Đang tải... (xem toàn văn)
Thông tin di động là loại hình thông tin hiện đại, đáp ứng được nhu cầu của xã hội phát triển. Từ đó từ khi mới ra đời thông tin di động đã phát triển nhanh chóng phát triển và ngày càng chứng tỏ đựoc tiện ích của nó trong đời sống con người. Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh và mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà khai thác. Điển hình cho thông tin di động hiện nay là hệ thống GSM. Sự phát triển của thị trường viễn thông di động đã thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu và triển khai hệ thống mạng đến mọi nơi trên lãnh thổ quốc gia. Để đáp ứng các nhu cầu về chất lượng dịch vụ ngày càng nâng cao các nhà khai thác không ngừng cải tiến kỹ thuật và trang thiết bị để tránh tắc nghẽn và rớt cuộc gọi, có thể phục vụ khách hàng ở nọi lúc, mọi nơi. Để đạt được những yêu cầ đó thì việc tính toán đó quy hoạch hệ thống ngay từ khi bắt đầu xây dựng là rất quan trọng, nó có ý nghĩa quyết định trong quá trình xây dựng hệ thống.
LỜI NÓI ĐẦU Thông tin di động là loại hình thông tin hiện đại, đáp ứng được nhu cầu của xã hội phát triển. Từ đó từ khi mới ra đời thông tin di động đã phát triển nhanh chóng phát triển và ngày càng chứng tỏ đựoc tiện ích của nó trong đời sống con người. Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh và mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà khai thác. Điển hình cho thông tin di động hiện nay là hệ thống GSM. Sự phát triển của thị trường viễn thông di động đã thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu và triển khai hệ thống mạng đến mọi nơi trên lãnh thổ quốc gia. Để đáp ứng các nhu cầu về chất lượng dịch vụ ngày càng nâng cao các nhà khai thác không ngừng cải tiến kỹ thuật và trang thiết bị để tránh tắc nghẽn và rớt cuộc gọi, có thể phục vụ khách hàng ở nọi lúc, mọi nơi. Để đạt được những yêu cầ đó thì việc tính toán đó quy hoạch hệ thống ngay từ khi bắt đầu xây dựng là rất quan trọng, nó có ý nghĩa quyết định trong quá trình xây dựng hệ thống. Được sự định hướng và chỉ dẫn của thầy giáo hướng dẫn. Em đã chọn đề tài: “Bài toán thiết lập mạng thông tin di động GSM”. Với mục đích là tìm hiểu Hệ thống GSM, Lưu lưọng thông tin và bài toán Thiết lập mạng thông tin di động GSM. Nội dung của đồ án gồm 3 chương: Chương 1: Khái quát về Hệ thống GSM Nội dung của chương này là nghiên cứu tổng quan về mạng thông tin di động, cấu hình cơ bản của mạng, giao diện vô tuyến, các loại kênh và cách ánh xạ các kênh lôgic lên kênh vật lý Chương 2: Dự báo nhu cầu và dự báo lưu lượng Nội dung của chương này là nghiên cứu dự báo nhu cầu điện thoại; dự báo lưu lượng và cách tính toán thông số của các kênh lôgic của mạng thông tin di động GSM trên cơ sở lưu lượng dự báo, công thức Erlang B và các công thức tính toán các kênh 1 Chương 3: Bài toán thiết lập mạng thông tin di động GSM Nội dung của chương này là trình bày cơ sở lý thuyết, mục đích của thiết lập mạng, nghiên cứu quy trình thiết lập một mạng thông tin di động GSM. Tính toán các thông số của một mạng thông tin di động với số các số liệu dự báo và giả thuyết theo thống kê. Được sự chỉ dẫn nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn cùng với sự cố gắng của bản thân em đã hoàn thành đúng thời hạn. Nhưng do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi các sai sót. Rất mong được sự góp ý của các thầy,cô giáo và các bạn để đồ án dược hoàn thiện hơn. 2 CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG GSM 1.1 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA GSM 1.1.1 Giới thiệu chung về GSM Một mạng vô tuyến tế bào gồm các BS đặt giữa các tế bào được bố trí thành mạng hình tổ ong ( hình 1.1 ) Hình 1.1: Cấu trúc tổ ong của mạng vô tuyến tế bào Các băng sóng đường lên, đường xuống có độ rộng W được chia thành các phần B c và mỗi giải con B c được gán cho một tế bào, N tế bào lân cận nhau hợp thành từng cụm N trạm gốc BS với W=N.B c . Các cụm này lại ghép giáp nhau và phủ kín vùng cần phủ sóng là phần diện tích cần cung cấp dịch vụ liên lạc di động. Giữa các vùng phủ sóng, các mạng nối với nhau có thể nối với nhau bằng đường trục riêng hoặc thông qua PSTN. Hệ thống di động tế bào (Cellular Mobile Radio System) đầu tiên ở châu Âu lắp đặt vào năm 1981 tại khu vực bán đảo Scan- đi- na-vơ, khởi 3 đầu chỉ dùng cho vài nghìn thuê bao.Cho tới năm 1992 thì toàn châu Âu đã có 6 loại mạng tế bào khác nhau tại 16 nước, phục vụ 1.2 triệu thuê bao. Lúc đó tại châu Âu, giữa các hệ thống và các thuê bao của các mạng khác nhau thì không tương thích, khả năng lưu động của các thuê bao từ nước này sang nước khác rất thấp do đó khá bất tiện. Số thuê bao thấp dẫn tới giá thiết bị và dịch vụ cao. Trong tình hình như vậy, từ năm 1992 Hội nghị Bưu chính và Viễn thông châu Âu CETP đã thành lập nhóm chuyên trách về thông tin di động GSM có nhiệm vụ xác định một hệ thống thông tin di động công cộng tiêu chuẩn toàn châu Âu hoạt động trên băng tần 900 Mhz. Nhóm này đã quyết định xây dựng hệ thống liên lạc số di động cho hệ GSM ( nay được hiểu một cách rộng rãi là “Global System for Mobile communications”, tức là Hệ thống thông tin di động toàn cầu). Các thí nghiệm và các mô phỏng đã được tiến hành ở nhiều nước châu Âu trên nhiều hệ thống với nhiều nguyên tắc khác nhau. Tới năm 1986, 9 nước đầu tiên đã qua thử nghiệm được đề xuất cho một hệ thống GSM toàn châu Âu tại hội nghị của CETP diễn ra ở Pari, bao gồm: CD -900,MATS -D/W, ADPM, DMS -90, MOBIRA,SFH -900, S900 –D, MAX II, MTS –D/N. Cả 3 loại đa truy cập ( FDMA, TDMA, và CDMA đo Pháp và Đức sản xuất) và tới 7 sơ đồ điều chế được thử nghiệm trong các loại hệ thống này, với tốc độ truyền từ 20Kb/s đến 8Mb/s. Tại hội nghị này, đại diện các nhà quản lý và cung cấp dịch vụ thông tin từ 15 nước châu Âu đã tiến hành bỏ phiếu lựa chọn cấu hình tiêu chuẩn của hệ thống GSM căn cứ theo yêu cầu về hiệu quả phổ, chất lượng âm thanh, giá thành máy di động, giá trạm cố định, tính tiện lợi mang xách, khả năng phục vụ dịch vụ mới và khả năng hoạt động với các hệ thống hiện hành. 1.1.2 Các thông số cơ bản của hệ thống GSM Các mô tả chi tiết về GSM được nêu trong 13 tập khuyến nghị của GSM, thông qua vào tháng 4 năm 1988 và từ đó tới nay liên tục được bổ 4 sung và phát triển. Sau một thời gian thử nghiệm, từ năm 1991 mạng GSM đã được sử dụng tại châu Âu và tại rất nhiều nước trên thế giới. So với mọt số hệ thống thông tin di động vô tuyến tế bào TDMA thế hệ thứ hai khác như IS -54 của Mỹ hay hệ thống tương tự như ở Nhật Bản… GSM là một hệ thống với tham vọng lớn hơn nhiều. Các mô tả cơ bản của GSM như sau: - Băng sóng: (890 – 915) MHz (Đường lên - uplink) (935 – 960) MHz (Đường xuống – downlink) Các băng sóng song công này phân bổ cho 2 giải phòng vệ, mỗi giải rộng 200 Khz, và 124 cặp kênh vô tuyến (lên xuống) mỗi kênh rộng 200 Khz. Khoảng cách giữa các cặp kênh vô tuyến là 200 Khz. - Loại song công: FDD (đường lên và đường xuống trên 2 tần số thuộc hai băng sóng riêng biệt) với khoảng cách giữa 2 sóng mang lên xuống của một kênh là 45 Khz. Tần số sóng mang trên hai băng sóng đối với kênh song công thứ n được tính theo công thức : F nI = 890,2+ 0.2(n- 1) [Mhz] và F nII = F nI + 45 [Mhz]. - Sơ đồ truy cập: TDMA với 8 khe thời gian trên một sóng mang vô tuyến. Độ dài một khe thời gian: ≈ 058 ms, do đó khoảng thời gian một khung TDMA gần bằng 4,6 ms (0,58 x 8 khe). Mã hoá tiếng nói: Mã dự kiến tuyến tính – kích thích xung đều RPE –LPC dự đoán dài hạn, tốc độ 13 Kb/s đối với một giai đoạn của GSM và 6,5 Kb/s trong giai đoạn phát triển 2 và 2+. - Mã hoá kênh: Mã chập tốc độ 1/2, độ dài ràng buộc bằng 5 (CC(2,1,5)), kết hợp với mã khối. Mã khối với 3 bit kiểm tra được sử dụng để mã hoá 50 bit quan 5 trọng nhất,sau đó 53 bit này được ghép với 132 bit quan trọng cùng 4 bit đuôi tạo thành cụm 189 bit và được mã hoá tiếp bằng mã chập tốc độ ẵ tạo nên độ dài mã 378 bit, 78 bit tiếng nói không quan trọng thì không được mã hoá nhằm tiết kiệm tốc độ bit mã (hình 1.2) Số bit dữ liệu sau khi mã hoá kênh là 456 bit trong một khung tín hiệu tiếng nói 20 ms, hình thành tốc độ tin thoại của một kênh là 22,8 Kb/s. Hình 1.2: Mã hóa tín hiệu tiếng nói đã số hóa trong GSM Tráo thứ tự truyền : Áp dụng hai lần, do đó việc mất cả một cụm TDMA chỉ gây ảnh hưởng tới 12,5% số bit của một khung tín hiệu tiếng nói. Tốc độ truyền: Tốc độ tin thoại chưa mã hoá kênh: 13 Kb/s, tốc độ tin thoại của một khe thời gian (một kênh) là 22,8 Kb/s, tốc độ số liệu của cả 8 khe thời gian (gồm cả tin thoại, tín hiệu đồng bộ, chuỗi dò kênh…) khoảng 271 Kb/s. Điều chế: Điều chế tần số dịch pha cực tiểu Gao –xơ GMSK có đường bao không đổi, BT = 0,3(Bandwith bitinterval, nhờ đó suy giảm giữa 2 sóng mang lân cận là 18 dB và hơn 50 dB đối với các kênh xa hơn. Độ rộng phổ 6 tín hiệu băng gốc của một kênh vô tuyến ( gồm 8 khe thời gian với tốc độ tổng cộng 271 Kb/s) là khoảng 50 Khz. San bằng: Phải giải quyết được các trải giữ chậm tới 16 s µ . Nhảy tần: Nhảy tần chậm với tốc độ 217 buớc nhảy/s, việc quyết định có áp dụng nhảy tần hay không thuộc vào quyền quyết định của nhà cung cấp dịch vụ điện thoại di động (công ty điện thoại di động). Công suất: - Công suất đỉnh cho máy di động :(2- 20) W - Công suất trung bình cho máy di động : (0,25 – 2,5) W - Kiểm soát công suất: Có áp dụng. Kiểm soát điều khiển: - Chuyển điều khiển(Hand Over): Có áp dụng - Tên kênh điều khiển: SACCH; - Tốc độ kênh điều khiển: 967 Kb/s - Kích thước tin điều khiển: 184 Bit; - Trễ xử lý điều khiển: 480 ms. 1.1.3- Hoạt động của mạng GSM a- Sơ đồ khối cơ bản của mạng GSM Hình 1.3 trình bày cấu trúc đơn giản của một mạng di động mặt đất công cộng GSM Các kí hiệu : MS: Trạm di động MT: Đầu cuối di động; TE: Thiết bị đầu cuối Um: Giao diện vô tuyến giữa trạm gốc và trạm di động A: Giao diện giữa BS - MSC A- bis: Giao diện BTS – BSC 7 BS: Trạm gốc cố định BSS: Hệ thống trạm gốc BTS: Trạm thu – phát gốc BSC: Đài điều khiển trạm gốc MSC: Trung tâm chuyển mạch di động ( tổng đài thông tin di động) NMC:Trung tâm quản lý mạng OMC: Trung tâm thao tác và bảo trì ADC: Trung tâm quản trị mạng AUC: Trung tâm nhận thực thuê bao EIR: Bộ ghi số nhận diện phần cứng trạm di động HLR: Bộ ghi định vị thường trú; VLR: Bộ ghi định vị tạm trú. Hình 1.3 : Cấu trúc cơ bản của một mạng GSM b- Chức năng các khối và hoạt động của mạng: Liên lạc vô tuyến di động trong một mạng di động mặt đất công cộng GSM được làm thuận tiện nhờ một loạt các thủ tục và chức năng mạng. 8 MS: Là thiết bị mà một thuê bao sử dụng để truy nhập các dịch vụ của hệ thống. Về mặt chức năng, MS gồm một đầu cuối di động MT, và thiết bị đầu cuối TE mà nó có thể gồm một hay nhiều bộ phận như bộ phận điện thoại và thiết bị đầu cuối số liệu DTE. Khi cần, một hay nhiều bộ phối hợp đầu cuối TA có thể được ghép kèm vào đó. MT thực hiện các chức năng cần thiết để tạo kênh vật lý giữa MS và BS như thu phát vô tuyến, quản lý kênh, mã hoá và giải mã kênh, mã hoá và giải mã tiếng nói… Có nhiều loại MS: mang xách, gắn trên xe, cầm tay. Giao diện vô tuyến giữa MS và BS được đặt tên là Um. Trong GSM có sự phân biệt giữa thiết bị vật lý và thuê bao. Một trạm di động MS gồm thiết bị di động và một đơn vị nhỏ nữa gọi là mô - đun xác nhận thuê bao SIM được chế tạo dưới dạng một card thông minh (Smart Card) mà thiếu nó thì thuê bao không thể truy nhập mạng ngoại trừ gọi các số khẩn cấp (cảnh sát, cứu thương, cứu hoả). Hệ thống trạm gốc: Là Trạm gốc được chia thành theo chức năng thành Trạm thu- phát gốc và Đài điều khiển trạm gốc, được kết nối với nhau bằng giao diện A-bis. BS thực hiện chức năng quản lý kênh vô tuyến bao gồm đặt kênh, giám sát chất lượng đường thông, phát các tin quảng bá và thông tin báo hiệu liên quan, cũng như điều khiển các mức công suất phát và điều khiển nhảy tần. Các chức năng khác nữa của BS còn là mã hoá và giải mã sửa lỗi, mã chuyển tiếng nói số hoặc phối hợp tốc độ số liệu, khởi đầu chuyển điều khiển HO trong nội bộ tế bào (về kênh chất lượng tốt hơn) cũng như mã tín hiệu báo hiệu và số liệu. Mỗi một tế bào của GSM có một trạm thu – phát gốc BTS (là máy thu phát vô tuyến được sử dụng để phủ sóng cho một tế bào) hoạt động trên một tập kênh vô tuyến. Các tập kênh của các tế bào lân cận nhau thì sử dụng các tập tần số khác nhau nhằm chống gây nhiễu lẫn nhau. Thiết bị vô tuyến trong một BS có thể phục vụ cho một vài tế bào hoặc các sec- tơ trong một tế bào, trong trường hợp đó BS sẽ gồm một số BTS đặt dưới sự điều khiển của cùng một BSC. BSC có 9 nhiệm vụ thực hiện mọi chức năng kiểm soát trong BS như điều khiển HO, điều khiển công suất… Một số BSC, đến lượt mình, lại được phục vụ bởi một MSC. Tổng đài thông tin di động MSC: Được nối tuyến tới BS thông qua giao diện A và thực hiện tất cả các chức năng cần thiết đối với hoạt động của các trạm di động trong cụm các tế bào mà nó phục vụ. Các chức năng của MSC bao gồm lập tuyến và điều khiển cuộc gọi ; các thủ tục cần thiết cho làm việc với các mạng khác(chẳng hạn với mạng điện thoại công cộng PSTN, hay với mạng số đa dịch vụ ISDN); các thủ tục liên quan tới quản lý quá trình di động của các trạm di động như nhắn tin để thiết lập cuộc gọi, báo vị trí mới trong quá trình lưu động và nhận thực nhằm chống các cuộc gọi truy nhập trái phép; cũng như các thư tục cần thiết để tiến hành chuyển điều khiển (HO). Chuyển điều khiển: Là quá trình gán lại liên lạc của một trạm di động sang một BS khác khi MS di động ra khỏi vùng phục vụ của một BS. Ngoài quá trình HO này, trong hệ thống GSM còn có một loại HO khác là HO trong tế bào. Quá trình này là việc chuyển một cuộc gọi đang tiến hành trên một kênh này sang một kênh khác trong cùng một tế bào khi chất lượng kênh dùng giảm dưới mức cho phép, có nhiễu quá lớn hoặc có vấn đề trong bảo trì. Do các yêu cầu ngày càng cao về mật độ máy trong một tế bào, các kênh tần số vô tuyến phải được tái sử dụng thường xuyên vì thế việc chia tế bào nhỏ hơn (các Microcell) và do đó làm tăng khả năng nhiễu cùng kênh. Để chống lại, một thuật toán HO hiệu quả là tuyệt đối cần thiết dựa trên việc đánh giá một cách thông minh. Bộ ghi định vị thường trú: Là một đơn vị cơ sở dữ liệu dùng để quản lý các thuê bao di động. HLR chứa một phần thông tin được báo mới (cập nhật) thường xuyên về vị trí định thời của MS (hiện đang có mặt tại vùng phục vụ của MSC nào) cho phép các cuộc gọi tới một MS được nối 10 [...]... thông tin về thiết bị phần cứng của mọi thuê bao đăng ký trong mạng (con số nhận di n phần cứng của thiết bị di động) cho phép MSC nhận biết được các MS hỏng, bị lấy cắp hay đang gọi trộm Bộ ghi định vị tạm trú VLR: Là một khối chức năng theo dõi MS hiện có trong vùng MSC của nó, kể cả các MS là thuê bao của các công ty di động GSM khác(miễn là công ty đó có ký kết về lưu động với công ty quản lý mạng. .. và mới Nếu một người từ mạng điện thoại cố định công cộng PSTN muốn thiết lập 1 cuộc gọi đến 1 thuê bao GSM, tổng đài PSTN sẽ nói cuộc gọi tới tổng đài tổng GMSC của mạng di động PLMN GMSC có thể làm bất cứ MSC nào của mạng GSM (có thể là hầu hết các MSC của GSM) GMSC làm việc như một tổng đài trung kế vào của GSM/ PLMN Tại GMSC, chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi tới thuê bao di động được thực hiện Điều... hịên di n Ngoài ra HLR còn chứa các thông tin về thuê bao như các dịch vụ phụ(mà thuê bao có quyền sử dụng trong mạng) và các thông số nhận thực có liên quan tới quá trình nhận thực thuê bao như số nhận di n thuê bao di động quốc tế IMSI … Thông số này được trung tâm nhận thực sử dụng để xác nhận quyền truy nhập của thuê bao vào hệ thống Mọi thông số thuê bao nói trên của mọi thuê bao thuộc về một mạng. .. truyền tin điều khiển HO, tốc độ sẽ nhanh hơn 10 lần so với việc sử dụng kênh SACCH 23 Chương 2 TÍNH TOÁN NHU CẦU THÔNG TIN VÀ LƯU LƯỢNG THÔNG TIN Dự báo là một khâu quan trọng không thể thiếu được trong công việc đưa ra quyết định Nó dự báo xu hướng trong tương lai và trở thành điều căn bản để lập kế hoạch phát triển mạng có hiệu quả kinh tế cũng như đáp ứng được chất lượng cuộc gọi cho mạng thông tin. .. quản lý mạng di động đang xét) song đang hoạt đọng ngoài vùng HLR của chúng VLR vì vậy là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin của mọi MS hợp lệ hiện đang có trong vùng của nó.Mỗi MSC có mọt VLR riêng (trong CME 20 – giải pháp GSM của hãng Ericsson thì VLR được bố trí kèm với thiết bị MSC) Vùng mà MSC quản lý do vậy có tên gọi vùng phục vụ MSC/ VLR Việc quản lý di động của các MS trong mạng được thông qua... thống khi thiết lập một cuộc gọi trước khi ấn định một TCH Chẳng hạn đăng kí và nhận thực được thực hiện ở đây Kênh đường lên -xuống, điểm đến điểm - Kênh điều khiển liên kết chậm (SACCH): Kênh này liên kết với một TCH hay một SDCCH Đây là một kênh số liệu liên tục mang thông tin liên tục như các thông báo đo đạc từ trạm di động về cường độ tín hiệu thu từ ô hiện thời và các ô lân cận Thông tin cần cho... đồng bộ (SCH): kênh này mang thông tin để đồng bộ khung (số khung TDMA) của MS và nhận dạng BTS (BSIC) Kênh đường xuống điểm tới đa điểm Số khung TDMA : Một trong các tính năng của GSM là bảo vệ thông tin của người sử dụng để chống nghe trộm Điều này được thực hiện nhờ mật mã hoá thông tin trước khi nó phát hiện Thuật toán để tính khoá mật mã sử dụng số khung TDMA như một thông số vào, và vì thế mỗi... đó sẽ hỏi số liệu về MS từ HLR để sau đó nếu MS muốn gọi thì VLRđã có các thông tin cầnthiết để thiết lập cuộc gọi không cần hỏi lại HLR nữa Đồng thời HLR cũng được thông báo về vị trí mới của MS đó (về MSC mà MS mới duy chuyển tới) MS vãng lai (từ mạng khác tới) sẽ được dăng ký một cách chủ độngtại MSC gần nhất và HLR của mạng mà MS mới truy nhập sẽ đưựơc báo về sự xuất hiên của MS đó Một con số vãng... cấp dịch vụ ( công ty điện thoại di động) đều được đưa vào lưu trữ tại HLR của mạng đó, ngay vào thời điểm đăng ký (mua thuê bao) AUC: Là một đơn vị cơ sở dữ liệu trong mạng, cung cấp các tham số mã mật và nhận thực cần thiết để đảm bảo tính riêng tư (mật) của từng cuộc gọi và xác định quyền truy nhập của các thuê bao đang tiến hành truy nhập mạng Bộ ghi số nhận di n thiết bị nối tới MSC bằng một tuyến... vì các trạm di động luôn luôn chuyển động trong quá trình cuộc gọi, vì thế các cụm của các trạm di động hơi ‘trượt’ so với nhau, thậm chí cả khi sử dụng phương pháp đồng bộ thời gian thích ứng (8,25 bít tương ứng với 30 µs) GP cho phép máy phát dịch lên và dịch xuống trong giới hạn do khuyến nghị GSM qui định b- Cụm hiệu chỉnh tần số: Cụm này được sử dụng để điều chỉnh tần số của trạm di động Nó tương . đã chọn đề tài: Bài toán thiết lập mạng thông tin di động GSM . Với mục đích là tìm hiểu Hệ thống GSM, Lưu lưọng thông tin và bài toán Thiết lập mạng thông tin di động GSM. Nội dung của đồ. thông tin di động GSM Nội dung của chương này là trình bày cơ sở lý thuyết, mục đích của thiết lập mạng, nghiên cứu quy trình thiết lập một mạng thông tin di động GSM. Tính toán các thông số. tính toán thông số của các kênh lôgic của mạng thông tin di động GSM trên cơ sở lưu lượng dự báo, công thức Erlang B và các công thức tính toán các kênh 1 Chương 3: Bài toán thiết lập mạng thông