Nghiên cứu tổng quan về hệ thống thông tin di động & về quy hoạch mạng thông tin di động VINAPHONE Hà Nội

và đã chứng tỏ được tính ưu việt của hệ thống. Và trong thập kỷ 90 này, ngành Bưu Điện Việt Nam tuy chưa phát triển như các nước trong khu vực cũng như trên thế giới song TTDĐ ở Việt Nam đã sớm phát triển và ứng dụng những công nghệ mới nhất, đã đáp ứng được nhu cầu thông tin di động của xã hội. Trong quá trình học tập tại Khoa Điện tử - Viễn thông Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, được sự giảng dạy chỉ bảo của các thầy cô giáo, sự cố gắng học hỏi nghiên cứu của bản thân, em đã có những hiểu biết nhất định về mạng thông tin di động, đặc biệt là mạng thông tin di động VinaPhone Hà Nội. Trong đề tài tốt nghiệp của mình, em đã nghiên cứu và xin trình bày những nội dung sau: - Nghiên cứu tổng quan về hệ thống thông tin di động. - Nghiên cứu về quy hoạch mạng thông tin di động VinaPhone Hà Nội. Dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình tìm hiểu và thực tập tại Ct. GPC song vẫn khó tránh khỏi những thiếu sót trong bản Đồ án tốt nghiệp này. Vậy, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp, nhận xét của các thầy cô giáo và toàn thể các bạn. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Lâm Hồng Thạch, cán bộ giảng dạy khoa Điện tử - Viễn thông trường Đại học Bách Khoa đã tận tình hướng dẫn chỉ bảo và động viên để em hoàn thành bản đồ án này. phần I tổng quan chung về hệ thống thông tin di động Chương I Lịch sử về thông tin di động và nguyên lý thông tin tổ ong I-/ lịch sử về thông tin di động 1-/ Thế hệ thứ nhất Xuất hiện năm 1946, sử dụng công nghệ Đa Truy Nhập Phân Chia Theo Tần Số (FDMA-Frequency Division Multiple Access). Khả năng phục vụ của hệ thống là nhỏ, chất lượng không cao và giá thành cao. 2-/ Thế hệ thứ hai Từ năm 1970á1979 cùng với sự ra đời và phát triển của các bộ vi xử lý (mR-micro Rrocessing) đã mở ra một trang mới cho thông tin di động. Đây là một mạng tương tự sử dụng FDMA và TDMA (Time Division Multiple Access-Đa Truy Nhập Phân Chia Theo Thời Gian). Do hạn chế bởi vùng phủ sóng của các anten phát và sử dụng nhiều trạm phát thu cho một trạm phát. 3-/ Thế hệ thứ ba Đã xuất hiện mạng tổ ong tương tự (1979á1990). Các trạm thu phát này được đặt theo các ô hình tổ ong, mỗi ô được gọi là một cell. Mạng này sử dụng kỹ thuật TDMA và cho phép sử dụng lại tần số, cho phép chuyển giao giữa các cell trong cuộc gọi. Với tần số 450á900 MHz có các mạng điển hình là: ã AMPS (Advanced Mobile Phone System - Hệ Thống Điện Thoại Di Động Tiên Tiến) đưa vào hoạt động tại Mỹ năm 1979. ã NMT (Nordric Mobile Telephone System - Hệ Thống Điện Thoại Di Động Bắc  u) hệ thống của các nước Bắc Âu. ã TACS (Total Access Communication System - Hệ Thống Thông Tin Thâm Nhập Toàn Bộ) sử dụng tần số 900 MHz là mạng thiết kế cho số lượng lớn thuê bao di động vận hành vào năm 1985. Tất cả các mạng trên đều được dựa trên mạng truyền thoại tương tự bằng điều chế tần số. Vùng phủ sóng của nó ở mức quốc gia và việc phục vụ đạt tới vài trăm thuê bao. Hệ thống lớn nhất ở Anh với khả năng phục vụ 1 triệu thuê bao năm 1990. 4-/ Thế hệ thứ tư Là thiết kế dựa trên truyền dẫn số, điển hình là các mạng: ã GSM_900 ( Global System for Mobile Communications - Hệ Thống Thông Tin Di Động Toàn Cầu) là hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ FDMAvàTDMA băng tần 900 MHz được đưa vào hoạt động năm 1992 tại Châu Âu. ã DCS (GSM_1800 - Digital Cellular System - Hệ Thống Tổ Ong Số) dựa trên mạng GSM sử dụng băng tần 1800 MHz. ã CDMA (Code Division Multiple Access - Đa Truy Nhập Phân Chia Theo Mã) là hệ thống thông tin di động sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã. Hệ thống này đã được sử dụng tại Bắc Mỹ và một số nước Châu á - Thái Bình Dương đã cho hiệu quả đáng kể. II-/ nguyên lý thông tin tổ ong 1-/ Tổng quan Một hệ thống điện thoại tổ ong kết nối các thuê bao Trạm Di Động (MS - Mobile Station) với hệ thống điện thoại công cộng hoặc với thuê bao MS của hệ thống tổ ong khác. Thông tin được truyền giữa thuê bao MS và mạng tổ ong sử dụng thông tin vô tuyến. Nhờ đó, loại bỏ được sự cần thiết các dây nối cố định sử dụng trong khi lắp đặt điện thoại truyền thông. Do đó, thuê bao MS có thể di chuyển xung quanh và trở thành hoàn toàn di động, có thể đi trên xe hay đi bộ. Ngoài ra các mạng tổ ong còn có nhiều thuận lợi hơn các mạng điện thoại “mặt đất” đang có như là: có tính di động, có tính mềm dẻo, tiện lợi (đối với thuê bao di động); có tính mềm dẻo trong việc mở rộng mạng, có lợi nhuận cao, hiệu quả... 2-/ Các thành phần mạng Các mạng GSM (Global System for Mobile Communication - Hệ Thống Thông Tin Di Động Toàn Cầu) được tạo ra bởi các MSC (Mobile Services Switching Centre_Trung Tâm Chuyển Mạch Các Nghiệp Vụ Di Động), BSS (Base Station System_Hệ Thống Trạm Gốc) và MS. Ba thành phần này có thể chia thành những phần tử nhỏ hơn, ví dụ như: trong BSS ta có các BSC (Base Station Controller_Bộ Điều Khiển Trạm Gốc), các BTS (Base Transceiver Station_Trạm Thu Phát Vô Tuyến Gốc) và XCDR (Trascoder_Bộ Chuyển Mã). BSS BSS BSS BSS BSS BSS BSS MS PSTN - Mạng Điện Thoại Chuyển Mạch Công Cộng. MSC - Trung Tâm Chuyển Mạch Các Nghiệp Vụ Di Động. MS - Trạm Di Động. - Vùng phủ sóng của ô. Hình-1: Tổng quan về hệ thống tổ ong số GSM BSS BSS MSC PSTN MS trong mạng tổ ong được đặt ở trong các ‘ô’ (cell), các ô này được cung cấp bởi các BSS. Mỗi BSS có thể cung cấp một hay nhiều ô, dựa vào thiết bị của nhà sản xuất. Ô bình thường được vẽ theo hình lục giác nhưng trong thực tế chúng không có hình dáng đúng như vậy, đây là kết quả do ảnh hưởng của địa hình xung quanh hoặc do sự thiết kế bởi nhà quy hoạch mạng. 3-/ Tần số ấn định cho GSM Chỉ có các khe hẹp của băng tần được ấn định cho thông tin tổ ong. Danh sách ở dưới đây trình bày số lượng các tần số và phổ được phân bổ cho GSM_900, GSM mở rộng 900 (Extended GSM_900-EGSM_900), GSM_1800 (DCS_1800-Digital Cellurlar System 1800) và PCS_1900. Các dải tần số: * GSM-900: ã Thu (hướng lên) 890-915 MHz. ã Phát ( hướng xuống) 935-960 MHz. ã 124 Kênh tần số vô tuyến tuyệt đối (ARFCN). * EGSM-900: ã Thu (hướng lên) 880-915 MHz. ã Phát (huớng xuống) 925-960 MHz. ã 175 Kenh Tần Số Vô Tuyến Tuyệt Đối. * GSM-1800 (DCS-1800): ã Thu (hướng lên) 1710-1785 MHz. ã Phát (hướng xuống) 1805-1880 MHz. ã 374 Kênh Tần Số Vô Tuyến Tuyệt Đối. * PCS-1900: ã Thu (hướng lên) 1850-1910 MHz. ã Phát (hướng xuống) 1930-1990 MHz. ã 299Kênh Tần Số Vô Tuyến Tuyệt Đối. * ARFCN: ã Độ rộng băng tần bằng 200 MHz. ã 8 khe thời gian TDMA. 4-/ Ô vô tuyến 4.1- Ô và sự hình thành ô vô tuyến Hình-2: Ăng ten vô hướng BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS Hình-3 Vùng bao phủ sóng của một trạm thu phát vô tuyến gốc được gọi là một ô. Hình dạng của các ô phụ thuộc vào vị trí địa lý của nơi đặt BTS, công suất phát của từng trạm BTS là dạng angten phát. Có 2 loại angten phát: angten đẳng hướng và angten vô hướng; angten đẳng hướng là angten có hướng tập chung năng lượng ở các dẻ quạt; nếu chúng ta có 2 BTS với các angten vô hướng và ta yêu cầu danh giới giữa vùng phủ sóng của 2 BTS là tập hợp mà các điểm mà ở đó tín hiệu của cả 2 BTS là như nhau thì nó được danh giới là một đường thẳng (Hình-2). ở hình 3: Nếu ta lặp lại phương thức nói trên bằng cách đặt xung quanh 1 BTS bởi 6 BTS khác thì vùng phủ sóng của nó nhận được có dạng hình lục giác (hình lục giác này trở thành một dạng ký hiệu cho một ô ở trong mạng TTDĐ). 4.2- Kích thước ô Độ lớn của vùng phủ sóng hay kích thước của ô chủ yếu phụ thuộc vào các yếu tố sau là: ã Công suất ra của máy phát vô tuyến. ã Băng tần được sử dụng. ã Chiều cao và vị trí của tháp angten. ã Kiểu loại angten. ã Địa hình của vùng phủ sóng. ã Độ nhạy của máy thu vô tuyến. Thông thường độ nhạy của máy thu và băng tần được cố định; cho nên ở các hệ thống TTDĐ, vùng phủ sóng hữu hiệu nhất nhận được từ trạm BTS cao và công suất máy phát lớn nhưng quan niệm này không thể được sử dụng ở nơi có mật độ lưu lượng thoại cao. Hiện nay, có hai dạng angten (phụ thuộc vào dạng ô và kích thước ô) thường được sử dụng đó là angten vô hướng và angten đẳng hướng. Bằng cách điều chỉnh công suất phát ra của các máy phát ở BTS ta có thể làm thay đổi vùng phủ sóng theo yêu cầu. Đặc biệt là khi số lượng thuê bao tăng nhanh, mật độ lưu lượng trong mạng trở nên lớn nhất là ở các thành phố đông dân trên thế giới dẫn đến việc người ta phải tìm kiếm thêm các nguồn kênh mới; nhưng hiệu quả nhất là sự phân chia khoảng không gian hiện tại của các ô thành các phần nhỏ hơn, do vậy số ô trong toàn mạng sẽ tăng lên nhân với số kênh hiện có ở một ô và do đó ta sẽ có dung lượng lớn hơn cho toàn bộ mạng. Và vì thế mức công suất dùng ở các ô sẽ giảm xuống để tránh nhiễu cho các ô lân cận dẫn đến giảm kích cỡ của ắc quy dùng cho MS và yêu cầu MS giảm kích cỡ và trọng lượng. Điều này làm cho mạng di động trở nên hấp dẫn hơn đối với người sử dụng mới. 4.3- Các thông số của ô Đối với từng ô được thiết kế, người ta phải điền vào một mẫu biểu có chứa các thông tin được gọi là các thông số của ô. Các thông tin này được chuyển vào một bản sao số liệu trên băng từ và được nạp vào BSC. Các thông số của ô là: ã Các thông số nhận dạng ô. ã Số liệu về cấu hình kênh. ã Số liệu về thông tin hệ thống được phát quảng bá ở SACCH. ã Các thông số định vị cho ô và các ô lân cận. ã Các suy hao phần cứng. ã Các thông tin về angten và thiết bị thu phát vô tuyến. ã Các thông số chung cho tất cả các ô ở cùng một mạng. 5-/ Mẫu sử dụng lại tần số GSM chuẩn có tổng số 124 tần số sẵn dùng trong một mạng. Hầu hết các nhà cung cấp mạng chắc chắn không thể sử dụng tất cả các tần số này và thông thường chỉ được phân bổ một tập con của 124. Hệ thống TTDĐ - GSM hay dùng 3 mẫu sử dụng lại tần số sau: ã Mẫu ô 7/21: sử dụng nhóm gồm 21 tần số, mỗi nhóm sử dụng 7 trạm gốc. ã Mẫu ô 4/12: sử dụng nhóm gồm 12 tần số, mỗi nhóm sử dụng 4 trạm gốc. ã Mẫu ô 3/ 9 : sử dụng nhóm gồm 9 tần số, mỗi nhóm sử dụng 3 trạm gốc. Các mẫu này sử dụng cho các trạm gốc có các angten phát 3 hướng, mỗi hướng dành cho 1 ô và có góc phương vị phân cách nhau 120°. Mỗi ô có hình dạng tương tự như một hình lục giác, có bán kính bằng 1\3 khoảng cách giữa các trạm gốc. 6-/ Chuyển mạch và điều khiển Thành lập vùng phủ sóng vô tuyến qua việc sử dụng các ô (cả vô hướng lẫn có hướng). Khi MS có khuynh hướng di chuyển từ vùng phủ sóng của ô này sang vùng phủ sóng của ô khác thì việc chuyển giao sẽ được điều khiển bởi một vài thành phần và trong GSM thành phần đó gọi là MSC. Để thực hiện việc chuyển giao, mạng phải biết ô lân cận nào để MS chuyển giao tới và để đảm bảo có thể chuyển giao tới ô tốt nhất thì MS sẽ thực hiện việc đo các ô lân cận của nó và báo cáo kết quả về mạng; các kết quả này sẽ được phân tích cùng với phép đo mà mạng thực hiện và một quyết định được tạo ra trên nền tảng chung cần phải chuyển giao. Nếu một sự chuyển giao được yêu cầu thì các giao thức báo hiệu có liên quan được thành lập và sự chuyển giao được điều khiển bởi MSC; sự chuyển giao này sẽ phải trong suốt với thuê bao MS và có nghĩa là thuê bao không nhận thức được rằng có một sự chuyển giao đang xảy ra. Chương 2 cấu trúc các thành phần của mạng TTDĐ-GSM I-/ Giới thiệu về mạng TTDĐ-GSM 1-/ Sơ đồ cấu trúc mạng TTDĐ-GSM CSPDN PLMNN NSS BSS giao tiếp VT OMS Truyền dẫn tin tức và kết nối cuộc gọi. Hình-4: Các thành phần mạng GSM ISDN PSDN PSPDN VLR HLR EIR AUC MSC BTS MS BSC PLMN * ISDN_Intergrated Service Digital Network Mạng tổ hợp số đa dịch vụ. * PSTN_Public Switching Telephone Network Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng. * PLMN_Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng. * PSPDN_Packet Switching Public Data Network Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói. * CSPDN_Circuit Switching Public Data Network Mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh. 2-/ Mạng TTDĐ-GSM có bốn thành phần cơ bản sau ã NSS_Network Switching System: là hệ thống chuyển mạch mạng. Hệ thống này bao gồm Trung Tâm Chuyển Mạch Các Nghiệp Vụ Di Động (MSC) và các Cơ Sở Dữ Liệu điều khiển hệ thống được liên kết của nó và các bộ vi xử lý với các giao diện được yêu cầu. Đây là một phần mà cung cấp kết nối giữa mạng GSM và PSTN. ã BSS_Base Station System: là Hệ Thống Trạm Gốc và là một phần của mạng mà cung cấp liên kết vô tuyến từ MS tới thiết bị chuyển mạch. ã OMS_Operation and Maintenance System: là Hệ Thống Khai Thác và Bảo Dưỡng, thành phần này tạo điều kiện cho nhà cung cấp mạng cấu hình và bảo dưỡng từ một vị trí của thiết bị. ã MS_Mobile Station: là Trạm Di Động, thành phần này bao gồm điện thoại di động, máy fax... Đây là một phần của hệ thống mà thuê bao sẽ nhìn thấy. II-/ Các thành phần của mạng TTDĐ-GSM 1-/ Trạm di động (MS- Mobile station) MS bao gồm: 1.1- Thiết bị di động (ME-Mobile Equipment) MS ME SIM Hình-5: Trạm di động ME là phần cứng được thuê bao sử dụng để thâm nhập vào mạng, nó có một số định dạng riêng, độc lập cho thiết bị đó và được lưu giữ cố định trong máy. 1.2- Module nhận dạng thuê bao (SIM-Subscriber Identity Module) SIM là một thẻ cắm vào ME có chức năng nhận dạng thuê bao di động và cung cấp thông tin mà theo đó thuê bao di động sẽ nhận được thông tin. Trong SIM có một số thông tin chủ yếu được lưu giữ là: ã IMSI_International Mobile Subscriber Identity: là số Nhận Dạng Thuê Bao Di Động Quốc Tế, số này nhận dạng thuê bao và chỉ được gửi đi vào không trung trong suốt quá trình khởi tạo. ã TMSI_Temporary Mobile Subscriber Identity: là số Nhận Dạng Thuê Bao Di Động Tạm Thời, số này nhận dạng thuê bao và được thay đổi định kỳ bởi hệ thống để bảo vệ thuê bao khỏi bị nhận ra bởi một ai đó đang cố giám sát giao diện vô tuyến. ã LAI_Location Area Identity: là số Nhận Dạng Vùng Định Vị; nhận dạng vị trí hiện tại của thuê bao và được cập nhật liên tục. ã Ki_Authentication Key: là Khoá Nhận Thực Thuê Bao, khoá này được sử dụng để nhận thực thẻ SIM. ã MSISDN_Mobile Station International ISDN Number: là Số ISDN Quốc Tế của Trạm Di Động. Đây là số điện thoại của thuê bao; nó bao gồm mã nước, mã vùng và số điện thoại của thuê bao. 2-/ Hệ thống trạm gốc (Hình-9) (BSS-Base Station System) BSS là thiết bị được đặt ở một trạm ô, nó bao gồm sự kết hợp giữa thiết bị số và thiết bị vô tuyến. BSS cung cấp đường truyền giữa MS và MSC. BSS liên kết với MS qua giao diện vô tuyến và với MSC qua đường truyền 2 Mbps. BSS bao gồm 3 thành phần sau: ã Trạm Thu Phát Vô Tuyến Gốc (BTS): bao gồm các thành phần vô tuyến mà cung giao diện vô tuyến cho một ô nào đó. Đây là một phần của mạng GSM mà thông tin với MS, Anten là một phần của BTS. ã Bộ Điều Khiển Tram Gốc (BSC): cung cấp sự điều khiển cho BSS, thông tin trực tiếp với MSC, có thể điều khiển 1 hay nhiều BTS. ã Bộ Chuyển Mã (XCDR):được sử dụng để nén tín hiệu từ MS, để chúng được gửi đi một cách hiệu quả trên giao diện mặt đất. Mặc dù XCDR được coi là một phần của BSS, nhưng nó lại được đặt gần MSC hơn để sử dụng các đường truyền mặt đất một cách hiệu quả hơn. BSS Hình-6: Hệ thống trạm gốc XCDR BSC BTS BTS BTS 2.1- Bộ điều khiển trạm gốc (BSC_Base Station Controller) BSC quản lý giao diện vô tuyến thông qua các kênh điều khiển, nó ra lệnh ấn định hay giải phóng kênh vô tuyến và quản lý việc chuyển giao. BSC được nối với BTS ở một phía và nối với MSC ở phía kia; BSC cũng có vai trò như là một tổng đài nhỏ có khả năng điều khiển nhất định, vai trò chủ yếu của BSC là: điều khiển cuộc nối của trạm di động, quản lý mạng vô tuyến, quản lý các BTS, chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ, tập chung lưu lượng, quản lý và truyền dẫn đến BTS. Ngoài ra BSC kết hợp với Ma Trận Chuyển Mạch Số để kết nối tới các kênh vô tuyến trên giao diện vô tuyến với các mạch mạch mặt đất. Ma trận chuyển mạch BSC cũng cho phép BSC thực hiện “chuyển giao” giữa các kênh vô tuyến trên các BTS, dưới sự điều khiển của nó mà không cần tới MSC. 2.2- Trạm thu phát vô tuyến gốc (BTS_Base Transceiver Station) BTS bao gồm các trạm thu/ phát, angten và một khối sử lý tín hiệu cho giao diện vô tuyến, có thể coi BTS như một modem vô tuyến phức tạp. BTS làm việc ở 1 tập hợp các kênh vô tuyến, các kênh này khác với các kênh được sử dụng ở các ô lân cận để tránh nhiễu giao thoa. BTS cung cấp sự nối thông giao diện vô tuyến với MS. BTS cũng có một số lượng có hạn các chức năng điều khiển mà làm giảm lưu lượng qua lại giữa BTS và BSC. BTS còn có một số chức năng sau: chứa phần cứng của một sóng mang, chức năng điều khiển bị hạn chế, hỗ trợ 1 hay nhiều ô. 2.3- Bộ chuyển mã (XCDR-Transcoder) Bộ chuyển mã được yêu cầu để chuyển đầu ra số liệu hay thoại từ MSC (64 kbps PCM) thành dạng đặc tả bởi các đặc tuyến truyền dẫn của GSM trên giao diện vô tuyến giữa BSS và MS (64 kbps thành 16 kbps và ngược lại). Mạch PCM 64 kbps từ MSC nếu được phát trên giao diện vô tuyến mà không có thay đổi gì thì sẽ chiếm một số lượng băng tần rất lớn. Mạch này sẽ sử dụng phổ của vô tuyến sẵn có không hiệu quả; vì vậy giảm đi bằng việc sử lý các mạch 64 kbps để số lượng thông tin được yêu cầu phát thoại số hóa giảm xuống con16 kbps (đã mã hóa ). Chức năng chuyển mã có thể định vị ở MSC, BSC và BTS. Nội dung số liệu 16 kbps dựa vào thuật toán mã hoá được sử dụng Để truyền dẫn số liệu không được chuyển mã nhưng tốc độ số liệu được thích ứng từ 9, 6 kbps lên tới tốc độ sau điều chế là 16 kbps để truyền qua giao diện mặt đất, tín hiệu 16 kbps lại bao gồm TRAU 3 kbps. 3-/ Hệ thống chuyển mạch mạng (NSS-Network Switching System) NSS bao gồm các chức năng chính của mạng GSM. Hệ thống này cũng chứa các cơ sở dữ liệu được yêu cầu về thuê bao và quản lý di động. Chức năng chính của hệ thống nàylà quản lý sự thông tin giữa mạng GSM và các mạng viễn thông khác. NSS có các thành phần chính sau: 3.1- Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động (MSC-Mobile Services Switching Centre) MSC nằm trong hệ thống GSM để chuyển mạch cuộc gọi. Mục đích chính của MSC đều giống như bất kỳ một tổng đài điện thoại nào; ở đây, MSC sẽ thực hiện một số chức năng khác nhau dựa trên vai trò của nó ở trong mạng. Khi MSC cung cấp giao diện giữa mạng chuyển mạch điện thoại công cộng với các hệ thống điều khiển trạm gốc trong mạng GSM thì nó sẽ được biết tới như một tổng đài cổng Gate_MSC. Trong chức năng này, MSC sẽ cung cấp sự chuyển mạch mà thuê bao di động cần thiết. Mỗi MSC cung cấp dịch vụ cho các MS định vị trong một vùng phủ sóng được xác định. Các chức năng được thực hiện bởi MSC là: ã Xử lý cuộc gọi: bao gồm việc điều khiển thiết lập cuộc gọi điện thoại, truyền số iệu, chuyển giao thông tin giữa các BSS và MSC; và điều khiển quản lý thuê bao di động. ã Hỗ trợ việc khai thác và bảo dưỡng. ã Liên kết giữa các mạng. ã Tính toán cước phí. 3.2- Bộ ghi định vị thường trú (HLR-Home Location Register) HLR là cơ sở dữ liệu tham khảo về thông số thuê bao; cũng như các thông số nhận thực thuê bao, các số nhận dạng khác nhau và các địa chỉ được lưu giữ. Các thông số này được đưa vào cơ sở dữ liệu khi có một thuê bao mới đăng ký. Các thông số được lưu giữ trong thanh ghi định vị thường trú là: ã Số ID của thuê bao (IMSI và MSISDN). ã Vị trí hiện tại của thuê bao. ã Thông tin dịch vụ bổ xung. ã Tình trạng của thuê bao ( mở/ khoá). ã Chức năng của trung tâm nhận thực AUC. ã Số Lưu Động Trạm Di Động (MSRN_Public Station Roaming Number). Cơ sở dữ liệu của HLR bao gồm những thông số cần thiết cho mọi thuê bao của mạng di động mặt đất công cộng. Những thông tin mà nó chứa đều có thể truy nhập từ bất kỳ nơi phủ sóng nào bởi tất cả các MSC và HLR trong mạng. Thông tin về thuê bao đều có thể truy cập được bằng tất cả các số liệu nhận dạng thuê bao di động quốc tế và cả mạng tổ hợp số đa dịch vụ của trạm di động. Ngoài ra, thông tin dữ liệu cũng có thể được truy cập bởi một MSC hay bằng thanh ghi định vị tạm trú_VLR của một mạng di động mặt đất công cộng khác. 3.3- Bộ ghi định vị tạm trú (VLR-Visitor Location Register) VLR bao gồm một bản sao chép hầu hết dữ liệu được lưu trữ ở HLR; Tuy vậy, nó chỉ là dữ liệu tạm thời mà tồn tại đến khi nào thuê bao còn hoạt động trong vùng phục vụ của VLR. VLR cung cấp một cơ sở dữ liệu tại chỗ cho thuê bao, ở bất cứ đâu thì thuê bao đều được định vị vật lý trong một PLMN; VLR này có thể hoặc không thể là hệ thống “thường trú”. Chức năng này loại bỏ sự cần thiết phải tham khảo tới cơ sở dữ liệu HLR “thường trú ” vào mọi lúc. Các dữ liệu bổ xung được lưu giữ trong VLR là: 3.3.1- Nhận dạng vùng định vị (LAI- Location Area Identity) Các ô trong PLMN được gộp lại thành nhóm trong một vùng địa lý. Mỗi vùng địa lý được gán với một LAI, mỗi vùng định vị điển hình có thể bao gồm 30 ô. Mỗi VLR điều khiển một vài LAI và khi một thuê bao di chuyển từ một vùng định vị tới một vùng định vị khác, LAI được cập nhật vào VLR. Khi thuê bao di chuyển từ VLR này tới VLR khác, địa chỉ VLR được cập nhật tại HLR. 3.3.2- Nhận dạng thuê bao di động tạm thời (TMSI-Temporary Mobile Subscriber Identity) VLR điều khiển việc phân bổ các TMSI và báo cáo các số này cho HLR biết. TMSI sẽ được cập nhật thường xuyên, việc này làm cho các cuộc gọi rất khó bị lần theo và vì vậy cung cấp một mức độ bảo mật cao cho thuê bao. TMSI có thể được cập nhật trong bất kỳ các tình huống sau: ã Thiết lập cuộc gọi. ã Vào vùng LAI mới. ã Vào VLR mới. 3.3.3- Số lưu động trạm di động (MSRN-Mobile Station Roaming Number) Khi một thuê bao muốn hoạt động ngoài hệ thống “thường trú” của nó trong một thời gian nào đó, VLR cũng có thể phân bổ một MSRN. Số này được gán từ một danh sách các số được lưu trữ ở VLR(MSC). MSCR sau đó được sử dụng để định tuyến cuộc gọi tới MSC mà điều khiển trạm gốc ở vị trí hiện tại của MS. Cơ sở dữ liệu trong VLR có thể được truy cập bằng IMSI, TMSI hay MSRL. Điển hình sẽ có một VLR tương ứng với một MSC. 3.4- Bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR- Equipment Identity Register) EIR bao gồm một cơ sở dữ liệu được tập chung hoá để xác nhận đúng nhận dạng thuê bao di động quốc tế(IMEI). Cơ sở dữ liệu EIR được cập nhật từ xa bởi các MSC trong mạng và cũng có thể truy cập bởi một MSC trong PLMN khác. Giống như HLR, một mạng có thể bao gồm hơn một EIR với mỗi EIR quản lý một khối các IMEI. 3.5- Trung tâm nhận thực (AUC-AUthentication Centre) AUC là một hệ thống xử lý, nó thực hiện chức năng nhận thực. AUC lưu giữ và liên tục chuyển các bộ ba (tam tố) cho từng thuê bao. Bộ ba này cũng được coi như là số liệu thuê bao và được sử dụng để nhận thực thuê bao và mật mã hóa thông tin truyền trên giao diện vô tuyến giữa MS và BTS. Chú ý: Bộ ba số được gán ở AUC là ã RAND : Số được phát ra một cách ngẫu nhiên. ã SRES : Nhận được từ A3(RAND, Ki). ã Kc : Nhận được từ A8(RAND, Ki). ã Ki : Khóa nhận thực được gán ngẫu nhiên cùng với A3 và A8. ã A3, A8: 1 trong 16 thuật toán có thể có xác định trong thời gian phân bổ IMSI và làm thẻ SIM. 3.6- Chức năng tương tác (IWF-InterWorking Funtion) IWF cung cấp chức năng để tạo điều kiện cho hệ thống GSM giao tiếp với các thành phần của mạng số liệu công cộng. Có các chức năng sau: ã Thích ứng tốc độ số liệu. ã C huyển đổi giao thức. 3.7- Bộ triệt tiếng vọng (EC-Echo Canceller) Một EC được sử dụng ở bên phía PSTN của MSC cho tất cẩ các mạch thoại. Khống chế tiếng vọng được đòi hỏi ở phần chuyển mạch bởi vì độ trễ vốn có của hệ thống GSM có thể gây ra một điều kiện trễ không thể chấp nhận thậm chí trên các kết nối ngắn của mạch PSTN. Trễ toàn vòng xuất hiện bởi hệ thống GSM (trễ tăng dần gây ra bởi việc xử lý cuộc gọi, mã hoá và giải mã thoại vv. . . xấp xỉ 180 ms. Độ trễ này sẽ không thấy rõ ở thuê bao MS, trừ khi có sự xuất hiện ở bộ chuyển đổi 2 dây sang 4 dây. Bộ chuyển đổi này được yêu cầu ở chuyển mạch nội phía mặt đất bởi vì kết nối điện thoại chuẩn là 2 dây. Bộ chuyển đổi này gây ra tiếng vọng, tiếng vọng này không ảnh hưởng tới thuê bao mặt đất. Trong suốt cuộc gọi bình thường giữa thuê bao mặt đất PSTN, không có tiếng vọng nào được nhận ra bởi vì trễ rất nhỏ và người sử dụng không thể phân biệt giữa tiếng vọng và ‘side tone’ của điện thoại bình thường, tuy nhiên nếu trong hệ thống GSM không có EC thì trễ vòng có thể xảy ra và sẽ ảnh hưởng tới thuê bao cho nên trong hệ thống GSM cần phải có bộ EC. 2 dây Tx/Rx Tiếng vọng Tx 4 dây (Rx) Phía Mặt Đất Phía Di Động Hybrid Hình-7: Tiếng vọng 4-/ Hệ thống khai thác và bảo dưỡng (NMS-Network Management System) NMC cung cấp khả năng quản lý mạng từ xa. Vùng mạng GSM hiện tại không được đặc tả chặt chẽ bởi các đặc tả GSM, để lại cho nhà cung cấp mạng quyết định những khả năng nào họ muốn có nó. NMC bao gồm hai phần sau: ã Trung Tâm Quản Lý Mạng (NMC): NMC có cái nhìn tổng thể về PLMN và có trách nhiệm quản lý toàn bộ mạng. ã Trung Tâm Khai Thác và Bảo Dưỡng (OMC): là một tiện ích tập chung hóa để hỗ trợ quản lý mạng tổ ong hàng ngày cũng như cung cấp cơ sở dữ liệu cho các công cụ quy hoạch dài hạn. Một OMC quản lý một vùng PLMN vì vậy nó mang lại sự quản lý mạng theo từng vùng. 4.1- Trung tâm quản lý mạng (NMC-Network Management Centre) NMC mang lại khả năng cung cấp sự quản lý theo cấu trúc phân cấp theo vùng của một hệ thống GSM hoàn chỉnh. NMC có trách nhiệm khai thác và bảo dưỡng ở mức mạng, được hỗ trợ bởi OMC có trách nhiệm quản lý trong một vùng. NMC là một chức năng logic nằm trên đỉnh của cấu trúc quản lý mạng phân cấp. Và có tầm nhìn ở mức cao như một loạt các nút mạng và sự thuận lợi trong việc liên kết thông tin. Ngoài ra còn được OMC hỗ trợ như là lọc thông tin từ thiết bị mạng cho NMC. NMC có thể nhận trách nhiệm trong một vùng khi một OMC không hoạt động. Lúc đó OMC hoạt động như một điểm quá giang giữa NMC và thiết bị mạng. NMC cung cấp khả năng điều hành quản lý, điều hành tương đương OMC. Chức năng của NMC: ã Giám sát các nút trên mạng. ã Giám sát các thống kê phần tử trên mạng. ã Giám sát các vùng OMC và cung cấp thông tin cho nhân viên OMC. ã Gửi thông tin thống kê từ một vùng OMC này tới vùng OMC khác để cải thiện chiến lược giải quyết vấn đề. ã Tạo điều kiện quy hoạch dài mạng. 4.2- Trung tâm khai thác và bảo dưỡng (OMC-Operation and Maintenance Centre) OMC cung cấp một điểm trung tâm từ nó điều khiển và giám sát các thành phần mạng khác (ví dụ như các trạm gốc, chuyển mạch, cơ sở dữ liệu vv...) cũng như giám sát chất lượng dịch vụ được cung cấp bởi mạng. Có 2 loại OMC: ã OMC_R: OMC điều khiển BSS. ã OMC_S : OMC điều khiển hệ thống chuyển mạch. OMC sẽ hỗ trợ các chức năng sau: ã Quản lý dữ kiện và cảnh báo. ã Quản lý lỗi. ã Quản lý hiệu suất. ã Quản lý an ninh. 5-/ Cấu trúc địa lý của mạng. * Vùng hệ thống: Tượng trưng cho hệ thống GSM hoàn thiện và gồm vùng dịch vụ của tất cả các nước thành viên. * Vùng dịch vụ PLMN: Là vùng phục vụ cho MS trong nước hay một vùng * Vùng MSC/VLR: Là một bộ phận của mạng được định nghĩa như là một vùng mà ở đó có thể gọi đến một thuê bao di động MS có dữ liệu ghi ở VLR. Mạng GSM/PLMN được chia thành một hay nhiều vùng phục vụ MSC/VLR. * Vùng định vị LA (Local Area): Là một phần phục vụ MSC/VLR mà ở đó trạm di động có thể chuyển động tự do không cập nhật thông tin về vị trí cho tổng đài MSC/VLR điều khiển cho vùng định vị này. Tại đây thông tin tìm gọi MS sẽ được phát quảng bá để tìm thuê bao di động bị gọi. Vùng định vị có thể có một số ô và phụ thuộc vào một hay vài BSC nhưng chỉ thuộc một MSC/VLR. * Vùng trạm gốc: Là vùng bao gồm tất cả các ô được phục vụ bởi một trạm gốc. * Ô (Cell): là vùng quản lý MS nhỏ nhất được chia bởi vùng định vị và được quản lý bằng một BTS. Vùng trạm gốc ô Vùng định vị Vùng MSC Vùng dịch vụ Vùng hệ thống hình 8 - phân cấp vùng hoạt động Chương 3 giao diện mặt đất, giao diện vô tuyến Và mã hóa kênh trên giao diện vô tuyến I-/ Tổng quan Giao Diện Mặt Đất (Terrestrial Interface) bao gồm tất cả các kết nối giữa các thành phần GSM, trừ Um, hay còn gọi là Giao Diện Vô Tuyến. Các Giao Diện Mặt Đất GSM và phần trung gian chuyển giao báo hiệu tuân theo các khuyến nghị ITU-TS được sử dụng rộng rãi khắp trên toàn thế giới. Việc sử dụng các giao diện đã được tiêu chuẩn hóa sẽ dẫn đến sự mềm dẻo của hệ thống GSM. Giao Diện Mặt Đất tải lưu lượng của hệ thống và cho phép hàng ngàn bản tin số liệu cần thiết để tạo ra các chức năng hệ thống. Chúng tải số liệu tải lên và tải xuống phần mềm, thu thập các thông tin thống kê và thực hiện các lệnh khai thác và bảo dưỡng. Các giao diện chuẩn được sử dụng: ã 2 Mbps. ã Hệ Thống Báo Hiệu ITU-TS # 7 (C7 hay S7-Signalling System # 7). ã X. 25-Mạng số liệu chuyển mạch gói (LAPB). ã Abis sử dụng giao thức LAPD (Link Access Procedure Data Channel_Thủ Tục Truy Cập Đường Truyền trên Kênh Dữ Liệu). II-/ Các giao diện mặt đất GSM 1-/ Trung kế 2 Mbps - 30 kênh PCM Các đường truyền 2 Mbps mang lưu lượng từ PSTN tới MSC, từ MSC tới BSC, từ BSC tới các BTS được đặt ở xa và giữa các MSC với nhau. Các đường truyền này cũng được sử dụng giữa MSC và IWF. Mỗi đường truyền 2, 048 Mbps cung cấp 30 kênh 64 kbps sẵn có để mang thông tin thoại, số liệu và điều khiển. Thông tin điều khiển có thể bao gồm C7, LAPD hoặc thông tin đã được định dạng X. 25; Các đường truyền này hoạt động chung trên cùng một cáp vật lý cho các giao diện được sử dụng giữa các thành phần hệ thống GSM. NMC EC XCDR VLR MSC OMC IWF VLR XCDR BSS AUC HLR MS xcdr MSC BSC IWF EC BSC ms PSTN BTS BTS BTS BTS BTS BTS ms ms MS ms ms eir Hình-9: Đường truyền 2 Mbps trong mạng Số thứ tự TS 0 1á15 16 17á31 Được sử dụng để Sắp xếp khung/Kiểm tra lỗi/Báo hiệu/Cảnh báo Lưu lượng Báo hiệu ( các TS khác có thể sử dụng) Lưu lượng TS 0 TS 16 TS 1á15 TS 17á31 TS_Time Slot: Khe Thời Gian Cấu hình điển hình Cờ Cờ Chuỗi Kiểm Tra Khung Thông Tin Địa Chỉ Điều Khiển (Khung LAPD) Các bit cuối cùng Các bit đầu tiên NMC EC XCDR VLR MSC OMC IWF VLR XCDR BSS AUC HLR MS xcdr MSC BSC IWF EC BSC ms PSTN BTS BTS BTS BTS BTS BTS ms ms MS ms ms eir Hình-10: Giao diện X-25 trong mạng 2-/ Giao diện X-25 (Hình-10) Các gói X-25 cung cấp cho OMC các thông tin từ t._.oàn bộ các thành phần mà chúng điều khiển và quản lý. Các kết nối X-25 thông thường sẽ được chứa trong các đường truyền 2 Mbps sử dụng một khe thời gian dành riêng. Chú ý: kết nối X-25 từ OMC tới BSS có thể được kết nối cố định bằng phần mềm ở MSC hoặc có thể được hỗ trợ bởi một đường truyền vật lý hoàn toàn độc lập. 3-/ Hệ thống báo hiệu ITU - TS # 7: (Hình-11) Trong hệ thống GSM, C7 đươc sử dụng để mang các thông tin báo hiệu và điều khiển giữa hầu hết các thành phần chính và tới PSTN. NMC EC XCDR VLR MSC OMC IWF VLR XCDR BSS AUC HLR MS xcdr MSC BSC IWF EC BSC ms PSTN BTS BTS BTS BTS BTS BTS ms ms MS ms ms eir Hình-11: Báo hiệu số 7 trong mạng Các giao thức bản tin sau đây là một phần của C7 được sử dụng để thông tin giữa các thành phần khác nhau của mạng GSM: ã Ghép nối với PSTN, MSC thực hiện các chức năng báo hiệu cuộc gọi sử dụng Phần Người Sử Dụng Điện Thoại (TUP-Telephone User Part) hoặc ghép nối với ISDN, sử dụng Phần Người Sử Dụng ISDN (ISUP- ISDN User Part). ã Giữa MSC và BSC, Phần ứng Dụng Quản Lý Hệ Thống Trạm Gốc được sử dụng (BSSMAP-BSS Management Application Part). Phần ứng Dụng Chuyển Trực Tiếp được sử dụng (DTAP-Direct Transfer Application Part) để gửi các bản tin giữa MSC, MS và MAP (Mobile Application Part-Phần ứng Dụng Di Động) được sử dụng giữa MS, VLR, EIR và HLR. 4-/ Giao diện Abis (LAPD): (Hình-12) Vì bản chất đặc biệt của thông tin báo hiệu đươc chuyển qua các đường truyền 2 Mbps giữa BSC và BTS đặt ở xa, một loại giao diện khác được đòi hỏi. GSM đã đặc tả việc sử dụng LAPD, giao diện này sử dụng cấu trúc khung chuẩn như ta thấy bên dưới. Cờ bit cuối Cờ bit đầu Địa Chỉ Chuỗi Kiểm Tra Khung Thông Tin Điều Khiển (Khung LAPD) Các đặc tả GSM cho giao diện này (gọi là Abis) không được rõ ràng cho lắm và vì vậy các cách hiểu về giao diện này cũng thay đổi. Điều này có nghĩa là BTS của nhà sản xuất sẽ không làm việc với BSC của một nhà sản xuất khác. Như chúng ta đã đề cập, phân chia chức năng giữa BTS và BSC cũng khác nhau giữa các nhà sản xuất và vì vậy không thích hợp nếu chúng hoạt động với nhau, thậm chí nếu giao diện này được mô tả thành các đặc tả một cách rõ ràng. NMC EC XCDR VLR MSC OMC IWF VLR XCDR BSS AUC HLR MS xcdr MSC BSC IWF EC BSC ms PSTN BTS BTS BTS BTS BTS BTS ms ms MS ms ms eir Hình-12: Giao diện Abis (LAPD) trong mạng 5-/ Các liên kết: (Hình-13) Giao diện giữa BSC và MSC là một giao diện hệ thống báo hiệu được tiêu chuẩn hóa ITU - TS số 7. Giao diện hỗ trợ các kết nối sau: ã BSC - MSC, BSC - BTS, MSC - MS. ã Giao diện Khai Thác và Bảo Dưỡng. ã Tất cả các chức năng xử lý cuộc gọi. Các giao diện này thông thường được chuyển vận trên một đường truyền vật lý, đường truyền 2 Mbps. Mỗi đường truyền 2 Mbps cung cấp 32 kênh 64kbps (các khe thời gian) kênh đầu tiên (TS 0) được sử dụng để xắp xếp khung, còn lại 31 kênh sẵn có để mang các “kênh lưu lượng” và “giao tiếp báo hiệu”. Giao thức báo hiệu được sử dụng giữa các mạng GSM là: ã X-25 (LAPB), một khe thời gian 64 kbps. ã C7 (SS7), một khe 64 kbps (BSSAP, MAP, TACP, SCCP, MTP)> ã LAPD, một khe 64 kbps. Giao thức X-25 được sử dụng giữa BSC - OMC. MSC RXCDR OMCR BSC CBC BTS BTS BTS Hình-13: Các kết nối với BSC RSL (LAPD) RSL (LAPD) RSL (LAPD) MTL (C7) CBL OML (X-25) Đường truyền C7 giữa BSC - MSC, độc lập với loại báo hiệu được đòi hỏi sẽ dựa trên phần nào của giao thức C7 sẽ được sử dụng (ví dụ: MSC - MS sẽ sử dụng một tập con của BSSAP được gọi làDATP để chuyển tin báo). Giao thức LAPD được sử dụng giữa BSC - BTS, giao thức này bình thường như đã được xác định là 64 kbps. Đường truyền giữa BSC- CBC không sử dụng giao thức được đặc tả. Sự lựa chọn giao thức được quyết định giữa nhà cung cấp PLMN và nhà cung cấp CBC (điển hình X-25 và C7 có thể sử dụng). III-/ Truyền dẫn tín hiệu số và tương tự Giao diện vô tuyến (Air Interface) được sử dụng trong mạng GSM là vì: ã Có tính chống nhiễu tốt, tạo điều kiện sử dụng các mẫu tái sử dụng tần số chặt chẽ hơn và giảm thiểu vấn đề giao thoa. ã Có kết hợp chống lỗi, bởi vậy bảo vệ lưu lượng mà nó mang. ã Mang lại cho thuê bao tính bảo mật tốt hơn và an ninh cho nhà cung cấp mạng. ã Tương thích với ISDN, sử dụng các giao diện mở được chuẩn hoá và mang lại một loạt các dịch vụ được nâng cao cho thuê bao của mạng. 1-/ Kỹ thuật điều chế: * Có 3 phương pháp điều chế tín hiệu phát qua không trung: ã Điều Biên (AM_Amplitude Modulation) AM thực hiện rất đơn giản với các tín hiệu tương tự nhưng tính chống nhiễu kém. ã Điều Tần (FM_Frequency Modulation) FM thực hiện phức tạp hơn nhưng cung cấp tính chống nhiễu tốt hơn. ã Điều Pha (PM_Phase Modulation) PM cung cấp tính chống nhiễu tốt nhất nhưng với các tín hiệu tương tự nó ít khi được sử dụng vì thực hiện rất phức tạp. * Tín hiệu số có thể sử dụng bất cứ phương pháp điều chế nào, nhưng PM cung cấp tính chống nhiễu tốt nhất. Vì PM có thể được thực hiện dễ dàng với tín hiệu số nên đây là phương pháp sử dụng cho giao diện vô tuyến. PM được biết tới như là Khoá Dịch Pha (PSK_Phase Shift Keying) khi áp dụng cho tín hiệu số. 2-/ Truyền dẫn tín hiệu số 2.1- Khoá dịch pha PSK Điều pha cung cấp mức độ chống nhiễu cao. Tuy nhiên, có một vấn đề xảy ra khi điều chế theo cách này: đó là khi một tín hiệu thay đổi pha đột ngột thì các thành phần tần số cao được sinh ra cho nên đòi hỏi một băng tần rộng để truyền dẫn. GSM phải càng có hiệu quả với băng tần sẵn có càng tốt. Vì vậy, nó không sử dụng kỹ thuật này nhưng có một sự phát triển của kỹ thuật này giúp cho điều pha có hiệu quả hơn được sử dụng trong thực tế bởi giao diện vô tuyến GSM, nó gọi là Khoá Dịch Cực Tiểu Gauss (GMSK_Gaussian Minimum Shift Keying). 2.2- Khoá dịch cực tiểu Gauss Với GMSK, pha thay đổi đại diện cho sự thay đổi từ một số ‘1’ hay ‘0’ không xảy ra tức thì như khi Khóa Dịch Pha Nhị Phân (BPSK_Binary Phase Shift Keying). Thay vào đó nó xảy ra trong một khoảng thời gian và vì vậy việc xuất hiện các thành phần tần số cao sẽ giảm đi. Với GMSK, đầu tiên tín hiệu số được lọc qua Bộ Lọc Gauss. Bộ lọc này gây ra sự méo dạng tín hiệu, các góc vuông được bo tròn. Tín hiệu bị méo dạng sau đó được sử dụng để dịch pha tín hiệu mang. Vì vậy sự thay đổi pha tức thì không lâu hơn mà được trải ra. IV-/ Các kênh vật lý, logic và các đa khung ã Kênh vật lý là kênh trung gian mà qua đó thông tin được mang đi, trong trường một giao diện mặt đất thì nó là cáp. ã Kênh logic là các loại thông tin được mang qua kênh vật lý. 1-/ Các kênh vật lý GSM (Physical Channel) Một sóng mang RF_GSM đơn có thể hỗ trợ tới 8 thuê bao MS cùng một lúc. Hình vẽ dưới đây cho thấy làm thế nào để thực hiện được việc này. Mỗi kênh chiếm một sóng mang cho 1/8 thời gian. Kỹ thuật này được gọi là Đa Truy Nhập Phân Chia Theo Thời Gian (TDMA). 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 Khung TDMA 1 Khung TDMA 2 Khe Thời Gian Cụm Khe Thời Gian Hình-14: Khe thời gian và khung TDMA Thời gian được chia thành các khoảng gián đoạn được gọi là ‘Khe Thời Gian’. Các khe thời gian được xắp xếp thành chuỗi và được đánh số theo quy ước từ 0á7. Mỗi sự lặp lại của chuỗi này đươc gọi là một khung TDMA. Mỗi cuộc gọi điện thoại của MS chiếm một khe thời gian (0á7) trong khung cho đến khi cuộc gọi được kết thúc hoặc có sự chuyển giao xảy ra. Các khung TDMA sau đó được xây dựng thành các cấu trúc khung lớn hơn theo loại kênh. Để một hệ thống nào đó hoạt động đúng, sự định thời truyền dẫn tới và từ máy di động được thưc hiện chăt chẽ . MS và BSS phải phát thông tin liên quan tới một cuộc gọi vào đúng thời điểm chính xác nếu không khe thời gian sẽ bị thiếu. Thông tin được mang trên một khe thời gian được gọi là ‘cụm’. Mỗi cụm số liệu chiếm khe thời gian được phân bổ cho nó trong các khung TDMA kế tiếp, cung cấp một kênh vật lý GSM đơn mang một số kênh logic khác nhau giữa BTS và MS. 2-/ Các kênh logic GSM (Logical Channel) Có 2 nhóm kênh logic chính là nhóm kênh lưu lượng và nhóm kênh điều khiển. 2.1- Các kênh lưu lượng Kênh lưu lượng là kênh mang thông tin thoại hoặc số liệu. Có một số loại kênh lưu lượng sau: ã Toàn tốc: TCH/FS : Thoại (trước mã hóa 13 kbps; sau mã hóa 22, 8 kbps). TCH/EFR : Thoại (trước mã hóa 12, 2kbps; sau mã hóa 22, 8 kbps). TCH/F 9, 6 : Số liệu 9, 6 kbps. TCH/F 4, 8 : Số liệu 4, 8 kbps. TCH/F 2, 4 : Số liệu 2, 4 kbps. ã Bán tốc: TCH/HS : Thoại (trước mã hóa 6, 5 kbps; sau mã hóa 11, 4 kbps). TCH/H 4, 8 : Số liệu 4, 8 kbps. TCH/H 2, 4 : Số liệu 2, 4 kbps. Với: TCH : Traffic CHannel - Kênh Lưu Lượng TCH/FS : Full Rate Speech CHannel - Kênh Thoại Toàn Tốc TCH/HS : Hall Rate Speech CHannel - Kênh Thoại Bán Tốc TCH/EFR : Enhanced Full Rate Speech - Kênh Thoại Toàn Tốc Cải Tiến TCH/9, 6 : Data CHannel 9, 6 kbps - Kênh số liệu 9, 6 kbps TCH/4, 8 : Data CHannel 4, 8 kbps - Kênh số liệu 4, 8 kbps TCH/2, 4 : Data CHannel 2, 4 kbps - Kênh số liệu 2, 4 kbps Các kênh thoại này được hỗ trợ bởi hai phương pháp mã hóa khác nhau được biết tới là Toàn Tốc (FR) và Toàn Tốc Cải Tiến (EFR). Mã hóa EFR cung cấp dịch vụ thoại có chất lượng tiếng được cải thiện hơn mã hóa thoại FR nguyên thuỷ, trong khi đó vẫn sử dụng cùng một băng tần ở giao diện vô tuyến. EFR sử dụng một thuật toán mã hóa thoại mới và bổ xung cho thuật toán mã hóa kênh toàn tốc để hoàn chỉnh dịch vụ thoại được cải thiện này. Tuy nhiên, nó sẽ chỉ được hỗ trợ bởi di động pha 2+ trở đi. Ngoài ra các kênh thoại có thể mã hoá bán tốc (HS - Half Speech). Đây là tuỳ chọn của mạng, nó có thể hỗ trợ 2 máy di động. 2.2- Các nhóm kênh điều khiển GSM Gồm có: ã Nhóm Kênh Điều Khiển Quảng Bá (BCCH_Broadcast Control Channel). ã Nhóm Kênh Điều Khiển Chung (CCCH_ Common Control Channel). ã Nhóm Kênh Điều Khiển Dành Riêng (DCCH_Dedicated Control Channel). 2.2.1. Nhóm BCCH: Các Kênh Điều Khiển Quảng Bá chỉ dùng trong hướng xuống (BSS tới MS) và bao gồm các kênh sau: ã BCCH mang thông tin về mạng, ô hiện tại và các ô xung quanh MS. Nó được phát liên tục vì vậy cường độ tín hiệu của nó đo bởi tất cả MS trên các ô xung quanh. ã Kênh Đồng Bộ (SCH - Synchronizing Channel) mang thông tin đồng bộ khung. ã Kênh Hiệu Chỉnh Tần Số (FCCH_Frequency Correction Channel) cung cấp thông tin đồng bộ sóng mang. 2.2.2- Nhóm CCCH: Nhóm Kênh Điều Khiển Chung làm việc trong cả hai chiều ( hướng lên và hướng xuống): ã Kênh Truy Cập Ngẫu Nhiên (RACH_Random Access Channel) được sử dụng bởi MS để đạt được sự truy cập tới hệ thống. ã Kênh Tìm Gọi (PCH_Paging CHannel) và Kênh Cho Phép Truy Cập (AGCH _Access Granted CHannel) hoạt động ở chiều hướng xuống. AGCH được sử dụng để gán tài nguyên cho MS, ví dụ như gán một Kênh Điều Khiển Đứng Riêng Một Mình (SDCCH_Stanh-alone Dedicated Control CHannel). PCH được sử dụng bởi thống để tìm gọi MS. PCH và AGCH không bao giờ được sử dụng đồng thời. ã Kênh Quảng Bá Ô (CBCH_Cell Broadcast Channel) được sử dụng để phát các bản tin quảng bá tới mọi MS trong một ô; ví dụ thông tin về giao thông trên đường. . . 2.2.3- Nhóm DCCH: Các Kênh Điều Khiển Dành Riêng được gán cho một MS đơn để thiết lập cuộc gọi và xác nhận tính hợp lệ của một thuê bao. DCCH bao gồm: ã Kênh Điều Khiển Đứng Riêng Một Mình (SDCCH) hỗ trợ truyền dữ liệu từ và tới MS trong suốt quá trình thiết lập cuộc gọi và xác nhận tính hợp lệ. ã Kênh Điều Khiển Kết Hợp (ACCH_Associated Control CHannel): kênh này bao gồm Kênh Điều Khiển Liên Kết Chậm (SACCH_Slow ACCH) được sử dụng để đo các đường truyền vô tuyến và các bản tin điều khiển công suất; Và Kênh Điều Khiển Liên Kết Nhanh (FACCH_Fast ACCH) được dùng để mang các bản tin loại ‘dữ kiện’, ví dụ như các bản tin chuyển giao. Cả hai kênh FACCH và SACCH hoạt động ở chiều hướng lên và hướng xuống. 2.2.4- Các kết hợp kênh Các loại kênh logic khác nhau đã đề cập đến được sắp vào thành nhóm được gọi là kết hợp kênh. Có 4 kết hợp kênh thông dụng nhất: - Kết Hợp Kênh Lưu Lượng Toàn Tốc: TCH8/FACCH + SACCH - Kết Hợp Kênh Quảng Bá: BCCH + CCCH - Kết Hợp Kênh Dành Riêng: SDCCH8 + SACCH8 - Kết Hợp Kênh Kết Hợp: BCCH + CCCH + SDCCH4 + SACCH4 2.2.5- Kết hợp kênh và các khe thời gian Kết hợp kênh mà chúng ta đã xác định ở trên được gửi qua giao diện vô tuyến trong một khe thời gian được lựa chọn. Một số kết hợp kênh có thể được gửi trên bất cứ khe thời gian nào, nhưng một số kênh khác phải được gửi trên các khe thời gian đặc biệt. Dưới đây là bảng ánh xạ các kết hợp kênh vào các khe thời gian riêng: Chú ý: - Chỉ một khe thời gian BCCH/CCCH được yêu cầu cho mỗi ô (không phải cho mỗi sóng mang RF). - Nếu quảng bá chỉ được gán cho các khe 2, 4, 6 thì FCCH và SCH sẽ được thay thế bằng các cụm bù nhìn vì các kênh điều khiển này chỉ được gán trên khe thời gian. Kết Hợp Kênh Lưu Lượng Quảng Bá Dành Riêng Kết Hợp Khe Thời Gian Bất cứ khe nào. 0, 2, 4, 6 (0 phải được sử dụng đầu tiên) Bất cứ khe nào Chỉ khe 0 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 Kết hợp BCCH/CCCH/DCCH BCCH/CCCH DCCH Lưu lượng Cấu trúc kết hợp (áp dụng cho ô có dung lượng thấp) Cấu trúc không kết hợp (áp dụng cho ô có dung lượng cao) Hình-15: Các kết hợp kênh trên cấu trúc khung TDMA 3-/ Các đa khung và sự định thời Có 8 khe thời gian trong mỗi khung TDMA, tạo điều kiện cho 8 kênh vật lý chia sẻ một tài nguyên vật lý đơn - một sóng mang RF. Về phía mình, mỗi kênh vật lý có thể được chia sẻ bởi một số kênh logic. Để hiểu một kênh vật lý đơn chia sẻ bởi các kênh logic khác nhau như thế nào, cần thiết phải giới thiệu cấu trúc đa khung GSM có thể có. 3.1- Đa khung (Multi Frames) Trong nguyên lý mật mã đường truyền vô tuyến có sử dụng một thông số là số khung. Do vậy TS phải đánh số các khung ở dạng chu trình ( vì không thể đánh số khung đến vô tận được ). Số khung trong một chu trình là 2715648. Khung TDMA ( 3h 28min 53sec 760ms), cấu trúc này được gọi là siêu siêu khung; một siêu khung có độ dài là 6. 12s và một siêu khung lại được chia thành các đa khung. Có hai loại đa khung: 3.1.1- Đa khung kênh lưu lượng 26 khung: Đa khung này dài 120s dùng để mang thông tin của các kênh lưu lượng TCH, SACCH, FACCH; 51 đa khung này tạo thành một siêu khung. (Hình-20) 3.1.2- Đa khung kênh điều khiển 51 khung Đa khung này dùng cho các kênh điều khiển BCCH và CCCH; 26 đa khung này tạo nên một siêu khung. 3.2- Siêu khung và siêu siêu khung Hình-16 cho thấy bất loại khung nào cho trước sẽ chỉ xảy ra trùng hợp 1326 (26*51) khung TDMA một lần trong cả hai đa khung. Số lượng khung TDMA này được gọi là một siêu khung và mất 6. 12s để truyền; sự sắp xếp này nghĩa là định thời đa khung kênh lưu lượng luôn luô thay đổi nằm trong mối liên hệ định thời đa khung kênh điều khiển và điều này tạo điều kiện cho thu và giải mã thông tin. 0 1 2 2047 1 Siêu siêu khung = 2048 Siêu khung = 3 h 28 min 53, 76 s 0 1 2 Lưu Lượng 50 1Siêu khung = 1326 khung = 6. 12 s 0 1 Điều Khiển 25 0 1 Lưu Lượng 25 0 1 Lưu Lượng 25 1 Đa khung = 26 Khung = 120 s 1 Đa khung = 51 khung = 235 ms 0 1 2 3 4 5 6 7 1 Khung = 4, 615 ms Khe thời gian Hình-16: Cấu trúc khung TDMA Siêu siêu khung bao gồm 2048 siêu khung và được sử dụng trong việc kết nối với việc mật mã hoá và nhẩy tần. Siêu siêu khung kết thúc sau 3h sau thời điểm này thuật toán mã hoá và nhảy tần được khởi động lại. v-/ Cụm GSM. 1-/ Giới thiệu chung về cụm Cụm là khuôn mẫu thông tin ở một khe thời gian TDMA nghĩa là trong các khoảng thời gian đồng đều cách nhau 8 khe thời gian người ta gửi đi một cụm của một loại thông tin ( sét từ MS ) tuỳ theo nội dung mang thông tin mà người ta chia ra làm nhiều loại cụm khác nhau. 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 Dải bảo vệ Cụm Bình Thường Dải bảo vệ Các bit đuôi Cờ lấy lén Cờ lấy lén Các bit đuôi Thông tin Chuỗi Thông tin Huấn luyện Khung-1 Khung-2 Hình-17: Cụm - Thông tin: Đây là vùng trong đó thông tin thoại số liệu điều khiển được lưu giữ. - Giải bảo vệ: BTS và MS chỉ có thể thu được cụm và giải mã nó, nếu nó được thu trong khe thời gian được chỉ định cho nó. Vì vầy việc định thời phải vô cùng chính xác nhưng một cấu trúc cho phép một dự trữ lỗi nhỏ bằng một giải bảo vệ như đã thấy trên sơ đồ. Để chính xác, khe thời gian dài 0. 577ms; trongkhi đó cụm chỉ dài 0. 546ms vì vậy có một sự khác biệt về thời gian là 0. 031ms để tạo điều kiện cho cụm đúng với khe thời gian - Cờ lấy nén: hai bit này được bật khi mỗi cụm kênh lưu lượng bị lấy nén bởi một FACCH. Một bit được thiết lập chỉ ra rằng một phần hai khối bị lấy nén. - Chuỗi huấn luyện: Được sử dụng bởi bộ cân bằng của máy thu khi nó đánh giá đặc tnhs truyền của đường truyền vật lý giưã BTS và MS. Chuỗi huấn luyện dài 26 bit. - Bit đuôi: Các bít này được sử ụng để chỉ ra sự bắt đầu và kết thúc của một cụm. 2-/ Các loại cụm. 2.1- Cụm bình thường (NB-Normal Burst) NB mang các kênh lưu lượng và tất cả các loại kênh điều khiển, ngoại trừ các kênh điều khiển song hướng . ở NB được sử dụng để mang thông tin ở kênh lưu lượng và các kênh điều khiển trừ các kênh sau RACH, SCH, FCCH. - Codedata: Bit dữ liệu gồm 57 bit số liệu hoặc thoại được mã hoá. - Bit điều khiển: Dùng để chỉ thị xem cụm thông tin này có bị lấy cắp không - Chuỗi bit hướng dẫn: Dài 26 bit dùng để thiết lập bộ cân bằng. - Các bit đuôi: được sử dụng để chỉ ra sự bắt đầu và kết thúc trong cụm. 0 1 2 3 4 5 6 7 TB Code Data C TS C Code Data TB GB 3 57 1 26 1 57 3 8, 25 Hình-17: Cụm bình thường. - Khoảng bảo vệ: là một khoảng trống được dùng để chống việc thông tin giữa các TS chồng lấn lên nhau. 2.2- Cụm hiệu chỉnh tần số (FB-Frequency Burst) 0 1 2 3 4 5 6 7 TB Các bít cố định TB GB 3 142bit 3 8, 25 Hình-18: Cụm hiệu chỉnh tần số FB được dùng để hiệu chỉnh tần số của MS, nó mang các thông tin của kênh hiệu chỉnh tần số. FB mang FCCH hướng xuống để hiệu chỉnh tần số bộ tạo dao động của MS, khoá nó một cách hữu hiệu với tần số bộ giao động bên trong của BTS ( các bít cố định ở đây được quy định bởi các bit 0). 2.3- Cụm đồng bộ (SB-Synchnonisation Burst) 0 1 2 3 4 5 6 7 TB Các bit được mật mã hóa Chuỗi đồng bộ Các bít được mật mã hóa TB GB 3 39 bit 64 bit 39 bit 3 8, 25 Hình-19: Cụm đồng bộ SB được dùng để đồng bộ thời gian của MS. Nó chứa một chuỗi đồng bộ dài dễ dàng được nhận biết vì mang thông tin của số khung TDMA cùng với mã nhận dạng trạm gốc cụm này mang thông tin cho SCH. 2. 4- Cụm thâm nhập (AB-Access Burst) 0 1 2 3 4 5 6 7 TB Chuỗi đồng bộ Các bit được mật mã hóa TB GB 3 41bit 36bit 3 8, 25 Hình-20: Cụm thâm nhập Cụm AB này có thời gian ngắn hơn nhiều so với các loại cụm khác. Và cụm AB còn phục vụ MS thâm nhập hệ thống ngẫu nhiên hay chuyển giao cụm thâm nhập có 36 bit tin được mật mã hóa và khoảng bảo vệ dài 68. 25 bit tương ứng với 252 ms để dành cho việc phát cụm từ MS vì MS lần đầu tiêm thâm nhập mạng không biết định trước thời gian hay sau khi chuyển giao tới BTS mới. 2.5- Cụm giả (DB-Dummy Burst) Được sử dụng khi không có thông tin được mang trên các khe thời gian không được sử dụng của sóng mang BCCH (chỉ dùng cho hướng xuống). Cụm giả này được phát đi từ các BTS, trong một số trường hợp xắp xếp các kênh logic thì cụm này không mang thông tin và có khuôn mẫu giống như cụm bình thường. vi-/ Mã hóa kênh 1-/ Chống và phát hiện lỗi Để bảo vệ kênh logic khỏi các lỗi truyền dẫn xuất hiện do đường truyền vô tuyến, nhiều lược đồ mã hóa khác nhau được sử dụng. Sơ đồ ở dưới minh họa quá trình mã hoá thoại, kênh điều khiển và số liệu. Lược đồ cài xen và mã hóa dựa vào loại kênh logic được mã hóa. Tất cả các kênh logic yêu cầu một vài thủ tục mã hóa vòng xoắn, nhưng vì sự cần thiết bảo vệ là khác nhau, nên tỷ số mã hóa cũng có thể khác nhau. 20 ms 0, 577 ms Khối thông tin Các cụm thông tin Thoại (260 bit) Thoại (8 cụm) Điều khiển (184 bit) Điều khiển (4 cụm) Số liệu (240 bit) Số liệu (22 cụm) Hình-22: Phương pháp chống và phát hiện lỗi Mã cài Hóa xen 2-/ Các cách mã hoá. - Mã hóa kênh thoại: thông tin thoại trong một khối thoại 20 ms được chia thành 8 cụm GSM. Việc này đảm bảo rằng nếu các cụm bị mất do giao thoa qua giao diện vô tuyến thì thoại có thể vẫn được tái sinh lại một cách chính xác nhất. - Mã hóa kênh điều khiển chung: 20ms thông tin qua giao diện vô tuyến sẽ mang 4 cụm thông tin điều khiển, ví dụ là BCCH. Việc này tạo điều kiện cho các cụm được chèn vào một đa khung TDMA. - Mã hóa kênh số liệu: thông tin số liệu được trải ra 22 cụm, có việc này bởi vì mọi bít thông tin số liệu là rất quan trọng. Vì vậy khi số liệu được tái xây dựng lại ở máy thu; nếu một cụm bị mất, chỉ một phần rất nhỏ khối số liệu 20ms bị mất. Cơ chế mã hoá chống lỗi sau đó sẽ tạo điều kiện cho số liệu bị mất trước đó được xây dựng lại. Phần ii quy hoạch tần số cho hệ thống thông tin di động tại khu vực hà nội Chương i Giới thiệu về quy hoạch tần số I-/ Giới thiệu chung. Đặc điểm của thông tin di động là thông tin vô tuyến. Để trao đổi được thông tin vô tuyến cần phải quy hoạch vùng phủ sóng để được chất lượng trao đổi thông tin tốt nhất, hiệu quả nhất,và giá thành không quá cao. Vì vậy trong GSM người ta đưa ra khái niệm về quy hoạch ô. Quy hoạch ô là tính các thông số của một ô như: Vị trí dặt trạm gốc (BTS), các anten sử dụng, hình dạng kích thước của địa hình và các ảnh hưởng của các địa hình tới thông tin, ảnh hưởng của mật độ gia tăng các thuê bao di động (MS) và các tổ chức mạng gồm nhiều ô, công suất các đài trạm, sự phân bố kênh, các nhóm kênh.... ii-/ Yêu cầu về quy hoạch ô. Vấn đề yêu cầu quy hoạch ô dựa theo những nguyên tắc sau đây: - Giá thành. - Khả năng về lưu lượng. - Vùng phủ sóng. - Cấp phục vụ. - Chất lượng thông tin (âm thanh, tiếng nói). - Khả năng phát triển thuê bao di động trong tương lai. Trong đó yêu cầu về lưu lượng trao đổi thông tin có nghĩa: bao nhiêu cuộc gọi đồng thời tại một thời điểm giữa thuê bao được chấp nhận lưu lượng trao đổi thông tin là yếu tố cơ bản quyết định năng lượng của một ô. Yêu cầu lưu lượng khác nhau so với từng khu vực và việc tính toán về lưu lượng được dựa trên cơ sở sau: - Phân bố truyền sóng. - Phân bố thiết bị chuyển động. - Mức phân bô gia tăng. - Phân bố địa hình. - Phân bố của điện thoại cố định. - Thời gian cuộc gọi và giá của MS. Để được tính toán các tham số được đơn giản người ta đưa ra mẫu sử dụng cho các trường hợp khác nhau, thường là mẫu hình lục giác. Với sự hạn chế về tần số vô tuyến nên khả năng gia tăng lưu lượng (ở những vùng có lưu lượng cao) không thể gia tăng số kênh mà ngưoừi ta thực hiện cắt thành những ô nhỏ hơn. Việc quy hoạch ô không chỉ đáp ưáng yêu cầu về lưu lượng ở thời điểm hiện tại mà còn đáp ứng những yêu cầu đòi hỏi trong tương lai. III-/ Khảo sát vùng quy hoạch. Để đạt sự chính xác các dự đoán vùng phủ sóng vô tuyến về môi trường. Ta phải tiến hành khảo sát các vùng (khảo sát vị trí), nếu chọn các vị trí sơ bộ thì nó phải được đáp ứng các yêu cầu sau: - Quan hệ của vị trí tới mạng. - Không gian cho anten và thiết bị vô tuyến. - Công suất điện. - Truyền dẫn. - Môi trường truyền sóng vô tuyến. - Khả năng sử dụng. Trong đó việc thiết lập sự truyền dẫn của một đài kiểm tra các thông số. Nội dung bao gồm: Sự định vị sơ đồ trạm thu phát với anten, điều khiển và đơn vị sử lý bằng kênh được đưa ra ở mức điều chỉnh tốc độ. Dữ liệu được lưu giữ lại và kết quả này đưa ra với sự chấp nhận tương đối. Trong việc kiểm tra các thông số của tại vị trí định vị cần phải chú ý đến khảo sát phổ nhận vị trí định vị cần phải chú ý đến khảo sát phổ tín hiệu và nhiễu giao thoa. Từ đó dẫn tới việc chấp nhận vị trí đã chọn hay phải tìm vị trí mới. Mạng di động có những bộ phận cố định sau: - Hệ thống chuyển mạch di động (MSC). - Đài điều khiển trạm gốc (BSC). - Đài vô tuyến gốc (BTS). - Mạng truyền dẫn. Một hệ thống đầy đủ thì các tỷ số S/N, S/N đồng kênh phải được phân tích đầy đủ trên vùng phủ sóng đó là điều quan trọng cho kỹ thuật truyền sóng và cho các thuê bao. Do có mạng máy tính nên việc phân tích thể hiện nhiễu đầy kênh trên vùng phủ sóng rộng đã thực hiện với nhiều vị trí trạm gốc. Dự toán cho hệ thống đầy đủ là tốt hơncho vị trí cụ thể hay một ô vì mức tín hiệu thấp đối với một vị trí này nhưng cũng có thể chấp nhận được với một vị trí khác (tối thiểu là 1). Đặc điểm thể hiện các trạm số đo được với một vùng không khảo sát trên cùng một đồ thị, nên có thể nhận thấy được và có quyết định đúng đắn cho việc phủ sóng. Sự điều hoà hệ thống ô: Đây là đặc điểm rất tiến bộ của một hệ thống đã được tổ chức và chạy thử nghiệm với một lưu lượng nào đó trong một khoảng thời gian. Coa thể điều chỉnh lại lưu lượng của hệ thống. Thực chất xã định lưu lượng trao đổi thông tin của hệ thống xem đã ổn định chưa dẫn đén việc điều chỉnh để đi đến quyết định cuối cùng về hệ thống. Những giá trị có thể điều chỉnh: Thay đổi tham số chuyển giao để chuyển lưu lượng trên một ô tắc nghẽn tới một ô có lưu lượng thấp. Thay đổi tham số chuyển mạch để cải thiện khả năng xử lý lưu lượng cho hệ thống. Thêm vào hay bớt đi các kênh vô tuyến trên một ô với yêu cầu tăng hay giảm lưu lượng. Chương ii Các thông số ảnh hưởng đến việc quy hoạch tần số I-/ Vấn đề khoảng cách. Trong GSM thì công suất phát tối đa của trạm di động là 20W (với loại lắp trên ôtô và loại cầm tay thì công suất phát tối đa là 2W và khả năng cảm nhận của trạm gốc bị giới hạn bởi tạp âm mà thông thường là tạp âm nhiệt. Đây chính là nguyên nhân cho giới hạn trên của công suất phát và giới hạn dưới cho mức thu tín hiệu thu. Hơn nữa, việc phủ sóng cũng bị giới hạn bởi đường truyền. Xét trường hợp sóng điện từ lan truyền trực tiếp trong không gian tự do, trên đường truyền không có vật cản. Qua khảo sát thì cường độ sóng vô tuyến thay đổi (giảm dần) khi truyền. Mức độ suy giảm này tỉ lệ với bình phương khoảng cách đường truyền. Hình 23: Truyền sóng trong không gian tự do Nhưng trong thực tế việc truyền không chỉ đơn giản như trên bởi trên đường truyền cò rất nhiều vật cản (chướng ngại vật). Lúc này việc thông tin liên lạc truyền sóng không còn thông qua những đường truyền trực tiếp nữa mà thông qua các sóng phản xạ. Sự ttổn hao đường truyền trong trong trường hợp này lại khác, cụ thể mức độ tổn hao sẽ tăng đáng kể theo khoảng cách. Mức độ tổn hao sẽ tỷ lệ với d (mức độ tuỳ thuộc tính phức tạp địa hình mà có thể lấy được 3 hoặc 4). Trong thông tin di động, thông tin liên lạc được thiết lập qua đường truyền sóng siêu cao (liên lạc vô tuyến tầm nhìn thẳng, nên mặt đất cũng bị ảnh hưởng đến khoảng cách truyền sóng vô tuyến). Hình 24: Truyền sóng trong môi trường có vật cản. ms a ms b Qua tia phản xạ. Qua tia tán xạ. Trong thực tế thì người ta sử dụng muốn mình có thể sử dụng máy di động ở mọi nơi như trên đưoừng phố, trong nhà, những nơi có độ cao v.v. Do vậy vấn đề đường truyền có ý nghĩa rất quan trọng đối với chất lượng thông tin. Vào năm 1982 tổ chức CCIR chấp nhận mô hình truyền sóng Hata để tính suy hao đường truyền theo công thức sau. + Thành phố trong điều kiện bình thường. Ltp = 69.55 + 26.16logF - 13.82loghb - a(hm) + (44.9 - 6.55loghb)log(d) (1) Với: d: Cự ly từ BTS đến MS, đơn vị là Km. Ltp: Suy hao đường truyền sóng (bd). F: Tần số sóng mang (MHz). hb: Độ cao anten trạm phát (m). d: Khoảng cách từ trạm phát đến trạm thu (Km). a(hm) = (1.1logF - 0.7)hm - (1.56logF - 0.8) hm: Độ cao anten thu (MS). Vùng ngoại ô ở điều kiện bình thường. Lngoại ô= Ltp- 2[log(F/28)]2 - 5.4 (2) Vùng bằng phẳng thưa dânở điều kiện bình thường Lbằng phẳng = Ltp- 4.78(logF)2 + 18.33logF -40.94 (3) Trong điều kiện 15% diện tích bị bao phủ bởi các toà nhà (đo thị)và địa hình thực tế thì sai số của công thức trên là ± 10%. Theo mô hình cost 213 thì suy hao đường truyền được tính theo công thức (4). Ltp = 46.33 + 33.9logF - 13.82loghb - a(hm) + (44.9 - 6.55loghb)log(d) +Cm Với LP:Suy hao đường truyền (dB). F, hb, a(hm) và d giống công thức (1). 0 dB cho vùng thành phố và trung tâm ngoại ô. Cm = 3 dB cho trung tâm đô thị. Mô hình Hata áp dụng cho F = 150 á 1500MHz hb = 30 á 200m hm = 1 á 10m d = 1 á 20Km Mô hình cost 231 áp dụng cho các ô nhỏ, đó là: F = 800 á 2000MHz hb = 4 á 50m hm = 1 á 3m d = 0.02 á 5Km II-/ vấn đề nhiễu. Mục đích quan trọng trong việc quy hoạch ô là làm sao cho hệ thống có thể đạt được dung lương lưu thông cao nhất mà vẫn đạt được chất lượng phục vụ. Nói theo cách khác là ta muốn có một số lượng lớn thuê bao hoà mạng trong khi vẫn duy trì được cáap phục vụ và chất lượng phục vụ theo tiêu chuẩn trong hệ thống vô tuyến tổ ong thì vấn đề nhiễu ảnh hưởng rất lớn đến mục tiêu. Nhiễu có thể sinh ra từ nhiều nguồn khác nhau, nhưng cần quan tâm nhất là nhiễu của hệ thống. 1-/ Nhiễu đồng kênh. Để tăng dung lượng thông tin thì hệ thống vô tuyến tổ ong phải sử dụng lại tần số. Tức là một ô bất kỳ trong hệ thống cũng sử dụng lại các kênh ô khác đã dùng, điều này cũng có nghĩa là ô này cũng sẽ chịu nhiễu đồng kênh từ ô khác mà có sử dụng các kênh cuả nó. Nhiệm vụ của việc quy hoạch ô là phải đưa ra khoảng cách thích hợp cho các ô này để sao cho nhiễu đồng kênh ở các ô sử dụng lại cùng tần số này là không đáng kể. Như vậy công việc của nhà quy hoạch là giới hạn ởmức độ có thể chấp nhận được. Chính thông số này đã quyết định cho việc tính toán kích cỡ của một ô. Để hiển thị cho mức độ nhiễu đồng kênh trong hệ thống người ta đưa ra tỷ số C/I dưới dạng (dB). Với : C: Mức tín hiệu nhận được từ sóng mang mong muốn. I: Mức nhiễu nhận được từ hệ thống. Trong thực tế, các nhà khai thác mạng cho rằng tỷ số C/I nhỏ nhất là 12dB trong trường hợp nhẩy tần không sử dụng và 9dB khi nhẩy tần sử dụng. Đây là ngưỡng của tỷ số tín hiệu trên nhiễu đồng kênh để đạt được chất lượng thoại theo yêu cầu. 2-/ Nhiễu kênh lân cận. Một loại nhiễu thường xẩy ra trong hệ thống GSM đó là nhiễu kênh lân cận. Nhiễu kênh lân cận ở kênh điều khiển sẽ làm sai dữ liệu và cũng là nguyên nhân làm hỏng các cuộc gọi. Vì hệ thống tổ ong chịu đáng kể nhiễu kênh lân cận, nên trong vấn đề quy hoạch tần số yêu cầu đầu tiên đặt ra là quy hoạch các kênh._. b1 c1 b2 b3 b2 c1 a3 c2 c2 d1 b3 b2 a1 c3 c3 b1 a2 a3 c1 d2 d3 b1 b2 a1 c3 c2 d1 b3 b2 a3 c1 d2 d3 b1 a2 a3 c1 Hình 32: Mẫu sử dụng lại tần số 4/ 12. b3 c3 b3 C2 Số kênh trong một ô nhỏ hơn do đó sử dụng các vùng có mật độ trung bình vì thế nhiễu đồng kênh không đáng ngại. Mô hình này cho phép mở rộng kích thước ô phù hợp với mật độ trung bình và ít nhà cao tầng. Có thể phục vụ indoor (trong nhà) và incar (trong xe). 3-/ Mẫu sử dụng lại tần số 7/ 21. Mẫu 7/ 21 ô sử dụng các nhóm 21 tần số, trong một mẫu sử dụng lại tần số 7 đài (hình 22). Số lượng kênh trong một ô là nhỏ do đó có thể phục vụ cho các vùng có mật độ thấp. Tuy nhiên khoảng cách dải tần các kênh lân cận và các kênh cùng ô tương đối lớn. Do vậy không có hiện tượng nhiễu đồng kênh lân cận, đảm bảo chất lượng các vùng khó phủ sóng. Do đó nó được sử dụng khi chia nhỏ các ô thích ứng với mật độ máy di động ngày càng tăng và những vùng phủ sóng có kích thước ô tương đối nhỏ. d3 d2 b1 e3 e2 c1 b3 g1 c2 c3 a1 g2 g3 G1 b3 e1 c1 e2 g3 g2 f1 a3 c2 e2 f1 a3 a2 d1 e3 e3 b1 d2 d3 e1 f2 f3 d1 d2 b1 e3 e2 g1 b3 b2 c3 a1 g2 g3 c1 b2 b3 g1 Hình 33: Mẫu sử dụng lại tần số 7/ 21. e3 c3 d3 B2 iv-/ sector hoá và chia ô. Giả sử hệ thống có M kênh, có khả năng đưa vào quy hoạch. Nếu đem quy hoạch thành nhóm kênh thì số lượng kênh trong nhóm là M/ N. Ta có thể thấy rằng với N nhỏ hơn thì số ô trong kênh sẽ cao hơn, qua bảng Erlang ta có thể thấy dung lượng trên một kênh cũng sẽ cao hơn. Với N chọn trước thì dung lượng ô không thay đổi, do đó số kênh ở mỗi ô được ấn định (diện tích ô tỷ lệ với bình phương bán kính) nên có thể thấy dung lượng của ô tỷ lệ nghịch với diện tích của ô, ô càng nhỏ mật độ thuê bao càng tăng. Do vậy nếu chia làm nhiều ô nhỏ thì sẽ tăng dung lượng thông tin hơn. Tuy nhiên cần có nhiều đài trạm hơn và giá thành cao hơn. Trong thực tế cái mà chúng ta đòi hỏi là dung lượng của mạng, do đó ban đầu mạng thường được quy hoạch với các ô lớn và dùng các anten đẳng hướng. Hình 34: Chia ô ở giai đoạn đầu. bts bts bts Giai đoạn này là giai đoạn Sector hoá các Omni, lúc này lưu lượng của mạng đã gia tăng và việc Sector hoá các ô sẽ làm tăg dung lượng của khu vực. Hình 35: Chia ô ở giai đoạn Phase 0. Việc chuyển hoá từ vùng phủ sóng Omni sang Sector hoá không cần lắp đặt các trạm mới mà tận dụng các trạm cũ với việc dùng anten định hướng, được chia làm 3 hướng, mỗi hướng tương ứng với một ô. Góc phương vị của các anten này phân cách nhau 1200. Mỗi ô sử dụng các anten phát 600 và 2 anten thu phân tập cho một góc phương vị. Giai đoạn tiếp theo (phase 1) được sử dụng khi số thuê bao của khu vực đã quá cao, bắt buộc phải lắp đặt các trạm mới và được phát triển từ phase 0 bằng cách đặt ở mỗi ô một Site Sector, site này chia nhỏ ô đó thành 3 ô mới như vậy số ô sẽ tăng. Hình 36: Chia ô ở giai đoạn Phase 1. + Chú ý: Vùng nằm giữa vùng có lưu lượng thấp (như vùng nông thôn với ô lớn) và vùng có lưu lượng cao ( vùng thành thị với ô nhỏ) gọi là vùng chuyển tiếp. Vùng chuyển tiếp là vùng đệm giữa ô lớn và ô nhỏ, vùng này sử dụng lại tần số không trùng với các ô nhỏ và lớn lân cận với nó. V-/ quá trình thiết kế mạng. Công việc cho thiết kế phát triển một mạng GSM có thể theo trình tự sau: 1-/ Trước khi thiết kế phải khảo sát các vùng phân bố địa lý vùng phủ sóng dân cư. Sau đó thống kê lưu lượng phục vụ ở từng vùng theo các thời điểm khác nhau để dự đoán chính xác số thuê bao cần phải phục vụ tối đa ở vùng đó là bao nhiêu. Vùng ở đây có thể là vùng định vị hoặc một ô. Tiến hành kiểm tra chất lượng phục vụ tại các vùng phủ sóng từ đó đánh giá chất lượng để bổ xung cho các vùng phủ sóng nhằm nâng cao chất lượng vùng phủ. Dựa vào tính chất lưu lượng, số thuê bao và chất lượng cần thiết được xác định ở trên sẽ sơ bộ kênh và vị trí đài trạm cho mạng cần phát triển. 2-/ Bước tiếp theo là thực hiện ấn định tần số và vị trí kênh logíc cho mạng. Các ô được cung cấp tạm thời tần số sử dụng và tổng số kênh lưu lượng TCH theo cấu hình FU của BTS theo các dự tính ở trên cùng với công suất của các BTS này. 3-/ Nếu môi trường không gian lý tưởng từ bước 2 ta có thể đi đến kết thúc mạng bằng cách chấp nhận việc ấn định cung cấp tạm thời ở trên và lập cấu hình BTS và cấu hình truyền dẫn cho mạng, đưa mạng vào hoạt động. Tuy nhiên không bao giờ tồn tại một môi trường lý tưởng như trên. Do vậy bước tiếp theo là thực hiện dự kiến vùng phủ sóng trên cơ sở số liệu đài trạm (toạ độ, chiều cao anten....) và các hạn chế do phân tán thời gian gây ra. 4-/ Môi trường truyền dẫn luôn là vấn đề được đặt ra đối với thông tin di động. Ta phải nghiên cứu các loại nhiễu giao thoa C/(I+R+A): nhiễu giao thoa đồng kênh C/I, phản xạ C/R và nhiễu giao thoa kênh lân cận C/A. 5-/ Thực hiện khảo sát mạng bằng cách kiểm tra các điều kiện đài trạm và môi trường truyền dẫn vô tuyến. 6-/ Xây dựng sơ đồ mạng trên cơ sở các đài trạm phù hợp với các thông số định vị. 7-/ Đo đạc vô tuyến để đưa ra các biện pháp khắc phục và tăng chất lượng mạng. 8-/ Thực hiện các dự toán cuối cùng sau khi đã phân tích tất cả các vấn đề của mạng. 9-/ Cuối cùng thực hiện công việc hoàn thiện mọi thông số tối ưu nhất cho ô. Các thông số mà ta sẽ nghiên cứu đó là việc đặt ra các tần số, cấu hình BTS, BSC và các tuyến truyền dẫn cho BTS. Các kỹ thuật phục vụ cho việc quy hoạch phụ thuộc vào tính toán lưu lượng, kênh, thuê bao và cấu trúc phần cứng cũng như phần mềm của mạng đi đôi với các thông số và phương pháp thực hiện chúng: ô, tần số, truyền dẫn, ... Các khái niệm phủ sóng. - Indoor: Phục vụ di động ở trong nhà. - Incar: Phục vụ cho máy di động ở trong xe hoặc khi di chuyển. - outdoor: Phục vụ cho máy di động trong điều kiện bình thường ở ngoài trời. chương vi mạng thông tin di động vinaphone I-/ giới thiệu mạng vinaphone. 1-/ Mạng Call Link Là mạng TTDĐ đầu tiên ở Việt Nam. mạng sử dụng kỹ thuật analog trên cơ sở hợp tác kinh doanh giữa BĐ-tp.HCM và Singapore Telecom International với vốn đầu tư là 5 triệu USD với địa bàn phục vụ là tp.HCM và Vũng Tầu. 2-/ Mạng MobiPhone Là mạng TTDĐ số đầu tiên dựa theo tiêu chuẩn GSM được đưa vào sử dụng năm 1993 cho đến nay đã phủ sóng 53/61 tỉnh thành/toàn quốc. mạng do Công ty TTDĐ (VMS-VietNam MobilePhone Telecom Service) khai thác và quản lý, hoạt động theo cơ sở hợp tác kinh doanh giữa BĐ Việt Nam (VNPT) và hãng Comvik (Swe), sử dụng thiết bị của các nhà cung cấp là ERICSSON và ALCATEL với số vốn đầu tư ban đầu là 350 triệu USD. Tính đến tháng 12 - 1999, số thuê bao trong mạng là hơn 220 ngàn (PP_MS và PPS_MS) 3-/ Mạng VinaPhone Năm 1996, mạng TTDĐ số thứ 2 - VinaPhone cũng dựa theo tiêu chuẩn GSM được đưa vào hoạt động với vùng phủ sóng 61/61 tỉnh thành phố. mạng do Công ty Dịch vụ Viễn thông (GPC-GSM) quản lý, khai thác và hoạt động trên cơ sở vốn đầu tư của Việt Nam là 40 triệu USD; sử dụng thiết bị của các nhà cung cấp SIMENS và MOTOROLA; hiện nay mạng có khoảng 160 ngàn thuê bao (12-1999, cả PP_MS và PPS_MS). II-/ Tổng quan về mạng TTDĐ VinaPhone 1-/ Giới thiệu về mạng TTDĐ VinaPhone: Ngày 26 - 06 - 1996, mạng TTDĐ VinaPhone sử dụng công nghệ GSM-900 được đưa vào hoạt động. Hiện nay, sau hơn 3 năm hoạt động mạng VinaPhone đã phủ sóng trên toàn quốc. mạng VinaPhone do Tổng Công ty Bưu chính Viễn thông Việt Nam cấp vốn đầu tư và Công ty GPC được giao nhiệm vụ quản lý và khai thác mạng này. Đến nay, mạng VinaPhone đã lắp đặt được hơn 200 trạm thu phát vô tuyến gốc. Về dải tần số, trong hệ thống GSM-900 các băng tần (thu và phát) có độ rộng là 25 MHz và được chia làm 124 kênh tần (mỗi kênh cách nhau 200 KHz). mạng VinaPhone hiện nay được Cục Quản Lý Tần Số cấp cho 40 kênh tần số đầu tiên tức là từ kênh 1 đến kênh 40 (40 kênh này được tái sử dụng theo mẫu 4/12). Về thiết bị, phần chuyển mạch VinaPhone sử dụng thiết bị do hãng SIEMENS (Đức) là một trong những nhà sản xuất tổng đài nổi tiếng nhất thế giới cung cấp. Phần vô tuyến, VinaPhone sử dụng thiết bị của hãng MOTOROLA cung cấp. Sự quản lý mạng VinaPhone chia làm 3 khu vực: - Khu vực Miền Bắc (Hà Nội là trung tâm). - Khu vực Miền Nam (tp. HCM là trung tâm). - Khu vực Miền Trung (tp. Đà Nẵng là trung tâm). 2-/ Cấu trúc hiện tại của mạng TTDĐ VinaPhone - Hình_32: Cấu trúc của mạng VinaPhone (tháng 12-1999) . - Hình_33: Sơ đồ vùng phủ sóng mạng VinaPhone . 2.1- Hệ thống khai thác và bảo dưỡng - OMS Trong mạng VinaPhone không sử dụng OMC_trung tâm quản lý mạng; mà chỉ sử dụng OMC_trung tâm khai thác và bảo dưỡng có chức năng quản lý toàn bộ mạng ở mức cao nhất. Bao gồm: - OMC_R: quản lý phân hệ vô tuyến BSS. - OMC_S : quản lý thiết bị chuyển mạch MSC. 2.2- Hệ thống chuyển mạch mạng Hiện nay mạng có 3 tổng đài MSC: - MSC_1: đặt tại Giáp Bát-Hà Nội với dung lượng 60000 ngàn thuê bao được nối với các tổng đài cố định như: AXE (VTI), OCB (Từ Liêm), AXE-10 (tp. HCM), NEAX-61 E (Hà Nội), TDX (VTN), AXE-10 (Dà Nẵng). - MSC_2: đặt tại 125 Hai Bà Trưng-tp. HCM với dung lượng 60000 ngàn thuê bao được nối với một số tổng đài cố định như: AXE-10 (VTN-Đà Nẵng) AXE-10 (tp. HCM), TDX-10 (tp. HCM), EWSD (tp. HCM). - MSC_3: đặt tại 64 Trần Phú-tp. Đà Nẵng với dung lượng là 10000 ngàn thuê bao. MSC_1 nối với MSC_2 bằng 4 luồng E1. MSC_3 nối với MSC_1 và MSC_2 bằng 1 luồng E1. Kết nối trong mạng VinaPhone dùng báo hiệu C7, kết nối ra mạng cố định dùng báo hiệu C7 và R2. Ngoài ra trong mạng không sử dụng thiết bị EIR. 2.3- Hệ thống trạm gốc ã Hiện tại mạng VinaPhone có 7 TRAU (Transcoder Rate Adaption Unit -Đơn vị thích ứng tốc độ và chuyển mã) - TRAU_1, TRAU_2, TRAU_5 được nối vào MSC_1. - TRAU_3, TRAU_4, TRAU_6 được nối vào MSC_2. ã Mạng VinaPhone có 11 BSC: - BSC_1, BSC_2, BSC_7, BSC_8 được nối vào MSC_1. - BSC_3, BSC_4, BSC_9, BSC_10, BSC_11 được nối vào MSC_2. - BSC_5, BSC_6 được nối vào MSC_3. Kiểu báo hiệu các luồng truyền dẫn và kết nối cụ thể trong mạng VinaPhone được trình bày ở hình vẽ-31. + Sự điều khiển của các BSC: - BSC_1 tại Giáp Bát-Hà Nội điều khiển 16 BTS. - BSC_2 tại Hải Phòng điều khiển 16 BTS. - BSC_3 tại tp. HCM điều khiển 18 BTS. - BSC_4 tại 125-Hai Bà Trưng-HCM điều khiển 17 BTS. - BSC_5 tại Đà Nẵng điều khiển 20 BTS. - BSC_6 tại Quy Nhơn điều khiển 20 BTS. - BSC_7 tại C2-Hà Nội điều khiển 37 BTS. - BSC_8 tại Giáp Bát-Hà Nội điều khiển 22 BTS. - BSC_9 tại tp. HCM điều khiển 22 BTS. - BSC_10 tại Biên Hoà-Đồng Nai điều khiển 11 BTS. - BSC_11 tại Cần Thơ điều khiển 26 BTS. Chú ý: + Các BTS được kết nối đến BSC theo kiểu kết nối ‘hình sao’ và một số trạm được kết nối theo kiểu ‘drop insert’. truyền dẫn được sử dụng trong mạng hiện nay là viba, cáp quang và gần đây là kết hợp cùng Bưu Điện Hà Nội đưa vào thử nghiệm hệ thống truyền dẫn HDSL. + Các BTS của mạng hiện nay có dùng các cấu hình sau: - Omni 1(2,3): trạm dùng Angten vô hướng với 1(2,3) khối thu phát (TRX) - Sector 1/1/1(2/2/2, 3/3/3...): trạm dùng Angten dải quạt cho ba hướng, hướng có 1(2,3) khối thu phát (TRX). - Ngoài ra trong mạng còn dùng một số cấu hình khác như 1/1, 2/2... 2.4- Trung tâm dịch vụ khâch hàng (ABC_Aministrative Billing Centre) Trung tâm ABC bao gồm một hệ thống máy tính chủ mạng LAN được bố trí tại Hà Nội. hệ thống máy tính chủ của trung tâm ABC làm việc trên cơ sở hệ điều hành UNIX, hệ quản trị cơ sở dữ liệu ORACLE và hệ thống phần mềm ứng dụng INTERBIS. Trung tâm ABC là nơi duy nhất lưu giữ và quản lý số liệu về khách hàng, xử lý số liệu cước thanh toán cước, quản lý Simcard, thống kê và đánh giá chất lượng dịch vụ, tổng hợp và báo cáo dịch vụ trên toàn mạng VinaPhone. Trung tâm ABC được kết nối với mạng VinaPhone để thu thập số liệu cước và cung cấp các số liệu về Simcard, thuê bao; quản lý thuê bao. Ngoài ra, trung tâm ABC được kết nối với các thành phần trong mạng VinaPhone và với các chi nhánh ABC, các điểm dịch vụ khách hàng VinaPhone qua mạng thoại. Trung tâm ABC do Công ty GPC quản lý và còn có các chi nhánh ABC là các trạm làm việc từ xa của trung tâm ABC được bố chí tại Hà Nội, tp. Đà Nẵng, tp. HCM; Chi nhánh ABC thống kê theo dõi tình hình doanh thu, thanh toán cước, phát triển và quản lý thuê bao, chất lượng dịch vụ trong vùng của mạng VinaPhone nhằm hỗ trợ các Bưu Điện tỉnh kinh doanh và chăm sóc khách hàng. 2.5- Các dịch vụ trong mạng TTDĐ VinaPhone - Dịch vụ thoại (TS_Telephone Service). - Dịch vụ cuộc gọi khẩn (EC_Emergency Call). - Dịch vụ nhắn tin ngắn (SMS_Short Massage Service). - Dịch vụ Fax/Data. - Dịch vụ chuyển tiếp cuộc gọi (CD_Call Divert). - Dịch vụ chờ cuộc gọi (CW_Call Wait). - Dịch vụ hiện số chủ gọi/cấm hiện số chủ gọi. CLIP/CLIR_Calling Line Identification Presentation/CLI Restriction. - Dịch vụ chặn cuộc gọi (CB_Call Baring). - Dịch vụ tính cước nóng (HB_Hot Billing). - Dịch vụ hộp thư thoại (VMS_Voice Mail Service). - Dịch vụ trả tiền trước (PPS_PrePaid Service). III-/ cơ sở quy hoạch phát triển mạng thông tin di động khu vực hà nội. 1-/ Trước khi quy hoạch cần tìm hiểu rõ vấn đề: - Giá cả chi phí theo ước tính. - Khảo sát vùng phủ sóng. Bao gồm khảo sát vùng địa lý. - Đánh giá chất lượng phục vụ. - Thống kê mức phục vụ. - Khả năng phát triển của hệ thống. 2-/ Dự đoán yêu cầu về lưu lượng và số thuê bao có thể phục vụ trong thời điểm tương lai. Vấn đề này được thực hiện trên các cơ sở sau: - Số liệu thống kê về dân số. - Việc phân bổ dân cư, các trung tâm thương mại, du lịch hay dịch vụ tài chính quan trọng. - Mức độ thu nhập bình quân. - Số lượng xe ôtô. - Nhu cầu thông tin dựa trên cơ sở số máy điện thoại cố định. - Số lượng điện thoại di động bán ra hàng ngày. Các biện pháp khuyến mại để tăng số thuê bao. - Mức lưới hoà mạng, mức lưới gọi cho thuê bao, giá bán điện thoại di động. - Kinh nghiệm để phát triển mạng của các nước và trong nước. - Mức độ tăng trưởng kinh tế bình quân hàng năm trong khu vực. 3-/ Các số liệu thống kê cho khu vực Hà Nội. - Giá cả chi phí trung bình cho lắp đặt một trạm là 2.5 tỷ đồng. - Dân số 2154.900 người - Mật độ dân số 2340 người / Km2. - Mức độ tăng trưởng kinh tế từ 8 á 10% năm. - Thu nhập bình quân 12.6 triệu đồng 1 người/1 năm. Các cơ sở cho việc chỉ định phát triển mở rộng mạng dựa trên các bản đồ hành chính khu vực, các biểu đồ phân bố dân cư, địa lý, các bản đồ về khu du lịch và các biểu đồ về khu tăng trưởng kinh tế. Dựa trên số liệu ở trên và các cơ sở phát triển mạng GSM trong khu vực và mạng GSM tại Hà Nội. Vấn đề phát triển mạng lưới là rất cấp bách và cần thiết với bất kỳ mạng thông tin nào mà đặc biệt đối với mạng thông tin di động tại Hà Nội khi mà nền kinh tế đang phát triển, nhu cầu thông tin ngày càng tăng. Thực tế cho thấy ngành thông tin mấy năm gần đây phát triển không ngừng, tỷ lệ thuận với sự phát triển kinh tế. Công ty du lịch viễn thông GPC và Công ty VMS thực sự là những Công ty tiên phong trong lĩnh vực thông tin di động ở Hà Nội. Lĩnh vực thông tin di động ở nước ta còn rất non trẻ chưa có bề dày kinh nghiệm như các nước Châu Âu do vậy vẫn còn những vấn đề về kỹ thuật mà chúng ta không giải quyết được. Công việc phát triển mạng đòi hỏi tính chất hợp lý, logíc và khả năng ứng dụng thực tế. Các giải pháp cơ bản được đưa ra để giải quyết vấn đề phát triển mạng là: - Thiết kế lại mạng. - Dựa vào mạng có sẵn tiến hành mở rộng thêm. - Mạng có sẵn được bổ xung. * Giải pháp 1: Không thể thực hiện được trong điều kiện mạng đã được đưa vào khai thác một thời gian. Giải pháp này có thể đem lại chất lượng và lưu lượng phục vụ tốt hơn. Bằng việc sử dụng công nghệ, kỹ thuật mới ... Tuy nhiên để huỷ bỏ mạng cũ và thiết lập mạng mới thì sẽ cần vốn đầu tư rất lớn. Giải pháp này cho phép ứng dụng khi mạng cũ đã trở nên lạc hậu hoặc các vấn đề vê lưu lượng và chất lượng trở nên trầm trọng. * Giải pháp 2: Cho phép đáp ứng được lưu lượng phục vụ nhưng không đáp ứng được chất lượng phục vụ. Việc làm mở rộng đòi hỏi vốn đầu tư cao nhưng lãi xuất thấp khi nhu cầu chưa cao. * Giải pháp 3: Cho phép đáp ứng được chất lượng phục vụ trong vùng hiện tại nhưng không khai thác được nhu cầu phục vụ một cách tối đả các vùng khác. Giải pháp này vốn đầu tư không cao và lãi xuất trung bình. Tuỳ theo tính chất của mạng hiện tại mà ta có thể chọn các giải pháp nào cho phù hợp. Với mạng di động ở Hà Nội hiện tại theo khuyến nghị nên kết hợp lựa chọn giải pháp 2 và giải pháp 3. IV-/ Thiết kế mạng vinaphone khu vực hà nội. Mạng Vinaphone ở Hà Nội nằm trong phạm vi hoạt động của MSC1. Mạng gồm 33 Site (33 BTS, sử dụng 40 tần số) được điều khiển bởi hai BSC: BSC1 và BSC8 đều được lắp đặt tại Giáp Bát - Hà Nội. Hiện nay mạng Vinaphone vẫn đang trong thời kỳ hoạt động. Với số lượng thuê bao hiện nay vào khoảng 40.000. Với cấu hình hiện tại của mạng, hệ thống hoàn toàn có thể đáp ứng được nhu cầu thông tin ở Hà Nội. Do phân bố lưu lượng không đồng đều nên một số nơi thường xẩy ra hiện tượng quá tải. Trong khi đó một số nơi lại thừa kênh lưu lượng nên việc tối ưu là một vấn đề cấp bách đòi hỏi phải cần thiết thực hiện một cách nhanh chóng phù hợp để giải quyết vấn đề lưu lượng. Cơ sở để thực hiện tối ưu dựa vào báo cáo thống kê từ trung tâm khai thác và bảo dưỡng OMC. Một điểm khác khi thiết kế mạng là ta cần phải quan tâm đến tính mềm dẻo của mạng, tức là độ linh hoạt để thích ứng với nhu cầu thuê bao đang tăng nhanh ở Hà Nội. Mặt khác do đặc tính di động của thuê bao dẫn đến mật độ cuộc gọi không đồng đều ở một số nơi, nếu việc bố trí các đài trạm và ấn định tần số cho mỗi trạm là hết sức khó khăn. Hơn nữa mạng Vinaphone mới đang là thời kỳ đầu hoạt động chưa có một mẫu sử dụng lại tần số cố định. Giải pháp duy nhất để mạng thích ứng với nhu cầu tăng nhanh của thuê bao là xây dựng thêm một số trạm phát tại những nơi thường xẩy ra tắc nghẽn. Việc ấn định tần số cho các trạm mới cần phải được tính toán một cách kỹ lưỡng để có thể dễ dàng bố trí thêm các đài trạm trong tương lai, một khi vấn đề về nhu cầu thuê bao đang ngày càng phát triển mạnh. Hay việc tổ chức xây dựng đài trạm cho mạng hiện tại phải là nền móng vững chắc phù hợp với sự phát triển trong tương lai. Với điều kiện kinh tế nước ta còn hạn hẹp nên còn một số nơi không đáp ứng được lưu lượng vẫn tồn tại một mức tắc nghẽn nào đó. Hơn nữa các Công ty Điện thoại vẫn còn trong giai đoạn vừa xây dựng vừa hoạt động, nên tại một số địa điểm nhu cầu thuê bao giảm ta có thể giảm cấu hình của đài trạm để nâng cao hiệu suất sử dụng của mạng. Việc tăng hoặc giảm cấu hình phụ thuộc vào khả năng đáp ứng hiện thời của mạng. Tên trạm Cấu hình Dung lượng của trạm (Erl) Số thuê bao phục vụ BTS2: Sóc Sơn 1/1/1 8.085 352 BTS3: Đông Anh 1/1/1 8.085 352 BTS4: Thuỷ Lợi 2/2/2 24.6 984 BTS9: Thanh Trì 1/1/1 8.085 352 BTS11: Giáp Bát 1/1/1 8.085 352 BTS12: Thượng Đình 2/1/1 14.07 562 BTS13: Từ Liêm 2/1/2 19.335 773 BTS14: Tây Hồ 1/2/1 14.07 562 BTS15: Thăng Long 1/1/1 8.085 352 BTS16: Nội Bài 1/1/1 8.085 352 BTS17: Thanh Xuân 1/1/1 8.085 352 BTS18: Bưởi 1/1/1 8.085 352 BTS19: Liễu Giai 2/2/2 24.6 984 BTS21: Hoàng Cầu 2/2/2 24.6 984 BTS22: Thái Thịnh 2/2/2 24.6 984 BTS23: Ngọc Khánh 2/1/1 14.07 562 BTS6: Gia Lâm 1/1/1 8.085 352 Bảng số liệu các BTS dưới sự điều khiển của BSC8. Ví dụ: BSC1 trạm BTS Hoàng Cầu với cấu hình 2/2/2 gồm 3 ô, mỗi ô sử dụng hai tần số và mỗi ô dành 2 kênh cho báo hiệu và điều khiển còn lại mỗi ô có 14 kênh TCH tương ứng lưu lượng 8.2 Erl. Giả thiết mỗi thuê bao cần cần lưu lượng là 0.025 Erl thì trạm có thể phục vụ: (8.2/0.025)x3 = 984 thuê bao. Nghĩa là với dung lượng 8.2 x 3 = 24.6Erl phục vụ được 984 thuê bao. 1-/ Dung lượng các đài trạm Vinaphone khu vực Hà Nội. Tổng đài vô tuyến MSC1 Hà Nội là nơi lưu giữ toàn bộ dữ liệu về các thuê bao trong cả nước (HLR/AUC). Cấu hình hiện tại của mạng Vinaphone khu vực Hà Nội như sau: Mạng có 2 BSC là: BSC1, BSC8. Bằng cách tính toán và sử lý bằng phần mềm ta có bảng số liệu sau: Tên trạm Cấu hình Dung lượng của trạm (Erl) Số thuê bao phục vụ BTS1: Đặng Dung 2/2/2 24.6 984 BTS2: NVH Ba Đình 3/3/3 44.688 1787 BTS3: Bờ Hồ 3/3/3 44.688 1787 BTS4: Bộ Nội Vụ 3/3/3 44.688 1787 BTS5: Cẩm Hợi 2/2/2 24.6 984 BTS6: Mỹ Lan 2/2/2 24.6 984 BTS7: EDEN 2/2/2 24.6 984 BTS9: Kim Liên 2/2/2 24.6 984 BTS11: C2 2/2/2 24.6 984 BTS12: CT - IN 2/1/1 14.07 562 BTS13: Trường Trinh 2/1/1 14.07 562 BTS14: Cửa Nam 1/1/1 8.085 352 BTS15: Trần Nhật Duật 2/1/2 19.335 773 BTS18: Ô Chợ Dừa 2/2/2 24.6 984 BTS20: Nguyễn Du Omni 2 8.2 328 BTS22: Phùng Hưng 2/1/2 19.335 773 Bảng số liệu các BTS dưới sự điều khiển BSC1. Việc quy định các tần số và đặt các đài trạm đòi hỏi cần phải có những thông tin chi tiết về địa hình vùng phủ sóng kết hợp với sự hỗ trợ của máy tính chạy những phần mềm thông dụng mới có thể thực hiện được quy hoạch tần số. Trong lĩnh vực thông tin di động chúng ta vẫn chưa có nhiều kinh nghiệm nên trong việc quy hoạch tần số và đặt các đài trạm chúng ta vẫn còn phải nhờ đến chuyên gia. 2-/ Thiết kế sơ bộ cho mạng Vinaphone ở Hà Nội. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng phủ sóng. + Suy hao do truyền sóng xuyên qua toà nhà theo khuyến nghị của GSM là 16dB. + Suy hao do truyền qua cơ thể: 3dB. + Độ dự trữ nhiễu: 5dB. + Độ nhậy của máy di động theo khuyến nghị của GSM là -102dB đối với loại máy di động loại 2W. Mục tiêu phát triển của mạng Vinaphone tại Hà Nội là phủ sóng cho các loại máy di động 2W trong khu vực nội và ngoại thành, đồng thời đảm bảo dung lượng để đáp ứng cho nhu cầu thông tin di động ngày càng tăng. Với số lượng đài trạm không nhiều, phạm vi phủ sóng rộng, hơn nữa tình hình đô thị hoá phát triển mạnh trong những năm gần đây. Nhiều nhà cao tầng được xây dựng làm ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng phủ sóng ở một số vùng. Sau đây là tính toán sơ bộ công việc trên cơ sở lý thuyết của mạng Vinaphone tại Hà Nội theo công nghệ GSM để nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho các công việc thiết kế khảo sát tiếp theo. a- Số liệu của mạng. + Dải tần làm việc 900MHz. + Công suất máy di động 2W (33dBm). + Công suất tối đa của máy phát BTS 40 W (46dBm). + Độ cao dự kiến anten: 40m. + Độ tăng ích anten (Gdbs): 18dB. + Độ nhiễu dự trữ: 3dB. + Suy hao Feerder (Lfbs): 2dB. + Suy hao Combiner (Lcbs): 3dB. + Suy hao cơ thể : 3dB. + Độ dự trữ pha đinh. - 75% vùng phủ là: 0,68 x Standard Deviation = 0,68 x 7dB. - 85% vùng phủ là: 1,05 x Standard Deviation = 1,05 x 7dB. Trong đó Standard Deviation là độ lệch tiêu chuẩn. + Lưu lượng cho thuê bao. - Trên kênh TCH là 0,025Erl/thuê bao. - Trên kênh SDCCH là 0,005Erl/thuê bao. + GOS cho TCCH là 2%, cho SDCCH là 1%. +Trong giờ bận có 40 thuê bao hoạt động/Km2. + Mức thu nhỏ nhất BTS là -105dBm và MS là -102dBm. + Suy hao Feeder 2dB (Lfbs = 2dB). + Suy hao Combiner 3dB (Lcbs = 3dB). b- Tính toán sơ bộ. + Công suất phát ra của BTS lúc này là: Theo công thức cân bằng hệ thống Ppbs = Ppms + Lcbs + Gdbo + (Ptms - Ptbs) = 33 + 3 + 5 + (-102 -(-105)) = 44dB. Công suất phát tối đa BTS là 46dBm. Vậy để thực hiện cân bằng hệ thống ta phải giảm công suất đi một lượng. Backoff = 46 - 42 =2 dBm. Công suất bức xạ hiệu dụng (EIRP) của BTS: EIRP = Ppbs - Lfbs -Lcbs + Gabs = 44 - 2 - 3 + 18 = 57dBm. Mức thu của MS tại biên ô. Prx(85%) = Ptms + Interference Magin + Fadin Magin(85%) = -102 +3 +7,3 =- 91,7dBM. Suy hao đường truyền tối đa ở biên. Lmax = EIRP - (Prx(85%) + Bodyloss) = 57 - (-91,7 + 3) = 145,5 dB. + Khoảng cách phủ sóng. Theo mô hình Hata áp dụng tính suy hao đường truyền sóng cho hệ thống. Lmax = 69,55 +26,16logF -13,82loghb -a(hm) +(44,9 -6,55loghb)logd. Bỏ qua a(hm). Với khu vực thành phố. L(max thành phố) = 69,55+26,16lgF-13,82lghb+(44,9 -6,55lghb)lgd1. = 69,55+26,16lg900-13,82lg40+(44,9-6,55lg40)lgd1 = 124,69 + 34,5lgd1 lgd1 = (Lmax - 124,69)/34,5 = (145,7 - 124,69)/34,5 = 0,6 d1 = 4Km. Với khu vực ngoại ô. Lngoại ô = LThành phố - 2[log (F/28)]2 - 5,4 = 124,69 + 34,4 logd2 - 2[log(900/28)]2-5,4 = 114,5 +34,5logd2 logd2 = (Lmax - 114,5)/34,5 = (145,7 - 114,5)/34,5 = 0,9 d2 = 7,9Km. + Tính số trạm phát cho một ô. Khu vực đô thị. Giả thiết bán kính ô r1= 3km. Diện tích một ô S1= 2,6 x 32 = 23,4Km2. Giả sử một ô cấp 4 tần số sóng mang (4TRX) vậy ta có 32 kênh (4 x 8 Kênh vật lý = 32 kênh), 4 kênh dùng cho báo hiệu và đồng bộ. Còn 28 kênh TCH. Theo bảng Erlang 28 kênh TCH với GOS = 2% ứng với 20,150Erl. Số thuê bao tối đa có thể phục vụ trong một ô là: 20,150/0,025 = 806 thuê bao. Số thuê bao phục vụ trong 1Km2 sẽ là: 806/23,4 = 35 thuê bao. ứng với số Erl trong 1Km2 là: 20,150/23,4 = 0,86Erl. Mỗi thuê bao cần 0,005 Erl trên kênh SDCCH. Vậy số lưu lượng dành cho kênh SDCCH là: 806 x 0,005 = 4,07 Erl. ứng với số kênh SDCCH là 10 kênh (GOS = 1%). Vậy tương quan cần thiết giữa số kênh SDCCH và TCH phục vụ thuê bao là: 28 TCH - 10SDCCH. 3-/ Khu vực ngoại ô. Giả thiết bán kính ô là 6Km Diện tích ô là: S2 = 2,6 x 62 = 93,6Km2. Giả sử một ô được cấp 2 tần số sóng mang. Thì ta có 16 kênh vật lý (2 kênh dành cho báo hiệu và đồng bộ, còn lại 14 kênh TCH). Tra bảng Erlang với GOS = 2%, 14 kênh TCH ứng với 8,2Erl. Với lưu lượng 0,025 Erl cho mỗi thuê bao trong giờ bận do vậy số thuê bao có thể phục vụ trong một ô là: 8,2/ 0,025 = 328 thuê bao. Lưu lượng cho 1Km2 là: 8,2/ 93,6 = 0,087Erl. Số thuê bao phục vụ trên 1Km2 là: 0,087/ 0,025 = 4 thuê bao. Số lưu lượng dành cho SDCCH là: 328 x 0,005 = 1,64 Erlang. Với GOS = 1%, ứng với 6 kênh SDCCH. Vậy tương quan cần thiết giữa SDCCH và TCH là: 6 SDCCH - 14 TCH. Nếu sử dụng anten có độ cao h= 40m để đạt chất lượng phủ sóng tốt trong phạm vi 6Km tương ứng với góc nghiêng B/ 2 = arctg(40/ 6000) = 0,380. B = 0,760. Góc nghiêng (Downtilt -0,760). kết luận Với những ưu điểm của mình, hệ thống thông tin di động GSM ở Việt Nam đã được hình thành và phát triển nhanh chóng. Trong ph ạm vi đề tài của mình em chỉ trình bầy một phần suy nghĩ và giải pháp về vấn đề quy hoạch tần số góp phần mở rộng và nâng cao chất lượng phục vụ của thông tin di động ở Việt Nam. Do trình độ và thời gian còn hạn chế nên còn rất nhiều vấn đề chưa đi sâu vào nghiên cứu. Nên rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và bạn bè. Em hứa sẽ cố gắng học tập nghiên cứu hơn nữa để hoàn thành và nâng cao hiểu biết về thông tin di động. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Lâm Hồng Thạch đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Hà Nội, ngày 26 tháng 2 năm 2000 Sinh viên nguyễn thị song hà Bảng ERLANG Số kênh Cấp dịch vụ Số kênh 1% 2% 3% 5% 10% 20% 40% 1 ,01010 ,02041 ,03093 ,05263 ,11111 ,25000 ,66667 1 2 ,15259 ,22347 ,28155 ,38132 ,59543 1,0000 2,0000 2 3 ,55549 ,60221 ,71513 ,89940 1,2708 1,9299 3,4798 3 4 ,86942 1,0923 1,2589 1,5246 2,0454 2,9452 5,2010 4 5 1,3608 1,6571 1,8752 2,2185 2,881 4,0104 6,5955 5 6 1,9090 2,2759 2,5431 2,9603 3,7584 5,1068 8,1907 6 7 2,5009 2,9354 3,2497 3,7378 4,6662 6,2302 9,7998 7 8 3,2176 3,5271 3,9865 4.5430 5,5971 7,3692 11,419 8 9 3,7825 4,3447 4,7479 5,3702 6,5464 8,5217 13,045 9 10 4,4612 5,0840 5,5294 6,2157 7,5106 9,6850 14,677 10 11 5,1599 5,8415 6,3280 7,0764 8,4871 10,857 16,314 11 12 5,8760 6,6147 7,1410 7,9501 9,4740 12,036 17,954 12 13 6,6072 7,4015 7,9667 8,8349 10,470 13,222 10,598 13 14 7,3517 8,2003 8,8035 9,7295 11,473 14,413 21,243 14 15 8,1080 9,0096 9,6500 10,633 12,484 15,608 22,891 15 16 8,8750 9,8284 10,505 11,544 13,500 16,807 24,541 16 17 9,6516 10,656 11,368 12,461 14,522 18,010 26,192 17 18 10,437 11,491 12,238 13,385 15,548 19,261 27,844 18 19 11,230 12,333 13,115 14,315 16,579 20,424 29,498 19 20 12,031 13,182 13,997 15,249 17,613 21,635 31,152 20 21 12,838 14,036 14,855 16,189 18,651 22,484 32,808 22 22 13,651 14,896 15,778 17,132 19,692 24,064 34,464 22 23 14,470 15,761 16,675 18,080 20,373 25,281 36,121 23 24 14,295 16,631 17,577 19,031 21,784 26,499 37,779 24 25 16,125 17,505 18,483 19,985 22,833 27,750 39,437 25 26 16,959 18,383 19,939 20,943 23,885 28,491 41,096 26 27 17,797 19,265 20,305 21,904 24,939 30,164 42,755 27 28 18,640 20,150 21,221 22,867 25,995 31,388 44,414 28 29 19,478 21,039 22,140 23,833 27,053 32,614 46,074 29 30 20,337 21,932 23,602 24,802 28,113 33,840 47,735 30 31 21,191 22,827 23,987 25,773 29,174 35,067 48,935 31 32 22,048 23,752 24,914 26,746 30,237 36,295 51,056 32 33 22,909 24,626 25,844 27,721 31,301 37,524 52,781 33 34 23,772 25,529 26,776 28,698 32,367 38,754 54,379 34 35 24,638 26,435 27,711 29,677 33,434 49,985 56,041 35 36 25,507 27,343 28,647 30,657 34,503 41,216 57,303 36 37 26,378 28,524 29,585 31,640 35,572 42,448 59,635 37 38 27,252 29,166 30,526 32,624 36,643 43,680 61,028 38 39 28,129 30,081 31,468 33,609 37,715 44,913 62,690 39 40 29,007 30,997 32,412 34,596 38,787 46,147 64,353 40 41 29,888 30,916 33,357 35,584 39,861 47,381 66,016 41 42 30,771 32,836 34,305 36,574 40,936 48,616 67,679 42 43 31,656 33,758 35,253 37,565 42,011 49,851 69,342 43 44 32,543 34,682 36,203 38,557 43,088 51,086 71,066 44 45 33,432 35,607 37,155 39,550 44,165 52,322 72,669 45 46 34,322 36,564 38,108 40,545 45,243 53,559 74,333 46 47 35,215 37,462 39,062 41,540 46,322 54,796 75,997 47 48 36,109 38,392 40,018 42,537 47,401 56,033 77,660 48 49 37,004 39,323 40,975 43,534 48,481 57,270 79,324 49 50 37,901 40,255 41,933 44,533 49,562 58,508 80,988 50 tài liệu tham khảo 1-/ Thông tin di động số - Tổng cục bưu điện 2-/ Thông tin di động số - Dr. Nguyễn Phạm Anh Dũng 3-/ Thông tin di động tổ ong - Người dịch: Dr Nguyễn Phạm Anh Dũng 4-/ Cell Planning - Motorola 5-/ Cell Planning - Erricson 6-/ CME - 20 - Erricson 7-/ Mobile Information Systems - John Walker, editor. mục lục ._.