Giải pháp nâng cao chất lượng hệ thống thông tin di động gsm

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÕA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH Độc lập - Tự - Hạnh phúc - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: …………….………….…… Số hiệu sinh viên: ………………… Khố:…………………… Khoa: Điện tử - Viễn thơng 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 giảng viên hướng dẫn: ……………………………………………………… …………………… Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ……………………………………………………… ………………………… Ngày hoàn thành đồ án: ……………………………………………………………………… ……………… Ngày Chủ nhiệm Bộ môn tháng năm Giảng viên hƣớng dẫn Sinh viên hoàn thành nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm Cán phản biện SV: Nguyễn Hữu Thao 47K – Điện Tử Viễn Thông ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH - BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Số hiệu sinh viên: Ngành: Khoá: Giảng viên hƣớng dẫn: Cán phản biện: Nội dung thiết kế tốt nghiệp: Nhận xét cán phản biện: Ngày tháng năm Cán phản biện ( Ký, ghi rõ họ tên ) SV: Nguyễn Hữu Thao 47K – Điện Tử Viễn Thông ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NĨI ĐẦU Ngành Điện tử Viễn Thơng phát triển cách nhanh chóng khơng nƣớc ta mà cịn tồn giới Đặc biệt thông tin di động, số lƣợng thuê bao tăng lên cách chóng mặt vài năm trở lại đây, chất lƣợng phục vụ ngày đƣợc nâng cao, loại hình dịch vụ ngày đa dạng Dịch vụ thông tin di động ngày không hạn chế cho khách hàng giàu có mà dần trở thành dịch vụ phổ cập cho đối tƣợng viễn thông Mạng thông tin di động GSM áp dụng công nghệ tiên tiến nhƣng nhu cầu ngƣời sử dụng nên lại phổ biến đƣợc sử dụng rộng rải không nƣớc ta mà toàn giới với tỉ lệ th bao áp đảo Chính vậy, việc nâng cao chất lƣợng hệ thống thông tin di động GSM việc làm cần thiết mang ý nghĩa thực tế cao Ở nƣớc ta nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng hệ thống thơng tin di động tồn cầu GSM Mobiphone, Vinaphone, Viettel Với kiến thức tích lũy đƣợc sau năm học tập chuyên nghành Điện Tử - Viễn Thơng trƣờng Đại Học Vinh em tìm hiểu, nghiên cứu hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “Giải pháp nâng cao chất lƣợng hệ thống thơng tin di động GSM” Đồ án gồm có chƣơng: Chƣơng I Tổng quan hệ thống thông tin di động Chƣơng II Hệ thống thông tin di động GSM Chƣơng III Một số giải pháp nâng cao chất lƣợng hệ thống thông tin di động GSM Qua đồ án tốt nghiệp em xin đƣợc gửi lời cảm ơn chân thành tới Th.S Lê Đình Cơng trực tiếp hƣớng dẫn bảo nhiệt tình giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Hữu Thao SV: Nguyễn Hữu Thao 47K – Điện Tử Viễn Thơng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TĨM TẮT ĐỒ ÁN Chƣơng I: Trình bày nét hệ thống thơng tin di động nói chung Qua đây, nắm đƣợc hình thành phát triển hệ thống thông tin di dộng nhƣ đặc tính Chƣơng II: Đi sâu vào nghiên cứu, tìm hiểu mạng thông tin di động GSM Phần làm rõ cấu trúc, chức nhƣ nguyên lý làm việc hệ thống số tính chất, đặc điểm mạng di động GSM Chƣơng III: Trình bày số giải pháp nhằm nâng cao chất lƣợng hệ thống SV: Nguyễn Hữu Thao 47K – Điện Tử Viễn Thơng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU TÓM TẮT ĐỒ ÁN DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH BẢNG BIỂU 10 DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT 11 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 16 1.1 Lịch sử phát triển thông tin di động 16 1.2 Các đặc tính hệ thống thông tin di động 18 1.3 Một số hệ thống thông tin di động 19 1.3.1 Thông tin di động hệ I 19 1.3.2 Hệ thống thông tin di động hệ II 20 1.3.3 Hệ thống thông tin di động hệ III 21 1.4 Lộ trình phát triển từ GSM lên 3G 21 CHƢƠNG II MẠNG DI ĐỘNG GSM 26 2.1 Mô hình hệ thống thơng tin di động 26 2.2 Cấ thành phần chức 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 bảo dƣỡng (OSS) 33 2.3 Cấu trúc địa lý mạng di động GSM 34 2.3.1 Vùng phục vụ GSM 35 2.3.2 Vùng phục vụ PLMN (Public Land Mobile Network) 35 2.3.3 Vùng phục vụ MSC/VLR 35 2.3.4 Vùng định vị (LA - Location Area) 36 2.3.5 Cell (Tế bào hay ô) 36 2.4 Phƣơng pháp truy nhập mạng 37 SV: Nguyễn Hữu Thao 47K – Điện Tử Viễn Thông ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.5 Băng tần sử dụng mạng GSM 38 2.6 Các tiêu kĩ thuật mạng GSM 39 2.7 Giao diện vô tuyến 40 2.7.1 Kênh vật lý 40 2.7.2 Kênh logic 40 2.8 Các mã nhận dạng sử dụng mạng GSM 42 2.9 Các dịch vụ GSM 46 CHƢƠNG III GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 48 3.1 Lý thuyết dung lƣợng cấp độ dịch 48 3.1.1 Lƣu lƣợng kênh vô tuyến đƣờng trục 48 3.1.2 Cấp độ dịch vụ - GoS (Grade of Service) 49 3.1.3 Hiệu suất sử dụng trung kế (đƣờng trục) 50 3.2 Các yếu tố ảnh hƣởng tới chất lƣợng phủ sóng 51 3.2.1 Tổn hao đƣờng truyền sóng vơ tuyến 51 3.2.2 Phadinh 52 3.2.3 Ảnh hƣởng nhiễu C/I C/A 53 3.2.4 Phân tán thời gian 57 3.2.4.1 Các trƣờng 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 Khái niệm tế bào (Cell) 63 3.4.2 Kích thƣớc Cell phƣơng thức phủ sóng 64 3.4.2.1 Kích thƣớc Cell 64 3.4.2.2 Phƣơng 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 SV: Nguyễn Hữu Thao 47K – Điện Tử Viễn Thông ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 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 lƣu lƣợng 81 3.5.3.1 Thay đổi quy hoạch tần số 81 3.5.3.2 Quy hoạch phủ sóng khơng liên tục 83 3.5.4 Thiết kế tần số theo phƣơng pháp MRP (Multiple Reuse Patterns) 84 3.5.4.1 Nhảy tần – Frequency Hopping 84 3.5.4.2 Phƣơng pháp đa mẫu sử dụng lại MRP – Multiple Reuse Patterns 87 3.6 Antenna 92 3.6.1 Kiểu loại anten 92 3.6.3 Công suất xạ đẳng hƣớng tƣơng đƣơng – EIRP 94 3.6.4 Độ cao góc nghiêng (down tilt) anten 95 KẾT LUẬN 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 PHỤ LỤC 98 SV: Nguyễn Hữu Thao 47K – Điện Tử Viễn Thông ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Lộ trình phát triển từ 2G-3G 22 Hình 2.1 Mơ hình hệ thống GSM 26 Hìn 2.2 Chức xử lý gọi 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 vùng định vị LA 36 Hình 2.6 Phân chia vùng định vị thành ô 37 Hình 2.7 Phân loại kênh logic 41 Hình 3.1 Lƣu lƣợng: Muốn truyền, đƣợc truyền, nghẽn 49 Hình 3.2 Xác suất nghẽn GoS 50 Hình 3.3 Tỷ số nhiễu đồng kênh C/I 54 Hình 3.4a Hiệu quãng đƣờng lớn 58 Hình 3.4b Hiệu quãng đƣờng lớn 59 Hình 3.4c Hiệu quãng đƣờng nhỏ 59 Hình 3.5 Đặt BTS gần chƣớng 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 trƣớc 62 Hình 3.8 Hệ thống thơng tin di động sử dụng cấu trúc tế bào 63 Hình 3.9 Khái niệm Cell .63 Hình 3.10 Khái niệm biên giới Cell 64 Hình 3.11 Omni (3600) Cell site 65 Hình 3.12 Sector hóa 1200 66 Hình 3.13 Phân chia Cell 67 Hình 3.14 Các Omni (3600) Cells ban đầu .67 Hình 3.15 Giai đoạn 1: Sector hóa 68 Hình 3.16 Tách chia 1:3 thêm lần .69 Hình 3.17 Tách chia 1:4 (sau lần đầu chia 3) 70 SV: Nguyễn Hữu Thao 47K – Điện Tử Viễn Thơng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3.18 Mảng mẫu gồm 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 khơng liên tục .84 Hình 3.26 Hiệu kỹ thuật nhảy tần phân tập nhiễu mạng lƣới 85 Hình 3.27 Ví dụ thiết kế tần số với phƣơng pháp MRP 90 Hình 3.28 Anten vơ hƣớng (Omni antenna) 93 Hình 3.29 Đã đƣợc Sector hóa 93 Hình 3.30 Anten vơ hƣớng có góc nghiêng độ 95 SV: Nguyễn Hữu Thao 47K – Điện Tử Viễn Thông ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Hiệu suất sử dụng trung kế 51 Bảng 3.2 Bảng thống kê mật độ lƣu lƣợng qua bƣớc tách cell 71 Bảng 3.3 Bảng quan hệ N & C/I 75 Bảng 3.4 Các tần số mẫu 3/9 76 Bảng 3.5 Các tần số mẫu 4/12 78 Bảng 3.6 Các tần số 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 10 47K – Điện Tử Viễn Thông ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ta quan tâm đến kỹ thuật nhảy tần – Frequency Hopping Kỹ thuật nhảy tần đƣa hai khái niệm phân tán tần số phân tán nhiễu - Phân tán tần số: Tần số đƣợc phân chia nhằm cân chất lƣợng tín hiệu thuê bao cho dù thuê bao di chuyển nhanh hay chậm Điều có nghĩa độ dự trữ cho phađinh nhanh (Rayleigh Fading) khơng cần thiết Chính nhờ hiệu phân tán tần số mà vùng phủ sóng đƣợc tăng lên giảm đƣợc độ trữ cho phađinh nhanh Ngày nay, quy hoạch cell tiêu biểu dùng dB cho dự trữ phađinh nhanh - Phân tán nhiễu: Cƣờng độ nhiễu đƣợc chia sẻ cho thuê bao để quy mức nhiễu trung bình Nói chung, với mạng lƣới sử dụng kỹ thuật nhảy tần ta giảm cự ly tái sử dụng tần số cải thiện đƣợc dung lƣợng hệ thống so với mạng không sử dụng kỹ thuật nhảy tần * Hiệu kỹ thuật nhảy tần Phân tán nhiễu kỹ thuật nhảy tần đƣợc nhìn nhận nhƣ giảm tƣơng quan tín hiệu nhiễu trải qua cụm (burst) liên tiếp Hình 3.26 Hiệu kỹ thuật nhảy tần phân tập nhiễu mạng lưới SV: Nguyễn Hữu Thao 85 47K – Điện Tử Viễn Thông ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kích thƣớc mũi tên phản ánh nhiễu tƣơng quan cell đồng kênh Hình 3.26 mơ tả suy giảm tƣơng quan tín hiệu ba trƣờng hợp, đƣờng lên uplink kết nối cell A bị gây nhiễu trạm di động cell đồng kênh Cell A đƣợc ấn định tần số 10 ba trƣờng hợp Trƣờng hợp thứ nhất, mạng không sử dụng kỹ thuật nhảy tần MS kết nối kênh tần số cell A Sau nhiễu I xuất từ thuê bao cell B đồng thời hoạt động kênh tần số Tƣơng quan tín hiệu nhiễu cụm liên tiếp cao Nhƣ chất lƣợng kết nối xấu Tình hình cải thiện cell đồng kênh ngừng phát tín hiệu kênh tần số kết nối cell A đƣợc thực chuyển giao Handover (bởi Intra – cell Handover, hay Inter – cell Handover) Trong trƣờng hợp thứ hai, trƣờng hợp nhảy tần quy hoạch tần số truyền thống, nhóm tần số ấn định cho cell Kết nối cell A nhảy hai kênh tần số (1 10), cell B Do đó, nguồn nhiễu thay đổi hai thuê bao cell B, gây hai tín hiệu nhiễu I I2 Bởi cƣờng độ hai tín hiệu nhiễu có khác rõ rệt, tƣơng quan tín hiệu nhiễu thấp cho cụm liên tiếp Nói cách khác, phân tán nhiễu tăng lên so với trƣờng hợp không dùng kỹ thuật nhảy tần Trƣờng hợp cuối cùng, thiết kế tần số bất quy tắc kết hợp với kỹ thuật nhảy tần Điểm đặc biệt trƣờng hợp khơng có ấn định tần số sử dụng cell cell đồng kênh Do đó, cell B cell đồng kênh phận cell A, chúng có tần số dùng chung Mặt khác, xếp tạo số cell đồng kênh phận lớn hơn, ví dụ cell C Trong trƣờng hợp này, cụm khác kết nối cell A bị nhiễu thuê bao cell khác Do đó, cụm liên tiếp trải qua tín hiệu nhiễu I1 I2 , thơng thƣờng khơng tƣơng quan Chính vậy, trƣờng hợp phân tán nhiễu cao SV: Nguyễn Hữu Thao 86 47K – Điện Tử Viễn Thông ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP so với thiết kế tần số theo truyền thống Mà thuật ngữ gọi “Phân tán nhiễu tối đa” – “Maximizing Interference Diversity” Ví dụ trình bày cách thức để đạt đƣợc phân tán nhiễu tối đa, thiết kế tần số khơng sử dụng nhóm tần số cố định thích hợp Tuy nhiên, cách thiết kế tần số biểu hạn chế, bao gồm việc thiết kế lại phạm vi rộng cần thiết cho hệ thống tiến triển mở rộng không ngừng Áp dụng kỹ thuật đa mẫu sử dụng lại – MRP đạt đƣợc phân tán nhiễu tối đa mà trì cấu trúc thiết kế tần số 3.5.4.2 Phƣơng pháp đa mẫu sử dụng lại MRP – Multiple Reuse Patterns Phƣơng pháp MRP phƣơng pháp tổng quát để đạt đƣợc dung lƣợng cao cách sử dụng lại tần số kết hợp với kỹ thuật nhảy tần Phƣơng pháp MRP khai thác lợi kỹ thuật nhảy tần nhằm tăng dung lƣợng Cơ sở phƣơng pháp MRP phân chia tần số thành mẫu lớp băng tần số khác biệt với mức độ sử dụng lại khác dùng kỹ thuật nhảy tần kết hợp chúng lại mức sử dụng lại trung bình Với mục đích triển khai đƣợc nhiều tốt thu phát TRX cell để tối thiểu chi phí cho lắp đặt trạm Phần ta xét tới MRP sử dụng nhảy tần băng * Phân chia băng tần Bƣớc phƣơng pháp MRP phân chia phổ tần sẵn có thành băng tần khác Một băng tần băng tần BCCH, hay nhiều băng tần TCH theo nghĩa tần số đƣợc dùng làm tần số BCCH cell khơng đƣợc sử dụng làm tần số TCH cell khác ngƣợc lại Băng tần BCCH dùng để thiết kế cho kênh điều khiển quảng bá BCCH Lý dùng tần số BCCH là:  Lưu lượng khơng phụ thuộc vào đặc tính giải mã BSIC: Khi MS cố gắng giải mã BSIC (Base Station Identity Code – Mã nhận dạng trạm gốc) kênh đồng SCH (Synchronisation Channel), đặc tính khơng bị ảnh SV: Nguyễn Hữu Thao 87 47K – Điện Tử Viễn Thông ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP hƣởng tải lƣu lƣợng Lý lƣu lƣợng đƣợc ấn định vào tần số TCH không làm nhiễu loạn tần số BCCH mà kênh đồng SCH ánh xạ vào Giải mã nhận dạng trạm gốc BSIC quan trọng hiệu suất chuyển giao (Handover) Hiệu suất handover không tốt làm tăng số lƣợng gọi bị rớt  Đơn giản hóa việc khai báo danh sách cell lân cận: Với băng tần BCCH riêng biệt, số lƣợng tần số cell lân cận đƣợc giảm bớt Việc thiết kế đơn giản mà tất tần số ngoại trừ tần số BCCH cell danh sách cell lân cận đƣợc sử dụng Nếu sử dụng tất tần số sẵn có nhƣ tần số BCCH dẫn tới kết danh sách cell lân cận dài ảnh hƣởng xấu tới hiệu suất handover  Việc thiết kế lại tần số TCH khơng ảnh hưởng tới thiết kế tần số BCCH: Nếu TRX bổ sung đƣợc thêm vào cell có sẵn, việc thiết kế tần số BCCH khơng bị ảnh hƣởng Hạn chế cần tính đến nhiễu tần số kế bên Chính vậy, hợp lý giữ thiết kế tần số cho dù TRX bổ sung đƣợc thêm vào hệ thống Nhà điều hành mạng biết thiết kế tần số BCCH tốt giữ ngun đƣợc tình trạng tốt, không phụ thuộc vào tần số TCH  Lợi ích việc điều khiển công suất phát gián đoạn DTX: Chỉ có tần số TCH sử dụng phát gián đoạn điều khiển công suất hƣớng xuống downlink Với băng tần BCCH riêng biệt, lợi ích đầy đủ từ việc điều khiển cơng suất phát gián đoạn DTX đạt đƣợc hƣớng xuống downlink Bƣớc phƣơng pháp MRP, tần số lại (TCH) đƣợc phân chia thành băng tần khác Nhƣ tồn băng tần BCCH vài băng tần TCH Ý tƣởng vài băng tần TCH đƣợc áp dụng mẫu sử dụng lại khác thu phát khác Bộ thu phát TCH thứ tất cell sử dụng tần số băng tần TCH thứ nhất, băng tần TCH thứ hai cho thu phát thứ hai, … SV: Nguyễn Hữu Thao 88 47K – Điện Tử Viễn Thông ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Lý cho việc phân chia tần số TCH thành băng khác là:  Kích cỡ sử dụng lại tần số trung bình phụ thuộc vào phân bố TRX mạng lưới: Sự phân bố TRX định hệ số sử dụng lại tần số trung bình mà áp dụng mạng Hệ số sử dụng lại tần số trung bình đƣợc điều chỉnh theo số TRX tối đa cần thiết cho cell số lƣợng cell cần số TRX nhƣ Theo cách chất lƣợng hệ thống kiểm sốt tốt nhờ điều chỉnh xử lý thiết kế tần số  Khi mở rộng thêm TRX, ảnh hưởng tới thiết kế tần số nhỏ hơn: Việc phân chia băng tần TCH giới hạn số lƣợng yêu cầu cơng tác thiết kế tần số có thêm TRX đƣợc bổ sung Chỉ cell có số TRX nhiều bị ảnh hƣởng có thêm TRX bổ sung Ví dụ, thêm TRX thứ tƣ vào cell có ba TRX có ảnh hƣởng tới cell có bốn có nhiều số TRX  Một biện pháp cấu trúc cho thiết kế tần số: Với việc phân chia băng tần TCH thành băng khác nhau, cấu trúc trở nên hợp lý thiết kế quy hoạch tần số cho thu phát TCH thứ mà không làm thay đổi quy hoạch BCCH hay quy hoạch cho thu phát TCH khác Cấu trúc giúp đơn giản việc đƣa thiết kế tần số việc phát thiết kế tần số không tốt * Ấn định tần số Việc ấn định tần số đƣợc minh họa hình 3.27, biểu đồ cách tần số khác ấn định cho cấu hình MRP với tối đa bốn TRX cell Ví dụ xét thiết kế 12/10/8/6 Điều nghĩa có 12 tần số BCCH (tần số 1, 3, 5, …, 23), 10 tần số TCH cho nhóm (tần số 2, 4, 6, …, 20), tần số TCH nhóm (22, 24, 26, …, 36) tần số TCH cho nhóm (25, 27, …, 35) Hình vẽ ấn định tần số cho hai cell A B với số thu phát theo thứ tự hai bốn SV: Nguyễn Hữu Thao 89 47K – Điện Tử Viễn Thông ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3.27 Ví dụ thiết kế tần số với phương pháp MRP Cell A đƣợc ấn định tần số BCCH thứ tần số TCH thứ Do cell A sử dụng nhảy tần băng hai tần số Trong cell B đƣợc ấn định tần số BCCH thứ 23 tần số TCH thứ 20, 26, 35 Do đó, cell B sử dụng nhảy tần băng bốn tần số Chú ý rằng, tần số BCCH khơng cần xác định rõ vị trí, tần số dải tần có sẵn chọn làm tần số BCCH chia tách BCCH/ TCH đƣợc thỏa mãn Không cần phải lúc tuân thủ chặt chẽ việc ấn định tần số theo phƣơng pháp MRP Nếu cell tồn vấn đề chất lƣợng giải vấn đề thay đổi tần số cell sang tần số “trái luật”, tần số mà ban đầu đƣợc sử dụng nhóm thu phát khác Tuy nhiên, theo khuyến nghị việc tuân thủ cấu trúc MRP nên thực cách chặt chẽ * Thiết kế tần số Phƣơng pháp MRP đƣợc phát triển nhằm xử lý đặc trƣng tiêu biểu mạng lƣới phân phối TRX không đồng Điều quan trọng mạng tế bào có khác đặc tính mạng nhƣ kích cỡ cell, số SV: Nguyễn Hữu Thao 90 47K – Điện Tử Viễn Thơng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP phổ tần sẵn có địa hình Có nghĩa mạng lƣới, số cell có nhiều TRX có cell với số TRX Để tìm hiểu trạng thái sử dụng lại tần số khác cell khác với số TRX khác nhau, ta xem xét ví dụ sau: Cấu hình MRP 12/8/6/4 đƣợc chọn cho tổng số 30 tần số sẵn có Trong đó, 12 tần số BCCH, ba nhóm tần số TCH lần lƣợt gồm 8, 6, tần số Trong ví dụ ta giả thiết tỷ lệ cell có 2, 3, TRX lần lƣợt 20%, 30%, 50% Hệ số sử dụng lại tần số trung bình cell = Tổng số tần số nhóm ấn định cho cell / Số TRX cell Do đó, cell khác có hệ số sử dụng lại tần số khác nhau: hệ số 10 với cell có TRX, 8,7 với cell có TRX, 7,5 với cell có TRX Hệ số sử dụng lại tần số trung bình thực tế đƣợc hiểu theo nghĩa “rải rác”, khơng phải tất cell trang bị đầy đủ thiết bị Ví dụ, TRX thứ đƣợc sử dụng 80% tổng số cell, mà hệ số sử dụng lại thƣc tế TRX rải rác 6/ 0,8 = (làm tròn từ 7,5), tùy thuộc vào phân bố địa lý cell với TRX thứ Do đó, giới hạn hệ số sử dụng lại tần số thực tế cell có TRX là: (12+8+7)/3 = 9,0 Bảng 3.8 Cấu hình MRP 12/8/6/4 Số TRX /cell Tỷ lệ cell (%) 20% 30% 50% MRP groups 12 / 12 / / 12 / / / Hệ số sử dụng 12   10 12    8,7 12     7,5 10 9,0 8,5 Nhỏ Lớn Rất lớn lại tần số TB Sử dụng lại tần số TB thực tế (Giới hạn trên) Độ phân tán SV: Nguyễn Hữu Thao 91 47K – Điện Tử Viễn Thông ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Lợi ích nhảy tần tăng với số lƣợng tần số chuỗi nhảy tần Những cell có nhiều TRX tƣơng ứng với hiệu sử dụng lại cao hơn, đồng nghĩa với mức nhiễu cao hơn, nhƣng với phƣơng pháp MRP điều đƣợc cân với độ phân tán nhiễu lớn Ví dụ minh họa MRP điều chỉnh thiết kế tần số theo phân bố TRX hệ thống Tuy nhiên, phải ý MRP không cần thiết phải thực toàn hệ thống, mà cần áp dụng cho vùng có dung lƣợng cao Cũng sử dụng cấu hình MRP khác cho vùng địa lý khác mạng 3.6 Antenna Anten thiết bị thực việc chuyển đổi lƣợng sóng đƣợc dẫn hƣớng (ví dụ cáp đồng trục) sóng mơi trƣờng khơng gian tự do, ngƣợc lại Anten đƣợc sử dụng để phát thu tín hiệu vơ tuyến Trong thơng tin di động, việc sử dụng anten thích hợp có vai trò quan trọng, định tới chất lƣợng hệ thống 3.6.1 Kiểu loại anten Trong thông tin di động ngƣời ta thƣờng dùng hai loại anten là:  Anten vơ hƣớng (omni anten): Phát xạ tín hiệu theo hƣớng (3600)  Anten định hƣớng (sector anten): Chỉ phát xạ theo hƣớng định Sử dụng Anten định hƣớng có hiệu chống nhiễu đồng kênh cao so với Anten vô hƣớng * Giảm nhiễu đồng kênh sử dụng anten định hƣớng (Sector hóa) Ta biết vấn đề nhiễu giao thoa đồng kênh thƣờng liên quan đến việc sử dụng lại tần số dạng loại nhiễu từ thuê bao hoạt động vị trí cao (các đồi, nhà cao tầng ) gây nhiễu tới cell có tần số làm việc Khi dùng Omni Antenna SV: Nguyễn Hữu Thao 92 47K – Điện Tử Viễn Thông ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3.28 Anten vơ hướng (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 tới E2 lớn Khi dùng Sector Antenna Hình 3.29 Đã Sector hóa Bây ta dùng E1 E2 Nhƣng đƣợc sector hoá thành: EA1, EB1, EC EA2, EB2, EC2 MS di chuyển phía E2, xuất phát từ EA1 (có khoảng cách lớn tới E2) Khi MS vƣợt qua vị trí trạm EA1, đƣợc chuyển giao tới EB1 khoảng cách từ MS tới E2 gần EB1 tần số với EB2 nhƣng nhƣ địa hình ta thấy, nhiễu tạo nằm phía sau anten EB2 (vì anten định hƣớng nên có tỉ số lƣợng hƣớng trƣớc hƣớng sau =  15 dB) Điều có nghĩa khả chống nhiễu hệ thống tăng từ  15 dB Tƣơng tự nhƣ MS tới EA2 tạo nhiễu cho EA1 từ phía sau anten EA1 Tóm lại dùng sector anten biện pháp làm tăng tỉ số C/ I hệ thống 3.6.2 Độ tăng ích anten (Gain of an Antenna) SV: Nguyễn Hữu Thao 93 47K – Điện Tử Viễn Thông ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Độ tăng ích anten tỷ số, thƣờng tính dB, cơng suất cần thiết đầu vào anten chuẩn không suy hao với công suất cung cấp đầu vào anten cho hƣớng cho trƣớc tạo cƣờng độ trƣờng hay mật độ thông lƣợng công suất nhƣ cự ly Nếu khơng có ghi thêm, độ tăng ích anten đƣợc tính hƣớng 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 hƣớng (Gi) anten chuẩn anten đẳng hƣớng biệt lập khơng gian Độ tăng ích ứng với dipol nửa bƣớc sóng (Gd) anten chuẩn dipol nửa bƣớc sóng biệt lập khơng gian mặt phẳng vng góc chứa hƣớng phát xạ Độ tăng ích ứng với anten thẳng đứng ngắn (Gv) anten chuẩn dây dẫn thẳng ngắn nhiều so với phần tƣ bƣớc sóng, vng góc với mặt phẳng dẫn điện lý tƣởng chứa hƣớng phát xạ 3.6.3 Công suất xạ đẳng hƣớng tƣơng đƣơng – EIRP Công suất xạ đẳng hƣớng tƣơng đƣơng – EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power) tích số cơng suất sinh để cung cấp cho anten với tăng ích anten hƣớng định ứng với anten đẳng hƣớng (độ tăng ích đẳng hƣớng hay tăng ích tuyệt đối) EIRP đƣợc xác định công thức: PEIRP (W) = Pt (W)* 10(G - L)/10 Hay PEIRP (dB)  Pt (dB)  L  G Trong đó: - PEIRP (dBm): Công suất xạ đẳng hƣớng tƣơng đƣơng; - Pt (dBm): Tổng công suất máy phát; SV: Nguyễn Hữu Thao 94 47K – Điện Tử Viễn Thông ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - L (dB): Tổng suy hao từ máy phát đến anten (ví dụ combiner, feeder…); - G (dBi): Độ tăng ích cực đại anten tƣơng ứng với anten đẳng hƣớng 3.6.4 Độ cao góc nghiêng (down tilt) anten Khi anten đặt thẳng đứng, hƣớng búp sóng nằm đƣờng thẳng nằm ngang Hình 3.30 Anten vơ hướng có góc nghiêng độ Ở khu vực thị trấn nhỏ hay nông thôn, lƣu lƣợng 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 thị lớn, lƣu lƣợng hệ thống cao, kích thƣớc cell hẹp có lẽ thích hợp giảm độ cao anten để có làm giảm can nhiễu kênh chung Tuy nhiên, đặt thấp, vật cản (nhà cao tầng ) có ảnh hƣởng lớn tới chất lƣợng hệ thống Do vậy, độ cao anten đô thị thƣờng 30  50 m Để giải phạm vi vùng phủ sóng hẹp, kỹ thuật đƣợc đƣa “làm nghiêng hƣớng búp sóng anten” (down tilt) Việc nghiêng góc anten dùng để giải vấn đề phủ sóng Tuy nhiên việc áp dụng nghiêng góc anten cần có phân tích kỹ yếu tố liên quan xảy vùng phủ sóng SV: Nguyễn Hữu Thao 95 47K – Điện Tử Viễn Thông ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KẾT LUẬN Trong đồ án tốt nghiệp em trình bày đặc điểm mạng thơng tin di động GSM, với số phƣơng pháp nhằm nâng cao chất lƣợng hệ thống thông tin di động GSM Đây công việc khó khăn phức tạp địi hỏi ngƣời thực phải nắm vững hệ thống, cần phải có kinh nghiệm thực tế trợ giúp nhiều phƣơng tiện giám sát kiểm tra, từ đƣa công việc thực nâng cao chất lƣợng hệ thống Do kiến thức có hạn thời gian tiếp cận thực tế nhiều hạn chế nên đồ án tốt nghiệp khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong có đƣợc ý kiến đánh giá, góp ý bậc thầy giáo bạn để đồ án thêm hoàn thiện Một lần em xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc hƣớng dẫn, bảo nhiệt tình Th.S Lê Đình Cơng giúp em việc hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! SV: Nguyễn Hữu Thao 96 47K – Điện Tử Viễn Thông ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PTS.Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin di động GSM Nhà xuất bƣu điện, Hà Nội 1999 [2] PTS Nguyễn Phạm Anh Dũng Thông tin di động số Nhà xuất kỹ thuật 1993 [3] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Lý thuyết trải phổ đa truy nhập vơ tuyến, Học viện Cơng nghệ Bƣu - Viễn thông Nhà xuất Bƣu điện 2004 [4] Vũ Đức Thọ Thông tin di động số celluler Nhà xuất giáo dục 1997 [5] Vũ Đức Thọ, Tính tốn mạng thơng tin di động số CELLULAR Nhà xuất giáo dục, Hà Nội 1999 [6] Asha K Mehrotra, GSM System Engineering, Artech House, Inc Boston London 1996 [7] J Dahlin, Ericsson´s Multiple Reuse Pattern For DCS 1800, in Mobile Communications International, Nov., 1996 [8] Các website: http://www.diendandientu.com http://www.dientuvietnam.net http://www.gsm.vn http://www.hoiquandtvt.net http://www.gsmworld.com http://www.wikipedia.org SV: Nguyễn Hữu Thao 97 47K – Điện Tử Viễn Thông ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHỤ LỤC BẢNG ERLANG B TCH 1 2 GoS (Grade of Service) 3 5 10  20  40  TCH 01010 15259 45549 86942 1.3608 02041 22347 60221 1.0923 1.6571 03093 28155 71513 1.2589 1.8752 05263 38132 89940 1.5246 2.2185 11111 59543 1.2708 2.0454 2.8811 25000 1.0000 1.9299 2.9452 4.0104 66667 2.0000 3.4798 5.0210 6.5955 10 1.9090 2.5009 3.1276 3.7825 4.4612 2.2759 2.9354 3.6271 4.3447 5.0840 2.5431 3.2497 3.9865 4.7479 5.5294 2.9603 3.7378 4.5430 5.3702 6.2157 3.7548 4.6662 5.5971 6.5464 7.5106 5.1086 6.2302 7.3692 8.5217 9.6850 8.1907 9.7998 11.419 13.045 14.677 10 11 12 13 14 15 5.1599 5.8760 6.6072 7.3517 8.1080 5.8415 6.6147 7.4015 8.2003 9.0096 6.3280 7.1410 7.9967 8.8035 9.6500 7.0764 7.9501 8.8349 9.7295 10.633 8.4871 9.4740 10.470 11.473 12.484 10.857 16.314 12.036 17.954 13.222 19.589 14.413 21.243 15.608 22.891 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 8.8750 9.6516 10.437 11.230 12.031 9.8284 10.656 11.491 12.333 13.182 10.505 11.368 12.238 13.115 13.997 11.544 12.461 13.385 14.315 15.249 13.500 14.522 15.548 16.579 17.613 16.807 18.010 19.216 20.424 21.635 24.541 26.192 27.844 29.498 31.152 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 12.838 13.651 14.470 15.295 16.125 14.036 14.896 15.761 16.631 17.505 14.885 15.778 16.675 17.577 18.483 16.189 17.132 18.080 19.031 19.985 18.651 19.692 20.737 21.784 22.833 22.848 24.046 25.281 26.499 27.720 32.808 34.464 36.121 37.779 39.437 21 22 23 24 25 26 27 28 16.959 17.797 18.640 18.383 19.265 20.150 19.392 20.305 21.221 20.943 21.904 22.867 23.885 24.939 25.995 28.941 30.164 31.388 41.096 42.755 44.414 26 27 28 SV: Nguyễn Hữu Thao 98 47K – Điện Tử Viễn Thông ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 29 30 19.487 20.337 21.039 21.932 22.140 23.062 23.833 24.802 27.053 28.113 32.614 33.840 46.074 47.735 29 30 31 32 33 34 35 21.191 22.048 22.909 23.772 24.638 22.827 23.725 24.626 25.529 26.455 23.987 24.914 25.844 26.776 27.711 25.773 26.746 27.721 28.698 29.677 29.174 30.237 31.301 32.367 33.434 35.067 36.295 37.524 38.754 39.985 49.395 51.056 52.718 54.379 56.041 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 25.507 26.378 27.252 28.129 29.007 27.343 28.254 29.166 30.081 30.997 28.647 29.585 30.526 31.468 32.412 30.657 31.640 32.624 33.609 34.596 34.503 35.572 36.643 37.715 38.787 41.216 42.448 43.680 44.913 46.147 57.703 59.365 61.028 62.690 64.353 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 29.888 30.771 31.656 32.543 33.432 31.916 32.836 33.758 34.682 35.607 33.357 34.305 35.253 36.203 37.155 35.584 36.574 37.565 38.557 39.550 39.864 40.936 42.011 43.088 44.165 47.381 48.616 49.851 51.086 52.322 66.016 67.679 69.342 71.066 72.669 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 34.322 36.534 38.108 40.545 45.243 53.559 74.333 35.215 36.109 37.004 37.901 37.462 38.392 39.323 40.255 39.062 40.018 40.975 41.933 41.540 42.537 43.534 44.533 46.322 47.404 48.481 49.562 54.796 56.033 57.270 58.508 75.997 77.660 79.324 80.988 46 47 48 49 50 51 52 38.800 39 41.189 42.892 45.533 50.644 59.746 82.652 51 52 TCH 1 2 3 5 10  20  40  TCH SV: Nguyễn Hữu Thao 99 47K – Điện Tử Viễn Thông ... chuẩn hóa hệ thống thơng tin di động hệ II với tên gọi IMT – 2000 1.3.3 Hệ thống thông tin di động hệ III Hệ thống thông tin di động hệ III hệ thống thông tin dịch vụ di động truyền thông cá nhân... chƣơng: Chƣơng I Tổng quan hệ thống thông tin di động Chƣơng II Hệ thống thông tin di động GSM Chƣơng III Một số giải pháp nâng cao chất lƣợng hệ thống thông tin di động GSM Qua đồ án tốt nghiệp... số hệ thống thông tin di động 1.3.1 Thông tin di động hệ I Các hệ thống thông tin di động tổ ong hệ I bao gồm: - AMPS: Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến - NAMPS: AMPS băng hẹp - TASC: Hệ thống