Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM

Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Sỹ Tú Số hiệu sinh viên: …………… Khoá 46K Khoa: Điện tử - Viễn thông Ngành: ……………… Đầu đề đồ án: ……………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………… Các số liệu liệu ban đầu: …………………………………… …………………………………………… … ……………………………………………………………………………………… Nội dung phần thuyết minh tính toán: ……………………………………………………………………………………… ………………………… … ……………………………………………………………………………………… …………………………………………… ….………… Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ ): ……………………………………………………………………………………… Họ tên người hướng dẫn: Phạm Mạnh Toàn Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ……………………………………………………… Ngày hoàn thành đồ án: ………………………………………………………… Ngày tháng năm Giảng viên hướng dẫn Chủ nhiệm Bộ môn Sinh viên hoàn thành nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm 2010 Cán phản biện Nguyễn Sỹ Tú -1- 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Sỹ Tú Số hiệu sinh viên: Ngành: Điện tử viễn thông Khoá:46K Người hướng dẫn: Phạm Mạnh Toàn Cán phản biện: Nội dung thiết kế tốt nghiệp: Nhận xét cán phản biện: Ngày tháng năm 2010 Cán phản biện ( Ký, ghi rõ họ tên ) Nguyễn Sỹ Tú -2- 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG T.T DI ĐỘNG GSM 1.1 Lịch sử phát triển mạng GSM .13 1.2 Các tiêu kỹ thuật mạng GSM 14 1.2.1 Về khả phục vụ 14 1.2,2 Về chất lượng phục vụ an toàn bảo mật 15 1.2.3 Về sử dụng tần số 15 1.2.4 Về mạng 15 1.3 Cấu trúc địa lý mạng .15 1.3.1 Vùng phục vụ PLMN 17 1.3.2 Vùng phục vụ MSC 17 1.3.3 Vùng định vị LA .17 1.3.4 Cell 18 1.4 Băng tần sử dụng hệ thống GSM 18 1.5 Phương pháp truy nhập thông tin di động .19 CHƯƠNG II CẤU TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 21 2.1 Mô hình hệ thống thông tin di động GSM 22 2.2 Các phần tử mạng GSM .22 2.2.1 Phân hệ chuyển mạch SS 22 2.2.1.1 Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC 22 2.2.1.2 Bộ ghi định vị thường trú HLR 22 2.2.1.3 Bộ ghi định vị tạm trú VLR 22 2.2.1.4 Trung tâm nhận thực AuC 23 2.2.1.5 Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR 23 2.2.1.6 Tổng đài di động cổng G – MSC 23 2.2.1.7 Khối IWF 24 2.2.2 Phân hệ trạm gốc BSS 24 2.2.2.1 Trạm thu phát gốc BTS 24 2.2.2.2 Bộ điều khiển trạm gốc BSC 25 2.2.3 Trạm di động MS 25 Nguyễn Sỹ Tú -3- 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM 2.2.4.Phân hệ khai thác bảo dưỡng OSS .26 2.2.4.1 Khai thác bảo dưỡng mạng 27 2.2.4.2 Quản lý thuê bao 27 2.2.4.3 Quản lý thiết bị di động 27 2.2.5 Giao diện vô tuyến số .27 2.2.5.1 Kênh vật lý .27 2.2.5.2 Kênh logic 29 2.2.6 Hệ thống mã .30 2.2.7 Các đặc tính mạng thông tin di động GSM .34 2.3 Các trường hợp thông tin thủ tục mạng 37 2.3.1 Tổng quan 42 2.3.2 Lưu động cập nhật vị trí 42 2.3.3 Thủ tục nhập mạng đăng ký lần đầu 38 2.3.4 Thủ tục rời mạng 39 2.3.5 Tìm gọi 26 2.3.6 Gọi từ MS 26 2.3.7 Gọi đến thuê bao MS 27 2.3.8 chuyển giao gọi 27 2.3.8.1 Chuyển giao vùng BSC .28 2.3.8.2 Chuyển giao giửa hai BSC khác MSC/VLR .29 2.3.8.3 Chuyển giao giửa hai vùng phục vụ MSC/VLR .29 CHƯƠNG III: CỞ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ TỐI ƯU HÓA 30 3.1 Giới thiệu chung 30 3.1.1 Lưu đồ thực tối ưu hóa .30 3.1.2 Các trình thực 30 3.1.2.1 Giám sát chất lượng phục vụ 30 3.1.2.2 Phân tích nêu vấn đề kỹ thuật 31 3.1.3 Khảo sát 31 3.1.4 Đưa công việc thực 31 3.2 Dung lượng lưu lượng phục vụ .32 Nguyễn Sỹ Tú -4- 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM 3.2.1 Nhu cầu thông tin di động 32 3.2.2 Yêu cầu lưu lượng cho thuê bao 32 3.2.3 Mức độ phục vụ GOS .32 3.2.4 Dung lượng trung kế 33 3.2.5 Khái niệm kênh mạng GSM 33 3.2.6 Hiệu sử dụng trung kế .34 3.2.7 Kích thước mạng tổ ong 34 3.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng phủ sóng 35 3.3.1 Suy hao đường truyền 35 3.3.1.1 Dự đoán chung 35 3.3.1.2 Các mô hình lan truyền sóng thông tin di động 36 3.3.2 Vấn đề Fading 40 3.3.3 Phân tán thời gian .43 3.3.4 Vấn đề nhiểu .48 3.3.4.1 Nhiểu đồng kênh C/I 48 3.3.4.2 Nhiểu kênh lân cận C/A 49 3.3.5 Một số vấn biện pháp khắc phục 50 CHƯƠNG IV GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ DUNG LƯỢNG 52 4.1 Tăng dung lượng đài trạm 52 4.2 Quy hoạch Cell .53 4.2.1 Khái niệm Cell 53 4.2.2 Lưu Lượng 54 4.2.3 Tái sử dụng tần số .57 4.2.3.1 Các mẫu tái sử dụng tần số 59 4.2.3.1.1 mẩu tái sử dụng lại tần số 3/9 59 4.2.3.1.2 Mẩu tái sử dụng tần lai số 3/12 .61 4.2.3.1.3 Mẩu tái sử dụng tần lại số 7/21 62 4.2.4 Quy hoạch cell 64 4.2.4.1 Khái niệm cell 64 4.2.4.2 Kích thước cell phương thức phủ song 64 4.2.4.2.1 Kích thước cell 64 Nguyễn Sỹ Tú -5- 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM 4.2.4.2.2 phương thức phủ song .65 4.2.4.3 Chia cell 66 4.2.4.3.1 Giai đoạn .67 4.2.4.3.2 Giai đoạn 67 4.2.4.3.3 Giai đoạn 68 CHƯƠNG V GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHẤT LƯỢNG 72 5.1 Hoạch địng tần số 72 5.2 Công suất thu phát .73 5.3 Anten .75 5.3.1 Kiểu loại Anten 75 5.3.2 Độ tăng ích annten 77 5.3.3 Công suất xạ đẳng hướng tương đương EIRP 77 5.3.4 Độ cao góc nghiêng anten .78 5.3.5 Lựa chọn vị trí đặt trạm 80 5.4 CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG 81 5.4.1 Khái niệm chất lượng dịch vụ QoS .81 5.4.2 Các đại lượng đặc trưng 81 5.4.2.1 Tỷ lệ thiết lập gọi thành công CSSR 81 5.4.2.2 Tỷ lệ rớt gọi trung bình 81 5.4.2.3 Tỷ lệ rớt mạch TCH 82 5.4.2.4 Tỷ lệ nghẽn mạch TCH 82 5.4.2.5 Tỉ lệ rớt mạch SDCCH 85 2.6 Tỷ lệ nghẽn mạch SDCCH .85 KẾT LUẬN 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 Nguyễn Sỹ Tú -6- 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM LỜI NÓI ĐẦU **** Hiện giới mặt đời sống xã hội phát triển, kinh tế, khoa học tự nhiên mà nhiều lĩnh vực khác Ngành thông tin liên lạc coi ngành mũi nhọn cần phải trước bước, làm sở cho ngành khác phát triển Nhu cầu trao đổi, cập nhật thông tin người nơi lúc ngày cao Thông tin di động đời phát triển trở thành loại hình dịch vụ, phương tiện thông tin phổ biến, đáp ứng nhu cầu sống đại Các hệ thống thông tin di động phát triển nhanh qui mô, dung lượng đặc biệt loại hình dịch vụ để đáp ứng tốt nhu cầu người sử dụng Trong năm gần đây, lĩnh vực thông tin di động nước có bước phát triển vượt bậc sở hạ tầng lẫn chất lượng phục vụ Với phát triển nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông tạo cạnh tranh nhà cung cấp dịch vụ Các nhà cung cấp dịch vụ liên tục đưa sách khuyến mại, giảm giá thu hút nhiều khách hàng sử dụng dịch vụ Cùng với đó, mức sống chung toàn xã hội ngày nâng cao khiến cho số lượng thuê bao sử dụng dịch vụ di động tăng đột biến năm gần Các nhà cung cấp dịch vụ di động nước sử dụng hai công nghệ GSM (Global System for Mobile Communication - Hệ thống thông tin di động toàn cầu) với chuẩn TDMA (Time Division Multiple Access - đa truy cập phân chia theo thời gian) công nghệ CDMA (Code Division Multiple Access - đa truy cập phân chia theo mã) Các nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM Mobifone, Vinaphone, Viettel nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng công nghệ CDMA S-Fone, EVN Các nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng công nghệ CDMA mang lại nhiều tiện ích cho khách hàng, dần lớn mạnh Tuy nhiên nhu cầu sử dụng khách hàng nên thị phần di động nước phần lớn thuộc Nguyễn Sỹ Tú -7- 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM nhà cung cấp dịch vụ di động GSM với số lượng thuê bao nhiều Chính việc tối ưu hóa mạng di động GSM việc làm cần thiết mang ý nghĩa thực tế cao Trên sở kiến thức tích luỹ năm học tập chuyên ngành Điện Tử - Viễn Thông trường đại học Vinh với hướng dẫn Th.s Nguyễn Mạnh Toàn, em tìm hiểu, nghiên cứu hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Tối ưu hóa mạng thông tin di động GSM ” Nội dung đồ án trình bày theo trình tự sau: Chương I Giới thiệu chung mạng thông tin di động GSM Chương II Cấu trúc mạng thông tin di động GSM Chương III Cơ sở lí thuyết để thực tối ưu hoá Chương IV Giải vấn đề dung lượng Chương V Giải vấn đề chất lượng Em chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo môn “Điện tử - viễn thông” khoa công nghệ trường đại học Vinh bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Th.s Nguyễn Mạnh Toàn giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Tú -8- 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM DANH SÁCH HÌNH VẼ **** Hình 1.1 Phân cấp cấu trúc địa lý mạng GSM 16 Hình 1.2 Phân vùng chia ô 16 Hình 1.3 Băng tần mở rộng GSM 19 Hình 2.1 cấu trúc mạng GSM 21 Hình 2.2 Phân loại kênh logic 29 Hình 3.1 lưu đồ tối ưu hóa 42 Hình 3.2 Truyền sóng trường hợp coi mặt đất phẳng 48 Hình 3.3 Vật chắn tầm nhìn thẳng 49 Hình 3.4 Đặt BTS gần chướng ngại vật để tránh phân tán thời gian .58 Hình 3.5 Phạm vi vùng Elip 59 Hình 4.1 Ký hiệu cell .60 Hình 4.2 Sơ đồ lượng 69 Hình 4.3 khoảng cách tái sử dụng tần số 70 Hình 4.4 Sơ đồ tính C/I 70 Hình 4.5 Mẫu tái sử dụng lại tần số 3/9 72 Hình 4.6 Mẫu tái sử dụng lại tần số 4/12 74 Hình 4.7 Mẫu tái sử dụng tần số 7/21 .75 Hình 4.8 Khái niệm biên giới Cell .76 Hình 4.9 Omni (3600) Cell site 77 Hình 4.10 Sector hóa 1200 .78 Hình 4.11 Các Omni (3600) Cells ban đầu 79 Hình 4.12 Giai đoạn 1: Sector hóa 80 Hình 4.13 Tách chia 1:3 thêm lần 81 Hình 4.14: Tách chia 1:4 (sau lần đầu chia 3) 81 Hình 5.1 Omni antenna 88 Hình 5.2 Đã sector hoá 88 Nguyễn Sỹ Tú -9- 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM Hình 5.3 Anten vô hướng có góc nghiêng độ .90 Hình 5.4 đồ thị quan hệ giửa góc ngẩng độ tăng ích 91 DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT *** A ACCH Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết AGCH Access Grant Channel Kênh cho phép truy nhập AUC Authentication Center Trung tâm nhận thực AVDR Average Drop Call Rate Tỉ lệ rớt gọi trung bình B BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BSIC Base Station Identity Code Mã nhận dạng trạm gốc BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc C C/A Carrier to Adjacent Tỉ số sóng mang/nhiễu kênh lân cận CCH Control Channel Kênh điều khiển CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã Cell Cellular Ô (tế bào) CI Cell Identity Nhận dạng ô ( xác định vùng LA ) C/I Carrier to Interference Tỉ số sóng mang/nhiễu đồng kênh C/R Carrier to Reflection Tỉ số sóng mang/sóng phản xạ D DCCH Dedicated Control Channel Nguyễn Sỹ Tú - 10 - Kênh điều khiển dành riêng 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM Sectouze Công suất phát tập trung vào hướng có phần phản xạ phối hợp phản xạ định hướng Có hai loại Anten đinh hướng sau: 1200 sector 600 sector A : 1200 sector Angtena B : 600 sector Angtena + Anten đa hướng: Đây hệ thống Anten mà Anten thực mẫu xạ phối hợp Loại đơn giản Anten hướng phát di theo hướng ngược Loại có khả phủ sóng theo dải tần trục giao thông mà có lưu lượng nhỏ - Độ khuếch đại Anten phân tập Anten: Phân tập Anten sử dụng Anten thu độc lập đặt vị trí góc thu khác để phối hợp, chon lựa đa dạng mức tín hiệu thu gây truyền lan đa đường dẫn Phân tập Anten cải thiện chất lượng tín hiệu vùng có môi trường truyền sóng phức tạp Khả tăng tín hiệu thu từ ÷ dB nhờ sử dụng Anten phân tập - Độ nhạy cảm phần thu: Độ nhạy cảm mức tín hiệu thu thấp mà Anten thu tốt tín hiệu Thông thường BTS độ nhạy cảm thu tín hiệu 104 dB mức MS thường 102 dBm PdBm = 10* log Pw/103 Tuy nhiên nhờ khả thu Anten phân tập Angten nên công suất xạ Anten nhỏ Công thức cân bằng: Gphân tập[dB] + PBức xạ[dB] = Pmáy thu[dBm] + Lsuy hao cáp feeder[dB] Để thu tín hiệu lên Anten phảt cần sử dụng hệ thống phối hợp Anten (coupling) phát Hệ thống phối hợp sóng mang từ thiết bị thu phát TRx cho phát Anten Khi qua thiết bị công suất tín hiệu bị giảm từ ÷ dB tuỳ thuộc vào số Combiner mà phải qua Nhờ tính toán đến Nguyễn Sỹ Tú - 85 - 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM công suất phát tín hiệu BTS chia thành lớp, lớp thu phát TRx định nghĩa theo mức tín hiệu lớn mà điều chỉnh: Lớp công suất Công suất lớn (W) 230 160 80 40 20 20 2,5 Căn vào mức công suất phát lớn để điều chỉnh công suất phát cho BTS: Trong hệ thống thông tin di đọngtồn hai hệ thông truyền sóng là: + Uplink từ MS đến mạng thong qua BTS + Downlink từ mạng đến MS thông qua BTS 5.3 Anten Trong thông tin di động, việc sử dụng anten thích hợp có vai trò quan trọng, định tới chất lượng hệ thống Sau xét yếu tố kiểu loại, độ cao góc nghiêng anten 5.3.1 Kiểu loại anten Trong thông tin di động người ta thường dùng hai loại anten là: - Anten vô hướng (omni anten) - Anten có hướng (sector anten) Ta lấy ví dụ để chứng minh cho thấy việc sử dụng sector anten có hiệu chống nhiễu cao omni anten: Dùng omni anten (hình 5.1) Ta biết vấn đề nhiễu giao thoa đồng kênh thường liên quan đến việc sử dụng lại tần số dạng loại nhiễu từ thuê bao Nguyễn Sỹ Tú - 86 - 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM hoạt động vị trí cao (các đồi, nhà cao tầng ) gây nhiễu tới cell có tần số làm việc E1 E2 Hình 5.1 Omni antenna Ta giả thiết hai cell E1 E2 sử dụng chung tần số E1 có địa cao so với E2 Một thuê bao MS di chuyển từ E1 tới E2 Khi thuê bao di chuyển gần E2, khả gây nhiễu E2 lớn  Dùng sector anten (hình 5.2): Bây ta dùng E1 E2 Nhưng sector hoá thành: EA1, EB1, EC EA2, EB2, EC2 Hình 5.2 Đã sector hoá MS xuất phát từ EA1 (có khoảng cách lớn tới E2) Khi MS vượt qua vị trí trạm EA1, chuyển giao tới EB1 khoảng cách từ MS tới E2 gần Nhưng địa ta thấy, nhiễu tạo nằm phía sau anten EB2 (có tỉ số lượng hướng trước hướng sau = ÷ 15 dB) Điều có Nguyễn Sỹ Tú - 87 - 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM nghĩa khả chống nhiễu hệ thống tăng từ ÷ 15 dB Tương tự MS tới EA2 tạo nhiễu cho EA1 từ phía sau anten Tóm lại dùng sector anten biện pháp làm tăng tỉ số C/I hệ thống 5.3.2 Độ tăng ích anten Độ tăng ích anten tỷ số, thường tính dB, công suất cần thiết đầu vào anten chuẩn không suy hao với công suất cung cấp đầu vào anten cho hướng cho trước tạo cường độ trường hay mật độ thông lượng công suất cự ly Nếu ghi thêm, độ tăng ích anten tính hướng phát xạ lớn Tùy thuộc vào lựa chọn vào anten chuẩn, có loại tăng ích anten sau: - Tăng ích tuyệt đối hay tăng ích đẳng hướng (Gi) anten chuẩn anten đẳng hướng biệt lập không gian - Độ tăng ích ứng với dipol nửa bước sóng (Gd) anten chuẩn dipol nửa bước sóng biệt lập không gian mặt phẳng vuông góc chứa hướng phát xạ - Độ tăng ích ứng với anten thẳng đứng ngắn (Gv) anten chuẩn dây dẫn thẳng ngắn nhiều so với phần tư bước sóng, vuông góc với mặt phẳng dẫn điện lý tưởng chứa hướng phát xạ 5.3.3 Công suất xạ đẳng hướng tương đương - EIRP Công suất xạ đẳng hướng tương đương – EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power) tích số công suất sinh để cung cấp cho anten với tăng ích anten hướng định ứng với anten đẳng hướng (độ tăng ích đẳng hướng hay tăng ích tuyệt đối) EIRP xác định công thức: PEIRP (W) = Pt (W)* 10(G - L)/10 Hay PEIRP (dB) = Pt (dB) − L + G Trong đó: Nguyễn Sỹ Tú - 88 - 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM - PEIRP (dBm): công suất xạ đẳng hướng tương đương; - Pt (dBm): tổng công suất máy phát; - L (dB): tổng suy hao từ máy phát đến anten (ví dụ combiner, feeder…); - G (dBi): độ tăng ích cực đại anten tương ứng với anten đẳng hướng 5.3.4 Độ cao góc nghiêng anten Khi anten đặt thẳng đứng, hướng búp sóng nằm đường thẳng nằm ngang (hình 5.3) Hình 5.3 Anten vô hướng có góc nghiêng độ Ở khu vực thị trấn nhỏ hay nông thôn, lưu lượng hệ thống thấp nên việc tái sử dụng tần số không cần thiết Do vậy, ta nên sử dụng vị trí cao hay đặt anten cao để tối đa hoá vùng phủ sóng Tuy nhiên khu vực đô thị lớn, lưu lượng hệ thống cao, kích thước cell hẹp có lẽ thích hợp giảm độ cao anten Tuy nhiên, đặt thấp, vật cản (nhà cao tầng ) có ảnh hưởng lớn tới chất lượng hệ thống Do vậy, độ cao anten đô thị thường 30 ÷ 50 m Để giải phạm vi vùng phủ sóng hẹp, kỹ thuật đưa “ làm nghiêng hướng búp sóng anten ” (down tilt) Để làm rõ hiệu việc làm nghiêng hướng búp sóng anten chất lượng hệ thống ta lấy ví dụ minh hoạ sau Chúng ta biết công suất xạ anten giảm rời xa búp sóng Đồ thị thực nghiệm sau (được xây dựng từ đặc tính xạ anten mặt phẳng đứng) rõ mối quan hệ (hình 5.4) Nguyễn Sỹ Tú - 89 - 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM Trong đó: Trục X biễu diễn góc hướng ta xét với hướng xạ mặt phẳng đứng (Vertical Angle Degrees) Trục Y biễu diễn suy hao cường độ trường (Gain Reduction -dB) Suy hao cường độ trường Hình 5.4 Dồ thị quan hệ giửa góc ngẩng độ tăng ích Đồ thị sử dụng cho ba loại anten khác (độ rộng búp sóng mặt phẳng đứng 70, 140, 280 Giả thiết ta có cell A, B C sử dụng tần số, bán kính cell 500 m khoảng cách cell km Độ cao anten h = 30 m, độ rộng búp sóng 70 Sử dụng đồ thị thực nghiệm ta có: Suy hao cường độ tín hiệu nhiễu tín hiệu cell B cell C : α = arctg(h/d) = arctg(30/5000) = 0.340 nên G = 0.2 dB Suy hao cường độ tín hiệu biên cell B β = arctg(30/500) = 3.440 nên G = dB Để cải thiện C/I cell C lượng dB, ta nghiêng góc anten cell B góc dt = 4.840 Lúc này: Nguyễn Sỹ Tú - 90 - 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM α’ = dt - α = 4.84 - 0.34 = 4.50 nên G = 6.2 dB β’ = dt - β = 4.84 - 3.44 = 1.40 nên G = 0.5 dB Như vậy, ta thấy việc làm nghiêng góc anten cell B trường hợp cải thiện chất lượng phủ sóng cell B cell C, vừa làm tăng chất lượng thu cell B đồng thời làm giảm nhiễu tới cell C Qua ví dụ ta thấy việc làm nghiêng góc anten dùng để giải vấn đề phủ sóng Tuy nhiên, không nên áp dụng thiếu phân tích kỹ nhiều trường hợp xảy vùng phủ sóng 5.3.5 Lựa chọn vị trí đặt trạm Địa hình yếu tố quan trọng truyền sóng vô tuyến, ảnh hưởng lớn đến chất lượng hệ thống Điều quan trọng lượng vật cản gây gây vấn đề nhiễu hay phân tán thời gian trầm trọng đẫn đến tượng rơi gọi chất lượng không đảm bảo  Vấn đề nhiễu: Đối với thị trấn nhỏ hay vùng nông thôn có lưu lượng thấp độ cao tiêu chuẩn lựa chọn trạm đặt Nhưng thành phố lớn vấn đề sử dụng lại tần số đặt nên vị trí hàng đầu vị trí thông thoáng lại tốt Khoảng cách từ anten tới vật cản tối thiểu 500 m Nếu vị trí vật chắn đặt gần anten, lượng phản xạ làm giảm tỉ số lượng hướng trước hướng sau anten dẫn đến làm giảm khả chống nhiễu hệ thống Đồng thời việc lựa chọn có điểm lợi vật cản tạo nên hàng rào chắn tự nhiên, có lợi cho việc sử dụng lại tần số phía sau chúng 5.4 Các tiêu chất lượng hệ thống 5.4.1 Khái niệm chất lượng dịch vụ QOS QOS (Quality of Service) xem tiêu đánh giá mạng lưới mà hệ thống thông tin di động phải có Chỉ tiêu chất lượng mạng lưới phải tiêu chí thực “chất lượng” chẳng hạn tiếng nói trẻo, rớt gọi không bị nghẽn mạch Để đánh giá chất lượng mạng phải xác định đại lượng đặc trưng (key indicators), qua cho phép nhìn xác hoạt động mạng lưới chất lượng mạng Nguyễn Sỹ Tú - 91 - 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM 5.4.2 Các đại lượng đặc trưng 5.4.2.1 Tỷ lệ thiết lập gọi thành công CSSR (Call Setup Successful Rate) Có thể định nghĩa CSSR tỉ lệ mà người sử dụng (thuê bao) thành công việc bắt đầu thực gọi xét hai chiều gọi gọi đến (lưu ý gọi nối bị rớt trường hợp coi thành công) Thành công ta tạm coi người sử dụng quay số bấm “YES”, gọi chắn nối (trường hợp gọi đi) Trong trường hợp gọi đến, không thành công hiểu đơn giản thực gọi đến thuê bao thuê bao không nhận tín hiệu báo gọi bật máy nằm vùng phủ sóng CSSR tính sau: CSSR = Tổng số lần thực (nhận) thành công gọi / Tổng số lần thực (nhận) gọi Theo khuyến nghị Alcatel tiêu chất lượng hệ thống tỷ lệ thiết lập gọi thành công CSSR cần đạt ≥ 92% 5.4.2.2 Tỷ lệ rớt gọi trung bình (Average Drop Call Rate - AVDR) AVDR tỉ lệ số gọi bị rớt mạch tổng số gọi thành công AVDR tính sau: AVDR = Tổng số lần rớt mạch / Tổng số lần chiếm mạch TCH thành công ngoại trừ trường hợp Handover (AVDR = Total drops/ Total TCH seizures excluding TCH seizures due to HO) Đại lượng nên sử dụng để đánh giá chất lượng toàn mạng, không nên áp dụng cho cell riêng lẻ cell không mang gọi (trên hai nghĩa gọi gọi đến) mà phải chịu trách nhiệm tải gọi handover từ cell khác sang - điều có nghĩa bị chiếm mạch nhiều nhiều lần Hơn cell, việc mang gọi handover hay bình thường có chất Nguyễn Sỹ Tú - 92 - 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM 5.4.2.3 Tỷ lệ rớt mạch TCH (TCH Drop Rate - TCDR) TCDR tạm định nghĩa tỉ lệ rớt mạch tính kênh TCH cell riêng biệt TCDR= Tổng số lần rớt mạch/ Tổng số lần chiếm mạch thành công (TCDR= Total TCH Drops/ Total TCH Seizures) Tổng số lần chiếm mạch xuất phát từ nguyên nhân nào, kể Handover Có nhiều nguyên nhân gây nên rớt mạch, loại trừ nguyên nhân máy di động gây ta đưa nguyên nhân sau đây: - Do bị nhiễu nhiều chất lượng kênh truyền thấp - Do tín hiệu yếu - Do lỗi hệ thống chẳng hạn phần cứng trục trặc - Do sử dụng giá trị không chuẩn tham số BSS - Do không Handover (thiếu neighbour cell chẳng hạn) Nhằm dễ dàng cho công tác kỹ thuật, TCDR phân làm hai đại lượng mới: Rớt mạch lỗi hệ thống: TCDR-S (Drop due to System): tham số bao gồm tất lỗi hệ thống chẳng hạn software, transcoder tính theo tỷ lệ phần trăm tổng số lần rớt mạch Với hệ thống tốt, tỷ lệ nhỏ (thường vào khoảng 2-5 % tổng số lần rớt mạch) Rớt mạch lỗi tần số vô tuyến RF : TCDR-R (Drop due to RF): tham số bao gồm tất lỗi mức tín hiệu kém, chất lượng kém, nhiễu, Handover tính theo tỷ lệ phần trăm tổng số lần rớt mạch TCDR-R + TCDR-S = 100% 5.4.2.4 Tỷ lệ nghẽn mạch TCH (TCH Blocking Rate - TCBR) TCBR định nghĩa tỉ lệ chiếm mạch không thành công nghẽn kênh thoại (không có kênh TCH rỗi) tổng số lần hệ thống yêu cầu cung cấp kênh thoại TCBR = Tổng số lần bị nghẽn / Tổng số lần yêu cầu đường thông (TCBR = Total blocks / Total TCH attempts) Nguyễn Sỹ Tú - 93 - 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM Tỷ số phản ánh mức độ nghẽn mạch cell riêng lẻ hay toàn hệ thống Khi tỷ số cell (hay khu vực) trở nên cao điều có nghĩa khó thực gọi cell (hay khu vực) Tuy nhiên tham số không phản ánh cách xác yêu cầu lưu lượng mạng người muốn thực gọi vòng phút chẳng hạn, người ta cố nhiều lần để nối kênh thoại thử nhiều lần (có thể hàng chục) để thực gọi kéo dài phút Điều làm tăng tỷ lệ nghẽn mạch lên nhanh, vượt chất thực tế vấn đề Vì để đánh giá cách xác hơn, người ta sử dụng đại lượng khác cấp độ phục vụ GoS (Grade of Service) Đôi ta không hiểu mà tỷ lệ TCBR lại cao số cell, trường hợp cách tốt tham khảo thêm đại lượng Maxbusy Congestion time cho cell - Maxbusy: Số kênh lớn bị chiếm thời điểm - Congestion time: Tổng số thời gian mà toàn số kênh bị chiếm hết (Tổng số thời gian nghẽn)  Lưu lượng Grade of Service (GOS): Lưu lượng mang hệ thống khoảng thời gian t định nghĩa sau: C = n*T/t Trong T thời gian đàm thoại trung bình n số gọi khoảng thời gian t Đơn vị lưu lượng tính Erlang (E), thay t=3600, ta có Eh (Erlang giờ) Một cách hoàn toàn đơn giản, ta tính lưu lượng sau: C = Tổng thời gian chiếm mạch/ Thời gian đo Lưu lượng hệ thống phần cho thấy hoạt động mạng Nếu lưu lượng cell giảm cách bất bình thường, điều Nguyễn Sỹ Tú - 94 - 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM có nghĩa vùng phủ sóng cell bị thu hẹp lại (do tụt công suất hay anten hỏng) nhóm thu phát cell không hoạt động Lưu lượng hệ thống có tương quan tương đối tỷ lệ nghẽn TCH (TCBR) trình bày trên, lưu lượng tăng vượt giá trị (tuỳ thuộc vào dung lượng cell) tỷ lệ TCBR tăng lên nhanh theo Tuy nhiên số trường hợp, có lưu lượng thấp, tỷ lệ TCBR cao Khi cách lý giải tốt số khe thời gian timeslot cell không hoạt động Giờ bận hệ thống BH (busy hour) tính mà lưu luợng qua hệ thống lớn Và thiết kế hệ thống đó, nhằm thoả mãn yêu cầu lưu lượng cách tốt người ta thường sử dụng số liệu thống kê cho bận Trong hệ thống với số hữu hạn kênh thoại thuê bao chiếm mạch hết thời gian trung bình T đấy, ta thấy số thuê bao tăng lên hay nói cách khác mà lưu lượng tăng lên xác suất bị nghẽn mạch tăng lên lưu lượng tăng lên đến mức độ tình trạng nghẽn mạch chấp nhận Vậy đánh giá mức độ nghẽn mạch cách xác? Người ta sử dụng đại lượng cấp độ phục vụ GOS để thực điều GOS định nghĩa xác suất bị nghẽn mạch cho thuê bao thực gọi khu vực có “lưu lượng yêu cầu” (offerred traffic) xác định Vấn đề sinh “lưu lượng yêu cầu” gì? Nó coi lưu lượng mà hệ thống mang bận trường hợp nghẽn mạch hay nói cách khác số kênh thoại hệ thống tăng đủ lớn Người ta tính GOS cho hệ thống với t - kênh A - “lưu lượng yêu cầu” sau: GOS (t,A) = ϕ (GOS (t-1,A)) (*) GOS (0,A) = Nguyễn Sỹ Tú - 95 - 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM Tuy nhiên “Lưu lượng yêu cầu” không thực, cân đo đong đếm người ta đo “lưu lượng thực” mang kênh thoại mà Vì người ta tính “lưu lượng yêu cầu” A sau: A = C*(1+GOS) Trong C - lưu lượng đo hệ thống Nhưng vấn đề lại tính GOS Để tính GOS người ta giả sử A= C, dựa vào công thức (*) ta tính GOS1 đấy, đó: C1=A/(1+GOS1) Nếu C1 vừa tính lại nhỏ C thực, người ta lại tăng A lên chút chẳng hạn A= C + 0,00001, lại tính theo cách Cn tính gần với C thực Khi giá trị tính GOSn giá trị GOS cần tìm Khi tính “lưu lượng yêu cầu” A, ta dễ dàng xác định số kênh cần thiết cách tra bảng 5.4.2.5 Tỉ lệ rớt mạch SDCCH (SDCCH Drop Rate - CCDR) CCDR định nghĩa tỷ lệ tổng số lần rớt mạch kênh SDCCH tổng số lần chiếm SDCCH thành công CCDR = Tổng số lần rớt SDCCH/ Tổng số lần chiếm SDCCH thành công (CCDR = SDCCH drops / SDCCH seizures) CCDR quan trọng, phần đánh giá tỷ lệ thành công gọi nói chung Nói chung thông tin di động GSM khía cạnh đó, mặt tần số vô tuyến RF, CCDR TCDR có chất, CCDR cao tỉ lệ TCDR cao ngược lại Vì thời gian chiếm mạch SDCCH ngắn (trung bình khoảng 3s) so với thời gian chiếm mạch TCH (trung bình khoảng 65 s) nên CCDR nhỏ TCDR nhiều Tuy nhiên, CCDR trở nên lớn cách không bình thường so sánh với TCDR, điều có nghĩa có không ổn tham số phần BSS kênh tần số có chứa SDCCH nhiễu Nguyễn Sỹ Tú - 96 - 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM 5.4.2.6 Tỷ lệ nghẽn mạch SDCCH (SDCCH Blocking Rate - CCBR) CCBR định nghĩa tỷ số tổng số lần chiếm SDCCH không thành công nghẽn SDCCH tổng số lần yêu cầu cung cấp kênh SDCCH CCBR = Tổng nghẽn SDCCH / Tổng yêu cầu SDCCH (CCBR = SDCCH blocks / SDCCH Attempts) Đại lượng quan trọng hệ thống GSM trực tiếp ảnh hưởng đến tỷ lệ thành công thuê bao thực gọi Nếu tỷ lệ nghẽn SDCCH cao khả thực gọi khó - bạn bấm “Yes” chẳng có xảy (!), điều nguy hiểm thuê bao nhận biết điều (khác với trường hợp nghẽn TCH, thuê bao biết nhờ âm nhờ thông điệp “net fail” hình máy di động) họ nghĩ máy hỏng ??!! Cũng tương tự TCH ta tham khảo thêm hai đại lượng khác Maxbusy Congestion time cho SDCCH Nguyễn Sỹ Tú - 97 - 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM KẾT LUẬN Đồ án tốt nghiệp trình bày nét mạng thông tin di động GSM Tối ưu hoá công việc khó khăn, phức tạp đòi hỏi người thực phải nắm vững hệ thống, cần phải có kinh nghiệm thực tế trợ giúp nhiều phương tiện giám sát kiểm tra từ đưa công việc thực tối ưu hoá Do thời gian làm đồ án có hạn hạn chế không tránh khỏi việc hiểu biết vấn đề dựa lý thuyết nên báo cáo tốt nghiệp em chắn không tránh khỏi thiếu sót Em mong có ý kiến đánh giá, góp ý thầy bạn để đồ án thêm hoàn thiện Qua thời làm đò án, em thấy tối ưu hoá mảng đề tài rộng cần thiết cho mạng viễn thông nói chung mạng thông tin di động nói riêng Khả ứng dụng đề tài giúp ích cho người làm công tác tối ưu hoá mạng, sở lý thuyết để phân tích tiến hành, từ hoàn toàn tìm giải pháp tối ưu khoa học Về phần mình, em tin tưởng tương lai làm việc lĩnh vực này, em tiếp tục có nghiên cứu cách sâu sắc đề tài Một lần nữa, em chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo môn “Điện tử - viễn thông” khoa công nghệ trường đại học Vinh bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Th.s Nguyễn Mạnh Toàn giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Vinh, tháng năm 2010 Sinh viên thực Nguyễn Sỹ Tú Nguyễn Sỹ Tú - 98 - 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Thông tin di động GSM, PTS.Nguyễn Phạm Anh Dũng, Nhà xuất bưu điện, Hà Nội 1999 [2] Tính toán mạng thông tin di động số CELLULAR, Vũ Đức Thọ, Nhà xuất giáo dục, Hà Nội 1999 [3] Thông tin di động số celluler, Vũ Đức Thọ, Nhà xuất giáo dục 1997 [4] Thông tin di động số, PTS.nguyễn Phạm Anh Dũng dịch, nhà xuất kỹ thuật 1993 [5] http://vntelecom.org [6] http://ww.ebook.edu.vn Nguyễn Sỹ Tú - 99 - 46K_ĐTVT [...]... Nam hiện có mạng thông tin di động S- Fone của công ty cổ phần viễn thông Sài Gòn (SPT) đang sử dụng công nghệ này Ngoài ra còn sử dụng phương pháp truy nhạp theo không gian SDMA Mạng GSM sử dụng phương pháp TDMA kết hợp FDMA Nguyễn Sỹ Tú - 19 - 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 2.1 Mô hình hệ thống thông tin di động GSM SS ISDN... của mạng di động MNC Mobile Network Code Mã mạng thông tin di động MS Mobile station Trạm di động Nguyễn Sỹ Tú - 11 - 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp MSC Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM Mobile Service Tổng đài di động Switching Center MSISDN Mobile station ISDN Number Số ISDN của trạm di động MSRN MS Roaming Number Số vãng lai của thuê bao di động N NMC Network Management Center Trung tâm quản lý mạng. .. cuộc gọi và truyền dẫn tin tức 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM BTS : Trạm thu phát gốc MS : Trạm di động ISDN : Mạng số liên kết đa dịch vụ PSPDN : Mạng chuyển mạch gói công cộng PSTN : Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng CSPDN : Mạng chuyển mạch kênh cộng cộng PLMN : Mạng di động mặt đất công cộng 2.2 Các phần tử của mạng thông tin di động GSM 2.2.1 Phân hệ chuyển... tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM - Tạo một hệ thống có thể phục vụ cho các MS trên các tầu viễn dương như một mạng mở rộng cho các dịch vụ di động mặt đất 1.2.2 Về chất lượng phục vụ và an toàn bảo mật - Chất lượng của thoại trong GSM phải ít nhất có chất lượng như các hệ thống di động tương tự trước đó trong điều kiện vân hành thực tế - Hệ thống có khả năng mật mã hoá thông tin người... 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 Subscriber Identification Number): số nhận dạng thuê bao di động, gồm 10 số được dùng để nhận dạng thuê bao di động trong các vùng dịch vụ của mạng GSM, với 3 số đầu tiên được dùng để nhận dạng HLR Nguyễn Sỹ Tú - 31 - 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động. .. Channel Kênh lưu lượng và liên kết TCBR TCH Blocking Rate Tỉ lệ nghẽn mạch TCH TCDR TCH Drop Rate Tỉ lệ rớt mạch trên TCH TCH Traffic Channel Kênh lưu lượng TRAU Transcoder/Rate Adapter Unit Bộ thích ứng tốc độ và chuyển mã Nguyễn Sỹ Tú - 12 - 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp TRX Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM Tranceiver Bộ thu – phát CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 1.1 Lịch... quan trọng do tính lưu thông của các thuê bao trong mạng Trong hệ thống GSM, mạng được phân chia phân vùng Vùng định vị thành (Vùngcác định vị và tìmsau gọi) Nguyễn Sỹ Tú Cell (Ô) (Vùng có một - 15trạm - gốc riêng) 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM Hình 1.1 Phân cấp cấu trúc địa lý mạng GSM Hình 1.2 Phân vùng và chia ô 1.3.1 Vùng phục vụ PLMN Vùng phục vụ GSM là toàn bộ vùng... (Cell Identity): Nhận dạng ô để xác định vị trí trong vùng định vị Trạm di động MS tự nhận dạng một ô bằng cách sử dụng mã nhận dạng trạm gốc BSIC (Base Station Identification Code) 1.4 Băng tần sử dụng trong hệ thống GSM Nguyễn Sỹ Tú - 17 - 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM Hệ thống thông tin di động GSM làm việc trong băng tần 890 – 960 KHz, băng tầ này được chia làm 2... tin tức sau: Mã vùng định vị LAC (Location Area Code), mã mạng di động MNC (Mobile Network Code), tin tức về tần số của các cell lân cận, thông số dải quạt của cell và các thông số phục vụ truy cập Nguyễn Sỹ Tú - 28 - 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM + Kênh điều khiển chung CCCH: CCCH là kênh thiết lập sự truyền thông giữa BTS và MS Nó bao gồm: CCCH = RACH + PCH + AGCH... GSM/ PLMN đều được định tuyến thông qua tổng đài vô tuyến cổng G-MSC (Gateway - Mobile Service Switching Center) G-MSC làm việc như một tổng đài trung kế vào cho GSM/ PLMN 1.3.2 Vùng phục vụ MSC Nguyễn Sỹ Tú - 16 - 46K_ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hoá mạng thông tin di động GSM 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 được một MSC quản ... dng h thng GSM 18 1.5 Phng phỏp truy nhp thụng tin di ng .19 CHNG II CU TRC MNG THễNG TIN DI NG GSM 21 2.1 Mụ hỡnh h thng thụng tin di ng GSM 22 2.2 Cỏc phn t ca mng GSM ... 46K_TVT ỏn tt nghip Ti u hoỏ mng thụng tin di ng GSM CHNG CU TRC MNG THễNG TIN DI NG GSM 2.1 Mụ hỡnh h thng thụng tin di ng GSM SS ISDN AUC Hỡnh 2.1 cu trỳc mng GSM VLR HLR EIR OSS PSPD : Phõn h khai... tt nghip TRX Ti u hoỏ mng thụng tin di ng GSM Tranceiver B thu phỏt CHNG I GII THIU CHUNG V MNG THễNG TIN DI NG GSM 1.1 Lch s phỏt trin mng GSM Thut ng thụng tin di ng t bo i vo nhng nm 70, kt