Tối ưu hóa chất lượng phủ sóng mạng di động GSM

Trung tâm chuyển mạch di động MSC (Mobile Service Switching Center)

MSC thực hiện các chức năng chuyển mạch chính, nhiệm vụ chính của MSC là tạo kết nối và xử lý cuộc gọi đến những thuê bao của GSM, một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS và mặt khác giao tiếp với mạng ngoài qua tổng đài cổng GMSC (Gateway MSC).  (1.b) – Nếu cuộc gọi khởi đầu từ trạm di động, MSC phụ trách ô mà trạm di động trực thuộc sẽ nhận đợc bản tin thiết lập cuộc gọi từ MS thông qua BTS có chứa số thoại của thuê bao di động bị gọi.

Bộ ghi định vị tạm trú VLR (Visitor Location Register)

IWF có thể thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trờng hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF đợc để mở. Là cơ sở dữ liệu quan trọng nhất của mạng GSM, lu trữ các số liệu và địa chỉ nhận dạng cũng nh các thông số nhận thực của thuê bao trong mạng.

Thanh ghi nhận dạng thiét bị EIR (Equipment Identity Register)

Quản lý thuê bao ở GSM chỉ liên quan đến HLR và một số thiết bị OSS riêng chẳng hạn mạng nối HLR với các thiết bị giao tiếp ngời máy ở các trung tâm giao dịch với thuê bao. Ngoài việc chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến MS còn phải cung cấp các giao diện với ngời sử dụng (nh micrô, loa, màn hiển thị, bàn phím để quản lý cuộc gọi) hoặc giao diện với môt số các thiết bị khác (nh giao diện với máy tính cá nhân, Fax…).

Kênh vật lý

Máy di động MS gồm hai phần: Module nhận dạng thuê bao SIM ( Subscriber Identity Module) và thiết bị di động ME (Mobile Equipment). - Lu giữ khoá nhận thực thuê bao Ki cùng với số nhận dạng trạm di động quốc tế IMSI nhằm thực hiện các thủ tục nhận thực và mật mã hoá thông tin.

Kênh logic

−Kênh điều khiển phát thanh BCCH (Broadcast Control Channel), gọi tắt là kênh B: Dùng để thông báo cho MS biết mọi thông số và cấu trúc của mạng, bao gồm: tế bào thuộc mạng GSM nào, các tế bào xung quanh có tần số sóng mang điều khiển phát thanh là các tần số nào, tế bào có bị cấm hay không, số hiệu vùng định vị LAI của tế bào này là gì….  Nhóm kênh điều khiển dành riêng DCCH: DCCH là kênh dùng cả ở hớng lên và hớng xuống, dùng để trao đổi bản tin báo hiệu, phục vụ cập nhật vị trí, đăng ký và thiết lập cuộc gọi, phục vụ bảo dỡng kênh. − Kênh điều khiển dành riêng đứng riêng SDCCH (Standalone Dedicated Control Channel), gọi tắt là kênh D: Dùng để MS trao đổi nhận thực với BS và gửi số hiệu máy bị gọi, nhận lệnh chuyển sang một kênh TCH.

Lu lợng và kênh vô tuyến đờng trục

Chẳng hạn, trong lĩnh vực giao thông vận tải, đờng trục để cho nhiều xe cộ đi đến mọi đờng nhánh và đi đến điểm đích cần phải tới. Hệ thống thông tin di động cellular áp dụng kênh vô tuyến đờng trục: Mỗi BTS có một số kênh vô tuyến dùng chung cho nhiều ngời. Hiệu suất sử dụng phổ tần số lại càng tăng khi cùng một tần số mà đợc dùng lại nhiều lần ở các cell đủ cách xa nhau.

Cấp độ dịch vụ – GoS (Grade of Service)

Nếu chấp nhận một cấp phục vụ thấp hơn, tức là xác suất nghẽn lớn hơn, thì tơng ứng tăng đợc dung lợng muốn truyền (tăng số ngời dùng). Tuy nhiên để mạng hoạt động với hiệu suất cao thì mạng cellular thờng có GoS = 2 % nghĩa là tối đa 2% lu lợng bị nghẽn, 98% lu lợng đợc truyền. Đồng thời giả thiết rằng: Xác suất cuộc gọi phân bố theo luật ngẫu nhiên Poisson, số ngời dùng rất lớn so với số kênh dùng chung, không có kênh dự trữ dùng riêng, cuộc gọi bị nghẽn không đợc gọi lại ngay.

Các yếu tố ảnh hởng tới chất lợng phủ sóng

• Tổn hao đờng truyền sóng vô tuyến
• ảnh hởng nhiễu C/I và C/A
• Phân tán thời gian

Mô hình mặt đất đợc trình bày trong hình 3-4 cho thấy tổng tín hiệu đến trong máy thu bao gồm thành phần đến trực tiếp cộng với thành phần phản xạ từ mặt đất (thành phần này có thể đợc coi nh là tín hiệu gốc từ một anten ảo trong lòng đất). Giả sử rằng cả hai trạm đều phát với một công suất nh nhau các đờng truyền sóng cũng tơng đơng (hầu nh cũng không khác nhau trong thực tế) và ở điểm giữa, máy di động có C/I bằng 0 dB, có nghĩa là cả hai tín hiệu có cờng độ bằng nhau. Với phơng pháp thứ nhất: việc tăng cự ly sử dụng lại tần số D sẽ làm giảm can nhiễu kênh chung, tuy nhiên khi đó số cell trong mỗi mảng mẫu sẽ tăng, tơng ứng với số kênh tần số dành cho mỗi cell sẽ giảm và nh vậy thì dung lợng phục vụ sẽ giảm xuống.

Trong tất cả những trờng hợp nh vậy phân tán thời gian chỉ có thể xảy ra khi hiệu quãng đờng giữa tín hiệu trực tiếp và tín hiệu phản xạ từ những chớng ngại vật kể trên lớn hơn cửa sổ cân bằng (4,5 km). Tuy nhiên, một điều cần chú ý đó là tia phản xạ cũng là một phần của sóng mang cho nên việc quy hoạch một hệ thống cần phải chỉ ra đợc các trờng hợp đặc thù có thể xảy ra hiện tợng giao thoa ký tự.

Chọn vị trí đặt BTS

Trờng hợp này: Tín hiệu phản xạ mạnh gần nh tín hiệu trực tiếp, tỉ số C/R gần hoặc dới ngỡng. Nhng do hiệu quãng đờng nhỏ nằm trong cửa sổ cân bằng, hay các tín hiệu phản xạ nằm trong cửa sổ thời gian, nên trờng hợp này không bị ảnh hởng bởi phân tán thời gian.

Điều chỉnh tham số cell

• Quy hoạch Cell

Nếu một vùng nào đó trong một cell có cờng độ tín hiệu thấp so với vùng còn lại trong cell thì các tham số điều khiển chuyển giao nên đợc thiết lập để tiến hành các cuộc chuyển giao ra ngay khỏi cell này trớc khi để máy di động MS đi vào vùng nguy hiểm đó. Nếu vị trí của giàn anten BS quá cao (hơn chiều cao trung bình của các toà nhà trong vùng đô thị), sóng vô tuyến đợc truyền đi quá xa sẽ dẫn đến việc nhiễu sóng lẫn nhau, và mạng tế bào sẽ bị giới hạn về dung lợng bởi vì những tần số này không thể đợc tái sử dụng trong cùng một vùng. Ví dụ các thành phố lớn đợc phân chia thành các vùng địa lý nhỏ hơn với các cells có mức độ phủ sóng hẹp nhằm cung cấp chất lợng dịch vụ cũng nh lu lợng sử dụng cao, trong khi khu vực nông thôn nên sử dụng các cell có vùng phủ sóng lớn, tơng ứng với nó số lợng cell sử dụng sẽ ít hơn để đáp ứng cho lu lợng thấp và số ngời dùng với mật độ thấp hơn.

Giai đoạn 0

Đứng trên quan điểm kinh tế, việc hoạch định cell phải bảo đảm lu lợng hệ thống khi số thuê bao tăng lên, đồng thời chi phí phải là thấp nhất. Khi mạng đợc mở rộng, dung lợng sẽ tăng lên, để đáp ứng đợc điều này phải dùng nhiều sóng mang hơn hoặc sử dụng lại những sóng mang đã có một cách thờng xuyên hơn. Tuy nhiên, mọi sự thay đổi trong quy hoạch cấu trúc tần số phải gắn liền với việc quan tâm tới tỉ số C/I.

Giai đoạn 1: Sector hóa

Các tần số không thể đợc ấn định một cách ngẫu nhiên cho các cells. Để thực hiện đợc điều này, phơng pháp phổ biến là chia cell theo thứ tự.

Giai đoạn 2: Tách chia nhỏ hơn nữa về sau

• Quy hoạch tần số

Đồng thời việc lắp đặt các trạm mới đòi hỏi kinh phí lớn, việc khảo sát để chọn đợc những vị trí thích hợp cũng gặp nhiều khó khăn (nhà trạm đặt thiết bị, xây dựng cột anten, mạng điện lới thuận tiện..). Hiện nay, tại Việt Nam đang có 3 nhà cung cấp dịch vụ di động GSM đó là Vinaphone, Mobiphone, Viettel, cùng đồng thời hoạt động, nên dải tần số hạn hẹp phải chia sẻ đều cho cả 3 mạng. Tỉ số C/A cũng là một tỉ số quan trọng và ngời ta cũng dựa vào tỉ số này để đảm bảo rằng việc ấn định tần số sao cho các sóng mang liền nhau không nên đợc sử dụng ở các cell cạnh nhau về mặt địa lý.