốc gia

và vùng lãnh thổ Các mạng thông tin di động GSM cho phép có thể roaming với nhau do

đó những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau ở có thể sử dụng đợcnhiều nơi trên thế giới

GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động (ĐTDĐ) trên thế giới Khả năngphủ sóng rộng khắp nơi của chuẩn GSM làm cho nó trở nên phổ biến trên thế giới, cho phépngời sử dụng có thể sử dụng ĐTDĐ của họ ở nhiều vùng trên thế giới GSM khác với cácchuẩn tiền thân của nó về cả tín hiệu và tốc độ, chất lợng cuộc gọi Nó đợc xem nh là một

Trang 5

hệ thống ĐTDĐ thế hệ thứ hai (second generation, 2G) GSM là một chuẩn mở, hiện tại nó

đợc phát triển bởi 3rd Generation Partnership Project (3GPP)

Đứng về phía quan điểm khách hàng, lợi thế chính của GSM là chất lợng cuộc gọitốt hơn, giá thành thấp và dịch vụ tin nhắn Thuận lợi đối với nhà điều hành mạng là khảnăng triển khai thiết bị từ nhiều ngời cung ứng GSM cho phép nhà điều hành mạng có thểkết hợp chuyển vùng với nhau do vậy mà ngời sử dụng có thể sử dụng điện thoại của họ ởkhắp nơi trên thế giới

1.1 Vài nét về lịch sử mạng GSM:

Vào đầu những năm 1980, hệ thống thông tin di động tế bào trên thế giới đang pháttriển mạnh mẽ đặc biệt là ở Châu Âu mà không đợc chuẩn hóa về các chỉ tiêu kỹ thuật dẫntới những khó khăn trong quá trình khai thác hệ thống Chính vì lý do đó đã thúc giục Liên

minh Châu Âu về Bu chính viễn thông CEPT (Conference of European Posts and

Telecommunications) thành lập nhóm đặc trách về di động GSM (Groupe Spécial Mobile)

với nhiệm vụ phát triển một chuẩn thống nhất cho hệ thống thông tin di động để có thể sửdụng trên toàn Châu Âu

Ngày 27 tháng 3 năm 1991, cuộc gọi đầu tiên sử dụng công nghệ GSM đợc thựchiện bởi mạng Radiolinja ở Phần Lan (mạng di động GSM đầu tiên trên thế giới)

Năm 1989, Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ETSI (European

Telecommunications Standards Institute) quy định chuẩn GSM là một tiêu chuẩn chung cho

mạng thông tin di động toàn Châu Âu, và năm 1990 chỉ tiêu kỹ thuật GSM phase I (giai

đoạn I) đợc công bố

Năm 1992, Telstra Australia là mạng đầu tiên ngoài Châu Âu ký vào biên bản ghi

nhớ GSM MoU (Memorandum of Understanding) Cũng trong năm này, thỏa thuận chuyển

vùng quốc tế đầu tiên đợc ký kết giữa hai mạng Finland Telecom của Phần Lan vàVodafone của Anh Tin nhắn SMS đầu tiên cũng đợc gửi đi trong năm 1992

Những năm sau đó, hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM phát triển một cáchmạnh mẽ, cùng với sự gia tăng nhanh chóng của các nhà điều hành, các mạng di động mới,thì số lợng các thuê bao cũng gia tăng một cách chóng mặt

Năm 1996, số thành viên GSM MoU đã lên tới 200 nhà điều hành từ gần 100 quốcgia 167 mạng hoạt động trên 94 quốc gia với số thuê bao đạt 50 triệu

Năm 2000, GPRS đợc ứng dụng Năm 2001, mạng 3GSM (UMTS) đợc đi vào hoạt

động, số thuê bao GSM đã vợt quá 500 triệu Năm 2003, mạng EDGE đi vào hoạt động

Cho đến năm 2006 số thuê bao di động GSM đã lên tới con số 2 tỉ với trên 700 nhà

điều hành, chiếm gần 80% thị phần thông tin di động trên thế giới Theo dự đoán của GSMAssociation, năm 2007 số thuê bao GSM sẽ đạt 2,5 tỉ và vợt ngỡng này vào năm 2008 Điềunày đồng nghĩa với việc là số thuê bao trong mạng tăng không ngừng, do đó các nhà cungcấp dịch vụ luôn phải tìm ra giải pháp để đáp ứng đợc khả năng khai thác dịch vụ một cáchtốt nhất và tối u nhất

1.2 Cấu trúc tổng thể:

Trang 6

Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định để định tuyến các cuộc gọi đếntổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi Trong một mạng di động, cấutrúc này rất quan trọng do tính lu thông (không cố định) của các thuê bao trongmạng Trong hệ thống GSM, mạng đợc phân chia thành các phân vùng sau (hình 1-1):

Hình 1-1 Phân cấp cấu trúc địa lý mạng GSM

Hình 1-2 Phân vùng và chia ô

1.2.1 Vùng phục vụ GSM (Global System for Mobile Communications):

Vùng phục vụ GSM là toàn bộ vùng phục vụ do sự kết hợp của các quốc gia thànhviên, những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau đều có thể sử dụng

đợc nhiều nơi trên thế giới

1.2.2 Vùng phục vụ PLMN (Public Land Mobile Network):

Trang 7

Vùng phục vụ PLMN, đó có thể là một hay nhiều vùng trong một quốc gia tùy theokích thớc của vùng phục vụ.

Kết nối các đờng truyền giữa mạng di động GSM/PLMN và các mạng khác (cố địnhhay di động) đều ở mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế Tất cả các cuộc gọi vào hay

ra mạng GSM/PLMN đều đợc định tuyến thông qua tổng đài vô tuyến cổng G-MSC(Gateway - Mobile Service Switching Center) G-MSC làm việc nh một tổng đài trung kếvào cho GSM/PLMN Một vùng mạng GSM/PLMN đợc chia thành một hay nhiều vùngphục vụ MSC/VLR

1.2.3 Vùng phục vụ MSC (Mobile Service Switching Center):

MSC (Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động, gọi tắt là tổng đài di động).Vùng MSC là một bộ phận của mạng đợc một MSC quản lý Để định tuyến một cuộc gọi

đến một thuê bao di động Mọi thông tin để định tuyến cuộc gọi tới thuê bao di động hiện

đang trong vùng phục vụ của MSC đợc lu giữ trong bộ ghi định vị tạm trú VLR Mỗi vùngphục vụ MSC/VLR đợc chia thành một số vùng định vị LA

1.2.4 Vùng định vị LA (Location Area):

Vùng định vị là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR, mà ở đó một trạm di động

có thể lu động mà không cần cập nhật thông tin về vị trí cho tổng đài MSC/VLR điều khiểnvùng định vị này Vùng định vị này là một vùng mà ở đó thông báo tìm gọi sẽ đ ợc phátquảng bá để tìm một thuê bao di động bị gọi Vùng định vị LA đợc hệ thống sử dụng để tìmmột thuê bao đang ở trạng thái hoạt động Vùng định vị có thể có một số cell và phụ thuộcvào một hay vài BSC nhng nó chỉ phụ thuộc vào một MSC/VLR

1.2.5 Tế bào (Ô - Cell):

Vùng định vị đợc chia thành một số ô mà khi MS di chuyển trong đó thì không cầncập nhật thông tin về vị trí với mạng Cell là đơn vị cơ sở của mạng, là một vùng phủ sóngvô tuyến đợc nhận dạng bằng nhận đạng ô toàn cầu (CGI) Mỗi ô đợc quản lý bởi một trạmvô tuyến gốc BTS

Chơng II

Hệ thống thông tin di động GSM 2.1 Mô hình hệ thống thông tin di động GSM:

Trang 8

HLR

MSC

EIR VLR

SS

BBC BTS

OMC ISDN

Truyền l u l ợng - báo hiệu

Hình 2- Mô hình hệ thống thông tin di động GSM

Các ký hiệu:

SS : Phân hệ chuyển mạch BSC : Bộ điều khiển trạm gốc

AUC : Trung tâm nhận thực BTS : Trạm vô tuyến gốc

HLR : Thanh ghi định vị thờng trú PLMN : Mạng di động mặt đất công cộng

MSC : Tổng đài di động PSTN : Mạng chuyển mạch điện thoại công cộngEIR : Thanh ghi nhận dạng thiết Bỵ ISDN : Mạng số liên kết đa dịch vụ

VLR : Thanh ghi định vị tạm trú PSPDN : Mạng chuyển mạch gói công cộng

MS : Trạm di động CSPDN : Mạng số liệu chuyển mạch kênh công

cộngOM

C : Trung tâm khai thác và bảo dỡng

OSS : Phân hệ khai thác và hỗ trợ

BSS : Phân hệ trạm gốc

2.2 Các thành phần của mạng:

Một hệ thống GSM có thể đợc chia thành 4 phân hệ chính sau:

 Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem)

 Phân hệ chuyển mạch SS (Switching Subsystem)

 Phân hệ khai thác và hỗ trợ (Operation and Support Subsystem)

 Trạm di động MS (Mobile Station)

2.2.1 Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem):

BSS thực hiện nhiệm vụ giám sát các đờng ghép nối vô tuyến, liên kết kênh vô tuyếnvới máy phát và quản lý cấu hình của các kênh này Đó là:

- Điều khiển sự thay đổi tần số vô tuyến của đờng ghép nối (FrequencyHopping) và sự thay đổi công suất phát vô tuyến

Trang 9

- Thực hiện mã hoá kênh và tín hiệu thoại số, phối hợp tốc độ truyền thôngtin.

- Quản lý quá trình Handover

- Thực hiện bảo mật kênh vô tuyến

Tóm lại, BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài, tức là kết nối thuê bao

di động MS với những ngời sử dụng viễn thông khác Do vậy, BSS phải đợc ghép nối với SSbằng các thiết bị BSC Ngoài ra BSS cũng cần phải đợc điều khiển nên nó đợc đấu nối vớiOSS Phân hệ BSS gồm hai khối chức năng: bộ điều khiển trạm gốc (BSC: Base StationController) và các trạm thu phát gốc (BTS: Base Transceiver Stations) Nếu khoảng cáchgiữa BSC và BTS nhỏ hơn 10m thì các kênh thông tin có thể đợc kết nối trực tiếp (chế độCombine), ngợc lại thì phải qua một giao diện A-bis (chế độ Remote) Một BSC có thể quản

lý nhiều BTS theo cấu hình hỗn hợp của 2 loại trên

2.2.1.1 Trạm thu phát gốc BTS (Base Tranceiver Station):

Một BTS bao gồm các thiết bị phát/thu, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diệnvô tuyến Có thể coi BTS là các Modem vô tuyến phức tạp có thêm một số các chức năngkhác Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (Transcoder and Rate Adapter Unit: khốichuyển đổi mã và thích ứng tốc độ) TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải mãtiếng đặc thù riêng cho GSM đợc tiến hành, ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong tr-ờng hợp truyền số liệu TRAU là một bộ phận của BTS, nhng cũng có thể đặt cách xa BTS

và thậm chí trong nhiều trờng hợp đợc đặt giữa BSC và MSC

BTS có các chức năng sau:

- Quản lý lớp vật lý truyền dẫn vô tuyến

- Quản lý giao thức cho liên kết số liệu giữa MS và BSC

- Vận hành và bảo dỡng trạm BTS.

- Cung cấp các thiết bị truyền dẫn và ghép kênh nối trên giao tiếp A-bis

2.2.1.2 Khối TRAU (Transcode/Rate Adapter Unit):

Để đảm bề rộng của dải tần, tiếng qua giao diện vô tuyến của GSM đ ợc mã hoá với tốc

độ 13 kb/s nhờ sử dụng bộ mã hoá dự đoán tuyến tính LPC (Linear Predictive Code)

Trong mạng GSM, MSC kết nối với tổng đài ISDN hoạt động trên các mạch tốc độ 64kb/s Bởi vậy phải có sự chuyển đổi giữa tốc độ 13 kb/s và 64 kb/s(PCM) trong mạng GSMgiữa MS và MSC Việc chuyển đổi này nhờ bộ chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU.Chức năng thích ứng tốc độ đáp ứng tốc độ truyền dữ liệu là 9,6 kb/s và thấp hơn Sau đó nó

đợc chuyển thành tốc độ 64 kb/s để truyền qua MSC Về nguyên tắc thì TRAU là một bộphận của BSS nhng thờng thì nó đặt ở xa BSC và đợc đặt cùng với MSC

2.2.1.3 Đài điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller):

BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến qua các lệnh điều khiển từ xaBTS và MS Các lệnh này chủ yếu là các lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lýchuyển giao (Handover) Một phía BSC đợc nối với BTS còn phía kia nối với MSC của SS.Trong thực tế, BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể Một BSC có thểquản lý vài chục BTS tuỳ theo lu lợng các BTS này Giao diện giữa BSC và MSC là giaodiện A, còn giao diện giữa nó với BTS là giao diện A-bis

Trang 10

Nhân viên khai thác có thể từ trung tâm khai thác và bảo dỡng OMC nạp phần mềmmới và dữ liệu xuống BSC, thực hiện một số chức năng khai thác và bảo dỡng, hiển thị cấuhình của BSC.

BSC có thể thu thập số liệu đo từ BTS và BIE (Base Station Interface Equipment:Thiết bị giao diện trạm gốc), lu trữ chúng trong bộ nhớ và cung cấp chúng cho OMC theoyêu cầu

Các chức năng chính của BSC:

 Quản lý mạng vô tuyến: Việc quản lý vô tuyến chính là quản lý các cell và các kênhlogic của chúng Các số liệu quản lý đều đợc đa về BSC để đo đạc và xử lý, chẳnghạn nh lu lợng thông tin ở một cell, môi trờng vô tuyến, số lợng cuộc gọi bị mất, cáclần chuyển giao thành công và thất bại

 Quản lý trạm vô tuyến gốc BTS: Trớc khi đa vào khai thác, BSC lập cấu hình củaBTS ( số máy thu/phát TRX, tần số cho mỗi trạm ) Nhờ đó mà BSC có sẵn mộttập các kênh vô tuyến dành cho điều khiển và nối thông cuộc gọi

 Điều khiển nối thông các cuộc gọi: BSC chịu trách nhiệm thiết lập và giải phóng các

đấu nối tới máy di động MS Trong quá trình gọi, sự đấu nối đợc BSC giám sát ờng độ tín hiệu, chất lợng cuộc đấu nối đợc ở máy di động và TRX gửi đến BSC.Dựa vào đó mà BSC sẽ quyết định công suất phát tốt nhất của MS và TRX để giảmnhiễu và tăng chất lợng cuộc đấu nối BSC cũng điều khiển quá trình chuyển giaonhờ các kết quả đo kể trên để quyết định chuyển giao MS sang cell khác, nhằm đạt

C-đợc chất lợng cuộc gọi tốt hơn Trong trờng hợp chuyển giao sang cell của một BSCkhác thì nó phải nhờ sự trợ giúp của MSC Bên cạnh đó, BSC cũng có thể điều khiểnchuyển giao giữa các kênh trong một cell hoặc từ cell này sang kênh của cell kháctrong trờng hợp cell này bị nghẽn nhiều

 Quản lý mạng truyền dẫn: BSC có chức năng quản lý cấu hình các đờng truyền dẫntới MSC và BTS để đảm bảo chất lợng thông tin Trong trờng hợp có sự cố mộttuyến nào đó, nó sẽ tự động điều khiển tới một tuyến dự phòng

2.2.2 Phân hệ chuyển mạch SS (Switching Subsystem):

Hệ thống con chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSMcũng nh các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao.Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những ngời sử dụng mạng GSM với nhau

và với mạng khác

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

- Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (MSC: Mobile Services

Switching Center)

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

- Thanh ghi định vị thờng trú (HLR: Home Location Register)

- Trung tâm nhận thực (AuC: Authentication Center)

- Thanh ghi nhận dạng thiết bị (EIR: Equipment Identity Register)

- Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng (GMSC: Gateway MobileServices Switching Center)

Trang 11

2.2.2.1 Trung tâm chuyển mạch di động MSC (Mobile Service Switching Center):

Tổng đài di động MSC thờng là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các

bộ điều khiển trạm gốc BSC MSC thực hiện các chức năng chuyển mạch chính, nhiệm vụchính của MSC là tạo kết nối và xử lý cuộc gọi đến những thuê bao của GSM, một mặt MSCgiao tiếp với phân hệ BSS và mặt khác giao tiếp với mạng ngoài qua tổng đài cổng GMSC(Gateway MSC)

Chức năng chính của tổng đài MSC:

 Xử lý cuộc gọi (Call Processing)

 Điều khiển chuyển giao (Handover Control)

 Quản lý di động (Mobility Management)

 Tơng tác mạng IWF(Interworking Function): qua GMSC

Hình 2- Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC

(1): Khi chủ gọi quay số thuê bao di động bị gọi, số mạng dịch vụ số liên kết củathuê bao di động, sẽ có hai trờng hợp xảy ra :

 (1.a) – Nếu cuộc gọi khởi đầu từ mạng cố định PSTN thì tổng đài sau khi phân tích

số thoại sẽ biết đây là cuộc gọi cho một thuê bao di động Cuộc gọi sẽ đợc địnhtuyến đến tổng đài cổng GMSC gần nhất

 (1.b) – Nếu cuộc gọi khởi đầu từ trạm di động, MSC phụ trách ô mà trạm di độngtrực thuộc sẽ nhận đợc bản tin thiết lập cuộc gọi từ MS thông qua BTS có chứa sốthoại của thuê bao di động bị gọi

(2): MSC (hay GMSC) sẽ phân tích số MSISDN (The Mobile Station ISDN) của thuêbao bị gọi để tìm ra HLR nơi MS đăng ký

(3): MSC (hay GMSC) sẽ hỏi HLR thông tin để có thể định tuyến đến MSC/VLRquản lý MS

(4): HLR sẽ trả lời, khi đó MSC (hay GMSC) này có thể định tuyến lại cuộc gọi đếnMSC cần thiết Khi cuộc gọi đến MSC này, VLR sẽ biết chi tiết hơn về vị trí của MS Nhvậy có thể nối thông một cuộc gọi ở mạng GSM, đó là chức năng xử lý cuộc gọi của MSC

Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫncủa mạng GSM với các mạng này Các thích ứng này gọi là chức năng tơng tác IWF (Inter

Trang 12

Networking Function) IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn.IWF có thể thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trờng hợp haigiao tiếp giữa MSC và IWF đợc để mở.

2.2.2.2 Bộ ghi định vị thờng chú HLR (Home Location Register):

Là cơ sở dữ liệu quan trọng nhất của mạng GSM, lu trữ các số liệu và địa chỉ nhậndạng cũng nh các thông số nhận thực của thuê bao trong mạng Các thông tin lu trữ trongHLR gồm: nhận dạng thuê bao IMSI, MSISDN, VLR hiện thời, trạng thái thuê bao, khoánhận thực và chức năng nhận thực, số lu động trạm di động MSRN

HLR chứa những cơ sở dữ liệu bậc cao của tất cả các thuê bao trong GSM Những dữliệu này đợc truy nhập từ xa bởi các MSC và VLR của mạng

2.2.2.3 Bộ ghi định vị tạm trú VLR (Visitor Location Register):

VLR là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ở vùng phục vụcủa MSC Mỗi MSC có một VLR, thờng thiết kế VLR ngay trong MSC Ngay cả khi MS lu

động vào một vùng MSC mới VLR liên kết với MSC sẽ yêu cầu số liệu về MS từ HLR

Đồng thời HLR sẽ đợc thông báo rằng MS đang ở vùng MSC nào Nếu sau đó MS muốnthực hiện một cuộc gọi, VLR sẽ có tất cả các thông tin cần thiết để thiết lập một cuộc gọi

mà không cần hỏi HLR, có thể coi VLR nh một HLR phân bố VLR chứa thông tin chínhxác hơn về vị trí MS ở vùng MSC Nhng khi thuê bao tắt máy hay rời khỏi vùng phục vụ củaMSC thì các số liệu liên quan tới nó cũng hết giá trị

Hay nói cách khác, VLR là cơ sở dữ liệu trung gian lu trữ tạm thời thông tin về thuêbao trong vùng phục vụ MSC/VLR đợc tham chiếu từ cơ sở dữ liệu HLR

VLR bao gồm:

 Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN, TMSI

 Số hiệu nhận dạng vùng định vị đang phục vụ MS

 Danh sách các dịch vụ mà MS đợc và bị hạn chế sử dụng

 Trạng thái của MS ( bận: busy; rỗi: idle)

2.2.2.4 Thanh ghi nhận dạng thiét bị EIR (Equipment Identity Register):

Là trung tâm kiểm soát phần cứng máy di động Trên mọi Mainboard của các máy

di động đều có một chip ghi số xeri sản xuất của máy đó, gọi là số phần cứng máy di động.Mạng có thể thông qua EIR đọc đợc số máy phần cứng của MS nhằm kiểm soát đến cảphần cứng máy di động, chống việc lấy cắp máy di động (Option, ở Việt Nam hiện cha ápdụng)

2.2.2.5 Trung tâm nhạn thực AuC (Authentication center):

AuC quản lý các thông tin nhận thực và mật mã liên quan đến từng cá nhân thuê baodựa trên một khoá nhận dạng bí mật Ki để đảm bảo toàn số liệu cho các thuê bao đợc phép.Khoá này cũng đợc lu giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ ở MS Bộ nhớ này có dạngSimcard có thể rút ra và cắm lại đợc AuC có thể đợc đặt trong HLR hoặc MSC hoặc độc lậpvới cả hai

Trang 13

Khi đăng ký thuê bao, khoá nhận thực Ki đợc ghi nhớ vào Simcard của thuê baocùng với IMSI của nó Đồng thời khoá nhận thực Ki cũng đợc lu giữ ở trung tâm nhận thựcAuC để tạo ra bộ ba thông số cần thiết cho quá trình nhận thực và mật mã hoá:

- Số ngẫu nhiên RAND

- Mật khẩu SRES đợc tạo ra từ Ki và số ngẫu nhiên RAND bằng thuật toán A3

- Khoá mật mã Kc đợc tạo ra từ Ki và số ngẫu nhiên RAND bằng thuật toán A8

2.2.3 Phân hệ khai thác và bảo dỡng OSS (Operation and Support System):

Hệ thống khai thác và bảo dỡng có thể đợc xây dựng trên nguyên lý TMN(Telecommunication Management Network: Mạng quản lý viễn thông) Lúc này, một mặt

hệ thống khai thác và bảo dỡng đợc nối đến các phần tử của mạng viễn thông ( các MSC,BSC, HLR và các phần tử mạng khác trừ BTS, vì thâm nhập đến BTS đợc thực hiện quaBSC) Mặt khác, hệ thống khai thác và bảo dỡng lại đợc nối đến một máy tính chủ đóng vaitrò giao tiếp ngời máy OSS thực hiện 3 chức năng chính:

và kịp thời xử lý các sự cố Khai thác cũng bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm nhữngvấn đề xuất hiện ở thời điểm hiện tại, để chuẩn bị lu lợng cho tơng lai, để tăng vùng phủ ở

hệ thống viễn thông hiện đại, khai thác đợc thực hiện bằng máy tính và đợc tập trung ở mộttrạm

- Bảo dỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố hỏng hóc

Nó có một số quan hệ với khai thác Bảo dỡng cũng bao gồm cả các hoạt động tại hiện ờng nhằm thay thế thiết bị có sự cố

tr- Quản lý thuê bao:

Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xóathuê bao khỏi mạng Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ vàcác tính năng bổ sung Nhà khai thác phải có thể thâm nhập đợc tất cả các thông số nói trên.Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cớc các cuộc gọi Cớc phí phải đợc tính

và gửi đến thuê bao Quản lý thuê bao ở GSM chỉ liên quan đến HLR và một số thiết bị OSSriêng chẳng hạn mạng nối HLR với các thiết bị giao tiếp ngời máy ở các trung tâm giaodịch với thuê bao Simcard cũng đóng vai trò nh một bộ phận của hệ thống quản lý thuêbao

 Quản lý thiết bị di động:

Quản lý thiết bị di động đợc bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR thực hiện EIR lugiữ tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm di động MS EIR đợc nối đến MSC qua đờng báohiệu để kiểm tra sự đợc phép của thiết bị Một thiết bị không đợc phép sẽ bị cấm

Trang 14

2.2.4 Trạm di động MS (Mobile Station):

Trạm di động là thiết bị duy nhất mà ngời sử dụng có thể thờng xuyên nhìn thấy của

hệ thống MS có thể là: máy cầm tay, máy xách tay hay máy đặt trên ô tô Ngoài việc chứacác chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến MS còn phải cung cấp cácgiao diện với ngời sử dụng (nh micrô, loa, màn hiển thị, bàn phím để quản lý cuộc gọi) hoặcgiao diện với môt số các thiết bị khác (nh giao diện với máy tính cá nhân, Fax…, nhờ vậy nhà) Hiện nay,ngời ta đang cố gắng sản xuất các thiết bị đầu cuối gọn nhẹ để đấu nối với trạm di động Bachức năng chính của MS:

- Thiết bị đầu cuối thực hiện các chức năng không liên quan đến mạng GSM

- Kết cuối trạm di động thực hiện các chức năng liên quan đến truyền dẫn ở giaodiện vô tuyến

- Bộ thích ứng đầu cuối làm việc nh một cửa nối thông thiết bị đầu cuối với kết cuối

di động Cần sử dụng bộ thích ứng đầu cuối khi giao diện ngoài trạm di động tuân theo tiêuchuẩn ISDN để đấu nối đầu cuối, còn thiết bị đầu cuối lại có thể giao diện đầu cuối –modem

Máy di động MS gồm hai phần: Module nhận dạng thuê bao SIM( Subscriber Identity Module) và thiết bị di động ME (Mobile Equipment)

Để đăng ký và quản lý thuê bao, mỗi thuê bao phải có một bộ phận gọi là SIM SIM

là một module riêng đợc tiêu chuẩn hoá trong GSM Tất cả các bộ phận thu/phát, báo hiệutạo thành thiết bị ME ME không chứa các tham số liên quan đến khách hàng, mà tất cả cácthông tin này đợc lu trữ trong SIM SIM thờng đợc chế tạo bằng một vi mạch chuyên dụnggắn trên thẻ gọi là Simcard Simcard có thể rút ra hoặc cắm vào MS SIM đợc cung cấp bởinhà điều hành mạng (Công ty điện thoại di động nh: Vinaphone, VMS, Viettel,…, nhờ vậy nhà)

SIM đảm nhiệm các chức năng sau:

- Lu giữ khoá nhận thực thuê bao Ki cùng với số nhận dạng trạm di động quốc tếIMSI nhằm thực hiện các thủ tục nhận thực và mật mã hoá thông tin

- Khai thác và quản lý số nhận dạng cá nhân PIN (Personal Identity

Number) để bảo vệ quyền sử dụng của ngời sở hữu hợp pháp PIN là một số gồm từ

4 đến 8 chữ số và đợc nạp bởi nhà khai thác khi đăng ký lần đầu

2.3 Giao diện vô tuyến số (Air Interface):

Kênh vô tuyến: Mỗi sóng mang GSM hình thành một kênh vô tuyến Mỗi sóngmang GSM đợc phân chia về thời gian thành 8 khe thời gian(TS: Time slot), đánh số từ TS0

đến TS7 Mỗi TS hình thành một kênh vật lý Các bit thực hiện cùng chức năng hình thànhcác kênh logic Các kênh của giao diện vô tuyến bao gồm các kênh vật lý và các kênh logic

2.3.1 Kênh vật lý:

Kênh vật lý tổ chức theo quan niệm truyền dẫn Đối với TDMA GSM, kênh vật lý làmột khe thời gian ở một tần số sóng mang vô tuyến đợc chỉ định

 GSM 900 nguyên thủy:

Dải tần số: (890  915) MHz cho đờng lên uplink (từ MS đến BTS)

(935  960) MHz cho đờng xuống downlink (từ BTS đến MS)

Trang 15

D¶i th«ng tÇn cña mét kªnh vËt lý lµ 200KHz D¶i tÇn b¶o vÖ ë biªn còng réng200KHz.

Trang 16

b Kênh điều khiển CCH (ký hiệu là Dm): bao gồm:

 Kênh quảng bá BCH (Broadcast Channel).

 Kênh điều khiển chung CCCH (Common Control Channel)

 Kênh điều khiển riêng DCCH (Dedicated Control Channel)

 Nhóm kênh quảng bá BCH: Hay nhóm kênh điều khiển phát thanh (là các kênh

đờng xuống) phát quảng bá thờng xuyên 24/24, bất luận trong tế bào có MS nàohay không Gồm 3 loại

 Kênh sửa tần FCCH (Frequency Correction Channel), gọi tắt là kênh F: Dùng để

MS bám và đồng chỉnh tần số với BS

 Kênh đồng bộ SCCH (Synchronization Control Channel), gọi tắt là kênh S: Dùng

để MS đồng bộ đồng hồ với BS Ngoài ra trên kênh S còn truyền đi BSIC là hiệu gọi trạmgốc MS khi cần truy nhập mạng sẽ dùng BSIC để gọi trạm gốc trên kênh truy nhập Trênkênh S còn thông báo số khung TDMA để MS sử dụng nh một thông số cho quá trình mãmật

Trang 17

 Kênh điều khiển phát thanh BCCH (Broadcast Control Channel), gọi tắt là kênhB: Dùng để thông báo cho MS biết mọi thông số và cấu trúc của mạng, bao gồm: tế bàothuộc mạng GSM nào, các tế bào xung quanh có tần số sóng mang điều khiển phát thanh làcác tần số nào, tế bào có bị cấm hay không, số hiệu vùng định vị LAI của tế bào này là gì…, nhờ vậy nhà

 Nhóm kênh điều khiển chung CCCH: CCCH là kênh thiết lập sự truyền thông giữa BTS và MS Nó bao gồm:

 Kênh truy nhập ngẫu nhiên RACH (Random Access Channel), gọi tắt là kênh R:

Đó là kênh hớng lên, dùng để MS truy nhập mạng bằng cách phát BSIC (nghe đợc trên kênhS) gọi trạm gốc

 Kênh nhắn gọi PCH (Paging Channel), gọi tắt là kênh P: là kênh đờng xuống,dùng để BS phát hiệu gọi MS khi có cuộc gọi đến MS

 Kênh trao quyền truy nhập AGCH (Access Grant Channel), gọi tắt là kênh G: Làkênh hớng xuống, dùng để BS ra lệnh đặt kênh điều khiển hai chiều cho MS trong giai đoạn

đầu MS truy nhập mạng

Do hoạt động trên kênh P và G không bao giờ đồng thời xảy ra nên chúng đợcdùng chung trên một kênh ký hiệu là kênh C

 Nhóm kênh điều khiển dành riêng DCCH: DCCH là kênh dùng cả ở hớng lên

và hớng xuống, dùng để trao đổi bản tin báo hiệu, phục vụ cập nhật vị trí, đăng ký và thiếtlập cuộc gọi, phục vụ bảo dỡng kênh DCCH gồm có:

 Kênh điều khiển dành riêng đứng riêng SDCCH (Standalone Dedicated ControlChannel), gọi tắt là kênh D: Dùng để MS trao đổi nhận thực với BS và gửi số hiệu máy bịgọi, nhận lệnh chuyển sang một kênh TCH Ngoài ra kênh D khi rỗi còn dùng truyền số liệu(thực chất là SMS) Khi hai MS liên lạc nó sẽ chiếm riêng một kênh này, nghẽn xảy ra khihết kênh D mà vẫn có yêu cầu truy nhập mạng

 Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH(Slow Associated Control Channel), gọitắt là kênh SA: Là kênh đi kèm với kênh D và kênh T Cứ mỗi kênh D có một kênh SA đikèm và mỗi kênh T có một kênh SA đi kèm Trên đờng lên, kênh này truyền báo cáo đo l-ờng công suất do MS thực hiện trong các khe thời gian mà MS không liên lạc Trên cơ sở sốliệu báo cáo công suất này, BSC sẽ tính toán và ra lệnh trên đờng xuống cho MS thực hiện:

o Điều chỉnh công suất cho thích hợp

o Gióng thời gian: Do các MS có thể ở các cự ly khác nhau tới trạm gốc nên mặc

dù các MS đã đồng bộ đồng hồ với BS song trễ truyền tín hiệu về đến BS củachúng có thể khác nhau và do trở lên không đồng bộ với đồng hồ của BS Để

đảm bảo đồng bộ, căn cứ vào vị trí gần đúng mà BS tính đợcnhờ số liệu côngsuất đo lờng đợc MS báo cáo liên tục trên kênh SA(đờng lên), BSC sẽ ra lệnhcho từng MS chỉnh lại đồng hồ (gióng thời gian) cho thích hợp

 Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH ( Fast Associated Control Channel ), gọitắt là kênh FA: Là kênh hai chiều, đi kèm với kênh T Kênh này đợc sử dụng để báo hiệu

điều khiển chuyển vùng(HO: Handover) khi MS đang liên lạc và chuyển từ Cell này sangCell khác Để thời gian gián đoạn liên lạc khi chuyển vùng không quá lớn, tốc độ điều

Trang 18

khiển phải lớn và kênh SA không đáp ứng đợc nên kênh FA đợc tổ chức bằng cách “ lấy cắp

” các bit của kênh T để truyền tín hiệu điều khiển

2.4 Các mã nhận dạng sử dụng trong hệ thống GSM:

Trong GSM, mỗi phần tử mạng cũng nh mỗi vùng phục vụ đều đợc địa chỉ hoá bằngmột số gọi là mã (code) Trên phạm vi toàn cầu, hệ thống mã này là đơn trị (duy nhất) chomỗi đối tợng và đợc lu trữ rải rác trong tất cả các phần tử mạng

 Nhận dạng vùng định vị LAI ( Location Area Identity ):

LAI là mã quốc tế cho các khu vực, đợc lu trữ trong VLR và là một thành

phần trong mã nhận dạng tế bào toàn cầu CGI (Cell Global Identity) Khi một thuê bao cómặt tại một vùng phủ sóng nào đó, nó sẽ nhận CGI từ BSS, so sánh LAI nhận đợc trớc đó đểxác định xem nó đang ở đâu Khi hai số liệu này khác nhau, MS sẽ nạp LAI mới cho bộnhớ Cấu trúc của một LAI nh sau:

LAI = MCC + MNC + LAC Trong đó:

- MCC (Mobile Country Code): mã quốc gia của nớc có mạng GSM

- MNC (Mobile Network Code): mã mạng di động (do quốc gia có mạng GSM qui

định)

- LAC (Location Area Code) : mã vùng định vị (16 bit), dùng nhận dạng khu vựctrong mạng GSM

 Các số đa dịch vụ toàn cầu (International ISDN Numbers):

Các phần tử của mạng GSM nh MSC, VLR, HLR/AuC, EIR, BSC đều có một mã số

t-ơng ứng đa dịch vụ toàn cầu Mã các điểm báo hiệu đợc suy ra từ các mã này đợc sử dụngcho mạng báo hiệu CCS7 trong mạng GSM

Riêng HLR/AuC còn có một mã khác, gồm hai thành phần Một phần liên quan đến sốthuê bao đa dịch vụ toàn cầu - MSISDN (International Mobile Subscriber ISDN Number) đ-

ợc sử dụng trong việc thiết lập cuộc gọi từ một mạng khác đến MS trong mạng Phần tửkhác liên quan đến mã nhận dạng thuê bao di động quốc tế - IMSI (International MobileSubscriber Identity) đợc lu giữ trong AuC

 Nhận dạng tế bào toàn cầu CGI(Cell Global Identity):

CGI đợc sử dụng để các MSC và BSC truy nhập các tế bào

CGI = MCC + MNC + LAC + CI Trong đó:

CI (Cell Identity): gồm 16 bit dùng để nhận dạng cell trong phạm vi của LAI CGI

đợc lu giữ trong cơ sở dữ liệu của MSC/VLR

Trạm di động MS tự nhận dạng một ô bằng cách sử dụng mã nhận dạng trạm gốcBSIC (Base Station Identity Code)

 Mã nhận dạng trạm gốc BSIC (Base Station Identity Code):

Cấu trúc của mã nhận dạng trạm gốc nh sau:

BSIC = NCC + BCC

Trong đó:

Trang 19

- NCC (Network Colour Code): mã màu của mạng GSM Đợc sử dụng để phân

biệt với các mạng khác trong nớc (3 bits)

- BCC ( BS Colour Code ): mã màu của BS Dùng để phân biệt các kênh sử dụngcùng một tần số của các trạm BTS khác nhau (3 bits)

 Số thuê bao ISDN của máy di động - MSISDN (Mobile Subscriber ISDN Number):

Mỗi thuê bao di động đều có một số máy MSISDN đợc ghi trong danh bạ điện thoại.Nếu một số dùng cho tất cả các dịch vụ viễn thông liên quan đến thuê bao thì gọi là đánh sốduy nhất, còn nếu thuê bao sử dụng cho mỗi dịch vụ viễn thông một số khác nhau thì gọi là

-MCC (Mobile Country Code): mã nớc có mạng GSM, do CCITT qui định để

nhận dạng quốc gia mà thuê bao đang có mặt

-MNC (Mobile Network Code): mã mạng GSM

-MSIN (Mobile Station Identification Number): số nhận dạng trạm di động, gồm

10 số đợc dùng để nhận dạng trạm di động trong các vùng dịch vụ của mạng GSM, với 3 số

 Nhận dạng thuê bao di động tạm thời TMSI (Temporaly Mobile Subscriber Identity):

Trang 20

TMSI do VLR tự tạo ra trong cơ sở dữ liệu của nó cùng với IMSI sau khi việc kiểmtra quyền truy nhập của thuê bao chứng tỏ hợp lệ TMSI đợc sử dụng cùng với LAI để địachỉ hoá thuê bao trong BSS và truy nhập số liệu của thuê bao trong cơ sở dữ liệu của VLR.

 Số vãng lai của thuê bao di động MSRN (Mobile Station Roaming Number ):

MSRN do VLR tạm thời tạo ra theo yêu cầu của HLR trớc khi thiết lập cuộc gọi đếnmột thuê bao đang lu động đến mạng của nó Khi cuộc gọi kết thúc thì MSRN cũng bị xoá.Cấu trúc của MSRN bao gồm CC, NDC và số do VLR tạm thời tự tạo ra

 Số chuyển giao HON (Handover Number):

Handover là việc di chuyển cuộc nối mà không làm gián đoạn cuộc nối từ tế bào nàysang tế bào khác (trờng hợp phức tạp nhất là chuyển giao ở những tế bào thuộc các tổng đàiMSC khác nhau) Ví dụ khi thuê bao di chuyển từ MSC1 sang MSC2 mà vẫn đang sử dụngdịch vụ MSC2 yêu cầu VLR của nó tạm thời tạo ra HON để gửi cho MSC1 và MSC1 sửdụng HON để chuyển cuộc nối sang cho MSC2 Sau khi hết cuộc thoại hay thuê bao rờikhỏi vùng phủ sóng của MSC1 thì HON sẽ bị xoá

 Nhận dạng thiết bị di động quốc tế - IMEI (International Mobile Equipment Identity):

IMEI đợc hãng chế tạo ghi sẵn trong thiết bị thuê bao và đợc thuê bao cung cấp choMSC khi cần thiết Cấu trúc của IMEI:

IMEI = TAC + FAC + SNR

Trong đó:

-TAC (Type Approval Code): mã chứng nhận loại thiết bị, gồm 6 kí tự, dùng để

phân biệt với các loại không đợc cấp bản quyền TAC đợc quản lý một cách tập trung

-FAC (Final Assembly Code): mã xác định nơi sản xuất, gồm 2 kí tự

-SNR (Serial Number): là số Seri dùng để xác định các máy có cùng TAC vàFAC

Trang 21

Phần II Công tác tối u hoá trong mạng GSM

Chơng III Dung lợng và chất lợng phủ sóng trong mạnggsm 3.1 Lý thuyết dung lợng và cấp độ dịch vụ:

Trong quá trình phát triển mạng tăng cờng dung lợng của mạng là một nhu cầu cấpthiết Vấn đề đặt ra là cần xác định dung lợng cần tăng là bao nhiêu để phù hợp với từnggiai đoạn phát triển của mạng và phù hợp với yêu cầu về mặt kỹ thuật cũng nh kinh tế (bởivì xét cho cùng thì các nhà khai thác dịch vụ viễn thông cũng luôn luôn đặt lợi nhuận lênhàng đầu)

3.1.1 Lu lợng và kênh vô tuyến đờng trục:

Chẳng hạn, trong lĩnh vực giao thông vận tải, đờng trục để cho nhiều xe cộ đi đếnmọi đờng nhánh và đi đến điểm đích cần phải tới Hiệu quả sử dụng của đờng trục lớn hơnnhiều so với đờng cụt (chỉ nối với một xã vùng sâu chẳng hạn) Nếu liên lạc vô tuyến bằngkênh vô tuyến dành riêng PRM (Private Radio Mobile), thì phần lớn thời gian kênh vôtuyến đó không đợc sử dụng Ngời khác không thể đợc phép dùng cùng kênh vô tuyến vìvấn đề can nhiễu cùng kênh Tài nguyên kênh vô tuyến là rất hạn chế, nên phải quản lý nótrên phạm vi quốc gia và quốc tế Từ đó, xu hớng là kênh vô tuyến đờng trục dùng chung

Hệ thống thông tin di động cellular áp dụng kênh vô tuyến đờng trục: Mỗi BTS cómột số kênh vô tuyến dùng chung cho nhiều ngời Tỷ lệ ngời dùng trên số kênh dùng chungcàng cao thì hiệu quả sử dụng đờng trục càng cao Hiệu suất sử dụng phổ tần số lại càngtăng khi cùng một tần số mà đợc dùng lại nhiều lần ở các cell đủ cách xa nhau

Lu lợng: Trong hệ thống viễn thông thì lu lợng đợc hiểu là tin tức đợc truyền dẫn

qua các kênh thông tin

Trang 22

Lu lợng của một thuê bao đợc tính theo công thức:

A = 3600

* t

C

Trong đó:

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

t : thời gian trung bình cho một cuộc gọi (tính bằng giây)

A : lu lợng thông tin trên một thuê bao (tính bằng Erlang)

Theo số liệu thống kê điển hình thì:

C = 1 : trung bình một ngời có một cuộc gọi trong một giờ

t = 120s : thời gian trung bình cho một cuộc gọi là 2 phút

 A =

3600

120

*1

 33 mErlang/ngời sử dụng

Nh vậy, để phục vụ cho 1000 thuê bao ta cần một lu lợng là 33 Erlang

3.1.2 Cấp độ dịch vụ – GoS (Grade of Service):

Nếu một kênh bị chiếm toàn bộ thời gian, thì kênh đó đạt đợc dung lợng cực đại 1Erl Vì ngời sử dụng truy cập kênh vô tuyến theo kiểu ngẫu nhiên, dẫn đến những khoảngthời gian để trống kênh vô tuyến đó, do vậy kênh vô tuyến không đạt đợc dung lợng lý tởng(1 Erl) Khi số ngời dùng tăng lên, số cuộc gọi đi qua kênh càng tăng, kéo theo thông lợngtăng lên Có thể xảy ra tình huống nhiều ngời dùng đồng thời truy cập một kênh vô tuyến,khi đó chỉ có một ngời đợc dùng kênh còn những ngời khác bị tắc nghẽn

Hình 3-1 Lu lợng: Muốn truyền, đợc truyền, nghẽn

Lu lợng muốn truyền = Lu lợng đợc truyền + Lu lợng nghẽn.

(Offered Traffic = Carried Traffic + Blocked Traffic)

Cấp phục vụ (GoS = Grade of Service):

Để một kênh đờng trục có chất lợng phục vụ cao thì xác suất nghẽn xảy ra phảithấp Điều này dẫn tới số ngời dùng phải bị giới hạn, tức là lu lợng muốn truyền phải giữtrong dung lợng kênh Nếu chấp nhận một cấp phục vụ thấp hơn, tức là xác suất nghẽn lớnhơn, thì tơng ứng tăng đợc dung lợng muốn truyền (tăng số ngời dùng) GoS cùng một nghĩavới xác suất nghẽn:

Lu lợng muốn truyền: A (lu lợng đến)

Lu lợng bị nghẽn : A*GoS (lu lợng mất đi)

Lu lợng đợc truyền : A*(1 - GoS) (lu lợng phát ra)

Theo thống kê cho thấy thì các thuê bao cá nhân sẽ không nhận ra đợc sự tắc nghẽn

hệ thống ở mức dới 10% Tuy nhiên để mạng hoạt động với hiệu suất cao thì mạng cellularthờng có GoS = 2 % nghĩa là tối đa 2% lu lợng bị nghẽn, 98% lu lợng đợc truyền

Trang 23

Mô hình ERLANG B:

Đây là mô hình hệ thống thông tin hoạt động theo kiểu tiêu hao Thuê bao không hềgọi lại khi cuộc gọi không thành Đồng thời giả thiết rằng: Xác suất cuộc gọi phân bố theoluật ngẫu nhiên Poisson, số ngời dùng rất lớn so với số kênh dùng chung, không có kênh dựtrữ dùng riêng, cuộc gọi bị nghẽn không đợc gọi lại ngay

Hình 3-2 Xác suất nghẽn GoS

Mô hình Erlang B là mô hình phù hợp hơn cả cho mạng GSM Từ các công thứctoán học, ngời ta lập ra bảng Erlang B cho tiện dùng (phần Phụ lục)

Lu lợng đợc truyền = A*(1- GoS)

Xét ví dụ: Số kênh dùng chung là 6, GoS là 2% Tra bảng Erlang B ta có lu lợngmuốn truyền là A = 2,2759 Erl Vậy lu lợng đợc truyền là:

A*(1 - GoS) = 2,2759*(1 – 0,02) = 2,2305 Erl

3.1.3 Hiệu suất sử dụng trung kế (đờng trục):

Hiệu suầt sử dụng trung kế = Lu lợng đợc truyền / Số kênh đờng trục = A*(1 - GoS) / Số kênh đờng trục.

Ví dụ: Số kênh dùng chung n = 6, GoS = 2 %, A = 2,2759 Erl nên lu lợng đợc truyền

Mối quan hệ giữa số kênh, lu lợng đợc truyền với cùng một cấp phục vụ (chẳng hạn vớiGoS = 2%) và hiệu suất sử dụng trung kế cho trong bảng:

Số kênhTCH

Trang 24

3.2 Các yếu tố ảnh hởng tới chất lợng phủ sóng:

3.2.1 Tổn hao đờng truyền sóng vô tuyến:

Việc truyền sóng (và cả dung lợng, vùng phủ) phụ thuộc vào môi trờng truyền – đợcchia thành 3 vùng chính sau: thành thị, ngoại ô và nông thôn – và đợc chia thành 2 lớp:

micro-cell và macro-cell

Hình 3-3 Môi trờng truyền sóng vô tuyến Macro-cell và Micro-cell

Môi trờng micro-cell chỉ tồn tại ở vùng nội thành do có nhiều toà nhà cao hơn 3-4tầng Micro BS (BS trong môi trờng micro-cell) đặc biệt cần thiết trong những vùng dung l-ợng cao mà tại đó tần số phải đợc tái sử dụng nhiều lần

Hệ thống GSM đợc thiết kế với mục đích là một mạng tổ ong dày đặc và bao trùmmột vùng phủ sóng rộng lớn Các nhà khai thác và thiết kế mạng của mình để cuối cùng đạt

đợc một vùng phủ liên tục bao tất cả các vùng dân c của đất nớc Vùng phủ sóng đợc chiathành các vùng nhỏ hơn là các cell Mỗi cell đợc phủ sóng bởi một trạm phát vô tuyến gốcBTS Kích thớc cực đại của một cell thông thờng có thể đạt tới bán kính R = 35 km Vì vậy,suy hao đờng truyền là không thể tránh khỏi

Với một anten cho trớc và một công suất phát đã biết, suy hao đờng truyền tỉ lệ vớibình phơng (d.f), trong đó d là khoảng cách từ trạm thu đến trạm phát gốc BTS Trong môitrờng thành phố, với nhiều nhà cao tầng, suy hao có thể tỉ lệ với luỹ thừa 4 hoặc cao hơnnữa

Dự đoán tổn hao đờng truyền trong thông tin di động GSM bao gồm một loạt cácvấn đề khó khăn, mà lý do chính bởi vì trạm di động luôn luôn di động và anten thu thấp.Những lý do thực tế này dẫn đến sự thay đổi liên tục của địa hình truyền sóng, vì vậy trạm

di động sẽ phải ở vào những vị trí tốt nhất để thu đợc các tia phản xạ

Trang 25

so với địa hình xung quanh Tuy nhiên, để thực hiện hệ thống một cách có hiệu quả các nhànghiên cứu đã phải đa ra các mô hình bằng thực nghiệm trong các điều kiện khác nhau.

Giả thiết rằng không có tia phản xạ và sóng vô tuyến đợc truyền trong không gian tự

do sử dụng anten vô hớng, khi đó suy hao đờng truyền trong không gian tự do đợc tính theocông thức:

 Mô hình mặt đất bằng phẳng:

Mô hình mặt đất đợc trình bày trong hình 3-4 cho thấy tổng tín hiệu đến trong máythu bao gồm thành phần đến trực tiếp cộng với thành phần phản xạ từ mặt đất (thành phầnnày có thể đợc coi nh là tín hiệu gốc từ một anten ảo trong lòng đất) Hai sóng này cùngnhau tạo thành sóng không gian (Space Wave)

Hình 3-4 Truyền sóng trong trờng hợp coi mặt đất là bằng phẳng

Ta có công thức sau để tính suy hao đờng truyền: L = 20.log(d2 /h1.h2 )

Nhng trong thực tế, khoảng không gian giữa máy thu và máy phát thờng có các vậtchắn (hình 3-5) Theo lý thuyết về truyền sóng vô tuyến, một chớng ngại vật sẽ làm suygiảm cờng độ của tín hiệu truyền thẳng Sự suy giảm này phụ thuộc vào vật chắn trong tầmnhìn thẳng của vật chắn

Hình 3-5 Vật chắn trong tầm nhìn thẳng

Công thức sau dùng để tính toán sự suy giảm do vật chắn gây ra:

Trang 26

V = h

d d



2 1

số biến nh: chiều cao anten, loại địa hình

 Phơng pháp đo cờng độ trờng:

Từ những nghiên cứu năm 1968, Y Okumura là một kỹ s ngời Nhật Bản đã

đa ra rất nhiều số liệu về việc đo cờng độ trờng để tham khảo Ông chia địa hình thành 5loại chính:

1 Vùng hầu nh bằng phẳng

2 Vùng nhiều đồi

3 Vùng có chỏm núi độc lập

4 Vùng có địa hình dốc

5 Vùng ranh giới giữa đất và nớc (bờ sông, bờ biển )

Ông đa ra những thử nghiệm trên tất cả các loại địa hình trên tại những tần số khácnhau, với những độ cao anten khác nhau và sử dụng các công suất phát khác nhau Đối vớimỗi loại địa hình có một biểu đồ tơng ứng chỉ ra tổn hao ứng với loại địa hình đó (hình 3-6)

Hình 3-6 Biểu đồ cờng độ trờng của OKUMURA

Từ biểu đồ của Okumura ta thấy rằng sự suy giảm của cờng độ tín hiệu theo khoảngcách giảm nhanh hơn nhiều so trong không gian tự do

3.2.1.2 Các mô hình chính lan truyền sóng trong thông tin di động:

 Mô hình truyền sóng Hata:

Trang 27

Vào khoảng năm 1980, M.Hata đã giới thiệu mô hình toán học trong việc tính suygiảm đờng truyền dựa trên những phân tích dữ liệu của Okumula

hb : chiều cao của anten trạm gốc (30200) m

hm : chiều cao anten máy di động (120) m

d : khoảng cách từ trạm gốc đến máy di động (120) km

Hệ số hiệu chỉnh anten a(hm) :

a(hm) = (1,1.logf – 0,7).hm – (1,56.logf – 0,8)

Và công thức tính suy hao cho vùng ngoài đô thị:

Lp(ngoại ô) = Lp(đô thị) – 2.[log(f/28)]2 – 5,4Lp(nông thôn) = Lp(đô thị) – 4,78(logf)2 + 18,33.logf – 40,94Mô hình Hata đợc sử dụng rộng rãi nhng trong các trờng hợp đặc biệt nh nhà caotầng phải sử dụng Microcell với anten lắp đặt dới mái nhà cần phải sử dụng mô hình khác đ-

ợc giới thiệu tiếp theo

Nh vậy tổn hao đờng truyền hiển nhiên phụ thuộc vào địa hình và độ cao của antenthu/phát

 Mô hình COST 231:

COST (Collaborative studies in Science and Technology - Cộng tác nghiên cứu khoahọc và công nghệ) đợc sự bảo trợ của EU COST231 bao gồm một số vấn đề liên quan tớivô tuyến của ô và những mô hình truyền sóng Một Microcell đợc COST231 định nghĩa làmột cell nhỏ với phạm vi từ 0,5 đến 1 km, trong phạm vi này anten gốc nói chung đ ợc đặtthấp hơn độ cao của toà nhà cao nhất

Anten trạm gốc của cell lớn hoặc cell nhỏ nói chung đều đợc đặt phía trên của toànhà cao nhất Cell nhỏ của GSM đợc giới hạn trong phạm vi bán kính khoảng 13 km, tráilại cell lớn có thể mở rộng phạm vi bán kính lên tới 35 km Dựa trên cơ sở này, COST đa ramô hình Hata COST231

hm : độ cao anten máy di động ( m )

a(hm) : hệ số hiệu chỉnh anten

d : khoảng cách từ trạm gốc đến máy di động ( km )

Trang 28

Cm = 0 dB đối với thành phố cỡ trung bình hoặc trung tâm ngoại ô

= 3 dB đối với trung tâm đô thị

 Mô hình SAKAGAMIKUBOL:

Đây là mô hình đợc phát triển dựa trên kết quả của mô hình Okumura Kết quả là có

đợc một mô hình đáng quan tâm bởi những lý do sau:

1 Nó đa ra rất nhiều tham số cho môi trờng đô thị

2 Nó có thể đáp ứng đợc trên phạm vi tần số 4502200 MHz

3 Nó đa ra những qui định hợp lệ đối với những độ cao của anten trạm gốc thấp hơn

đỉnh các toà nhà, để tạo ra mô hình hữu ích cho ứng dụng của Microcell

W : bề rộng của đờng tại điểm thu ( 550 m )

 : góc giữa trục của đờng với đờng thẳng nối từ anten trạm gốc đến máy di động

hs : độ cao của tòa nhà có đặt anten trạm gốc phía điểm thu (580 m)

<H> : độ cao trung bình của các toà nhà xung quanh điểm thu (550 m)

hb : độ cao của anten trạm gốc tại điểm thu (20100 m)

H : độ cao trung bình của các tòa nhà xung quanh trạm gốc (H > hb)

d : khoảng cách giữa trạm gốc và điểm thu (0,510 km)

f : tần số hoạt động (4502200 MHz)

3.2.2 Vấn đề Fading:

 Fading chuẩn Loga: trạm di động thờng hoạt động ở các môi trờng có

nhiều chớng ngại vật (các quả đồi, toà nhà ) Điều này dẫn đến hiệu ứng che khuất(Shaddowing) làm giảm cờng độ tín hiệu thu, khi thuê bao di chuyển cờng độ thu sẽ thay

đổi

 Fading Rayleigh: Khi môi trờng có nhiều chớng ngại vật, tín hiệu thu đợc

từ nhiều phơng khác nhau Điều này nghĩa là tín hiệu thu là tổng của nhiều tín hiệu giống nhau nhng khác pha và biên độ

Để giảm phần nào tác hại do Fading gây ra, ngời ta thờng tăng công suất phát đủ lớn để tạo ra một lợng dự trữ Fading, sử dụng một số biện pháp nh: phân tập anten, nhảy tần

3.2.3 ảnh hởng nhiễu C/I và C/A:

Một đặc điểm của cell là các kênh đang sử dụng đã có thể đợc sử dụng ở các cellkhác Nhng giữa các cell này phải có một khoảng cách nhất định Điều này có nghĩa là cell

sẽ bị nhiễu đồng kênh do việc các cell khác sử dụng cùng tần số Cuối cùng vùng phủ sóngcủa trạm gốc sẽ bị giới hạn bởi lý do này hơn là do tạp âm thông thờng Vì vậy, ta có thể nóirằng một hệ thống tổ ong hoàn thiện là giới hạn đợc nhiễu mà đã đợc qui chuẩn, loại trừ đợcnhiễu hệ thống Một vấn đề trong thiết kế hệ tổ ong là điều khiển các loại nhiễu này ở mức

Trang 29

chấp nhận đợc Điều này đợc thực hiện một phần bởi việc điều khiển khoảng cách sử dụnglại tần số Khoảng cách này càng lớn thì nhiễu càng bé.

Để chất lợng thoại luôn đợc đảm bảo thì mức thu của sóng mang mong muốn C(Carrier) phải lớn hơn tổng mức nhiễu đồng kênh I (Interference) và mức nhiễu kênh lâncận A (Adjacent)

3.2.3.1 Nhiễu đồng kênh C/I:

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

Tỉ số sóng mang trên nhiễu đợc định nghĩa là cờng độ tín hiệu mong muốn trên cờng

độ tín hiệu nhiễu

C/I = 10log(Pc/Pi) Trong đó: Pc: công suất tín hiệu thu mong muốn

Pi: công suất nhiễu thu đợc

Hình 3-7 Tỷ số nhiễu đồng kênh C/I

Hình 3-7 ở trên chỉ ra trờng hợp mà máy di động (cellphone) đặt trong xe đang thumột sóng mang mong muốn từ một trạm gốc phục vụ (Serving BS) và đồng thời cũng đangchịu một nhiễu đồng kênh do nhiễu phát sinh của một trạm gốc khác (Interference BS)

Giả sử rằng cả hai trạm đều phát với một công suất nh nhau các đờng truyền sóngcũng tơng đơng (hầu nh cũng không khác nhau trong thực tế) và ở điểm giữa, máy di động

có C/I bằng 0 dB, có nghĩa là cả hai tín hiệu có cờng độ bằng nhau Nếu máy di động đi gần

về phía trạm gốc đang phục vụ nó thì C/I > 0 dB Nếu máy di động chuyển động về phíatrạm gây ra nhiễu thì C/I < 0 dB

Theo khuyến nghị của GSM giá trị C/I bé nhất mà máy di động vẫn có thể làm việctốt là 9 dB Trong thực tế, ngời ta nhận thấy rằng giá trị này cần thiết phải lên đến 12 dBngoại trừ nếu sử dụng nhảy tần thì mới có thể làm việc ở mức C/I là 9dB ở mức C/I thấphơn thì tỷ lệ lỗi bit BER (Bit Error Rate) sẽ cao không chấp nhận đợc và mã hoá kênh cũngkhông thể sửa lỗi một cách chính xác đợc

Tỉ số C/I đợc dùng cho các máy di động phụ thuộc rất lớn vào việc quy hoạch tần số

và mẫu tái sử dụng tần số Nói chung việc sử dụng lại tần số làm dung lợng tăng đáng kể

Trang 30

tuy nhiên đồng thời cũng làm cho tỉ số C/I giảm đi Do đó việc quy hoạch tần số cần quantâm đến nhiễu đồng kênh C/I

3.2.3.2 Nhiễu kênh lân cận C/A:

Nhiễu kênh lân cận xảy ra khi sóng vô tuyến đợc điều chỉnh và thu riêng kênh Csong lại chịu nhiễu từ kênh lân cận C-1 hoặc C+1

Mặc dù thực tế sóng vô tuyến không đợc chỉnh để thu kênh lân cận đó, nhng nó vẫn

đề nghị một sự đáp ứng nhỏ là cho phép kênh lân cận gây nhiễu tới kênh mà máy thu đang

điều chỉnh Tỉ số sóng mang trên kênh lân cận đợc định nghĩa là cờng độ của sóng mangmong muốn trên cờng độ của sóng mang kênh lân cận

C/A = 10.log(Pc/Pa)

Trong đó :

Pc: công suất thu tín hiệu mong muốnPa: công suất thu tín hiệu của kênh lân cậnGiá trị C/A thấp làm cho mức BER cao Mặc dù mã hoá kênh GSM bao gồm việcphát hiện lỗi và sửa lỗi, nhng để việc đó thành công thì cũng có giới hạn đối với nhiễu Theokhuyến nghị của GSM, để cho việc quy hoạch tần số đợc tốt thì giá trị C/A nhỏ nhất nên lớnhơn - 9 dB

Khoảng cách giữa nguồn tạo ra tín hiệu mong muốn với nguồn của kênh lân cận lớn

sẽ tốt hơn cho C/A Điều này có nghĩa là các cell lân cận không nên đợc ấn định các sóngmang của các kênh cạnh nhau nếu C/A đợc đã đợc đề nghị trong một giới hạn nhất định

Cả hai tỉ số C/I và C/A đều có thể đợc tăng lên bằng việc sử dụng quy hoạch cấu trúctần số

3.2.3.3 Tỷ số sóng mang trên sóng phản xạ C/R:

Đây là tỷ số giữa sóng đi thẳng và sóng phản xạ:

C/R = 10 log(Pd/Pt)

Trong đó :

Pd: công suất thu tín hiệu nhận đợc từ đờng trực tiếp.

Pt: công suất thu tín hiệu nhận đợc từ đờng gián tiếp

Khuyến nghị cho GSM với C/R nhỏ nhất 9dB hoặc lớn hơn Việc thiết kế hệthống GSM phải chỉ ra đợc những trờng hợp mà tỷ số C/R nhỏ hơn mức C/R ngỡng

3.2.3.4 Một số biện pháp khắc phục:

Vấn đề can nhiễu kênh chung là một thách thức lớn với hệ thống thông tin di động

tế bào Có các phơng pháp để giảm can nhiễu kênh chung nh:

1 Tăng cự ly sử dụng lại tần số (D)

2 Hạ thấp độ cao anten trạm gốc

3 Sử dụng Anten định hớng ở BTS (Sector hóa)

Với phơng pháp thứ nhất: việc tăng cự ly sử dụng lại tần số D sẽ làm giảm can nhiễukênh chung, tuy nhiên khi đó số cell trong mỗi mảng mẫu sẽ tăng, tơng ứng với số kênh tần

số dành cho mỗi cell sẽ giảm và nh vậy thì dung lợng phục vụ sẽ giảm xuống

Trang 31

Phơng pháp thứ hai việc hạ thấp anten trạm gốc làm cho ảnh hởng giữa các cell dùngchung tần số sẽ đợc giảm bớt và nh vậy can nhiễu kênh chung cũng đợc giảm bớt Tuynhiên, việc hạ thấp anten sẽ làm ảnh hởng của các vật cản (nhà cao tầng…, nhờ vậy nhà) tới chất lợngcủa hệ thống trở nên nghiêm trọng hơn.

Phơng pháp thứ 3 có hai ích lợi: Một là biện pháp làm giảm can nhiễu kênh chungtrong khi cự ly sử dụng lại tần số không đổi, hai là tăng dung lợng hệ thống Phơng phápnày sẽ đợc trình bày trong phần sau

Ngoài ra, các kỹ thuật khác nh:

 Điều khiển công suất phát sóng kiểu động

 Truyền phát gián đoạn

 Nhảy tần cũng làm cải thiện thêm đáng kể tỷ số C/ I của hệ thống

 Truyền phát gián đoạn (DTX: Discontinuous Transmission):

Thực chất của phơng pháp DTX là BTS hay MS chỉ phát khi nhận đợc tín hiệu đầu vào nh

có tín hiệu thoại và khi kết thúc tín hiệu nó sẽ ngừng phát Việc phát hay không đợc thựchiện trên cơ sở từng khe thời gian Mục đích của phơng pháp này là tiết kiệm năng lợng vàgiảm nhiễu trên kênh lân cận một cách tối đa Khi sử dụng phơng pháp truyền dẫn gián

đoạn ta cần thêm các thiết bị phụ trợ khác nh VAD (Voice Active Detector) để phát hiện tínhiệu vào và tạo ra tiếng ồn giả khi một phía nào đó ngừng cung cấp tín hiệu

 Điều khiển công suất thu phát của MS và BTS: Việc điều khiển tăng

giảm công suất thu phát của MS và BTS cũng làm cải thiện đáng kể tỷ số C/I

3.2.4 Phân tán thời gian:

Phân tán thời gian xảy ra là do có nhiều đờng truyền sóng từ máy phát đến máy thu.Hiện tợng phân tán thời gian gây ra một số vấn đề cho mạng thông tin di động số Việc sửdụng truyền dẫn số cũng gây ra một số vấn đề khác nh: phân tán thời gian do các tín hiệuphản xạ (Reflection) gây ra

Sự phân tán thời gian sẽ gây ra hiện tợng “giao thoa giữa các ký tự” Giả thiết chúng

ta phát đi một chuỗi bit 1 và 0 Nếu tín hiệu phản xạ đi chậm hơn tín hiệu đi thẳng đúng 1bit thì máy thu phát hiện bit 1 từ sóng phản xạ đồng thời cũng phát hiện bit 0 từ sóng đithẳng

Trang 32

Cửa sổ thời gian đợc định nghĩa là khoảng thời gian 15 ms sau khi máy thu nhận đợctín hiệu trực tiếp từ máy phát Giả sử các tia phản xạ đến máy thu bên ngoài cửa sổ thờigian, tức là sau 15 ms, sẽ gây phiền phức cho hệ thống giống nh là nhiễu.Ta đã biết giá trịtối thiểu của C/I trong hệ thống GSM là 9 dB.

Chúng ta có thể coi giá trị này là giá trị cực đại của phân tán thời gian Nghĩa là tấtcả các tín hiệu phản xạ mà đến trễ hơn 15 ms, bên ngoài cửa sổ thời gian, phải có giá trịtổng nhỏ hơn 9 dB Tỉ số này chính là C/R

3.2.4.1 Các trờng hợp phân tán thời gian:

 Những môi trờng nguy hiểm: (là những môi trờng có thể gây nên vấn đề

về phân tán thời gian):

 Những vùng núi

 Hồ sâu hoặc nhiều nhà cao tầng

 Những toà nhà cao có kết cấu kim loại ,

Trong tất cả những trờng hợp nh vậy phân tán thời gian chỉ có thể xảy ra khi hiệuquãng đờng giữa tín hiệu trực tiếp và tín hiệu phản xạ từ những chớng ngại vật kể trên lớnhơn cửa sổ cân bằng (4,5 km)

Nói chung, sự nguy hiểm của phân tán thời gian sẽ tăng cùng với khoảng cách giữaBTS và MS Khi một MS gần BTS có thể nhận đợc tín hiệu phản xạ mạnh với hiệu quãng đ-ờng lớn nhng vẫn không ảnh hởng gì do tín hiệu trực tiếp mạnh để đảm bảo tỉ số C/R trênngỡng tới hạn Khi MS chuyển động ra xa BTS thì nguy cơ tỉ số C/R thấp sẽ tăng lên do tínhiệu trực tiếp đã yếu đi

Tuy nhiên, một điều cần chú ý đó là tia phản xạ cũng là một phần của sóng mangcho nên việc quy hoạch một hệ thống cần phải chỉ ra đợc các trờng hợp đặc thù có thể xảy

ra hiện tợng giao thoa ký tự

 Phân tán thời gian với các trờng hợp khác nhau:

Trang 33

Trong khi tín hiệu đến trực tiếp đã yếu đi, tín hiệu phản xạ mạnh hơn Tỉ số C/R gầnhoặc thấp hơn ngỡng.

Đây là trờng hợp nguy hiểm nhất, hiện tợng phân tán thời gian biểu hiện rõ ràngnhất

 Trờng hợp 3:

Trờng hợp này: Tín hiệu phản xạ mạnh gần nh tín hiệu trực tiếp, tỉ số C/R gần hoặcdới ngỡng Nhng do hiệu quãng đờng nhỏ nằm trong cửa sổ cân bằng, hay các tín hiệu phảnxạ nằm trong cửa sổ thời gian, nên trờng hợp này không bị ảnh hởng bởi phân tán thời gian

Hình 3-8 Đặt BTS gần chớng ngại vật để tránh phân tán thời gian

• Chuyển hớng anten của BTS ra khỏi phía vật chớng ngại gây phản xạ nếu BTS đợc

đặt xa nó Anten nên chọn có tỉ số tăng ích trớc trên sau cao

2 Thay đổi anten và góc nghiêng anten:

Nếu vật phản xạ không bị chiếu vào thì sẽ không có hiện tợng phản xạ Nh vậy, taphải cố gắng giảm phần năng lợng bức xạ từ vật phản xạ mà có thể gây ra hiện tợng phản xạ

có hại

Sử dụng anten down tilt là một cách có thể áp dụng đợc Anten down tilt với độ rộngbúp sóng vào khoảng 100, đợc sử dụng để tránh chiếu vào những vùng núi và trong trờnghợp cần phủ sóng cho một trục đờng quốc lộ Vấn đề chính khi sử dụng anten này là chúngphải đợc lắp đặt thật chính xác, sai số không đợc vợt quá 10

3 Điều chỉnh tham số cell:

Một cách khác để chống phân tán thời gian là thay đổi tham số của cell

Trang 34

Nếu một vùng nào đó trong một cell có cờng độ tín hiệu thấp so với vùng còn lạitrong cell thì các tham số điều khiển chuyển giao nên đợc thiết lập để tiến hành các cuộcchuyển giao ra ngay khỏi cell này trớc khi để máy di động MS đi vào vùng nguy hiểm đó.Các tham số của các cell bên cạnh cũng nên đợc thiết lập để sao cho các cuộc chuyển giaokhông bị chuyển vào những vùng có xảy ra tán sắc thời gian nằm trong cell đó

4 Đo lờng:

Biện pháp đo lờng đợc đa ra trong những môi trờng khác nhau mà những chớng ngạivật gây nên phân tán chỉ nằm ngoài vùng ellipe đợc tạo nên bởi vị trí giữa BTS và MS vàphạm vi cửa sổ cân bằng (hình 3-9)

Năng lợng sóng phản xạ tỉ lệ với R-4 của khoảng cách Có nghĩa là nó sẽ giảm rấtnhanh khi ra xa chớng ngại vật Vả lại, nếu BTS và MS nhìn thấy đợc nhau thì tín hiệu trựctiếp sẽ mạnh hơn rất nhiều so với tín hiệu phản xạ và tác hại làm cho chất l ợng cuộc kết nốikhông đợc ổn định trong thời gian phân tán thời gian sẽ rất nhỏ

Hình 3-9 Phạm vi vùng Elip

Chơng IV PHƯƠNG THỨC VÀ SỐ LIỆU HỆ THỐNG THễNG TIN DI ĐỘNG

4.1 Hệ thống thông tin di động tế bào:

Trang 35

Hệ thống thông tin di động tế bào sử dụng một số lợng lớn các máy phát vô tuyếncông suất thấp để tạo nên các cell hay còn gọi là tế bào (đơn vị địa lý cơ bản của hệ thốngthông tin vô tuyến) Thay đổi công suất máy phát nhằm thay đổi kích thớc cell theo phân bốmật độ thuê bao, nhu cầu thuê bao theo từng vùng cụ thể Khi thuê bao di động di chuyển từcell này sang cell khác, cuộc đàm thoại của họ sẽ đợc giữ nguyên liên tục, không gián đoạn.Tần số sử dụng ở cell này có thể đợc sử dụng lại ở cell khác với khoảng cách xác định giữahai cell.

Hình 4-1 Thiết bị BS và anten BS

Hạ tầng mạng tế bào (chẳng hạn tại một vùng ngoại ô) đợc miêu tả trong hình 4-1.Mỗi cell bao gồm thiết bị BS - truyền và nhận lu lợng thoại hay số liệu qua giàn anten vàmột nhóm các tần số xác định Tất cả các tần số đều đợc tái sử dụng sau một khoảng cách

đủ lớn để tránh nhiễu lẫn nhau Khoảng cách ngắn nhất giữa các vùng có cùng tần số đợcxác định bởi môi trờng - đồi núi, cây cối, các toà nhà - ảnh hởng đến việc truyền sóng Ngoài môi trờng thì việc truyền sóng cũng phụ thuộc nhiều vào kiểu giàn anten BS đ-

ợc sử dụng, và chiều cao hiệu quả của nó đối với mặt đất và môi trờng xung quanh Nếu vịtrí của giàn anten BS quá cao (hơn chiều cao trung bình của các toà nhà trong vùng đô thị),sóng vô tuyến đợc truyền đi quá xa sẽ dẫn đến việc nhiễu sóng lẫn nhau, và mạng tế bào sẽ

bị giới hạn về dung lợng bởi vì những tần số này không thể đợc tái sử dụng trong cùng mộtvùng Do đó, môi trờng truyền sóng và cấu hình giàn anten BS quyết định đến lợng tần sốtối đa tái sử dụng trong một vùng phủ Thêm vào đó, trên quan điểm dung lợng, lợng tần sốtái sử dụng tối đa này xác định dung lợng tối đa và số lợng các BS yêu cầu tối thiểu trongmột vùng dịch vụ

Mặc dù vậy, những yêu cầu về dung lợng không thể tự xác định đợc QoS trong cácmạng di động QoS cũng bao gồm cả xác suất phủ sóng tại một vùng phủ của BS Xác suấtphủ sóng xác định khả năng vợt ngỡng công suất hay cờng độ trờng trong một vùng phủ tạicác vị trí indoor hay outdoor - phụ thuộc vào những yêu cầu của ngời khai thác Xác suấtphủ sóng tỉ lệ thuận với chiều cao giàn anten

 Cấu trúc hệ thống thoại di động trớc đây:

Trang 36

Dịch vụ thoại di động truyền thống đợc cấu trúc giống nh hệ thống truyền hình phátthanh quảng bá: Một trạm phát sóng công suất mạnh đặt tại một cao điểm có thể phát tínhiệu trong vòng bán kính đến 50km.

Hình 4-2 Cấu trúc hệ thống thông tin di động trớc đây

 Hệ thống thông tin di động tế bào:

Khái niệm mạng tổ ong đã cấu trúc lại hệ thống thông tin di động theo cách khác.Thay vì sử dụng một trạm công suất lớn, ngời ta sử dụng nhiều trạm công suất nhỏ trongvùng phủ sóng đợc ấn định trớc Lấy ví dụ, bằng cách phân chia một vùng trung tâm thành

100 vùng nhỏ hơn (các tế bào), mỗi cell sử dụng một máy phát công suất thấp với khả năngcung cấp 12 kênh thoại cho mỗi máy Khi đó năng lực của hệ thống về lý thuyết có thể tăng

từ 12 kênh thoại sử dụng một máy phát công suất lớn lên đến 1200 kênh thoại bằng cách sửdụng 100 máy phát công suất thấp Nh vậy là dung lợng hệ thống đã tăng lên rất nhiều

Bằng cách giảm bán kính của vùng phủ sóng đi 50% (diện tích vùng phủ sóng giảm

4 lần), nhà cung cấp dịch vụ có thể tăng khả năng phục vụ lên 4 lần Hệ thống đợc triển khaitrên vùng có bán kính 1 Km có thể cung cấp số kênh lớn hơn gấp 100 lần so với hệ thốngtriển khai trên vùng có bán kính 10 Km Từ thực tế rút ra kết luận rằng, bằng cách giảm bánkính vùng đi vài trăm mét thì nhà cung cấp có thể phục vụ thêm vài triệu cuộc gọi

Hình 4-3 Hệ thống thông tin di động sử dụng cấu trúc tế bào

Khái niệm cell (tế bào) đợc sử dụng với các mức công suất thấp khác nhau, nó chophép các cell (các tế bào) có thể thay đổi vùng phủ sóng tuỳ theo mật độ, nhu cầu của thuêbao trong một vùng nhất định Các cell có thể đợc thêm vào từng vùng tuỳ theo sự phát triểncủa thuê bao trong vùng đó Tần số ở cell này có thể đợc tái sử dụng ở cell khác, các cuộc

điện thoại vẫn đợc duy trì liên tục khi thuê bao di chuyển từ cell này sang cell khác

Trang 37

4.2 Quy hoạch Cell:

4.2.1 Khái niệm tế bào (Cell):

Cell (tế bào hay ô): là đơn vị cơ sở của mạng, tại đó trạm di động MS tiến hành trao

đổi thông tin với mạng qua trạm thu phát gốc BTS BTS trao đổi thông tin qua sóng vô tuyếnvới tất cả các trạm di động MS có mặt trong Cell

Hình 4-4 Khái niệm Cel

Trong thực tế, hình dạng của cell là không xác định Do việc quy hoạch vùng phủsóng cần quan tâm đến các yếu tố địa hình và mật độ thuê bao, từ đó xác định số lợng trạmgốc BTS, kích thớc cell và phơng thức phủ sóng thích hợp

4.2.2 Kích thớc Cell và phơng thức phủ sóng:

4.2.2.1 Kích thớc Cell:

 Cell lớn: Bán kính phủ sóng khoảng: (n  n*10) km (GSM:  35 km)

Vị trí thiết kế các Cell lớn:

 Sóng vô tuyến ít bị che khuất (vùng nông thôn, ven biển…, nhờ vậy nhà )

 Mật độ thuê bao thấp

 Yêu cầu công suất phát lớn

 Cell nhỏ: Bán kính phủ sóng khoảng: n*100 m (GSM:  1 km)

Vị trí thiết kế các Cell nhỏ:

 Sóng vô tuyến bị che khuất (vùng đô thị lớn)

 Mật độ thuê bao cao

 Yêu cầu công suất phát nhỏ

Trong mạng GSM có lớp (kích thớc) cell chính đó là: macro, micro, ngoài ra còn cópico và umbrella Vùng phủ sóng của mỗi cell phụ thuộc nhiều vào môi trờng

Macro cell đợc lắp trên cột cao hoặc trên các toà nhà cao tầng.

Micro cell lại đợc lắp ở các khu thành thị, khu đông dân c.

Pico cell thì tầm phủ sóng chỉ khoảng vài chục mét trở lại nó thờng đợc lắp để tiếp

sóng trong nhà

Umbrella lắp bổ sung vào các vùng bị che khuất hay các vùng trống giữa các cell.

Bán kính phủ sóng của một cell tuỳ thuộc vào độ cao của anten, độ lợi anten thờngthì nó có thể từ vài trăm mét tới vài chục km Trong thực tế thì khả năng phủ sóng xa nhấtcủa một trạm GSM là 32 km (22 dặm)

Một số khu vực trong nhà mà các anten ngoài trời không thể phủ sóng tới nh nhà ga,sân bay, siêu thị thì ngời ta sẽ dùng các trạm pico để chuyển tiếp sóng từ các anten ngoàitrời vào

Trang 38

4.2.2.2 Phơng thức phủ sóng:

Hình dạng của cell trong mỗi một sơ đồ chuẩn phụ thuộc vào kiểu anten và côngsuất ra của mỗi một BTS Có hai loại anten thờng đợc sử dụng: anten vô hớng (omni) làanten phát đẳng hớng và anten có hớng là anten bức xạ năng lợng tập trung trong một rẻquạt (sector)

 Phát sóng vô hớng : Omni directional Cell (360 0 )

Anten vô hớng hay 3600 bức xạ năng lợng đều theo mọi hớng

Hình 4-6 Omni (360 0 ) Cell site

Khái niệm Site: Site đợc định nghĩa là vị trí đặt trạm BTS.

Với Anten vô hớng: 1 Site = 1 Cell 360 0

 Phát sóng định hớng – Sectorization:

Lợi ích của sectorization (sector hóa):

o Cải thiện chất lợng tín hiệu (Giảm can nhiễu kênh chung)

o Tăng dung lợng thuê bao

Hình 4-7 Sector hóa 120 0

Với Anten định hớng 1200: 1 Site = 3 Cell 120 0

4.2.3 Chia Cell (Cell Splitting):

Một cell với kích thớc càng nhỏ thì dung lợng thông tin càng tăng Tuy nhiên, kíchthớc nhỏ đi có nghĩa là cần phải có nhiều trạm gốc hơn và nh thế chi phí cho hệ thống lắp

đặt trạm cũng cao hơn

Khi hệ thống bắt đầu đợc sử dụng số thuê bao còn thấp, để tối u thì kích thớc cellphải lớn Nhng khi dung lợng hệ thống tăng thì kích thớc cell cũng phải giảm đi để đáp ứngvới dung lợng mới Phơng pháp này gọi là chia cell

Tuy nhiên, sẽ không thực tế khi ngời ta chia nhỏ toàn bộ các hệ thống ra các vùngnhỏ hơn nữa và tơng ứng với nó là các cells Nhu cầu lu lợng cũng nh mật độ thuê bao sửdụng giữa các vùng nông thôn và thành thị có sự khác nhau nên đòi hỏi cấu trúc mạng ở cácvùng đó cũng khác nhau

Các nhà quy hoạch sử dụng khái niệm cells splitting để phân chia một khu vực có

mật độ thuê bao cao, lu lợng lớn thành nhiều vùng nhỏ hơn để cung cấp tốt hơn các dịch vụmạng Ví dụ các thành phố lớn đợc phân chia thành các vùng địa lý nhỏ hơn với các cells có

Định dạng
Số trang	77
Dung lượng	2,71 MB