Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh Nhóm 1 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ _____________ THIẾT KẾ MÔN HỌC THÔNG TIN DI ĐỘNG GVHD: THẦY NGÔ THẾ ANH LỚP: KTVT-K49 NHÓM 5: TRẦN TUẤN DƢƠNG VŨ VĂN RIỆM CAO PHƢƠNG THẢO HUỲNH THỊ LỆ PHƢƠNG NGUYỄN THỊ MAI TRANG NĂM 2012 Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh Nhóm 1 2 LỜI NÓI ĐẦU Với xu thế hội nhập và phát triển nhƣ hiện nay thì thông tin liên lạc có vai trò quan trọng không thể thiếu, nó là yếu tố quyết định nhiều mặt hoạt động của xã hội, giúp con ngƣời nắm bắt thông tin nhanh chóng mọi lúc mọi nơi, góp phần quan trọng phát triển đất nƣớc thể hiện ở một số lĩnh vực nhƣ là: kinh tế, văn hóa, khoa học kỹ thuật, an ninh quốc phòng, là cầu nối cho mọi ngƣời, mọi quốc gia. Hệ thống thông tin liên lạc đang có những bƣớc phát triển không ngừng và ngày càng khẳng định vị trí của mình. Sự phát triển rộng khắp cả nƣớc của mạng lƣới viễn thông và các loại hình dịch vụ viễn thông cũng ngày càng đƣợc đa dạng hoá theo yêu cầu ngày càng cao của con ngƣời. Thông tin di động đã trở thành một dịch vụ kinh doanh không thể thiếu của tất cả các nhà khai thác viễn thông trên thế giới. Đối với các khách hàng viễn thông, nhất là các doanh nghiệp thì thông tin di động trở thành phƣơng tiện liên lạc quen thuộc và không thể thiếu đƣợc. Dịch vụ thông tin di động ngày nay không chỉ hạn chế cho các khách hàng giàu có nữa mà nó đang dần trở thành dịch vụ phổ cập cho mọi đối tƣợng. Ngày nay mức sống chung của xã hội ngày càng đƣợc nâng cao đã khiến cho số lƣợng thuê bao sử dụng dịch vụ di động tăng lên đột biến. Khó khăn thực tế cho các nhà cung cấp mạng, các tổng đài là phải làm sao để có thể xử lý cuộc gọi để các thuê bao đều có thể liên lạc mà không bị gián đoạn. Do vậy, việc tính toán và thiết kế hệ thống sao cho phù hợp với từng điều kiện thực tế nhằm thực hiện mục đích quy hoạch và tối ƣu hóa mạng thông tin di động. Bài nghiên cứu này cũng không nhằm ngoài mục đích đó. Nội dung bài thiết kế môn học này tập trung vào 3 chƣơng và đƣợc khái quát nhƣ sau: Chƣơng 1: Giới thiệu chung Chƣơng này sẽ giới thiệu các thông tin tổng quát bao gồm các nội dung tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM 2G, các vấn đề chính trong hệ thống. Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh Nhóm 1 3 Chƣơng 2: Các vấn đề liên quan đến qui hoạch và thiết kế mạng Chƣơng này sẽ đề cập đến các khái niệm cơ bản nhƣ cell, chỉ số GoS, sử dụng lại tần số, tách cell. Phƣơng pháp tái sử dụng tần số và các phƣơng pháp phân chia tần số trong mạng thông tin di động GSM 2G. Chƣơng 3: Bài toán thiết kế mạng thông tin di động GSM 2G Chƣơng 3 là nội dung chính của bài thiết kế, thực hiện việc tính toán thiết kế mạng trên địa hình thực tế vẫn đảm bảo việc bố trí cell và tính toán phân chia tần số trong các mạng thông tin di động sao cho hợp lý nhất nhằm mang lại lợi ích cao nhất về kinh tế trong khi vẫn đáp ứng đƣợc các yêu cầu về kỹ thuật của hệ thống. Bản thiết kế môn học đã hoàn thành nhƣng không tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót, rất mong nhận đƣợc những góp ý của Thầy và các bạn để bài báo cáo đƣợc hoàn thiện hơn. Nhóm 1 chân thành cảm ơn! Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh Nhóm 1 4 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 2 MỤC LỤC 4 DANH MỤC HÌNH 6 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 7 1.1 Tổng quan hệ thống thông tin di động GSM 2G 7 1.2 Một số khái niệm 10 1.2.1 Trạm di động MS (Mobile Station) 10 1.2.2 Trạm gốc BS (Base Station) 10 1.2.3 Kênh hƣớng lên 10 1.2.4 Kênh hƣớng xuống 11 1.2.5 Kênh điều khiển 11 1.2.6 Trung tâm chuyển mạch di động MSC (Mobile Swiching Center) 11 1.2.7 Chuyển giao 11 CHƯƠNG 2 CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN BÀI TOÁN QUI HOẠCH VÀ THIẾT KẾ MẠNG 12 2.1. Giới thiệu 12 2.2.Các khái niệm cơ bản 12 2.2.1. Cell 12 2.2.2 Chỉ số cấp độ phục vụ GoS (Grade of Service) – các tham số liên quan 13 2.2.3 Sử dụng lại tần số 14 2.2.4 Tách cell 15 2.3 Quy hoạch cell 16 Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh Nhóm 1 5 2.3.1. Lý thuyết về quy hoạch cell trong các mạng thông tin di động 2G 16 2.3.2. Tính toán bán kính phủ sóng của cell 17 2.4. Quy hoạch tần số 17 2.4.1. Lý thuyết quy hoạch tần số 17 2.4.1.1. Các mẫu tái sử dụng tần số 17 2.4.1.2. Các phƣơng pháp phân chia tần số 18 CHƯƠNG 3 BÀI TOÁN THIẾT KẾ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 2G 24 3.1 Nội dung bài toán 24 3.2 Thực hiện 25 3.2.1 Số cell cần lắp và chỉ số N 25 3.2.1.1 Số cell thực tế tối thiểu cần lắp 25 3.2.1.2 Mẫu sử dụng lại tần số N tốt nhất cho năm đầu tiên 27 3.2.1.3 Tách cell trong bài toán tìm mẫu sử dụng lại tần số 28 3.2.2 Lựa chọn N và chỉ số Gos sau 5 năm 33 3.2.2.1 Lựa chọn lại N 34 3.2.2.2 Tính Gos phù hợp 35 3.2.3 Hiệu quả sử dụng GoS 35 3.3 Kết luận 35 KẾT LUẬN 36 Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh Nhóm 1 6 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Mô hình cấu trúc hệ thống thông tin di động GSM 2G 8 Hình 2-1: Kích thước cell. 12 Hình 2-2: Hình dạng lý thuyết cell. 13 Hình 2-3: Phương pháp phân kênh cố định. 19 Hình 2-4: Phương pháp phân kênh động DCA 20 Hình 3.1 Mô hình cell và diện tích cần phủ cell 25 Hình 3.2 Bố trí cell 27 Hình 3.3: Bố trí cell với R=1.5km 30 Hình 3.4: Bố trí cell với R=1km 32 Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh Nhóm 1 7 CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Tổng quan hệ thống thông tin di động GSM 2G Hệ thống thông tin di động: đƣợc hiểu là các hệ thống thông tin cung cấp các dịch vụ cho các đầu cuối có khả năng di chuyển đƣợc. Nói một cách khác, hệ thống thông tin di động đảm bảo việc cung cấp các dịch vụ cho ngƣời sử dụng trong khi đang di chuyển. Điều này chỉ có thể thực hiện đƣợc trong môi trƣờng thông tin vô tuyến vì các hệ thống có dây không thể làm đƣợc việc kéo các dây dẫn tới các đầu cuối di động khi mà việc di chuyển của ngƣời sử dụng là ngẫu nhiên và phạm vi di chuyển tƣơng đối rộng. Trong hệ thống thông tin di động, chúng ta tìm hiểu về hệ thống thông tin di động GSM 2G vì: mặc dù hiện nay đã xuất hiện các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3, thứ 4 với sự ƣu việt hơn về tốc độ và băng thông nhƣng trong thực tế hệ thống thông tin di động GSM 2G vẫn chiếm đa số lƣợng thuê bao di động trên thế giới nhờ vào đặc tính thoại cũng là nhu cầu chủ yếu của con ngƣời khi muốn tiếp cận hệ thống thông tin di động và số lƣợng thuê bao ngày càng không ngừng phát triển. Hệ thống thông tin di động GSM 2G sử dụng phƣơng pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA (Time Division Multiple Access), thƣờng sử dụng ở băng tần 900 MHz và 1800 MHz với độ rộng băng tần là 25 MHz. Xét mô hình mạng thông tin di động trình bày trên Hình 1.1 Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh Nhóm 1 8 Hình 1.1: Mô hình cấu trúc hệ thống thông tin di động GSM 2G Nhƣ vậy, nếu nhìn tổng thể sơ đồ Hình 1.1 thì một hệ thống thông tin di động gồm 3 phân hệ cơ bản là: phân hệ chuyển mạch SS(Switching Subscriber Subsystem), phân hệ trạm gốc BSS(Base Station Subsystem), phân hệ bảo dƣỡng và đầu cuối. 1. Phân hệ chuyển mạch SS: Gồm các khối chức năng a. Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSC(Mobile Service Switching Center): Xét một hệ thống thông tin di động thì chức năng chuyển mạch chính đƣợc thƣc hiện bởi MSC, nhiệm vụ chính của MSC là bảo đảm việc chuyển mạch giữa các user. MSC xử lý các cuộc gọi đi và đến BS (Base Station) và cung cấp chức năng điều khiển trung tâm cho hoạt động của tất cả các BS một cách hiệu quả và để truy nhập vào tổng đài của mạng điện thoại công cộng PSTN (Public Switched Telephone Network), bao gồm bộ phận điều khiển, bộ phận kết nối cuộc gọi, các thiết bị ngoại vi và cung cấp chức năng thu nhập số liệu cƣớc đối với các cuộc gọi đã hoàn thành. b. Bộ ghi định vị thƣờng trú HLR(Home Location Register): Lƣu giữ thông tin dài lâu của thuê bao chính là những thông tin ban đầu mà khi thuê bao đăng kí sử dụng dịch vụ đã đăng ký với nhà mạng. HLR không phụ thuộc vào vị trí hiện thời Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh Nhóm 1 9 của thuê bao nghĩa là khi thực hiện cuộc gọi giữa các thuê bao di động với nhau thì không cần sử dụng đến HLR. HLR chứa thông tin hiện thời của thuê bao. HLR gồm các số nhận dạng nhƣ là: nhận dạng thuê bao di động quốc tế IMSI, và nhận dạng số thuê bao trong danh bạ điện thoại MSISDN c. Bộ ghi định vị tam trú VLR(Visitor Location Register): Là cơ sở dữ liệu trung gian, đƣợc xem nhƣ là 1 HLR phân bố, lƣu giữ tạm thời thông tin về thuê bao trong vùng phục vụ MSC. Mỗi MSC có 1 VLR(MSC/VLR). VLR gồm: các số nhận dạng IMSI, MSISDN, nhận dạng số thuê bao di động tạm thời TMSI, số hiệu nhận dạng vùng định vị đang phục vụ MS, danh sách các dịch vụ mà MS đƣợc và bị hạn chế sử dụng, trạng thái của MS(bận, rỗi). d. Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR(Equipment Indensity Register): có chức năng kiểm tra tình trạng hoạt động của ME(Mobile Equipment) thông qua số nhận dạng di động quốc tế IMEI đồng thời EIR cũng chứa các số liệu về phần cứng của thiết bị. e. Khối trung tâm nhận thực AuC(Authentication Center): đƣợc nối đến HLR, cung cấp cho HLR các tần số nhận thực và các khoá mật mã để sử dụng cho bảo mật. Đƣờng vô tuyến cũng đƣợc AuC cung cấp mã bảo mật để chống nghe trộm, mã này đƣợc thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao. Cơ sở dữ liệu của AuC còn ghi nhiều thông tin cần thiết khác khi thuê bao đăng ký nhập mạng và đƣợc sử dụng dể kiểm tra khi thuê boa yêu cầu cung cấp dịch vụ, tránh việc truy nhập mạng một cách trái phép. 2. Phân hệ trạm gốc BSS: gồm các khối chức năng a. Bộ điều khiển trạm gốc BSC(Base Station Controller): có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lênh điều khiển từ xa. Các lệnh này chủ yếu là lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và chuyển giao. Một phía BSC nối với BTS, phía còn lại nối với MSC của phận hệ chuyển mạch SS. Giao diện giữa BTS và BSC là giao diện A.bis. b. Trạm thu phát gốc BTS(Base Tranceiver Station): Một BTS bao gồm các thiết bị thu/phát tín hiệu sóng vô tuyến, antenna và bộ phận mã hoá, giải mã giao tiếp Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh Nhóm 1 10 với BSC. BTS là thiết bị trung gian giữa mạng GSM và thiết bị thuê bao MS, trao đổi thông tin với MS qua giao diện vô tuyến. Mỗi BTS tạo ra một hay một số khu vực vùng phủ sóng nhất địnhgọi là cell. Có thể coi BTS là các mô-đem vô tuyến phức tạp có thêm một số chức năng khác. Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (Transcoder Adapter Rate Unit: Khối chuyển đổi mã và tốc độ), TRAU là thiết bị thực hiện quá trình mã hoá và giải mã thoại. TRAU có thể đặt cách xa BTS, và có thể đặt giữa BSC (Base Station Controller) và MSC. c. Thiết bị di động ME (Mobile Equipment): Máy điện thoại di động bao gồm các bộ thu/phát RF, antenna và bộ điều khiển. 3. Phân hệ khai thác và bão dưỡng OSS(Operation and Support System): thực hiện 3 chức năng chính: a. Khai thác và bảo dƣỡng mạng b. Quản lý thuê bao tính cƣớc c. Quản lý thiết bị di động 1.2 Một số khái niệm 1.2.1 Trạm di động MS (Mobile Station) Trạm di động MS (Mobile Station): là các thiết bị đầu cuối đƣợc sử dụng để phục vụ cho việc liên lạc của các thuê bao trong khi đang di chuyển. MS có thể là các thiết bị cầm tay hoặc là các thiết bị đƣợc cài đặt trong các phƣơng tiện giao thông. 1.2.2 Trạm gốc BS (Base Station) Trạm gốc BS (Base Station): là một trạm thu/phát sóng cố định trong hệ thống di động đƣợc sử dụng để cung cấp các giao tiếp vô tuyến với các trạm di động bao gồm các các kênh vô tuyến và các antenna thu/phát đƣợc gắn trên các tháp vô tuyến. 1.2.3 Kênh hƣớng lên Là kênh vô tuyến đƣợc sử dụng để truyền dẫn thông tin từ MS tới BS. [...]... lƣợng Tuy nhiên, trong phƣơng thức phân kênh kết hợp, bài toán khó đặt ra là việc xác định tỷ lệ phân chia băng tần giữa các kênh cố định và các kênh động Nhóm 1 23 Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh CHƢƠNG 3 BÀI TOÁN THIẾT KẾ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 2G Nội dung Chƣơng 2 đã trình bày về phƣơng pháp cũng nhƣ các thông số liên quan cho việc thiết kế mạng Nhƣ vậy, trong Chƣơng 3 tiếp theo sau... các yêu cầu về kỹ thuật của hệ thống Nhóm 1 35 Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh KẾT LUẬN Nội dung của đề tài đã nêu rõ cấu trúc của một hệ thống thông tin di động GSM 2G, các phƣơng pháp qui hoạch tần số, qui hoạch cell, các thông số cần thiết cho việc thiết kế một hệ thống, qua đó tiến hành xây dựng bài toán là một mô hình mạng thực tế Việc thiết kế hệ thống cần đảm bảo sao cho tối ƣu về chất... cơ bản trong thông tin di động nhằm bảo đảm cho việc cung cấp đƣợc các dịch vụ thông tin tới ngƣời sử dụng một cách liên tục khi ngƣời này sử dụng dịch vụ trong lúc đang di chuyển Chuyển giao đƣợc hiểu là quá trình chuyển một trạm di động từ một kênh vô tuyến hoặc một trạm gốc này sang một kênh vô tuyến hoặc một trạm gốc khác trong quá trình đàm thoại của thuê bao Nhóm 1 11 Thiết kế môn học GVHD: Thầy... 2-1: Kích thƣớc cell Cell (tế bào hay ô) là đơn vị cơ sở của mạng, tại đó trạm di động MS tiến hành trao đổi thông tin với mạng qua trạm thu phát gốc BTS BTS trao đổi thông tin qua sóng vô tuyến với tất cả các trạm di động MS có mặt trong Cell Hình dạng lý thuyết của Cell là một cell tổ ong hình lục giác: Nhóm 1 12 Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh Hình 2-2: Hình dạng lý thuyết cell Trên thực tế,... Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh 2.3 Quy hoạch cell 2.3.1 Lý thuyết về quy hoạch cell trong các mạng thông tin di động 2G 1 Cell lớn Bán kính phủ sóng khoảng: n km  n*10 km (GSM:  35 km) Vị trí thiết kế các Cell lớn: Sóng vô tuyến ít bị che khuất (vùng nông thôn, ven biển ), mật độ thuê bao thấp, yêu cầu công suất phát lớn 2 Cell nhỏ Bán kính phủ sóng khoảng: n*100 m (GSM:  1 km) Vị trí thiết. .. vẫn đƣợc phủ sóng đến(lí luận nhƣ khi tính toán thiết kế mạng ban đầu) Sắp xếp các cell theo chiều rộng của vùng di n tích cần phủ: Nhóm 1 31 Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh Số cell cần lắp đặt là: Ncell(r)= 18 1.5∗ R = 18 1.5 = 12 (cell) Trong quá trình thiết kế và đặt cell vào địa hình thực tế thì các cell ở hàng chẵn theo chiều rộng còn thiếu di n tích bằng 1/2 cell nên cần lắp đặt thêm 6... ĐẾN BÀI TOÁN QUI HOẠCH VÀ THIẾT KẾ MẠNG 2.1 Giới thiệu Chƣơng này sẽ đề cập đến các khái niệm cơ bản nhƣ cell, chỉ số GoS, sử dụng lại tần số, tách cell Nội dung phần quy hoạch cell sẽ trình bày lý thuyết về quy hoạch cell trong mạng thông tin di động 2G, tính toán bán kính phủ sóng của cell các mẫu tái sử dụng tần số, các phƣơng pháp phân chia tần số trong mạng thông tin di động 2G 2.2.Các khái niệm... nghĩ đến sẽ kết hợp 2 phƣơng pháp lại, để nó vừa thích hợp đồng thời khi lƣu lƣợng mạng cao và thấp khác nhau, cũng chính là môi trƣờng thực tế, phƣơng pháp HCA ra đời Nhóm 1 21 Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh 3 Phƣơng pháp chia tần số kết hợp HCA ( Hybrid Channel Assignment) Phƣơng thức phân kênh kết hợp là sự kết hợp của phƣơng thức phân kênh cố định FCA và phƣơng thức phân kênh động DCA Trong... Nếu N = 3 ngay từ năm đầu hoặc sau M năm mà M . Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh Nhóm 1 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ _____________ THIẾT KẾ MÔN HỌC THÔNG TIN DI ĐỘNG. số trong mạng thông tin di động GSM 2G. Chƣơng 3: Bài toán thiết kế mạng thông tin di động GSM 2G Chƣơng 3 là nội dung chính của bài thiết kế, thực hiện việc tính toán thiết kế mạng trên địa. Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh Nhóm 1 7 CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Tổng quan hệ thống thông tin di động GSM 2G Hệ thống thông tin di động: đƣợc hiểu là các hệ thống thông tin