Tìm hiểu về hệ thống thông tin di động, vô tuyến, phân hệ RSS và tính toán quy hoạch lại mạng Hà Nội

nh phương thức thông tin vạn năng. ở Châu âu tồn tại một số hệ thống tổ ong tương tự lớn như NMT (Nordic Mobiletelephone - Điện thoại di động Bắc âu) ở các nước Bắc âu và TACS (Total Access Communication System - Hệ thống thông tin thâm nhập toàn bộ) ở Anh. Các nước Tây âu cũng cung cấp các dịch vụ tổ ong chất lượng, dung lượng và vùng phủ sóng rất đa dạng. Tuy nhiên các hệ thống này không tương thích với nhau cho nên mạng thông tin di động chỉ bó hẹp từng quốc gia. Từ tình trạng này cần phải có một hệ thống chung để sử dụng điện thoại di động rộng rãi trên toàn châu âu. vào tháng 9/1987 trong hội nghị châu âu về Bưu chính viễn thông, 17 quốc gia đang sử dụng điện thoại di động số đã ký một biên bản ghi nhớ làm nền tảng cho một mạng thông tin di động số thống nhất toàn Châu Âu. Dịch vụ thông tin di động GSM (Group Special Mobile or Global System for Mobile Communication - Nhóm đặc trách di động hay Hệ thống thông tin di động toàn cầu) với tiêu chuẩn viễn thông tổ ong số toàn Châu âu sẽ giải quyết sự hạn chế, dung lượng sẽ tăng từ 2 á 3 lần nhờ việc sử dụng lại tần số và kỹ thuật chia ô nhỏ. Do vậy, số thuê bao được phục vụ tăng. GSM là tiêu chuẩn điện thoại số toàn Châu âu do ETSI (European Telecommunication Standar Institute - Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu âu) quy định và là một tiêu chuẩn chung. Nghĩa là các thuê bao di động có thể sử dụng các máy di động của họ trên toàn Châu âu. Ngoài tính lưu động quốc tế, tiêu chuẩn GSM còn cung cấp một số tính năng như thông tin số liệu tốc độ cao, faxcimile và dịch vụ thông báo ngắn. Các máy điện thoại sẽ nhỏ hơn và tiêu thụ ít công suất hơn các thế hệ trước của chúng. 1.1.2.Các đặc tính cơ bản của hệ thống thông tin di động GSM. Từ các khuyến nghị của GSM, ta có thể tổng hợp nên các đặc tính chủ yếu của mạng thông tin di động số mặt đất theo tiêu chuẩn của GSM như sau: - Số lượng các dịch vụ lớn, tiện ích cho thuê bao cả trong thông tin thoại và truyền số liệu. - sự tương thích của các dịch vụ trong GSM với các dịch vụ của mạng sẵn có(PSTN,ISDN) bởi các giao diện theo tiêu chuẩn chung. - Một hệ thống GSM quốc gia có thể cho truy nhập mạng và quản lý mọi máy thuê bao di động tiêu chuẩn GSM. - Tự động định vị và cập nhật vị trí cho mọi thuê bao di động - Độ linh hoạt cao nhờ sử dụng các loại máy đầu cuối thông tin di động khác nhau. - Sử dụng băng tần ở 900 MHz và 1800 MHz với hiệu quả cao nhờ kết hợp giữa hai phương pháp TDMA và FDMA. - Giải quyết sự hạn chế dung lượng, thực chất dung lượng tăng hai đến ba lần nhờ sử dụng lại tần số tốt hơn và kỹ thuật ô nhỏ, do vậy số thuê bao được phục vụ sẽ tăng lên. 1.1.3. Các dịch vụ được tiêu chuẩn hoá của GSM. 1.1.3.1. Dịch vụ thoại. Là dịch vụ quan trọng nhất của GSM. Nó cho phép các cuộc gọi song công diễn ra giữa người sử dụng GSM với thuê bao bất kỳ ở một mạng điện thoại nói chung nào. Dịch vụ cuộc gọi khẩn là một loại dịch vụ khác bắt nguồn từ dịch vụ thoại. Nó cho phép người dùng có thể liên lạc với các dịch vụ khẩn cấp như cảnh sát hay cứu hoả mà có thể có hay không có thẻ SIM trong máy di động. Một dịch vụ khác nữa là hộp thư thoại VMS cho phép các bản tin thoại có thể được lưu trữ rồi lấy ra ở thời điểm bất kỳ. 1.1.3.2. Dịch vụ số liệu. GSM được thiết kế để đưa ra rất nhiều các dịch vụ số liệu. Các dịch vụ số liệu được phân biệt với nhau bởi người sử dụng phương tiện (người sử dụng của mạng điện thoại PSTN, ISDN hoặc các mạng đặc biệt…), bởi bản chất của các luồng thông tin đầu cuối (dữ liệu thô, fax, videotex, teletex…), bởi các phương tiện truyền dẫn (gói hay mạch, đồng bộ hay không đồng bộ…) và bởi bản chất của thiết bị đầu cuối. Các dịch vụ này chưa thực sự thích hợp với môi trường di động. Một trong các vấn đề là do yêu cầu thiết bị đầu cuối khá cồng kềnh, chỉ phù hợp với mục đích bán cố định hoặc thiết bị đặt trên ô tô. 1.1.3.3. Dịch vụ bản tin ngắn. Dịch vụ bản tin ngắn khá phù hợp với môi trường di động. Các bản tin ngắn độ vài octet có thể được tiếp nhận bằng một thiết bị đầu cuối rất nhỏ. Có 2 loại dịch vụ bản tin ngắn: Dịch vụ bản tin ngắn truyền điểm - điểm (giữa 2 thuê bao) Dịch vụ bản tin ngắn kết cuối di động , điểm - điểm (SMS – MT/PP) cho phép người sử dụng GSM nhận các bản tin ngắn. Dịch vụ bản tin ngắn khởi đầu từ Mobile , điểm - điểm (SMS – MO/PP) cho phép người sử dụng GSM gửi bản tin đến người sử dụng GSM khác. Dịch vụ bản tin ngắn phát quảng bá: Cho phép các bản tin ngắn gửi đến tất cả các máy di động trong một vùng địa lý nhất định. 1.1.3.4. Các dịch vụ phụ. Các dịch vụ phụ làm phong phú thêm các dịch vụ cơ bản, chủ yếu cho phép người sử dụng lựa chọn cuộc gọi đến và đi sẽ được mạng xử lý như thế nào hoặc cung cấp cho người sử dụng các thông tin cho phép sử dụng dịch vụ một cách hiệu quả hơn. Các dịch vụ phụ thường là: Chặn hướng cuộc gọi. Giữ cuộc gọi Chuyển cuộc gọi Hiển thị số máy chủ gọi Cấm hiển thị số máy chủ gọi Đợi cuộc gọi Tính cước cho thuê bao Hội nghị Nhóm thuê bao Chuyển vùng quốc tế Chuyển vùng quốc gia. 1.2. Cấu trúc mạng GSM. Theo khuyến nghị của GSM cấu trúc chung của một mạng thông tin di động số GSM có dạng như sau: SS AUC HLR MSC/VLR EIR PSPDN CSPDNN PSTN ISDN PLMN OMC BSS BTS BSC MS Hình 1: Mô hình hệ thống GSM 1.2.1. Các thành phần của mạng di động GSM. 1.2.1.1. Trạm di động MS. Trạm di động là một máy đầu cuối di động hay Mobile Phone. Về hình thức máy có thể có nhiều dạng khác nhau: máy cầm tay, máy xách tay hay máy đặt trên ô tô. Trạm di động không lệ thuộc chặt chẽ vào một người sử dụng mà sự phụ thuộc này thông qua một thẻ vi mạch cá nhân SIM (Subcraiber Identity Modul) được gắn trên máy di động. Sự nhận thực được kiểm tra bởi mạng, xét xem liệu thuê bao có hợp pháp khi sử dụng các dịch vụ của mạng không sau đó nó mới được thâm nhập vào hệ thống. Một mã nhận dạng cá nhân được dùng kèm theo SIM - PIN (Personal Identity Number) để chống sự sử dụng trái phép của thẻ SIM. Trạm di động có một số nhận dạng riêng là số nhận dạng thiết bị di động quốc tế IMEI (International Mobile Equipment Identity), IMEI bao gồm mã công nhận kiểu TAC (Type Appraval Code) theo tiêu chuẩn GSM và số thứ tự sản phẩm do nhà sản xuất đặt. Khi nhận thực mạng sẽ thăm dò IMEI, so sánh với IMEI ghi trong cơ sở dữ liệu mạng từ khi đăng ký thuê bao và sẽ không chấp nhận thuê bao nếu so sánh này không tương ứng (trường hợp máy bị mất cắp) Trạm di động MS liên lạc với mạng GSM thông qua giao tiếp vô tuyến (Um- Interface). Quá trình mã hoá và giải mã tiếng được thực hiện ngay tại trạm di động tức là quá trình truyền dẫn giữa mạng và trạm di động là truyền dẫn số. ý nghĩa lớn nhất của vấn đề này là đảm bảo chất lượng truyền dẫn cao ngay cả khi đường vô tuyến không được tốt nhờ sử dụng các loại mã chống lỗi và bảo mật đường truyền. Ngoài ra ở trạm di động còn có các kỹ thuật để tiết kiệm công suất như chế độ nghỉ (Sleep Mode) và truyền dẫn không liên tục (Discantinuous Transmittion) cho phép kéo dài thời gian sử dụng pin- acquy ( nguồn cung cấp ) của trạm di động. 1.2.1.2. Phân hệ trạm gốc BSS. Có thể nói BSS là một hệ thống các thiết bị đặc thù cho các tính chất tổ ong vô tuyến của GSM. Đây là phân hệ duy nhất giao diện trực tiếp với các trạm di động MS thông qua giao diện vô tuyến. BSS thực hiện nhiệm vụ giám sát các đường ghép nối vô tuyến, quản lý thông tin vô tuyến với các máy di động. Liên kết kênh vô tuyến với máy phát và quản lý cấu hình các kênh này, cụ thể là: - Điều khiển sự thay đổi tần số vô tuyến của đường ghép nối (Frequency Hopping) và sự thay đổi công suất phát vô tuyến. - Thực hiện việc mã hoá kênh, tín hiệu thoại số và phối hợp tốc độ truyền thông tin. - Quản lý quá trình Handover. - Thực hiện bảo mật kênh vô tuyến. Phân hệ BSS gồm 2 phần: Bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller) và nhiều trạm thu phát gốc BTS (Base Tranceiver Station). Nếu khoảng cách giữa BSC và BTS nhỏ hơn 10m các kênh thông tin có thể nối trực tiếp (chế độ Combine), nếu khoảng cách này lớn hơn phải sử dụng thiết bị giao diện BIE qua một giao diện Abis (chế độ Remote) 1.2.1.2.1. Điều khiển trạm gốc BSC. BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa của BTS và MS. Các kênh 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 nối với MSC của SS. Trong thực tế BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể. Vai trò của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao. Một BSC trung bình có thể quản lý tới vài chục BTS phụ thuộc vào lưu lượng cuả các BTS này. Giao diện giữa BSC và MSC gọi là giao diện A, còn giao diện giữa BSC với BTS được gọi là giao diện Abis. 1.2.1.2.2. Trạm thu phát cơ sở BTS. Một BTS bao gồm các thiết bị thu phát 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 bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (Transcoder/Adapte Rate Unit - Khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ).TRAU là thiết bị chuyển đổi tốc độ 64kb/s thành 16kb/s và ngược lại, quá trình mã hóa và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, ở đây cùng thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu. TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể đặt nó xa BTS và trong nhiều trường hợp nó được đặt giữa BSC và BTS. 1.2.1.3. Phân hệ chuyển mạch SS. Phân hệ chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao. Chức năng chính của hệ thống chuyển mạch là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM và các mạng khác. 1.2.1.3.1. Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động MSC. MSC là hạt nhân của mạng di động PLMN. Nó làm nhiệm vụ định tuyến và kết nối các phần tử của mạng, thuê bao di động với nhau hay với thuê bao của mạng PSTN và ISDN. MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài gọi là MSC cổng (GMSC). Việc đảm bảo giao tiếp với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho người sử dụng mạng GSM đòi hỏi cổng thích ứng (các chức năng tương tác IWF- interworking Funtion). SS cũng cần giao tiếp 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 GSM. Chẳng hạn SS có thể sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCS No7), mạng này đảm bảo hoạt động tương tác giữa các phần tử của SS trong một hay nhiều mạng GSM. MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC. Một tổng đài MSC thích hợp cho một vùng đô thị và ngoại ô có dân cư vào khoảng một triệu (với mật độ thuê bao trung bình ). 1.2.1.3.2. Bộ ghi định vị thường trú HLR. Là cơ sở dữ liệu trung tâm quan trọng nhất của hệ thống GSM. ở đó nó lưu trữ các dữ liệu về thuê bao đăng ký trong mạng của nó và thực hiện một số chức năng riêng của mạng thông tin di động. Thường HLR là một máy tính riêng không có khả năng chuyển mạch nhưng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao. Trong cơ sở dữ liệu mà HLR lưu trữ bao gồm: những dữ liệu về trạng thái thuê bao, quyền thâm nhập của thuê bao, các dịch vụ mà thuê bao đăng ký, số lưu động về vùng mà ở đó đang chứa thuê bao của nó (Roaming). Trong HLR còn thực hiện việc tạo báo hiệu số 7 trên giao diện với MSC. 1.2.1.3.3. Bộ ghi định vị tạm trú VLR. VLR được kết hợp trong phần cứng của MSC. Trong VLR chứa các thông tin về tất cả các thuê bao di động đang nằm trong vùng phủ sóng của MSC này gán cho các thuê bao từ vùng phục vụ MSC/VLR khác với một số thuê bao tạm thời. VLR còn thực hiện trao đổi thông tin về thuê bao Roaming giữa HLR nơi thuê bao đăng ký. Chỉ có thế MSC mới có thể thiết lập được đường ghép nối vô tuyến với MSC trong các trường hợp thông tin. 1.2.1.3.4. Trung tâm nhận thực AUC. Trong hệ thống GSM có nhiều biện pháp an toàn khác nhau được dùng để tránh sự sử dụng trái phép, cho phép bám và ghi cuộc gọi. Đường vô tuyến cũng được AUC cung cấp mã bảo mật chống sự nghe trộm, mã này được thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao. Cơ sở dữ liệu của AUC còn ghi nhiều thông tin cần thiết về thuê bao và phải được bảo vệ chống mọi thâm nhập trái phép. 1.2.1.3.5. Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR. Bảo vệ mạng PLMN khỏi sự thâm nhập của những thuê bao trái phép bằng cách so sánh số IMEI của thuê bao này gửi tới khi thiết lập thông tin với số IMEI ( International Mobile Equipment Identity - Nhận dạng thiết bị trạm di động quốc tế ) lưu trữ trong EIR, nếu không tương ứng thuê bao sẽ không thể truy nhập được. 1.2.1.4. Hệ thống khai thác và bảo dưỡng OMS. Được nối tới tất cả các phần tử của mạng nhằm giám sát điều hành, bảo dưỡng mạng và quản lý thuê bao một cách tập trung. Các chức năng chính của OSS (Operation and Support System). Quản lý mạng tổ ong: ở PLMN lớn cần xử lý nhiều số liệu mạng các thủ tục chi tiết và công cụ quản lý phụ thuộc vào cơ quan chịu trách nhiệm về mạng. Số liệu tổng đài và số liệu hệ thống điện thoại di động: Cơ sở dữ liệu này chứa một bức tranh về các số liệu được nạp vào các MSC & BSC có các chức năng để kiểm tra nội dung của của sở dữ liệu về dữ liệu mạng đang lưu giữ ở MSC và BSC. Có thể thực hiện để kiểm tra tại chỗ trước khi đưa nó vào hoạt động. Số liệu ô: Cơ sở dữ liệu này cũng có một định nghĩa bao gồm tất cả các ô ở PLMN. có một số chức năng hỗ trợ để kiểm tra sự phù hợp và nội dung logic của thanh ghi này. Cũng có công cụ đồ thị để trình bày hình ảnh đồ thị của mạng các cơ sở dữ liệu này. Quản lý đăng ký các thuê bao: một số các thanh ghi định hướng theo các thuê bao được trình bày . Nội dung của các thanh ghi này một phần phụ thuộc vào các yêu cầu về mạng (các số của thuê bao, các thể loại, các thông số…). Cũng có thể bổ xung thêm thông tin cần cho quản lý (tên địa chỉ, tính cước ). Quản lý chất lượng: có một chức năng đo đạc ở GSM, nội dung đo đạc sơ cấp này được thực hiện ở phần tử mạng chịu trách nhiệm về đối tượng đó, chẳng hạn các số liệu định hướng theo cuộc gọi được thực hiện ở MSC. Sau đó, số lượng đo sơ cấp được gửi đến OSS và được lưu trữ ở đây trước khi trình bày hay xử lý bổ xung. Hầu hết các phép đo ở mạng chuyển mạch được thực hiện ở MSC. chúng là phép đo lưu lượng với các số liệu khác nhau. Đo lưu lượng các tuyến . Đo lưu lượng cho các loại lưu lượng . Đo đạc về độ phân tán lưu lượng . Đối tượng chính để đo đạc ở mạng vô tuyến chính là ô. Các chức năng đo đạc cho tất cả các mặt thể hiện ở ô là rất quan trọng, số liệu đo được sử dụng điều chỉnh các thông số của mạng để nhận được sự sử dụng tiềm năng duy nhất . Ngoài hệ thống khai thác và hỗ trợ OSS, mạng GSM còn có trung tâm vận hành và bảo dưỡng OMC mà qua đó các phần tử mạng đều được điều khiển qua trung tâm này. Có 2 thiết bị OMC: OMC - S : Trung tâm vận hành và bảo dưỡng cho các thiết bị chuyển mạch bao gồm MSC và VLR…Trong đó OMS - S còn thực hiện việc ghi các số liệu cước của thuê bao. OMC - BSS: Trung tâm vận hành và bảo dưõng phân hệ BSS vô tuyến. 1.2.2. Hệ thống tổ ong GSM. 1.2.2.1. Cấu trúc địa lý của mạng GSM. Mọi mạng điện thoại cần có một cấu trúc nhất định để định tuyến cuộc gọi vào đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi. ở một mạng di động cấu trúc này rất quan trọng do tính lưu thông của các thuê bao trong mạng. 1.2.2.1.1. Đường truyền mạng GMSC. Tổng đài vô tuyến cổng GMSC - Các đường truyền giữa mạng GSM/PLMN và mạng PSTN/ISDN khác hay các mạng PLMN khác sẽ ở mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế. Tất cả các cuộc gọi vào cho mạng GSM/PLMN sẽ được định tuyến đến một hay nhiều tổng đài được gọi là tổng đài vô tuyến cổng GMSC. GMSC làm việc như một tổng đài trung kế vào cho GSM/PLMN. Đây là nơi thực hiện chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi cho các cuộc gọi kết cuối di động. Nó cho phép hệ thống định tuyến các cuộc gọi đến nơi nhận cuối cùng của chúng - Các trạm di động bị gọi. 1.2.2.1.2. Vùng phục vụ MSC/VLR. Vùng MSC là một bộ phận của mạng được một MSC quản lý. Để định tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động, đường truyền qua mạng sẽ nối đến MSC ở vùng phục vụ MSC nơi thuê bao đang ở. Vùng phục vụ là một bộ phận của mạng được định nghĩa như một vùng mà ở đó có thể đạt đến một trạm di động nhờ việc trạm MS này được ghi lại ở một bộ ghi định vị thường trú (VLR). 1.2.2.1.3. Vùng định vị LA. Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị LA (Location Area). Vùng định vị là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR mà ở đó một trạm di động có thể chuyển động tự do mà không cần cập nhật thông tin về vị trí cho tổng đài MSC/VLR điều khiển vùng định vị này. Vùng định vị này là vùng mà ở đó một thông báo tìm gọi sẽ được phát quảng bá để tìm thuê bao di động bị gọi. Vùng định vị có thể có một số ô và thuộc một hay nhiều BSC nhưng nó chỉ thuộc một MSC/VLR. Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử dụng nhận dạng vùng định vị LAI (Location area Identity). 1.2.2.1.4. ô - Cell. Vùng định vị được chia thành một số ô. ô là một vùng bao phủ vô tuyến được mạng nhận dạng bằng số nhận dạng ô toàn cầu CGI (Cell Global Identity). Trạm di động tự nhận dạng một ô bằng cách sử dụng mã nhận dạng trạm gốc BSIC (Base Station Identity Code). Mỗi ô vô tuyến có bán kính từ 350 m đến 35 km phụ thuộc vào cấu tạo địa hình và lưu lượng thông tin ở mỗi ô. 1.2.2.2. Hệ thống các vùng phủ sóng của GSM/PLMN. Vùng phục vụ GSM (tất cả các nước thành viên) Vùng phục vụ PLMN (một hay nhiều vùng ở một nước) Vùng phục vụ MSC (vùng được điều khiển bởi một MSC) Vùng định vị (vùng định vị và tìm gọi) Cell (ô) Hình 1.2. Phân cấp cấu trúc địa lý của mạng di động Cellular. 1.3. Các số nhận dạng trong GSM. 1.3.1. Số thuê bao di động MSISDN Theo khuyến nghị của CCITT, số thuê bao di động dùng khi quay số được cấu tạo như sau: MSISDN = CC + NDC + SN CC: Mã quốc gia NDC: Mã vùng quốc gia SN: Số thuê bao di động. Số NDC được phân bố tuỳ theo mạng di động. Số ISDN di động quốc gia MSISDN = CC + NDC + SN CC NDC SN 2 chữ số 2 chữ số <10 chữ số Số di động quốc gia Hình 1.3. MSISDN Độ dài của MSISDN có thể thay đổi tuỳ theo quốc gia, nhà khai thác nhưng tối đa không vượt quá 15 chữ số ( không kể các tiếp đầu như 00, 01…) 1.3.2. Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế IMSI. Để nhận dạng chính xác trên đường vô tuyến cũng như trong các mạng PLMN, một số nhận dạng được chỉ định cho thuê bao di động. Số này được gọi là số thuê bao di động quốc tế IMSI và được sử dụng trong mọi báo hiệu trong GSM. Số này sẽ được lưu trữ trong thẻ SIM gắn vào máy di động cũng như trong cơ sở dữ liệu của HLR - ghi khi thuê bao di động đăng ký và VLR - ghi tạm thời cho các thuê bao trong vùng phủ sóng. IMSI MCCC MNC MSIN 3 chữ số 2 chữ số <10 chữ số MSI quốc gia Hình 1.4. IMSI Cấu trúc của IMSI IMSI = MCC + MNC + MSIN với MCC: Mã vùng di động quốc gia trong hệ thống thông tin di động toàn cầu. MNC: Mã vùng mạng di động trong một quốc gia. MISN: Số nhận dạng thuê bao di động. Trong các cơ sở dữ liệu của GSM, IMSI là địa chỉ của mọi thông tin liên quan đến thuê bao di động. 1.3.3. Số Roaming của thuê bao di động MSRN. Bộ ghi định vị thường trú nơi thuê bao di động đăng ký để định tuyến cuộc gọi cần phải biết MS hiện thời đang ở vùng phục vụ MSC/VLR nào và số thuê bao tạm thời trong vùng đó. CC NDC SN 3 chữ số 2 chữ số <10 chữ số Hình 1.5. MSRN. Khi định tuyến cuộc gọi, HLR yêu cầu VLR nơi thuê bao đang định vị cung cấp số tạm thời này để GMSC chuyển hướng cuộc gọi tới tổng đài MSC tương ứng. Số tạm thời này gọi là số Roaming của thuê bao di động MSRN. Chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi này thuộc phần ứng dụng điện thoại di động MAP. Các dữ liệu trao đổi giữa các phần tử mạng GMSC, HLR, MSC/VLR đều dùng báo hiệu số 7. Theo khuyến nghị của GSM, số Roaming của thuê bao di động có cấu trúc như sau: MSRN=CC+ NDC+ SN Với CC: mã quốc gia. NDC: mã nơi nhận quốc gia SN: số thuê bao Roaming. 1.3.4. Số nhận dạng tạm thời của thuê bao di động TMSI. Số nhận dạng tạm thời của thuê bao di động được sử dụng cho sự bảo mật thuê bao. Số này được cung cấp cho MS bởi MSC hiện thời và chỉ có ý nghĩa trong vùng này. Số TMSI được dùng trong thuật toán mã khoá số liệu. Cấu trúc của TMSI tuỳ chọn theo nhà khai thác hệ thống GSM. Thông thường TMSI không quá 4 octet. 1.3.5. Số nhận dạng thiết bị trạm di động quốc tế IMEI IMEI được sử dụng cho sự nhận dạng thiết bị. Mỗi trạm di động tương ứng duy nhất với một số IMEI do nhà sản xuất đặt. Theo GSM, cấu trúc của IMEI như sau: IMEI =TAC +FAC +SNR +Sp. Trong đó: TAC: Mã công nhận kiểu máy. FAC: Mã hỗn hợp cuối nhận dạng nhà sản xuất. SNR: Số seri, mỗi SRN gồm 6 chữ số nhận dạng trong phạm vi một bộ TAC + FAC. Sp: Các chữ số để dự phòng. IMEI 15 chữ số IMEI = TAC + FAC + SRN + SP TAC FAC SRN 6 chữ số 2 chữ số 6 chữ số 1 chữ số SP Hình 1.6. IMEI 1.3.6. Số nhận dạng vùng định vị LAI. LAI được sử dụng cho thủ tục cập nhật vị trí của thuê bao di động. Số nhận dạng này bao gồm: LAI = MCC + MNC + LAC MCC: Mã di động quốc gia, nhận dạng mạng di động quốc gia có chữ số như trong IMSI MNC: Mã vùng di động, nhận dạng vùng di động trong quốc gia, giống như IMSI, có hai chữ số. LAC: Mã vùng định vị, nhận dạng vùng định vị trong mạng GSM- PLMN. Độ dài cực đại của LAC là 16 bit nhị phân, cho phép phân biệt 65536 vùng định vị khác nhau trong một mạng GSM - PLMN (vùng định vị là vùng gồm một số ô nhất định mà thông tin quảng bá tìm gọi được phát như trong các ô đó). MCC MNC LAC 3 chữ số 2 chữ số <10 chữ số LAI LAI = MCC + MNC + LAC Hình 1.7. LAI 1.3.7. Số nhận dạng ô toàn cầu CGI. CGI được sử dụng cho nhận dạng ô trong một vùng định vị. Cấu tạo của số nhận dạng này bao gồm LAI và số nhận dạng ô CI. CGI = MCC + MNC + LAC + CI Trong đó CI có độ dài max = 16 bit, tức là có thể định nghĩa 65536 ô trong một vùng định vị. IMEI 15 chữ số CGI = MCC + MNC + LAC + CI Nhận dạng vùng định vị MCC MNC LAC 3 chữ số 2 chữ số Max 16 bit Max 16 bit CI Hình 1.8. CGI 1.3.8.Mã nhận dạng trạm gốc BSIC. BSIC cho phép trạm di động phân biệt các trạm gốc cạnh nhau. BSIC = NCC + BCC NCC = PLMN Colour Code (Mã màu mạng di động), nhận dạng mạng di động GSM. Lưu ý rằng nó không nhận dạng duy nhất nhà khai thác. NCC trước hết được sử dụng để phân biệt nhà khai thác ở hai phía của biên giới quốc gia. BCC = Base Station Colour Code (Mã màu trạm gốc), nhận dạng trạm gốc. Khi định nghĩa NCC, cần lưu ý không sử dụng cùng một NCC ở hai mạng di động cạnh nhau. NCC BCC NCC = xyy Trong đó: x = nhà khai thác y = nước Để nhận dạng nước có 4 bit BSIC BSIC = NCC + BCC 3 bit 3 bit Hình 1.9 BSIC Hình 1.9. BSICChương II: một số vấn đề về vô tuyến 2.1. Giới thiệu. Truyền dẫn là chức năng truyền tín hiệu từ nơi này đến nơi khác. Các phương tiện truyền dẫn bao gồm dây dẫn đồng, cáp đồng trục, radio, ống dẫn sóng và cáp sợi quang. Do đó nó có ý nghĩa rất quan trọng, vì vậy để truyền tín hiệu tới mà không bị chậm trễ và suy hao thì ta phải khảo sát môi trường truyền dẫn. ở đây tồn tại vấn đề là ta không dùng dây dẫn mà thay vào đó ta sử dụng thiết bị vô tuyến để truyền thông tin giữa các trạm di động và mạng GSM/PLMN. Bất cứ ai đã từng đi bằng xe và đồng thời nghe đài phát thanh chắc chắn nhận thấy rằng chất lượng của tín hiệu thay đổi theo thời gian, chẳng hạn khi xuyên qua đường hầm hay giữa hai quả đồi. Hiệu ứng đặc biệt này gọi là che tối hay pha đinh chậm và đây là một trong nhiều sự việc gây cản trở mà ta cần xét ở lĩnh vực thông tin vô tuyến . Trong chương này ta xét một vấn đề chính xảy ra ở lĩnh vực thông tin vô tuyến tổ ong cùng với các biện pháp giải quyết vấn đề này. 2.2. Cấu hình kênh trên giao tiếp vô tuyến. 2.2.1. Khái niệm kênh vật lý. Các kênh vật lý là một khe thời gian ở một tần số vô tuyến dành để truyền thông tin ở đường vô tuyến của GSM. Trong mạng GSM hiện đang sử dụng ở Việt Nam, giao diện vô tuyến sử dụng băng tần: Băng tần lên từ MS đến BTS: 890,2 MHz á 914,8 MHz (MS phát). Băng tần xuống từ BTS đến MS: 935,2 MHz á 959,8 MHz (BTS phát). Để các kênh lân cận không gây nhiễu cho nhau thì cần có một khoảng bảo vệ giữa các biên của băng tần (200KHz). Vì thế ở GSM900 ta có 124 kênh tần số vô tuyến bắt đầu từ 890,2MHz và ở DSC1800 ta có 374 kênh tần số vô tuyến bắt đầu từ 1710,2 MHz. Mỗi một kênh tần số vô tuyến được tổ chức thành các khung TDMA có 8 khe thời gian. Mỗi khe thời gian ở một tần số vô tuyến, có độ lâu là 15/26 ms ằ 577ms. Như vậy mỗi khung TDMA có độ lâu là 8 . 0,577 ằ 4,62 ms. Tất cả các kênh vật lý ở cả đường lên lẫn đường xuống đều được đồng bộ. Tuy nhiên khởi đầu của khung TDMA đường lên trễ một khoảng thời gian cố định 3 khe. Việc dịch thời gian như vậy cho phép MS sử dụng cùng một khe thời gian cả ở đường lên lẫn đường xuống mà không phải thu phát đồng thời. Số kênh vật lý trong GSM là 124 x 8 = 992 kênh. Hiện nay nước ta đang khai thác mạng GSM 900 kết hợp với hệ thống DCS 1800 với băng tần sử dụng là: Đường lên (UPLINK):1710 á 1785 MHz. Đường xuống (DOWLINK): 1805 á 1880 MHz. 2.2.2. Khái niệm kênh logic. Kênh logic là sự phân loại thông tin truyền trên giao diện vô tuyến tức là loại 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 và kênh điều khiển CCH. 2.2.2.1. Kênh lưu thông. Kênh lưu thông được sử dụng để phát thông tin của người sử dụng (tiếng, số liệu…). Các kênh này có cả ở đường lên lẫn đường xuống (song công), truyền từ điểm tới điểm. Có hai loại kênh lưu lượng: Bm hay TCH toàn tốc (TCH/F) mang thông tin tiếng hoặc số liệu ở tốc độ khoảng 22,8 Kbit/s. Lm hay TCH bán tốc (TCH/H) mang thông tin tốc độ khoảng 11,4 Kbit/s. Thoại Dữ liệu Thoại toàn tốc 22,8 Kbis/s Thoại bán tốc 11,4 Kbis/s Dữ liệu toàn tốc 22,8 Kbis/s Dữ liệu bán tốc 11,4 Kbis/s Tốc độ dữ liệu 9,6 Kb/s 4,8 Kb/s Ê 2,4 Kb/s Tốc độ dữ liệu 4,8 Kb/s Ê 2,4 Kb/s Sự chuyển tải thông tin qua giao diện vô tuyến bằng thuật toán mã thoại đặc biệt bị nén lại thành tốc độ là 13 Kb/s (toàn tốc) và 6,5 Kb/s (bán tốc). Sự làm việc của mã thoại kênh bán tốc tuỳ thuộc vào sự thích hợp của thiết bị chuyển tải mã trong BSC và MS . Trường hợp tốc độ là 22,8 Kb/s với kênh bán tốc là có tính đến sự có mặt của các bit sửa lỗi. Toàn tốc Bán tốc Thoại 13 Kb/s 6,5 Kb/s Thoại + bit sửa lỗi 22,8 Kb/s 11,4 Kb/s 2.2.2.2. Kênh điều khiển CCH. Có 3 loại kênh điều khiển là: kênh quảng bá BCH, kênh điều khiển chung CCH và kênh điều khiển dành riêng DCCH. Kênh quảng bá BCH 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 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 … Đây là kênh đường xuống điểm – đa điểm Kênh điều khiển chung CCH bao gồm các kênh: + Kênh tìm gọi PCH dùng để phát thông báo 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 một kênh DCCH, trả lời thông báo tìm gọi, đồng thời để thực hiện các thủ tục khởi đầu khi đăng ký cuộc gọi (nhận thực, chuyển cuộc gọi …), là kênh đường lên điểm - điểm. + Kênh cho phép thâm nhập AGCH là kênh BTS sử dụng thông báo cho MS để dành một kênh DCCH hay dành trực tiếp một kênh TCH để kết nối với MS. Là kênh đường xuống điểm - điểm. Kênh điều khiển riêng DCCH: + Kênh điều khiển 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 kênh TCH. Là kênh đường lên và đường 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 xuất phát của MS và thông số 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 20 ms của TCH. Đây là trường hợp khi Handover, rất nhiều thông tin cần được trao đổi với MS, 20 ms tiếng hay số liệu bị “lấy cắp” sẽ được thay thế bằng một chuỗi nội suy ở bộ giải mã. 2.2.3. Khái niệm cụm thông tin. Là khuôn mẫu thông tin trên một kênh TDMA hay cụm là đơn vị thông tin chứa trong một khe thời gian của khung TDMA. Có 5 loại cụm sau: 2.2.3.1. Cụm bình thường. Cụm này được sử dụng để mang thông tin ở TCH và các kênh điều khiển, trừ RACH, SCH, và FCCH. Các bit được mật mã gồm 57 bit số liệu hoặc tiếng được mật mã cộng với 1 “cờ lấy cắp” chỉ thị xem cụm này có bị lấy cắp cho báo hiệu RACH hoặc không. TB 3 Các bít được mật mã 58 Chuỗi hướng dẫn 26 Các bít được Mật mã 58 TB 3 GP 8,25 0,577ms - 156,25bit 2.2.3.2. Cụm hiệu chỉnh tần số TB 3 Các bít cố định 142 TB 3 GP 8,25 0,577ms-165,25bit Cụm này được sử dụng để hiệu chỉnh tần số của trạm di động. Nó tương đương như sóng mang không bị điều chế . Các lặp lại của cụm này được gọi là FCCH 2.2.3.3. 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 mang thông tin của số khung TDMA cùng với mã nhận dạng trạm gốc BSIC. Cụm đồng bộ được sử dụng cho SCH. TB 3 Các bít được mật mã 39 Chuỗi đồng bộ 64 Các bít được mật mã 39 TB 3 GP 8,25 0,577ms – 165,25bit 2.2.3.4. Cụm thâm nhập. TB 3 Chuỗi đồng bộ 41 Các bít được mật mã 36 TB 3 GP 68,25 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 giao đến BTS mới). Trạm di động có thể ở xa BTS, nghĩa là cụm đầu sẽ đến muộn vì khôn._.g 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. 2.2.3.5. Cụm giả. Cụm này được phát đi 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. 2.2.4.Các thủ tục thông tin tiêu biểu. 2.2.4.1. Các thủ tục khi thiết lập cuộc gọi. Khi kết cuối cuộc gọi Mobile, một cuộc gọi tới thuê bao di động luôn được định tuyến tới GMSC, ở đó sẽ tiếp tục định tuyến tới MSC hiện thời của MS. Sau khi GMSC thăm dò trong HLR để tìm vùng định vị của MS, hỏi số Roaming của MS, nó sẽ gửi thông báo địa chỉ khởi đầu (thủ tục TUP hay ISUP) tới MSC hiện thời. Trong thông báo này có số MSRN và yêu cầu thiết lập cuộc gọi. Từ đây các thủ tục thông tin sẽ được bắt đầu. Tìm gọi (Paging). MSC/VLR tìm số liệu về thuê bao trong cơ sở dữ liệu của nó và bắt đầu thủ tục thiết lập cuộc gọi bằng cách gửi thông báo Paging (tìm gọi) tới BSC chứa vùng định vị MS. Thông tin này bao gồm LAI, IMSI hoặc TMSI. Lệnh tìm gọi (Paging Command) BSC gửi thông báo tới tất cả các BTS trong vùng định vị được chỉ ra bởi LAI. Thông tin này bao gồm số IMSI hoặc TMSI, thông báo nhắn tin, nhận dạng máy phát, loại kênh và số khe thời gian. Yêu cầu tìm gọi (Paging Request) Thông báo này được gửi trên kênh PCH trên giao tiếp vô tuyến để tìm gọi. Thông tin này gồm IMSI hoặc TMSI. Yêu cầu kênh (Channel Request). MS sau khi nhận được thông báo tìm gọi sẽ trả lời bằng cách gửi một cụm truy nhập ngắn trên kênh RACH. Khi thu thông báo này, BTS sẽ ghi nhận thời gian trễ truyền dẫn. Yêu cầu cấp kênh (Channel Request). Là thông báo của BTS cho BSC về giá trị trễ thâm nhập. Kích hoạt kênh (Channel Activation) BSC chọn một kênh SDCCH còn rỗi và yêu cầu BTS kích hoạt kênh này. Phúc đáp kích hoạt kênh (Channel Activation Acknowledge). BTS trả lời chấp nhận kích hoạt kênh. Thông báo ấn định kênh (Immediated Assignment). Thông báo này được truyền thông suốt tới trạm di động MS. Trên giao tiếp vô tuyến, nó được mang bởi kênh AGCH. Nội dung thông báo này gồm tần số vô tuyến, số khe thời gian, số kênh SDCCH mà MS có thể sử dụng cũng như thông báo chỉnh thời gian để MS có thể định thời trước các cụm của nó. Trả lời thông báo tìm gọi (Paging Response). Thông báo này được sử dụng kênh SDCCH. Nội dung bao gồm IMSI hoặc TMSI và dấu hiệu lớp trạm di động. Thông báo này được gọi là thông báo MS khởi đầu và được gửi tới MSC/VLR. Khi qua BSC sẽ được bổ sung thêm CGI. Yêu cầu nhận thực (Authentication Request). Là thông báo từ MSC, thông tin quan trọng nhất trong thủ tục nhận thực này là số ngẫu nhiên RAND. Khi nhận được số này, MS sẽ kết hợp với số Ki (Subcriber Authentication Key) của nó được lưu trên thẻ SIM để tính ra hai giá trị khác Kc (Ciphering Key) và SRES (Signed Response). Kc được dùng trong thuật toán mã khoá cho số liệu trên đường truyền vô tuyến. Trả lời nhận thực (Authentication Response). MS trả lời nhận thực bằng SRE. Yêu cầu thực hiện chế độ mã khoá đường thông tin (Ciphering Mode Command) Đây là lệnh từ MSC/VLR yêu cầu mã khoá đường vô tuyến. Lệnh có mang giá trị Kc sẽ được lưu trữ trong BTS, còn kênh không có Kc sẽ được gửi tới MS trên kênh SDCCH. 2.2.4.2. Thông tin hệ thống. Mục đích của chức năng này là cung cấp cho trạm di động các thông tin hệ thống. Các thông tin này là các số liệu về mạng mà MS cần phải biết trong các trường hợp thông tin. Thông tin hệ thống được phát hiện liên tục trên các kênh quảng bá BCCH và kênh SACCH cho tất cả các MS trong vùng phủ sóng. Các thông tin trong hệ thống có thể thay đổi bằng lệnh của người vận hành các số liệu cố định của hệ thống hoặc được điều khiển chung trong BSC. Các thông số thay đổi được định nghĩa trên cơ sở ô, tức là ô đều có một tập các thông số của riêng nó. Trong hệ thống GSM có 6 kiểu thông báo thông tin hệ thống. Các kiểu 2, 3, 4 được phát quảng bá trên kênh BCCH. Kiểu 5, 6 được phát trên kênh SACCH. Kiểu 1 chỉ dùng khi có nhảy tần (Hopping Frequency). Các thông số cố định về hệ thống được phát như những thông tin hệ thống khác lần lượt trong những khoảng thời gian 600s kể cả khi ô đang ở trạng thái chặn cấm (Barring) hay khoá (Locking). Nội dung các kiểu thông tin hệ thống: Kiểu 2: + Thông tin về các ô lân cận + Mạng PLMN được chấp nhận. + Các thông số điều khiển kênh RACH Kiểu 3: + Số nhận dạng ô CI + Số nhận dạng vùng định vị LAI + Thông số về kênh điều khiển + Các đặc trưng của ô + Các thông số điều khiển kênh RACH Kiểu 4: + Số nhận dạng vùng định vị + Thông số lựa chọn ô + Thông số điều khiển kênh RACH + Thông tin về kênh BCCH Kiểu 5: + Các thông tin về ô lân cận Kiểu 6: + Số nhận dạng ô + Số nhận dạng vùng định vị + Các đặc trưng của ô + Mạng PLMN được chấp nhận Thông tin về ô lân cận bao gồm: BAIND: Số thứ tự phân bố kênh BCCH, được điều khiển chung trong BSC. BANO: Số phân bố kênh BCCH MBCCHNO: Các kênh vô tuyến mà MS cần phải thực hiện phép đo cường độ trường và gửi kết quả về BSC. Mạng PLMN được chấp nhận, thông số NCCPERM các mã vùng di động cho phép. Thông số điều khiển kênh RACH: ACC: lớp điều khiển truy cập CB: Chỉ tra ô có bị khoá (Cấm truy nhập) hay không. RE: Cho phép thiết lập lại cuộc gọi. MAXRET: Số lần cực đại truyền thông báo yêu cầu kênh khi MS muốn thâm nhập hệ thống. TX: Số khe thời gian được dùng cho kênh RACH khi MS muốn thâm nhập hệ thống. Số nhận dạng ô CI: Giá trị nhận ô trong vùng định vị Số nhận dạng vùng định vị LAI: bao gồm MCC: Mã di động quốc gia, NMC mã vùng di động, LAC mã vùng dịch vụ. Các thông tin về kênh điều khiển: ATT: Cho phép gán/tách. AGBLK: Số khối CCCH được dùng cho kênh AGCH. CCCHCONF: Số kênh vật lý được dành cho kênh CCCH. MFRMS: Chu kỳ đa khung để truyền dẫn thông báo yêu cầu tìm gọi (Paging Request) cho cùng một nhóm tin nhắn. T 3212 giá trị thời gian cho nhập theo chu kỳ. Các đặc trưng của ô: DTX: Chỉ thị truyền dẫn không liên tục. PWRC: Chỉ thị điều khiển công xuất. RLINKT: Báo hiệu thời gian giúp nối vô tuyến. Các thông số lựa chọn ô: ACCMIN: Mức tín hiệu thu thấp nhất tại MS cho phép để thực hiện truy nhập hệ thống. CCHRWP: Công suất lớn nhất tại MS cho phép để thực hiện truy cập hệ thống. CRH: Trễ khe chọn lại ô. Thông tin về kênh cho BCCH: CHN: Số kênh cho BCCH được điều khiển chung trong BSC. TSC: Mã thứ tự thông báo, phần BCC của BSIC được sử dụng. CBHNO: Số kênh vô tuyến cho CBCH. 2.2.4.3. Thông báo đo. Trạm di động đo lường cường độ tín hiệu trên tần số sóng mang kênh BCCH (Fo) và kênh đồng bộ SCH của các ô lân cận. Trên SCH, trạm di động thu được mã nhận dạng trạm gốc BSIC. Khi nguồn MS được bật hoặc nó đi vào một ô mới, MS có một số các ô lân cận có thể tham gia quá trình Handover. Danh sách các ô này lưu ở hai nơi: MS Cvà BSC. Danh sách được ấn định với 124 vị trí tương ứng 124 sóng mang của hệ thống. Mỗi ô lân cận sẽ được đại diện bằng một cờ trong danh sách. Trạm di động gửi thông báo về phép đo thực hiện được 480ms một lần (4 đa khung 26 khung x 4,615ms/khung TDMA). Kết quả đo này tham gia vào việc quyết định Handover. Mỗi MS có khả năng đo được cường độ trường của 32 sóng mang khác nhau, nhưng chỉ có 6 kết quả đo lớn nhất được gửi về BSC. Từ kết quả đo được này, một danh sách các ô có khả năng là ô đích khi Handover được thiết lập trong BSC gọi là danh sách PO - cell. Mỗi ô lân cận và cả ô hiện thời được xắp xếp theo cường độ tín hiệu được MS thông báo về một thông báo được truyền đi trong cụm SACCH. Nội dung của thông báo đó gồm: + BA-USED: Bit này chỉ ra rằng MS gửi thông báo về ô lân cận theo như thông tin hệ thống. Nếu người vận hành thay đổi các thông số về ô lân cận bằng lệnh, thông tin hệ thống sẽ mang những thông tin mới về các ô này là BAIND sẽ chứa thông tin ô lân cận. Do đó MS sẽ thiết lập bit này tương ứng với giá trị trong BSC rằng nó đang đo cường độ mới hay cũ. + DTC-USED: Bit này cho biết truyền dẫn không liên tục có được thực hiện hay không. + RXLEV- FIJLL- SERVING - CELL và RXLEV- SUB - SERVING - CELL: chứa cường độ tín hiệu trung bình trong ô hiện thời, đo trong tất cả hay trong một số các khe thời gian. Cường độ tín hiệu thu nhận các giá trị từ 0 á 63 tương ứng như sau: RXLEV0: Cường độ trường < - 110dB RXLEV1: Cường độ trường từ - 110dB á - 109dB . . RXLEV63: Cường độ trường > - 48dB + MEAS - VALID: Bit này cho biết kết quả đo có giá trị cho từng kênh riêng biệt không. + RXQUAL - FULL- SERVING -CELL và RXQUAL- SUB - SERVING - CELL giá trị này cho ta biết chất lượng tín hiệu thu của ô hiện thời trong tất cả hay một số khe thời gian. Chất lượng tín hiệu thu có giá trị tương ứng với tỷ số lỗi bit BER trước khi giải mã, giá trị này nằm từ 0 á 7. RXQUAL0: BER < 0,2% RXQUAL1: 0,2% < BER <0,4% RXQUAL2: 0,4% < BER < 0,8% . . RXQUAL7: BER > 12,8% + NO-WCELL- M: 3 số này chỉ ra số lân cận được đo. + RXLEV- ICELL: Cường độ tín hiệu thu của ô lân cận thứ i (i = 1 á 6) + BCCH - FREQ - ICEEL: Sóng mang BCCH của ô lân cận thứ i, trường này có giá trị nhị phân giống như giá trị trong bảng phân bố sóng mang BCCH trong BSC, có độ dài 5 bit, do đó có 32 ô có thể quét. + BSIC- ICELL: Chỉ ra mã nhận dạng trạm gốc của ô lận cận thứ i. 2.2.5. Các trường hợp thông tin. Trong phần này ta định nghĩa các trạng thái của MS như sau: MS tắt máy hoặc nằm ngoài vùng phục vụ: Mạng không thể tiếp cận đến máy di động vì nó không trả lời thông báo tìm gọi (paging), nó cũng không gửi thông báo cập nhật vị trí. Mạng cho rằng MS đã rời mạng. MS bật máy và ở trạng thái rỗi: Hệ thống có thể tìm gọi MS, nó được coi là đã nhập mạng. Trong khi chuyển động, MS liên tục kiểm tra xem nó có luôn được nối với một kênh quảng bá hay không. Trong trạng thái này, MS cũng thông báo cho hệ thống những thông tin về cập nhật vị trí sau những khoảng thời gian nhất định. MS bận: Có một kênh TCH song công nối giữa mạng và MS. Khi chuyển động MS có thể chuyển đến một kênh thông tin mới, quá trình này gọi là Handover được quyết định nhờ những thông tin số đo đạc từ MS và BTS. 2.2.5.1. Roaming và cập nhật vị trí. Khi MS đang ở trạng thái bật máy và chuyển động theo một phương liên tục, nó được khoá đến một tần số vô tuyến nhất định có CCCH và BCH ở khe thời gian TSo. Khi rời xa BTS nối với nó, cường độ tín hiệu thu được sẽ giảm dần. ở một thời điểm nhất định không xa biên giới lý thuyết giữa 2 ô, cường độ tín hiệu thu được sẽ giảm đến mức mà MS quyết định chuyển sang tần số mới thuộc một ô khác lân cận có cường độ lớn hơn tần số cũ. Sau khi tự khoá đến tần số mới này, MS lại tiếp tục nghe các thông báo tìm gọi và các thông tin hệ thống. Quyết định về việc thay đổi tần số vô tuyến của MS mà không cần thông báo cho mạng trừ khi tần số cũ và mới không cùng một vùng định vị LA. MS nhận biết điều khi tìm hiểu số nhận dạng vùng định vị LAI trong thông tin hệ thống phát trên các kênh BCH. Khi đó MS sẽ thâm nhập vào mạng để cập nhật vị trí của mình ở MSC/ VLR. Đó là quá trình cập nhật vị trí. Khả năng chuyển động vô định đồng thời với việc thay đổi “nối thông” MS ở giao diện vô tuyến, ở thời điểm cần thiết để đảm bảo chất lượng thu được gọi là Roaming. Có 2 trường hợp cần phải cập nhật vị trí là: Di chuyển giữa các vùng định vị khác nhau của cùng MSC/VLR vùng định vị của MS được ghi ở VLR. vì MS không chuyển đến vùng phục vụ MSC/VLR mới nên quá trình cập nhật vị trí là MS gửi thông báo yêu cầu cập nhật vị trí và giá trị LAI mới, MSC tiếp nhận thông báo, cập nhật giá trị mới này trong cơ sở dữ liệu của VLR và gửi thông báo xác nhận cập nhật vị trí. Roaming giữa hai vùng phục vụ MSC/VLR. MS gửi thông báo yêu cầu cập nhật vị trí cho MSC/VLR mới cùng với số nhận dạng của nó. MSC/VLR sẽ gửi các thông tin này đến HLR của mạng yêu cầu nhận thực. Sau khi HLR gửi thông báo xác nhận thuê bao là hợp lệ, đã đăng ký trong MSC/VLR hiện thời, đồng thời xoá giá trị vùng phục vụ MSC/VLR cũ thay bằng giá trị mới. VLR cũng ghi các số liệu của MS vào cơ sở dữ liệu của nó như là một thuê bao tạm thời và gửi thông báo xác nhận cập nhật vị trí cho MS. 2.2.5.2. Thủ tục nhập mạng và đăng ký lần đầu. Khi MS bật máy, nó sẽ quét tất cả 124 tần số để tìm ra tần số có cường độ lớn nhất. Tần số mà MS tìm kiếm sẽ chứa thông tin quảng bá cũng như thông tin tìm gọi BCH/CCCH có thể có. MS sẽ tự khoá đến tần số đúng nhờ việc điều chỉnh tần số thu và thông tin đồng bộ. Khi đó MS sẽ cố gắng thâm nhập đến mạng và thông báo cho hệ thống rằng nó là MS mới ở vùng định vị bằng cách gửi thông báo cập nhật vị trí nhập mạng đến MSC/VLR (LAI là bộ phận của thông tin quảng bá được phát liên tục ở giao tiếp vô tuyến ). Lúc này MSC/ VLR chưa có thông tin này về MS này, nó gửi yêu cầu cập nhật vị trí tới HLR kèm theo thông tin về vị trí. HLR thực hiện các thủ tục nhận thực, xác nhận thuê bao là hợp lệ và ghi thông tin về vị trí vào trường dữ liệu của MS này (trường tạo ra khi thuê bao đăng ký). HLR gửi thông báo xác nhận cập nhật cho MSC/ VLR. Từ đây MSC/ VLR sẽ coi rằng MS hoạt động và đánh dấu trường dữ liệu của MS bằng một cờ nhập mạng, cờ này liên quan đến IMSI. 2.2.5.3. Thủ tục rời mạng. Khi tắt nguồn máy hoặc ra khỏi vùng phủ, MS sẽ gửi thông báo cuối cùng chứa yêu cầu cho thủ tục rời mạng và các số nhận dạng của nó. Khi thu được thông báo này, MSC/ VLR sẽ đánh dấu cờ rời mạng vào địa chỉ IMSI tương ứng trong VLR. Trường hợp này HLR không được thông báo và cũng không có thông báo xác nhận cập nhật vị trí gửi tới MS. Khi có cuộc gọi tới MS này, vì có cờ rời mạng nên thông báo tìm gọi sẽ không được phát ra, làm giảm tải trên các trung kế và kênh quảng bá. 2.2.5.4. Cuộc gọi từ MS. Giả sử rằng MS đang hoạt động ở trạng thái rỗi, người sử dụng A quay bất cứ các chữ số của thuê bao B và bắt đầu các thủ tục của cuộc gọi bằng cách ấn phím “nhấc máy”. Khi đó MS sẽ gửi đi một thông báo đầu tiên trên kênh RACH để yêu cầu nhập mạng. MSC nhận thông báo này, yêu cầu BSC cấp cho MS một kênh SDCCH để cho các thủ tục nhận thực và đánh dấu trạng thái bận của thuê bao này tránh việc thông báo tìm gọi khác. BSC gửi thông báo chấp nhận thâm nhập trên kênh AGCH trên MS, trong đó có các thông tin về SDCCH. Các số nhận dạng được MS gửi đến MSC/VLR trên kênh SDCCH cho các thủ tục nhận thực. Nếu thuê bao chủ gọi là hợp lệ, MSC/VLR sẽ chấp nhận yêu cầu thâm nhập, MSC sẽ gửi tín hiệu mời quay số đến MS . BSC vlr MS (1b) (1a) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) Ký hiệu: 1a, 1b: Thiết lập kết nối RR 2: Chỉ thị dịch vụ 3: Nhận thực 4: Thiết lập chế độ mã hóa. 5: Khởi đầu cuộc gọi. 6: ấn định kênh TCH. 7: Khẳng định cuộc gọi. 8: Chấp nhận cuộc gọi. MSC BTS Hình 2.1. Thiết lập cuộc gọi khởi xướng từ MS Bấy giờ MS mới gửi thông báo thiết lập cuộc gọi và các chữ số của thuê bao B. MSC định tuyến cuộc gọi tới GMSC tuỳ theo thuê bao B là di động hay cố định. Số của nó sẽ được phân tích trực tiếp ở GMSC hay được tiếp tục định tuyến đến tổng đài của mạng PSTN. Khi kênh nối đã sẵn sàng, thông báo thiết lập cuộc gọi từ MS được MSC công nhận và cấp cho MS một kênh TCH riêng, sau đó là đợi tín hiệu khẳng định từ thuê bao B. 2.2.5.5. Cuộc gọi đến MS. Ta lấy thí dụ về một cuộc gọi từ thuê bao A cố định của mạng PSTN tới thuê bao B của mạng GSM- PLMN. Thuê bao B quay mã số quốc gia, mã vùng trong nước theo sơ đồ đánh số của mạng PSTN để đạt được mạng PLMN. Nối thông được thiết lập từ tổng đài nội hạt của thuê bao A tới GMSC của mạng PLMN. Số thuê bao B (MSISDN) được phân tích ở GMSC do thuê bao A quay. Bằng chức năng hỏi đáp số 7 GMSC gửi MSISDN tới HLR và yêu cầu một số lưu động tạm thời MSRN của thuê bao B ở HLR. HLR dịch số MSISDN thành số nhận dạng thuê bao di động quốc tế IMSI và gửi IMSI tới VLR ở vùng phục vụ hiện thời của MS (giá trị vùng phục vụ này được ghi trong trường dữ liệu của MS trong HLR) yêu cầu cung cấp số lưu động MSRN của MS. VLR gửi MSRN tới HLR, HLR gửi tiếp tới số GMSC và GMSC định tuyến cuộc gọi tới vùng phục vụ nơi MS đang có mặt. MSC này hỏi VLR của nó vùng định vị của MS theo địa chỉ IMSI được VLR cung cấp số nhận dạng vùng định vị LAI. (1) Hình 2.2 . Cuộc gọi từ mạng cố định kết cuối ở MS Tổng đài nội hạt GMSC HLR VLR MSC BSC MS BTS BTS PSTN (2) (6a) (6b) (3) (5) (4) (7) (8) (9) (8) (10) (9) Ngoài ra VLR còn kiểm tra các cờ xem MS đang thâm nhập hay rời mạng, bận hay rỗi. Nếu MS đang ở trạng thái nhập mạng và rỗi, MSC gửi thông báo tìm gọi đến BSC chứa vùng định vị có số nhận dạng LAI. BSC gửi tiếp thông báo này đến tất cả các BTS trong vùng định vị để các BTS phát quảng bá thông tin tìm gọi này trên các kênh PCH. Khi MS rỗi và đang nghe kênh PCH phát quảng bá ở một trong số các ô trong vùng định vị, nó sẽ nhận được thông báo tìm gọi nhận dạng IMSI trong thông báo này và trả lời thông báo tìm gọi. Tiếp đó là các thủ tục thiết lập cuộc gọi, ấn định kênh…và sau khi được cung cấp một kênh TCH cuộc gọi bắt đầu được nối thông. 2.2.5.6. Các trường hợp Handover. Khi một trạm di động đang ở trạng thái bận và chuyển động xa dần BTS mà nó đang nối thông ở đường vô tuyến bằng các kênh TCH và SACCH, chất lượng đường vô tuyến sẽ giảm dần và đến mức không thể chấp nhận được. Khi đó mạng sẽ đảm bảo việc chuyển kênh thông tin sang một kênh vô tuyến mới có chất lượng tốt hơn. Quá trình chuyển cuộc gọi đến một kênh vô tuyến khác gọi là chuyển giao (Handover). Mạng quyết định Handover nhờ các thông số đo cường độ trường và chất lượng truyền dẫn vô tuyến từ MS và BTS (các thông báo đo). Khi Handover, tốc độ số liệu điều khiển lớn mà kênh SDCCH không đáp ứng được, hệ thống sẽ sử dụng kênh FACCH để trao đổi thông tin điều khiển. Có thể xảy ra các khả năng Handover sau: Handover trong cùng một BSC: trong trường hợp này BSC phải thiết lập đường nối đến BTS mới ấn định một kênh TCH của BTS này để chuẩn bị thiết lập Handover, lệnh cho MS chuyển tần số sang kênh vô tuyến mới, đồng thời cũng chỉ ra khe thời gian của kênh TCH này. Handover này hoàn toàn có thể được xử lý ở BSC mà MSC không cần biết. Sau khi Handover, MS cần phải nhận được thông tin về các ô lân cận mới. Nếu việc Handover dẫn đến việc thay đổi vùng định vị thì MS sẽ thông báo cho MSC/ VLR để cập nhật vị trí. Handover giữa các BSC của cùng một MSC/ VLR: mạng phải can thiệp nhiều hơn khi quyết định Handover. BSC yêu cầu chuyển giao từ MSC/ VLR, sau đó một đường nối mới từ MSC- BSC- BTS mới được thiết lập và một kênh TCH được dành cho Handover trên giao tiếp vô tuyến. Sau đó MS được lệnh chuyển đến tần số mới với TCH mới. Sau khi Handover xong, MS được thông báo về các ô lân cận. Yêu cầu cập nhật vị trí nếu có cũng được thực hiện từ MS. Handover giữa hai vùng phục vụ MSC/ VLR: Đây là trường hợp phức tạp nhất với nhiều tín hiệu được trao đổi trước khi chuyển giao. Quá trình chuyển giao giữa hai ô thuộc hai tổng đài khác nhau như hình sau.Ta xét hai tổng đài MSC/ VLR- tổng đài phục vụ và tổng đài đích. MSC phục vụ sẽ phải gửi yêu cầu chuyển giao đến MSC đích. MSC đích sẽ đảm nhận việc chuẩn bị kênh mặt đất với BTS chứa sóng mang cần chuyển giao và cung cấp TCH trên giao tiếp vô tuyến. Sau khi thiết lập xong các kênh trên và kênh nối giữa hai tổng đài, MSC phục vụ sẽ định tuyến lại cuộc gọi tới MSC đích và gửi lệnh Handover tới MS. Quá trình chuyển giao giữa hai ô thuộc hai tổng đài MSC khác nhau như hình sau: BSC MSC BSC MSC PSTN HLR (5) (10) MS BTS BTS (1) (8) (8) (6) (2) (3) (7) (9) (8) (10) (4) (11) 2.3. Suy hao đường truyền và pha đinh. 2.3.1. Suy hao đường truyền. Là quá trình mà ở đó tín hiệu thu yếu dần do khoảng cách giữa trạm di động và trạm gốc ngày càng tăng. Không có các vật cản giữa anten phát (Tx) và anten thu (Rx). Đối với trường hợp không gian tự do, ta nói rằng đối với một anten cho trước, mật độ công suất thu tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách d giữa anten phát và anten thu, có thể nói công suất thu tỷ lệ nghịch với bình phương tần số f. Kết quả suy hao trong không gian tự do: Ls = d2f2 [dB] Ls(dB) = 32, 4(dB) + 20logd(Km) + 20log(fHz) Trong đó: d: khoảng cách giữa anten phát và thu (km) f: Tần số sóng mang ở anten phát (MHz) 32,4 là hằng số tỷ lệ Tần số càng cao thì hằng số càng lớn, công thức đơn giản trên chỉ đúng với hệ thống vô tuyến di động gần trạm gốc. Do mặt đất không lý tưởng, cường độ tín hiệu trung bình giảm tỷ lệ với đại lượng nghịch đảo của khoảng cách luỹ thừa 4(d-4) là sự sấp xỉ hoá chính xác hơn.Trong thực tế người ta thường sử dụng các mô hình của Okumura, Hata được tập hợp vào đầu những năm 1986, từ những kết quả đo đạc về truyền sóng vô tuyến của ông. Những kết quả từ phép đo đạc được chuyển thành những đồ thị chỉ ra mối quan hệ giữa cường độ điện trường và khoảng cách với một số biến như là chiều cao anten, loại địa hình… Okumura phân địa hình thành 5 loại: Vùng hầu như bằng phẳng Vùng nhiều đồi Vùng có chỏm núi độc lập. Vùng có địa hình dốc Vùng ranh giới giữa đất và nước ( bờ biển, bờ sông..) Đối với mỗi loại địa hình có một biểu đồ tương ứng chỉ ra sự tổn hao tương ứng với loại địa hình đó. Khi tính tổn hao cường độ trường theo các công thức lý thuyết, ta nhận thấy các kết quả thu được khách rất xa so với kết quả thu được từ đồ thị của Okumura. Bảng sau là một ví dụ: Cách tính Cường độ trường thu được Công suất thu được Tổn hao truyền sóng 1.Không gian tự do 84dB (mV/m) -52dBm 112dBm 2.Mặt đất phẳng 84dB (mV/m) -56dBm 116dBm 3.Okumura 45dB (mV/m) -91dBm 151dBm Vì vậy một điều hiển nhiên là khi xây dựng kế hoạch truyền sóng ta phải sử dụng những số liệu phân tích thực tế như là đồ thị và bảng. Để phân tích một cách có hiệu quả ta phải xử lý bằng máy tính. Từ các bảng và đồ thị của Okumura, Hata-một kỹ sư đã làm công việc phân tích cho Okumura đã đưa ra công thức thử nghiệm sau: Lthành phố = 69,55 + 21,16 logf – 13,82 logha + (44,9 – 6,55 logha)logd Trong đó: f: tần số sóng mang ở anten phát (MHz) ha: Chiều cao của anten phát (m) d: Khoảng cách đến trạm phát gốc (km) Đối với vùng ngoại ô, có công thức sau: Lngoại ô = Lthành phố - 2[(log (f/28)2) - 5,4] [dB] vùng xa ngoại ô, địa hình tương đối bằng phẳng, ít nhà cao tầng, ta có công thức: L = Lthành phố - [4,78(logf)2 + 18,33(logf) + 40,94] [dB] Như đã nói ở trên,“vấn đề” này hầu như không là trở ngại ở hệ thống vô tuyến tổ ong, vì trước khi mất liên lạc ta phải thực hiện một đường truyền mới qua một trạm gốc khác. 2.3.2. Pha đinh. Các MS thường hoạt động ở môi trường có nhiều vật chắn (đồi núi, toà nhà…) giữa nó và BTS. Điều này dẫn đến hiệu ứng che tối làm giảm cường độ tín hiệu thu. Khi trạm di động chuyển động, cường độ trường lúc tăng lúc giảm mặc dù là giữa anten phát Tx và anten thu Rx có hay không có chướng ngại vật. Đây là hiện tượng pha đinh, vùng giảm tín hiệu được gọi là chỗ trũng pha đinh. Pha đinh gây ra do các hiện tượng che tối gọi là pha đinh chuẩn log, loại này có dạng phân bổ chuẩn xung quanh một giá trị trung bình nếu ta lấy logarit cường độ tín hiệu. Thời gian giữa hai trũng pha đinh là vài giây khi máy di động là loại lắp trên xe và chuyển động. Ta sẽ xét suy hao đường truyền và pha đinh. Vì điện thoại di động ngày càng phổ biến, ta dễ dàng thấy mật độ thuê bao cao hơn khi nhiều người tập trung tại ở các thành phố. Việc sử dụng MS ở thành phố dẫn đến một ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng truyền dẫn là pha đinh nhiều tia hay pha đinh Rayleigh. Hiệu ứng này xảy ra khi anten thu của máy thu di động nhận được tín hiệu từ nhiều đường truyền phản xạ từ các phương khác nhau, từ các điểm phản xạ, chẳng hạn như các toà nhà. Giữa các anten không có khoảng nhìn. Các tín hiệu này đến trạm di động do nhiều lần phản xạ từ các toà nhà lớn. Điều này có nghĩa là tín hiệu thu được là tín hiệu là tổng của nhiều tín hiệu giống nhau nhưng khác pha và khác biên độ ở mức độ nhất định. Ta cộng các tín hiệu này như cộng vectơ, có thể vectơ tổng gần bằng không (tín hiệu ngược pha), nghĩa là cường độ tín hiệu rất gần 0. Tất nhiên đây là chỗ trũng pha đinh rất nghiêm trọng. Khoảng thời gian giữa hai chỗ trũng pha đinh phụ thuộc vào cả tốc độ chuyển động cũng như phụ thuộc cả vào tần số phát. Một cách gần đúng có thể nói, khoảng cách giữa hai chỗ trũng gần bằng một nửa bước sóng, ở dải 900MHz khoảng cách này vào khoảng17cm.Vậy nếu xe chạy với tốc độ 50km/h (ằ 14m/s), bước sóng tín hiệu λ = 0,3 m thì thời gian giữa hai điểm trũng pha đinh như sau: ∆t = λ/(2v) = 10,7ms Sự phụ thuộc tín hiệu thu vào khoảng cách do suy hao đường truyền và ảnh hưởng của hai loại pha đinh trên có một giá trị trung bình.Từ giá trị này ta thấy, cường độ tín hiệu giảm dần cho đến khi mất kết nối vô tuyến. Cường độ tín hiệu thu thay đổi chậm do ảnh hưởng của các hiệu ứng che tối và những thay đổi nhanh do ảnh hưởng của pha đinh nhiều tia. Để đảm bảo thu được ở thời điểm trũng pha đinh qui định, cần đảm bảo công suất ở điểm thu lớn hơn độ nhạy máy thu. độ nhạy máy thu, nghĩa là nói đến tín hiệu vào yếu nhất cần thiết cho một tín hiệu ra quy định. Giả sử ta cần thu được X(w) để có thể phát hiện được thông tin gửi đến từ anten phát Tx.Vậy nếu tín hiệu này thấp hơn X(w) thì thông tin sẽ bị mất. Điều này có nghĩa là ta không chỉ quy hoạch của mình theo giá trị trung bình chung của cường độ tín hiệu. Để đảm bảo truyền dẫn không bị gián đoạn bởi pha đinh thì việc thiết kế hệ thống di động phải có độ dự trữ pha đinh, nghĩa là giá trị trung bình chung phải lớn hơn độ nhạy máy thu một lượng dB bằng chỗ trũng pha đinh thấp nhất (sâu nhất) chẳng hạn YdB. Khi đó ta có dự trữ pha đinh YdB. 2.3.3. Phân tán thời gian. Việc sử dụng truyền dẫn số nảy sinh một vấn đề khác: Phân tán thời gian. Vấn đề này cũng có nguồn gốc từ phản xạ nhưng khác với pha đinh nhiều tia, tín hiệu phản xạ đến từ một vật ở xa anten thu Rx (chẳng hạn khoảng vài km). Sự phân tán thời gian dẫn đến giao thoa giữa các ký hiệu (ISI). ISI thể hiện ở chỗ các ký hiệu lân cận sẽ giao thoa với nhau dẫn đến méo dạng ký hiệu và ở phía thu khó quyết định thực sự nhận được ký hiệu nào. 2.3.4. Các phương pháp phòng ngừa suy hao đường truyền dẫn do pha đinh. 2.3.4.1. Phân tập (không gian) anten. Phân tập là sử dụng hai kênh thu chịu ảnh hưởng của pha đinh độc lập. Thường ít có nguy cơ để cả hai anten bị chỗ trũng pha đinh xảy ra cùng một lúc, điều này dẫn đến hai anten Rx độc lập cùng thu một tín hiệu, và vì thế chịu tác động của đường bao pha đinh khác nhau. Khi kết hợp tín hiệu từ hai anten có thể giảm mức độ pha đinh. Khoảng cách giữa hai anten phải đủ lớn để tương quan giữa các tín hiệu ở hai anten nhỏ. ở 900 MHz có thể tăng 6 dB với cự ly giữa hai anten là 5á6 m. 2.6.4.2. Nhảy tần. Như đã nói ở trên khi nói về pha đinh Rayleigh, mẫu pha đinh phụ thuộc vào tần số. Điều này có nghĩa là chỗ trũng pha đinh sẽ xảy ra ở các vị trí khác nhau đối với các tần số khác nhau. Đơn giản ta có thể nói rằng để lợi dụng hiện tượng này ta thay đổi tần số sóng mang trong một số các tần số khi cuộc gọi đang tiến hành và nếu gặp một chỗ trũng pha đinh thì sẽ chỉ mất một phần thông tin. Bằng cách xử lý phức tạp này ta có thể khôi phục lại toàn bộ thông tin. Trạm gốc phát 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 MS phát 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 MS giám sát các ô lân cận Hình 2.3. Sơ đồ nhảy tần Khả năng nhảy tần được nhà khai thác mạng sử dụng trên một phần mạng hoặc trên toàn bộ mạng. Mục đích chính của tính năng này nhằm đảm bảo sự phân tập ở đường truyền dẫn (đặc biệt tăng hiệu quả của mã hoá kênh và ghép xen đối với MS chuyển động 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 phát ở một tần số khác ở khe thời gian sau. Nhảy tần số xảy ra giữa các khe thời gian vì thế nó có tốc độ 217 lần trong một giây tức là 1200bit/1 bước nhảy. Các tần số phát và thu luôn song công (cách nhau 45 MHz), nghĩa là các đường lên và xuống sử dụng cùng một chuỗi nhảy tần. Chuỗi nhảy tần trong một ô hoàn toàn trực giao, nghĩa là không xảy ra va chạm giữa các thông tin. Các chuỗi này cũng độc lập đối với các ô đồng kênh (sử dụng cùng tập tần số). Chuỗi nhảy tần được trạm MS tính toán trên các thông số nhận được từ BTS mỗi khi thay đổi kênh (ấn định ban đầu và Handover) như sau: Đường xuống (ô đang phục vụ) ấn định ô CA (Cell Allocation): danh sách các kênh vô tuyến rỗi trong ô. ấn định di động MA (Mobile Allocation): danh sách kênh dành cho trạm di động để nhảy tần, đây là một tập con của CA (cực đại 64), trường hợp không nhảy tần danh sách chỉ có một tần số. Dịch chỉ số ấn định di động MAIO (Mobile Allocation Index Offset): 6 bit số liệu đặc trưng cho nhảy tần đối với trạm di động MS. Số chuỗi nhảy tần HSN (Hopping Sequence Number): chuẩn của luật nhảy tần trong ô. Để tính chuỗi nhảy tần MS phải tính chỉ số ấn định di động MAI (Mobile Allocation Index): đặc tính cho một tần số ở một khung cho trước. Thường thì các kênh của cùng một ô có cùng HSN nhưng MAIO khác nhau. Lưu ý rằng kênh vật lý chứa BCCH không nhảy và các khe thời gian khác nhau nhảy khác nhau. 2.3.4.3. Ghép xen. Các khối bản tin 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 Ghép xen 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 Các khối bản tin được ghép xen 1 x 3 4 1 x 3 4 1 x 3 4 1 x 3 4 Hình 2.4. Nguyên lý ghép xen 456 bit của một cửa sổ có thể đặt vừa khít trong 4 khe thời gian. Tuy nhiên, môi trường truyền sóng vô tuyến có thể làm mất cả một cụm thông tin và có thể mất từng mảng các bit thông tin nếu ta xếp các bit này vào 4 khe thời gian liên tiếp nhau (vì các chỗ trũng pha đinh lâu làm ảnh hưởng nhiều bit liên tiếp). Mã hoá vòng xoắn chỉ cho phép sửa sai các bit riêng lẻ. Để tránh mất nhiều bit thông tin liền nhau đến mức mã hoá vòng xoắn không có tác dụng, ta áp dụng sự cài xen, dưới đây là một ví dụ về phương pháp này: Giả thiết._.Ví dụ trên đoạn đường Liễu Giai, Đường Láng - Hoà Lạc. Trên đoạn đường từ Phủ Lỗ về Gia Lâm có một đoạn đường không thiết lập được chuyển giao giữa hai cell. Vấn đề đặt ra cho mạng Hà Nội hiện nay là: + Tăng cấu hình tối đa cho các trạm nội thành để đáp ứng với sự gia tăng số thuê bao của mạng, một phần cũng để san sẻ bớt cho các site có mật độ thuê bao cao, thường xuyên có sự chiếm hữu kênh lưu thông lớn để giảm tắc nghẽn. + Đề xuất một số kế hoạch tần số cho các cell mới và các cell mở rộng về tần số để đảm bảo sử dụng hiệu qủa tần số. + Đối với các cell có sự chiếm kênh lưu lượng cao, giải pháp tạm thời là thu hẹp cell. Nhưng để giải quyết lâu dài thì phải dùng biện pháp chia ô hay còn gọi là phương pháp Sector hoá. Việc chia cell không những giảm nghẽn cho cell hiện tại mà còn tăng dung lượng của mạng. Mạng truyền dẫn cho các trạm chủ yếu là sử dụng cấu hình sao (Star) và cấu hình Multidrop. 7.2. Các giải pháp cho khu vực Hà Nội. 7.2.1. Mẫu sử dụng lại tần số. Để đáp ứng sự mở rộng cho mạng, việc lựa chọn mẫu sử dụng lại tần số cũng chiếm một vị trí quan trọng. Như ta đã biết, trong thông tin di động tổ ong, sau một tần số lại được sử dụng lại cho vị trí khác, đó là mẫu sử dụng lại tần số. Nó là nét đặc trưng cơ bản của mạng di động tổ ong. Sử dụng lại tần số nghĩa là đem các kênh vô tuyến ở cùng một tần số sóng mang để đem phủ cho các ô có vùng địa lý khác nhau. Vấn đề chính ở đây là phân bố của tỷ số C/I của hệ thống sẽ quyết định đến nhóm tần số F. Nếu như toàn bộ số kênh quy định N kênh được chia làm F nhóm thì mỗi nhóm sẽ chứa N/F kênh. Các mẫu tần số được sử dụng theo khuyến nghị của Alcatel là: 3/9, 4/12, 7/21. Sơ đồ 3/9: mỗi mảng mẫu có 3 site, mỗi site có 3 cell. Vậy mỗi mảng mẫu có 3 x 3 = 9 nhóm tần số. Mạng là những mảng mẫu xếp chồng lên nhau theo kiểu lát gạch. Sơ đồ 4/12: mỗi mảng mẫu có 4 site, mỗi site có 3 cell. Vậy mỗi mảng mẫu có 4 x 3 = 12 nhóm tần số. Mạng là những mảng mẫu xếp chồng lên nhau theo kiểu lát gạch. Sơ đồ 7/12: mỗi mảng mẫu gồm 7 site, mỗi site có 3 cell. Vậy mỗi mảng mẫu có 7 x 3 = 21 nhóm tần số. Mạng là những mảng mẫu xếp chồng lên nhau theo kiểu lát gạch. Như vậy, với tổng số kênh N cố định, khi nhóm tần số F nhỏ hơn sẽ dẫn đến nhiễu kênh ở một nhóm và các đài trạm cũng tăng lên. Nhưng khi đó cự ly các đài đồng kênh cũng sẽ giảm, sẽ dẫn đến phân bố tỷ số C/I trung bình giảm. Khoảng cách giữa các đài đồng kênh là: Mẫu 3/9 d = R (3.9)1/2 5.2 R Mẫu 4/12 d = R (3.12)1/2 6 R Mẫu 7/12 d = R (3.21)1/2 7.9 R Với mạng Hà Nội, vùng phủ sóng tương đối hẹp, mật độ thuê bao chưa cao lắm, dải tần sử dụng là 40 tần số. Nếu sử dụng mẫu 7/12 thì ta có khoảng cách D lớn nhất, nhưng tần số sử dụng lại cách nhau khá xa mà khu vực phủ sóng lại nhỏ, đồng thời tần số sử dụng cho một trạm gốc chỉ có 2 tần số. Điều này dẫn đến việc quy hoạch tần số khó khăn do việc phải mượn tần số. Nếu sử dụng mẫu 3/9 sẽ cho ta khoảng cách giữa các nhóm tần số nhỏ, nghĩa là tỷ số C/I lớn, nhiễu lớn nhất. Đồng thời mật độ thuê bao chưa thật cao nên việc sử dụng mẫu này là không cần thiết . Việc sử dụng mẫu 4/12 là phù hợp với thực tế vùng phủ sóng và mật độ thuê bao của mạng. D3 D2 D2 D1 B1 B2 B2 B3 C1 C2 C2 C3 D3 D2 D2 D1 A1 A2 A2 A3 A1 A2 A2 A3 A1 A2 A2 A3 C1 C2 C3 B1 B2 B2 B3 B1 B3 B2 B3 C1 D3 D2 D2 D1 C1 C2 C2 C3 A2 A3 A2 A2 Hình 7.1. Mẫu sử dụng tần số của mạng Mobile Hà Nội. 7.2.2. Kế hoạch tần số cho mạng. Số thuê bao gia nhập mạng di động ngày càng tăng, khả năng hiện nay của mạng không thể đáp ứng được nếu vẫn duy trì chất lượng phục vụ. Nghĩa là cuộc gọi rớt sẽ tăng lên, sự chuyển vùng Roaming của thuê bao thành công cũng sẽ giảm sự tắc nghẽn của trung kế. Phân tích một số bản báo cáo hàng ngày do trung tâm khai thác và bảo dưỡng thực hiện sẽ cho ta thấy rõ: + Về sự đáp ứng nhu cầu thông tin của mạng: Khả năng phục vụ của mạng được đánh giá bằng số kênh TCH mà có thể sử dụng được để kết nối cho một cuộc gọi. Ta đã biết, để bắt đầu quá trình thiết lập một cuộc gọi, thuê bao sử dụng kênh RACCH để yêu cầu một kênh SDCCH. Sau đó mạng sẽ tìm kiểm tra xem còn kênh SDCCH nào không, nếu không có thì thuê bao sẽ không thể thiết lập được cuộc gọi và ta có nghẽn kênh SDCCH. Trong trường hợp ngược lại, thuê bao được mạng dành riêng cho một kênh SDCCH để trao đổi thông tin nhận thực, các tham số khác với mạng không còn kênh TCH để thiết lập đấu nối thì cuộc gọi của thuê bao cũng không thành công. Từ bảng báo cáo hàng ngày về tình trạng thông tin, ta thấy sự chiếm kênh TCH giờ cao điểm gần như đạt tối đa khả năng phục vụ của hầu hết các cell. Điều này dẫn đến nghẽn kênh TCH. + Tỷ lệ rớt cuộc gọi: Trong điều khiển của hệ thống, khi chất lượng cuộc gọi xuống được một mức nào đó thì sẽ bị rớt cuộc gọi. Có một số nguyên nhân xảy ra rớt cuộc gọi: 1. Mạng được quy hoạch từ trước nên những vùng mới xuất hiện nhà cao tầng thì chất lượng phủ sóng của cả Indoor và Outdoor đều không đảm bảo. Vì vậy mà công suất thu được của MS thấp dưới mức ngưỡng của hệ thống sẽ dẫn đến rớt cuộc gọi. 2. Chất lượng Handover giữa các cell cũng sẽ dẫn đến rớt cuộc gọi. Như đã nói về Handover, khi MS di động theo một phương nào đó mà đến biên giới cell thì tín hiệu sẽ giảm dần. Mạng căn cứ vào thông số đo được của MS sẽ quyết định cho MS thực hiện quá trình chuyển giao sang ô bên cạnh để đảm bảo chất lượng cuộc gọi. Nhưng do cell này có sự chiếm kênh TCH quá cao sẽ dẫn đến là không còn kênh TCH cho quá trình chuyển giao. Như vậy, tại những cell có mật độ thuê bao cao thì quá trình chuyển giao sẽ không đảm bảo tỷ lệ thành công cao. Từ những phân tích trên, giải pháp cho mạng Hà Nội hiện nay là: 7.2.2.1. Giải pháp tạm thời cho mạng. ã Với những cell mà mật độ thuê bao lớn, sự chiếm kênh TCH quá lớn, ta có thể sử dụng các tham số hệ thống để buộc thuê bao chỉ chuyển giao ra ngoài ô, cấm chuyển giao vào trong ô. Tại những vùng mới xuất hiện nhà cao tầng làm cho chất lượng vùng phủ sóng không đảm bảo thì ta có thể lắp đặt thêm trạm lặp tại đây để đảm bảo chất lượng phủ sóng. Giải pháp tạm thời này chỉ giải quyết một cách tạm thời trong thời gian ngắn. Nó không đáp ứng được sự phát triển lâu dài cho mạng. 7.2.2.2. Giải pháp mở rộng mạng. Tại các cell mà mật độ thuê bao lớn, cấu hình sóng mang tại đây đã đạt đến cấu hình cực đại, nghĩa là không thể tăng thêm sóng mang cho cell nữa, có 2 cách giải quyết: + Thứ nhất: ta thu hẹp kích thước cell, việc này đồng nghĩa với tăng mật độ thuê bao và điều chỉnh các cell lân cận phủ lên vùng cũ của cell này. Điều chỉnh vùng phủ của cell bằng góc nghiêng của anten, tham số HO -MARGIN. + Thứ hai: ta sử dụng phương pháp chia ô, vùng đang phục vụ có mật độ thuê bao cao được chia thành những ô nhỏ hơn. 7.2.2.3. Đánh giá các giải pháp. Đối với giải pháp 1: Với phương án này chỉ là đáp ứng tạm thời bởi vì số TRX cực đại trong một ô là 4 TRX nên không thể tăng mãi số TRX lên được, sự tắc nghẽn không thể giảm nhỏ mãi bằng cách này được. Khi thuê bao di động tăng lên, nhu cầu đòi hỏi trao đổi thông tin ngày càng nhiều thì phương án này không thể thực hiện được. Việc điều chỉnh tần số cũng là phương án tạm thời vì dải tần của công ty được phép thực sử dụng bằng 1/3 dải tần cơ bản của GMS là khá hẹp mà việc thay đổi cấu trúc địa hình luôn luôn diễn ra. Việc tăng công suất phát cũng không làm giảm được nhiễu giao thoa, hiện tượng phân tán thời gian và hiện tượng nhiễu pha đinh. Như vậy, phương án 1 chỉ phù hợp cho việc điều chỉnh nhằm đáp ứng tạm thời trong phạm vi nhỏ của mạng mà thôi. Với tốc độ tăng trưởng kinh tế như hiện nay, đòi hỏi phải có một phương pháp tốt hơn. Nhưng ưu điểm của phương án này thì tiết kiệm hơn về kinh tế so với phương pháp sau vì đã tận dụng được những thiết bị sẵn có. Đối với giải pháp 2: Nếu ta thực hiện thu hẹp kích thước cell thì cách này thường gặp phải vấn đề là các cell lân cận cũng có mật độ thuê bao cao nên không thể dùng phương án này lâu dài được. Cách thứ hai là đặt các vị trí đài trạm mới, có nghĩa là một ô được chia nhỏ thành một ô nhỏ hơn hay còn được gọi là phương pháp Sector hoá (chẳng hạn như có thể chia tách lần đầu anten vô hướng thành 3 anten định hướng với dải quạt là 1200, sau tách nhỏ hơn thành 6 anten dải quạt 600...). Như vậy, phương pháp này sẽ giảm được khả năng tắc nghẽn của việc trao đổi thông tin, khắc phục được hiện tượng nhiễu giao thoa, hiện tượng phân tán thời gian, đặc biệt là giảm tổn hao đường truyền vô tuyến cải thiện chất lượng tiếng nói. Đối với phương án này đòi hỏi phải quy hoạch lại tần số cho cả mạng. Mặt khác phải chi phí với giá thành cao hơn bởi vì các thiết bị đài trạm đặt thêm trong mạng là những thiết bị mới hoàn toàn, xây dựng mạng truyền dẫn có thể tận dụng những đường truyền dẫn sẵn có, cũng có thể xây dựng mạng truyền dẫn mới hoàn toàn. Việc khảo sát, thiết kế tìm vị trí để đặt đài trạm mới đòi hỏi phải có sự tính toán kỹ lưỡng sao cho đạt hiệu quả cao nhất, kể cả vấn đề phục vụ khách hàng tại thời điểm hiện tại cũng như những phát sinh trong tương lai và hiệu quả về mạng truyền dẫn là tối ưu nhất. Việc ấn định tần số cho cả mạng sau khi quy hoạch được thực hiện vào thời điểm việc trao đổi thông tin là ít nhất, thông thường là vào lúc nửa đêm. Trong thời gian đo thử nghiệm thí nghiệm tại các ô phải chú ý đến hai vấn đề: tỷ lệ mất cuộc gọi và nhiễu giao thoa. Nếu các giá trị này quá lớn đòi hỏi phải có sự điều chỉnh kịp thời về tần số, thực hiện với từng ô riêng biệt có vấn đề nảy sinh, chứ không nên điều chỉnh đến toàn mạng vì như vậy sẽ rất khó thực hiện. Với tốc độ lưu lượng ngày càng tăng như hiện nay thì đưa phương án 2 vào thực hiện. Có nghĩa là thực hiện Sector hoá những cell có mật độ thuê bao cao thành những cell có vùng phủ nhỏ hơn. 7.3. Truyền dẫn giữa BTS và BSC. Như ta đã biết, mỗi BTS phục vụ một ô và mỗi BSC sẽ quản lý rất nhiều BTS. Mặt khác, để có được vùng phủ sóng như thiết kế, các BTS phải được đặt ở các vị trí khác nhau. Vì vậy, cần phải tổ chức truyền dẫn giữa các BTS về BSC .Theo khuyến nghị của GSM, đường truyền cơ sở từ BTS về BSC là đường truyền 2Mbit/s. Mỗi BTS có thể cung cấp tối đa là 8 sóng mang trên giao tiếp vô tuyến. Trong trường hợp ô Omni thì không có vấn đề gì, nhưng đối với vùng có mật độ thuê bao cao, khi đó ta phải dùng cấu hình Sector. Nghĩa là trạm BTS được đặt ở góc của ô và một site được bố trí cho 3 trạm gốc BTS. Vấn đề đặt ra là phải xem xét số sóng mang có thể cho một site để tối ưu cả vấn đề truyền dẫn. Ta biết mỗi sóng mang gồm 8 kênh vật lý, 8TS. Mỗi kênh vật lý có tốc độ là 16Kbit/s, 8 kênh vật lý này được ghép trên đường truyền vô tuyến sẽ có tốc độ là 8 x 16 Kbit/s. 7.4. Tính toán quy hoạch cụ thể. 7.4.1. Những cơ sở để tính toán. 7.4.1.1.Định nghĩa về Traffice. Một nhân tố quyết định trong việc xác định bao nhiêu thuê bao có thể được phục vụ là số traffice dành cho mỗi thuê bao. Lưu lượng Traffice dành cho mõi thuê bao được định nghĩa bởi tỷ lệ cuộc gọi và thời gian trung bình của một cuộc gọi. Theo định nghĩa trên, traffice được tính theo công thức: A = Trong đó: n: số cuộc gọi trung bình trong một giờ của thuê bao. T: thời gian trung bình cho một cuộc gọi (s) A: Lưu lượng thông tin trên một thuê bao được tính theo đơn vị Erlang ( mật độ lưu lượng trên một kênh bị chiếm trong một đơn vị thời gian ). Vì lưu lượng thông tin thay đổi theo thời gian nên một ô của mạng được thiết kế cho giờ bận cao điểm. Theo các số liệu thống kê điển hình thì: n = 1: trung bình một người có một cuộc gọi trong một giờ. T = 120: thời gian trung bình cho một cuộc gọi là 2 phút . Vì vậy lưu lượng trên người sử dụng: A = ằ 33mErlang/user. Như vậy, để phục vụ cho một nghìn thuê bao ta cần một lưu lượng là 33 Erlang. Từ các con số cơ sở này ta tính được số kênh yêu cầu trong mạng tổ ong. 7.4.1.2. Cấp phục vụ GOS (Grande of Service). Nếu hệ thống chuyển mạch số hoặc số lượng kênh được thiết lập để mọi cuộc gọi đều được nối thông thì hiệu quả sử dụng rất thấp ( vì mạng sẽ trở nên rỗi trong phần lớn thời gian ) và giá thành mạng sẽ đến lúc kỷ lục, khó có một nhà đầu tư nào chịu nổi. Như tính toán ở trên, nếu một thuê bao có lưu lượng là 33mErlang, nó sẽ chiếm kênh vô tuyến trong khoảng thời gian 3,3% thời gian. Nếu có 30 thuê bao thì sẽ chiếm 100% thời gian kênh vô tuyến. Như vậy sẽ xảy ra nghẽn ở mức cao không thể chấp nhận được. Do vậy, mạng được thiết kế với một mức độ nghẽn nào đó chấp nhận được. Khái niệm GOS lúc này xác định phần trăm số cuộc gọi không thành công do thiếu tài nguyên trên tổng số cuộc gọi đang cần đầu nối đồng thời. Số liệu cho thấy, các thuê bao cá nhân sẽ không nhận biết được sự tắc nghẽn hệ thống ở dưới mức 10%. Tuy vậy, để mạng hoạt động với hiệu quả cao, GOS thường từ 2% đến 5%. Theo khuyến nghị của GMS, cấp phục vụ GOS đưa ra để tính toán là 2%. Điều này tương đương với trong một giờ có thể chấp nhận được 2% x 3600 = 72s. Các số liệu được rút ra từ: - Bản đồ địa lý mạng Hà Nội và sơ đồ mạng hiện tại. - Bảng DAILY RREPORT: Đây là bảng thông báo tình trạng của mạng trong từng ngày được thực hiện tại trung tâm khai thác và bảo dưỡng. Bảng này cho biết: + Giá trị thời gian tắc nghẽn ( tính bắng giây ) trong một giờ. + Số kênh TCH, SDCCH. + Các giá trị về sử dụng kênh của từng ô. + Nhiều giá trị khác có liên quan, song việc tính toán cơ bản dựa trên những số liệu này. Từ những số liệu của bảng DAILY REPORT ta rút ra được những ô trong mạng Hà Nội hiện nay cần được xem xét. Các ô này được chia thành 2 loại: Loại 1: Những ô tổn hao vô tuyến lớn. Loại 2: Những ô có giá trị tắc nghẽn cao. Site nam Congestion TCH (Sec) RF loss TCH % Failure SDCCH % Failure SDCCH TCH Bộ xây dựng 3 0 19,28 2,51 1,59 19,05 C2 0 27,30 6,12 6,25 40,67 Phủ Lỗ 0 25,95 3,20 3,20 23,48 Mô tả những ô có tổn hao truyền dẫn lớn. Site nam Congestion TCH (Sec) RF loss TCH % Failure SDCCH % Failure SDCCH TCH Bờ Hồ 1 279 12,00 1,25 2,16 11,52 Bờ Hồ 2 221 6,97 3,49 4,52 8,73 Vaco 3 115 19,23 6,51 7,66 20,07 Hồ Tây 1 159 7,62 2,58 3,20 19,32 Trần Nhật Duật 93 9,15 0,52 1,36 9,62 Mô tả những ô tắc nghẽn cao. Đối với những ô loại 1. Sự tắc nghẽn là không đáng kể nhưng tổn hao truyền sóng vô tuyến khá lớn, đặc biệt là tổn hao vô tuyến kênh SDCCH. Điều này dẫn đến giá trị số kênh SDCCH bị lỗi khá lớn nên việc thiết lập cuộc gọi không thể thực hiện được, kể cả khi yêu cầu thiết lập cuộc gọi lúc thuê bao khởi đầu cuộc gọi cũng như lúc thuê bao thực hiện việc chuyển giao cho dù số kênh TCH dư thừa không có tắc nghẽn. Đây chỉ là kết quả của một ngày bình thường, trong những ngày thời tiết xấu giá trị này có thể tăng lên. Như vậy, tại những vùng thuộc vùng phủ của những ô này (thường là các vị trí xa đài trạm gốc) sẽ có nhiều yêu cầu thiết lập cuộc gọi không thể thực hiện được. Theo phương án 2 đã xét ở trên, giải pháp tốt nhất là đặt thêm các đài trạm mới tại các vùng này. Nghĩa là các ô thuộc vùng này được chia thành những ô nhỏ hơn. Cụ thể: + Để khắc phục sự tắc nghẽn ở ô Bộ Xây Dựng 3 ta đặt thêm một trạm BST tại khu vực ô Đông Mác (Thuộc vùng phủ cũ của ô Bờ Hồ 1) sẽ cải thiện được tín hiệu tại ô Bộ Xây Dựng này. + Đặt thêm một BTS mới thuộc vùng phủ sóng cũ của ô C2-1 tại khu vực giữa phố Đội Cấn và phố Ngọc Khánh. + Đặt thêm một BTS mới thuộc vùng phủ sóng cũ của ô C2-1 tại khu vực thuộc vùng Đê La Thành hay khu ô chợ dừa. Vị trí chính xác của các đài trạm đặt thêm này sẽ được chỉ ra kết hợp với phần sau khi xét các ô xung quanh vùng đó cũng như xét về tính tối ưu của mạng truyền dẫn cố định. Đối với những ô thuộc nhóm 2. Theo bảng trên thì những ô này có giá trị tắc nghẽn kênh TCH khá cao, các giá trị về tổn hao truyền sóng và các giá trị lỗi kênh TCH, SDCCH thì không đáng kể. Xét ô Bờ Hồ 1 có tỷ lệ tắc nghẽn là 297s. Vậy trong một giờ thì thời gian tắc nghẽn là 297/3600 ằ 8,2%. Giá trị này vượt quá giá trị cho phép mà GSM khuyến nghị là 2%. ở Bờ Hồ 1 này có số TRX đã sử dụng là 4TRX, điều này có nghĩa là không thể tăng được số TRX lên nữa. Giả sử chấp nhận được cấp phục vụ là 8,2%, thông số Erlang của mỗi thuê bao là 0,033 Erlang. Mỗi ô có 4 TRX, cho rằng một khe thời gian cho BST, 1 khe thời gian cho SDCCH/8, vậy còn lại số kênh TCH là: (4 x 8) - 2 = 30 TCH. Bảng Erlang cho biết: 30 kênh, GOS = 8,2% ta suy ra được lưu lượng bằng 27,624 Erlang. Như vậy số thuê bao chấp nhận tại cấp phục vụ 8,2% là: 25,624/0,033 = 776 thuê bao. Thực tế cấp phục vụ của mạng yêu cầu GOS = 2%. Với số kênh TCH là 30 kênh, GOS = 2%; dựa vào bảng Erlang B ta có thông số Erlang của trường hợp này là 21,932 Erlang. Suy ra, số thuê bao được phục vụ tại cấp này là: 21,932/0,033 = 664 thuê bao. Ta có lượng thuê bao không được phục vụ là: 776 - 664 = 112 thuê bao. Như vậy, tại đây ta đặt thêm một BTS mới, điều này cũng tương đương với số TRX có thể sử dụng tối đa là 8 TRX. Thực tế với sự tắc nghẽn như trên thì không phải sử dụng hết vì khi đó nếu tại mỗi ô này sử dụng 3 TRX thì mỗi ô sẽ phục vụ được: 14,896/0,033 = 451 thuê bao tại cấp phục vụ 2%. Như vậy, cả hai ô sẽ phục vụ được tổng số thuê bao là: 451 x 2 = 902 thuê bao tại cấp phục vụ 2%. Con số này cũng vượt quá giá trị nghẽn hiện thời ( >766 ). Như vậy, đảm bảo khả năng phục vụ trao đổi thông tin với tắc nghẽn nhỏ hơn 2%, và số TRX còn lại được đưa vào dự trữ. Xét ô Bờ Hồ 2: có phần trăm tắc nghẽn kênh TCH là 221s. Vậy một giờ có số GOS là: 175/3600 = 4,8%. Giá trị này vượt quá giá trị cho phép là 2%. Ô Bờ Hồ 2 đã đưa vào sử dụng là 3 TRX, điều này có nghĩa là vẫn còn 1TRX dự trữ và có thể đem vào sử dụng. Giả sử chấp nhận cấp phục vụ 4,8%, với cách tính tương tự như trên ta tính được thông số của ô này là 16,632 Erlang. Như vậy, số thuê bao chấp nhận tại cấp phục vụ này là: 16,632/0,033 = 535 thuê bao. Thực tế, tại Hà Nội có cấp phục vụ GOS là 2%. Dựa vào bảng Erlang B với 22 kênh TCH và GOS là 0,2% ta có năng lượng muốn truyền là 14,869 Erlang. Số thuê bao được phục vụ trên thực tế : 14,896/0,033 = 451 thuê bao Vậy số thuê bao không được phục vụ là: 535 - 451 = 84 thuê bao. Tại đây có thể đưa nốt 1TRX dự trữ vào sử dụng. Khi đó số thuê bao được phục vụ tại cấp phục vụ này là: 21,932/0,033 = 644 thuê bao. Điều này có nghĩa là ở ô Bờ Hồ 2 không cần đặt thêm trạm BTS mới mà chỉ bằng cách đưa 1TRX dự trữ vào hoạt động cũng có thể làm giảm được giá trị tắc nghẽn dưới mức cho phép. Xét ô Vacco 3 có % tắc nghẽn là 202s. GOS tại mức này là: 202/3600 = 5,6% Giá trị này vượt quá giá trị cho phép GOS = 2%. Cửa Nam này có số TRX sử dụng là 2 TRX, điều này có nghĩa là vẫn có thể tăng được số TRX lên nữa. Giả sử chấp nhận GOS là 5,6 %, thông số Erlang của mỗi thuê bao là 0,033 Erlang. Với 2 TRX thì số kênh TCH là: Giả sử 1 khe thời gian cho kêng quảng bá BCCH 1 khe thời gian cho kênh điều khiển dành riêng SDCCH/8 Vậy còn lại: (2 x 8 ) - 2 = 14 kênh TCH. Đưa vào bảng Erlang B với số kênh N = 14, GOS = 5,6% ta có lưu lượng muốn truyền là 11,93 Erlang. Như vậy, số thuê bao chấp nhận tại cấp phục vụ 5,6% là: 11,93/0,033 = 361 thuê bao. Để đảm bảo truyền thông tin tốt thì giá trị GOS theo khuyến nghị của GMS là 2%. Theo bảng Erlang ta có N = 14, GOS = 0,2% thì lưu lượng muốn truyền là 8,2%. Vậy số thuê bao được phục vụ tại cấp phục vụ này là: 361 - 250 = 111 thuê bao Tại đây ta có thể tăng thêm 1TRX trong số 2TRX còn dư, như vậy số thuê bao được phục vụ là : 18,425/0,033 = 558 thuê bao Điều này có nghĩa là ô Vaco 3 không cần đặt thêm trạm BTS mới mà bằng cách đưa vào sử dụng 1TRX trong số 2TRX còn dự trữ sẽ giảm được giá trị tắc nghẽn nằm dưới ngưỡng yêu cầu. Tóm lại, đối với những ô loại 2 này thì chỉ có ô Bờ Hồ 1 là cần đặt thêm BTS ngay, còn những ô khác chỉ bằng cách đưa vào sử dụng số dự trữ có thể giảm giá trị tắc nghẽn dưới mức yêu cầu. Tuy nhiên, đây chỉ là phương pháp tạm thời vì số thuê bao không ngừng tăng lên rất nhanh. Những tính toán sơ bộ chỉ tính với một ngày bình thường. Như vậy, để bảo đảm sự làm việc chắc chắn cho mạng có độ an toàn về tắc nghẽn cao, ta tính toán để dặt thêm BTS cho những ô đã xét ở trên. 7.5. Khảo sát các vị trí cụ thể nơi đặt các đài trạm mới. Đặt thêm một BTS mới điều này có nghĩa là số TRX trong một ô cũ tăng lên tối đa là 8 TRX, nhưng thực tế với sự tắc nghẽn như ở trên thì chưa cần phải dùng hết số TRX. Tại ô Bờ Hồ 1: 24,896/0,033 = 451 thuê bao tại GOS = 2%. Cả hai ô sẽ phục vụ được 451 x2 = 902 thuê bao, tại GOS = 2%. Như vậy đã đảm bảo được việc truyền lưu lượng với tắc nghẽn có GOS nhỏ hơn 2% (776<902). Do ô Bờ Hồ 1 nằm gần ô Bộ Xây Dựng 3 nên BTS xét ở đây với BTS xét đặt thêm ở ô Xây Dựng 3 có thể dùng chung 1BTS sector và BTS mới này có tên là Ô Đông Mác (ô Đông Mác 1, ô Đông Mác 2, ô Đông Mác 3). Để giảm tắc nghẽn tại ô Vaco 3 và ô Bờ Hồ 2 ta cũng đặt thêm một BTS sector thì sẽ đảm bảo được khả năng giảm sự tắc nghẽn ở hiện tại cũng như trong tương lai. Theo khảo sát thì ta có thể đặt thêm BTS sector mới này tại khu Liên Trì và ô này có tên là Ô Liên Trì (ô Liên Trì 1, ô Liên Trì 2, ô Liên Trì 3). Mặt khác tại ô Ngã Tư Vọng hiện tại đang thi công công trình cầu vượt, vì vậy khảo sát sơ bộ là đặt thêm BTS ở Ngã Tư Vọng vừa đảm bảo sự tắc nghẽn trong tương lai, đồng thời phủ sóng cho cả vùng phủ của ô Giáp Bát, ô Mai Động và ô này có tên là ô Ngã Tư Vọng (Ngã Tư Vọng 1, Ngã Tư Vọng 2, Ngã Tư Vọng 3). Tại ô C2-1 ta cũng đo được tín hiệu thu được tại ô này là rất kém. Mặt khác tại ô Thượng Đình ta thấy một thực tế mấy năm gần đây là thành phố mở rộng về quận Thanh Xuân và quận Cầu Giấy. Ví dụ như khu Láng - Hoà Lạc trước kia là những khu đất hoang thì giờ đây đã mở thêm đường Trần Duy Hưng kéo theo là những ngôi nhà cao tầng và nhiều công ty mọc lên cạnh đó là Làng sinh viên mới đưa vào hoạt động. Theo khảo sát sơ bộ thì sẽ đặt thêm một BTS sector tại Ngã Tư Sở sẽ có một chiếc cầu vượt, vì vậy đặt địa điểm ở đây là thuận lợi hơn cả. Ô này sẽ kết hợp với ô Thượng Đình và ô C2-1 để phủ sóng cho toàn bộ khu vực này và ô này có tên là ô Ngã Tư Sở (Ngã Tư Sở 1, Ngã Tư Sở 2, Ngã Tư Sở 3 ). Ngoài ra có một số khu vực đo được chất lượng thu kém là khu vực Bắc Hồ Tây, UBKH và Trần Nhật Duật. Ta thấy rằng, trong mấy năm gần đây, khu vực vui chơi giải trí Hồ Tây, thu hút một số lượng khách khá lớn. Mặt khác ta thấy rằng Liễu Giai đang và sẽ phát triển rất mạnh vì là khu công nghiệp DAWOO và là nơi có rất nhiều người nước ngoài sinh sống. Như vậy để tăng chất lượng thu thì ta đặt thêm một BTS. Cụ thể: - Đặt thêm đài trạm mới tại khu Liễu Giai giao với phố Đội Cấn thuộc vùng phủ cũ của UBKH và ô này có tên là ô Liễu Giai (Liễu Giai 1, Liễu Giai 2, Liễu Giai 3 ). - Khu vực Nghĩa Tân là nơi có chất lượng thu rất kém, hơn nữa khu vực này hứa hẹn trong tương lai sẽ mọc lên nhiều công trình đồng thời sẽ là một trung tâm vui chơi rất lớn trong tương lai. Một công trình thực tế trước mắt mà sẽ đưa vào sử dụng năm nay là cầu vượt ở ngã tư Cầu Giấy. Vậy theo khảo sát ta nên đặt thêm một BTS tại đường Hoàng Quốc Việt (Hoàng Quốc Việt 1, Hoàng Quốc Việt 2, Hoàng Quốc Việt 3). Như vậy, quy hoạch mạng ô Hà Nội lần này ta dự định đặt thêm 6 BTS sector, quản lý tất cả là 18 ô mới. Việc đặt thêm những ô này vừa đảm bảo khắc phục được những nhược điểm của mạng Hà Nội lại vừa đáp ứng được đòi hỏi về sự gia tăng dung lượng mạng một cách nhanh chóng cũng như thay đổi về cấu trúc địa lý trong tương lai. 7.6. Quy hoạch lại sơ bộ tần số. Với các ô mới đặt thêm vào đòi hỏi phải có sự tính toán quy hoạch lại tần số một cách hợp lý sao cho nhiễu giao thoa đồng kênh nằm dưới ngưỡng cửa cho phép. Việc quy hoạch lại tần số phải được thực hiện với toàn bộ mạng, trong đó những ô sector được tính toán chỉ định tần số theo phương pháp đã trình bày ở phần II, còn những ô Omni do số lượng ít lại nằm chủ yếu ở khu vực không thuộc trung tâm nên khi chỉ định tần số thường dựa trên cơ sở tần số của các ô sector. Những nhóm tần số được chỉ định càng cách xa tần số của các ô xung quanh càng tốt. Do vậy, khi tiến hành chỉ định tần số ta thường tiến hành chỉ định cho các nhóm các ô sector. Mạng ô hiện nay công ty đang sử dụng là mẫu 4/12, có 12 nhóm tần số (A1, B1, C1, D1, A2, B2, C2, D2, A3, B3, C3, D3), có 4 site, mỗi site gồm 3 tần số, như vậy có tất cả là 12 tần số, tần số dùng lại là 4 đài. Cơ sở của việc chỉ định tần số đã được trình bày kỹ ở phần II nhưng áp dụng một cách thực tế vào mạng Hà Nội hiện tại. Xét 4 đài cạnh nhau, 4 đài này tạo thành một tứ giác (12 ô), mỗi đài trạm sẽ dùng nhóm tần số A (A1, A2, A3), B (B1, B2, B3), C (C1, C2, C3), D (D1, D2, D3). Trong đó, nhóm A đối diện với nhóm C, nhóm B đối diện với nhóm D, phân bố các nhóm ở đây theo chiều kim đồng hồ. Các nhóm tần số công ty được phép sử dụng ( do Cục tần số quy định ) được cho ở bảng sau đây: A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 A3 B3 C3 D3 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 Hình 7.2. Bảng phân bố nhóm tần số Trong đó tần số được tính như sau: 395,2 MHz + i x 0,2 = Fthật MHz A1 A2 A3 B2 B33 C1 C2 C3 B1 Hình 7.3. Minh hoạ việc chỉ định tần số. Do mật độ khu vực thuê bao tại khu vực Bờ Hồ là cao nhất nên ta chọn site này làm điểm khởi đầu cho quy hoạch tần số. Trên cơ sở đó ta có bảng chỉ thị các tần số sau đây: Site name Anten Nhóm tần số TRX1 TRX2 TRX3 TRX4 1 2 3 4 5 6 7 Bờ Hồ 1 a (500) A1 120 108 Bờ Hồ b (1700) A2 124 112 Bờ Hồ c (2900) A3 116 104 Trần Nhật Duật 1 a (500) D1 123 111 Trần Nhật Duật 2 b (1700) D2 115 103 Trần Nhật Duật 3 c (2900) D3 119 107 Cửa Nam 1 a (500) C1 122 110 Cửa Nam 2 b (1700) C2 114 102 Cửa Nam 3 c (2900) C3 118 106 Liên Trì 1 a (500) B1 121 109 Liên Trì 2 b (1700) B2 113 101 Liên Trì 3 c (2900) B3 117 105 UBKH 1 a (500) B1 121 109 UBKH 2 b (1700) B2 101 89 UBKH 3 c (2900) B3 87 105 Bộ Xây Dựng 1 a (500) C1 122 110 Bộ Xây Dựng 2 b (1700) C2 114 102 Bộ Xây Dựng 3 c (2900) C3 118 106 Ô Đông Mác 1 a (500) D1 123 111 Ô Đông Mác 2 b (1700) D2 115 103 Ô Đông Mác 3 c (2900) D3 119 107 Hàng Bột 1 a (500) D1 123 111 Hàng Bột 2 b (1700) D2 115 103 Hàng Bột 3 c (2900) D3 119 107 Cục Điện ảnh 1 a (500) A1 120 108 Cục Điện ảnh 2 b (1700) A2 124 112 Cục Điện ảnh 3 c (2900) A3 116 104 Bắc Hồ Tây 1 a (500) D1 123 111 Bắc Hồ Tây 2 b (1700) D2 115 103 Bắc Hồ Tây 3 c (2900) D3 119 107 Hoàng Quốc Việt 1 a (500) C1 122 110 Hoàng Quốc Việt 2 b (1700) C2 114 102 Hoàng Quốc Việt 3 c (2900) C3 118 106 Liễu Giai 1 a (500) B1 121 109 Liễu Giai 2 b (1700) B2 113 101 Liễu Giai 3 c (2900) B3 117 105 Vaco 1 a (500) A1 120 108 Vaco 2 b (1700) A2 124 112 Vaco 3 c (2900) A3 116 104 Ngã Tư Vọng 1 a (500) B1 121 109 Ngã Tư Vọng 2 b (1700) B2 113 101 Ngã Tư Vọng 3 c (2900) B3 117 105 Ngã Tư Sở 1 a (500) D1 123 111 Ngã Tư Sở 2 b (1700) D2 115 103 Ngã Tư Sở 3 c (2900) D3 119 107 C2 – 1 a (500) A1 120 108 C2 – 2 b (1700) A2 124 112 C2 – 3 c (2900) A3 116 104 Từ Liêm 1 a (500) B1 121 109 Từ Liêm 2 b (1700) B2 101 89 Từ Liêm 3 c (2900) B3 87 105 ĐHSP – 1 a (500) A1 120 108 ĐHSP – 2 b (1700) A2 124 112 ĐHSP – 3 c (2900) A3 116 104 Thượng Đình Omni C1 86 98 Giáp Bát Omni C1 86 98 Gia Lâm Omni B3 105 93 Phủ Lỗ Omni A2 88 100 Nội Bài Omni B2 89 101 Mai Động Omni D3 95 107 Với việc mở rộng mạng này dung lượng hệ thống tăng lên một lượng là: - Ô Đông Mác 6FU , 48 - 6 = 42 TCH , tương ứng 32,836 Erl. - Ô Liên Trì 6FU , 48 - 6 = 42 TCH , tương ứng 32,836 Erl - Ô Liễu Gai 6FU , 48 - 6 = 42 TCH , tương ứng 32,836 Erl - Ô Ngã Tư Sở 6FU , 48 - 6 = 42 TCH , tương ứng 32,836 Erl. - Ô Ngã Tư Vọng 6FU , 48 - 6 = 42 TCH , tương ứng 32,836 Erl. - Ô Hoàng Quốc Việt 6FU , 48 - 6 = 42 TCH , tương ứng 32,836 Erl. Như vậy, sau khi quy hoạch mạng có khả năng đáp ứng thêm 197,016 Erlang hay 5970 thuê bao. Việc chỉ định tần số cho các ô trên đây là bước thứ nhất cho việc quy hoạch, trong thực tế có nhiều nguyên nhân những nhóm tần số này không hoàn toàn thoả mãn. Công việc tiếp theo phải làm là sau khi cho hệ thống hoạt động phải tiến hành đo đạc cường độ tín hiệu thu được, đo đạc ảnh hưởng của nhiễu giao thoa,…Song công việc này khá phức tạp, thực tế người ta chỉ xác định lại số cuộc gọi không thực hiện được, từ đó xác định lại tần số cho phù hợp.Việc xác định này được thực hiện bằng cách thử làm lần lượt các tần số trên cơ sở của những nhóm tần số của các ô xung quanh. Công việc này tiến hành thực hiện vào thời điểm có ít cuộc gọi nhất, thông thường là vào lúc 12 giờ đêm . Việc đo đạc và tối ưu hoá trong quyển đồ án này không được trình bày bởi vì liên quan đến các số liệu đo đạc cụ thể mà do điều kiện không cho phép em được trực tiếp thực hiện. Kết luận Điều khiển lưu lượng là một vấn đề phức tạp trong quản lý mạng viễn thông. Để có một chính sách quản lý và điều khiển lưu lượng thực sự có hiệu quả, ngoài vấn đề khả năng cuả thiết bị - mạng lưới, các nhà cung cấp dịch vụ cần phải liên tục có các kế hoạch giám sát, đánh giá, khảo sát và dự báo lưu lượng để từ đó đề ra các kế hoạch điều khiển lưu lượng đủ linh hoạt, giảm thiểu khả năng suy giảm chất lượng phục vụ. Nhiều bài toán đặt ra không phải lúc nào cũng tìm ra giải pháp đúng mà như ta đã biết việc quy hoạch mạng rất phức tạp, đòi hỏi nhiều yếu tố kết hợp đồng thời, ngoài việc nắm bắt thật chắc về kiến thức còn phải khảo sát, đo đạc, phân tích và kiểm tra. Trong điều kiện hiện nay chúng ta chưa có số liệu đầy đủ chính xác và nhất là do sự phát triển không ngừng của xã hội , công việc quy hoạch mạng gặp rất nhiều khó khăn. Nhưng số liệu trong bản đồ án chỉ là tương đối và chỉ phù hợp trong một thời điểm nhất định. Nó còn phải đượcbổ xung nhiều về kỹ thuật, nhất là kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã CDMA. Công nghệ này lần đầu tiên đã được thử nghiệm tại Việt Nam tại tỉnh Hải Dương vào quý III/2022 do Sài Gòn Postel cung cấp. ._.