Giải pháp nâng cao chất lượng hệ thống thông tin di động GSM luận văn tốt nghiệp đại học

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ----------------------- Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ---------------------- NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: .…………….………….…… Số hiệu sinh viên: ………………… Khoá:…………………… Khoa: Điện tử - Viễn thông. Ngành: ……………… . 1. Đầu đề đồ án: ……………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… ……… . 2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: …………………………………… …………………………………………… …… ………………………………… . ………………………………………………………………………………………………………………………………. … ……………………… ………………………………………………………………………………………………… 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: ……………………………………………………………………………………………………………… …. ……………………………………………………………………………………………………………………………… …… …. ……………………………………………………………………………………………………………………………… …… .… …. ………………………………………………………………………………………………………………………… 4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): ……………………………………………………………………………………………………………………… …. ………………………………………………………………………………………………………………………… ………. ……………………………………………………………………………………………………………………………… … . 5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: ……………………………………………………… …………………… 6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ……………………………………………………… ………………………… 7. Ngày hoàn thành đồ án: ……………………………………………………………………… ……………… Ngày tháng năm Chủ nhiệm Bộ môn Giảng viên hướng dẫn Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm Cán bộ phản biện SV: Nguyễn Hữu Thao 47K – Điện Tử Viễn Thông 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ----------------------- BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: . Số hiệu sinh viên: . Ngành: Khoá: . Giảng viên hướng dẫn: Cán bộ phản biện: . 1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp: . 2. Nhận xét của cán bộ phản biện: Ngày tháng năm Cán bộ phản biện ( Ký, ghi rõ họ và tên ) SV: Nguyễn Hữu Thao 47K – Điện Tử Viễn Thông 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU Ngành Điện tử Viễn Thông hiện nay đang phát triển một cách nhanh chóng không chỉ ở nước ta mà còn trên toàn thế giới. Đặc biệt là trong thông tin di động, số lượng thuê bao tăng lên một cách chóng mặt trong vài năm trở lại đây, chất lượng phục vụ ngày càng được nâng cao, loại hình dịch vụ cũng ngày càng đa dạng hơn. Dịch vụ thông tin di động ngày nay không chỉ hạn chế cho các khách hàng giàu có nữa mà nó đang dần trở thành dịch vụ phổ cập cho mọi đối tượng viễn thông. Mạng thông tin di động GSM mặc dù không phải đang áp dụng những công nghệ mới tiên tiến nhất nhưng do nhu cầu của người sử dụng nên nó lại đang rất phổ biến và được sử dụng rất rộng rải không chỉ ở nước ta mà trên toàn thế giới với tỉ lệ thuê bao áp đảo. Chính vì vậy, việc nâng cao chất lượng hệ thống thông tin di động GSM là việc làm rất cần thiết và mang một ý nghĩa thực tế rất cao. Ở nước ta hiện nay các nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM là Mobiphone, Vinaphone, Viettel Với những kiến thức tích lũy được sau những năm học tập chuyên nghành Điện Tử - Viễn Thông tại trường Đại Học Vinh em đã tìm hiểu, nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài là “Giải pháp nâng cao chất lượng hệ thống thông tin di động GSM”. Đồ án gồm có 3 chương: Chương I. Tổng quan về hệ thống thông tin di động Chương II. Hệ thống thông tin di động GSM Chương III. Một số giải pháp nâng cao chất lượng hệ thống thông tin di động GSM. Qua đồ án tốt nghiệp này em xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới Th.S Lê Đình Công đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo nhiệt tình giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Sinh viên: SV: Nguyễn Hữu Thao 47K – Điện Tử Viễn Thông 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nguyễn Hữu Thao TÓM TẮT ĐỒ ÁN Chương I: Trình bày những nét cơ bản nhất của hệ thống thông tin di động nói chung. Qua đây, chúng ta có thể nắm được sự hình thành và phát triển của hệ thống thông tin di dộng cũng như các đặc tính cơ bản của nó. Chương II: Đi sâu vào nghiên cứu, tìm hiểu mạng thông tin di động GSM. Phần này làm rõ cấu trúc, chức năng cũng như nguyên lý làm việc của hệ thống và một số tính chất, đặc điểm của mạng di động GSM. Chương III: Trình bày một số giải pháp nhằm nâng cao chất lượng của hệ thống. SV: Nguyễn Hữu Thao 47K – Điện Tử Viễn Thông 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .3 TÓM TẮT ĐỒ ÁN .4 5 7 DANH SÁCH HÌNH VẼ 7 DANH SÁCH BẢNG BIỂU .9 .10 DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT 10 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 15 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA THÔNG TIN DI ĐỘNG 15 1.2 CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 18 1.3 MỘT SỐ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 18 1.3.1 THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ I 18 1.3.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ II .19 1.3.3 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ III 20 1.4 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ GSM LÊN 3G .21 .25 .25 CHƯƠNG II. MẠNG DI ĐỘNG GSM .25 2.1 MÔ HÌNH HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG .25 2.2 CẤ THÀNH PHẦN CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG .26 2.2.1 TRẠM DI ĐỘNG (MS - MOBILE STATION) 26 2.2.2 PHÂN HỆ TRẠM GỐC (BSS – BASE STATION SUBSYSTEM) 27 2.2.3 PHÂN HỆ CHUYỂN MẠCH (SS – SWITCHING SUBSYSTEM) .29 2.2.4 PHÂN HỆ KHAI THÁC VÀ BẢO DƯỠNG (OSS) 32 2.3 CẤU TRÚC ĐỊA LÝ MẠNG DI ĐỘNG GSM .34 2.3.1 VÙNG PHỤC VỤ GSM .34 2.3.2 VÙNG PHỤC VỤ PLMN (PUBLIC LAND MOBILE NETWORK) 34 2.3.3 Vùng phục vụ MSC/VLR .35 2.3.4 Vùng định vị (LA - Location Area) 35 2.3.5 Cell (Tế bào hay ô) .36 2.4 PHƯƠNG PHÁP TRUY NHẬP TRONG MẠNG 37 2.5 BĂNG TẦN SỬ DỤNG TRONG MẠNG GSM 38 SV: Nguyễn Hữu Thao 47K – Điện Tử Viễn Thông 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.6 CÁC CHỈ TIÊU KĨ THUẬT CỦA MẠNG GSM .38 2.7 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN 39 2.7.1 KÊNH VẬT LÝ .39 2.7.2 KÊNH LOGIC .40 2.8 CÁC MÃ NHẬN DẠNG SỬ DỤNG TRONG MẠNG GSM 42 2.9 CÁC DỊCH VỤ TRONG GSM .46 CHƯƠNG III. GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG .48 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM .48 3.1 LÝ THUYẾT DUNG LƯỢNG VÀ CẤP ĐỘ DỊCH .48 3.1.1 LƯU LƯỢNG VÀ KÊNH VÔ TUYẾN ĐƯỜNG TRỤC .48 3.1.2 CẤP ĐỘ DỊCH VỤ - GOS (GRADE OF SERVICE) 49 3.1.3 HIỆU SUẤT SỬ DỤNG TRUNG KẾ (ĐƯỜNG TRỤC) 50 3.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI CHẤT LƯỢNG PHỦ SÓNG 51 3.2.1 TỔN HAO ĐƯỜNG TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN 51 3.2.2 PHADINH .52 3.2.3 ẢNH HƯỞNG NHIỄU C/I VÀ C/A .53 3.2.4 PHÂN TÁN THỜI GIAN 57 3.2.4.1 CÁC TRƯỜNG HỢP PHÂN TÁN THỜI GIAN 58 3.2.4.2 MỘT SỐ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC .59 3.3 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TẾ BÀO 61 3.4 QUY HOẠCH CELL .63 3.4 1 KHÁI NIỆM TẾ BÀO (CELL) .63 3.4.2 KÍCH THƯỚC CELL VÀ PHƯƠNG THỨC PHỦ SÓNG 64 3.4.2.1 KÍCH THƯỚC CELL .64 3.4.2.2 PHƯƠNG THỨC PHỦ SÓNG 65 3.4.3 CHIA CELL (CELLS SPLITTING) 66 3.5 QUY HOẠCH TẦN SỐ .72 3.5.1 TÁI SỬ DỤNG LẠI TẦN SỐ 73 3.5.2 CÁC MẪU TÁI SỬ DỤNG TẦN SỐ .76 3.5.2.1 MẪU TÁI SỬ DỤNG TẦN SỐ 3/9 76 3.5.2.2 MẪU TÁI SỬ DỤNG TẦN SỐ 4/12 78 3.5.2.3 MẪU TÁI SỬ DỤNG TẦN SỐ 7/21 79 3.5.3 THAY ĐỔI QUY HOẠCH TẦN SỐ THEO PHÂN BỐ LƯU LƯỢNG .81 3.5.3.1 THAY ĐỔI QUY HOẠCH TẦN SỐ .81 3.5.3.2 QUY HOẠCH PHỦ SÓNG KHÔNG LIÊN TỤC .83 3.5.4 THIẾT KẾ TẦN SỐ THEO PHƯƠNG PHÁP MRP (MULTIPLE REUSE PATTERNS) .84 3.5.4.1 NHẢY TẦN – FREQUENCY HOPPING .84 3.5.4.2 PHƯƠNG PHÁP ĐA MẪU SỬ DỤNG LẠI MRP – MULTIPLE REUSE PATTERNS 87 * PHÂN CHIA BĂNG TẦN 87 * ẤN ĐỊNH TẦN SỐ .89 SV: Nguyễn Hữu Thao 47K – Điện Tử Viễn Thông 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP * THIẾT KẾ TẦN SỐ .90 3.6 ANTENNA 92 3.6.1 KIỂU LOẠI ANTEN 92 3.6.3 CÔNG SUẤT BỨC XẠ ĐẲNG HƯỚNG TƯƠNG ĐƯƠNG – EIRP .94 3.6.4 ĐỘ CAO VÀ GÓC NGHIÊNG (DOWN TILT) CỦA ANTEN 95 KẾT LUẬN .96 TÀI LIỆU THAM KHẢO .97 PHỤ LỤC 98 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1. Lộ trình phát triển từ 2G-3G .22 Hình 2.1. Mô hình hệ thống GSM .26 Hìn 2.2. Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC .30 Hình 2.3. Phân cấp cấu trúc địa lý mạng GSM .34 Hình 2.4. Các vùng phục vụ MSC/VLR .35 Hình 2.5. Phân chia vùng MSC/VLR thành các vùng định vị LA 36 Hình 2.6. Phân chia vùng định vị thành các ô 37 Hình 2.7. Phân loại kênh logic 41 Hình 3.1. Lưu lượng: Muốn truyền, được truyền, nghẽn 49 Hình 3.2. Xác suất nghẽn GoS 50 Hình 3.3. Tỷ số nhiễu đồng kênh C/I 54 SV: Nguyễn Hữu Thao 47K – Điện Tử Viễn Thông 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3.4a. Hiệu quãng đường lớn .58 Hình 3.4b. Hiệu quãng đường khá lớn 59 Hình 3.4c. Hiệu quãng đường nhỏ . 59 Hình 3.5. Đặt BTS gần chướng ngại vật để tránh phân tán thời gian .60 Hình 3.6. Phạm vi vùng Elip .61 Hình 3.7. Cấu trúc hệ thống thông tin di động trước đây 62 Hình 3.8. Hệ thống thông tin di động sử dụng cấu trúc tế bào 63 Hình 3.9. Khái niệm Cell .63 Hình 3.10. Khái niệm về biên giới của một Cell .64 Hình 3.11. Omni (360 0 ) Cell site .65 Hình 3.12. Sector hóa 120 0 .66 Hình 3.13. Phân chia Cell 67 Hình 3.14. Các Omni (360 0 ) Cells ban đầu .67 Hình 3.15. Giai đoạn 1: Sector hóa .68 Hình 3.16. Tách chia 1:3 thêm lần nữa .69 Hình 3.17. Tách chia 1:4 (sau lần đầu chia 3) .70 Hình 3.18. Mảng mẫu gồm 7 cells 73 Hình 3.19. Khoảng cách tái sử dụng tần số .74 Hình 3.20. Sơ đồ tính C/I .75 Hình 3.21. Mẫu tái sử dụng lại tần số 3/9 .77 Hình 3.22. Mẫu tái sử dụng lại tần số 4/12 .79 Hình 3.23. Mẫu tái sử dụng tần số 7/21 80 Hình 3.24. Thay đổi quy hoạch tần số .82 Hình 3.25. Phủ sóng không liên tục 84 Hình 3.26. Hiệu quả của kỹ thuật nhảy tần trên phân tập nhiễu của một mạng lưới .85 Hình 3.27. Ví dụ về thiết kế tần số với phương pháp MRP 90 Hình 3.28. Anten vô hướng (Omni antenna) .93 Hình 3.29. Đã được Sector hóa .93 SV: Nguyễn Hữu Thao 47K – Điện Tử Viễn Thông 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3.30. Anten vô hướng có góc nghiêng bằng 0 độ .95 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 3.1. Hiệu suất sử dụng trung kế 51 Bảng 3.2. Bảng thống kê về mật độ lưu lượng qua các bước tách cell .71 Bảng 3.3. Bảng quan hệ N & C/I 75 Bảng 3.4. Các tần số ở mẫu 3/9 .76 Bảng 3.5. Các tần số ở mẫu 4/12 78 Bảng 3.6. Các tần số ở mẫu 7/21 .80 Bảng 3.7. Thay đổi quy hoạch tần số 82 Bảng 3.8. Cấu hình MRP 12/8/6/4 91 SV: Nguyễn Hữu Thao 47K – Điện Tử Viễn Thông 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT A ACCH Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết AGCH Access Grant Channel Kênh cho phép truy nhập ARFCH Absolute Radio Frequency Kênh tần số tuyệt đối Channel AUC Authentication Center Trung tâm nhận thực AVDR Average Drop Call Rate Tỉ lệ rớt cuộc gọi trung bình B BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bít Bm Full Rate TCH TCH toàn tốc BS Base Station Trạm gốc SV: Nguyễn Hữu Thao 47K – Điện Tử Viễn Thông 10 . hóa hệ thống thông tin di động thế hệ II với tên gọi IMT – 2000. 1.3.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ III Hệ thống thông tin di động thế hệ III là hệ thống. tiêu tốn ít năng lượng. 1.3 Một số hệ thống thông tin di động 1.3.1 Thông tin di động thế hệ I Các hệ thống thông tin di động tổ ong thế hệ I bao gồm: -