Tối ưu hoá mạng thông tin di đông gsm

Đồ án tốt nghiệp LỜI NÓI ĐẦU *** Hiện nay,trong sống ngày thông tin liên lạc đóng vai trị quan trọng khơng thể thiếu Nó định nhiều mặt hoạt động xã hội,giúp người nắm bắt nhanh chóng thơng tin:văn hóa xã hội, kinh tế, khoa học kỹ thuật…một cách đa dạng phong phú Bằng bước phát triển nhảy vọt, thành tựu công nghệ Điện Tử Tin Học – Viễn Thông làm thay đổi sống người từng phút, tạo trào lưu “Điện Tử - Tin Học -Viễn Thông” lĩnh vực thập kỷ cuối kỷ 20, đầu kỷ 21 Lĩnh vực Thông Tin Di Động khơng nằm ngồi trào lưu đó.Cùng với nhiều công nghệ khác nhau, Thông Tin Di Động không ngừng phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu ngày tăng số lượng chất lượng , tạo nhiều thuận lợi miền thời gian không gian nhằm thỏa mãn nhu cầu thông tin người 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) TDAM( Time Division Multiple Access-Đa truy cập phân chia theo thời gian) 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 Mobiphone, Vinaphone, Viettel nhà cung cấp dịch vụ di động sử dung 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 nhu cầu sử dụng khách hàng nên thị phần di động nước vẩn thuộc nhà cung cấp dịch vụ di động GSM Chính việc tối ưu hóa mạng di động GSM việc làm thiết thực Trên sở kiến thức tích lũy năm học tập chuyên ngành Điện tử - Viển thông trường đại học Vinh với hướng dẩn thầy Cao Thành Nghĩa ,em tìm hiểu, nghiên cứu hồn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Tối ƣu hóa mạng thông tin di động GSM” SVTH: Bùi Thúc Đệ 46K - ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Nội dung đồ án gồm hai phần: Phần I: Tổng quan mạng GSM Chương I: Giới thiệu chung mạng GSM Chương II: Hệ thống thông tin di động Phần II: Tối ƣu hóa mạng GSM Chương III: Tính tốn mạng di động GSM Chương IV: Thiết kế hệ thống Chương V: Các tiêu chất lượng hệ thống Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo môn “Điện tử - Viển thông” khoa công nghệ trường đại học vinh tận tình giảng dạy cho em suốt thời gian năm học vừa qua Đồng thời, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Cao Thành Nghĩa, trực tiếp hướng dẩn giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Vinh , Ngày Tháng Năm 2010 Sinh viên thực Bùi Thúc Đệ SVTH: Bùi Thúc Đệ 46K - ĐTVT Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC HÌNH VẼ DANH SÁCH BẢNG BIỂU DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT PHẦN MỞ ĐẦU 14 PHẦN I TỔNG QUAN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 15 CHƢƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG GSM 15 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MẠNG GSM 15 1.2 CẤU TRÚC ĐỊA LÝ MẠNG 16 1.2.1 Vùng phục vụ PLMN (Public Land Mobile Network) 17 1.2.2 Vùng phục vụ MSC/VLR 18 1.2.3 Vùng định vị (LA – Location Area) 18 1.2.4 Ô (cell) 19 CHƢƠNG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 20 2.1 MƠ HÌNH HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG GSM 20 2.2 CÁC THÀNH PHẦN CHỨC NĂNG TRONG HỆ THỐNG 21 2.2.1 Trạm di động (MS – Mobile Station) 21 2.2.2 Hệ thống trạm gốc (BSS – Base Station SubSystem) 22 2.2.2.1 Trạm vô tuyến gốc (BTS – Base Transceiver Station) 22 2.2.2.2 Bộ điều khiển trạm gốc (BSC – Base Station Controller) 22 2.2.3 Hệ thống chuyển mạch (SS – Switching SubSystem) 24 2.2.3.1 Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động (MSC – Mobile Switching Center) 24 2.2.3.2 Bộ ghi định vị thường trú (HLR – Home Location Register) 24 2.2.3.3 Bộ ghi định vị tạm trú (VLR – Visitor Location Register) 24 2.2.3.4 Bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR – Equipment Identification Register) 25 2.2.3.5 Trung tâm nhận thực (AUC – Aunthentication Center) 25 2.2.4 Hệ thống khai thác giám sát (OSS – Operation and Support System) 25 2.2.4.1 Khai thác bảo dưỡng mạng 26 2.2.4.2 Quản lý thuê bao 26 2.2.4.3 Quản lý thiết bị di động 27 2.3 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN SỐ 27 2.3.1 Kênh vật lý 27 2.3.2 Kênh logic 28 2.4 HỆ THỐNG MÃ 29 2.4.1.Mã xác định khu vực LAI (Location Area Identity) 29 2.4.2 Các mã số đa dịch vụ toàn cầu 30 2.4.3 Mã nhận dạng tế bào toàn cầu CGI 30 SVTH: Bùi Thúc Đệ 46K - ĐTVT Đồ án tốt nghiệp 2.4.4 Mã nhận dạng trạm gốc BSIC 30 2.4.5 Số thuê bao ISDN máy di động – MSISDN 30 2.4.6 Nhận dạng thuê bao di động toàn cầu IMSI 30 2.4.7 Nhận dạng thuê bao di động cục - LMSI 31 2.4.8 Nhận dạng thuê bao di động tạm thời – TMSI 32 2.4.9 Số vãng lai thuê bao di động – MSRN ( Mobile Station Roaming Number) 32 2.4.10 Số chuyển giao HON (Handover Number) 32 2.4.11 Nhận dạng thiết bị di động quốc tế - IMEI 32 PHẦN II TỐI ƢU HÓA MẠNG GSM 33 CHƢƠNG TÍNH TỐN MẠNG DI ĐỘNG GSM 33 3.1 LÝ THUYẾT DUNG LƯỢNG VÀ CẤP ĐỘ DỊCH VỤ 33 3.1.1 Lưu lượng kênh vô tuyến đường trục 33 3.1.2 Cấp độ dịch vụ - GoS (Grade of Service) 34 3.1.3 Hiệu suất sử dụng trung kế 35 3.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI CHẤT LƯỢNG PHỦ SÓNG 36 3.2.1 Tổn hao đường truyền sóng vơ tuyến 36 3.2.1.1 Tính tốn lý thuyết 37 3.2.1.2 Các mơ hình lan truyền sóng thông tin di động 38 3.2.2 Vấn đề Fading 40 3.2.2.1 Fading chuẩn loga 40 3.2.2.2 Fading Reyleigh 40 3.2.2.3 Các phương pháp phòng ngừa suy hao truyền dẫn Fadinh 41 3.2.3 Ảnh hưởng nhiễu C/I C/A 42 3.2.3.1 Nhiễu đồng kênh C/I 42 3.2.3.2 Nhiễu kênh lân cận C/A 44 3.2.3.3 Nhiễu liên ký tự (ISI) 44 3.2.3.4 Một số biện pháp khắc phục 45 3.2.4 Phân tán thời gian 46 3.2.4.1 Các trường hợp phân tán thời gian 47 3.2.4.2 Một số giải pháp khắc phục 49 CHƢƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 51 4.1 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TẾ BÀO 51 4.2 QUY HOẠCH CELL 52 4.2.1 Khái niệm tế bào 52 4.2.2 Kích thước cell phương thức phủ sóng 52 4.2.2.1 Kích thước cell 52 4.2.2.2 Phương thức phủ sóng 53 4.2.3 Chia cell 54 4.3 QUY HOẠCH TẦN SỐ 59 SVTH: Bùi Thúc Đệ 46K - ĐTVT Đồ án tốt nghiệp 4.3.1 Tái sử dụng lại tần số 59 4.3.2 Các mẫu tái sử dụng tần số 62 4.3.2.1 Mẫu tái sử dụng tần số 3/9 62 4.3.2.2 Mẫu tái sử dụng tần số 4/12 64 4.3.2.3 Mẫu tái sử dụng tần số 7/21 65 4.3.3 Thay đổi quy hoạch tần số theo phân bố lưu lượng 67 4.3.3.1 Thay đổ quy hoạch tần số 67 4.3.3.2 Quy hoạch phủ sóng khơng liên tục 69 4.3.4 Thiết kế tần số theo phương pháp MRP (Multiple Reuse Patterns) 69 4.3.4.1 Nhảy tần (Frequency Hopping) 70 4.3.4.2 Phương pháp đa mẫu sử dụng lại MRP (Multiple Reuse Patterns) 72 4.4 ANTENNA 76 4.4.1 Kiểu loại Anten 76 4.4.2 Độ tăng ích Anten 78 4.4.3 Công suất xạ đẳng hướng tương đương - EIRP 78 4.4.4 Độ cao góc nghiêng Anten 79 4.5 CHUYỂN GIAO CUỘC GỌI (Handover) 81 4.5.1 Phân loại Handover 82 4.5.2 Khởi tạo thủ tục Handover 84 4.5.3 Quy trình chuyển giao gọi 85 CHƢƠNG CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG 90 5.1 KHÁI NIỆM VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QOS 90 5.2 CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG 90 5.2.1 Tỷ lệ thiết lập gọi thành công CSSR (Call Setup Successful Rate) 90 5.2.2 Tỷ lệ rớt gọi trung bình (Average Drop Call Rate - AVDR) 90 5.2.3 Tỷ lệ rớt mạch TCH (TCH Drop Rate - TCDR) 91 5.2.4 Tỷ lệ nghẽn mạch TCH (TCH Blocking Rate - TCBR) 92 5.2.5 Tỷ lệ rớt mạch SDCCH (SDCCH Drop Rate - CCDR) 94 5.2.6 Tỷ lệ nghẽn mạch SDCCH (SDCCH Blocking Rate - CCBR) 94 5.2.7 Một số đại lượng đặc trưng khác 95 5.2.7.1 Số kênh hoạt động (Available Channels) 95 5.2.7.2 Tỷ lệ thành công Handover đến (Incoming HO Successful Rate - IHOSR) 95 5.2.7.3 Tỷ lệ thành công Handover (Outgoing HO Successful Rate - OHOSR) 96 5.2.7.4 EMPD 96 5.2.7.5 Thời gian chiếm mạch trung bình (MHT Mean Holding Time) 97 KẾT LUẬN 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 PHỤ LỤC SVTH: Bùi Thúc Đệ 46K - ĐTVT Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Phân cấp cấu trúc địa lý mạng GSM 17 Hình 1.2: Phân vùng chia ô 17 Hình 2.1: Cấu trúc mạng GSM 20 Hình 3.1: Lưu lượng: Muốn truyền, truyền, nghẽn 34 Hình 3.2: Xác suất nghẽn GoS 35 Hình 3.3:Truyền sóng trường hợp coi mặt đất phẳng 37 Hình 3.4: Vật chắn tầm nhìn thẳng 38 Hình 3.5: Tỷ số nhiễu đồng kênh C/I 43 Hình 3.6 Mơ hình mắt mở đóng 45 Hình 3.7: Trường hợp MS gần BTS 47 Hình 3.8: Trường hợp MS xa BTS 48 Hình 3.9: Trường hợp MS gần vật chắn 48 Hình 3.10: Đặt BTS gần chướng ngại vật để tránh phân tán thời gian 49 Hình 3.11: Phạm vi vùng Elip 50 Hình 4.1: Hệ thống thông tin di động sử dụng cấu trúc tế bào 51 Hình 4.2: Omni (3600) Cell site 53 Hình 4.3: Sector hóa 1200 53 Hình 4.4: Phân chia cell 54 Hình 4Error! No text of specified style in document 5: Các Omni (3600) Cells ban đầu 55 Hình 4.6: Giai đoạn 1: Sector hóa 56 Hình 4.7: Tách chia 1:3 thêm lần 56 Hình 4.8: Tách chia 1:4 (sau lần đầu chia 3) 57 Hình 4.9: Bảng mẫu gồm cell 60 Hình 4.10: Khoảng cách tái sử dụng tần số 61 Hình 4.11: Sơ đồ tính C/I 61 Hình 4.12: Mẫu tái sử dụng lại tần số 3/9 63 Hình 4.13: Mẫu tái sử dụng lại tần số 4/12 65 Hình 4.14: Mẫu tái sử dụng tần số 7/21 66 SVTH: Bùi Thúc Đệ 46K - ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Hình 4.15: Thay đổ quy hoạch tần số 67 Hình 4.16: Phủ sóng khơng liên tục 69 Hình 4.17: Ví dụ hiệu kỹ thuật nhãy tần phân tập nhiễu mạng lưới 70 Hình 4.18: Thiết kế tần số với phương pháp MRP 74 Hình 4.19: Anten vơ hướng 77 Hình 4.20: Đã Sector hóa 78 Hình 4.21: Anten vơ hướng có góc nghiêng độ 79 Hình 4.22: Quan hệ giửa góc thẳng đứng suy hao cường độ trường 80 Hình 4Error! No text of specified style in document 23: Ví dụ hiệu “downtilt” 80 Hình 4.24: Intra-cell Handover 82 Hình 4.25: Inter-cell Handover 83 Hình 4.26: Intra-MSC Handover 83 Hình 4.27: Inter-MSC Handover 84 Hình 4.28: GĐ 1: Trong lúc kết nối, MS tiếp tục đo đạc mức thu chất lượng truyền dẫn cell phục vụ cell xung quanh 85 Hình 4.29: Quyết định chuyển giao_Handover Decision 86 Hình 4.30: GĐ 1: BSC khai báo thông tin với MSC 87 Hình 4.31: GĐ 2: MSC1 yêu cầu MSC2 cấp Handover Number 87 Hình 4Error! No text of specified style in document 32: GĐ 2: Cấp mã HON kênh vô tuyến cho MSC1 88 Hình 33: GĐ 3: MSC1 chuyển mạch kết nối cho MS kênh lưu lượng thiết lập với MSC2 88 Hình 4.34: Kết nối với BTS cũ giải phóng 89 SVTH: Bùi Thúc Đệ 46K - ĐTVT Đồ án tốt nghiệp DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Hiệu suất sử dụng trung kế 36 Bảng 4.1: Thống kê mật độ lưu lượng 58 Bảng 4.2: Quan hệ N & C/I 62 Bảng 4.3: Mẫu tái sử dụng tần số 3/9 63 Bảng 4.4: Mẫu tai sử dụng tần số 4/12 64 Bảng 4.5: Mẫu tái sử dụng tần số 7/21 66 SVTH: Bùi Thúc Đệ 46K - ĐTVT 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 gọi trung bình AMPS Advanced Mobile Phone Service Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến 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 BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BSIC Base Station Identity Code Mã nhận dạng trạm gốc BSS Base Station Subsystem Hệ thống trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm vô tuyến gốc C C/A Carrier to Adjacent Tỉ số sóng mang/nhiễu kênh lân cận CCBR SDCCH Blocking Rate Tỉ lệ nghẽn mạch SDCCH CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung CCDR SDCCH Drop Rate Tỉ lệ rớt mạch SDCCH CCH Control Channel Kênh điều khiển CCS7 Common Channel Signalling No7 Báo hiệu kênh chung số SVTH: Bùi Thúc Đệ 46K - ĐTVT Đồ án tốt nghiệp CCITT Uỷ ban tư vấn quốc tế International Telegraph and điện thoại Telephone Consultative Committee điện báo 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 C/R Carrier to Reflection Tỉ số sóng mang/sóng phản xạ CSPDN Circuit Switch Public Mạng chuyển mạch số công Data Network cộng theo mạch Call Successful Rate Tỉ lệ gọi thành công kênh CSSR D DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng E EIR Bộ ghi nhận dạng thiết bị Equipment Identification Register ETSI European Telecommunications Viện tiêu chuẩn viễn thông Standard Institute Châu Âu F FDMA Frequency Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo tần số Access FACCH Kênh điều khiển liên kết nhanh Fast Associated Control Channel FCCH Frequency Correction Channel Kênh hiệu chỉnh tần số G GMSC GoS Gateway MSC Grade of Service SVTH: Bùi Thúc Đệ 46K - ĐTVT Tổng đài di động cổng Cấp độ phục vụ 10 Đồ án tốt nghiệp Hình 4.30: GĐ 1: BSC khai báo thông tin với MSC  Giai đoạn 2: MSC1 yêu cầu Handover Number (HON) từ MSC2 thông báo với MSC2 thông tin cell B Hình 4.31: GĐ 2: MSC1 yêu cầu MSC2 cấp Handover Number Mã HON (Handover Number) quan trọng trường hợp Inter-MSC Handover Nó dùng để MSC1 thiết lập kết nối kênh lưu lượng với MSC2 Cấu trúc mã HON giống mã MSRN cung cấp VLR SVTH: Bùi Thúc Đệ 46K - ĐTVT 88 Đồ án tốt nghiệp MSC2 yêu cầu VLR cung cấp mã HON, đồng thời u cầu BSC cung cấp kênh vơ tuyến Sau đó, kênh vô tuyến mã HON gửi lại cho MSC1 Hình 4Error! No text of specified style in document 32: GĐ 2: Cấp mã HON kênh vô tuyến cho MSC1  Giai đoạn 3: Hình 33: GĐ 3: MSC1 chuyển mạch kết nối cho MS kênh lƣu lƣợng thiết lập với MSC2 Với mã HON, MSC1 thiết lập kênh lưu lượng kết nối với MSC2 MSC1 thông báo cho MS kênh vô tuyến mà phải chuyển mạch tới SVTH: Bùi Thúc Đệ 46K - ĐTVT 89 Đồ án tốt nghiệp  Giai đoạn 4: Giải phóng kết nối với BTS cũ Hình 4.34: Kết nối với BTS cũ đƣợc giải phóng SVTH: Bùi Thúc Đệ 46K - ĐTVT 90 Đồ án tốt nghiệp CHƢƠNG CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG 5.1 KHÁI NIỆM VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ QOS QOS (Quality of Service) xem tiêu đánh giá mạng lưới mà hệ thống thơng tin di động phải có Chỉ tiêu chất lượng mạng lưới phải tiêu chí thực “chất lượng” chẳng hạn tiếng nói trẻo, rớt gọi khơng 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 5.2 CÁC ĐẠI LƢỢNG ĐẶC TRƢNG 5.2.1 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 cơng ta tạm coi người sử dụng quay số bấm “YES”, gọi chắn nối (trường hợp gọi đi) Trong trường hợp gọi đến, khơng thành cơng 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 thành công gọi/Tổng số lần thực gọi Theo khuyến nghị Alcatel tiêu chất lượng hệ thống tỷ lệ thiết lập gọi thành công CSSR cần đạt ≥ 92% 5.2.2 Tỷ lệ rớt gọi trung bình (Average Drop Call Rate - AVDR) AVDR tỉ lệ số gọi bị rớt mạch tổng số gọi thành cơng AVDR tính sau: AVDR = Tổng số lần rớt mạch/Tổng số lần chiếm mạch TCH thành công ngoại trừ trƣờng hợp Handover SVTH: Bùi Thúc Đệ 46K - ĐTVT 91 Đồ án tốt nghiệp Đại lượng nên sử dụng để đánh giá chất lượng tồn mạng, khơng nên áp dụng cho cell riêng lẻ cell khơng mang gọi (trên hai nghĩa gọi gọi đến) mà cịn 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 5.2.3 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 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 Để dễ dàng cho công tác kỹ thuật, TCDR phân làm hai đại lượng: 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% SVTH: Bùi Thúc Đệ 46K - ĐTVT 92 Đồ án tốt nghiệp 5.2.4 Tỷ lệ nghẽn mạch TCH (TCH Blocking Rate - TCBR) TCBR định nghĩa tỉ lệ chiếm mạch không thành công nghẽn kênh thoại (khơng 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 đƣờng thông 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 khơng phản ánh cách xác u 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: Tổng số thời gian mà toàn số kênh bị chiếm hết  Lƣu lƣợng Grade of Service (GOS): Lưu lượng mang hệ thống khoảng thời gian t định nghĩa sau: C = n*T/t (5.1) 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 Một cách hồn tồn 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 SVTH: Bùi Thúc Đệ 46K - ĐTVT 93 Đồ án tốt nghiệp có nghĩa vùng phủ sóng cell bị thu hẹp lại (do tụt công suất hay anten hỏng) nhóm thu phát cell khơng 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 khơng có cách lý giải tốt số khe thời gian timeslot cell không hoạt động Giờ bận hệ thống BH 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 khơng thể 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 u 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) =  (GOS (t-1,A)) GOS (0,A) = (*) (5.2) Tuy nhiên “Lưu lượng yêu cầu” khơng thực, khơng thể cân đo đong đếm người ta đo “lưu lượng thực” mang kênh thoại mà thơi Vì người ta tính “lưu lượng yêu cầu” A sau: SVTH: Bùi Thúc Đệ 46K - ĐTVT 94 Đồ án tốt nghiệp A = C*(1+GoS) (5.3) Trong C lƣu lƣợng đo đƣợc 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) (5.4) 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 u cầu” A, ta dễ dàng xác định số kênh cần thiết cách tra bảng 5.2.5 Tỷ 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 quan trọng, phần đánh giá tỷ lệ thành cơng gọi nói chung Nói chung thơng tin di động GSM khía cạnh đó, mặt tần số vơ 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 khơng bình thường so sánh với TCDR, điều có nghĩa có khơng ổn tham số phần BSS kênh tần số có chứa SDCCH nhiễu 5.2.6 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 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” SVTH: Bùi Thúc Đệ 46K - ĐTVT 95 Đồ án tốt nghiệp chẳng có xảy cả, điều nguy hiểm thuê bao nhận biết điều (khác với trường hợp nghẽn TCH, thuê bao biết nhờ âm nhờ thơng điệp “net fail” hình máy di động) Cũng tương tự TCH ta tham khảo thêm hai đại lượng khác Maxbusy Congestion time cho SDCCH 5.2.7 Một số đại lƣợng đặc trƣng khác Những đại lượng đặc trưng không phản ánh cách trực tiếp chất lượng hệ thống cần thiết cho công tác đánh giá chất lượng hệ thống 5.2.7.1 Số kênh hoạt động (Available Channels) Đây tiêu quan trọng cho người theo dõi hoạt động mạng lưới Thông thường cell hệ thống GSM, số kênh (trong trường hợp bình thường) 6, 7, 14, 15, 22, 23, 30 tuỳ thuộc vào cấu hình cell Tuy nhiên theo dõi báo cáo mạng, ta thấy số kênh số khác số chí số với dấu phẩy kèm theo (ví dụ 13,2) - điều có nghĩa suốt thời gian mà ta quan sát có lúc số timeslots cell không hoạt động toàn cell bị cố Việc số timeslot không hoạt động ảnh hưởng trực tiếp đến tỷ lệ handover thành công đề cập đến phần sau 5.2.7.2 Tỷ lệ thành công Handover đến (Incoming HO Successful Rate IHOSR) IHOSR định nghĩa tỷ lệ số lần nhận handover thành công tổng số lần yêu cầu chấp nhận handover IHOSR = Tổng Handover vào thành công/Tổng Handover vào IHOSR cell quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng khu vực có chứa cell Nếu IHOSR thấp, làm tăng tỷ lệ rớt mạch cell xung quanh chí làm ảnh hưởng đến chất lượng thoại gọi lần handover khơng thành cơng gọi bị rớt hệ thống phải thực hiên lần handover khác mỗt lần luồng tín hiệu thoại bị cắt làm cho người nghe cảm giác bi đị đứt đoạn đàm thoại SVTH: Bùi Thúc Đệ 46K - ĐTVT 96 Đồ án tốt nghiệp IHOSR phản ánh chất lượng phần cứng cell, chẳng hạn sleeping TRXs cell 5.2.7.3 Tỷ lệ thành công Handover (Outgoing HO Successful Rate OHOSR) OHOSR định nghĩa tỷ lệ số lần handover thành công tổng số lần yêu cầu handover OHOSR = Tổng Handover thành công/Tổng số lần định Handover Dựa OHOSR, ta đánh giá việc định nghĩa neighbour cell đủ hay chưa hay cịn đánh giá chất lượng cell lân cận Một tỷ lệ OHOSR tốt dẫn dến tỷ lệ rớt mạch TCDR tốt chất lượng thoại tốt Hơn nữa, dựa OHOSR, ta đánh giá vùng phủ sóng cell mà đưa điều chỉnh thích hợp Có nhiều ngun nhân để hệ thống cân nhắc handover, nhiên ta kể số ngun nhân sau đây: • Handover power budget: hệ thống tính tốn power budget cho serving cell cell lân cận để cân nhắc handover • Đây nguyên nhân • Do mức thu q thấp, vượt q giới hạn serving cell (downlink uplink) • Chẳng hạn hệ thống người ta set mức thu danh định, chẳng hạn thấp -90dB Nếu mức thu thấp mức chẳng hạn, hệ thống đinh cân nhắc handover • Do chất lượng serving cell thấp, vượt giới hạn (downlink uplink) • Do timing advance vượt giới hạn (downlink uplink) • Do nhiễu serving cell (downlink uplink) 5.2.7.4 EMPD EMPD định nghĩa tỷ số traffic tính theo phút tổng số lần rớt mạch EMPD = 60*traffic/Tổng số rớt EMPD biểu thị tương quan traffic rớt mạch, phản ánh cách rõ ràng chất lượng hệ thống dùng làm thước đo chung cho hệ SVTH: Bùi Thúc Đệ 46K - ĐTVT 97 Đồ án tốt nghiệp thống sử dụng thiết bị khác hoạt động khu vực có đặc thù kinh tế khác 5.2.7.5 Thời gian chiếm mạch trung bình (MHT Mean Holding Time) MHT định nghĩa thời gian chiếm mạch trung bình cho lần chiếm mạch Và đươc tính sau: MHT = Tổng thời gian chiếm mạch/Tổng số lần chiếm mạch thành công Đây đại lượng tốt để tham khảo quan sát chất lượng hệ thống Trong hệ thống GSM Mobifone giá trị trung bình nằm khoảng 60-70 giây Tuy nhiên giá trị MHT phụ thuộc vào mật độ cell mạng: mật độ cell mạng cao MHT nhỏ ngược lại Nếu lúc giá trị trở nên cao (ví dụ 200 s chẳng hạn), điều có nghĩa số timeslot cell bị “treo” hay nói cách khác bị chiếm liên tục khơng có gọi thực Ngược lại số trường hợp ta lại thấy MHT thấp (15 s chẳng hạn), định ta có vấn đề với cell - giả chất lượng (do nhiễu phần cứng) vùng phủ sóng q hẹp (do cơng suất tụt hay hỏng anten) SVTH: Bùi Thúc Đệ 46K - ĐTVT 98 Đồ án tốt nghiệp KẾT LUẬN *** Trên toàn nội dung Đồ án tốt nghiệp em với đề tài "Tối ưu hóa mạng thơng tin di động GSM" Nội dung đồ án trình bày nét mạng thông tin di động GSM, với số công tác tối ưu hóa Mặc dù thân cố gắng hướng dẫn giúp đỡ tận tình thầy giáo Cao Thành Nghĩa Nhưng trình độ hiểu biết thân nhiều hạn chế, thời gian chuẩn bị ngắn, nguồn tài liệu không nhiều, nên không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận góp ý thầy, giáo khoa Công nghệ củng bạn sinh viên để em khắc phục thiếu sót để hồn thiện thêm kiến thức Một lần em xin chân thành cam ơn thầy, cô khoa Công nghệ giảng dạy em suốt năm qua, củng hướng dẫn tận tình thầy giáo Cao Thành Nghĩa giúp em hoàn thành Đồ án tốt nghiệp Vinh, Ngày Tháng Năm 2010 Sinh viên thực Bùi Thúc Đệ SVTH: Bùi Thúc Đệ 46K - ĐTVT 99 Đồ án tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Thông tin di động, tác giả Vũ Đức Thọ, Nhà xuất Bưu điện Thông tin di động GSM, TS- Nguyễn Phạm Anh Dũng, Trung tâm Thông tin Bưu điện Tài liệu sưu tầm Internet SVTH: Bùi Thúc Đệ 46K - ĐTVT 100 Đồ án tốt nghiệp PHỤ LỤC BẢNG ERLANG B TCH GoS (Grade of Service) 1 2 3 01010 15259 45549 86942 1.3608 02041 22347 60221 1.0923 1.6571 10 1.9090 2.5009 3.1276 3.7825 4.4612 11 12 13 14 15 5 10  03093 28155 71513 1.2589 1.8752 05263 38132 89940 1.5246 2.2185 11111 59543 1.2708 2.0454 2.8811 25000 66667 1.0000 2.0000 1.9299 3.4798 2.9452 5.0210 4.0104 6.5955 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 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 12.036 13.222 14.413 15.608 16.314 17.954 19.589 21.243 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 SVTH: Bùi Thúc Đệ 46K - ĐTVT 20  40  TCH 101 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 46.074 33.840 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 75.997 56.033 77.660 57.270 79.324 58.508 80.988 46 47 48 49 50 51 52 38.800 39 41.189 42.892 45.533 50.644 59.746 82.652 1 2 3 5 10  20  40  TCH SVTH: Bùi Thúc Đệ 46K - ĐTVT 51 52 TCH 102 ... TỔNG QUAN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM  PHẦN II: TỐI ƯU HÓA MẠNG GSM Phần I đề tài đề cập tới khái niệm hệ thống thông tin di động GSM Phần II trình bày tính tốn mạng GSM với cơng tác tối ưu hóa... phần: Phần I: Tổng quan mạng GSM Chương I: Giới thiệu chung mạng GSM Chương II: Hệ thống thơng tin di động Phần II: Tối ƣu hóa mạng GSM Chương III: Tính tốn mạng di động GSM Chương IV: Thiết kế... PHẦN I TỔNG QUAN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM CHƢƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG GSM 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MẠNG GSM Với nhiều yêu cầu số lượng chất lượng khách hàng sử dụng dich vụ viễn thông ngày tăng,