Giả sử cú một thuờ bao A thuộc mạng cố định PSTN yờu cầu thiết lập cuộc gọi với thuờ bao B thuộc mạng di động.
- Thuờ bao A quay mó nơi nhận trong nước để đạt tới vựng GSM/PLMN. Nối thụng được thiết lập từ tổng đài nội hạt của thuờ bao A đến GMSC của mạng GSM/PLMN.
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM
- Thuờ bao A quay số của thuờ bao B, số thuờ bao được phõn tớch ở GMSC. Bằng chức năng hỏi đỏp GMSC gửi MSISDN cựng với yờu cầu về số lưu động (MSRN) đến bộ ghi định vị thường trỳ (HLR)
- HLR dịch số thuờ bao của MS được quay vào nhận dạng GSM/PLMN: MSISDN ⇒ IMSI
- HLR chỉ cho MS vựng phục vụ và gửi IMSI của MS đến VLR của vựng phục vụ đồng thời yờu cầu về MSRN.
- VLR sẽ tạm thời gỏn số lưu động MSRN cho thuờ bao bị gọi và gửi nú ngược trở về HLR, HLR sẽ gửi nú về tổng đài cổng GSMC.
- Khi nhận được MSRN đỳng tổng đài GMSC sẽ cú khả năng thiết lập cuộc gọi đến vựng phục vụ MSC/VLR nơi thuờ bao B hiện đang cú mặt.
- VLR sẽ chỉ cho thuờ bao này vựng định vị (LAI) ở giai đoạn quỏ trỡnh thiết lập cuộc gọi hệ thống muốn rằng thụng bỏo tỡm gọi thuờ bao bị gọi được phỏt quảng bỏ trờn vựng phủ súng của tất cả cỏc ụ của vựng định vị này. Vỡ vậy MSC/VLR gửi thụng bỏo tỡm gọi đến tất cả cỏc BTS trong vựng định vị.
- Khi nhận được thụng tin tỡm gọi, BTS sẽ phỏt nú lờn đường vụ tuyến ở kờnh tỡm gọi PCH. Khi MS ở trạng thỏi rỗi và “nghe” ở kờnh PCH của một trong số cỏc ụ thuộc vựng định vị LA, nú sẽ nhận thụng tin tỡm gọi , nhận biết dạng IMSI và gửi trả lời về thụng bỏo tỡm gọi.
- Sau cỏc thủ tục về thiết lập cuộc gọi và sau khi đó gỏn cho một kờnh thụng tin cuộc gọi núi trờn được nối thụng đến MS ở kờnh vụ tuyến.
CHƯƠNG 3 . TÍNH TOÁN MẠNG DI ĐỘNG GSM
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM
Trong quỏ trỡnh phỏt triển mạng, tăng cường dung lượng của mạng là một nhu cầu cấp thiết. Tuy nhiờn, cựng cần xỏc định dung lượng cần tăng là bao nhiờu để phự hợp với từng giai đoạn phỏt triển của mạng và phự hợp với yờu cầu về mặt kỹ thuật và kinh tế hiện tại.
3.1.1. Lưu lượng và kờnh vụ tuyến đường trục
Trong lĩnh vực giao thụng vận tải, đường trục để cho nhiều xe cộ đi đến mọi nơi. Hiệu quả sử dụng của đường trục lớn hơn nhiều so với đường cụt (chỉ nối với một xó vựng sõu chẳng hạn). Nếu liờn lạc vụ tuyến bằng kờnh vụ tuyến dành riờng PRM (Private Mobile Radio), thỡ phần lớn thời gian kờnh vụ tuyến đú khụng được sử dụng. Tài nguyờn kờnh vụ tuyến là rất hạn chế, nờn phải quản lý nú trờn phạm vi quốc gia và quốc tế. Từ đú, xu hướng là kờnh vụ tuyến đường trục dựng chung.
Hệ thống thụng tin di động cellular ỏp dụng kờnh vụ tuyến đường trục: Mỗi BTS cú một số kờnh vụ tuyến dựng chung cho nhiều người. Tỷ lệ người dựng trờn số kờnh dựng chung càng cao thỡ hiệu quả sử dụng đường trục càng cao. Hiệu suất sử dụng phổ tần số lại càng cao khi cựng một tần số mà được dựng lại nhiều lần ở cỏc cell cỏch xa nhau.
Lưu lượng : Trong hệ thống viễn thụng, lưu lượng là tin tức được truyền dẫn qua cỏc kờnh thụng tin. Lưu lượng của một thuờ bao được tớnh theo cụng thức:
A =
3600 *t C
C : số cuộc gọi trung bỡnh trong một giờ của một thuờ bao t : thời gian trung bỡnh cho một cuộc gọi.
A : lưu lượng thụng tin trờn một thuờ bao ( tớnh băng Erlang ). Nếu C = 1 : Trung bỡnh một người cú một cuộc gọi trong một giờ. t = 120 : Thời gian trung bỡnh cho một cuộc gọi là 2 phỳt.
⇒ A = 13600*120 ≈ 33 mErlang/người sử dụng
Như vậy, để phục vụ cho 1000 thuờ bao ta cần một lưu lượng là 33 Erlang.
3.1.2. Cấp độ dịch vụ - GoS ( Grade of Service )
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM
khụng thể trỏnh khỏi những khoảng thời gian để trống kờnh vụ tuyến đú, do vậy kờnh vụ tuyến khụng đạt được dung lượng lý tưởng (1 Erl). Khi số người dựng tăng lờn, số cuộc gọi đi qua kờnh càng tăng, nờn thụng lượng tăng lờn.Cú thể xảy ra tỡnh huống nhiều người dựng đồng thời truy cập một kờnh vụ tuyến, khi đú chỉ cú một người được dựng kờnh, những người khỏc bị tắc nghẽn.
Hỡnh 3.1. Lưu lượng: Muốn truyền, được truyền, nghẽn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Lưu lượng muốn truyền = Lưu lượng được truyền + Lưu lượng nghẽn. Offered Traffic = Carried Traffic + Blocked Traffic
Cấp phục vụ (GoS = Grade of Service):
Để một kờnh đường trục cú chất lượng phục vụ cao thỡ xỏc suất nghẽn phải thấp. Vậy nờn số người dựng cú thể phải bị giới hạn, tức là lưu lượng muốn truyền phải giữ trong dung lượng kờnh. Nếu chấp nhận một cấp phục vụ thấp hơn, tức là xỏc suất nghẽn lớn hơn, thỡ tương ứng tăng được dung lượng muốn truyền (tăng số người dựng). GoS cựng một nghĩa với xỏc suất nghẽn:
Lưu lượng muốn truyền: A (lưu lượng muốn truyền) Lưu lượng bị nghẽn : A*GoS (lưu lượng mất đi)
Lưu lượng được truyền : A*(1 - GoS) (lưu lượng phỏt ra)
Theo thống kờ cho thấy thỡ cỏc thuờ bao cỏ nhõn sẽ khụng nhận ra được sự tắc nghẽn hệ thống ở mức dưới 10%. Tuy nhiờn để mạng hoạt động với hiệu suất cao thỡ mạng cellular thường cú GoS = 2 % nghĩa là tối đa 2% lưu lượng bị nghẽn, tối thiểu 98% lưu lượng được truyền.
Mụ hỡnh ERLANG B:
Đõy là mụ hỡnh hệ thống thụng tin hoạt động theo kiểu tiờu hao. Thuờ bao khụng hề gọi lại khi cuộc gọi khụng thành. Đồng thời giả thiết rằng: Xỏc suất cuộc
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM
gọi phõn bố theo luật ngẫu nhiờn Poisson, số người dựng rất lớn so với số kờnh dựng chung, khụng cú kờnh dự trữ dựng riờng, cuộc gọi bị nghẽn khụng được gọi lại ngay.
Hỡnh 3.2. Xỏc suất nghẽn GoS
Mụ hỡnh Erlang B là mụ hỡnh thớch hợp hơn cả cho mạng GSM. Từ cỏc cụng thức toỏn học, người ta lập ra bảng Erlang B cho tiện dụng (phần Phụ lục).
Vớ dụ: Số kờnh dựng chung là 10, GoS là 2%. Tra bảng Erlang B ta cú lưu lượng muốn truyền là A = 5,084 Erl. Vậy lưu lượng được truyền là:
A*(1 - GoS) = 5,084*(1 – 0,02) = 4,9823 Erl.
3.1.3. Hiệu suất sử dụng trung kế ( đường trục )
Hiệu suất sử dụng trung kế là tỷ số giữa lưu lượng được truyền với số kờnh của đường trục. ở trờn ta đang xột vi dụ trung kế cú số kờnh chung n = 10,
GoS = 2 %, nờn lưu lượng được truyền sẽ là 4,9823 Erl. Ta cú :
Hiệu suất sử dụng trung kế = *100% 10
9823 , 4
= 49,823 % Hiệu suất này tương ứng với GoS tốt ( xỏc suất nghẽn thấp ). Nếu
Gos = 10 % ( tồi hơn ), lưu lượng muốn truyền là 7,511 Erl, tương ứng với lưu lượng được truyền là 6,7599 Erl. Khi đú hiệu suất sử dụng trung kế lờn đến :
*100% 10 7599 , 6 = 67,599 %.
GoS càng tốt thỡ hiệu suất sử dụng trung kế càng thấp, cần phải cú nhiều kờnh vụ tuyến cho lưu lượng muốn truyền đó cho. GoS càng kộm thỡ với một lưu lượng đó cho thỡ chỉ cần số kờnh vụ tuyến là ớt hơn.
Với cựng một cấp phục vụ, trung kế càng lớn (số kờnh dựng chung lớn) thỡ hiệu quả sử dụng trung kế cũng cao.
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM
Bảng 3.1. Hiệu suất sử dụng trung kế
Số kờnh TCH
Lưu lượng được truyền (GoS = 2%) Hiệu suất sử dụng trung kế 6 2,2305 Erlang 37 % 10 4,9823 Erlang 49,82 % 15 8,8300 Erlang 58,86 % 25 17,155 Erlang 68,62 % 40 30,377 Erlang 75,94 % (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.2. Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng phủ súng 3.2.1. Tổn hao đường truyền súng vụ tuyến
Hệ thống GSM được thiết kế với mục đớch là một mạng tổ ong dày đặc và bao trựm một vựng phủ súng rộng lớn. Cỏc nhà khai thỏc và thiết kế mạng của mỡnh để cuối cựng đạt được một vựng phủ liờn tục bao tất cả cỏc vựng dõn cư của đất nước. Vựng phủ súng được chia thành cỏc vựng nhỏ hơn là cỏc Cell. Mỗi Cell được phủ súng bởi một trạm phỏt vụ tuyến gốc BTS. Kớch thước cực đại của một Cell thụng thường cú thể đạt tới bỏn kớnh R = 35 km. Vỡ vậy suy hao đường truyền là khụng thể trỏnh khỏi. Với một Anten cho trước và một cụng suất phỏt đó biết, suy hao đường truyền tỷ lệ với bỡnh phương ( Lf ≈ d2.f2 ), trong đú d là khoảng cỏch từ trạm thu đến trạm phỏt gốc BTS
Dự đoỏn tổn hao đường truyền trong thụng tin di động GSM bao gồm một loạt cỏc vấn đề khú khăn do trạm di động luụn luụn chuyển động và Anten thấp. Những lý do thực tế này dẫn đến sự thay đổi liờn tục của địa hỡnh truyền súng, trạm di động sẽ phải ở vào những vị trớ tốt nhất để thu được cỏc tia phản xạ.
3.2.1.1. Tớnh toỏn lý thuyết
Cỏch cơ bản mà đơn giản ta coi khụng gian truyền súng là khụng gian tự do. Giả thiết rằng khụng cú tia phản xạ và súng vụ tuyến được truyền trong khụng gian tự do. Với Anten vụ hướng, ta cú cụng thức suy hao đường truyền trong khụng gian tự do :
Lf = 20log(4πd /λ) [dB]
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM
Lf (dB) = 33,4 (dB) + 20logf(MHz) + 20logd(km) d = khoảng cỏch từ anten phỏt đến anten thu [km].
f = tần số làm việc [MHz].
Những cụng thức lý thuyết đơn giản và trọn vẹn trờn khụng cũn phự hợp trong mụi trường di động nữa, nơi mà truyền súng do nhiều đường là chủ yếu. Những súng này cũng bị tỏn xạ, nhiều xạ, suy giảm do nhiều trạng thỏi khỏc nhau của cả vật thể cố định và vật thể chuyển động. Mặt khỏc sự khỳc xạ tầng đối lưu làm đường truyền súng bị uốn cong.
+ Phương phỏp đo cường độ trường
Cú năm loại địa hỡnh chớnh:
- Vựng hầu như bằng phẳng - Vựnh nhiều đồi
- Vựng cú địa hỡnh dốc
- Vựng ranh giới giữa đất và nước - Vựng nỳi độc lập
Đối với mỗi loại địa hỡnh cú một biểu đồ tương ứng chỉ ra tổn hao ứng với loại địa hỡnh đú
3.2.2. Suy hao đường truyền
Là quỏ trỡnh mà ở đú tớn hiệu thu giảm dần do khoảng cỏch trạm phỏt và trạm thu ngày càng tăng. Với một anten cho trước cụng suất phỏt suy hao đường truyền tỷ lệ với bỡnh phương của d*f với d là khoảng cỏch và f là tần số. Trong địa hỡnh thành phố suy hao cú thể tỉ lệ với d4 hoặc hơn thế.
3.2.2.1. Dự đoỏn chung
Hệ thống GSM được thiết kế với mục đớch là một mạng tổ ong dày đặc và bao trựm một vựng phủ súng rộng lớn. Cỏc nhà khai thỏc, thiết kế mạng của mỡnh sao cho cuối cựng đạt được một vựng phủ liờn tục bao trựm tất cả cỏc vựng dõn cư của đất nước. Vựng phủ súng được chia thành cỏc vựng nhỏ hơn là cỏc cell. Mỗi cell được phủ súng bởi một trạm phỏt vụ tuyến gốc BTS. Kớch thước cực đại của một cell thụng thường cú thể đạt tới bỏn kớnh R = 35 km. Vỡ vậy, suy hao đường truyền là khụng thể trỏnh khỏi.
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM
Với một anten cho trước và một cụng suất phỏt đó biết, suy hao đường truyền tỉ lệ với bỡnh phương (d.f), trong đú d là khoảng cỏch từ trạm thu đến trạm phỏt gốc BTS. Trong mụi trường thành phố, với nhiều nhà cao tầng, suy hao cú thể tỉ lệ với luỹ thừa 4 hoặc cao hơn nữa.
Dự đoỏn tổn hao đường truyền trong thụng tin di động GSM bao gồm một loạt cỏc vấn đề khú khăn, mà lý do chớnh bởi vỡ trạm di động luụn luụn di động và anten thu thấp. Những lý do thực tế này dẫn đến sự thay đổi liờn tục của địa hỡnh truyền súng, vỡ vậy trạm di động sẽ phải ở vào những vị trớ tốt nhất để thu được cỏc tia phản xạ.
Cỏch cơ bản mà đơn giản ta coi khụng gian truyền súng là khụng gian tự do. Giả thiết rằng khụng cú tia phản xạ và súng vụ tuyến được truyền trong khụng gian tự do. Với anten vụ hướng, ta cú cụng thức suy hao đường truyền trong khụng gian tự do:
Lf = 20log(4πd/λ) [dB] Cụng thức này cú thể được viết lại như sau:
Lf = 32.5 + 20logd + 20logf [dB]
Trong đú:
d = khoảng cỏch từ anten phỏt đến anten thu [km] f = tần số làm việc [MHz] (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Những cụng thức lý thuyết đơn giản và trọn vẹn trờn khụng cũn phự hợp trong mụi trường di động nữa, nơi mà truyền súng do nhiều đường là chủ yếu. Những súng này cũng bị tỏn xạ, nhiễu xạ, suy giảm do nhiều trạng thỏi khỏc nhau của cả vật thể cố định và vật thể chuyển động. Hơn nữa, sự khỳc xạ tầng đối lưu làm đường truyền súng bị uốn cong.
+ Mụ hỡnh mặt đất bằng phẳng
Mụ hỡnh mặt đất được trỡnh bày trong hỡnh 3.2 cho thấy tổng tớn hiệu đến trong mỏy thu bao gồm thành phần đến trực tiếp cộng với thành phần phản xạ từ mặt đất (thành phần này cú thể được coi như là tớn hiệu gốc từ một anten ảo trong lũng đất). Hai súng này cựng nhau tạo thành súng khụng gian (Space Wave).
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM
d Tx
h1 h2 Rx
Tx ảo
Hỡnh 3.2. Truyền súng trong trường hợp coi mặt đất là bằng phẳng
Ta cú cụng thức sau để tớnh suy hao đường truyền: L = 20.log(d2/h1.h2)
Nhưng trong thực tế, khoảng khụng gian giữa mỏy thu và mỏy phỏt thường cú cỏc vật chắn (hỡnh 3.3). Theo lý thuyết về truyền súng vụ tuyến, một chướng ngại vật sẽ làm suy giảm cường độ của tớn hiệu truyền thẳng. Sự suy giảm này phụ thuộc vào vật chắn trong tầm nhỡn thẳng của vật chắn.
Hỡnh 3.3. Vật chắn trong tầm nhỡn thẳng
Cụng thức dựng để tớnh toỏn sự suy giảm do vật chắn gõy ra: λ . 2 . 1 ) 2 1 .( 2 . d d d d h V = +
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM
Trong thực tế cỏc loại địa hỡnh truyền súng thường rất phức tạp, khụng một cụng thức nào cú thể đề cập được hết cỏc loại địa hỡnh này. Vỡ vậy, đó xuất hiện những mụ hỡnh truyền súng nhờ những đo đạc thực tế của cỏc nhà khoa học.
3.2.2.2. Cỏc mụ hỡnh chớnh lan truyền súng trong thụng tin di động
+ Mụ hỡnh truyền súng Hata
Vào khoảng năm 1980, M.Hata đó giới thiệu mụ hỡnh toỏn học trong việc tớnh suy giảm đường truyền dựa trờn những phõn tớch dữ liệu của Okumula.
Cụng thức Hata:
Lp(đụ thị) = 69.55 + 26.16logf - 13.82loghb - a(hm) + (44.9 - 6.55loghb)logd
Trong đú:
Lp(đụ thị) : suy hao đường truyền đối với đụ thị đụng dõn (dB) f : tần số súng mang (150ữ1500) MHz
hb : chiều cao của anten trạm gốc (30ữ200) m hm : chiều cao anten mỏy di động (1ữ20) m
d : khoảng cỏch từ trạm gốc đến mỏy di động (1ữ20) km Hệ số hiệu chỉnh anten a(hm) :
a(hm) = (1.1logf - 0.7)hm - (1.56logf - 0.8) Cũng cú cụng thức khỏc cho vựng đụng dõn
Lp(ngoại ụ) = Lp(đụ thị) - 2[log(f/28)]2 - 5.4 Lp(nụng thụn) = Lp(đụ thị) - 4.78(logf)2 + 18.33logf - 40.94
Mụ hỡnh Hata được sử dụng rộng rói nhưng trong cỏc trường hợp đặc biệt như nhà cao tầng phải sử dụng Microcell với anten lắp đặt dưới mỏi nhà cần phải sử dụng mụ hỡnh khỏc được giới thiệu tiếp theo.
+ Mụ hỡnh COST231 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
COST (Collaborative studies in Science and Technology - Cộng tỏc nghiờn cứu khoa học và cụng nghệ) được sự bảo trợ của EU. COST231 bao gồm một số vấn đề liờn quan tới vụ tuyến của ụ và những mụ hỡnh truyền súng. Một Microcell được COST231 định nghĩa là một cell nhỏ với phạm vi từ 0.5 đến 1 km, trong phạm vi này anten gốc núi chung được đặt thấp hơn độ cao của toà nhà cao nhất.
Giải phỏp nõng cao dung lượng trong mạng GSM
Anten trạm gốc của cell lớn hoặc cell nhỏ núi chung đều được đặt phớa trờn