Cỏc phần tử của mạng GSM như MSC, VLR, HLR/AUC, EIR, BSC đều cú một mó số tương ứng đa dịch vụ toàn cầu. Mó cỏc điểm bỏo hiệu được suy ra từ cỏc mó này được sử dụng cho mạng bỏo hiệu CCS7 trong mạng GSM.
Riờng HLR/AUC cũn cú một mó khỏc, gồm hai thành phần. Một phần liờn quan đến số thuờ bao đa dịch vụ toàn cầu MSISDN được sử dụng trong việc thiết lập cuộc gọi từ một mạng khỏc đến MS trong mạng. Phần tử khỏc liờn quan đến mó nhận dạng thuờ bao di động quốc tế IMSI được lưu giữ trong AuC.
1.4.3. Mó nhận dạng tế bào toàn cầu CGI
CGI được sử dụng để cỏc MSC và BSC truy nhập cỏc tế bào. CGI = LAI + CI.
CI gồm 16 bit dựng để nhận dạng cell trong phạm vi của LAI. CGI được lưu giữ trong cơ sở dữ liệu của MSC/VLR.
1.4.4. Mó nhận dạng trạm gốc BSIC
Cấu trỳc của mó nhận dạng trạm gốc như sau: NCC (3 bit) BCC (3 bit) Trong đú:
NCC: Mó mầu của mạng GSM, được sử dụng để phõn biệt với cỏc mạng khỏc trong nước.
BCC: Mó mầu của trạm BTS, dựng để phõn biệt cỏc kờnh sử dụng cựng một tần số của cỏc trạm BTS khỏc nhau.
1.4.5. Số thuờ bao ISDN của mỏy di động MSISDN
Mỗi thuờ bao di động đều cú một số mỏy MSISDN được ghi trong danh bạ điện thoại. Nếu một số dựng cho tất cả cỏc dịch vụ viễn thụng liờn quan đến thuờ bao thỡ gọi là đỏnh số duy nhất, cũn nếu thuờ bao sử dụng cho mỗi dịch vụ viễn thụng một số khỏc nhau thỡ gọi là đỏnh số mở rộng.
MSISDN được sử dụng bởi MSC để truy nhập HLR khi cần thiết lập kết nối. MSISDN cú cấu trỳc theo CCITT, E164 về kế hoạch đỏnh số ISDN như sau:
CC NDC SN
Trong đú:
- 28 -
NDC: Mó mạng GSM, dựng để phõn biệt cỏc mạng GSM trong cựng một nước. SN: Số thuờ bao, tối đa được 12 số, trong đú cú 3 số để nhận dạng HLR.
1.4.6. Mó số nhận dạng thuờ bao di động quốc tế IMSI
IMSI là mó số duy nhất cho mỗi thuờ bao trong một vựng hệ thống GSM. IMSI được ghi trong MS và trong HLR và bớ mật với người sử dụng. IMSI cú cấu trỳc như sau:
MCC MNC MSIN
Trong đú:
MCC: Mó nước cú mạng GSM, do CCITT qui định để nhận dạng quốc gia mà thuờ bao đang cú mặt.
MNC: Mó mạng GSM.
MSIN: Số nhận dạng thuờ bao di động, gồm 10 số được dựng để nhận dạng thuờ bao di động trong cỏc vựng dịch vụ của mạng GSM, với 3 số đầu tiờn được dựng để nhận dạng HLR.
MSIN được lưu giữ cố định trong VLR và trong thuờ bao MS. MSIN được VLR sử dụng khi truy nhập HLR/AuC để tạo lập “hộ khẩu thường trỳ” cho thuờ bao.
1.4.7. Mó số nhận dạng thuờ bao di động cục bộ LMSI
Gồm 4 octet. VLR lưu giữ và sử dụng LMSI cho tất cả cỏc thuờ bao hiện đang cú mặt tại vựng phủ súng của nú và chuyển LMSI cựng với IMSI cho HLR. HLR sử dụng LMSI mỗi khi cần chuyển cỏc mẩu tin liờn quan đến thuờ bao tương ứng để cung cấp dịch vụ.
1.4.8. Mó số nhận dạng thuờ bao di động tạm thời TMSI
TMSI do VLR tự tạo ra trong cơ sở dữ liệu của nú cựng với IMSI sau khi việc kiểm tra quyền truy nhập của thuờ bao chứng tỏ hợp lệ. TMSI được sử dụng cựng với LAI để địa chỉ hoỏ thuờ bao trong BSS và truy nhập số liệu của thuờ bao trong cơ sở dữ liệu của VLR.
1.4.9. Số vóng lai của thuờ bao di động MSRN
MSRN do VLR tạm thời tạo ra yờu cầu của HLR trước khi thiết lập cuộc gọi đến một thuờ bao đang lưu động đến mạng của nú. Khi cuộc gọi kết thỳc thỡ MSRN cũng bị xoỏ. Cấu trỳc của MSRN bao gồm CC, NDC và số do VLR tạm thời tự tạo ra.
- 29 -
1.4.10. Số chuyển giao HON
Handover là việc di chuyển cuộc đàm thoại mà khụng làm giỏn đoạn kết nối từ tế bào này sang tế bào khỏc (trường hợp phức tạp nhất là chuyển giao ở những tế bào thuộc cỏc tổng đài MSC khỏc nhau). Vớ dụ khi thuờ bao di chuyển từ MSC1 sang MSC2 mà vẫn đang sử dụng dịch vụ. MSC2 yờu cầu VLR của nú tạm thời tạo ra HON để gửi cho MSC1 và MSC1 sử dụng HON để chuyển cuộc nối sang cho MSC2. Sau khi hết cuộc thoại hay thuờ bao rời khỏi vựng phủ súng của MSC1 thỡ HON sẽ bị xoỏ.
1.4.11. Mó số nhận dạng thiết bị di động quốc tế IMEI
IMEI được hóng chế tạo ghi sẵn trong thiết bị thuờ bao và được thuờ bao cung cấp cho MSC khi cần thiết. Cấu trỳc của IMEI:
TAC FAC SNR
TAC: Mó chứng nhận loại thiết bị, gồm 6 kớ tự, dựng để phõn biệt với cỏc loại khụng được cấp bản quyền. TAC được quản lý một cỏch tập trung.
FAC: Xỏc định nơi sản xuất, gồm 2 kớ tự.
- 30 -
CHƢƠNG 2 - CƠ SỞ THIẾT KẾ MẠNG VÀ QUY HOẠCH TẦN SỐ 2.1. Cấu trỳc hệ thống thụng tin di động trƣớc đõy
Dịch vụ thoại di động truyền thống được cấu trỳc giống như hệ thống truyền hỡnh phỏt thanh quảng bỏ: Một trạm phỏt súng cụng suất mạnh đặt tại vị trớ cú độ cao để cú thể phỏt tớn hiệu trong vũng bỏn kớnh đến 50km.
Hỡnh 2.1 Cấu trỳc hệ thống thụng tin di động trước đõy
2.2. Hệ thống thụng tin di động tế bào
Khỏi niệm mạng tổ ong đó cấu trỳc lại hệ thống thụng tin di động theo cỏch khỏc. Thay vỡ sử dụng một trạm cụng suất lớn, người ta sử dụng nhiều trạm cụng suất nhỏ trong vựng phủ súng được ấn định trước. Lấy vớ dụ, bằng cỏch phõn chia một vựng trung tõm thành 100 vựng nhỏ hơn (cỏc tế bào), mỗi cell sử dụng một mỏy phỏt cụng suất thấp với khả năng cung cấp 12 kờnh thoại cho mỗi mỏy. Khi đú dung lượng của hệ thống về lý thuyết cú thể tăng từ 12 kờnh thoại sử dụng một mỏy phỏt cụng suất lớn lờn đến 1200 kờnh thoại bằng cỏch sử dụng 100 mỏy phỏt cụng suất thấp. Như vậy là dung lượng hệ thống đó tăng lờn rất nhiều.
Bằng cỏch giảm bỏn kớnh của vựng phủ súng đi 50% (diện tớch vựng phủ súng giảm 4 lần), nhà cung cấp dịch vụ cú thể tăng khả năng phục vụ lờn 4 lần. Hệ thống được triển khai trờn vựng cú bỏn kớnh 1 km cú thể cung cấp số kờnh lớn hơn gấp 100 lần so với hệ thống triển khai trờn vựng cú bỏn kớnh 10 km. Từ thực tế rỳt ra kết luận rằng, bằng cỏch giảm bỏn kớnh vựng đi vài trăm một thỡ nhà cung cấp cú thể phục vụ thờm vài triệu cuộc gọi.
- 31 -
Hỡnh 2.2 Hệ thống thụng tin di động sử dụng cấu trỳc tế bào
Khỏi niệm cell (tế bào) được sử dụng với cỏc mức cụng suất thấp khỏc nhau, nú cho phộp cỏc cell (cỏc tế bào) cú thể thay đổi vựng phủ súng tuỳ theo mật độ, nhu cầu của thuờ bao trong một vựng nhất định. Cỏc cell cú thể được thờm vào từng vựng tuỳ theo sự phỏt triển của thuờ bao trong vựng đú. Tần số ở cell này cú thể được tỏi sử dụng ở cell khỏc, cỏc cuộc điện thoại vẫn được duy trỡ liờn tục khi thuờ bao di chuyển từ cell này sang cell khỏc.
2.3. Quy hoạch Cell
2.3.1. Khỏi niệm tế bào (cell)
Cell (tế bào hay ụ): Là đơn vị cơ sở của mạng, tại đú trạm di động MS tiến hành trao đổi thụng tin với mạng qua trạm thu phỏt vụ tuyến gốc BTS. BTS trao đổi thụng tin qua súng vụ tuyến với tất cả cỏc trạm di động MS cú mặt trong cell.
- 32 -
Hỡnh 2.3 Khỏi niệm Cell
Hỡnh dạng lý thuyết của cell là một ụ tổ ong hỡnh lục giỏc
Hỡnh 2.4 Khỏi niệm về biờn giới của một cell
Trờn thực tế, hỡnh dạng của cell là khụng xỏc định. Việc quy hoạch vựng phủ súng cần quan tõm đến cỏc yếu tố địa hỡnh và mật độ thuờ bao, từ đú xỏc định số lượng trạm vụ tuyến BTS, kớch thước cell và phương thức phủ súng thớch hợp.
2.3.2. Kớch thƣớc cell và phƣơng thức phủ súng
2.3.2.1. Kớch thƣớc cell
Cell lớn: Bỏn kớnh phủ súng khoảng: n km - n * 10 km (GSM: 35 km) Vị trớ thiết kế cỏc cell lớn:
- Súng vụ tuyến ớt bị che khuất (vựng nụng thụn, ven biển… ) - Mật độ thuờ bao thấp.
- Yờu cầu cụng suất phỏt lớn.
Cell nhỏ: Bỏn kớnh phủ súng khoảng: n * 100 m. (GSM: 1 km) Vị trớ thiết kế cỏc cell nhỏ:
- 33 - - Mật độ thuờ bao cao.
- Yờu cầu cụng suất phỏt nhỏ.
Cú tất cả bốn kớch thước cell trong mạng GSM đú là macro, micro, pico và umbrella. Vựng phủ súng của mỗi cell phụ thuộc nhiều vào mụi trường.
Macro cell: Được lắp trờn cột cao hoặc trờn cỏc toà nhà cao tầng. Micro cell: Lại được lắp ở cỏc khu đụ thị, khu dõn cư.
Pico cell: Thỡ tầm phủ súng chỉ khoảng vài chục một trở lại nú thường được lắp để tiếp súng trong nhà.
Umbrella: Lắp bổ sung vào cỏc vựng bị che khuất hay cỏc vựng trống giữa cỏc cell.
Bỏn kớnh phủ súng của một cell tuỳ thuộc vào độ cao của anten, độ lợi anten và gúc ngẩng. Thường thỡ nú cú thể từ vài trăm một tới vài chục km. Trong thực tế thỡ khả năng phủ súng xa nhất của một trạm GSM là 32 km (22 dặm).
Một số khu vực trong nhà mà cỏc anten ngoài trời khụng thể phủ súng tới như nhà ga, sõn bay, siờu thị... thỡ người ta sẽ dựng cỏc trạm pico để chuyển tiếp súng từ cỏc anten ngoài trời vào.
2.3.2.2. Phƣơng thức phủ súng
Hỡnh dạng của cell trong mỗi một sơ đồ chuẩn phụ thuộc vào kiểu anten và cụng suất bức xạ của nú. Cú hai loại anten thường được sử dụng: anten đẳng hướng (omni) là anten phỏt theo tất cả cỏc hướng tạo thành một vựng phủ súng dạng hỡnh trũn, và anten định hướng là anten bức xạ năng lượng tập trung trong một dải quạt (sector).
Phỏt súng đẳng hƣớng (Omni directional)
Anten đẳng hướng bức xạ năng lượng đều theo mọi hướng.
Hỡnh 2.5 Omni cell (3600) site
Khỏi niệm Site: Site được định nghĩa là vị trớ đặt trạm BTS. Với Anten đẳng hướng: 1 Site = 1 Cell 3600
Phỏt súng định hƣớng (Sectorization)
Lợi ớch của sectorization (sector húa):
- Cải thiện chất lượng tớn hiệu (giảm can nhiễu kờnh chung). - Tăng dung lượng thuờ bao.
- 34 -
Hỡnh 2.6 Sector húa 1200
Với anten định hướng 1200
: 1 Site = 3 Cell 1200
2.3.3. Chia cell (Cell Splitting)
Một cell với kớch thước càng nhỏ thỡ mật độ phõn bố năng lượng càng lớn. Tuy nhiờn, kớch thước nhỏ đi cú nghĩa là cần phải cú nhiều trạm gốc hơn và như thế chi phớ cho hệ thống lắp đặt trạm cũng cao hơn.
Khi hệ thống bắt đầu được sử dụng số thuờ bao cũn thấp, để tối ưu thỡ kớch thước cell phải lớn. Nhưng khi dung lượng hệ thống tăng thỡ kớch thước cell cũng phải giảm đi để đỏp ứng với dung lượng mới. Phương phỏp này gọi là chia cell.
Tuy nhiờn, sẽ khụng thực tế khi người ta chia nhỏ toàn bộ cỏc hệ thống ra cỏc vựng nhỏ hơn nữa, và tương ứng với nú là cỏc cell. Nhu cầu lưu lượng cũng như mật độ thuờ bao sử dụng giữa cỏc vựng nụng thụn và thành thị cú sự khỏc nhau nờn đũi hỏi cấu trỳc mạng ở cỏc vựng đú cũng khỏc nhau.
Cỏc nhà quy hoạch sử dụng khỏi niệm cell splitting để phõn chia một khu vực cú mật độ thuờ bao cao, lưu lượng lớn thành nhiều vựng nhỏ hơn để cung cấp tốt hơn cỏc dịch vụ mạng. Vớ dụ cỏc thành phố lớn được phõn chia thành cỏc vựng địa lý nhỏ hơn với cỏc cell cú mức độ phủ súng hẹp nhằm cung cấp chất lượng dịch vụ cũng như lưu lượng sử dụng cao, trong khi khu vực nụng thụn nờn sử dụng cỏc cell cú vựng phủ súng lớn, tương ứng với nú số lượng cell sẽ sử dụng ớt hơn để đỏp ứng cho lưu lượng thấp và số người dựng với mật độ thấp hơn.
- 35 -
Đứng trờn quan điểm kinh tế, việc hoạch định cell phải bảo đảm lưu lượng hệ thống khi số thuờ bao tăng lờn, đồng thời chi phớ phải thấp nhất. Thực hiện được điều này thỡ yờu cầu phải tận dụng được cơ sở hạ tầng của trạm cũ. Để đỏp ứng được yờu cầu này, người ta sử dụng phương phỏp giảm kớch thước cell gọi là tỏch cell (cell splitting).Theo phương phỏp này việc hoạch định được chia thành cỏc giai đoạn sau:
2.3.3.1. Phase 0
Khi mạng lưới mới được thiết lập, lưu lượng cũn thấp, số lượng trạm cũn ớt, mạng thường sử dụng cỏc “omni cell” với cỏc anten đẳng hướng, phạm vi phủ súng rộng.
Hỡnh 2.8 Cỏc Omni cell ban đầu
Khi mạng được mở rộng, dung lượng sẽ tăng lờn, để đỏp ứng được điều này phải dựng nhiều súng mang hơn hoặc sử dụng lại những súng mang đó cú một cỏch thường xuyờn hơn.
Tuy nhiờn, mọi sự thay đổi trong quy hoạch cấu trỳc tần số phải gắn liền với việc quan tõm tới tỷ số C/I. Cỏc tần số khụng thể được ấn định một cỏch ngẫu nhiờn cho cỏc cell. Để thực hiện được điều này, phương phỏp phổ biến là chia cell theo thứ tự.
2.3.3.2. Phase 1: Sector húa
Thay anten đẳng hướng (omni) bằng 3 anten riờng biệt định hướng dải quạt 1200 là một giải phỏp tỏch chia một cell thành 3 cell. Đú là giải phỏp sector húa (sectorization). Cỏch làm này khụng đũi hỏi thờm mặt bằng cho cỏc cell mới. Tuy cỏc cell mới phõn biệt nhau theo chức năng mạng nhưng chỳng vẫn ở tại mặt bằng cũ.
Khi đú, tại mỗi vị trớ cũ (site) bõy giờ cú thể phục vụ được 3 cell mới, những cell này nhỏ hơn và cú 3 anten định hướng được đặt ở vị trớ này, gúc giữa cỏc anten này là 1200.
- 36 -
Hỡnh 2.9 Giai đoạn 1: Sector húa
2.3.3.3. Phase 2: Tỏch chia nhỏ hơn nữa về sau
Tỏch chia cell 1:3 thờm lần nữa
Hỡnh 2.10 trỡnh bày việc tỏch chia 3 thờm lần nữa. Lần tỏch này sử dụng lại mặt bằng cũ và thờm mới gấp đụi mặt bằng mới cho cỏc BTS mới.
Ở mặt bằng cũ, anten cần quay đi 300
ngược chiều kim đồng hồ. Như vậy tổng số mặt bằng gấp 3 lần mặt bằng cũ để trả giỏ cho sự tăng dung lượng mạng lờn gấp 3 lần.
- 37 -
Hỡnh 2.10 Tỏch chia 1:3 thờm lần nữa
Tỏch chia 1:4 (sau lần đầu chia 3)
- 38 -
Sự tỏch chia này khụng đũi hỏi xoay hướng anten ở tất cả cỏc BTS cú mặt bằng cũ. Vị trớ BTS mặt bằng mới được biểu thị trờn hỡnh vẽ 2.11.
Số lần sử dụng lại tần số, dung lượng hệ thống và số lượng mặt bằng BTS đều tăng 4 lần so với trước khi chia tỏch.
Tựy theo yờu cầu về dung lượng hệ thống, việc chia cell cú thể được thực hiện tiếp tục. Tuy nhiờn, mọi sự thay đổi trong quy hoạch cấu trỳc tần số phải gắn liền với việc quan tõm tới tỷ số nhiễu C/I.
Bõy giờ ta hóy xột một vớ dụ để thấy được khi tăng dung lượng và thu hẹp kớch thước cell. Giả thiết rằng hệ thống cú 24 tần số và chỳng ta bắt đầu từ một cụm 7 cell cú bỏn kớnh cực đại 14 km. Sau đú chỳng ta thực hiện cỏc giai đoạn tỏch 3 và tỏch 4.
Cũng giả thiết rằng một thuờ bao cú lưu lượng 0,02 Erlang với cấp độ phục vụ GoS = 5%. Với 24 tần số, nghĩa là số kờnh logic của hệ thống sẽ là:
24 x 8 = 192 kờnh
Trong giai đoạn thứ nhất, khi một cụm (số nhúm tần số) là N = 7, thỡ số kờnh lưu lượng TCH cho mỗi cell là:
(192 - 2 x7 )/7 = 178/7 = 25 TCH
Trong giai đoạn tiếp theo, khi một cụm cú N = 21. Số kờnh lưu lượng cho mỗi