Tổng quan về hệ thống thông tin di động

g tăng do có quá nhiều hạn chế : Phân bổ tần số rất hạn chế. Dung lượng thấp. Tiếng ồn khó chịu và nhiễu hệ thống xảy ra khi máy di động dịch chuyển trong môi trường phading đa tia . Không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn đối với khách hàng. Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ sở hạ tầng Không đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi. Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau. Do đó cần chuyển sang sử dụng kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động cùng với các thông tin di động cùng với các kỹ thuật đa thâm nhập mới . Năm 1982 hệ thống thông tin di đông số sử dung kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo thời gian(TDMA) ra đời ở Châu Âu có tên là GSM (Global System for Mobile Communication). Tháng 5/1986 giải pháp TDMA băng hẹp được lựa chọn cho dịch vụ viễn thông chung Châu Âu ở băng tần 900 Mhz. Năm 1985 công nghệ CDMA bắt đầu phát triển và phiên bản đầu tiên là CDMA IS_95A. Các mạng CDMA được đưa vào khai thác ở Hàn Quốc, HongKong, Argentina, Brasil,Chile...Để tăng dung lượng của hệ thống thông tin di động, tần số các hệ thống này đang được chuyển từ vùng 800-900 Mhz vào vùng 1,8-1,9 GHz. I.2 - Tổng quan về hệ thống điện thoại di động tổ ong. Toàn bộ vùng phục vụ của hệ thống điện thoại di động tổ ong được chia thành nhiều vùng nhỏ , gọi là các ô , mỗi ô có một trạm gốc phụ trách và được điều khiển bởi tổng đài sao cho thuê bao vẫn có thể duy trì cuộc gọi một cách liên tục khi di chuyển giữa các ô. Trong hệ thống điện thoại di động tổ ong thì tần số các máy di động là không cố định ở một kênh nào đó mà kênh đàm thoại được xác định nhờ kênh báo hiệu và máy di động được đồng bộ về tần số một cách tự động . Vì vậy các ô kề nhau nên sử dụng tần số khác nhau còn nếu cách xa hơn thì có thể tái sử dụng tần số đó . Để cho phép các máy di động có thể duy trì cuộc gọi liên tục trong khi di chuyển giưã các ô thì tổng đài sẽ điều khiển các kênh báo hiệu hoăc kênh lưu lượng theo sử dụng của máy di động để chuyển đổi tần số của máy di động đó thành một tần số thích hợp một cách tự động. F2 F3 F6 F1 F4 F5 F7 F6 F5 F1 F7 F4 F3 F2 Hiệu quả sử dụng tần số của hệ thống điện thoại di động tăng lên vì các kênh RF giữa các BS kề nhau có thể được định vị một cách hiệu quả nhờ việc tái sử dụng tần số và do đó dung lượng thuê bao được phục vụ sẽ tăng lên. I.3 - Các đặc tính cơ bản của hệ thống thông tin di động . Sử dụng băng tần được cấp phát hiệu quả để đạt được dung lượng cao do sự hạn chế của dải tần vô tuyến sử dụng cho thông tin di động . Đảm bảo được chât lượng truyền dẫn yêu cầu: Hệ thống phải có khả năng hạn chế tối đa ảnh hưởng của nhiễu và pha đinh cùng với các CODEC đặc biệt có chất lượng truyền dẫn cao . Đảm bảo an toàn thông tin tốt nhất. Để chống nghe trộm cần mật mã hoá thông tin của người sử dụng có một khoá nhận dạng bí mật riêng CARD được lưu giữ ở bộ nhớ an toàn. ở hệ thống GSM SIM-CARD được sử dụng. Người thuê bao cắm thẻ này vào máy di động và chỉ có người này mới có thể sử dụng nó. Giảm tối đa rớt cuộc gọi khi thuê bao di động chuyển từ vùng phủ này sang vùng phủ khác. Cho phép phát triển các dịch vụ mới nhất là các dịch vụ phi thoại. Mang tính toàn cầu, cho phép chuyển mạng quốc tế ( International Roaming ) . Các thiết bị cầm tay phải gọn nhẹ và tiêu tốn ít năng lượng. I.4 - Cấu trúc mô hình hệ thống thông tin di động. MSC BSC OS AUC IWF BTS Các VLR khác HLR VLR EIR AUC MSC DMI Trạm gốc Các bộ quản lý di động X E A L O I Abis I D H C F Pi B G Ai Di Mi Um PSTN PSPDN ISDN PLMN DCE TAÂ Các mạng ngoài W Rx S Rx R TE2 TE2 TE2 MT0 MT1 TAP MT2 MS TE1 TE2 TE2 Sm Rm Rm Hình 1. Mô hình tham khảo hệ thống thông tin di động. Các phần tử cơ bản của mô hình: MS ( Mobile Station ): trạm di động. BTS ( Base station transceiver station ): trạm thu phát gốc. BSC ( Base station controller ): bộ điều khiển trạm gốc. MSC ( Mobile service switching center ): trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động. HLR ( Home localtion register ): bộ ghi định vị thường trú. VLR ( Visitor localtion register ): bộ ghi định vị tạm trú. GMSC: MSC cổng. AUC ( Authetication center ): quản lý thuê bao và trung tâm nhận thực. EIR ( Equipment identity register ): quản lý thiết bị di động. OS ( Operation system ): khai thác và bảo dưỡng mạng. Switched public data network :mạng số liệu công cộng chuyển mạch theo mạng. Trạm di động MS : MS là thiết bị mà người sử dụng có thể thường xuyên nhìn thấy của hệ thống. MS có thể là thiết bị đặt trong ôtô hay thiết bị xách tay hoặc thiết bị cầm tay. Ngoài việc chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến , MS còn cung cấp giao diện với người sử dụng ( loa, micro, màn hiển thị ,bàn phím để quản lý cuộc gọi ) hoặc giao diện với các thiết bị khác ( như giao diện máy tính cá nhân ,fax...). Chức năng các thiết bị trong MS: Thiết bị đầu cuối ( TE ) thực hiện các chức năng không liên quan đến mạng di động : fax,máy tính.... Kết cuối trạm di động ( MT ) : Thực hiện các chức năng liên quan đến truyền dẫn ở giao diện vô tuyến . Bộ thích ứng đầu cuối ( TAF ) : Làm việc như một cửa nối thông thiết bị đầu cuối với kết cuối di động . Cần sử dụng bộ thích ứng đầu cuối khi giao diện trạm di động tuân theo tiêu chuẩn ISDN để đấu nối đầu cuối còn thiết bị đầu cuối lại có giao diện đầu cuối -modem. Trạm thu phát gốc (BTS) : Một BTS bao gồm các thiết bị phát , thu, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến. Có thể coi BTS là các modem vô tuyến phức tạp có thêm một số các chức năng khác. Một số bộ phận quan trọng của BTS là TRAU ( Transcoder/adapter rate unit: khối chuyển đổi mã và tốc độ ) . TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình giải mã và mã hoá tiếng đặc thù riêng cho hệ thống di động được tiến hành ,ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu. Tuy là một bộ phận của BTS nhưng cũng có thể đặt nó cách xa BTS và thậm chí trong nhiều trường hợp nó được đặt giữa BSC và MSC. Bộ điều khiển trạm gốc (BSC): BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả các giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa của BTS và MS .Các lệnh này chủ yếu là các lệnh ấn định , giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao (handover). Một phía BSC được nối với BTS còn phía kia được nối với MSC. Trong thực tế BSC là một tổng đài có khả năng tính toán đáng kể .Vai trò chủ của yếu nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao . Một BSC trung bình có thể quản lý tới hành chục BTS ( phụ thuộc vào lưu lượng của các BTS này ). BTS cũng có thể kết hợp chung với BSC vào một trạm gốc. Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (MSC) : ở hệ thống thông tin di động , chức năng chuyển mạch chính được thực hiện bởi MSC. Nhiệm vụ của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến các người sử dụng mạng thông tin di động . Một mặt MSC giao diện với BSC , mặt khác nó giao diện với mạng ngoài .MSC giao diện với mạng ngoài gọi là MSC cổng.Việc giao diện với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho người sử dụng mang thông tin di động đòi hỏi cổng thích ứng ( các chức năng tương tác , IWF : Interworking function ) . Mạng thông tin di động cũng cần giao diện với mạng ngoài để sử dụng các khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tải số liệu của người sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử của mạng MSC thường là một tổng đài lớn điềukhiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc ( BSC ). Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của mạng thông tin di động với các mạng này. IWF bao gồm thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn .Nó cho phép kết nối với các mạng: PSPDN ( Packet switched public data network: mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói ) hay CSPDN ( circuit ), nó cũng tồn tại khi các mạng khác chỉ đơn thuần là PSTN ( Public switched telephone network: mạng điện thoại chuyển mạch công cộng ) hay ISDN ( Intergrater services digital network : mạng số đa dịch vụ liên kết ) . IWF có thể thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng ( ở trường hợp 2 giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở . Bộ ghi định vị thường trú HLR: Ngoài mạng MSC mạng thông tin di động bao gồm cả các cơ sở dữ liệu . Các thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông được lưu giữ ở HLR( không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao ). HLR còn chứa thông tin liên quan đến vị trí hiện thời của thuê bao. Thường HLR là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạch và có khả năng quản lý hàng trămthuê bao .Một chức năng nhỏ của HLR là nhận dạng trung tâm nhận thực AUC, nhiêmh vụ của trung tâm này là quản lý an toàn số liệu ccủa các thuê bao được phép . Bộ ghi định vị tạm trú VLR : VLR là cơ sở dữ liệu thứ 2 trong mạng thông tin di động được nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao . Các thuê bao đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí của các thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR. Các chức năng VLR thường được liên kết với các chức năng MSC. MSC cổng (GMSC): Mạng thông tin di động có thể chứa nhiều MSC VLR , HLR. Để thiết lập một cuộc gọi đến người sử dụng thông tin di động trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến một tổng đài được gọi là GMSC mà không cần biết thuê bao hiện thời ở đâu. Các tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiện tại ( MSC tạm trú ). Để vậy trước hết tổng đài phải dựa trên số thoại danh bạ của thuê bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR . Tổng dài cổng có 1 giao tiếp với các mạng bên ngoài , thông qua giao tiếp nàynó làm nhiệm vụ cổng để kết nối các mạng bên ngoài với mạng di động . Ngoài ra tổng đài nầy cũng có giao diện số 7 (CCSNo7) để có thể tương tác với các phần tử của mạng thông tin di động. Về phương diện kinh tế không phải bao giờ tổng đài cũng đứng riêng mà nó thường được kết hợp với MSC. Khai thác và bảo dưỡng mạng. Khai thác là các hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng như :tải của hệ thống ,mức độ chặn ,số lượng chuyển giao giữa 2 ô. Nhờ vậy mà nhà khai thác có thể giám sát toàn bộ chất lượng dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời xử lý các sự cố . Khai thác cũng bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vấn đề xuất hiện ở thời điểm hiện thời ,để chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai,để tăng vùng phủ .Việc thay đổi có thể thực hiện “mềm “ qua báo hiệu , hoặc thực hiện cứng đòi hỏi sự can thiệp tại hiện trường .ở hệ thống viễn thông hiện đại khai thác được thực hiện bằng máy tính và được tập trung ở 1 trạm. Bảo dưỡng là nhiệm vụ phát hiện ,định vị và sửa chữa các sự cốhỏng hóc. Nó có 1 số quan hệ với khai thác .Các thiết bị ở hệ thống viễn thông hiện đại có khả năng tự phát hiện 1 số sự cố hay dự báo sự cố thông qua tự kiểm tra Trong trường hợp người ta dự phòng cho thiết bị để thiết bị sự cố có thể thay thế bằng thiết bị dự phòng . Sự thay thế này có thể thực hiện tự động. Ngoài ra việc giảm nhẹ sự cố có thể được thực hiện bởi người khai thác bằng điều khiển từ xa . Bảo dưỡng cũng có thể bao gồm các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế thiết bị sự cố. Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý TMN ( Telecominications Management Network : mạng quản lý viễn thông ). Khi này 1 mặt hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến các phần tử của mạng viễn thông ( các MSC, BSC ,HLR và các phần tử của mạng khác trừ BTS vì thâm nhập BTS được thực hiện qua BSC ). Mặt khác hệ thống khai thác và bảo dưỡng lại được nối đến một máy tính chủ động vai trò giao tiếp người máy .Hệ thống này được gọi là OMC ( Operation and Mainternance). Quản lý thuê bao và trung tâm nhận thực (AUC). Quản lý thuê bao, bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao . Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xoá thuê bao khỏi mạng .Đăng ký thuê bao cũng có thể là rất phức tạp ,bao gồm nhiều dịch vụ và tính năng bổ xung. Nhà khai thác phải có thể thâm nhập được tất cả các hệ thống số nói trên Một nhiệm vụ quan trọng của khai thác là tính cước cuộc gọi . Cước phí phải được tính và được gửi đến thuê bao . Quản lý thuê bao ở mạng thông tin di động chỉ liên quan HLR và một số thiết bị OS riêng , chẳng hạn nối HLR với các thiết bị giao tiếp người máy qua các trung tâm giao dịch với thuê bao .Việc quản lý thuê bao được thực hiện thông qua một khoá nhận dang bí mật duy nhất cho từng thuê bao . AUC quản lý các thông tin nhận thực và mật mã liên quan đến từng cá nhân thuê bao dựa trên khoá bí mật này . AUC có thể được đặt trong HLR hay MSC hay độc lập với cả hai. Khoá này cũng được lưu giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ MS . ở GMS bộ nhớ này có dạng SIMCARD có thể rút ra và cắm lại được . Quản lý thiết bị di động EIR. Quản lý thiết bị di động được thực hiện bởi bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR .EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm di động MS .EIR được nối đến MSC thông qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết bị .Một thiết bị không được phép sẽ bị cấm . Bộ xử lý bản tin số liệu DMH ( Data Message Handler ). Được sử dụng để thu nhập các dữ liệu tính cước . Các mạng ngoài. Các mạng thông tin này bao gồm mạng điện thoại chuyển mạch công cộng ( PSTN ), mạng số liên kết đa dịch vụ ( ISDN ) , mạng di động công cộng mặt đất ( PLMN ) và mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói ( PSPDN ). Các giao diện. Giao diện A là giao diện giữa trạm gốc và MSC để đảm bảo báo hiệu và lưu lượng ( cả số liệu lẫn tiếng ). Giao diện Abis là giao diện giữa BTS và BSC ,nó chỉ có khi trạm gốc được chia thành BTS và BSC . Giao diện Ai là giao diện tương tự sử dụng hoặc báo hiệu đa tần hai tông ( DTMF ) hay báo hiệu đa tần (MF) . Đây là giao diện giữa MSC và PSTN. Giao diện B là giao diện giữa MSC và VLR. Giao diện C là giao diện giữa MS và HLR . Giao diện D là giao diện giữa HLR và VLR .Đây là giao diện báo hiệu được xây dựng trên cơ sở báo hiệu số 7. Giao diện Di là giao diện số giữa MSC và ISDN . Giao diện E là giao diện lưu lượng và báo hiệu giữa các tổng đài của mạng di động . ( Giữa MSC với MSC ). Giao diện F là giao diện giữa MSC và EIR. Giao diện G là giao diện được sử dụng khi cần thông tin giữa các VLR. Giao diện H là giao diện giữa HLR với AUC. Giao diện I là giao diện giữa bộ xử lý bản tin DMH với MSC. Giao diện Mi là giao diện với mạng thông tin di động khác ( PLMN ). Giao diện O là giao diệnvới hệ thống khác ( MSC với OS ). Giao diện Pi là giao diện giữa MSC và mạng chuyển mạch gói (PSPDN). Giao diện S là giao diện giữa ISDN và TE. Giao diện Um là giao diện vô tuyến giữa BS và MS. Giao diện W là giao diện giữa PSTN với DCE. Giao diện X là giao diện giữa MSC và AUX, giao diện này phụ thuộc vào thiết bị bổ xung kết nối với MSC. Giao diện R là giao diện bộ thích ứng đầu cuối TA ( Terminal Adapter ) với thiết bị đầu cuối TE ( Terminal Equipment ). I.5 - Một số hệ thống đa truy nhập cơ bản trong thông tin di động. Một nguyên tắc quan trọng khi thiết kế các hệ thống vô tuyến di động là vấn đề lựa chọn các hệ thống đa truy nập để có thể sử dụng phổ vô tuyến chung. Đa truy nhập được phân chia làm các phương pháp sau: Đa truy nhập phân chia theo tần số ( FDMA ). Đa truy nhập phân chia theo thời gian ( TDMA ). Đa truy nhập phân chia theo mã ( CDMA ). ở hệ thống đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), các trạm di động sử dụng chung một kênh tần số nhưng chỉ được thâm nhập đến trạm gốc trong các khoảng thời gian khác nhau .Trong hệ thống TDMA một khe thời gian được dành riêng cho người sử dụng trong suốt thời gian đàm thoại. ở hệ thống đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA ,mỗi trạm di động sử dụng chung một kênh với một cặp tần số để thâm nhập đến trạm gốc (BTS).Trong hệ thống FDMA một khe tần số được dành riêng cho người sử dụng trong suốt thời gian đàm thoại. ở hệ thống đa truy nhập phân chia theo mã CDMA, các trạm di động sử dụng chung một băng tần nhưng sử dụng các mã khác nhau để thâm nhập đến trạm gốc.Trong hệ thống CDMA tất cả các người sử dụng sử dụng cùng một lúc trên một băng tần. Tín hiệu truyền đi chiếm toàn bộ băng tần của hệ thống . Các chuỗi mã được dùng để tách rời kênh truyền giữa các người sửdụng. CHƯƠNG II Hệ thống thông tin di động GMS II.1- Mở đầu. Hệ thống TTDĐ số sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo thời gian (TDMA) đầu tiên trên thé giới ra đời ở Châu Âu và có tên gọi là GSM. GSM được phát triển từ năm 1982 khi các nước Bắc Âu gửi đề nghị đến CEPT để quy định 1 dịch vụ viễn thông chung ở Châu Âu ở băng tần 900MHz. - 1982 - 1985: Bàn luận về dòng hệ thống số hay tương tự. - 1985: Hệ thống số đựơc quyết định. - 5/1986: Phương thức TDMA băng hẹp được chọn lựa ở Việt Nam hệ thống TTDĐ số đựơc đưa vào từ năm 1993, hiện nay 2 công ty VMS và GPC đang khai thác rất hiệu quả. - Hệ thống TTDĐ GMS sử dụng kết hợp phương pháp đa thâm nhập phân chia theo thời gian ( TDMA ) và phân chia theo tần số ( PDMA ) trong đó mỗi trạm di động để thâm nhập vào mạng được cấp phát 1 cặp tần số và 1 khe thời gian. II.2 - Suy hao đường truyền và pha đinh. II.2.1- Suy hao đường truyền. - ở thông tin vô tuyến điểm đến điểm do anten đặt cao nên suy hao đường truyền tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách R cách giữa ăngten thu và phát (R2). - ở TTDĐ ăngten MS đặt gần mặt đất (khoảng 1,5m) nên suy hao tỷ lệ với luỹ thừa n khoảng cách r giữa anten phát và thu (R'') trong đó n > 2. - Tổn hao truyền sóng giữa BS và MS ở ngoài trời. P (R) = N(R, d) + nlg(R/Ro). II.2.2 - Pha đinh. Các MS thường hoạt động ở môi trường có nhiên vật chắn giữa nó và BTS dẫn đến giảm cường độ điện trường thu làm cho cường độ tín hiệu lúc tăng lúc giảm. Hình 2. Mô hình pha đinh nhiều tia. Cường độ tín hiệu tại anten thu Thay đổi do pha đinh Ray legh Giảm dần do suy hao Thay đổi do che tối Khoảng cách Hình 3. Sự thuộc tín hiệu thu được vào khoảng cách. II.2.3 - Biện pháp chống pha đinh. + Mã hoá kênh chống lõi kết hợp với đan xen tín hiệu. + Sử dụng nhiều sóng mang ( Multi carrier ). + Phân tập. + Cân bằng thích ứng. + Mã phát hiện lỗi: Mã khối tuyến tính. + Mã sửa lỗi: mã xoắn hoặc mã turla. Kỹ thuật phân tập thường được sử dụng trong các hệ thống truyền dẫn: Phân tập không gian. Phân tập tần số. Phân tập thời gian. II.3- Giao diện vô tuyến và truyền dẫn. II.3.1- Quá trình xử lý các tín hiệu số và biến đổi vào sóng vô tuyến. Máy thu/ giải điều chế Giải mật mã Điều chế Cân bằng Veterbi Mật mã hoá Lập khuôn cụm Mã hoá tiếng Mã hoá kênh Ghép xen Giải ghép xen A/D Phân đoạn Giải mã viterbi Giải mã tiếng D/A 3khz KHz 460 bit/20ms 22.8 kbit/s 270 kbit/s ở khe TS 260bit/20ms bit/20ms 160 mẫu 13 bit Hình 4. Xử lý tín hiệu số và biến đổi vào sóng vô tuyến ở MS. II.3.2. Các kênh tần số được sử dụng ở GSM. Phân bổ tần số ở GSM được quy định nằm trong dải tần 890-960 MHz với các kênh tần số như sau: fl = 890 MHz + ( 0,2 MHz ) n , n = 0,1 ,2,3,....124. fu = fl + 45 MHz. Các kênh tần số được sử dụng ở GSM gồm 125 kênh , đánh số từ 0 đến 124 , kênh 0 dành cho khoảng bảo vệ , nên không đựoc sử dụng, trong đó: là tần số ở bán băng tần thấp dành cho đường lên ( từ trạm di động đến trạm BTS ) , là tần số ở bán băng tần cao dành cho đường xuống (từ BTS đến trạm di động). Hệ thống GSM mở rộng ( E-GSM ) có băng tần rộng thêm 10 MHz ở cả 2 phía nhờ vậy số kênh sẽ tăng thêm 50 kênh. Phân bố tần số trong trường hợp hệ thống GSM mở rộng : fl = 890 MHz + ( 0,2 MHz ) n, 0 < n < 124 fl = 890 MHz + ( 0,2 MHz ).( n-1024 ), 974 < n < 1023. fu = fl + 45 MHz. Các kênh bổ xung được đánh số từ 974 đến 1023 và kênh thấp nhất 974 để lẫn khoảng bảo vệ nên không sử dụng. Đối với hệ thống DCS- 1800 băng tần làm việc 1710- 1880 MHz, tần số phân bổ cho các kênh như sau : fl = 1710 MHz + ( 0,2 MHz ) ( n - 511 ) 512 < n < 885 fu = fl + 95 MHz. Gồm 374 kênh đánh số từ 512 đến 885 . Để đảm bảo cho các kênh lân cận không lây nhiễu cho nhau mỗi BTS phủ một tế bào của mạng phải sử dụng các tần số cách xa nhau và các ô sử dụng các tần số giống nhau cũng phải xa nhau. II.3.3. Các kênh vật lý. Các kênh vật lý là một khe thời gian ở đầu tần số vô tuyến dành để truyền tải thông tin ở đường vô tuyến của GSM. GSM sử dụng băng tần: 890 - 915 MHz cho đường lên ( MS phát ). 935 - 960 MHz cho xuống ( BTS phát ). - Khoảng cách giữa các sóng mang là 200 Khz. - Trong tương lai khi mở rộng đến hệ thống DCS 1800 băng tần được sử dụng : 1710 - 1785 MHz cho đường lên. 1805 - 1880 MHz cho đường xuống. - Để đảm bảo đảm các quy định về tần số bên ngoài băng phải có một khoảng bảo vệ giữa các biên của băng ( 200 KHz ). Vì thế ở - GSM 900 có 124 kênh tần số vô tuyến bắt đầu. - GSM 900 có 124 kênh tần số vô tuyến từ 890,2 Mhz. - DCS 1800 ta có 374 kênh tần số vô tuyến bắt đầu từ 17192. - Mỗi kênh tần số vô tuyến được tổ chức thành các khung TDMA. Một khe thời gian có độ dài 15 ms ằ 577 Ms 26 8 khe thời gian của một khung TDMA có độ dài gần bằng 4,62 ms. - ở BTS các khung TDMA ở tất cả các kênh tần số trên đường lên và đường xuống cũng được đồng bộ. Tuy nhiên khởi đầu của khung TDMA đường lên trễ một khoảng thời gian cố định 3 khe. Lý do trễ để cho phép MS sử dụng cùng 1 khe thời gian ở cả đường lên lẫn đường xuống mà không phải thu phát đồng thời. Đường xuống KTS Khung TDMA Khung TDMA Khung TDMA Đường xuống KTS Khung TDMA Khung TDMA Khung TDMA Đường lên KTS Khung TDMA Khung TDMA Khung TDMA Đường lên KTS Khung TDMA Khung TDMA Khung TDMA KTS Kênh tần số 3TS Hình 5. Các khung tdma. Cấu trúc các cụm. Khe thời gian 15/26 ms tương ứng với độ dài của 156,25 bit là nội dung của một cụm. Có bốn dạng cụm khác nhau trong hệ thống. Chức năng các cụm như sau: + Cụm bình thường ( NB: Normal Burst ): được sử dụng để mang các thông tin về các kênh lưu lượng và các kênh kiểm tra. Đối với kênh lưu lượng TCH cụm này chứa 114 bit được mật mã, ba bit đuôi ( 0,0,0) đầu và cuối, 2 bit cờ lấy cắp ( chỉ cho TCH ), 26 bit hướng dẫn và khoảng thời gian bảo vệ có độ rộng là 8,25 bit. NB được sử dụng cho TCH và các kênh điều khiển trừ RACH, SCH và FCCH. + Cụm hiệu chỉnh tần số ( FB: Frequency Correction Burst ): cụm này được sử dụng để đồng bộ tần số cho trạm di động. Cụm chứa 142 bit cố định bằng 0 để tạo ra dịch tần số + 67,7 KHz trên tần số danh định, ba bit đuôi ( 0,0,0 ) đầu và cuối, khoảng bảo vệ 8,25bit. FB được sử dụng cho FCCH. + Cụm đồng bộ ( SB: Synchronizaation Burst ): được sử dụng để đồng bộ thời gian cho trạm di động. SB chứa 78 bit được mật mã hoá để mang thông tin về FN của TDMA và BSIC ( Base Station Identity Code : Mã nhận dạng trạm gốc ), Ba bit đuôi đầu cuối, chuỗi hướng dẫn kéo dài 64 bit và khoảng bảo vệ 8,25 bit. SB được sử dụng cho SCH. + Cụm thâm nhập ( AB: Access Burst ): được sử dụng để thâm nhập ngẫu nhiên và thâm nhập chuyển giao ( Handover ). AB chứa 36 bit thông tin, 41 bit đồng bộ ( bit hướng dẫn , 8 bit đầu đuôi , 3 bit đuôi và khoảng bảo vệ 68,25bit . Cần có khoảng bảo vệ dài vì khi MS thâm nhập lần đầu ( hay sau chuyển giao ), nó không biết định trước thời gian, khoảng này dành cho khoảng cách 35km. AB được sử dụng cho RACH và TCH. + Cụm giả ( DB: Dummy Burst ) được phát đi từ BTS trong một số trường hợp cụm không mang thông tin. Cụm không mang thông tin. Cụm có cấu trúc như NB nhưng các bit mật mã được thay thế bằng các bit hỗn hợp. II.3.4- Nhảy tần Khả năng nhảy tần đựơc người khai thác mạng sử dụng trên toàn bộ mạng, hoặc 1 phần mạng. Mục đích là đảm bảo sự phân tâp ở đường truyền dẫn (đặc biệt tăng hiệu quả của mã hoá kênh vì ghép xen đôi với MS chuyển đông chậm) và trung bình hoá tỷ số tín hiệu trên nhiễu ( C/I ) để đảm bảo tỷ số này lớn hơn mức ngưỡng. - Nguyên lý nhảy tần như sau: ở một khe thời gian trạm di động phát ở một tần số, sau đó nó chuyển sang các khe thời gian với tốc độ 217 lần trong 1 giây. Các tần số phát và thu luôn luôn song công (cách nhau 45 MHz), nghĩa là các đường lên và xuống sử dụng cùng 1 chiều nhảy tần. Chuỗi nhảy tần trong cùng 1 ô hoàn toàn trực giao nghĩa là không xẩy ra va chạm giữa các thông tin. Các chuỗi này cũng được không lập với các ô đồng kênh (sử dụng cùng tập tần số). Chuỗi nhảy tần được MS tính toán trên các thông số nhận được từ BTS mỗi khi thay đổi kênh (ấn định ban đầu và Hardover) như sau: + ấn định ô (CA: Cell Allocation) danh sách các kênh vô tuyến rỗi trong ô. + ấn định di động (MA: Mobile Allocation) danh sách các kênh dành cho MS để nhảy tần, đây là 1 tập con của CA (cực đại 64), trường hợp không nhảy tần danh sách chỉ có 1 tần số. + Dịch chỉ số ấn định di động ( MAIO: Mobile allocation Index Offset ). + Số chuỗi nhẩy tần ( HSN: Hopping Sequence Number ) Chuẩn của luật nhảy tần trong ô. Để tránh chuỗi nhảy tần MS phải tính chỉ số ấn định di động MAI ( Mobile Allocation Index ) đặc tính cho 1 tần số ở một khung cho trước. MS tính MAI như sau: + Nhảy tần tuần hoàn: HNS = o MAI = (FN + MAIO) mod N Trong đó: FN số khung ( Frame Number ) + Nhẩy tần ngẫu nhiên M = T2 + RNI ABLE (HSN ´ or T1R + T3) M' = M mod (2'' NBIN) T' = T3 mod (2'' NBIN) S = M' nếu M' <N S = (M' + T') nếu M' > N Trong đó: N: Số các tần số ở MA NBIN: số các bit biểu thị N T1R = T1 mod 64 T1, T2, T3 số khung rút gọn RFN ( Reduce Frame Number ). Thường thì các kênh của cùng 1 ô có cùng HS N nhưng MAIO khác nhau. Kênh vật lý chứa BCCH không nhẩy và các khe khác nhau nhảy khác nhau. Đường xuống (ô đang phục vụ ) Rx C0 0 1 2 3 4 5 6 7 C1 Rx C2 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 Đường lên ( ô đang phục vụ ) Tx C0' 0 1 2 3 4 5 6 7 C1' Tx C2' 0 1 2 3 4 5 6 7 Đường xuống ( các ô lân cận ) D0 Đo E0 Đo Hình 6. Nhẩy tần ( nhìn từ MS ). II.4. Cấu trúc phân lớp và báo hiệu. II.4.1- Khái niệm: Mạng báo hiệu là một hệ thống được sử dụng để truyền dẫn các thông tin báo hiệu của các loại nguồn sử dụng khác nhau như: điện thoại, số hiệu, khai thác và bảo dưỡng... Một mạng báo hiệu bao gồm các điểm báo hiệu SP (Sigralling Point) và các đoạn nối báo dẫn bao gồm một số các tổng đài (điểm nút) thông tin với nhau qua kênh báo hiệu. Mạng báo hiệu SP SP STP Tổng đài A Tổng đài C Tổng đài B Tập các đoạn nối báo hiệu Kết nối tiếng Đoạn nối báo hiệu Ký hiệu : SP: Signalling point =điểmbáohiệu STP : Signalling Transfer point = điểm truyền báo hiệu Hình 7. Mạng báo hiệu. Hình 7. Mạng báo hiệu. Các phần tử của mạng báo hiệu. + Các đoạn nối báo hiệu ( SL: Singalling Link ) Các đoạn nối báo hiệu là các phần tử cơ bản trong một mạng báo hiệu dùng để nối 2 điểm báo hiệu với nhau SL đảm bảo truyền các bản tin. + Các điểm báo hiệu SP( SingallingPoint ). Các điểm báo hiệu đảm bảo các chức năng của mạng báo hiệu và có thể phát thu tín hiệu tới các người sử dụng khác nhau. II.4.2 - Mô hình phân lớp và các giao diện ở mạng báo hiệu GSM. GSM sử dụng báo hiệu kênh chung số 7 ( CCS N7: Common Channel Signalling Mumber 7) giữa các tổng đài và báo hiệu thuê bao số của ISDN (PSS1: Digital Subscriba Sigralling 1) cải tiến cho mạng thâm nhập thuê bao vô tuyến. CCSN7 và DSS1 được thiết kế để có thể sắp đặt trên mô hình 7 lớp của OSI. MSC/ VLR, HLR, GMSC, MS BTS BSC MSC PSTN CM I S MM U MAP P / BSSAP TCAP I SCCP SCCP P MTP lớp 3 MTP lớp 3 MTP lớp 2 MTP lớp 2 MTP lớp 1 MTP lớp 1 MT RR BTSM SCCP LAPD Báo hiệu lớp 1 MTP lớp 1 A CM MM RR LAPDm Báo hiệu lớp 1 A-bis RR BTSM LAPD LAPD Báo hiệu Báo hiệu Lớp 1 Lớp 1 Lớp 1 Radio Hình 8: Mô hình báo hiệu ở GSM được sắp xếp theo OSI 7 lớp. Ký hiệu: CM : Connection management - Quản lý nối thông. MM: Mobility management - Quản lý di động. RR: Radio resource management - Quản lý tài nguyên vô tuyến. LAPD: link access procedures on D-channel - Các thủ tục thâm nhập đường truyền ở kênh D. BTSM: BTS management- Quản lý trạm gốc. BSSAP.:Base station system application part- Phần ứng dụng hệ thống trạm gốc. SCCP: Signalling connection control part - Phần điều khiển nối thông báo hiệu. MTP: Message transfer part - Phần truyền bản tin. MAP: Mobile application part - Phần ứng dụng di động. TCAP: Transaction capabilities application part - Phần ứng dụng cá khả năng trao đổi. ISUP: ISDN user part - Phần người sử dụng ISDN. TUP: Telephone user part - Phần người sử dụng điện thoại. Các giao diện được ký hiệu bằng các chữ cái từ A đến G. Riêng giao diện giữa BSC và BTS được ký hiệu bằng Abis và giữa BTS và MS được ký hiệu là Um. Các giao thức liên quan đến di động là MAP còn các giao thức liên quan đến kết nối mạch là TUP họăc ISUP ( nếu tổng đài là ISDN ). Trên hình 9 ở phía bên phải của đường thẳng đứng không liên tục là các giao thức cho báo hiệu kênh chung số 7 giữa MSC với VLR, HLR, GMSC và PSTN: gồm có (MAP , TCAP) lớp7, SCCP lớp 3, MTP lớp 1,2,3. ISUP/TUP lớp 4-7. VLR VLR EIR HLR BSS MSC MSC BSC BTS E G A A-bis F Umm PSTN CCSN7 ISUP/TUP CCSN7 ISUP/TUP CCSN7 MAP/TCAP Chú ý :Giao thức giữa các MSC có thể MAP (chuyển giao) hoặc ISUP (khi kết nối cuộc gọi. Hình 9: Tổng quan các giao thức và giao diện giữa các phần tử của mạngGSM. II.4.3. Báo hiệu kênh chung số 7 (CCSN7 ) ở GSM. Báo hiêu kênh chung số 7 - CCSN7 đường báo hiệu tách riêng so với đường tiếng. Mạng này không nhất thiết phải có một kênh báo hiệu trên mọi đoạn nối. CCSSN7 có nhiều ưu điểm: + Dung lượng truyền báo hiệu cao, một kênh báo hiệucó thể đảm bảo báo hiệu cho 5000 mạch tiếng . + Cho phép sử dụng nhiều dịch vụ mới . + Cho phép giảm kích thước của thiết bị vì không cần thiết phải ấn định thiết bị báo hiệu riêng cho từng mạch tiếng . + Độ tin cậy cao ( nhờ có mạch dự phòng ) . _ Nếu bản tin báo hiệu được phát đi ở cùng một luồng PCM với kênh tiếng thì nó được gọi là báo hiệu liên kết ( Associated Signalling ) . _ Nếu các bản tin và tiếng được truyền ở các đường PCM khác nhau thì báo hiệu được gọi là tựa liên kết ( Quasi Associated ). Để tránh sự cố và ứ nghẽn đoạn nối báo hiệu có thể chọn các phương pháp trên. Tựa liên kết Tiếng Báo hiệu Liên kết Hình 10. Báo hiệu liên kết và tựa liên kết. II.4.3.1. Các kiểu khối tín hiệu. Hệ thống báo hiệu số 7 phát các khung ở dạng các._. khối tín hiệu. Có ba loại khối tín hiệu, được phân biệt boqỉ chỉ thị độ dài chứa trong các khối này: - Khối tín hiệu bản tin MSU ( Message Signal Unit ): Được sử dụng để truyền thông tin báo hiệu của phần người sử dụng. - Khối tín hiệu trạng thái LSSU(Link Status Signal Unit): Được sử dụng cho các thông tin lớp 2, khởi động một đoạn nối báo hiệu khi xảy ra lỗi trên đoạn đó. - Khối tín hiệu chèn FISU ( Fill In Signal Unit ): Được sử dụng để giám sát lỗi trên đoạn nối và duy trì đoạn nối làm việc khi MSU không làm việc. Trường hợp xảy ra sự cố chỉ còn MSU được phát lại. Các phần tử cơ bản của MSU gồm có : - Cờ: Cờ chỉ thị mở đầu và kết thúc một khối tín hiệu ST ở phía phát tạo cờ có mẫu : 0111110 ( 7E Hex ).ở phía thu sau khi loại bỏ cờ các bit 0 chèn được loại bỏ đồng thời độ dài bit được kiểm tra với độ dài phải thoả mãn tiêu chuẩn là bội của8bit và ít nhất 6byte bao gồm cả cờ mở đầu, nếu không tín hiệu sẽ bị loại bỏ. - Các bit kiểm tra: Lớp 3 của MTP chỉ nhận các bản tin đúng khi được chuyển đến từ lớp hai. Mỗi khối có 16 bit kiểm tra lỗi. Bằng một thuật toán đặc biêt để kiểm tra sựtrùng nhau của các bit thu được và nhận được sau kiểm tra , nếu không sẽ bị loại bỏ. - Hiệu chỉnh: Để đảm bảo sự phát lại trong teường hợp MSU gặp sự cố. Phương pháp hiệu chỉnh lỗi cơ sở cho phép truyền đúng trình tự và không lặp trên đường truyền báo hiệu. - Chỉ thị độ dài: Chỉ thị độ dài có giá trị trong khoảng 0 đến 63 được sử dụng để chỉ thị số byte đứng sau trường chỉ thị độ dài, trước các bit kiểm tra và cũng để chỉ thị dạng khối tín hiệu. L = 0 FISU L =1 hoặc 2 LSSU L > 2 MSU - Byte thông tin dịch vụ SIO: Gồm có chỉ thị dịch vụ ( SI: Service Indicator ) và trường dịch vụ con - xử lý báo hiệu sử dụng để phân phối các bản tin đến người sử dụng. Chỉ thị mạng trong trường dịch vụ cho phép xác định mạng đó là mạng trong nước hay mạng quốc tế. - Nhãn định tuyến: Nhãn định tuyến của MTP được sử dụng để định tuyến bản tin đến SP tương ứng còn các địa chỉ của SIO được sử dụng để định tuyến cuộc gọi đến nơi nhận tương ứng trong điểm nút. - Trường thông tin báo hiệu ( SIF : Signalling Infomation Field ) . Có nhiệm vụ truyền tải thông tin từ phần người sử dụng để lớp 3 định tuyến bản tin qua mạng báo hiệu.đến nơi nhận. II.4.3.2. Phần truyền bản tin ( MTP ). MTP đảm bảo truyền tải và phân phối thông tin của phần người sử dụng qua mạng báo hiệu CCS N 7 với độ tin cậy cao. Ngoài ra nó cũng phản ứng với sự cố của mạng làm ảnh hưởng đến thông tin của người sử dụng. Phần người sử dụng MTP là ISDN-UP,TUP,SCCP. Chức năng của MTP có những chức năng sau: + MTP lớp 1 - các chức năng đoạn nối số liệu báo hiệu. + MTP lớp 2 - các chức năng đoạn nối báo hiệu. + MTP lớp 3 - các chức năng mạng báo hiệu. a. Lớp 1 - Các chức năng đoạn nối số liệu báo hiệu. Lớp 1 mang các đặc tính chức năng điện và vật lý của một đoạn nối số liệu báo hiệu , muốn thâm nhập được vào đường truyền báo hiệu này cần phải có lớp 1, với kênh truyền dấn số 64 kbit/s theo một đường truyền dẫn song phương cho một bản tin bao hiệu giữa 2 điểm báo hiệu. b. Lớp 2 - Các chức năng đoạn nối báo hiệu. Lớp này kiểm tra số liệu nhận được từ đoạn nối số liệu để sửa và phát hiện và lỗi trên đường truyền. đoạn nối báo hiệu bao gồm các đầu cuối báo hiệu ở cả 2 điểm chuyển mạch PCM trung gian qua PCD - D , GSD và ETC. Ngoài ra còn xử lý lưu lượng trên đoạn nối báo hiệu. Các chức năng lớp 2 cùng với đoạn nối số liệu lớp 1 tạo nên vật mang để cung cấp đoạn nối tin cậy cho các bản tin giữa hai điểm báo hiệu. c. Lớp 3 - Các chức năng mạng báo hiệu. + Xử lý bản tin báo hiệu : Bao gồm phân loại, phân phối và định tuyến các bản tin. Chức năng định tuyến được sử dụng ở mọi SP. Chức năng phân loại được sử dụng ở SP để xác định bản tin thu được là bản tin cần nhận hay không. Chức năng phân phối được sử dụng ở các SP để phân phát bản tin thu được đến phần người sử dụng tương ứng. + Quản lý mạng báo hiệu : Chúng có nhiệm vụ lập lại cấu hình trong trường hợp gặp sự cố và điều khiển lưu lượng trong trường hợp ứ nghẽn. Các chức năng này được thực hiện ở các khối quản lý điểm nhận C7DP ( C7 - Destination Management ), quản lý tập đoạn nối C7SL ( C7- Link Set Management ) và quản lý đoạn nối báo hiệu C7SL( C7- Signalling Link Management ). II.4.3.3. Phần điều khiển và nối thông báo hiệu - SCCP. SCCP là một phần mềm cung cấp bổ xung cho MTP để báo hiệu nối thông định hướng cho phép hay không cho phép truyền thông tin báo hiệu liên quan hay không liên quan đến mạch qua mạng báo hiệu số 7. SCCP bao gồm tất cả các chức năng con được thực hiện ở phần mềm sau: + Điều khiển định hướng theo nối thông ( CO: Connection - Oriented ) của SCCP, để xử lý thiết lập, truyền số liệu và giám sát các nối thông logic báo hiệu + Điều khiển không nối thông ( CL: Conectionless ) của SCCP xử lý truyền số liệu không nối thông. + Quản lý SCCP để xử lý các thông tin trạng thái của mạng. Nó được sử dụng để cập nhật bảng định tuyến bản tin. + Định tuyến SCCP để xử lý việc định tuyến các bản tin SCCP trong mạng báo hiệu số 7. Nó dịch tên toàn cầu để nhận địa chỉ mang cụ thể, phân phối các bản tin trên sở số hệ thống con của SCCP ( SSN: Subsystem Number ). II.4.4. Báo hiệu ở BSS. II.4.4.1. Giao diện A. Đây là giao diện giữa MSC và BSC của hệ thống con trạm gốc BSS. Giao diện này được sử dụng cho các bản tin giữa MSC, BSC và các bản tin giữa MSC và MS. Các bản tin giữa MSC và MS sử dụng các giao thức sau: *CM ( Connection Management: quản lý nối thông ) được sử dụng để điều khiển quản lý các cuộc gọi (thiết lập, giải phóng và giám sát suộc gọi), để quản lý các dịch vụ bổ sung và để quản lý các dịch vụ bản tin ngắn. *MM ( Mobility Management: quản lý di động ) được sử dụng để quản lý vị trí cũng như tính bảo mật của trạm di động. Giao thức CM và MM thuộc lớp 3. Các lớp CM và MM được đặt bên trong MSC. Thay cho việc sử dụng các bản tin ISDN-UP tới MS, các bản tin này được biến đổi vào các bản tin CM. Việc bín đổi này được thực hiện ở MSC và biến đổi giữa các bản tin MAP và MM cũng được thực hiện như vậy. Các bản tin điều khiển cuộc gọi như đăng ký các divhj vụ bbổ sung ( trong CM ) cũng được sắp xếp ở bản tin MAP trong MSC. BSSAP ( BSS Aplication Part ) là giao thức được sử dụng để truyền các bản tin CM và MM. Giao thức này cũng được sử dụng để điều khiển trực tiếp BSS, chẳng hạn khi MSC yêu cầu BSC ấn định kênh. BSSAP sử dụng các giao thức MTP và SCCP. Giao thức này bao gồm ba phần sau: *BSSMAP ( BSS Management Aplication Part: phần ứng dụng con quản lỷtạm gốc ) được sử dụng để gửi các bản tin liên quan MS giữa BSC và MSC. *DTAP ( Direct Transfer Aplication Part: phân fứng dụng truyền trực tiếp ) được sử dụng cho các bản tin tới/từ một MS ( CM, MM ) ở chế độ định hướng theo nối thông ( các bản tin này được truyền trong suốt ). Chức năng phân phối dùng để phân laọi giữa các bản tin BSSMAP và DTAP. BSSAP sử dụng các MTP và giao thức SCCP. II.4.4.2. Giao diện Abis. Đây là giao diện giữa BSC và BTS. Các bản tin được trao đổi ở giao diện này có nhiều nguồn gốc và nơi nhận khác nhau: bản tin giữa BSC và BTS (để điều khiển BTS), giữa MS và các phần tử khác nhau của mạng và các bản tin này có thể xuất sứ từ các MS khác nhau ( trên các kênh vô tuyến khác nhau ). Các bản tin lớp 3 từ MS được truyền trong suốt (không bị xử lý) qua BTS và giao diện này. Ngoài hai bản tin lớp 3 nói trên đến giao diện này còn có bản tin quản lý tài nguyên vô tuyến RR ( Radio Resource Management ). ở phía mạng lớp các bản tin này nằm trong BSC. Chức năng chủ yếu của RR thiết lập, duy trì và giải phóng nối thông các tài nguyên vô tuyến ở các kênh điều khiển riêng. Hầu hết các bản tin RR được truyền trong suốt qua BTS, tuy nhiên có một số bản tin liên quan mật thiết đến thiết bị vô tuyến ở BTS sẽ được sử lý ở BTS bởi giao thức quản lý BTS (BTSM: BTS Management), giao thức này sẽ biến đổi RR và RR’. Một thí dụ về bản tin này là các bản tin mật mã, ở đây khoá mật mã chỉ được gửi đến trạm BTS chứ không được gửi đến MS. Giao thức được sử dụng ở lớp 2 trên giao tiếp vô tuyến được gọi là các thủ tục thâm nhập đoạn nối ở kênh DLAPD ( Link Access Procedures on D Channel ). Kênh D là kênh báo hiệu để phân biệt với kênh B là kênh lưu lượng. Đây là một giao thức của ISDN. LAPD có các chức năng phát hiện lỗi, sửa lỗi và định hạn khung bằng cách đưa vào các cờ ở đầu khung và cuối khung. II.4.4.3. Giao diện vô tuyến Um. Đây là giao diện giữa BTS và MS. Giao thức lớp 2 trên giao diện Um được gọi là LAPDm ( m ký hiệu cho mobile ). Đây là một dạng cải tiến của LAPD. Sự khác nhau giữa LAPD và LAPDm là ở chỗ phát hiện và sửa lỗi ở Um được thực hiện ở chức năng lớp 1. Một điểm khác nhau nữa là các khung của LAPD có thể dài hơn nhiều so với các bản tin của LAPDm vì các khung của LAPDm phải đặt vừa vào các cụm. Giao tiếp Um cụ thể như sau: Lớp báo hiệu 1. Lớp báo hiệu 1 còn được gọi là lớp vật lý trình bày các giao thức cần thiết để truyền các luồng bit trên các kênh vật lý ở môi trường vô tuyến. ở giao diện này các bản tin được gửi đi liên quan đến ấn định các kênh vật lý (thâm nhập ngẫu nhiên) cũng như các thông tin hệ thống của lớp vật lý bao gồm các kết quả đo. Lớp vật lý cũng giao diện với các khối chức năng khác như bộ mã hoá tiếng, các bộ thích ứng đầu cuối để đảm bảo các kênh lưu lượng. Các chức năng lớp 1: *Sắp xếp các kênh logic trên các kênh vật lý. *Mã hoá kênh để sửa lỗi FEC (Forward error Correction)... *Mật mã hoá hoá. *Chọn ô ở chế độ rỗi. *Thiết lập các kênh vật lý riêng. *Đo cường độ trường của các kênh riêng và cường độ trường của các trạm gốc xung quanh. *Thiết lập định trước thời gian và công suất theo sự điều khiển của mạng. Các cổng mà qua đo lớp này cung cấp dịch vụ cho lớp 2 được gọi là các điểm thâm nhập dịch vụ SAP ( Service Access Point ). b. Lớp báo hiệu 2. Mục đích của lớp báo hiệu 2 là cung cấp đường truyền tin cậy giữa trạm di động mạng. Mỗi kênh điều khiển logic được dành riêng một phần tử giao thức riêng. Giao thức của lớp này được gọi là LAPDm được xây dựng trên cơ sở biên bản LAPD ở ISDN. BCCH PCH RACH SDCCH SACCH FACCH AGCH CBCH Bm Ký hiệu: CC: Call Control - Điều khiển cuộc gọi. SS: Suplementary Service - Dịch vụ bổ xung. SMS: Short Message Service - Dịch vụ bản tin ngắn. Lớp báo hiệu 1 Các chức năng quảng bá Lớp báo hiệu 2 RR Quản lý tiềm năng vô tuyến S S SMS C C C C Lớp báo hiệu 3 MM Quản lý di động Hình11. Cấu trúc giao thức của giao diện vô tuyến. Tuy nhiên có một vài thay đổi để phù hợp với môi trường truyền dẫn vô tuyến. Chẳng hạn ở đây sử dụng kiểm tra tổng vì mã hoá kênh ở lớp 1 đã thực hiện chức năng này. Một thay đổi khác là một số khung điều khiển như SABM và UA có thể mang thông tin lớp 3, nhờ vậy tiết kiệm thời gian và phổ. Thủ tục này được gọi là PIGGY-BACKING (cõng nhau). Các bản tin LAPD có thể dài tới 249 byte và vì thế chúng được phân đoạn. Các số liệu trao đổi giữa lớp vật lý và lớp đường truyền là 23 byte đối với BCCH, CSDCCH và FACCH, còn đối với SACCH là 21 byte c. Lớp báo hiệu 3. Lớp báo hiệu 3 đảm bảo các thủ tục báo hiệu giữa trạm di động và mạng. Nó được chia thành ba lớp con: RR,MM,CM. *Quản lý tài nguyên vô tuyến (RR). Lớp con quản lý tiềm năng vô tuyến bao gồm các chức năng cần thiết để thiết lập, duy trì và giải phóng đầu nối với các tài ngyên trên các kênh điều khiển riêng. Các chức năng được lớp này thực hiện bao gồm: + Thiết lập chế độ mật mã. + Thay đổi kênh dành riêng khi vẫn ở ô cũ như: từ SDCCH đến kênh lưu lượng. + Chuyển giao từ ô này đến ô khác. + Định nghĩa lại tần số (sử dụng cho nhẩy tần). pở phía mạng các bản tin của lớp này được đặt bên trong BSC. Các bản tin này được truỳen trong suốt qua BTS. *Quản lý di động (MM). Lớp con này chứa các chức năng liên quan đến di động của thuê bao như: + Nhận thực + ấn định lại TMSI. + Nhận dạng trạm di động bằng cách yêu cầu IMSI hay IMEL. Trạm di dộng có thể thực hiện rời mạng IMSI để thông báo rằng không thể đạt tới trạm này vì thế các cuộc gọi sẽ vào được mạng chuyển hướng hoặc chặn chứ không tìm gọi trạm di động nói tren. Các bản tin tới/từ lớp CM đượ ruyền trong suốt bởi MM. CM ở phía phát yuê cầu thiết lập MM và MM lại yêu cầu thiết lập đấu nối RR. *Quản lý nối thông. Lớp con CM bao gồm ba phần tử: + Điều khiển cuộc gọi ( CC ) cung cấp các chức năng và các thủ tục để điều khiển cuộc gọi ISDN, các chức năng và các thủ tục này đã được cải tiến để phù hợp với mọi đường truyền dẫn vô tuyến. Việc thiết lập lại cuộc gọi hay thay đổi trong quá trìnhgọi các dịch vụ mang chẳng hạn thay đổi từ tiếng sang số liệu là hai thủ tục đặc biệt mới trong CC. CC cũng chứa các chức năng cho các dịch vụ bổ sung đặc biệt như: báo hiệu giữa các người sử dụng + Phần tử đảm bảo các dịch vụ bổ sung ( SS ) xử lý các dịch vụ bổ sung không liên quan đến cuộc gọi như: chuyển hướng cuộc gọi khi không có trả lời, đợi gọi,... + Phần tử đảm bảo dịch vụ bản tin ngắn ( SMS ) cung cấp các giao thức để truyền bản tin ngắn giữa mạng và một trạm di động. d- Tổng kết quá trình tạo khuôn báo hiệu ở giao diện Um. Báo hiệu trên giao diện vô tuyến Lớp 3 Các bản tin lớp 3 không thể dài hơn 249 byte Đường truyền LAPPD có hạn ( kích htước bình thường nhỏ hơn 23 byte ) Lớp 2 Chế độ không công nhận Chế độ công nhận ( đa khung ) hay không công LAPDm ( BCCH, CCCH ) nhận ( SDCCH, FACCH, SACCH ) Bản tin lớp 3 được chia thành các đoạn 20 hay đối với SACCH 18 byte BCCH FACCH SACCH CCCH SDCCH T.TL2 T.TL2 T.TL2 Lớp 1 Vật lý Cộng định thời trước : 1byte Cộng lệnh Đ/K công suất : 1 byte 21+1+1= 23 byte Mã hoá xoắn để hiệu chỉnh Mã Fire để phát hiện lỗi Ghép xen 456 bit trên 4 cụm, hay 8 bán cụm cho FACCH Đến máy phát MAX 249 byte 20 Đệm cho cực đại 249 byte (18) 22 22 1 18 3 20 3 21 byte ( SACCH ) 23 byte ( 184 bit ) 456 bit 57 57 57 57 57 57 57 57 Hình 12. Tổng kết khuôn dạng báo hiệu ở giao diện vô tuyến. II.5. Một số trường hợp báo hiệu. II.5.1. Tắt bật máy ở trạm di động. Khi MS mới bật nguồn nó phải đăng ký để nhập mạng. Các bước nhập mạng : Trước hết trạm MS quét để tìm được tần số đúng ở kênh FCCH. Tiếp theo tìm đến kênh đồng bộ SCH để nhận được số khung TDMA cho đồng bộ. 3. Kết thúc cập nhật vị trí để thông báo cho VLR phụ trách và hlr về vị trí của mình. Các cơ sở dữ liệu này sẽ ghi lại lai hiện thời của MS. ( 2 ) ( 3 ) ( 1 ) ( 4 ) Ký hiệu: ( 1 ): Cập nhật vị trí ( LAI mới ) ( 2 ): Yêu cầu cập nhật vị trí ( IMSI ở MSc mới ) ( 3 ): Chấp nhận cập nhật vị trí ( 4 ): Công nhận cập nhật vị trí HLR VLR MSC BSC Hình 13. Sơ đồ đăng ký lần đầu khi bật nguồn. II.5.2. Cuộc gọi kết cuối ở trạm di động ( MTC: Mobile Terminated Call ). PSTN (1) ( 2 ) ( 3 ) ( 6a ) ( 5 ) ( 6b ) ( 4 ) (7) (9) (8) (8) (10) ( 9 ) Tổng đài nội hạt GMSC BSC BTS BTS VLR HLR MSC Hình 14: Cuộc gọi từ mạng cố định kết cuối ở MS ( MTC ). II.5.3. Các trường hợp chuyển giao ( Handover ). Chuyển giao là quá trình xẩy ra khi lưu lượng của MS được chuyển từ một kênh TCH này sang một kênh TCH khác trong quá trính gọi. Có 2 loại chuyển giao: + Chuyển giao bên trong ô ( Intracell Handover ). + Chuyển giao giữa các ô ( Intercell Handover ) : - Chuyển giao giữa các ô thuộc cùng một BSC: chuyển giao này do BSC điều hành. - Chuyển giao giữa các ô thuộc 2 BTS khác nhau: chuyển giao này liên quan đến cả tổng đài MSC quản lý 2 BTS đó. - Chuyển giao giữa 2 ô thuộc 2 tổng đài MSC khác nhau: liên quan đến cả 2 tổng đài phụ trách các ô đó. Trong hệ thống GSM chỉ có thể chuyển giao cứng do phải thay đổi tần số khi chuyển kênh. II.5.3.1. Chuyển giao giữa hai ô thuộc cùng một BSC. (2) (1) (4) (4) (5) (6) (7) (7) (3) BTS BSC BTS Hình 15. Chuyển giao cuộc gọi bên trong BSC. Quá trình chuyển giao thực hiện thứ tự các bước sau: Trong quá trình gọi MS luôn luôn đo cường độ trường và chất lượng ở kênh TCH của nó và cường độ trường của các ô lân cận. MS cho giá trị trung bình của kết quả đo. Hai lần trong một giây MS gửi báo cáo kết quả đo đến BTS cùng với kết quả đo của các ô lân cận tốt nhất. BTS bổ sung thêm kết quả do chính nó đo được ở tren kênh TCH và gửi báo cáo về BSC. Tại BSC nhờ chức năng định vị tích cực để quyết định xem có cần chuyển giao cuộc gọi đến ô khác do chất lượng xấu hoặc nhiễu lớn ở ô đang phục vụ hay không. Trường hợp cần chuyển giao BSC sẽ lệnh cho BTS ở ô mới được chọn tích cực một kênh TCH. Lệnh cho BTS này gửi bản tin đến MS thông báo tần số và khe thời gian cần chuỷên đến. MS điều chỉnh đến tần số mới và gửi bản tin thâm nhập chuyển giao ( HO ) ở khe thời gian tương ứng. MS không sử dụng bất kỳ sự định thời trước. MS cũng nhận thông tin về công suất cần sử dụng ở kênh FACCH lấy cắp từ kênh tiếng. BSC sẽ nhận được nhận thông tin từ BTS là chuyển giao thành công sau khi MS gửi bản tin hoàn thành chuyển giao. 8. Đường tiếng trong chuyển mạch nhóm thay đổi và BTS được ra lệnh tháo gỡ THC cũ cùng với kênh liên kết SACCH ở chuyển giao bên trong BSC này chínhBSC xử lý mọi việc không có sự can thiệp của MSC . MSC chỉ được thông báo về việc thực hiện chuyển giao. II.5.3.2. Chuyển giao giữa hai ô thuộc hai BSC khác nhau. BSC cũ dựa trên các báo cáo về kết quả đo quyết định đến ô mới trực thuộc một BSC khác. BSC cũ gửi bản tin " Yêu cầu chuyển giao " cùng với nhận dạng ô mới đến MSC. MSC biết BTS điều khiển ô này, nó gửi yêu cầu chuyển giao đến BTS này. BSC lệnh cho BTS mới tích cực một kênh TCH nếu còn kênh rỗi. Khi BTS đã tích cực kênh TCH , nó gửi thông tin về khe thời gian và tần số đến MSC. MSC chuyển thông tin này đến BSC cũ. MS được ra lệnh chuyển đến TCH mới. MS gửi đi cụm thâm nhập chuyển giao ( HO ) ở TCH mới. Ngay sau khi phát hiện được cụm HO, BTS gửi thông tin vật lý chứa dựng trước thời gian và công suát ra đến MS. BSC nhận được thông tin rằng BST đã nhận được cụm HO. BSC chuyển thông tin ở về định trước thời gian và công suất qua MSC. MSC chuyển thông tin nói trên đến BSC cũ. BST cũ giải phóng TCH vàSACCH cũ. II.5.3.3. Chuyển giao giữa các ô thuộc hai tổng đài khác nhau. (8) (1) (8) (8) (9) (10) (6) (2) (7) (10) (5) (11) (4) (3) BTS BSC MSC PSTN HLR BSC MSC BTS Hình 16. Chuyển giao cuộc gọi giữa hai MSC. BSC đang phục vụ gửi " Yêu cầu chuyển giao " đến MSC. MSC yêu cầu MSC được chuyển giao. Yêu cầu chuyển giao được gửi đến BSC mới. Nếu có kênh TCH rỗi, BSC yêu cầu BTS tích cực một TCH. MSC nhận được thông tin về kênh TCH mới. Chuyển thông tin này về MSC cũ cùng với số chuyển giao. Đường truyền được thiết lập dến MSC mới. Lệnh chuyển giao được gửi đếnMS cùng với thông tin về khe thời gian và tần sô sẽ được sử dụng ở ô mới. MS phát đi cụm HO ở TCH mới. BSC và MSC mới được thông báo đã hoàn thành chuyển kênh. Một đường mới được thiết lập ở chuyển mạch nhóm và cuộc gọi được chuyển mạch. TCH và SACCH cũ được giải. II.6. Quy hoạch ô ở GSM. II.6.1. Tổng quan. Sự phân bố địa lý của các máy di động, tính chất lưu lượng vủa các thuê bao và chất lượng cần thiết, sự phủ vật lý để phục vụ tạo nên số liệu ban đầu để quy hoạch mạng. Trước hết toàn bộ quy hoạch mạng được xây dựng trên một sơ đồ chuẩn, nghĩa là mô hình lý thuyết dựa trên bố trí địa lý của cấu trúc mạng trạm thu phát gốc (BTS) được đề xuất và ấn định tần số sẽ đảm bảo cước thành công ban đầu trong quá trình quy hoạch. Hình dạng của các ô cơ sở sơ đồ chuẩn này phụ thuộc vào kiểu anten đẳng hướng và anten có hướng tập trung năng lượng ở các dẻ quạt. Nếu chúng ta có hai BTS với các anten vô hướng và ta yêu cầu ranh giới giữa các vùng phủ của các BTS và tập hợp các điểm mà ở đó các cường độ tín hiệu của cả hai BTS như nhau thì ta được đường thẳng. Nếu ta lặp lại quy trình nói trên bằng cách đặt 5 BTS nữa xung quanh BTS gốc thì vùng phủ (ô) có dạng lục giác. Các lục giác trở thành một dạng ký hiệu cho một ô ở mạng vô tuyến. Trong thực tế khi quy hoạch phải xét đến vấn đề là truyền sóng vô tuyến rất phụ thuộc vào địa hình, các tính chất không đồng nhất của bề mặt đất, vì thế các hình lục giác chỉ là các mô hình hết sức đơn giản của các hình mẫu phủ vô tuyến. Ngoài ra sơ đồ địa lý chuẩn dựa trên các hình lục giác hay các mẫu địa lý khác cho ta một cách nhìn ban đầu toàn diện về quy hoạch hệ thống. II.6.2. Lưu đồ công việc quy hoạch ô. Có thể chia lưu đồ công việc quy hoạch ô theo danh mục công việc : Sơ bộ phân bố kênh và vọ trí dài trạm theo tính chất lưu lượng, số thuê bao và chất lượng phục vụ cần thiết. Quyết định mẫu sử dụng lại tần số (cho hệ htống TDMA/FDMA), nghĩa là ấn định tần số và định vị kênh lôgic. Dự kiến vùng phủ sóng trên cơ sở số liệu về đài trạm dự kiến (toạ độ, chiều cao, anten...) và các hạn chế do phân tán thời gian gây ra. Nghiên cứu nhiễu giao thoa: C/(I+R+A). Nhiễu giao thoa đồng kênh: C/I. Phản xạ: C/R. Nhiễu giao thoa kênh lân cận: C/A. Khảo sát mạng: Kiểm tra các điều kiện đài trạm và môi trường vô tuyến. Xây dựng sơ đồ mạng trên cơ sở các đài trạm phù hợp. Nghiên cứu các thông số ấn định. Đo dạc vô tuyến. Vùng phủ vô tuyến cuối cùng và các dự đoán C/(I+R+A). Hoàn thiện các tư liệu thiết kế ô. Lưu đồ các công việc quy hoạch ô Lưu lượng Chất lượng dịch vụ Phân bố: *Các kênh *Các đài trạm Sơ đồ chuẩn các kênh logic Số liệu đài trạm dự kiến C/(I+R+A) Dự đoán truyền sóng vô tuyến đánh giá phân tán thời gian Các thông số định vị Các dự đoán cuối cùng Số lượng thiết kế ô (thông số) Đo đạc vô tuyến Sơ đồ mạng Khảo sát các đài trạm Hình 17. Lưu đồ danh mục các công việc quy hoạch ô. II.6.3. Quy hoạch ô ở GSM. II.6.3.1. Mẫu tái sử dụng tần số. ở giai đoạn đầu của việc quy hoạch tần số , người ta chia vùng địa lý thành các cụm ô có cấu trúc giống nhau và phân bổ sóng mang trong các cụm ô sao cho mỗi ô trong cụm này sử dụng cùng các tần số sóng mang ô tương ứng ở các cụm khác. Các cụm ô này được gọi là mẫu tái sử dụng tần số. Khoảng cách giữa các ô sử dụng cùng tần số được gọi là khoảng cách tái sử dụng tần số . Khoảng cách này được tính theo công thức sau: Trong đó : R là bán kính ô, N là kích cỡ cụm bằng số ô ở cụm. Bảng thí dụ phân bổ 24 tần số cho sơ đồ 3/9 Các nhóm tần số A B C A B C A B C Các kênh 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Riêng đối mẫu 3/9, hai ô cạnh nhau có thể hai kênh tần số lân cận và khi này C/A = 0dB, mặc dù lớn hơn –9dB nhưng đây vẫn là mức nhiễu cao. Để giảm mức nhiễu này cần sử dụng các biện pháp như: điều khiển công suất động, nhẩy tần, phát không liên tục. Ta thấy mẫu 3/9 cho dung lượng cao nhất nhưng bị nhiễu nhiều nhất. II.6.3.2. Vay kênh. Trong một số trường hợp người ta có thể sử dụng phương pháp vay kênh để sử dụng lưu lượng tối ưu. Các ô có lưu lượng cao có thể vay kênh của các ô có lưu lượng thấp. Khi đó cần lưu ý rằng C/A có thể tăng làm tăng nhiễu. Ta thấy nếu D1 ở cụm A vay kênh 23 thì D3 lân cận sẽ chứa kênh lân cận 24 và C/A = 0dB sẽ làm nhiễu tăng thêm. Nếu D1 ở cụm A vay kênh 11 từ C3 thì khoảng cách tái sử dụng giảm 2 lần, C/I sẽ giảm. Từ công thức suy hao trong không gian tự do ta thấy công suất nhiễu đồng kênh tăng bốn lần hay 6dB và nếu lúc trước C/I = 12dB thì nay chỉ còn 6dB thấp hơn so với 9dB cho phép là 3dB. Trong thực tế có thể còn lớn hơn nữa. Vì thế nếu vay kênh thì kênh được vay phải được phát với công suất thấp hơn để vùng phủ sóng của kênh này sẽ hẹp hơn so với hai kênh kia. Như vậy ở vùng gần trạm sẽ có ba kênh phủ, còn xa trạm chỉ còn hai kênh. Ô này được gọi là ô đồng tâm . Phân bổ sóng mang ( cho 24 sóng mang ). A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 A3 B3 C3 D3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 D2 D3 D1 A1 A3 A2 C1 C3 C2 D3 B1 D1 D2 C1 B3 B2 A1aaaaaaa C3 C2 B1 A2 A3 B2 B3 Cụm B Cụm A Hình 19. Một thí dụ về vay kênh. II.6.3.3. Phân đoạn và chia ô và các vùng giáp ranh. Khi ở giai đoạn mà lưu lượng không lớn người ta thường sử dụng ô vô hướng ngang. Khi lưu lượng tăng người ta sử dụng phân đoạn ô bằng cách sử dụng các BTS phát xạ hình quạt. Nếu lưu lượng tăng thêm người ta phải tách ô. Vùng giáp ranh là vùng giữa các ô lớn phục vụ cho nông thôn ( lưu lượng thấp công suất lớn ) và ô nhỏ phục vụ cho đô thị ( công suất nhỏ lưu lượng lớn ). Đặc biệt phải lưu ý đến các vùng này vì nhiễu đồng kênh có thể lớn. II.6.4. Thí dụ về tính toán kích cỡ kênh ở GSM. II.6.4.1. Tính toán kích cỡ cho các kênh ở GSM. Tính toán kích cỡ kênh SDCCH Vì ở kênh SDCCH dễ xảy ra ứ nghẽn đẫn đến máy di động không thể thâm nhập mạng trong quá trình thiết lập cuộc gọi, nên xác suất chặn đối với kênh này phải nhỏ hơn nhiều so với kênh lưu lượng hay nói một cách khác GoS phải tốt hơn. *Đối với cấu hình SDCCH/8. GoS phải tốt hơn so với TCH từ 3 đến 5 lần. *Đối với cấu hình SDCCH/4. GoS phải tốt hơn so với TCH hai lần thời gian chiếm giữ kênh SDCCH phụ thuộc vào các hoạt động xảy ra ở kênh này: Bảng . Thời gian giữ của các hoạt động chiếm kênh Hoạt động Thời gian giữ trung bình.s Thiết lập cuôc gọi Cập nhật vị trí (tự động) Cập nhật vị trí (định kỳ) Nhập IMSI Rời bỏ IMSI Bản tin SMS Các dịch vụ bổ sung 2,5 3,5 3,5 3,5 3,0 6,5 2,5 Tổng thời gian chiếm dụng kênh này trong giờ cao điểm được cho ở bảng dưới: Bảng . Tổng thời gian chiếm dụng kênh giờ cao điểm Hoạt động của thuê bao Các thuê bao tích cực Số hoạt động trên một thuê bao Thời gian cho một hoạt động Tổng thời gian (s) Thiết lập cuộc gọi 80% 2 2,5 2 x 2,5 x 0,8 = 4 Cập nhật vị trí (tự động) 40% 1 3,5 1 x 3,5 x 0,4 = 1,4 Cập nhật vị trí (định kỳ) 60% 4 3,5 2 x 3,5 x 0,6 = 4,2 SMS 10% 1 6,5 1 x 6,5 x 0,1 = 0,65 Dịch vụ bổ sung 20% 1 2,5 1 x 2,5 x 0,2 = 0,5 Nhập IMSI 60 1 3,5 1 x 3,5 x 0,6 =2,1 Rời bỏ IMSI 30% 1 3,0 1 x3 x 0,3 = 0,9 Tổng +20% dự trữ (1+0,2) x 13,75 =16,5 Vì vậy: Lưu lượng giờ cao điểm / thuê bao =16.08/3600 = 4,58 mErl Ngoài các hoạt động nói trên SDCCH còn được sử dụng để phát quảng bá tin tức trong một ô, hoạt động này có thể chiếm riêng một kênh SDCCH. Xét thí dụ sau: Có *Hoạt động ở giờ cao điểm là 30 mErl/thuê bao/ kênh TCH *5 mErl/thuê bao/SDCCH *GoS cho TCH là 3% *GoS cho SDCCH là 1% *Sử dụng 3 sóng mang *Sử dụng cấu hình SDCCH/8 với BCH ở TSO và SDCCH/8 ở TSI trên sóng mang thứ nhất. Ta được số kênh TCH như sau: (3 x 8) – 2 = 22 kênh TCH/ô. Tra bảng Erlang B được: A cho TCH = 15,782 Erl tương ứng với số thuê bao có thể phục vụ là: 15,782/0,03 = 526. Số kênh SDCCH là 8 nên ta được: A cho SDCCH = 3,129 Erl tương ứng với thuê bao là: 3,129/ 0,005 = 626. Vậy có thể dự trữ cho tương lai là: (626 – 526) x 5 mErl = 500 mErl. Kênh CCCH Kênh CCH bao gồm các kênh sau: *Đường xuống: PCH, AGCH *Đường lên: RACH ở cấu hình không kết hợp khung (CCCH- CONF 0) trong một đa khung có 9 khối CCCH với 4 cụm mỗi khối, còn ở cấu hình có kết hợp đa khung (CCCH-CONF 1) có 3 khối CCCH với 4 cụm mỗi khối. Mỗi bản tin tìm gọi hay cho phép thâm nhập được truyền trên một khối 4 cụm. Trình tự ưu tiên cho các bản tin này như sau: *Ưu tiên cao nhất: các bản tin tìm gọi (PCH) *Ưu tiên thứ hai: các bản tin ấn định tức thì (AGCH) *Ưu tiên thấp nhất: các bản tin từ chối ấn định (AGCH) Ngoài ra cũng có thể dành riêng một số khối cho phép thâm nhập để tìm gọi không độc chiếm CCCH khi lưu lượng tìm gọi quá lớn. Cấu hình không kết hợp đa khung có thể dành 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 khối, còn ở cấu hình kết hợp có thể dành 0,1,2,3 khối. Để tăng dung lượng CCCH có thể sử dụng thêm các khe 2,4,6 ở kênh tần số mang BCCH. Tồn tại ba kiểu bản tin tìm gọi: *Kiểu 1: Có thể tìm hai MS bằng IMSI hoặc TMSI. *Kiểu 2: Có thể tìm ba MS với một theo IMSI và hai theo TMSI. *Kiểu 3: Có thể tìm 4 MS chỉ bằng TMSI. Các bản tin tìm gọi cho từng tạm di động được gửi đến BSS để lưu giữ để được bản tin đầy đủ (kiểu 1,2,3) trong khoảng định thời có thể thay đổi bằng lập cấu hình. Sau đó được phát quảng bá trong LA. Thí dụ : *Sử dụng cấu hình không kết hợp đa khung (CCCH-CONF 0) với CCCH được truyền ở TS0. *Một khối CCCH được dành cho phép thâm nhập. *Bản tin tìm goi kiểu 1. Ta tính dung lượng của PCH. Số bản tin tìm gọi cực đại trên một đa khung là: 9-1=8, vậy số MS có thể tìm gọi: 8 x 2 = 16. Một đa khung 51 khung có thời gian là ằ 235 ms, vậy dung lượng tìm gọi là: 16 x 1/0,235 = 68 MS/s. Tính toán kích cỡ của kênh CCCH Để tính toán kích kênh CCCH trước tiên ta cần tính riêng cho PCH và AGCH sau đó kết hợp chung hai yêu cầu. Tính toán yêu cầu PCH. Tính toán được thực hiện cho toàn bộ LA. Các thông số cần là: dự báo lưu lượng giờ cao điểm, số tìm gọi / cuộc gọi, kiểu bản tin tìm gọi và dự trữ. Xét thí dụ sau: *LA phục vụ 40.000 thuê bao ( LA với tổng dung lượng 1000Erl và mỗi thuê bao sử dụng 0,025Erl ), số dự báo là 30% thuê bao nhận được một cuộc gọi trong một giờ. *Trung bình hai bản tin tìm gọi trên một cuộc gọi. *Sử dụng kiểu bản tin tìm gọi 1. *Dự trữ 20% . tổng số bản tin tìm gọi trong giờ cao điểm là: 40.000 x 0,3 x 2 = 24.000. Với kiểu 1, mỗi bản tin có thể tìm hai MS, nên cần phát: 24.000/2 = 12.000 bản tin /giờ. Với 20% dự trữ thì cần phát: 1,2 x 12000 = 14.400 bản tin/giờ, tương đương với: 14.400/3600 = 4 bản tin/s. Cấu hình 0 cho phép truyền 9 bản tin ( chín khối ) trong 235 ms ( một đa khung ) thừa đảm bảo cho yêu cầu. Tổng quát ta có công thức sau để xác định yêu cầu kênh tìm gọi: Yêu cầu kênh tìm gọi tính Số cuộc gọi x MT x PF xM Theo số khối / đa khung PMF x 3600 x 4,25 Số cuộc gọi: Số dự báo các cuộc gọi ở LA trong giờ cao điểm. MT: Tỷ kệ các cuộc gọi kết cuối ở MS (30% chẳng hạn). PF : Thừa số xác định số bản tin trên một cuộc gọi. M : Dự trữ. PMF : Thừa cố bản tin tìm gọi xác định số MS được tìm gọi ở một bản tin, phụ thuộc vào một bản tin (PMF = 2 cho kiểu 1). 4,25 : Số đa khung chứa CCCH trong một giây: 1/0,235 = 4,25. Tính toán yêu cầu AGCH Tính toán chỉ giới hạn cho hoạt động trong một ô. Các thông số cần thiết: dự báo lưu lượng ở giờ cao điểm cộng với các hoạt động khác (chẳng hạn cập nhật vị trí, truyền SMS, nhập/rời bỏ IMSI và các dịch vụ bổ sung). Xét thí dụ sau: *Ô có dung lượng là 25Erl. *Thời gian giữ trung bình là 90s. *Tỷ lệ các hoạt động khác so với gọi là: 2 đối cập nhật vị trí, 0,1 đối vớ._.g suâts –85 dBm. Vì PRBS không mang thông tin nên các khung thu đướcẽ không phù hợp với các cấu hình kênh và BTS sẽ coi các khung thu này là các khung xấu. Cũng có thể một tổ hợp bit nào đó được bộ giải mã coi nhầm là khung tốt. Xét đến trường hợp đặc biệt này các yêu cầu sau được áp dụng cho các tổ hợp kênh như sau: *TCH/FS: không quá một khung xấu không bị phát hiện (BFI=0) trong khoảng thời gian trung bình là 10s. *SDCCH, FACCH và SACCH: không quá 0,002%các khung sẽ được coi là không mắc lỗi (FEI). *RACH: không quá 0,025 các khung được coi là không mắc lỗi. Độ nhậy máy thu Mức tín hiệu sử dụng để đo độ nhậy của máy thu là -104 dBm, ở mức này bộ giải mã sẽ chỉ phát hiện một số bit lỗi nhất định. Tỷ số bit lỗi cho phép cực đại Tỷ số bit lỗi cực đại để đo độ nhậy máy thu Kiẻu kênh Kiểu BER Đặc tính truyền đa tia Tĩnh (%) TU50(%) RA250(%) HT100(%) SDCCH RACH TCF/F9.6 TCH/F4.8 TCH/F2.4 TCH/H$.8 TCH/H2.4 TCH/FS Loại Ia Loại II TCH/HS FER FER BER BER BER BER BER FER RBER RBER t.b.d 0,10 0,50 0,001 0,001 0,10a 0,40/a 2,0 - 13.0 13,0 0,50 0,01 0,02 0,50 0,02 6,0a 0,40/a 8,0 - 8,0 12,0 0,10 0,01 0,001 0,10 0.01 2,0. a 0,20/a 7,0 - 12,0 13,0 0,70 0,01 0,001 0,70 0,01 7,0. a 0,50/a 9,0 - *a nhận giá trị trong dải từ 1 đến 1,6 nhưng không đổi trong cùng một đặc tính truyền lan. Đo độ nhậy được chia làm hai laọi: truyền sóng tĩnh và truyền sóng đa tia. Mức độ nhậy tĩnh đặc tả tính cách của máy thu với khe tích cực ở mức công suất –104 dBm và hai khe lân cận ở mức cao hơn 30 dB. Mức độ nhậy truyền sóng đa tia đặc tả tính cáh của máy thu trong điều kiện truyền sóng đa tia. Các tốc độ và các điều kiện môi trường khác nhau được đưa vào bộ mô phỏng pha đinh và được đánh giá ở hệ thống đo. Mức nhiễu tham khảo Trong thực tế BTS có thể bị ảnh hưởng của một số nhiễu mạng so với sóng mang. Khả năng của máy thu BTS duy trì được thông tin với MS khi bị ảnh hưởng của nhiễu này được gọi là mức nhiễu tham khảo. Đối với phép đo này tín hiệu hữu ích được dặt vào mức –85dBm. Hai phép đo sau đây được thực hiện phụ thuộc vàodịch tần của nhiễu so với tín hiệu hữu ích: *Loại bỏ nhiễu đồng kênh: đánh giá ảnh hưởng của nhiễu cùng tần số nhưng công suất 9 dB thấp hơn tín hiệu hữu ích. *Loại bỏ nhiễu kênh kân cận: đánh giá ảnh hưởng của nhiễu của một trong số các kênh lân cận. Mức công suất được sử dụng phụ thuộc vào dịch tần. Dịch tần 200 kHz nghĩa là mức công suất nhiễu được phát 9 dB cao hơn tín hiệu hữu ích. Dịch tần 400 MHz (hai kênh) nghĩa là mức công suất nhiễu được phát 41 dB cao hơn mức công suất hữu ích. Trong quá trình đo kiểm dối với TU3 có thể hoặc sử dụng không nhẩy tầnvà tín hiệu nhiễu được diều chế PRBS. Tỷ suất bit lỗi cức đại . Tỷ suất bit lỗi cực đại để đo mức nhiễu tham khảo Kiểu kênh Kiểu BER Đặc tính truyền đa tia TU3 không nhẩy tần (%) TU50 có nhẩy tần(%) TU50(%) RA250(%) SDCCH RACH TCF/F9.6 TCH/F4.8 TCH/F2.4 TCH/H4.8 TCH/H2.4 TCH/FS Loại Ia Laọi II TCH/HS FER FER BER BER BER BER BER Fẻ RBER RBER - 22,0 15,0 8,0 3,0 3,0 8,0 4,0 21. a 2,0/a 4,0 - 9,0 15,0 0,80 0,01 0,001 0,3 0,01 3,0. a 0,20/a 8,0 - 13,0 16,0 0,80 0,01 0,001 0,8 0,01 6,0. a 0,40/a 8,0 - 8,0 13,0 0,20 0,01 0,001 0,2 0,01 3,0. a 0,20/a 8,0 - * a nhận giá trị trong dải từ 1 đến 1,6 nhưng không đổi trong cùng một đặc tính truyền lan. e. Loại bỏ đáp ứng phát xạ nhiễu và chặn. Loại bỏ phát ứng xạ nhiễu và chặn là chỉ thị chất lượng của máy thu BTS để thể hiện rằng ngay cả kgi có một tín hiệu nhiễu rất mạnh (chẳng hạn nhiễu mạnh xảy ra khi anten GSM đặt gần ảten của đài phát hình) máy thu vẫn có khả năng duy trì chất lượng đường truyền vô tuyến với MS. Hai tín hiệu được đưa đến máy thu là tín hiệu điều chế GMSK và tín hiệu điều tần bởi tone 2 kHz dịch tần 100kHz. Nhẩy tần không sử dụng trong qúa trình đo. Tôt nhất là sử dụng tần số ở giữa băng tần thu. Để đánh giá chất lượng, RBER loại II ở kênh lưu lượng được đo. Suy hao điều chế giao thoa Phép đo này sử dụng nhảy tần. Ba tần số đàu, giữa và cuối băng được khảo sát độc lập. Hai tín hiệu nhiễu được sử dụng là tín hiệu điều chế GMSK mang thông tin PRBS và tín hiệu không ddược điều chế. Tín hiệu được điều chế hoạt đọng ở dịch tần tám kênh (1,6 MHz) và tín hiệu không được điều chế hoạt động ở dịch tần 4 kênh (800 kHz). Mức của tín hiệu hữu ích là 12dBmV (-101 dBm) và nhiễu là 70 dBmV (-43 dBm). Các giá trị BER yêu cầu được xác định theo bảng 3.15. Nếu hệ thống đo chỉ cho phép cung cấp hai tín hiệu: tín hiệu hữu ích và tín hiệu nhiễu được điều ché GMSK, thì phải cần thêm một bộ tạo tín hiệu để cung cấp tín hiệu không điều chế . BTS TRX ACF Bộ tạo tín hiệu 935.0 Bộ ghép định hướng Um 45 Hệ thống đo Hình 25. Cấu hình đo suy hao điều chế giao thoa. f. Phát xạ nhiễu từ máy thu ở phép đo này BTS ở chế độ nhẩy tần nhưng tần số của kênh BCCH phải tắt. Phải đảm bảo rằng không nguồn tần số bên trong nào phát xạ qua anten thu ra ngoài. Không tín hioêụ nào được cấp cho máy thu. Công suất phát xạ nhiễu được đo tại ba vị trí : đầu ra anten, phát xạ tủ máy và đây nguồn. Mức phát xạ nhiễu cức đại từ máy thu Vị trí đo Băng tần Mức cực đại Các đường dẫn nguồn Phát xạ từ máy Anten 9kHz-10 Khz 10MHz-30 MHz 30MHz-1000 MHz 1GHz-12,75 GHz 9kHz-1000 MHz 1GHz-12,75 GHz 72dBmV 72dBmV -57 dBm -47 dBm -57 dBm -47 dBm III.6. Đo kiểm khi hệ thống đang hoạt động. Chức năng đo kiểm này dược thực hiện bởi hệ thống khai thác và bảo dưỡng để thực hiện quản lý sự cố và hiệu năng hoạt động của hệ thống TTDĐ. III.6.1. Quản lý sự cố. Quản lý sự cố bao gồm một tập các chức năng cho phép phát hiện, cô lập và thu thập hoạt động bất bình thường của phần tử mạng được báo cáo cho hệ thống khai thác. Quản lý hệ thống sử dụng các số liệu giám sát thu thập được tại một hay nhiều phần tử. Việc thu thập và báo cáo số liệu giám sát ddược diều kiển bởi một tập chức năng chung. Các chức năng quản lý sự cố đối với hệ thống khai thác trên giao diện phần tử mạng thực hiện viẹec duy trì, xem xét các nhật ký lỗi, định vị và theo dõi các sự cố bằng cách tiến hành kiểm tra khội chẩn. Quản lý sự cô hỗ trợ các phàử tử dịch vụ quản lý như sau: *Giám sát cảnh báo. dịch vụ này thực hiện quản lý thông tin ở môi trường tập rung về sự giảm cấp chất lượng ảnh hươngr dịch vụ. Chức năng cảnh báo được sử dụng để giám sát hay hỏi các phần tử mạng về sự kiện hay tình trạng. *Định vị hay nhận dạng sự cố. Dịch vụ này đòi hỏi hệ thống quản lý phải có khả năng xác định khối nào đang bị sự cố. Sau đó có thể thực hiện sửa chữa hay thay thế khối sự cố để phục hồi hoạt động bình thường của hẹe thống. Sửa chữa hay thay thế có thể thực hiện tự động bởi nhân viên khai thác hay hệ thống khai thác hay thay nhân công bởi nhóm sửa chữa. Bước đầu tiên là nhận dạng khối sự cố như là bộ phận phát cảnh báo hay kết quả kiểm tra. Cảnh báo và các kết quả kiểm tra phải chứa nhận dạng của khối sửa hay thay thế mỗi khi cần. Thậm chí mặc dù không thể xác định khối cần sửa hoặc cần thay thế đặc thù, vẫn cần có một danh sách các khối sự cố tiềm năng để có thể thực hiện kiểm tra bổ sung cho việc định vị thêm sự cố. Đối với các thông báo cảnh báo, nhận dạng đối tượng báo coá cảnh báo là thông tin định vị đầu tiên. Tiếp theo là “nguyên nhân có thể” và tuỳ chọn các giá trị của “vấn đề dặc thù” sẽ cung cấp cho nhà khai thác hay sản xuất mạng di động thông tin để định vị khối cần sửa, cần thay thế đặc thù. *Khôi phục sự cố, sửa hay phục hồi. Sửa sự cố phải được thực hiện bằng cách sửa chữa thiết bị, thay thế thiết bị phục hồi phần mềm, logic hay loại bỏ các tình trạng bất nình thường. Nếu phần tử mạng thức hiện phục hồi tự động, thì hệ thống quản lý phải hỗ trợ phần tử mạng thông báo cho hệ thống khai thác về các thay đổi tự động được thực hiện. Kỹ thuật phục hồi tự động phải xét đến việc tối ưu hoá mạng. Người khai thác phải có khả năng đóng và khoá tài nguyên trước khi tiến hành quản lý. Hệ thống khai thác páht đi yêu cầu đến phần tử mạng với việc chỉ ra các tài nguyên tích cực. Nừu tài nguyên này tích cực, thì khoá phải trễ đến khi đến khi tất cả các hoạt động kết thúc hay cho đến khi hệ thống khai thác yêu cầu khoá. Hệ thống quản ký sự cố cũng phải hỗ trợ việc thiết lập và chọn các phiên bản phần mwmf và cơ sở dữ liệu trước ( chẳng hạn các Backup) để hỗ trợ các hoạt động phục hồi. *Kiểm tra. Kiểm tra thường kỳ và kiểm tra theo yêu cầu được sử dụng dder phát hiện sự cố ở hệ thống. Các kiểm tra theo yêu cầu cũng được sử dụng để hỗ trợ giúp việc định vị sự cố đén một hay nhiều các khối cần sửa hoặc thay thế. Kiểm tra theo yêu cầu cũng được sử dụng để kiểm định lại khối thay trước khi nó đưa vào hoạt động. Kiểm tra khi đang hoạt động cũng có thể được sử dụng đẻ thu thập thông tin liên quan đến các hoạt động của một thuê bao di động trong mạng. Các số liệu này phải bao hàm thông tin liên quan đến các đăng ký thành công và thất bại, các lần thử gọi, các lần chuyển giao....Cũng có thể cần phải lập tương quan giữa các bản ghi về các sự kiện và các hoạt động nói trên ở các biên giới mạng để dự đoán các vấn đề liên quan đến việc cung cấp dịch vụ. Kiểm tra các phàn tử di động phải được thực hiện để giảm tối đa sự can thiệp của con người trong quá trình kiểm tra. Các khả năng kiểm tra phải hỗ trợ việc kiểm tra đơn lẻ hay nhiều kiểm ra song song.Cần có các khả năng điều khiển để mô phỏng cùng một kiểu kiểm tra được thực hiện với các thông số điều khiển khác nhau trên cùng một khối hay nhiều khối. Một khi đã được bắt đầu, kiểm tra phải được thực hiện cho đến khi hoàn tất. Đối với các kiểm tra có thể điều khiển, thì phải có khả năqng giám sát khaio thác, dừng và cho họt động lại khai thác, cũng như có thể kết thúc kiểm tra một cách từ từ hoặc đột ngột. Các yêu cầu chung cho kiểm tra và quản lý kiểm tra có thể tìm thấy ở các khuyến nghị ITU X.737 và ITU.754 *Giám sát hệ thống và phát hiện sự cố. Việc quản lý sự cố phần tử mạng đòi hỏi khả năng hỗ trợ việc nhận và báo cáo về các tính trạng và sự kiện hoạt động bất bình thường. Phát hiện cũng đề cập đến các hoạt động như phân tích khuynh hướng, phân tích chất lượng và kiểm tra định kỳ. Quản lý sự cố đòi hỏi các hệ thống khai thác thươpngf xuyên theo dõi trạng thái và cấu hình của hệ thống được quản lý. Hệ thống quản lý phải có khả năng yêu cầu thông tin về trạng thái và cấu hình của hệ thống được quản lý. Hệ thống quản lý phải có khả năng yêu cầu thông tin về trạng thái và cấu hình của hệ thống ở dangj báo cáo cô đọng. Các hoạt động của khai thác và bảo dưỡng phải được báo cáo về hệ thống khai thác nhanh nhất. Mỗi khi cần phần tử mạng phải tạo ra thông báo cho từng sự cố. Phần tử mạng cũng phải đảm bảo lưu giữ tại chỗ thông tin sự cố. Hệ thống khai thác phải có khả năng thâm nhập thông tin này và xoá nó. Phần tử mạng pjải hỗ trợ các khả năng cho phép yêu cầu và báo cáo thông tin về trạng thái hiện thời. Thông tin này phải chỉ ra các khối có cảnh báo đặc biệt và mức độ nghiêm trọng. Quản lý sự cố cũng phảicó khả năng báo cáo cảnh báo để nhận dạng sự cố trong thiết bị (phần cứng và/ hoặc phần mềm), cơ sở dữ liệu hay các tình trạng của môi trường. Thông tin sự cố phải được lưu giữ ở hệ thống khai thác để kiểm tra và đánh giá thống kê độ tin cậycủa thiết bị. Các chức năng báo cáo cảnh báo được mô tả ở ITU.X733. Chúng được chia thành 4 vùng : tạo ra thông báo về sự kiện của một tài nguyên được quản lý; phát thông báo sự kiện đến ứng dụng quản lý; lưu giữ (tạm thời) bản ghi sự kiện; khả năng giám sát trạng thái. III.6.2. Quản lý hiệu năng. Các hức năng quản lý hiệu năng thực hiện quá trình liên tục thu thập số liệu về cấp bậc phục vụ, dòng lưu lượng và sử dụng các phần tử mạng. Nó không ảnh hưởng đến dịch vụ cung cấp cho khách hàng. Giám sát hiệu năng được thiết kế để đo chất lượng dịch vụ tổng thể nhằm phát hiện sự giảm hiệu naưng dịch vụ do sự cố hay do sai lỗi khi khi lập kế hoạch và lắp đặt. Giám sát hiệu năng cũng có thể được thiết kế để phát hiện mẫu tín hiệu được giám sát và (hoặc) lựa chọncác thông số tín hiệu được tiónh toán từ số liệu tín hiệu ban đầu. Tính cách hoạt động của hệ thống di động đòi hỏi các phần tử mạng phải thu thập và ghi lại các số liệu hiệu năng theo thời biểu do hệ thống khai thác đặt ra. Tính chất này của môi trường quản lý được gọi là quản lý hiệu năng. Mục đích của quản lý hiệu năng là thu thập số liệu cần cho việc đánh giá hoạt động của hệ thống để kiểm tra rtằng chúng nằm trong các giới hạn chất lượng phục vụ (QoS) quy định và để định vịcác vấn đề tiềm ẩn một cách sớm nhất. Các phần tử mạng phải tạo ra các số liệu để hỗ trợ các lĩnh vực đánh giá hiệu năng sau: *Các mức lưu lượng trong mạng bao gồm mức của cả lưu lượng người sử dụng và lưu lượng báo hiệu *Kiểm tra cấu hình mạng *Đo sự thâm nhập tài nguyên *Chất lượng dịch vụ (chẳng hạn trễ trong quá trình thiết lập cuộc gọi) *Độ sẵn sàng của tài nguyên Sản phẩm của số liệu đo do các phần tử mạng tạo ra phải được quản lý bởi hệ thống khai thác. Các giai đoạn của quản lý đo hiệu năng như sau: +Quản lý quá trình thu thập đo hiệu năng +Quản lý tạo các kết quả đo hiệu năng +Lưu giữ tại chỗ các két quả đo hiệu năng ở phần tử mạng +Chuyển các kết quả đo hiệu năng từ phần tử mạng đến hệ thống khai thác +Lưu giữ, chuẩn bị, trình bày các kết quả đo cho máy tính III.6.2.1. Yêu cầu đối với các kiểu số liệu. Các yêu cầu điển hình đối với các kiểu số liệu hiệu năng do phần tử của mạng di động tạo ra. Số liệu đo lưu lượng. Số liệu đo lưu lượng cung cấp thông tin để thực hiện quy hoạch và khai thác mạng: *Tải lưu lượng ở giao diện vô tuyến (lưu lượng báo hiệu và người sử dụng), trong đó các giá trị đo bao gồm các lần tìm gọi trên vùng định vị trên giờ, các lần thử gọi ở giờ cao điểm và các lần chuyển giao giờ. *Mức độ sử dụng các tài nguyên ở các nút mạng *Sự tích cực của người sử dụng và sr dụng các dịch vụ bổ sung. Số liệu đánh giá cấu hình mạng. Mỗi khi thực hiện quy hoạch mạng hay các thay đổi trong quy hoạch mạng, cần có khả năng đánh giá các hiệu quả quy hoạch hay các hay đổi trong quy hoạch. Các phép đo caanf thiết để hỗ trợ hoạt động này sẽ cho thấy các mức lưu lượng liên quan cụ thể đéen cách sử dụng lưu lượng trong mạng. Số liệu thâm nhập tài nguyên. Để đánh giá chính xác thâm nhập tài nguyên, phải định kỳ thực hiện trên toàn bộ mạng hay trên một bộ phận đáng kể của mạng. Số liệu chất lượng phục vụ. Số liệu QoS cho thấy hiệu năng mong đợi của mạng di động mà ngươi sử dụng sẽ được cung cấp. Số liệu và khả năng sẵn sàng tài nguyên. Hiệu năng về khả năng sẵn sàng phụ thuộc các chỉ tiêu được đề ra ( chẳng hạn các hoạt động về khả năng sẵn sàng được thực hiện ở các giai đoạn khác nhau trong chu kỳ sống của hệ thống) và vào cacs điều kiện vật lý và quản lý. III.6.2.2. Các yêu cầu quản lý đo. Các chức năng quản lý đo cho phép nhà khai thác hệ thống quản lý thu thập số liệu đo và gửi chúng đến các hệ thống khai thác. Quản lý công việc đo. Quá trình tích luỹ số liệu và sắp đặt chúng để thu thập và (hoặc) kiểm tra phải được thực hiện theo lịch trình. Quản lý công việc đo bao gồm các hoạt động sau: *Tạo lập/ xoá công việc đo *Thay đổi các đặc trưng của công việc đo *Xác định lịch trình công việc đo *Báo cáo và định tuyến các kết quả (cho một hay nhiều hệ thống khai thác) *Dừng/ tiếp tục lại công việc đo tích cực *Lấy thông tin liên quan đến các công việc đo. Phương pháp thu thập kết quả đo. Các số liệu đo có thể thu thập ở các phần tử mạng di động theo nhiều cách: *Đếm tích luỹ tăng được khởi xướng bởi sự xuất hiện sự kiện cần đo *Giám sát trạng thái (Chẳng hạn, cơ chế cho việc lấy mẫu tần số cao của bộ đếm nội ở các tốc độ quy định) *Định cỡ (chẳng hạn đánh dấu giá trị cao, đánh daaus giá trị thấp) Ghi lại các sự kiện rời rạc mỗi khi được số liệu liên quan đến một sự kiện. Lưu giữ tại chỗ các kết quả tại phần tử mạng. Phần tử mạng phải có khả năng giữ số liệu đo đến khi chúng được hệ thống khai thác lấy đi. Các phần tử này phải được lưu giữ ở phần tử mạng như một yêu cầu từ hệ thống khai thác. Dung lượng và thời gian lưu giữ số liệu phụ thuộc vào thiết kế mạng. Truyền kết quả đo. Khi đã có kết quả đo hoặc nó đã được lưu giữ ở phần tử mạng, các kết quả này phải được gửi đếnhệ thống khai thác mỗi khi có yêu cầu. Phần tử mạng phải gửi trả lời giá trị đo hiện thời cùng với mọi thông tin liên quan nhưng không ddược ảnh hưởng sự thực hiện theo lịch trình của công việc đo cũng đang báo cáo cùng dạng dữ liệu. III.6.2.3. Yêu cầu công việc đo. Lịch đo xác định khung htời gian mà ở đó công việc đo được tích cực. Hệ thống phải hỗ trợ thời gian khởi đầu công việc đến ít nhất 90 ngày kể từ ngày tạo lập công việc. Nếu không định nghĩa thời gian khởi đầu thì công việc đo phải được thực hiện ngay lập tức. Công việc đo được duy trì tích cực cho đến thời gian dừng (nếu thời gian này được định nghĩa trong lịch). Nừu không định nghĩa thời gian dừng công việc thì công việc đo sẽ thực hiện vô hạn và chỉ có thể dừng bằng can thiệp nhân công. Khung thời gian được quy định bởi lịch đo có thể chứa một hay nhiều khoảng ghi. Các khoảng ghi này có thể lặp lại hàng ngày hoặc hàng tuần và xác định các khoảng thời gian mà ohần tử mạng thu thập số liệu đo. Thời gian nguyên tố là khoảng thời gian khởi đàu của hai lần thu thập số liệu liên tiếp. Các giá trị yêu cầu đối với thời gian nguyên tố là 5; 15; 30 và 60 phút. Trong phần lớn các trường hợp thời gian nguyên tố cực tiểu là 5 phút nhưng đối với một số phép đo có thể cần thu thập số liệu trong một khoảng thời gian lớn hơn. Thời gian nguyên tố phải đồng bộ với toàn bộ giờ và các giá trị của nó không được thay đổi trong suốt thời gian tồn tại của công việc. Các báo cáo đo theo lịch được tạo ra ở cuối thời gian nguyên tố. Các báo cáo đo của từng công việc đo tạo ra đều có cùng cách trình bày và chứa các thông tin theo yêu cầu của nhà khai thác hệ thống. Thông tin này có thể chứa: *Nhận dạng công việc do tạo ra báo cáo *Nhận dạng kiểu đo và tài nguyên mạng được đo *Nhận dạng thời gian chỉ thị kết thúc thời gian nguyên tố *Giá trị kết quả và chỉ thị tính hợp lệ của mỗi kiểu đo *Chỉ thi rằng quét chưa hoàn thành và lý do chưa hoàn thành Các báo cáo theo lịch được tạo ra ở cuối thời gian nguyen tố, nếu công việc đó không bị dừng, có thể được chuyển đến hệ thống khai thác theo hai cách: +Các báo được tự động chuyển đến hệ thống khai thác ở cuối thời gian nguyên tố (chẳng hạn các thông báo tức thời) +Các báo cáo được lưu tại chỗ ở phần tử mạng, sau đó được lấy ra theo yêu cầu. III.6.2.4. Các lĩnh vực đo hiệu năng. Các lĩnh vực đo hiệu năng như sau: *Thu thập số liệu và lưu lượng ở các phần tử mạng (chẳng hạn trạm gốc, trung tâm chuyển mạch di động và bộ ghi định vị thường trú) *Thu thập chất lượng dịch vụ. Số liệu QoS được thu thập cho: các cuộc gọi bị rớt, thiết lập kết nối, chất lượng kết nối cho dịch vụ di động, chất lượng két nối cho các dịch vụ số liệu, tính toàn vẹn của bản ghi cuộc gọi/sự kiện. Đối với QoS cần thực hiện các phép đo sau: + Trễ cung cấp một dịch vụ mới + Trễ thay đổi số liệu thuê bao + Các phàn nàn của nhà khai thác về kiểu người sử dụng, kiểu dịch vụ, kiểu cuộc gọi... + Trễ tái thiết lập một dịch vụ +Sự kịp thời phục vụ khách hàng *Đo khả năng sẵn sàng *đo hiệu năng mạng. Cần sử dụng các phép đo sau: +Phần trăm quá tải (% OFL) (đếm được sử dụng khi ô không thể ấn định kênh lưu lượng đẻ thiết lập cuộc gọi) +Tỷ lệ chiếm trả lời (ASR) +Tỷ kệ mời trả lời (ABR) +Thời gian giữ trung bình trên một lần chiếm +Tỷ lệ kết cuối không bình thường *Nơi nhận cuộc gọi. MSC phải có khả năng giám sát nơi nhận cuộc gọi: các mã nước, mã vùng, mã tổng đài hay kết hợp của chúng. Các phần tử cần đo về nơi nhận cuộc gọi cho mục đích quản lý mạng là: +Các ý định gọi trên nơi gọi trên giờ +Các lần chiếm trên nơi gọi trên giờ +Các lần trả lời trên nơi gọi trên giờ +Đếm các cuộc gọi bị tác đọng của kênh điều khiển quản lý mạng (điều khiển về nơi gọi) *Đo lưu lượng giao diện vô tuyến. Giao diện vô tuyến là nơi nhạy cảm lưu lượng nhất của mạng di động. Cần thực hiện số lượng đo cực đại ở giao diện vô tuyến. Nên thực hiện các phép đo sau đây: +Số lượng báo hiệu dẫn đến các sự kiện không thành công +Xác suất ứ nghẽn ở các kênh di động +Xác suất mất cuộc gọi do sự cố chuyển giao +Tải ở giao diện vô tuyến *Đo thông lượng xử lý. Mức thông lượng xử lý liên quan đến các ý định gọi giờ cao điểm hay tốc độ giao dịch so với thời gian trễ cần được giám sát ở MSC, BS, HLR và các đường truyền báo hiệu số 7 để cho phép sử dụng các tiêu chuẩn quá tải khi thực hiện các hành động quản lý. Thông lượng rất quan trọng ở thông tin di dộng vì ở đây nhiều xử lý hơn so với mạng thông tin cố định phải chuiyển giao, cập nhật vị trí... *Thống kê chuyển giao. Chuyển giao làm tăng thêm tải báo hiệu và xử lý của hệ thống thông tin di dộng. Từ quan điểm quản lý mạng các số liệu sau đay cần được thu thập: + Đếm số chuyển giao trên cuộc gọi +Tỷ lệ thành công của các ý định chuyển giao +Lý do thất bại và phải làm lại Khi thu thập số liệu chuyển giao, cần ghi lại các số liệu sau: Các số liệu thống kê về chuyển giao phải được phân loại theo thời gian của ngày, ô hay vùng định vị hay các phép đo tương tự nhà khai thác chọn lựa Số liệu thống kê liên quan đến các thông số chuyển giao để có thể thay đổi điều chỉnh thuật toán chuyển giao Thống kê về nguyên nhân chuyển giao và tỷ lệ thành công Các chuyển giao nội BSC Các chuyển giao giữa các BSc (nội MSC) Các chuyển giao giữa các MSC Các chuyển giao giữa các mạng di động *Thiêt lập kết nối và duy trì. Cần có các số liệu sau để đánh giá phép đo này: +Phần trăm các cuộc gọi không hiệu quả: Cuộc gọi khởi xướng di động do nghẽn ở mạng di động, nghẽn ở mạng quản lý/ mạng lân cận, thời gian trễ quá lớn ở mạng lân cận, MS gọi giải phóng quá xớm trong quá trình thiết lậpcuộc gọi và số bị gọi PSTN không trả lời. Cuộc gọi kết cuối di động do nghẽn ở mạng di động, trễ quá lớn ở mạng di động, mạng gọi giải phóng quá sớm trong quá trình thiết lập cuộc gọi, Ms bị gọi bận, MS bị gọi không bật nguồn, MS bị gọi không trả lời, giảm cấp MS bị gọi, gọi đến MS bị cấm/ không thể nhận và không tìm gọi MS thành công. +Thời gian trung bình của thiết lập kết nối cuộc gọi đối với mọi dịch vụ gồm thuê bao di động đến MSC, thuê bao di động đến MSC cổng, MSC đến thuê bao di động hay MSC cổng đến thuê bao di động. +Trễ sau khi quay số cho các cuộc gọi trong nước cho cả trường hợp cùng một nhà khai thác di độngvà số các cuộc gọi quốc tế trên nước nhận và các nhà khai thác tham gia. +Thời gian trung bình gián đoạn dịch vụ do sự cố + Thời gian trung bình giữa các sự cố gây gián đoạn *Đo chất lượng kết nối. Để đánh giá chất lượng kết nôi cần thực hiện các phép đo sau: +Xác suất xảy ra sự nghe không rõ +Thời gian gián đoạn cuộc gọi +Tỷ số bit lỗi +Thông lượng đối với các dịch vụ không trong suốt +Vùng phủ của các dịch vụ không trong suốt +Vùng phủ của các dịch vụ trong suốt +Các giây không mắc lỗi *Đo tính đúng đắn của lập phiếu cước +Số lỗi khi lập phiếu tính cước +Phần trăm số than phiền có lý về lập phiếu tính cước +Phần trăm số cuộc gọi bị tính cước sai. Thuật ngữ và viết tắt AMPS = American Mobile Phone System : Hệ thống thông tin di động AUC = Authentication Center: Trung tâm nhận thực BCC = Base Station Colour Code: Mã mầu trạm gốc BCCH = Broadcast Control Channel: Kênh điều khiển quảng bá BCH = Broadcasy Channel: Kênh quảng bá BSC = Base Station Controler: Bộ điều khiển trạm gốc BSIC = Base Station Identity Code: Mã nhận dạng trạm gốc BSS = Base Station Subsystem: Hệ thống con trạm gốc BSSAP = Base Station Application Part: Phần ứng dụng trạm gốc BSSMAP = Base Station Subsystem Management Application Part: Phần ứng dụng quản lý hệ thống con trạm gốc BTS = Base Transceiver Station: Trạm thu phát gốc BTSM = BTS Management: Quản lý BTS CC = Call Control: Điều khiể cuộc gọi CCCH = Common Control Channel: Kênh điều khiển chung CCSN7 = Common Channel Signaling Number 7: Báo hiệu kênh chung số 7 CEPT = Conference of European Postal and Telecommunication Administrations CGI = Cell Global Identity: Nhận dạng ô toàn cầu CI = Cell Identity: Nhận dạng ô CK = Check Sum: Kiểm tra tổng CNR = Carrier to Noise Ratio: Tỷ số sang mang trên tạp âm GSM = Global System For Mobile Telecommunication: Hệ thống thông tin di động toàn cầu DUP = Data Form 1: Dạng số liệu 1 FCC = Federal Communication Conmission: Uỷ ban thông tin liên bang FDMA = Frequency Division Multiple Access: đa thâm nhập phân chia theo tần số FH = Frequency Hopping: Nhẩy tần PCN = Persional Communication Network: Mạng thông tin cá nhân P.B.E = Probability of Bit Error: Xác suất lỗi bit SNR = Signal to Noise Ratio: tỷ số tín hiệu trên tạp âm WLAN = Wireless Local Area Network: Mạng vùng nội hạt vô tuyến WPBX = Wireless Private Branch Exchange: Tổng đài nhánh tư nhân vô tuyến Tài liệu tham khảo TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng dịch, 1993, Thông tin di động số, Tổng cục bưu điện TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, 1997, Thông tin di động GSM. Học viện Công nghệ bưu chính viễn thông Mục lục Chương I: Tổng quan về thông tin di động I.1 - Lịch sử phát triển của thông tin di động -------------------------- 1 I.2 - Tổng quan về hệ thống thông tin di động tổ ong 2 I.3 - Các đặc tính cơ bản của hệ thống 3 I.4 - Cấu trúc mô hình hệ thống thông tin di động 4 I.5 - Một số hệ thống đa truy nhập cơ bản trong thông tin di động-- 11 Chương II: Hệ thống thông tin di động GSM. II.1 - Mở đầu ----- -------12 II.2 - Suy hao đường truyền và pha đinh-----------------------------12 II.2.1 - Suy hao đường truyền------------------------------------------12 II.2.2-Pha đinh-------------------------------------------------------------13 II.2.3- Các biện pháp chống pha đinh 14 II.3 - Giao diện vô tuyến và truyền dẫn 14 II.3.1 - Quá trình xử lý các tín hiệu số và biến đổi vào sóng vô tuyến II.3.2 - Các kênh tần số được sử dụng ở GSM 15 II.3.3 - Các kênh vật lý 17 II.3.4 - Nhẩy tần 18 II.4- Cấu trúc phân lớp và báo hiệu 20 II.4.1 - Khái niệm 20 II.4.2 - Mô hình phân lớp và các giao diện ở mạng báo hiệu GSM 21 II.4.3 - Báo hiệu kênh chung số 7------------------------------------- 23 II.4.3.1- Các kiểu khối tín hiệu------------------------------------------23 II.4.3.2-Phần truyền bản tin ( mtp ) 24 II.4.4 - Báo hiệu ở BSS---------------------------------------------------26 II.4.4.1- Giao diện A------------------------------------------------------28 II.4.4.2- Giao diện Abis--------------------------------------------------29 II.4.4.3- Giao diện vô tuyến Um 30 II.5- Một số trường hợp báo hiệu 35 II.5.1 - Tắt bật máy ở trạm di động 35 II.5.2 - Cuộc gọi kết cuối ở trạm di động 36 II.5.3 - Các trường hợp chuyển giao 36 II.5.3.1 - Chuyển giao giữa hai ô cùng một BSS 36 II.5.3.2 - Chuyển giao giữa hai ô thuộc hai BSS khác nhau -38 II.5.3.3 - Chuyển giao giữa các ô thuộc hai tổng đài khác nhau -39 II.6- Quy hoạch ô ở GSM--------------------------------------------------------40 II.6.1 - Tổng quan---------------------------------------------------------40 II.6.2- Lưu đồ công việc quy hoạch ô----------------------------------41 II.6.3- Quy hoạch ô ở GSM----------------------------------------------42 II.6.3.1- Mẫu tái sử dụng tần số-----------------------------------------44 II.6.3.2 - Vay kênh--------------------------------------------------------45 II.6.4- Tính toán kích cỡ cho các kênh ở GSM------------------------45 Chương III: Đo đạc và kiểm tra ở hệ thống thông tin di động III.1 - Tổng quan ----------------------------------------------------------51 III.2 - Đo ở trạm di động--------------------------------------------------51 III.2.1- Cấu trúc chung một trạm di động ------------------------------51 III.2.2 - Một số tính toán--------------------------------------------------53 III.2.3 - Kiểm tra máy phát------------------------------------------------54 III.2.3.1-Đo sai pha và sai tần số-----------------------------------------54 III.2.3.2- Đo công suất-----------------------------------------------------55 III.3- Kiểm tra máy thu----------------------------------------------------58 III.3.1- Đo BER-------------------------------------------------------------59 III.3.2- Độ nhậy-------------------------------------------------------------60 III.3.3- Loại bỏ nhiễu đồng kênh------------------------------------------61 III.4- Kiểm tra báo hiệu ở trạm di động ----------------------------------62 III.4.1- Kiểm tra các chức năng báo hiệu liên quan đến lớp 1---------62 III.4.2- Kiểm tra các báo hiệu liên quan đến giao thức lớp 2---------- 64 III.4.3- Kiểm tra lớp 3 của trạm di động 65 III.5- Đo trạm gốc BTS------------------------------------------------------66 III.5.1- Cấu trúc chung một trạm thu phát gốc BTS---------------------66 III.5.2 - Đo BTS--------------------------------------------------------------68 III.5.2.1- Đo máy phát-------------------------------------------------------71 III.5.2.2- Đo máy thu 74 III.6 - Đo kiểm tra hệ thống đang hoạt động 81 III.6.1 - Quản lý sự cố--------------------------------------------------------84 III.6.2- Quản lý hiệu năng---------------------------------------------------85 III.6.2.2 - Các yêu cầu quản lý đo-----------------------------------------86 III.6.2.3- Yêu cầu công việc đo---------------------------------------------87 III.6.2.4- Các lĩnh vực đo hiệu năng 88 Kết luận -Hệ thống thông tin di động GSM sử dụng kết hợp phương pháp đa thâm nhập phân chia theo thời gian TDMA và phân chia theo tần số FDMA, trong đó mỗi trạm di động để thâm nhập vào mạng được cấp phát một cặp tần số và một khe thời gian. -Trong đồ án này bao gồm 3 chương: *Chương I: Tổng quan về thông tin di động *Chương II: Hệ thống thông tin di động GSM *Chương III: Đo đạc kiểm tra hệ thống thông tin di động GSM -Hiện nay, các hệ thốngTDMA GSM đã và đang phát triển nhanh chóng với những ưu điểm của mình bên cạnh sự cạnh tranh quyết liệt của các hệ thống thông tin di động số khác. Tuy vậy hệ thống TDMA GSM vẫn là căn bản của các hệ thống di động số.  ._.