Đồ án Mạng thông tin di động GSM

kênh này có dạng chuẩn và xác nhận sự ấn định kênh. Radio Frequency Chanel Release / Release Acknowledgement : Sự huỷ bỏ kênh vô tuyến mang kênh SDCCH khi bắt đầu cuội gọi và kênh này được đánh dẫu "rỗi" trong BSC. .Alert : MS gửi thông báo này tới MSC đồng thời với việc tạo tín hiệu chuông tại máy di động. .Connect : Khi thuê bao di động trả lời ( ấn phím nhấc máy ) thông báo. Ghép nối được gửi tới MSC/VLR. Lúc này cuộc gọi hoàn toàn được thiết lập trên kênh TCH. Chương 5 Giao tiếp vô tuyến 5.1. Khái niệm kênh .Kênh vật lý : Một khe thời gian của một khung TDMA ở một sóng mang gọi là một kênh vật lý. Ta có thể so sánh nó với một kênh ở hệ thống FDMA, trong đó từng người sử dụng được nối đến hệ thống thông qua một trong số các tần số. Như vậy có 8 kênh vật lý trên mỗi sóng mang ở GSM, kênh 0 - 7 ( TS0 – TS7 ). Thông tin được phát đi trong một TS gọi là một cụm (burst). Mạng GSM/PLMN được chia thành 24 sóng mang song công ở hai dải tần đường lên và đường xuống. ở nước ta hiện nay hệ thống GSM đang sử dụng băng tần : Đường lên 890,2 - 898,4 MHz và đường xuống 935,2 - 943,4 MHz với mỗi tần số sóng mang dải thông là 200 KHz. Trên mỗi sóng mang người ta sử dụng kỹ thuật ghép kênh theo thời gian : có 8 khe thời gian từ TS0 - TS7 trong một khung TDMA như vậy số kênh vật lý trong GSM là : 124 x 8 = 992 kênh .Kênh logic : Rất nhiều loại thông tin cần truyền giữa BTS và MS, chẳng hạn số liệu của người sử dụng và báo hiệu điều khiển. Ta nói về các kênh logic khác nhau dựa trên loại thông tin cần truyền, chẳng hạn như tiếng được truyền trên kênh logic " kênh lưu thông " Kênh này được ấn định một kênh vật lý nhất định trong thời gian truyền dẫn. 5.2. Các kênh logic . Kênh logic là sự phân loại thông tin truyền trên giao diện vô tuyến ( Tức là các thông tin trao đổi giữa BTS và MS ). Các kênh logic được ấn định ở những kênh vật lý nhất định và trong những khoảng thời gian nhất định của quá trình trao đổi thông tin. Có hai loại kênh logic : - Kênh lưu thông TCH (Traffic Chanel ) - Kênh điều khiển Kênh lưu thông : Là kênh mang tiếng và số liệu được mã hoá của người sử dụng. Đây là kênh ở cả 2 đường lên và xuống, truyền từ điểm đến điểm . Có hai loại kênh logic : Kênh toàn tốc FR ( Full Rate ) có tốc độ 22,8 Kb/s và kênh bán tốc HR ( Haft Rate ) có tốc độ 11,4 Kb/s . Các kênh điều khiển : Có 3 loại kênh điều khiển : Kênh quảng bá BCH : bao gồm các kênh sau : Kênh hiệu chỉnh tần số FCCH : mang thông tin của hệ thống để hiệu chỉnh tần số cho MS. Đây là kênh đường xuống, điểm - đa điểm. Kênh đồng bộ SCH : mang thông tin đồng bộ khung cho MS và mã nhận dạng trạm BTS ( BSIC ) , là kênh đường xuống , điểm - đa điểm . Kênh điều khiển quảng bá BCCH : mang các thông tin của hệ thống như số LAI , các thông số của ô ... là kênh đường xuống, điểm - đa điểm Kênh điều khiển chung CCCH : bao gồm các kênh sau : Kênh tìm gọi PCH : dùng để phát thông tin tìm gọi MS. Là kênh đường xuống điểm - đa điểm . Kênh thâm nhập ngẫu nhiên RACH : là kênh MS sử dụng để yêu cầu được cung cấp 1 kênh DCCH, trả lời thông báo tìm gọi , đồng thời để thực hiện các thủ tục khởi đầu khi đăng ký cuộc gọi (nhân thực khi chuyến số gọi ... ) Là kênh đường lên , điểm - điểm Kênh cho phép thâm nhập AGCH : là kênh BTS sử dụng thông báo cho MS để giành 1 kênh DCCH hay giành trực tiếp một kênh TCH để kết nối với MS . Là kênh đường xuống , điểm - điểm . Kênh điều khiển riêng DCCH Kênh điều khiển riêng đứng đơn lẻ SDCCH : dùng để báo hiệu hệ thống khi thiết lập cuộc gọi ( đăng ký nhận thực quay số ... ) Trước khi ấn định một TCH. Là kênh đường lên và xuống, điểm - điểm. Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH : kênh này không đi một mình mà liên kết với một kênh SDCCH hoặc một kênh TCH. Đây là kênh số liệu liên tục mang các thông báo đo đạc từ MS về cường độ trường và chất lượng thu của ô hiện thời và các ô lân cận. Các thông báo này được chuyển về BSC để quyết định Handover, ở đường xuống nó mang thông tin để hiệu chỉnh công suất phát của MS và thông số định trước TA để đồng bộ thời gian. Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH : liên kết với một kênh TCH theo chế độ " lắp đầy ". Khi tốc độ thông tin cần trao đổi lớn hơn nhiều khả năng của SACCH, hệ thống sẽ "lắp đầy " một cụm 20 ms của TCH. Đây là trường hợp khi Handover. ở đường xuống nó mang thông tin để hiệu chỉnh công suất phát của MS và công suất định thời trước TA để đồng bộ thời gian. Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH : liên kết với một kênh TCH theo chế độ "lấy cắp. Khi tốc độ thông tin cần trao đổi lớn hơn nhiều khả năng của SACCH, hệ thống sẽ lấy cắp một cụm 20ms của TCH. Đây là trường hợp khi Handover rất nhiều thông tin cần được trao đổi với MS. 20ms tiếng hay số liệu bị "lấy cắp" sẽ được thay thế bằng chuỗi nội suy ở bộ giải mã. 5.3.Khái niệm cụm thông tin . Khuôn mẫu thông tin ở một khe thời gian đươc gọi là một cụm, nghĩa là trong các khoảng thời gian đồng đều (cứ 8 khe thời gian một lần ở kênh TDMA) ta gửi đi một cụm của một loại thông tin xát từ MS Có 5 loại cum khác nhau được sử dụng như sau : Cụm bình thường : Được sử dụng để mạng thông tin ở TCH và các kênh điều khiển, trừ RACH, SCH, và FCCH. TB 3 Các bit được mật mã 58 Chuỗi hướng dẫn 26 Các bit được mật mã 58 TB 3 GP 8.25 0.577 ms - 156.25 bit Hình 12 : Cụm bình thường Cụm hiệu chỉnh tần số : Được sử dụng để hiệu chỉnh tần số của trạm di động. Nó tương đương như sóng mang không bị điều chế. Các lặp .... của cụm này gọi là FCCH . TB 3 Các bit cố định 142 TB 3 Gp 8.25 0.577 ms - 156.25 bit Hình 13 : Cụm hiệu chỉnh tần số Cụm đồng bộ : Cụm này được sử dụng để đồng bộ thời gian của trạm di động. Nó chứa một chuỗi đồng bộ dài dễ dàng nhận biết và mạng thông tin của số khung TDMA cùng với mã nhận dạng trạm gốc. TB 3 Các bit được mật mã 39 Chuỗi đồng bộ 64 Các bit được mật mã 39 TB 3 GP 8.25 0.577 ms - 156.25 bit Hình 14 : Cụm đồng bộ Số khung TDMA : Một trong các tính năng của GSM là bảo vệ thông tin của người sử dụng chống bị nghe trộm. Điều này được thực hiện nhờ mật mã hoá thông tin trước khi phát. Thuật toán để tính toán khoá mật mã sử dụng số khung TDMA như một thống số vào, và vì thế mỗi khung phải có một số khung. Sơ đồ đánh số khung là một chu trình 3.5 giờ (2715648 khung TDMA). Ngoài ra khi biết số khung TDMA, MS sẽ biết loại kênh logic nào đang được truyền ở kênh điều khiển TS0. BSIC được MS sử dụng để kiểm tra nhận dạng BTS khi đo cường độ tín hiệu ( để tránh đo nhầm các ô đồng kênh ). Nó cũng được sử dụng để phát hiện sự thay đổi PLMN ( người khai thác ). Cụm thâm nhập : Cụm này được sử dụng để thâm nhập ngẫu nhiên và có khoảng bảo vệ để dành cho phát cụm từ trạm di động, vì trạm này ở lần thâm nhập đầu tiên không biết trước thời gian (hay sau khi chuyển đến BTS mới). Trạm di động có thể ở xa BTS, nghĩa là cụm đầu sẽ đến muộn vì không có định trước thời gian ở cụm đầu, cụm này phải ngắn hơn để tránh không chồng lấn cụm này với khe thời gian sau. TB 3 Chuỗi đồng bộ 41 Các bit được mật mã 36 TB 3 GP 8.25 Hình 15 : Cụm thâm nhập Cụm giả : Được phát từ BTS trong một số trường hợp. Cụm này không mang thông tin. Khuôn mẫu giống như cụm bình thường với các bit mật mã được thay bằng các bit hỗn hợp có một mẫu bit xác định . 5.4. Sắp xếp các kênh logic ở kênh vật lý. Để thực hiện trao đồi thông tin giữa MS và mạng rất nhiều kênh logic phải cần đến. Nếu mỗi kênh logic chiếm một kênh vật lý thì khả năng không thể chấp nhận được, hơn nữa lưu lượng bản tin cũng rất nhỏ, do đó cần thực hiện ghép kênh logic trên một kênh vật lý. Việc sắp xếp các kênh logic trên kênh vật lý được thực hiện theo cấu trúc đa khung. Một BTS có sóng mang song công ký hiệu C0, C1, ... Cn, mỗi sóng mang có 8 khe thời giàn (TS). TS0 ở C0 đường xuống được sử dụng chỉ để sắp xếp các kênh điều khiển. C0 còn gọi là sóng mang BCCH. Cấu trúc đa khung ở khe thời gian TS0 (đường xuống). 0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 F S B B C C C F S Các khung TDMA B : BCCH I : IDLE C: CCCH Hình16 : Ghép các BCH và CCCH ở TS0 0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 F S Các khung TDMA R : RACH F S F S R R R . . . . . . . . . . R R Hình 17 : Ghép RACH ở TS0 Toàn bộ có 51 TS, thời gian là 51 khung TDMA chuỗi được lặp lại. BTS phải luôn phát ở C0 , thậm chí không có tìm gọi cũng như thâm nhập, để cho phép các MS có thể đo cường độ tín hiệu từ BTS để quyết định BTS nào thích hợp với : Nơi ghép khởi đầu ( khi bật nguồn ) Chuyển giao khi cần, FCCH, SCH và BCCH luôn được phát. Nếu CCH không được phát thì mọi cụm giả được phát. Các TS1 – 7 cũng vậy, nếu chúng không được phát thì cụm giả được phát. ở đường lên TS0 ở C0 được sử dụng để thâm nhập. Các kênh logic ở TS0 đường xuống là BCCH, FCCH, DCH và AGCH. Kênh RACH là kênh logic ở TS0 đường lên. Khe TS1 của C0 được dùng để sắp xếp các kênh điều khiển riêng DCCH. Do tốc độ bit trong quá trình thiết lập cuộc gọi và đăng ký khá thấp, có thể dùng 8 kênh SDCCH ở 1 TS nên việc sử dụng TS hiệu suất hơn. Việc sắp xếp các kênh này theo chu kỳ 2 đa khung. Toàn bộ có 102 TS, độ dài thời gian là 102 khung TDMA. Phần 2 : Quy hoạch Cell cho hệ thống GSM 1. Sóng điện từ : Việc cấp phát phổ tần cho hệ thống GSM sơ cấp được thống nhất năm 1979. Qua vài thập kỷ, hệ thống GSM đã được phát triển thành hệ thống số sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số TDMA. Việc sử dụng công nghệ điều biến khoá dịch tối thiểu Gaux (GMSK ) đã cho tốc độ tổng cộng bằng 271 Kbps và dải thông rộng có thể lên tới 500 KHz - 600 KHz. Như vậy cần có biện pháp nào đó để giảm tốc độ bit cho từng kênh để giải thông tần chỉ bằng khoảng 200KHz. Điều này được thực hiện bằng mã hoá tiếng thường dùng bộ mã hoá lai ghép. Tốc độ bit khi đó chỉ bằng 13Kbps. Với ứng dụng của dải tần VHF (từ 30MHz - 300MHz ) và UHF (300M - 3000MHz) là dành cho thông tin di động, hệ thống GSM sơ cấp được chỉ định ở 2 băng tần có độ rộng bằng 25 MHz. Từ 890 - 915 MHz cho đường lên Từ 935 - 960 MHz cho đường xuống Như vậy giải thông của 1 kênh vật lý là 200 KHz, dải tần phòng vệ biên rộng 200 KHz thì GSM900 có 124 dải thông tần kênh vật lý tương ứng. P - GSM 890MHz 915MHz 935MHz 960MHz UPLINK DOWNLINK 45 MHz E - GSM 880NHz 915MHz 925MHz 960MHz UPLINK DOWNLINK 45 MHz DSC - 1800 1710MHz 1785MHz 1805MHz 1880MHz UPLINK DOWNLINK 95 MHz Hình 18 : Phổ tần số Ngoài ra để đáp ứng nhu cầu về dung lượng trong tương lai người ta còn mở rộng P - GSM thành E - GSM và hệ thống DCS 1800 để đáp ứng mạng PCN. 2. Nguyên tắc truyền sóng : Do đặc điểm sóng vô tuyến sử dụng cho thông tin di động là loại sóng VHF và UHF có tần số > 30 MHz và bước sóng rất ngắn nên sóng đất trở nên không đáng kể và bị hấp thụ rất nhanh. Sóng trời có su hướng thoát vào không gian bởi các đặc tính khác nhau của tầng điện ly. Những bức xạ ở góc thấp hơn là sóng không gian là phương thức truyền sóng chủ yếu ở tần số này. Truyền theo kiểu này còn được gọi là truyền sóng trong tầm nhìn thẳng. 2.1. Truyền sóng trong không gian tự do. Không gian tự do là môi trường không có vật cản hay cản trở nào trên đường truyền của tín hiệu vô tuyến. Khái niệm bức xạ đẳng hướng trong không gian tự do là cường độ năng lượng phát ra từ anten bằng nhau ở mọi hướng. Trên thực tế điều này không thể, nhưng ta sẽ sử dụng nó như một tham khảo trên lý thuyết. P = Pt / 4Pd2 Trong đó : P : Thông lượng công suất bức xạ [ W ] Pt : Công suất bức xạ đẳng hướng từ anten [ W ] d : Khoảng cách khảo sát tới anten [ m ] Công suất thu tại khoảng cách trên từ nguồn bức xạ đẳng hướng phụ thuộc vào vùng thu hiệu dụng ( Ae - góc mở hiệu dụng ) của anten thu. Ae = l2 /4P [ m2 ] l : là bước sóng sử dụng Công suất thu được là tích của thông lượng công suất và góc mở hiệu dụng: Pr = P . Ae [ W ] Thay Ae và P vào công thức ta có : Pr = ( Pt / 4Pd 2 ) . ( l2 / 4P ) [ W ] 2.2. Suy hao trong không gian tự do : Trên thực tế, Pr luôn nhỏ hơn Pt công suất phát từ anten đẳng hướng một chút và giá trị chênh lệch đó gọi là suy hao truyền sóng trong không gian tự do. Lfs = 20 . log ( 4Pd/l ) [ dB ] d : [ m ] l : [ m ] Chú ý : Lfs phụ thuộc nhiều vào tần số sử dụng, tần số càng cao thì suy hao càng lớn. Như vậy : Với một mức công suất cho trước, phạm vi sử dụng sẽ càng hẹp nếu tần số truyền dẫn càng cao. Để chính sác hơn và thuận tiện cho sử dụng, người ta sử dụng công thức sau : Lfs = 32,5 + 20.log d + 20.log f [ dB ] Với d = Km , f = MHz Công suất thu được ở máy thu anten đẳng hướng có thể được tách : Pr = Pt - Lfs Với Pt : Công suất bức xạ đẳng hướng. Pr : Công suất thu. Lfs : Suy hao truyền sóng trong không gian tự do. Tuy nhiên, mô hình không gian tự do trên đây là một mô hình được đơn giản hoá nhưng lại là một xuất phát điểm quan trọng để thiết kế một mạng vô tuyến. Đối với nhiều trường hợp cụ thể mà mô hình này được xem xét kỹ hơn như : Truyền sóng trong môi trường có hai mặt nước, giữa hai cao điểm 2.3.Truyền sóng nhiều tia . Thực tế, sóng vô tuyến đến được máy thu không chỉ theo đường trực tiếp mà còn theo vô số các tia phản xạ từ mặt đất hay những vật thể khác ( cả hai nhân tố này có thể cố định hay chuyển động ). Như vậy tín hiệu đến được máy thu là tổng hợp của nhiều tia tới có biên độ và pha thay đổi. Do sự phản xạ bất kỳ nên khoảng cách các tia tới lan truyền rất đa dạng. Tín hiệu thu được có thể được tăng cường (có biên độ lớn lên ) hay bị suy giảm ( biên độ giảm đi, thậm chí bằng không ) hoặc một vài đoạn tín hiệu biến động đột ngột. Hiện tượng này gọi chung là fading. Trong đó những chỗ tín hiệu triệt tiêu nhau gọi lạ chỗ trũng fading. Khoảng thời gian giữa hai chỗ trũng fading phụ thuộc vào tốc độ chuyển động, địa hình môi trường và tần số phát. Đây là những nguyên nhân chính gây giảm sút đáng kể chất lượng thông tin. Có hai loại fadinh chính đáng quan tâm là : Fadinh Raykeigh và Fadinh chuẩn loga. Fadinh nhanh hay còn gọi là Fadinh thời gian ngắn : Đây là loại fadinh rất nhanh ( khoảng cách đỉnh - đỉnh = l / 2 ) Sảy ra khi anten mobile nhận tín hiệu là gồm nhiều tia phản xã. Nó thường diễn ra trong xuốt thời gian liên lạc. Do anten mobile thường thấp hơn các kiến trúc không gian xung quanh như cây cối, nhà cửa ... Đóng vai trò là những vật phản xạ. Tín hiệu tổng hợp bao gồm nhiều sóng có biên độ và pha khác nhau, nên có tín hiệu thay đổi bất kỳ nhiều khi chúng còn bị triệt tiêu lẫn nhau. Fadinh gây cho ta nghe thấy những tiếng ồn. Trong môi trường thoáng mà ở đó sóng trực tiếp vượt trội thì loại fading không đáng kể hơn trong khu đô thị. Loại fadinh ngắn hạn này có biên độ phân bố theo phân bố Rayleigh nên còn được gọi là fadinh Rayleigh . Loại fadinh này có tác động lớn đến chất lượng tín hiệu nên cần thiết phải sử lý hạn chế fadinh này. Giải pháp đầu tiên và đơn giản nhất là sử dụng đủ công suất phát để cung cấp một khoảng cho dữ trữ fading. Một giải pháp khác được sử dụng phổ biến và hiệu quả là phân tập không gian. Nó làm giảm những chỗ trũng fadinh, tăng chất lượng thoại. Cường độ tín hiệu có thế mã thấp hơn mức rmin thường yêu cầu không quá 10 % Fadinh chậm, hay còn gọi là Fadinh thời hạn dài. Loại fadinh này do hiệu ứng che khuất bởi các vật che chắn của địa hình xung quanh gây nên. Nó có phân bố chuẩn xung quanh mọi giá trị trung bình nếu ta lấy logarit cường độ tín hiệu. Công suất của tín hiệu này được gọi là công suất trung bình cục bộ, được phân bố theo hàm loga chuẩn. Do vậy, người ta còn gọi là fadinh chuẩn - loga. ảnh hưởng của fadinh chuẩn - loga là làm giảm khả năng phủ sóng của máy phát. Để chống lại fadinh này, người ta cũng sử dụng khoảng dự trữ fadinh. Khoảng dự trữ fadinh này phụ thuộc vào độ lệch tiêu chuẩn thường được giả thiết @ 4 : 8 dB. Nếu suy hao tín hiệu có thể là khoảng 10% thì khoảng dự trữ fadinh yêu cầu 3 : 5 dB. Khi thành lập một mạng di động, ta cần phải có một chuẩn cho tín hiệu nhỏ nhất có thể chấp nhận được tại biên giới cell. Độ nhạy yêu cầu ở đường vào máy thu : 104 dBm cho BTS. 104 dBm cho MS trên ô tô. 102 dBm cho MS cầm tay. Dự trữ fading cho chuẩn loga : 3 : 5 dB. Dự trữ nhiễu : 3 : 5 đB. Dự trữ nhiễu cần phải được cộng thêm khi tính toán vì độ nhạy máy thu chỉ được tính toán cho chất lượng nhỏ nhất khi không có nhiều. Fadinh Rician : Khi thành phần trực tiếp của tín hiệu mạnh hơn cùng với những tín hiệu không trực tiếp yếu hơn cùng tới máy thu thì tại đây fadinh nhanh vẫn còn sảy ra nhưng tín hiệu sẽ không sắc nét. Đường bao fadinh này có dạng phân bố Rician. Dạng fadinh này sảy ra phần lớn ở môi trường vùng nông thôn, microcellular, hay picocellular. 3. Sử dụng lại tần số và quy hoạch tần số Một mục tiêu quan trọng khi thiết kế hệ thống cellular là làm sao có thể đạt được dung lượng cao. Hay nói cách khác là làm sao đạt được số thuê bao trên một cây số vuông lớn nhất với cùng một cấp độ phụ vụ GOS (Grade of Service ) và chất lượng thoại chấp nhận được. Nhưng với một giải tần số có giới hạn cho hệ thống di động thì không thể đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về số lượng kênh lưu lượng. Hệ thống cellular đã đưa ra giải pháp sử dụng lại tần số một cách hiệu quả, qua đó một nhóm tần số có thể được sử dụng lại ở một phạm vi khác có khoảng cách xác định theo tính toán để tránh nhiễu. Điều này có nghĩa là các cell có sử dụng cùng một nhóm tần số sẽ phải chịu nhiễu đồng kênh nếu chúng không có một khoảng cách thích hợp gọi là khoảng cách sử dụng lại. Chính vì lý do đó mà vùng phủ sóng của trạm gốc bị hạn chế. Khi đó chúng ta nói một hệ thống cellular hoàn chỉnh là một hệ thống có một giới hạn nhiễu và giới hạn tạp âm so với quy ước. Như vậy vấn đề đặt ra là phải biết dung hoà giữa việc sử dụng lại tần số để tăng dung lượng và tăng khoảng cách sử dụng lại để giảm nhiễu. 3.1. Các thông số đánh giá : Có ba yếu tố để đánh giá chất lượng hệ thống : Mức tín hiệu sóng mang mong muốn thu được C ( Carrie ) Mức nhiễu đồng kênh I ( Interference ) Mức nhiễu kênh lân cận A ( Adjacent ) Năng lượng tín hiệu phản xạ R ( Reflecter ) Nhiễu đồng kênh Nhiễu đồng kênh xảy ra khi một máy thu điều chỉnh đến kênh mà do hai máy phát cùng phát ở cùng một tần số hay kênh đó. Cường độ tín hiệu thu được này phụ thuộc vào vị trí tương đối của máy thu đó tới máy phát. Hệ thống vô tuyến số cellular dựa vào nguyên tắc cơ bản là sử dụng lại tần số để có thể phục vụ nhu cầu thông tin lớn với một giới hạn tài nguyên vô tuyến. Do đó không thể tránh được nhiều dòng kênh trong hệ thống thông tin di động vì vậy cần thiết cần phải thiết kế hệ thống với khả năng cho phép nhiễu này. Tỷ số CARRIER / INTERFERENCE là quan hệ giữa cường đồ tín hiệu mong muốn và tín hiệu nhiễu. C / I = 10 . log (pc /pi ) [dB] Trong đó : Pc = Công suất thu được từ máy phát mong muốn . Pi = Công suất thu được từ máy phát nhiễu. Nhiễu kênh liền kề : Nhiễu kênh liền kề xảy ra khi máy thu, thu tín hiệu mong muốn C và cả những tín hiệu kênh lân cận C + 1 và C - 1. Mặc dù, máy thu không điều chỉnh tới những kênh lân cận đó, nhưng tín hiệu mong muốn bị suy giảm bởi những ảnh hưởng đó. Máy thu càng có tính chọn lọc cao, thì ảnh hưởng kênh liền kề càng giảm. Tỷ số CARRIER /ADJACENT là quan hệ giữa cường độ tín hiệu kênh mong muốn và cường độ tín hiệu kênh liền kề . CIA = 10 . log ( Pc/ Pa ) ( dB ) Trong đó : Pc : Là công suất thu được từ kênh mong muốn. Pa : Là công suất thu được từ kênh liền kề. Tỷ số C /A thấp sẽ dẫn tới tỷ số lỗi bit BER. Mặc dù các kênh GSM đã được mã hoá kênh tìm và sửa lỗi, nhưng vẫn còn một lượng nhiễu nhất định. Khoảng cách giữa nguồn tín hiệu mong muốn và nguồn liền kề càng cao thì C/A càng cao. Khuyến nghị GSM cho tỷ số C/A nhỏ nhất là -9dB, nghĩa là tín hiệu mong muốn yếu hơn 9dB nhiễu gây ra do kênh liền kề. Trong GSM, độ rộng kênh là 200KHz và vì vậy nhiều kênh liền kề cũng rộng 200KHz. Để tối thiểu hoá nhiễu này, mô hình điều chế GMSK cho độ rộng tín hiệu lớn hơn 200KHz được thực hiện với thông số BT = 0,3. Cho phép tạo ra lõm xung ở vị trí FCarrier + 200KHz trong phổ của tín hiệu được điều chế. Thông thường nhà khai thác chọn tỷ số C/A = 3 dB trong thiết kế của mình. Phân tán thời gian C / R là tỷ số đánh giá phân tán thời gian trong hệ thống GSM khi sóng vô tuyến truyền và phản xạ trong không gian theo nhiều đường khác nhau. Để hạn chế sự phản xạ này người ta sử dụng equalizer có thể kiểm soát được phản xạ trễ trong khoảng 4 bit, tương ứng 15 ms. Nhưng trên thực tế độ trễ này nhiều hơn vì nó phụ thuộc nhiều vào môi trường địa lý của vị trí đặt trạm, do đó ta chỉ có thể cho phép nó nhỏ hơn một mức ngưỡng nhất định. 3.2. Sử dụng lại tần số : Đây là một nguyên lý cơ bản khi thiết kế hệ thống cellular. Toàn bộ tần số có thể sử dụng được chia thành các nhóm tần số được gọi là cluster. Mỗi nhóm được sử dụng cho một cell và được sử dụng lại trong một cell khác có khoảng cách địa lý đủ để chấp nhận được nhiễu đồng kênh. Trong mỗi nhóm tần số, thì các tần số sử dụng cũng có khoảng cách nhất định đủ cho tránh nhiễu kênh liền kề. Sử dụng lại tần số ở những cell khác nhau bị giới hạn bởi tỷ số C / I giữa các cell. Vì vậy, đặt ra một vấn đề là làm sao sử dụng lại một cách có hiệu quả nhất, vừa cung ứng được dung lượng cao mà có thể tối thiểu tỷ số C/ I. Ta có thể tính toán tỷ số C / I như sau: A R B P Khoảng cách sử dụng lại ( D ) (D – R) Điểm P là trường hợp xấu nhất cho cả hai trạm gốc A, B. Tính toán tỷ số tại mobile : Tính theo dB x: là hiệu quả truyền sóng. Thường nó trong ( khoảng 3 - 4) cho mọi môi trường Bảng 2.1 : Quan hệ giữa các mẫu nhóm cell và tỷ số C/I Cells / Cluster Tỷ số C/I [ dB ] x 3.0 3.5 4.0 3 9.0 10.5 12.0 4 11.7 13.7 15.6 7 16.6 19.4 22.2 9 18.7 21.8 24.9 12 21.0 24.5 28.0 21 25.2 29.4 33.6 Nhóm tần số Sự phân bố địa lý các máy di động, tính chất lưu lượng của các thuê bao và chất lượng cần thiết, sự phủ địa lý để phục vụ tạo nên số liệu ban đầu cho quy hoạch mạng. Trước hết toàn bộ quy hoạch mạng được xây dựng trên một sơ đồ chuẩn, nghĩa là một mô hình 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 bước thành đạt đầu tiên trong quá trình quy hoạch. Hình dạng của các ô ở các sơ đồ chuẩn này phụ thuộc vào kiểu anten và công suất ra của từng trạm gốc. Hai dạng anten thường sử dụng là anten vô hướng phát đẳng hướng, và anten có hướng tập trung năng lượng ở các giẻ quạt. Nếu chúng ta có hai BTS với các anten vô hướng và ta yêu cầu ranh giới giữa vùng phủ của các BTS và tập hợp các điểm mà ở đó cường độ tín hiệu của cả hai BTS như nhau, thì ta được một đường thẳng. Nếu ta lập lại quy trình nói trên bằng cách đặt 5 BTS nữa xung quanh BTS gốc thì vùng phủ nhận được (Ô) có dạng hình lục giác. ( xem hình 19 ) A C F E G B D Hình 19 : Nhóm tần số quy tụ thành cụm cluster 7 cell Các lục giác trở thành một dạng ký hiệu cho một ô ở mạng vô tuyến. Nhưng quy hoạch trong thực tế 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, và vì thế các hình lục giác 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 khác cho ta một cách nhìn ban đầu toàn diện để quy hoạch hệ thống . Nhóm tần số quy tụ thành cụm cluster 7 cell . Khoảng cách sử dụng lại phụ thuộc vào số nhóm tần số "N" mà được ứng dụng cho mẫu sử dụng lại tần số nói trên. "N "càng lớn thì khoảng cách sử dụng lại càng xa, như vậy khả năng tránh được nhiễu đồng kênh càng cao ( tỷ số C/ I càng cao ). Trong đó : N là số nhóm tần số Tính toán lưu lượng ở một cell Để có thể quyết định số lượng và bố trí các trạm gốc cần biết có bao nhiêu thuê bao phải phục vụ, và phần trăm các cuộc gọi ứ nghẽn có thể cho phép. Phần trăm các cuộc gọi ứ nghẽn cho phép xác định chất lượng phục cụ và được gọi là cấp bậc phục vụ (GOS). Đối với một GOS xác định quan hệ giữa số kênh và mật độ lưu lượng trên một kênh được cho bởi phân bố gọi là erlang. ở cùng một tần số sóng mang để phủ các vùng địa lý khác nhau. Các vùng này phải được cách nhau ở cự ly đủ lớn để mọi nhiễu giao thoa đồng kênh ( có thể sảy ra ) chấp nhận được. Theo định nghĩa tỷ số sóng mang trên nhiễu giao thoa là tỷ số giữa mức tín hiệu mong muốn thu và mức tín hiệu không mong muốn thu. Tỷ số này phụ thuộc vào vị trí tức thời của máy di động do địa hình không đồng nhất. Số lượng và các kiểu của các vùng tán xạ địa phương. Các nhân tố khác như kiểu anten, vị trí và độ cao đài trạm, số lượng các trạm gây nhiễu địa phương cũng ảnh hưởng phân bố tỷ số C/I ở hệ thống. Phân bố C/I cần thiết ở hệ thống xác định số nhóm tần số F nhóm thì mỗi nhóm sẽ chứa N/F kênh. Vì tổng số kênh N là cố định nên số nhóm tần số F nhỏ hơn sẽ dẫn đến nhiều kênh hơn ở một nhóm và ở một đài trạm. Vì vậy việc giảm số lượng các nhóm tần số sẽ cho phép mỗi đài trạm tăng lưu lượng nhờ vậy giảm tổng số các đài trạm cần thiết cho tải lưu lượng định trước. Tuy nhiên việc giảm số lượng các các nhóm tần số và giảm cự ly đồng kênh sẽ dẫn đến phân bố C/I trung bìng thấp hơn ở hệ thống. Có 3 mẫu sử dụng lại tần số được khuyến nghị cho hệ thống GSM là mẫu 3/9, 4/12 và mẫu 7/21. Trong đó mẫu 4/12 được ứng dụng tại Việt Nam 3.2.1. Mẫu 3/9 Là mẫu với 9 cell trong đó đặt 3 trạm gốc, mỗi trạm gốc quản lý 3 sector và tạo thành một cụm. Ví dụ : Giả sử tài nguyên vô tuyến có 40 kênh thì với mẫu này sữ có 9 nhóm tần số như bảng sau : NHóM TầN Số A1 B1 C1 A2 B2 C2 A3 B3 C3 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 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40  Mẫu 3/9 được dựa trên nhóm 3 cell theo lý thuyết tr số C/I > 9dB. Ngoài ra, tỷ số C/A cũng rất quan trọng. Với mẫu 3/9, tỷ số C/A = 0dB ở vị trí biên giữa hai cell. Mặt dù, tỷ số này lớn hơn - 9dB nhưng đây vẫn là một con số cao. Để hạn chế tác động của nhiễu, hệ thống GSM còn bổ xung một số công nghệ như : nhẩy tần, điều khiển công suất, phát gián đoạn. A1 A2 B3 C3 C1 A3 C2 B2 A1 A1 A2 B3 B2 B1 A3 C1 A2 A3 C1 C2 C3 B1 C2 C3 B2 B3 B3 B1 B2 Hình 20 : Mẫu sử dụng lại 3/9. 3.2.2. Mẫu 4 / 12 Là mẫu có thể sử dụng được chia thành 12 nhóm với 4 trạm gốc mỗi trạm có 3 cell. Giả sử có 40 kênh thì với mẫu này sẽ có 12 nhóm tần số như bảng ở dưới : Cấu trúc 4/12 có tỷ số C/I > 12dB, tỷ này vừa đủ với yêu cầu của GSM, nhưng thực tế người ta không yêu cầu sử dụng các kỹ thuật nhẩy tần, điều khiển công suất và truyền gián đoạn mặc dù chúng rất có ích. Mẫu 4/12 cho dung lượng thấp hơn mẫu 3/9, bởi vì số tần số sử dụng trong mỗi cell ít hơn do mỗi cell có số tần số chỉ bằng 1/12 thay cho 1/9 trong mẫu 3/9 và yếu tố sử dụng lại ít hơn ( nghĩa là khoảng cách sử dụng lại lớn hơn D = 6R ). Tuy nhiên, mẫu 4/12 vừa đủ cho một cấu hình GSM và thích hợp cho công nghệ chia cell sau này. NHóm tần số A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 A3 B3 C3 D3 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 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 D3 D2 B3 A3 B2 D1 A1 D3 A2 A3 A2 A1 D1 A1 D2 D3 A2 A3 C1 D2 D1 C2 C3 C3 C1 C2 B1 B2 B3 A3 A2 C3 C1 C2 C3 C1 C2 B1 B2 B3 C3 C1 C2 C3 C1 C2 B1 Hình 21 : Mẫu sử dụng lại 4/12 3.2.3. Mẫu 7/21 Bao gồm 7 trạm gốc cho một cụm sử dụng lại. Như vậy, sẽ có 21 cell trong cụm này. Tương tự giả sử tài nguyên vô tuyến có 40 kênh thì với mẫu 7/21 ta có bảng sau : NHóM TầN Số A1 B1 C1 D1 E1 F1 G1 A2 B2 C2 D2 KÊNH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 E2 F2 G2 A3 B3 C3 D3 E3 F3 G3 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 33 34 35 36 37 38 39 40 G3 G2 F3 F2 F1 G1 G3 B1 G1 F3 F1 D3 B3 G2 G3 C1 D2 D1 D1 D3 C2 C3 C3 C1 C2 E1 E2 E3 D3 D2 A3 A1 A2 E3 E1 E2 C1 C2 C3 D3 D1 D2 G3 G1 G2 A1 E2 G1 E3 B1 C3 C1 C2 D3 D1 D2 B1 B1 Một điều dễ thấy từ ba bảng phân bố trên ta thấy rằng số lượng cell trong cụm sử dụng lại càng tăng thì số lượng tần số cho mỗi cell càng giảm, có nghĩa là khả năng phục vụ càng giảm. Với mẫu 7/21, có dung lượng thấp hơn và khoảng cách sử dụng lại lớn hơn 7/21 : D = 7.9R. Mẫu này ít được sử dụng hơn. 3.3. Dung lượng phục vụ và tỷ số C/I : Với tổng số kênh mà tài nguyên hệ thống cho phép là M kênh, nếu chia đều cho N nhóm kênh thì ta sữ có số kênh trong một nhóm kênh hay một cell là M/N. Từ đây ta sẽ tính toán được dung lượng phục vụ ứng với cấp độ phục vụ GOS nhất định qua bảng erlang. Như nhận xét ở trên, số nhóm tần số càng nhỏ thì số lượmg kênh trên một nhóm càng lớn và số thuê bao có thể được phục vụ càng cao, nghĩa là phản ánh hiệu quả trung kế tốt hơn. Nhưng N nhỏ lại cho tỷ số C/I nhỏ nhiều đồng kênh tăng. Với N cho trước, thì dung lượng trên một cell sẽ là cố định. Như đã biết khu vực cell tỷ lệ thuận với bình phương bán kính cell, do vậy mật độ dung lượng trong một đơn vị diện tích là tỷ lệ nghịch với khu vực cell. Vậy nếu ta chia cell nhỏ có bán kính bằng 1/2 cell cũ thì với một N cho trước dung lượng sẽ tăng lên 4 lần. Tuy nhiên để tránh nhiễu đồng kênh người ta không thể luôn sử dụng cùng một số nhóm tần số cho các cell nhỏ đó vì điều này sẽ làm giảm đi ưu điểm của việc giảm kích cỡ cell là làm giảm chất lượng. 3.4. Sector hoá cell và sự phân chia cell : Rõ ràng, với những cell nhỏ hơn, khả năng sử dụng lại tăng và do đó dung lượng tăng. Tuy nhiên, điều này đồng nghĩa với việc sẽ cần nhiều vị trí đặt trạm hơn và sẽ tốn kém hơn khi xây dựng cơ sở hạ tầng. Theo lý thuyết, thiết kế mạng ban đầu thường là những cell có đặt anten vô hướng ở chính giữa cell để cung cấp sóng đều cho vùng xunh quanh. Khi mạng phát triển, dung lượng tăng lên chúng ta chỉ có thể đáp ứng bằng cách hoặc nâng tần số mang hoặc là sử dụng lại tần số nhiều hơn, nhưng đây không phải là một giải pháp thực tế. Một phương pháp khả thi thích hợp cho mạng thực tế với nhu cầu dung lượng khác nhau ở các vùng địa lý khác nhau là Sector hoá cell và phân chia cell ( Người ta có thể sử dụng mã hoá bán tốc Haft - rate voice codes để tăng dung lượng ). Sector hoá : là việc sử dụng các anten có hướng (sector antennas ) để phục vụ phủ sóng cho các phía khác nhau xung quanh trạm gốc. Thực hiện sector hoá có thể cải thiện đáng kể nhiễu đồng kênh và đặc biệt là nó có khả năng cung cấp dịch vụ một cách linh hoạt cho khu vực cell đó. Phân chia cell : là sử dụng cùng một trạm gốc cho các vùng khác nhau của cell cũ tạo thành các cell nhỏ hơn, điều này đặt ra phải có kế hoạch cho sử dụng tần số. Đây là một giải pháp khá phổ biến trong mạng hiện nay. Ban đầu, với cell lớn nhất có thể sẽ phủ sóng một vùng nhất định.Bước tiếp theo ta chia cell lớn ( site ) này thành 3 vùng hay còn gọi là các cell nhỏ hơn, sử dụng những site cũ cung cấp các cell góc (hay là các sector 1200) (Hay chia cell thành 6 sector có góc 600 ). Nếu cần ta có thể chia nhỏ nữa : ví dụ : chia 1 thành 4 , những site cũ vẫn được sử dụng cùng với các site mới theo yêu cầu Người ta có thể chia cell theo tỷ lệ 1 : 3 hay 1 : 4 Với một mẫu cell đồng nhất phục vụ cho một lưu lượng không đổi trong vùng phủ sóng. Nhưng trên thực tế mật độ thay đổi thường xuyên qua các vùng phục vụ khác nhau trong cả ngày. Do vậy, một mô hình cell với nhiều kích cỡ khác nhau thường được sử dụng ở nhiều phần khác nhau của hệ thống: Cell nhỏ sẽ đáp ứng mật độ lưu lượng cao ( thường ở vùng đô thị ). Các cell lớn hơn sẽ ứng với vùng có dung lượng nhỏ hơn. Vấn đề đặt ra khi phân chia cell ở đây là giải quyết nhiễu đồng kênh và nhiễu lân cận, đặc biệt là nhiễu đồng kênh. Mà trên một mạng cellular sẽ có vô số các cell to nhỏ khác nhau trong cùng một vùng. Như vậy, phải giải quyết được việc sử dụng lại tần số do khoảng cách sử dụng lại tần số sẽ khác nhau. Ví dụ : khi một cell nhỏ có bán kính bằng 1/2 bán kính cell lớn hơn ở kề cạnh thì khoảng cách sử dụng lại ở đây sẽ không còn áp dụng những vùng đệm mà tại đó những kênh giống nhau không sử dụng trong cả hai cell to nhỏ này để làm cell chuyển tiếp. Phần III cáC GIảI PHáP Mở RộNG MạNG 1 – Xu hướng phát triển mạng thông tin di động GSM : Sự phát triển của khoa học công nghệ trong một vài năm qua đã mang lại nhiều thành tựu to lớn cho ngành thông tin liên lạc và qua đó loại hình thông tin di động ngày càng trở nên không thể thiếu được đối với mọi sự sinh hoạt xã hội. Nhu cầu được sử dụng điện thoại di động tăng cả về số lượng lẫn phạm vi sử dụng. Điều này đặt ra cho các nhà khai thác những yêu cầu cần phải mở rộng mạng cả về chiều sâu. Cùng với sự phát triển của cơ sở hạ tầng ở trong nước, các nhà khai thác cần phải đưa ra các giải pháp nhằm một mặt đáp ứng đầy đủ các nhu cầu của khách hàng mặt khác phải tiến hành một cách có hiệu quả cho mạng hiện tại và cả cho tương lai. Hiện nay, cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật nhu cầu thông tin trên toàn cầu ngày càng đòi hỏi cao hơn, tiện lợi hơn. Điều này, đặt ra cho các nhà khai thác vấn đề cần thiết phải cải thiện mạng để đáp ứng mọi dịch vụ cho khách hàng mọi nơi mọi lúc. Trước tình hình đó, mạng GSM hiện tại đã bộc lộ những mặt hạn chế cho cả người dùng và nhà khai thác, đặc biệt trong lĩnh vực thực hiện dịch vụ dữ liệu. Về phía người sử dụng, để đảm bảo cho phổ của một kênh trong khoảng 200 KHz, khi sử dụng điều chế pha tối thiểu Gauss GSMK trong hệ thống GSM người ta phải giảm tốc độ truyền bit cho kênh tiếng xuống còn 13 Kbps và kênh dữ liệu là 9,6 Kbps. Như vậy, thông tin được cắt thành những khoảng 20 ms đối với thoại thì có thể chấp nhận được nhưng đối với truyền dữ liệu thì tốc độ này trở nên rất chậm, vì vậy mà độ dài của dạng dịch vụ bản tin ngắn SMS (Shoted Message Service) rất hạn chế. Thêm nữa, thời gian thiết lập một cuộc gọi dài 20 ms sẽ trở nên không thuận tiện nếu ta sử dụng MODEM cho mạng đa dịch vụ ISDN. Dịch vụ truyền dữ liệu GSM hiện nay còn phải đòi hỏi giá cước cao khi kết nối qua PSTN/ISDN, cước phí sử dụng mạng còn phải bị trả theo thời gian sử dụng chứ không phải theo dịch vụ sử dụng ... tất cả các điều này là hạn chế cho người sử dụng cũng như khách hàng. Về phía nhà khai thác, hiện nay công việc truyền số liệu gây cho công tác quản lý tài nguyên không mấy hiệu quả. Số lượng người sử dụng bị hạn chế bởi phạm vi phục vụ hẹp. Dịch vụ bản tin ngắn thì không phù hợp trong nhiều ứng dụng ... Tất cả những hạn chế của mạng hiện tại nên trong tương lai sẽ là không thể đáp ứng một thị trường quy mô lớn trong lĩnh vực thông tin. GSM Phase2+ ra đời với một loại các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao bằng cách sử dụng mã hoá kênh và ghép kênh, đồng thời cho phép tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên vô tuyến. Dịch vụ truyền gói qua vô tuyến GPRS ( General Packet Radio Service ) phần nào đã quyết định những vấn đề trên còn đem lại những tiện ích sau : Giải quyết được hạn chế về tốc độ dữ liệu, có khả năng truyền đưa những khối dữ liệu lớn và có tốc độ linh hoạt. Bằng cách mã hoá, tốc độ có thể lên tới 21,4 Kbps. Cấp phát động tài nguyên vô tuyến, nghĩa là chỉ cấp phát khi có yêu cầu. Như vậy có thể tăng được số người sử dụng cho mạng cao hơn. Truyền gói cho phép sử dụng chung tài nguyên kênh vật lý Tính cước phụ thuộc vào dung lượng. Cho phép tích hợp việc quản lý, khai thác và phục vụ với nhau. Thích hợp với loại máy di động cho thị trường ứng dụng rộng lớn. Hơn nữa, nó cho phép kế thừa lại các chức năng của mạng GSM hiện tại, tận dụng những cơ sở hạ tầng đã có. Như vậy : đem lại hiệu quả kinh tế tối ưu nhất. Trên đây là đôi nét về xu hướng cho phát triển thông tin di động GSM để hướng tới khả năng kết nối trực tiếp vào mạng Internet, dịch vụ cá nhân IP (Internet Protocol), và kết nối trực tiếp với các mạng Intracnet... đã tạo thành một mạng đa dịch vụ thống nhất. Đối vời nước ta việc sử dụng điện thoại di động chưa phải là phổ biến đấy là chưa nói đến những nhu cầu sử dụng một số các dịch vụ số liệu tốc độ cao khác. Nhưng với tiềm năng dồi dào của mình thì trong tương lai không xa mạng Việt Nam cũng sẽ phát triển song song cả về lượng và chất. Cụ thể hiện nay với dự án thực hiện mạng GPRS, UMTS trong năm 2002. Để tạo tiền đề cho sự phát triển sâu rộng cho ngành viễn thông, các nhà khai thác ở nước ta cần phải nâng cấp mạng hiện tại trước mắt là để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của dịch vụ thoại, sau là đề ra những giải pháp nhằm tăng dung lượng, cải thiện chất lượng cho từng vùng cụ thể. 2 – Phương án phát triển mạng GSM bằng cách áp dụng dịch vụ GPRS sau đó tiến lên EDGE. Nội dung của phương án này là tiếp tục phát triển mạng thông tin di động GSM bằng cách đưa dịch vụ GPRS vào ứng dụng để đưa tốc độ truyền dữ liệu lên 270 Kbps sau đó tiếp tục thay đổi kỹ thuật điều chế để nâng tốc độ truyến dữ liệu lên 384 Kbps đó là công nghệ EDEG. Mục đích phương án này là giải quyết vấn đề dịch vụ của điện thoại di động. Khi sử dụng dịch vụ GPRS và việc triển khai WAP vào mạng bước đầu sẽ nâng tốc độ truyền đến 64 Kbps nên có thể ứng dụng các dịch vụ truy cập Internet thương mại điện tử, truyền dữ liệu nhanh chóng vì mạng di động đã kết nối được với mạng chuyển mạch gói PDN (Packet Data Network) sauđó khi đạt đến tốc độ 270 Kbps thì các ứng dụng mạng ISDN, dịch vụ đa phương tiện cũng từng bước được triển khai. Ưu điểm : Giải pháp trên có ưu điểm là dựa trên nền tảng mạng GSM nên tận dụng được thiết bị. Mạng điện thoại di động của chúng ta hiện nay là hai mạng VinaFone và MobileFone đều sử dụng công nghệ GSM do đó sẽ tận dụng thiết bị và không gây ra “sốc” cho người sử dụng. Mặt khác giải pháp này cũng có ưu điểm là có thể từng bước thăm dò thị trường dịch vụ để chọn thời điểm đầu tư nâng cấp thích hợp. Khi đưa giải pháp EDGE không thay đổi nhiều về phần cứng nên tiết kiệm đầu tư. Nhược điểm : Dịch vụ GPRS tuy đã được đưa vào áp dụng trên thế giới nhưng giá thành của đầu tư còn khá cao. Hơn nữa nếu dịch vụ GPRS có lưu lượng cao thì dung lượng mạng lưới GSM cần phải mở rộng nhất là phần vô tuyến vì mỗi cuội truyền dữ liệu sẽ chiếm đến 8 khe thời gian, gấp 8 lần dung lượng của thoại mà nhược điểm của mạng GSM là khi phát triển mạng vô tuyến dung lượng lên cao sẽ bị ảnh hưởng chất lượng mạng lưới do việc giới hạn bán kính vùng phủ sóng để tránh nhiễu. Vấn đề áp dụng công nghệ EDGE cũng chỉ hoàn thành trên lý thuyết, vấn đề đưa vào ứng dụng còn gặp nhiều khó khăn nhất là mặt vô tuyến khi thay đổi kỹ thuật điều chế. Mặt hạn chế khác của phương án trên xét về lâu dài là nền tảng công nghệ vẫn dựa trên chuyển mạch – mạch và chuyển mạch gói nên sẽ khó khăn khi ứng dụng những dịch vụ đòi hỏi sự chuyển mạch hệ thống mềm dẻo hơn và linh đông hơn. 3 – Phương án : Tiến thẳng từ GSM lên CDMA băng rộng. Nội dung của phương án này là đầu tư hẳn công nghệ CDMA băng rộng thế hệ 3 tồn tại song song với mạng GSM có sẵn. Mạng GSM có thể áp dụng dịch vụ GPRS trước khi tiến thẳng lên CDMA băng rộng hoặc không cần áp dụng GPRS. Như vậy lúc đó thuê bao nào chỉ sử dụng thoại bình thường thì sử dụng công nghệ GSM. Thuê bao có nhu cầu dịch vụ cao thì sử dụng công nghệ WCDMA. Do chuẩn của WCDMA bao trùm lên chuẩn của GSM nên thuê bao CDMA có thể Roaming được với mạng GSM và khách hàng khi về vùng sâu vùng xa có thể sử dụng thoại của vùng GSM rộng khắp. Ưu điểm : Sử dụng công nghệ tiên tiến, giải quyết triệt để các vấn đề dung lượng, vùng phủ sóng, dịch vụ và chất lượng mạng mới. Nhược điểm : Chi phí đầu tư rất cao, công nghệ mạng lưới còn đang thử nghiệm đang trong giai đoạn hoàn chỉnh để đưa vào thương mại hoá, do đó cần được đầu tư nghiên cứu cẩn thận. Ngoài ra phương án chính trên còn có những giải pháp như kết hợp GSM với CDMA băng hẹp. Giải pháp này là ghép mạng vô tuyến CDMA-IS95 vào mạng gốc GSM cụ thể là thay đổi giao thức để BTS và BSC của CDMA có thể kết nối và hoạt động với MSC GSM. Tuy nhiên giải pháp này chỉ có tính nghiên cứu sự tương tác của giao thức vô tuyến của hai chuẩn CDMA và GSM chứ không có lợi cho mặt phát triển dịch vụ cũng như giải quyết vấn đề dịch vụ, chất lượng mạng nên không nêu ra như là một giải pháp khả thi áp dụng cho mạng di động Việt Nam. Kết luận Sau một thời gian nghiên cứu em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu mạng thông tin di động GSM”. Đồ án gồm ba phần : Phần 1 : Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM. Phần này khái quát về lịch sử quá trình hệ thống thông tin di động GSM, cấu trúc của hệ thống và một số vấn đề kỹ thuật trong thông tin di động như : truyền sóng, truy cập, các giao tiếp vô tuyến và các trường hợp thông tin. Phần 2 : Quy hoạch cell cho hệ thống GSM Phần này trình bày về các thuật ngữ chung như ô đài trạm, các tổ chức các ô và tần số trong một cụm và sử dụng lại tần số. Phần 3 : Các giải pháp mở rộng mạng. Phần này giới thiệu về hiện trạng mạng thông tin di động hiện nay và các phương án mở rộng mạng. Đồ án mới chỉ ở mức tổng quan nên không tránh được những thiếu sót rất mong sự chỉ bảo của các thầy cô và các đồng nghiệp để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Phạm Văn Tuân và các thầy cô giáo trong khoa điện tử viễn thông Trường Đại Học Bách Khoa đã giúp em tích luỹ kiến thức để hoàn thành đồ án này. Bảng tra cứu các từ viết tắt A Interface between an MSC and a BSC. Giao diện giữa MSC và BSC AB Access Burst Cụm thâm nhập AGCH Access Grant Channel Kênh cho phép thâm nhập AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên tiến ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền cận đồng bộ AUC Authentication Center Trung tâm nhận thực BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá Bm Full Rate TCH TCH toàn tốc BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc BSSAP+ Base Station System Application Part Phần ứng dụng hệ thống trạm gốc BSSGP Base Station System GPRS Protocol Giao thức GPRS hệ thống trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc CBCH Cell Broadcasing Channel Kênh quảng bá tế bào CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung CCSN7 Common Channel Signalling N7 Báo hiệu kênh chung số 7 CCU Channel Codec Unit Khối mã hoá kênh CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CF Call Forwarding Chuyển cuộc gọi CGI Cell Global Identification Nhận dạng toàn cầu tế bào CS Circuit Switched Chuyển mạch kênh CSPDN Circuit Switched Packet Data Network Mạng số liệu gói chuyển mạch kênh DB Dummy Burst Cụm giả DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng DCE Data Circuit-terminating Equipment Thiết bị kết cuối – kênh số liệu DTE Data Terminal Equipment Thiết bị kết cuối số liệu EIR Equipment Identity Register Thanh ghi nhận dạng thiết bị ETSI Eutopean Telecommunication Standardisation Institute Viện chuẩn hoá viễn thông Châu Âu FACCH Fast Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết nhanh FAP Fixed Access Point Điểm truy nhập cố định FB Frequency Correction Burst Cụm hiệu chỉnh tần số FCCH Frequency Correction Channel Kênh hiệu chỉnh tần số FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số G-CDR Gateway GPRS Support Node – Call Detail Record Bản ghi chi tiết cuộc gọi – GGSN Gf Interface between an SGSN and an EIR. Giao diện giữa SGSN và EIR GMM/SM GPRS Mobility Management and Session Management Quản lý di động và quản lý phiên GPRS GMSC Gateway MSC MSC cổng GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung GSM Group Special Mobile/Global System for Mobile Communication Hệ thống toàn cầu cho thông tin di động HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức bản tin điều khiển Internet IMEI International Mobile Equipment Identity Nhận dạng thiết bị di động quốc tế IMSI International Mobile Station Identity Nhận dạng trạm di động quốc tế IP Internet Protocol Giao thức Internet ISDN Integrated Servises Digital Network Mạng số đa dịch vụ ISUP ISDN User Part Phần người sử dụng ISDN ITU International Telecommunications Union Uỷ ban viễn thông quốc tế LA Location Area Vùng định vị LAC Location Area Code Mã vùng định vị LAI Location Area Identity Nhận dạng vùng định vị LCP Link Control Protocol Giao thức điều khiển liên kết LLC Logical Link Control Giao thức liên kết logic MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập trung bình MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động ME Mobile Equipment Thiết bị di động MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile Service Siwtching Center Trung tâm chuển mạch nghiệp vụ di động MSIN Mobile Station Identity Number Số nhận dạng trạm di động MSISDN Mobile Station ISDN Number Số ISDN trạm di động NB Normal Burst Cụm bình thường NCP Network Control Protocol Giao thức điều khiển mạng NE Network Element Thành phần mạng NS Network Service Dịch vụ mạng NSS Network and Switching Subsystem Phân hệ chuyển mạch và mạng OMC Operation and Maintenance Center Trung tâm khai thác bảo dưỡng OMS Operation and Maintenance Subsystem Phân hệ khai thác bảo dưỡng OSF Operations System Function Chức năng phân hệ khai thác PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PSPDN Packet Switched Public Data Network Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RACH Random Access Channel Kênh thâm nhập ngẫu nhiên RNC Radio Network Control Điều khiển mạng vô tuyến SACCH Slow Associated Cotrol Channel Kênh điều khiển liên kết chậm SAP Service access point Điểm truy nhập dịch vụ SB Synchronization Burst Cụm đồng bộ SCCP Signalling Connection Control Part Phần điều khiển đấu nối báo hiệu SCH Synchronization Channel Kênh đồng bộ SDCCH Stand alone Dedicated Control Channel Kênh dành riêng SIM Subscriber Identity Module Module nhận dạng thuê bao SM Short Message Bản tin ngắn SNMP Simple Network Management Protocol Giao thức quản lý mạng đơn SS7 Signalling System No. 7 Hệ thống báo hiệu số 7 SSP Service Switching Point Điểm chuyển mạch dịch vụ TCH Trafic Channel Kênh lưu lượng TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển sự truyền TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối TLLI Temporate Logical Link Identity Nhận dạng liên kết logic tạm thời TMSI Temporary Mobile Station Identity Nhận dạng trạm di động tạm thời TRAU Transcoder and Rate Adaptor Unit Khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ VLR Visiting Locaton Register Thanh ghi định vị tạm trú Tài liệu tham khảo Thông tin di động ( bài giảng ) TS. Phạm Công Hùng - Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2001. Thông tin di động GSM ( giáo trình ) TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng – Học viện Công nghệ Bưu Chính Viễn Thông, 1997. Thông tin di động – TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng – Học viện công nghệ bưu chính viễn thông, 2000. Tiêu chuẩn ngành 47 –2000, Tổng cục bưu điện, số 12/2000. Tạp chí “Bưu chính viễn thông “, Tổng cục bưu điện , số 5/2001. Third Generation Mobile Comunication System, Artech House, – Dr. Ramjee Prasad and ather – 2000. The Quanlity of voice telephony service and related consumer protection issues, Sagatel, January 2000. Các hệ thống thông tin di động vô tuyến GSM 900 và DSC 1800 – Người dịch GS. Phạm Văn Tuân – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội – 6 – 1996. Thông tin di động số. – Vũ Đức Thọ Một số địa chỉ Web site trên Internet – www.sfr, www.mobilenet.com. Mục Lục Lời nói đầu Trang Phần 1 : tổng quan hệ thống thông tin di động GSM chương 1: Giới thiệu mạng thông tin di động GSM Lịch sử quá trình phát triển ngành thông tin di động GSM 01 Các đặc tính của mạng thông tin di động GSM 02 1.3. Các dịch vụ của mạng thông tin di động GSM 03 1.3.1. Các dịch vụ thoại. 03 1.3.2. Các dịch vụ số liệu. 03 1.4. Sử dụng tần số. Chương 2 : Cấu trúc và các thành phần của mạng thông tin di động GSM 2.1. Cấu trúc mạng thông tin di động GSM 06 2.2. Các thành phần của mạng thông tin di động GSM 07 2.2.1. Trạm di động MS ( Mobile Station ). 07 2.2.2. Phân hệ vô tuyến BSS. 08 A. Thiết bị điều khiển trạm gốc BSC. 09 B. Trạm thu phát gốc BTS. 10 2.2. 3. Phân hệ chuyển mạch NSS. 13 2.2.4. Trung tâm vận hành và bảo dưỡng OMC. 14 2.3. Cấu trúc địa lý của mạng thông tin di động GSM 2.3.1. Vùng mạng. 16 2.3.2. Vùng phục vụ MSC/VLR. 16 2.3.3. Vùng định vị ( LA ). 16 2.3.4. Ô ( Cell ) Chương 3 : Kỹ thuật vô tuyến số GSM 17 3.1. Suy hao đường truyền. 18 3.2. Phân tán thời gian và giao thoa giữa các tín hiệu 19 3.3. Fading đồng kênh. 20 3.4. Các phương pháp phòng ngừa suy hao đường truyền và fadinh. 21 3.4.1. Phân tập anten. 3.4.2. Nhảy tần 3.4.3. Mã hoá kênh. 3.4.4. Ghép xen. 24 3.4.5. Đồng bộ thời gian. 25 Chương 4 : Các trường hợp thông tin 26 4.1. Các trạng thái của máy di động ( MS ). 26 4.2. Thủ tục nhập mạng - đăng ký lần đầu. 26 4.3. Lưu động ( Roaming ) và cập nhật vị trí. 27 4.4. Thủ tục rời mạng. 28 4.5. Các trường hợp cuộc gọi. 28 4.5.1. Cuộc gọi được phát đi từ thuê bao di động. 28 4.5.2. Cuộc gọi tới thuê bao di động. 29 4.6. Các trường hợp chuyển giao. 30 4.6.1. Chuyển giao trong cùng một BSC. 30 4.6.2. Chuyển giao giữa các BSC cùng một MSC/VLR. 30 4.6.3. Chuyển giao giữa hai vùng phục vụ MSC/VLR. 31 Chương 5 : Giao tiếp vô tuyến 5.1. Khái niệm kênh. 34 5.2. Các kênh logic. 34 5.3. Các khái niệm cụm thông tin. 36 5.4. Sắp xếp các kênh logic ở kênh vật lý 38 Phần 2 : QUY hoạch cell cho hệ thống GSM Sóng điện từ. 41 Nguyên tắc truyền sóng. 42 Truyền sóng trong không gian tự do. 42 Suy hao trong không gian tự do. 43 Truyền sóng nhiều tia 44 Sử dụng lại tần số và quy hoạch tần số. 46 Các thông số đánh giá. 46 Sử dụng lại tần số. 48 Mẫu 3/9. 52 Mẫu 4/12. 54 Mẫu 7/21. 55 Dung lượng phục vụ và tỷ số C/I. 56 3.4. sertor hóa và phân chia cell 57 Phần 3 các giải pháp mở rộng mạng Xu thế phát triển thông tin di động GSM. 59 Phương án mạng GSM bằng cách áp dụng dịch vụ GPRS sau đó tiến lên EDGE. 61 Phương án tiến thẳng từ GSM lên CDMA băng rộng. 62 Kết luận. 64 Các từ viết tắt. 65 Tài liệu tham khảo. 67