0

Tổng Quan Về Cell Trong Mạng GSM

18 976 3

Đang tải.... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Tài liệu liên quan

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 25/06/2017, 22:27

Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một thuật ngữ quen thuộc với con người.Thiết bị thông tin di động cầm tay hầu như đã trở thành một vật bất ly thân với mỗi cá nhân chúng ta. Đi cùng với đó là sự phát triển không ngừng về số lượng thuê bao của các hệ thống mạng thông tin di động.Khi số lượng thuê bao trong mỗi thông tin di động tăng lên, thì việc tính toán bố trí quy hoạch các trạm tế bào phủ sóng phục vụ cho các thuê bao đòi hỏi phải có sự tính toán hợp lý, sao cho vừa đảm bảo được các yêu cầu phục vụ tốt nhât cho các thuê bao nằm trong diện phủ sóng mà không bị ngẽn, rớt cuộc gọi, và đảm bảo được sự tiết kiệm về tài nguyên thiết bị cũng như băng tần của hệ thống Lời Nói Đầu Ngày nay, thông tin di động trở thành thuật ngữ quen thuộc với người.Thiết bị thông tin di động cầm tay trở thành vật bất ly thân với cá nhân Đi với phát triển không ngừng số lượng thuê bao hệ thống mạng thông tin di động.Khi số lượng thuê bao thông tin di động tăng lên, việc tính toán bố trí quy hoạch trạm tế bào phủ sóng phục vụ cho thuê bao đòi hỏi phải có tính toán hợp lý, cho vừa đảm bảo yêu cầu phục vụ tốt nhât cho thuê bao nằm diện phủ sóng mà không bị ngẽn, rớt gọi, đảm bảo tiết kiệm tài nguyên thiết bị băng tần hệ thống Chương I Tổng Quan Về Cell Trong Mạng GSM 1.Giới Thiệu Chung Về Mạng GSM: Hệ thống thông tin di động toàn cầu (tiếng anh : Global System For Mobile Communications; viết tắt GSM) công nghệ dùng cho mạng thông tin di động Dịch vụ GSM sử dụng tỷ người 212 quốc gia vùng lãnh thổ Các mạng thông tin di động GSM cho phép roaming với máy điện thoại di động GSM mạng khác sử dụng nhiều nơi giới GSM chuẩn phổ biến cho điện thoại di động (ĐTDĐ) giới Khả phủ sóng rộng khắp nơi chuẩn GSM làm cho trở nên phổ biến giới, cho phép người sử dụng sử dụng ĐTDĐ họ nhiều vùng giới GSM khác với chuẩn tiền thân tín hiệu lẫn tốc độ,chất lượng gọi Nó xem hệ thống ĐTDĐ hệ thứ hai ( second Generation,2G) GSM chuẩn mở, phát triển 3rd Generation Partnership Project (3GPP) Đứng phía quan điểm khách hàng, lợi GSM chất lượng gọi tốt hơn, giá thành thấp dịch vụ tin nhắn Thuận lợi nhà điều hành mạng khả triển khai thiết bị từ nhiều người cung ứng GSM cho phép nhà điều hành mạng kết hợp chuyển vùng với mà người sử dụng sử dụng điện thoại họ khắp nơi giới 1.1 Lịch sử phát triển mạng GSM: Những năm đầu 1980, hệ thống viễn thông tế bào giới phát triển mạnh mẽ đặc biệt châu âu mà không chuẩn hóa tiêu kỹ thuật Điều thúc giục Liên minh châu âu bưu viễn thông CEPT (Conference of european Post and Telecommunications) thành lập nhóm đặc trách di động GSM (Groupe Special Mobile) với nhiệm vụ phát triển chuẩn thống cho hệ thống thông tin di động để sử dụng toàn châu âu Ngày 27 tháng năm 1991 , gọi sử dụng công nghệ GSM thực mạng Radiolinja Phần Lan (mạng di động GSM giới) Năm 1989, Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ETSI (European Telecommunications Standards Institute) quy định chuẩn GSM tiêu chuẩn chung cho mạng thông tin di động toàn Châu Âu, năm 1990 chi tiêu kỹ thuật GSM phase I (giai đoạn I) công bố Năm 1992, Telstra Australia mạng Châu Âu ký vào biên ghi nhớ GSM Mou (Memorandum of Understanding) Cũng năm này, thỏa thuận chuyển vùng quốc tế ký kết hai mạng Finland Telecom Phần Lan Vodafone Anh Tin nhắn SMS gửi năm 1992 Những năm sau đó, hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM phát triển cách mạnh mẽ, với gia tăng nhanh chóng nhà điều hành , mạng di động mới, số lượng thuê bao gia tăng cách chóng mặt Năm 1996, số thành viên GSM MoU lên tới 200 nhà điều hành từ gần 100 quốc gia 167 mạng hoạt động 94 quốc gia với số thuê bao đạt 50 triệu Năm 2000, GPRS ứng dụng Năm 2001, mạng 3GSM(UMTS) vào hoạt động,số thuê bao GSM vượt 500 triệu Năm 2003, mạng EDGE vào hoạt động Cho đến năm 2006 số thuê bao di động GSM lên tới số tỉ với 700 nhà điều hành, chiếm gần 80% thị phần thông tin di động giới Theo dự đoán GSM Association, năm 2007 số thuê bao GSM đạt 2,5 tỷ Hình 1-1 Thị phần thông tin di động giới năm 2009 Mọi mạng điênh thoại cần cấu trúc định để định tuyến gọi đến tổng đài cần thiết cuối đến thuê bao bị gọi Ở mạng di động,cấu trúc quang trọng tính lưu thông thuê bao mạng Trong hệ thống GSM, mạng phân chia thành vùng sau Hình 1-2 phân cấp cấu trúc địa lý mạng GSM Hình 1-3 Phân vùng chia ô 1.1.1 Vùng phục vụ PLMN (Public Land Mobile Network) Vùng phục vụ GSM toàn vùng phục vụ kết hợp quốc gia thành viên nên máy điện thoại di động GSM mạng GSM khác sử dụng nhiều nơi giới Phân cấp vùng phục vụ PLMN,đó hay nhiều vùng quốc gia tùy theo kích thước vùng phục vụ Kết nối đường truyền mạng di động GSM/PLMN mạng khác (cố định hay di động) có mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế Tất gọi vào hay mạng GSM/PLMN định tuyến thông qua tổng đài vô tuyến cổng G-MSC (Gateway – Mobile Service Switching Center) G-MSC làm việc tổng đài kế vào cho GSM/PLMN 1.1.2 Vùng phục vụ MSC MSC ( trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động, gọi tắt tổng đài di động) Vùng MSC phận mạng MSC quản lý Để định tuyến gọi đến thuê bao di động Mọi thông tin để định tuyến gọi tới thuê bao di động vùng phục vụ MSC lưu giữ ghi định vị tạm trú VLR Một vùng mạng GSM/PLMN chia thành hay nhiều vùng phục vụ MSC/VLR 1.1.3 Vùng định vị (LA-Location Area) Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR chia thành số vùng định vị LA Vùng định vị LA Vùng định vị phần vùng phục vụ MSC/VLR, mà trạm di động chuyển động tự mà không cần cập nhật thông tin vị trí cho tổng đài MSC/VLR điều khiển vùng định vị Vùng định vị vùng mà thông báo tìm gọi phát quảng bá để tìm thuê bao di động bị gọi Vùng định vị LA hệ thống sử dụng để tìm thuê bao trạng thái hoạt động Hệ thống nhận dạng vùng định vị cách sử dụng nhận dạng vùng định vị LAI (Location Arena Identity): LAI= MCC+MNC+LAC MCC(Mobile Country Code): mã quốc gia MNC(Mobile Network Code): mã mạng di động LAC(Location Arena Code): Mã vùng định vị (16bit) 1.1.4 Cell( tế bào hay ô) Vùng định vị chia thành số ô mà MS di chuyển không cần cập nhật thông tin vị trí với mạng.Cell đơn vị sở mạng, vùng phủ sóng vô tuyến nhận dạng nhận dạng ô toàn cầu (CGI) Mỗi ô quản lý trạm vô tuyến gốc BTS CGI=MCC+MNC+LAC+CI CI(Cell Identity): Nhận dạng ô để xác định vị trí vùng định vị Trạm di động MS tự nhận dạng ô cách sử dụng mã nhận dạng trạm gốc BSIC (Base Station Identification Code) Chương II Hệ Thống Quy Hoạch Cell Trong Thông Tin Di Động 2.1 Hệ Thống Thông Tin Di Động Cell (Tế Bào): Hệ thống thông tin di động tế bào sử dụng số lượng lớn máy phát vô tuyến thấp để tạo nên cell hay gọi tế bào ( đơn vị địa lý hệ thống thông tin vô tuyến) Thay đổi công suất máy phát nhằm thay đổi kích thước cell theo phân bố mật độ thuê bao, nhu cầu thuê bao theo vùng cụ thể Khi thuê bao di động di chuyển từ cell sang cell khác, đàm thoại họ giữ nguyên liên tục, không gián đoạn Tần số sử dụng cell sử dụng lại cell khác với khoảng cách xác định hai cell  Cấu trúc hệ thống thoại di động trước Dịch vụ thoại di động truyền thông cấu trúc giống hệ thống truyền hình phát quảng bá: Một trạm phát sóng có công suất mạnh đặt cao điểm phát tín hiệu vòng bán kính đến 50km Hình 2-1 Cấu trúc hệ thống thông tin di động trước  Hệ thống thông tin di động tế bào Khái niệm mạng tổ ong cấu trúc lại hệ thống thông tin di động theo cách khác.Thay sử dụng trạm công suất lớn,người ta sử dụng nhiều trạm công suất nhỏ vùng phủ sóng ấn định trước Lấy ví dụ, cách phân chia vùng trung tâm thành 100 vùng nhỏ (các tế bào), cell sử dụng máy phát công suất lớn lên đến 1200 kênh thoại cách sử dụng 100 máy phát công suất thấp Như dung lượng hệ thống tăng lên nhiều Bằng cách giảm bán kính vùng phủ sóng 50% (diện tích vùng phủ sóng giảm lần), nhà cung cấp dịch vụ tăng khả phục vụ lên lần Hệ thống triển khai vùng có bán kính km cung cấp số kênh lớn gấp 100 lần so với hệ thống triển khai vùng có bán kính 10Km Từ thực tế rút kết luận rằng, cách giảm bán kính vài trăm mét nhà cung cấp phục vụ thêm vài triệu gọi Hình 2-2 Hệ thống thông tin di động sử dụng cấu trúc tế bào 2.2 Quy Hoạch Cell 2.2.1 Khái niệm Cell (tế bào): Cell(tế bào hay ô): đơn vị sở mạng, 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 tuyến với tất trạm di động MS có mặt Cell Hình 2-3 Khái niệm Cell Hình dạng lý thuyết Cell ô tổ ong hình lục giác : Hình 2-4 Khái niệm biên giới Cell Trên thực tế, hình dạng cell không xác định Việc quy hoạch vùng phủ sóng cần quan tâm đến yếu tố địa hình mật độ thuê bao, từ xác định số lượng trạm gốc BTS,kích thước cell phương thức phủ sóng thích hợp 2.2.2 Kích thước Cell phương thức phủ sóng: 2.2.2.1 Kích thước CellCell lớn: Bán kính phủ sóng khoảng: n km : n*10km(GSM:≤ 1km) Vị trí thiết kế Cell lớn:  Sóng vô tuyến bị che khuất ( vùng nông thôn, ven biển….)  Mật độ thuê bao thấp  Yêu cầu công suất phát lớn  Cell nhỏ: Bán kính phủ sóng khoảng:n*100m.(GSM≤ 1km) Vị trí thiết kế Cell nhỏ:  Sóng vô tuyến bị che khuất( vùng đô thị lớn)  Mật độ thuê bao cao  Yêu cầu công suất phát nhỏ Có tất bốn kích thước cell mạng GSM macro,micro,pico umbrella Vùng phủ sóng Cell phụ thuộc nhiều vào môi trường Macro cell lắp cột cao tòa nhà cao tầng Micro cell lại lắp khu thành thị,khu dân cư Pico cell tầm phủ sóng khoảng vài chục mét trở lại thường lắp để tiếp sóng nhà Umbrella lắp bổ sung vào thiết bị che khuất hay vùng trống cell Bán kinh phủ sóng cell tùy thuộc vào độ cao anten, độ lợi an ten thường từ vài trăm mét tới vài chục km Trong thực tế khả phủ sóng xa trạm GSM 32km (22 dặm) Một số khu vực nhà mà anten trời phủ sóng tới nhà ga, sân bay, siêu thị….thì người ta dùng trạm pico để chuyển tiếp sóng từ anten trời vào 2.2.2.2 Phương thức phủ sóng: Hình dạng cell sơ đồ chuẩn phụ thuộc vào kiểu anten công suất BTS Có hai loại anten thường sử dụng: anten vô hướng (omni) anten phát đẳng hướng, anten có hướng anten xạ lượng tập trung rẻ quạt (sector)  Phát sóng vô hướng – Omni directional Cell (360) Anten vô hướng hay 360 xạ lượng theo hướng Hình 2-5 Omni (360) Cell site Khái niệm Site: Site định nghĩa vị trí đặt trạm BTS Với Anten vô hướng: 1site=1 Cell 360  Phát sóng định hướng – Sectorization: Lợi ích sectorization (sector hóa):  Cải thiện chất lượng tín hiệu(giảm cân nhiễu kênh chung)  Tăng dung lượng thuê bao Hình 2-6 Sector hóa 120 Với anten định hướng 120: Site = Cell 120 2.2.3 Chia Cell (Cells Splitting): Một cell với kích thước nhỏ dung lượng thông tin tăng Tuy nhiên, kích thước nhỏ có nghĩa cần phải có nhiều trạm gốc chi phí cho hệ thống lắp đặt trạm cao Khi hệ thống bắt đầu sử dụng số thuê bao thấp, để tối ưu kích thước cell phải lớn Nhưng dung lượng hệ thống tăng kích thước cell phải giảm để đáp ứng với dung lượng Phương pháp gọi chia cell Tuy nhiên, không thực tế người ta chia nhỏ toàn hệ thống vùng nhỏ tương ứng với cells.Nhu cầu lưu lượng mật độ thuê bao sử dụng vùng nông thôn thành thị có khác nên đòi hỏi cấu trúc mạng vùng khác Các nhà quy hoạch sử dụng khái niệm cells splitting để phân chia khu vực có mật độ thuê bao cao.Ví dụ thành phố lớn phân chia thành vùng địa lý nhỏ với cell có mức độ phủ sóng hẹp nhằm cung cấp chất lượng dịch vụ lưu lượng sử dụng cao, khu vực nông thôn nên sử dụng cell có vùng phủ sóng lớn,tương ứng với số lượng cell sử dụng để đáp ứng cho lưu lượng thấp số người dùng với mật độ thấp Hình 2-7 Phân chia cell Đứng quan điểm kinh tế , việc hoạch định cell phải bảo đảm lưu lượng hệ thống số thuê bao tăng lên, đồng thời chi phí phải thấp Thực điều yêu cầu phải tận dụng sở hạ tầng đài trạm cũ Để đáp ứng yêu cầu này, người ta sử dụng phương pháp giảm kích thước cell gọi tách cell (cells splitting) Theo phương pháp việc hoạch định chia thành giai đoạn sau: Giai đoạn (phase0): Khi mạng lưới thiết lập, lưu lượng thấp, số lượng đài trạm ít, mạng thường sử dụng “omni cell” với anten vô hướng, phạm vi phủ sóng rộng Hình 2-8 Các Omni (360) cells ban đầu Khi mạng mở rộng, dung lượng tăng lên, để đáp ứng điều phải dùng nhiều sóng mang sử dụng lại sóng mang có cách thường xuyên Tuy nhiên, thay đổi quy hoạch cấu trúc tần số phải gắn liền với việc quan tâm tới tỉ số C/I Các tần số ấn định cách ngẫu nhiên cho cell Để thực điều này, phương pháp phổ biến chia cell theo thứ tự Giai đoạn (phase 1): Sector hóa Thay anten vô hướng (omni) anten riêng biệt định hướng dài quạt 120 giải pháp tách chia cell thành Cells Đó giải pháp dài quạt hóa ( sectorization – Sector hóa) Cách làm không đòi hỏi thêm mặt cho cell Tuy Cell phân biệt theo chức mạng chúng mặt cũ Khi đó, vị trí cũ ( site) phục vụ cell , cell nhỏ có anten định hướng đặt vị trí này, góc anten 120 Hình 2-9 Giai đoạn : Sector hóa Giai đoạn 2: Tách chia nhỏ sau:  Tách chia cell 1:3 thêm lần Hình 2.10 trình bày việc tách chia thêm lần Lần tách sử dụng lại mặt cũ thêm gấp đôi mặt cho BTS Ở mặt cũ, anten cần quay 30 ngược chiều kim đồng hồ Như tổng số mặt gấp lần mặt cũ để trả giá cho tăng dung lượng mạng lên gấp lần Hình 2-10 Tách chia 1:3 thêm lần  Tách chia 1:4 (sau lần đầu chia 3) Hình 2-11 Tách chia 1:4 (sau lần đầu chia 3) Sự tách chia không đòi hỏi xoay hướng anten tất BTS có mặt cũ Vị trí BTS mặt biểu thị hình vẽ 2.11 Số lần sử dụng lại tần số, dung lượng hệ thống số lượng mặt BTS tăng lần so với trước chia tách Tùy theo yêu cầu dung lượng hệ thống, việc chia cell thực tiếp tục Tuy nhiên, thay đổi quy hoạch cấu trúc tần số phải gắn liền với việc quan tâm tới tỉ số nhiễu C/I Bây ta xét ví dụ để thấy tăng dung lượng thu hẹp kích thước cell Giá thiết hệ thống có 24 tần số cụm cell có bán kính cực đại 14 km Sau thực giai đoạn tách tách Cũng giả thiết thuê bao có lưu lượng 0,02 Erlang với mức độ phục vụ GoS=5% Với 24 tần số, nghĩa số kênh logic hệ thống là: 24 x = 192 kênh Trong giai đoạn thứ nhất, cụm (số nhóm tần số) N=7, số kênh lưu lượng TCH cho cell là: (192 – 21)/21 = 171/21=8 TCH Trong giai đoạn thứ nhất, ta phải sử dụng kênh cho việc điều khiển Trong giai đoạn ta cần dành kênh cho việc điều khiển đủ Căn bảng Erlang ta có bảng thống kê mật độ lưu lượng qua bước tách cell sau: Từ bảng ta thấy , lần tách thứ nhất, dung lượng bị giảm (số thuê bao 1km2 giảm từ xuống 1,4) hiệu suất trung kế bị giảm số kênh cell Tuy nhiên, bước thiếu để thực bước Đối với bước qui trình tách 4, bán kính cell giảm lần, dung lượng tăng lần Như vậy, ta thấy biện pháp “cell split” làm giảm kích thước cell.Nhưng làm tăng dung lượng hệ thống Biện pháp phải áp dụng theo giai đoạn phát triển mạng Tuy nhiên, biện pháp có số hạn chế kích thước cell giới hạn ( giới hạn công suất xạ BTS MS có hạn, giới hạn vấn đề nhiễu) Đồng thời việc lắp đặt vị trí trạm đòi hỏi kinh phí lớn, việc khảo sát để chọn vị trí thích hợp gặp nhiều khó khăn ( nhà trạm đặt thiết bị, xây dựng cột anten, mạng điện lưới thuận tiện….) Để giải vấn đề dung lượng khu vực có mật độ cao mà biện pháp không giải được, việc sử dụng “minicell” “microcell” trở nên phổ biến với phạm vi phủ sóng nhỏ, công suất xạ BTS ( thường trạm reapter) thấp Kết Luận Bài tổng quan quy hoạch cell trình bày nét cách thức hoạt động cấu trúc, kích thước cell cách đặt thiết kế mạng lưới cell cho vùng tương ứng ... I Tổng Quan Về Cell Trong Mạng GSM 1.Giới Thiệu Chung Về Mạng GSM: Hệ thống thông tin di động toàn cầu (tiếng anh : Global System For Mobile Communications; viết tắt GSM) công nghệ dùng cho mạng. .. Mọi mạng điênh thoại cần cấu trúc định để định tuyến gọi đến tổng đài cần thiết cuối đến thuê bao bị gọi Ở mạng di động,cấu trúc quang trọng tính lưu thông thuê bao mạng Trong hệ thống GSM, mạng. .. Kết nối đường truyền mạng di động GSM/ PLMN mạng khác (cố định hay di động) có mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế Tất gọi vào hay mạng GSM/ PLMN định tuyến thông qua tổng đài vô tuyến cổng
- Xem thêm -

Xem thêm: Tổng Quan Về Cell Trong Mạng GSM, Tổng Quan Về Cell Trong Mạng GSM,