Nghiên cứu về quy hoạch mạng thông tin di động VinaPhone Hà Nội

Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học, đặc biệt là khoa học công nghệ Điện tử - Tin học đã cho phép con người thoả mãn về nhu cầu trao đổi thông tin; Cùng với sự phát triển đó thì cũng có sự phát triển của các loại hình thông tin khác như: Dịch vụ truyền số liệu, thông tin di động, nhắn tin, điện thoại thẻ, Internet ... đã giải quyết được nhu cầu thông tin toàn cầu. Riêng hệ thống thông tin di động - GSM đã phát triển mạnh mẽ với số lượng thuê bao ngày càng tăng và đã chứng tỏ được tính ưu việt của hệ thống. Và trong thập kỷ 90 này, ngành Bưu Điện Việt Nam tuy chưa phát triển như các nước trong khu vực cũng như trên thế giới song TTDĐ ở Việt Nam đã sớm phát triển và ứng dụng những công nghệ mới nhất, đã đáp ứng được nhu cầu thông tin di động của xã hội. Trong quá trình học tập tại Khoa Điện tử - Viễn thông Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, được sự giảng dạy chỉ bảo của các thầy cô giáo, sự cố gắng học hỏi nghiên cứu của bản thân, em đã có những hiểu biết nhất định về mạng thông tin di động, đặc biệt là mạng thông tin di động VinaPhone Hà Nội. Trong đề tài tốt nghiệp của mình, em đã nghiên cứu và xin trình bày những nội dung sau: - Nghiên cứu tổng quan về hệ thống thông tin di động. - Nghiên cứu về quy hoạch mạng thông tin di động VinaPhone Hà Nội. Dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình tìm hiểu và thực tập tại Ct. GPC song vẫn khó tránh khỏi những thiếu sót trong bản Đồ án tốt nghiệp này. Vậy, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp, nhận xét của các thầy cô giáo và toàn thể các bạn.

 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nguyễn Thị Song Hà LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học, đặc biệt là khoa học công nghệ Điện tử - Tin học đã cho phép con người thoả mãn về nhu cầu trao đổi thông tin; Cùng với sự phát triển đó thì cũng có sự phát triển của các loại hình thông tin khác như: Dịch vụ truyền số liệu, thông tin di động, nhắn tin, điện thoại thẻ, Internet . đã giải quyết được nhu cầu thông tin toàn cầu. Riêng hệ thống thông tin di động - GSM đã phát triển mạnh mẽ với số lượng thuê bao ngày càng tăng và đã chứng tỏ được tính ưu việt của hệ thống. Và trong thập kỷ 90 này, ngành Bưu Điện Việt Nam tuy chưa phát triển như các nước trong khu vực cũng như trên thế giới song TTDĐ ở Việt Nam đã sớm phát triển và ứng dụng những công nghệ mới nhất, đã đáp ứng được nhu cầu thông tin di động của xã hội. Trong quá trình học tập tại Khoa Điện tử - Viễn thông Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, được sự giảng dạy chỉ bảo của các thầy cô giáo, sự cố gắng học hỏi nghiên cứu của bản thân, em đã có những hiểu biết nhất định về mạng thông tin di động, đặc biệt là mạng thông tin di động VinaPhone Hà Nội. Trong đề tài tốt nghiệp của mình, em đã nghiên cứu và xin trình bày những nội dung sau: - Nghiên cứu tổng quan về hệ thống thông tin di động. - Nghiên cứu về quy hoạch mạng thông tin di động VinaPhone Hà Nội. Dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình tìm hiểu và thực tập tại Ct. GPC song vẫn khó tránh khỏi những thiếu sót trong bản Đồ án tốt nghiệp này. Vậy, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp, nhận xét của các thầy cô giáo và toàn thể các bạn. 1  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nguyễn Thị Song Hà Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Lâm Hồng Thạch, cán bộ giảng dạy khoa Điện tử - Viễn thông trường Đại học Bách Khoa đã tận tình hướng dẫn chỉ bảo và động viên để em hoàn thành bản đồ án này. 2  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nguyễn Thị Song Hà PHẦN I TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CHƯƠNG I LỊCH SỬ VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ NGUYÊN LÝ THÔNG TIN TỔ ONG I-/ LỊCH SỬ VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 1-/ Thế hệ thứ nhất Xuất hiện năm 1946, sử dụng công nghệ Đa Truy Nhập Phân Chia Theo Tần Số (FDMA-Frequency Division Multiple Access). Khả năng phục vụ của hệ thống là nhỏ, chất lượng không cao và giá thành cao. 2-/ Thế hệ thứ hai Từ năm 1970÷1979 cùng với sự ra đời và phát triển của các bộ vi xử lý (µΡ-µicro Ρrocessing) đã mở ra một trang mới cho thông tin di động. Đây là một mạng tương tự sử dụng FDMA và TDMA (Time Division Multiple Access-Đa Truy Nhập Phân Chia Theo Thời Gian). Do hạn chế bởi vùng phủ sóng của các anten phát và sử dụng nhiều trạm phát thu cho một trạm phát. 3-/ Thế hệ thứ ba Đã xuất hiện mạng tổ ong tương tự (1979÷1990). Các trạm thu phát này được đặt theo các ô hình tổ ong, mỗi ô được gọi là một cell. Mạng này sử dụng kỹ thuật TDMA và cho phép sử dụng lại tần số, cho phép chuyển giao giữa các cell trong cuộc gọi. Với tần số 450÷900 MHz có các mạng điển hình là: • AMPS (Advanced Mobile Phone System - Hệ Thống Điện Thoại Di Động Tiên Tiến) đưa vào hoạt động tại Mỹ năm 1979. • NMT (Nordric Mobile Telephone System - Hệ Thống Điện Thoại Di Động Bắc  u) hệ thống của các nước Bắc Âu. • TACS (Total Access Communication System - Hệ Thống Thông Tin Thâm Nhập Toàn Bộ) sử dụng tần số 900 MHz là mạng thiết 3  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nguyễn Thị Song Hà kế cho số lượng lớn thuê bao di động vận hành vào năm 1985. Tất cả các mạng trên đều được dựa trên mạng truyền thoại tương tự bằng điều chế tần số. Vùng phủ sóng của nó ở mức quốc gia và việc phục vụ đạt tới vài trăm thuê bao. Hệ thống lớn nhất ở Anh với khả năng phục vụ 1 triệu thuê bao năm 1990. 4-/ Thế hệ thứ tư Là thiết kế dựa trên truyền dẫn số, điển hình là các mạng: • GSM_900 ( Global System for Mobile Communications - Hệ Thống Thông Tin Di Động Toàn Cầu) là hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ FDMAvàTDMA băng tần 900 MHz được đưa vào hoạt động năm 1992 tại Châu Âu. • DCS (GSM_1800 - Digital Cellular System - Hệ Thống Tổ Ong Số) dựa trên mạng GSM sử dụng băng tần 1800 MHz. • CDMA (Code Division Multiple Access - Đa Truy Nhập Phân Chia Theo Mã) là hệ thống thông tin di động sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã. Hệ thống này đã được sử dụng tại Bắc Mỹ và một số nước Châu á - Thái Bình Dương đã cho hiệu quả đáng kể. II-/ NGUYÊN LÝ THÔNG TIN TỔ ONG 1-/ Tổng quan Một hệ thống điện thoại tổ ong kết nối các thuê bao Trạm Di Động (MS - Mobile Station) với hệ thống điện thoại công cộng hoặc với thuê bao MS của hệ thống tổ ong khác. Thông tin được truyền giữa thuê bao MS và mạng tổ ong sử dụng thông tin vô tuyến. Nhờ đó, loại bỏ được sự cần thiết các dây nối cố định sử dụng trong khi lắp đặt điện thoại truyền thông. Do đó, thuê bao MS có thể di chuyển xung quanh và trở thành hoàn toàn di động, có thể đi trên xe hay đi bộ. Ngoài ra các mạng tổ ong còn có nhiều thuận lợi hơn các mạng điện thoại “mặt đất” đang có như là: có tính di động, có tính mềm dẻo, tiện lợi (đối với thuê bao di động); có tính mềm dẻo trong việc mở rộng mạng, có lợi nhuận cao, hiệu quả . 2-/ Các thành phần mạng 4  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nguyễn Thị Song Hà Các mạng GSM (Global System for Mobile Communication - Hệ Thống Thông Tin Di Động Toàn Cầu) được tạo ra bởi các MSC (Mobile Services Switching Centre_Trung Tâm Chuyển Mạch Các Nghiệp Vụ Di Động), BSS (Base Station System_Hệ Thống Trạm Gốc) và MS. Ba thành phần này có thể chia thành những phần tử nhỏ hơn, ví dụ như: trong BSS ta có các BSC (Base Station Controller_Bộ Điều Khiển Trạm Gốc), các BTS (Base Transceiver Station_Trạm Thu Phát Vô Tuyến Gốc) và XCDR (Trascoder_Bộ Chuyển Mã). MS trong mạng tổ ong được đặt ở trong các ‘ô’ (cell), các ô này được cung cấp bởi các BSS. Mỗi BSS có thể cung cấp một hay nhiều ô, dựa vào thiết bị của nhà sản xuất. Ô bình thường được vẽ theo hình lục giác nhưng trong thực tế chúng không có hình dáng đúng như vậy, đây là kết quả do ảnh hưởng của địa hình xung quanh hoặc do sự thiết kế bởi nhà quy hoạch mạng. 3-/ Tần số ấn định cho GSM Chỉ có các khe hẹp của băng tần được ấn định cho thông tin tổ ong. Danh sách ở dưới đây trình bày số lượng các tần số và phổ được phân bổ cho GSM_900, GSM mở rộng 900 (Extended GSM_900-EGSM_900), GSM_1800 (DCS_1800-Digital Cellurlar System 1800) và PCS_1900. Các dải tần số: * GSM-900: • Thu (hướng lên) 890-915 MHz. • Phát ( hướng xuống) 935-960 MHz. • 124 Kênh tần số vô tuyến tuyệt đối (ARFCN). * EGSM-900: 5 B SS B SS B SS B SS B SS B SS B SS MS PSTN - Mạng Điện Thoại Chuyển Mạch Công Cộng. MSC - Trung Tâm Chuyển Mạch Các Nghiệp Vụ Di Động. MS - Trạm Di Động. - Vùng phủ sóng của ô. HÌNH-1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỔ ONG SỐ GSM BSS BSS MSCPSTN  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nguyễn Thị Song Hà • Thu (hướng lên) 880-915 MHz. • Phát (huớng xuống) 925-960 MHz. • 175 Kenh Tần Số Vô Tuyến Tuyệt Đối. * GSM-1800 (DCS-1800): • Thu (hướng lên) 1710-1785 MHz. • Phát (hướng xuống) 1805-1880 MHz. • 374 Kênh Tần Số Vô Tuyến Tuyệt Đối. * PCS-1900: • Thu (hướng lên) 1850-1910 MHz. • Phát (hướng xuống) 1930-1990 MHz. • 299Kênh Tần Số Vô Tuyến Tuyệt Đối. * ARFCN: • Độ rộng băng tần bằng 200 MHz. • 8 khe thời gian TDMA. 4-/ Ô vô tuyến 4.1- Ô và sự hình thành ô vô tuyến Vùng bao phủ sóng của một trạm thu phát vô tuyến gốc được gọi là một ô. Hình dạng của các ô phụ thuộc vào vị trí địa lý của nơi đặt BTS, công suất phát của từng trạm BTS là dạng angten phát. Có 2 loại angten phát: angten đẳng hướng và angten vô hướng; angten đẳng hướng là angten có hướng tập chung năng lượng ở các dẻ quạt; nếu chúng ta có 2 BTS với các angten vô hướng và ta yêu cầu danh giới giữa vùng phủ sóng của 2 BTS là tập hợp mà các điểm mà ở 6 HÌNH-2: ĂNG TEN VÔ HƯỚNG BTS BTS BTS BT S BT S BT S BT S BT S BT S BT S HÌNH-3  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nguyễn Thị Song Hà đó tín hiệu của cả 2 BTS là như nhau thì nó được danh giới là một đường thẳng (Hình-2). Ở hình 3: Nếu ta lặp lại phương thức nói trên bằng cách đặt xung quanh 1 BTS bởi 6 BTS khác thì vùng phủ sóng của nó nhận được có dạng hình lục giác (hình lục giác này trở thành một dạng ký hiệu cho một ô ở trong mạng TTDĐ). 4.2- Kích thước ô Độ lớn của vùng phủ sóng hay kích thước của ô chủ yếu phụ thuộc vào các yếu tố sau là: • Công suất ra của máy phát vô tuyến. • Băng tần được sử dụng. • Chiều cao và vị trí của tháp angten. • Kiểu loại angten. • Địa hình của vùng phủ sóng. • Độ nhạy của máy thu vô tuyến. Thông thường độ nhạy của máy thu và băng tần được cố định; cho nên ở các hệ thống TTDĐ, vùng phủ sóng hữu hiệu nhất nhận được từ trạm BTS cao và công suất máy phát lớn nhưng quan niệm này không thể được sử dụng ở nơi có mật độ lưu lượng thoại cao. Hiện nay, có hai dạng angten (phụ thuộc vào dạng ô và kích thước ô) thường được sử dụng đó là angten vô hướng và angten đẳng hướng. Bằng cách điều chỉnh công suất phát ra của các máy phát ở BTS ta có thể làm thay đổi vùng phủ sóng theo yêu cầu. Đặc biệt là khi số lượng thuê bao tăng nhanh, mật độ lưu lượng trong mạng trở nên lớn nhất là ở các thành phố đông dân trên thế giới dẫn đến việc người ta phải tìm kiếm thêm các nguồn kênh mới; nhưng hiệu quả nhất là sự phân chia khoảng không gian hiện tại của các ô thành các phần nhỏ hơn, do vậy số ô trong toàn mạng sẽ tăng lên nhân với số kênh hiện có ở một ô và do đó ta sẽ có dung lượng lớn hơn cho toàn bộ mạng. Và vì thế mức công suất dùng ở các ô sẽ giảm xuống để tránh nhiễu cho các ô lân cận dẫn đến giảm kích cỡ của ắc quy dùng cho MS và yêu cầu MS giảm kích cỡ và trọng lượng. Điều này làm cho mạng di động trở nên hấp dẫn hơn đối với người sử dụng mới. 4.3- Các thông số của ô 7  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nguyễn Thị Song Hà Đối với từng ô được thiết kế, người ta phải điền vào một mẫu biểu có chứa các thông tin được gọi là các thông số của ô. Các thông tin này được chuyển vào một bản sao số liệu trên băng từ và được nạp vào BSC. Các thông số của ô là: • Các thông số nhận dạng ô. • Số liệu về cấu hình kênh. • Số liệu về thông tin hệ thống được phát quảng bá ở SACCH. • Các thông số định vị cho ô và các ô lân cận. • Các suy hao phần cứng. • Các thông tin về angten và thiết bị thu phát vô tuyến. • Các thông số chung cho tất cả các ô ở cùng một mạng. 5-/ Mẫu sử dụng lại tần số GSM chuẩn có tổng số 124 tần số sẵn dùng trong một mạng. Hầu hết các nhà cung cấp mạng chắc chắn không thể sử dụng tất cả các tần số này và thông thường chỉ được phân bổ một tập con của 124. Hệ thống TTDĐ - GSM hay dùng 3 mẫu sử dụng lại tần số sau: • Mẫu ô 7/21: sử dụng nhóm gồm 21 tần số, mỗi nhóm sử dụng 7 trạm gốc. • Mẫu ô 4/12: sử dụng nhóm gồm 12 tần số, mỗi nhóm sử dụng 4 trạm gốc. • Mẫu ô 3/ 9 : sử dụng nhóm gồm 9 tần số, mỗi nhóm sử dụng 3 trạm gốc. Các mẫu này sử dụng cho các trạm gốc có các angten phát 3 hướng, mỗi hướng dành cho 1 ô và có góc phương vị phân cách nhau 120°. Mỗi ô có hình dạng tương tự như một hình lục giác, có bán kính bằng 1\3 khoảng cách giữa các trạm gốc. 6-/ Chuyển mạch và điều khiển Thành lập vùng phủ sóng vô tuyến qua việc sử dụng các ô (cả vô hướng lẫn có hướng). Khi MS có khuynh hướng di chuyển từ vùng phủ sóng của ô này sang vùng phủ sóng của ô khác thì việc chuyển giao sẽ được điều khiển bởi một vài thành phần và trong GSM thành phần đó gọi là MSC. Để thực hiện việc chuyển giao, mạng phải biết ô lân cận nào để MS chuyển giao tới và để đảm bảo có thể chuyển giao tới ô tốt nhất thì MS sẽ thực hiện việc đo các ô lân cận của nó và báo cáo kết quả về mạng; các kết quả này sẽ được phân tích cùng với phép đo mà mạng thực hiện và một quyết định được tạo ra trên nền 8  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nguyễn Thị Song Hà tảng chung cần phải chuyển giao. Nếu một sự chuyển giao được yêu cầu thì các giao thức báo hiệu có liên quan được thành lập và sự chuyển giao được điều khiển bởi MSC; sự chuyển giao này sẽ phải trong suốt với thuê bao MS và có nghĩa là thuê bao không nhận thức được rằng có một sự chuyển giao đang xảy ra. 9  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nguyễn Thị Song Hà CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC CÁC THÀNH PHẦN CỦA MẠNG TTDĐ-GSM I-/ GIỚI THIỆU VỀ MẠNG TTDĐ-GSM 1-/ Sơ đồ cấu trúc mạng TTDĐ-GSM * ISDN_Intergrated Service Digital Network Mạng tổ hợp số đa dịch vụ. * PSTN_Public Switching Telephone Network Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng. * PLMN_Public Land Mobile Network 10 CSPDN PLMN N NSS BSS giao tiếp VT OMS Truyền dẫn tin tức v kà ết nối cuộc gọi. HÌNH-4: C C TH NH PHÁ À ẦN MẠNG GSM ISDN PSDN PSPDN VLR HLR EIR AUC MSC BTS MS BSC PLMN