Trong GSM, mỗi phần tử mạng cũng như mỗi vựng phục vụ đều được địa chỉ hoỏ bằng một số gọi là mó (code). Trờn phạm vi toàn cầu, hệ thống mó này là đơn trị (duy nhất) cho mỗi đối tượng và được lưu trữ rải rỏc trong tất cả cỏc phần tử mạng.
Mó xỏc định khu vực LAI ( Location Area Identity ): LAI là mó quốc tế cho cỏc khu vực, được lưu trữ trong VLR và là một thành phần trong mó nhận dạng tế bào toàn cầu CGI (Cell Global Identity). Khi một thuờ bao cú mặt tại một vựng phủ súng nào đú, nú sẽ nhận CGI từ BSS, so sỏnh LAI nhận được trước đú để xỏc định xem nú đang ở đõu. Khi hai số liệu này khỏc nhau, MS sẽ nạp LAI mới cho bộ nhớ. Cấu trỳc của một LAI như sau:
MCC MNC LAC
trong đú:
• MCC (Mobile Country Code): mó quốc gia của nước cú mạng GSM.
• MNC (Mobile Network Code): mó của mạng GSM, do quốc gia cú mạng GSM qui định.
• LAC (Location Area Code): mó khu vực, dựng để nhận dạng khu vực trong mạng GSM.
Cỏc mó số đa dịch vụ toàn cầu (International ISDN Numbers): 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 (International Mobile Subscriber ISDN Number) 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 (International Mobile Subscriber Identity) được lưu giữ trong AUC.
Mó nhận dạng tế bào toàn cầu CGI: CGI được sử dụng để cỏc MSC và BSC truy nhập cỏc tế bào.
CI (Cell Identity) 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.
Mó nhận dạng trạm gốc BSIC (Base Station Identity Code):
Cấu trỳc của mó nhận dạng trạm gốc như sau:
NCC (3 bits) BCC (3 bits) trong đú:
NCC (Network Color Code): mó màu của mạng GSM. Được sử dụng để phõn biệt với cỏc mạng khỏc trong nước.
BCC ( BTS Color Code ): mó màu của BTS. Dựng để phõn biệt cỏc kờnh sử dụng cựng một tần số của cỏc trạm BTS khỏc nhau.
Số thuờ bao ISDN của mỏy di động - MSISDN (Mobile Subscriber ISDN Number):
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 cuộc nối. MSISDN cú cấu trỳc theo CCITT, E164 về kế hoạch đỏnh số ISDN như sau:
CC NDC SN
trong đú:
CC (Country Code): mó nước, là nơi thuờ bao đăng kớ nhập mạng (Việt Nam thỡ CC = 84).
NDC (National Destination Code): mó mạng GSM, dựng để phõn biệt cỏc mạng GSM trong cựng một nước.
SN (Subscriber Number): số thuờ bao, tối đa được 12 số, trong đú cú 3 số để nhận dạng HLR.
Nhận dạng thuờ bao di động toàn cầu IMSI (International Mobile Subscriber Identity):
IMSI là mó số duy nhất cho mỗi thuờ bao trong một vựng hệ thống GSM.
trỳc như sau:
MSIN MCC MNC
trong đú:
MCC (Mobile Country Code): mó nước cú mạng GSM, do CCITT qui định để nhận dạng quốc gia mà thuờ bao đang cú mặt.
MNC (Mobile Network Code): mó mạng GSM.
MSIN (Mobile Subscriber Identification Number): 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.
Nhận dạng thuờ bao di động cục bộ - LMSI (Location Mobile subscriber Identity):
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.
Nhận dạng thuờ bao di động tạm thời - TMSI (Temporaly Mobile subscriber Identity):
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.
Số vóng lai của thuờ bao di động - MSRN (Mobile Station Roaming Number ):
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.
Số chuyển giao HON (Handover Number):
Handover là việc di chuyển cuộc nối mà khụng làm giỏn đoạn cuộc 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 choMSC2. Sau khi hết cuộc thoại hay thuờ bao rời khỏi vựng phủ súng của MSC1 thỡ HON sẽ bị xoỏ.
Nhận dạng thiết bị di động quốc tế - IMEI (International Moble Equipment Identity):
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
trong đú:
TAC (Type Approval Code): mó chứng nhận loại thiết bị, gồm 6 kớ tự, dung để phõn biệt với cỏc loại khụng được cấp bản quyền. TAC được quản lý một cỏch tập trung.
FAC (Final Assembly Code): xỏc định nơi sản xuất, gồm 2 kớ tự.
CHƯƠNG II
QUÁ TRèNH TÍNH TOÁN MẠNG THễNG TIN DI ĐỘNG GSM 2.1. Lý thuyết dung lượng và cấp độ dịch vụ
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.
2.1.1. 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= C *t/ 3600,
trong đú:
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 bằng Erlang). Theo số liệu thống kờ điển hỡnh thỡ:
t = 120s : thời gian trung bỡnh cho một cuộc gọi là 2 phỳt. A =1*120 /3600=33 mErlang/người sử dụng
Như vậy, để phục vụ cho 1000 thuờ bao ta cần một lưu lượng là 33 Erlang.
2.1.2. Cấp độ dịch vụ - GoS
Nếu một kờnh bị chiếm toàn bộ thời gian, thỡ kờnh đú đạt được dung lượng cực đại 1 Erl. Vỡ người sử dụng truy cập kờnh vụ tuyến theo kiểu ngẫu nhờn, nờn 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 2.1. Lưu lượng: Muốn truyền, được truyền, nghẽn
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 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 2.2. 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 6, GoS là 2%. Tra bảng Erlang B ta cú lưu lượng muốn truyền là A = 2.2759 Erl. Vậy lưu lượng được truyền là:
A*(1 - GoS) =2.2759 *(1 - 0,02) = 2,2305 Erl.
2.1.3. 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 vớ dụ trờn, ta đang xột trung kế cú số kờnh dựng chung n =6, GoS = 2 %, nờn lưu lượng được truyền sẽ là 2,2305 Erl. Ta cú:
Hiệu suất sử dụng trung kế =(2,2305 /6) *100%=37 %
Hiệu suất cú vẻ thấp này tương ứng với GoS tốt (Xỏc suất nghẽn thấp).
Chẳng hạn, nếu GoS = 10 % (tồi hơn) thỡ lưu lượng muốn truyền là 3.7548 Erl, tương ứng lưu lượng được truyền là: 3.7548 *(1 - 0,1) = 3,3793 Erl. Khi đú, hiệu suất sử dụng trung kế lờn đến: (3,3793 /6) *100 %=56,322 %.
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.
Bảng 2.1. 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 % 30 21.93 Erlang 72% 45 35.16 Erlang 78%
2.2. Cỏc yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng phủ súng2.2.1. Tổn hao đường truyền súng vụ tuyến 2.2.1. 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 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.
2.2.1.1. Phương phỏp đo cường độ trường
Năm 1968, Y. Okumura là một kỹ sư người Nhật Bản đó đưa ra rất nhiều số liệu về việc đo cường độ trường để tham khảo. ễng chia địa hỡnh thành 5 loại chớnh
1. Vựng hầu như bằng phẳng 2. Vựng nhiều đồi
3. Vựng cú chỏm nỳi độc lập 4. Vựng cú địa hỡnh dốc
5. Vựng ranh giới giữa đất và nước (bờ sụng, bờ biển...)
ễng đưa ra những thử nghiệm trờn tất cả cỏc loại địa hỡnh trờn tại những tần số khỏc nhau, với những độ cao anten khỏc nhau và sử dụng cỏc cụng suất phỏt khỏc nhau. Đối với mỗi loại địa hỡnh cú một biểu đồ tương ứng chỉ ra tổn hao ứng với loại địa hỡnh đú (hỡnh 2.3).
Ta thấy rằng sự đo lường của Okumura chỉ cho thấy sự suy giảm của cường độ tớn hiệu theo khoảng cỏch, nhưng nú giảm nhanh hơn nhiều so với những gỡ ta đó biết trong khụng gian tự do.
2.2.1.2. 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 +26,16.logf - 13,82.log(hb) - a(hm) + [44,9 - 6,55log(hb)]. 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) = (1,1.logf - 0,7). hm - (1,56.logf - 0,8) Và cụng thức tớnh suy hao cho vựng ngoài đụ thị:
Lp(ngoại ụ) = Lp(đụ thị) - 2.[log(f/28)]2 - 5,4
Lp(nụng thụn) = Lp(đụ thị) - 4,78(logf)2 + 18,33.logf - 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 COST 231:
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.
Anten trạm gốc của cell lớn hoặc cell nhỏ núi chung đều được đặt phớa trờn của toà nhà cao nhất. Cell nhỏ của GSM được giới hạn trong phạm vi bỏn kớnh khoảng 1ữ3 km, trỏi lại cell lớn cú thể mở rộng phạm vi bỏn kớnh lờn tới 35 km.
Dựa trờn cơ sở này, COST đưa ra mụ hỡnh Hata COST231.