Tối ưu hóa mạng di động GSM LỜI NÓI ĐẦU Trong sống hàng ngày thông tin liên lạc đóng vai trò quan trọng thiếu Nó định nhiều mặt hoạt động xã hội, giúp người nắm bắt nhanh chóng thông tin có giá trị văn hoá, kinh tế, khoa học kỹ thuật đa dạng phong phú Ngày với nhu cầu số lượng chất lượng khách hàng sử dụng dịch vụ viễn thông ngày cao, đòi hỏi phải có phương tiện thông tin đại nhằm đáp ứng nhu cầu đa dạng khách hàng “mọi lúc, nơi” mà họ cần Thông tin di động ngày trở thành dịch vụ kinh doanh thiếu tất nhà khai thác viễn thông giới Đối với khách hàng viễn thông, nhà doanh nghiệp thông tin di động trở thành phương tiện liên lạc quen thuộc thiếu Dịch vụ thông tin di động ngày không hạn chế cho khách hàng giầu có mà dần trở thành dịch vụ phổ cập cho đối tượng viễn thông Trong năm gần đây, lĩnh vực thông tin di động nước có bước phát triển vượt bậc sở hạ tầng lẫn chất lượng phục vụ Với hình thành nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông tạo cạnh tranh để thu hút thị phần thuê bao nhà cung cấp dịch vụ Các nhà cung cấp dịch vụ liên tục đưa sách khuyến mại, giảm giá thu hút nhiều khách hàng sử dụng dịch vụ Cùng với đó, mức sống chung toàn xã hội ngày nâng cao khiến cho số lượng thuê bao sử dụng dịch vụ di động tăng đột biến năm gần Các nhà cung cấp dịch vụ di động nước sử dụng hai công nghệ GSM (Global System for Mobile Communication - Hệ thống thông tin di động toàn cầu) với chuẩn TDMA (Time Division Multiple Access - đa truy cập phân chia theo thời gian) công nghệ CDMA (Code Division Multiple Access - đa truy cập phân chia theo mã) Các nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM Mobiphone, Vinaphone, Viettel nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng công nghệ CDMA S-Fone, EVN, Hanoi Telecom Các nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng công nghệ CDMA mang lại nhiều tiện ích cho khách hàng, dần lớn mạnh Tuy nhiên nhu cầu sử dụng khách hàng nên thị phần di động nước phần lớn thuộc nhà cung cấp dịch vụ di động GSM với số lượng thuê bao áp đảo Chính việc tối ưu hóa mạng di động GSM việc làm cần thiết mang ý nghĩa thực tế cao SVTH: Lê Quang Thông Tối ưu hóa mạng di động GSM Trên sở kiến thức tích luỹ năm học tập chuyên ngành Điện Tử - Viễn Thông trường đại học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh với hướng dẫn thầy Nguyễn Văn An, em tìm hiểu, nghiên cứu hoàn thành đồ án với đề tài “Tối ưu hóa mạng di động GSM” Đề tài chia thành hai phần:  Phần I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG GSM  Phần II: TỐI ƯU HÓA MẠNG DI ĐỘNG GSM Phần I đề tài đề cập tới khái niệm hệ thống thông tin di động GSM Phần II trình bày tính toán mạng GSM với công tác tối ưu hóa hệ thống Nội dung trình bày chương sau:  Chương 1: Giới thiệu lịch sử phát triển mạng GSM cấu trúc địa lý mạng  Chương 2: Trình bày thành phần chức hệ thống  Chương 3: Trình bày tính toán mạng GSM dung lượng yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng phủ sóng  Chương 4: Trình bày quy hoạch thiết kế hệ thống Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Nguyễn Văn An với thầy cô khoa Công Nghệ Điện Tử trường ĐH Công Nghiệp trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án TP Hồ Chính Minh, Ngày 24 Tháng 12 Năm 2009 Sinh viên thực Lê Quang Thông MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU DANH SÁCH HÌNH MINH HỌA DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT .5 Phần I TỔNG QUAN VỀ MẠNG GSM SVTH: Lê Quang Thông Tối ưu hóa mạng di động GSM GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG GSM HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM Phần II 19 TỐI ƯU HÓA MẠNG GSM 19 TÍNH TOÁN MẠNG DI ĐỘNG GSM 19 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 34 KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐẾ TÀI 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 DANH SÁCH HÌNH MINH HỌA Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 4.1 Hình 4.2 Hình 4.3 Hình 4.4 Hình 4.5 Hình 4.6 Hình 4.7 Danh sách hình minh họa Thị phần thông tin di động giới năm 2006 Phân cấp cấu trúc địa lý mạng GSM Phân vùng chia ô Mô hình hệ thống thông tin di động GSM Chức xử lý gọi MSC Phân loại kênh logic Lưu lượng: Muốn truyền, truyền, nghẽn Xác suất nghẽn GoS Truyền sóng trường hợp coi mặt đất phẳng Vật chắn tầm nhìn thẳng Biểu đồ cường độ trường OKUMURA Tỷ số nhiễu đồng kênh C/I Đặt BTS gần chướng ngại vật để tránh phân tán thời gian Phạm vi vùng Elip Cấu trúc hệ thống thông tin di động trước Hệ thống thông tin di động sử dụng cấu trúc tế bào Khái niệm Cell Khái niệm biên giới Cell Omni (3600) Cell site Sector hóa 1200 Phân chia Cell SVTH: Lê Quang Thông Trang 3 10 16 23 24 27 28 29 33 39 40 41 42 43 43 45 45 46 Tối ưu hóa mạng di động GSM Hình 4.8 Các Omni (3600) Cells ban đầu Hình 4.9 Giai đoạn :Sector hóa Hình 4.10 Tách chia 1:3 thêm lần Hình 4.11 Tách chia 1:4 (sau lần đầu chia 3) Hình 4.12 Mảng mẫu gồm cells Hình 4.13 Khoảng cách tái sử dụng tần số Hình 4.14 Sơ đồ tính C/I Hình 4.15 Mẫu tái sử dụng lại tần số 3/9 Hình 4.16 Mẫu tái sử dụng lại tần số 4/12 Hình 4.17 Mẫu tái sử dụng tần số 7/21 Hình 4.18 Thay đổi quy hoạch tần số Hình 4.19 Phủ sóng không liên tục Hình 4.20 Một ví dụ hiệu kỹ thuật nhảy tần phân tập nhiễu mạng lưới Kích thước mũi tên phản ánh nhiễu tương quan cell đồng kênh Hình 4.21 Ví dụ thiết kế tần số với phương pháp MRP Hình 4.22 Anten vô hướng (Omni antenna) Hình 4.23 Đã Sector hóa Hình 4.24 Anten vô hướng có góc nghiêng độ Hình 4.25 Đồ thị quan hệ góc thẳng đứng suy hao cường độ trường Hình 4.26 Ví dụ hiệu “downtilt” Hình 4.27 Intra-cell Handover Hình 4.28 Inter-cell Handover Hình 4.29 Intra-MSC Handover Hình 4.30 Inter-MSC Handover Hình 4.31 GĐ 1: Trong lúc kết nối, MS tiếp tục đo đạc mức thu chất lượng truyền dẫn cell phục vụ cell xung quanh Hình 4.32 Quyết định chuyển giao_Handover Decision Hình 4.33 GĐ 1: BSC khai báo thông tin với MSC Hình 4.34 GĐ 2: MSC1 yêu cầu MSC2 cấp Handover Number Hình 4.35 GĐ 2: Cấp mã HON kênh vô tuyến cho MSC1 Hình 4.36 GĐ 3: MSC1 chuyển mạch kết nối cho MS kênh lưu lượng thiết lập với MSC2 Hình 4.37 Kết nối với BTS cũ giải phóng SVTH: Lê Quang Thông 47 48 49 49 53 53 54 56 58 59 61 63 64 68 71 72 74 75 75 78 78 79 79 81 81 82 83 84 84 85 Tối ưu hóa mạng di động GSM DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT A ACCH AGCH Associated Control Channel Access Grant Channel Kênh điều khiển liên kết Kênh cho phép truy nhập ARFCH Absolute Radio Frequency Channel Kênh tần số tuyệt đối AUC AVDR Authentication Center Average Drop Call Rate Trung tâm nhận thực Tỉ lệ rớt gọi trung bình B BCCH BCH BER Bm BS BSC BSIC BSS BTS Broadcast Control Channel Broadcast Channel Bit Error Rate Full Rate TCH Base Station Base Station Controller Base Station Identity Code Base Station Subsystem Base Transceiver Station Kênh điều khiển quảng bá Kênh quảng bá Tỷ lệ lỗi bít TCH toàn tốc Trạm gốc Bộ điều khiển trạm gốc Mã nhận dạng trạm gốc Phân hệ trạm gốc Trạm thu phát gốc C C/A Carrier to Adjacent CCBR CCCH CCDR CCH CCS7 CCITT SDCCH Blocking Rate Common Control Channel SDCCH Drop Rate Control Channel Common Channel Signalling No7 International Telegraph and SVTH: Lê Quang Thông Tỉ số sóng mang/nhiễu kênh lân cận Tỉ lệ nghẽn mạch SDCCH Kênh điều khiển chung Tỉ lệ rớt mạch SDCCH Kênh điều khiển Báo hiệu kênh chung số Uỷ ban tư vấn quốc tế điện thoại Tối ưu hóa mạng di động GSM CDMA Cell CI C/I C/R CSPDN CSSR Telephone Consultative Committee Code Division Multiple Access Cellular Cell Identity Carrier to Interference Carrier to Reflection Circuit Switch Public Data Network Call Successful Rate điện báo Đa truy nhập phân chia theo mã Ô (tế bào) Nhận dạng ô ( xác định vùng LA ) Tỉ số sóng mang/nhiễu đồng kênh Tỉ số sóng mang/sóng phản xạ Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói Tỉ lệ gọi thành công D DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng E EIR ETSI Equipment Identification Register European Telecommunications Standard Institute Bộ ghi nhận dạng thiết bị Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu F FDMA FACCH FCCH Frequency Division Multiple Access Fast Associated Control Channel Frequency Correction Channel Đa truy nhập phân chia theo tần số Kênh điều khiển liên kết nhanh Kênh hiệu chỉnh tần số G GMSC GoS GSM Gateway MSC Grade of Service Global System for Mobile Communication Tổng đài di động cổng Cấp độ phục vụ Thông tin di động toàn cầu H HLR HON Home Location Register Handover Number Bộ đăng ký định vị thường trú Số chuyển giao I IHOSR IMSI ISDN Incoming HO Successful Rate International Mobile Subscriber Identity Integrated Service Digital Network SVTH: Lê Quang Thông Tỉ lệ thành công Handover đến Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế Mạng số đa dịch vụ Tối ưu hóa mạng di động GSM L LA LAC LAI LAPD LAPDm Lm Location Area Location Area Code Location Area Identifier Link Access Procedures on D channel Link Access Procedures on Dm channel Haft Rate TCH Vùng định vị Mã vùng định vị Số nhận dạng vùng định vị Các thủ tục truy cập đường truyền kênh D Các thủ tục truy cập đường truyền kênh Dm TCH bán tốc M MCC MNC MS MSC MSIN MSISDN MSRN Mobile Country Code Mobile Network Code Mobile station Mobile Service Switching Center Mobile station Identification Number Mobile station ISDN Number MS Roaming Number Mã quốc gia mạng di động Mã mạng thông tin di động Trạm di động Tổng đài di động Số nhận dạng trạm di động Số ISDN trạm di động Số vãng lai thuê bao di động N NMC NMT Network Management Center Nordic Mobile Telephone Trung tâm quản lý mạng Điện thoại di động Bắc Âu O OHOSR OSI OSS OMS Outgoing HO Successful Rate Open System Interconnection Operation and Support Subsystem Operation & Maintenace Subsystem Tỉ lệ thành công Handover Liên kết hệ thống mở Phân hệ khai thác hỗ trợ Phân hệ khai thác bảo dưỡng P PAGCH PCH PLMN PSPDN PSTN Paging and Access Grant Channel Paging Channel Public Land Mobile Network Packet Switch Public Data Network Public Switched Telephone SVTH: Lê Quang Thông Kênh chấp nhận truy cập nhắn tin Kênh tìm gọi Mạng di động mặt đất công cộng Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói Mạng chuyển mạch điện thoại công Tối ưu hóa mạng di động GSM Network cộng R RACH Rx Random Access Channel Receiver Kênh truy cập ngẫu nhiên Máy thu S SACCH SDCCH SIM SN Slow Associated Control Channel Stand Alone Dedicated Control Channel Subscriber Identity Modul Subscriber Number Kênh điều khiển liên kết chậm Kênh điều khiển dành riêng đứng (độc lập) Mô đun nhận dạng thuê bao Số thuê bao T TACH TCBR TCDR TCH TDMA Traffic and Associated Channel TCH Blocking Rate TCH Drop Rate Traffic Channel Time Division Multiple Access TRAU TRX Transcoder/Rate Adapter Unit Tranceiver SVTH: Lê Quang Thông Kênh lưu lượng liên kết Tỉ lệ nghẽn mạch TCH Tỉ lệ rớt mạch TCH Kênh lưu lượng Đa truy nhập phân chia theo thời gian Bộ thích ứng tốc độ chuyển mã Bộ thu – phát Tối ưu hóa mạng di động GSM Phần I TỔNG QUAN VỀ MẠNG GSM Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG GSM Hệ thống thông tin di động toàn cầu (tiếng Pháp: Groupe Spécial Mobile tiếng Anh: Global System for Mobile Communications; viết tắt GSM) công nghệ dùng cho mạng thông tin di động Dịch vụ GSM sử dụng tỷ người 212 quốc gia vùng lãnh thổ Các mạng thông tin di động GSM cho phép roaming với máy điện thoại di động GSM mạng GSM khác sử dụng nhiều nơi giới GSM chuẩn phổ biến cho điện thoại di động (ĐTDĐ) giới Khả phú sóng rộng khắp nơi chuẩn GSM làm cho trở nên phổ biến giới, cho phép người sử dụng sử dụng ĐTDĐ họ nhiều vùng giới GSM khác với chuẩn tiền thân tín hiệu tốc độ, chất lượng gọi Nó xem hệ thống ĐTDĐ hệ thứ hai (second generation, 2G) GSM chuẩn mở, phát triển 3rd Generation Partnership Project (3GPP) Đứng phía quan điểm khách hàng, lợi GSM chất lượng gọi tốt hơn, giá thành thấp dịch vụ tin nhắn Thuận lợi nhà điều hành mạng khả triển khai thiết bị từ nhiều người cung ứng GSM cho phép nhà điều hành mạng kết hợp chuyển vùng với mà người sử dụng sử dụng điện thoại họ khắp nơi giới 1.1 Lịch sử phát triển mạng GSM Những năm đầu 1980, hệ thống viễn thông tế bào giới phát triển mạnh mẽ đặc biệt Châu Âu mà không chuẩn hóa tiêu kỹ thuật Điều thúc giục Liên minh Châu Âu Bưu viễn thông CEPT (Conference of European Posts and Telecommunications) thành lập nhóm đặc trách di động GSM (Groupe Spécial Mobile) với nhiệm vụ phát triển chuẩn thống cho hệ thống thông tin di động để sử dụng toàn Châu Âu Ngày 27 tháng năm 1991, gọi sử dụng công nghệ GSM thực mạng Radiolinja Phần Lan (mạng di động GSM giới) SVTH: Lê Quang Thông Tối ưu hóa mạng di động GSM Năm 1989, Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ETSI (European Telecommunications Standards Institute) quy định chuẩn GSM tiêu chuẩn chung cho mạng thông tin di động toàn Châu Âu, năm 1990 tiêu kỹ thuật GSM phase I (giai đoạn I) công bố Năm 1992, Telstra Australia mạng Châu Âu ký vào biên ghi nhớ GSM MoU (Memorandum of Understanding) Cũng năm này, thỏa thuận chuyển vùng quốc tế ký kết hai mạng Finland Telecom Phần Lan Vodafone Anh Tin nhắn SMS gửi năm 1992 Những năm sau đó, hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM phát triển cách mạnh mẽ, với gia tăng nhanh chóng nhà điều hành, mạng di động mới, số lượng thuê bao gia tăng cách chóng mặt Năm 1996, số thành viên GSM MoU lên tới 200 nhà điều hành từ gần 100 quốc gia 167 mạng hoạt động 94 quốc gia với số thuê bao đạt 50 triệu Năm 2000, GPRS ứng dụng Năm 2001, mạng 3GSM (UMTS) vào hoạt động, số thuê bao GSM vượt 500 triệu Năm 2003, mạng EDGE vào hoạt động Cho đến năm 2006 số thuê bao di động GSM lên tới số tỉ với 700 nhà điều hành, chiếm gần 80% thị phần thông tin di động giới Theo dự đoán GSM Association, năm 2007 số thuê bao GSM đạt 2,5 tỉ (Nguồn: www.gsmworld.com; www.wikipedia.org ) Hình 1.1 Thị phần thông tin di động giới năm 2006 SVTH: Lê Quang Thông Tối ưu hóa mạng di động GSM số TB thực tế (Giới hạn trên) Độ phân tán Nhỏ Lớn Rất lớn Hệ số sử dụng lại tần số trung bình thực tế hiểu theo nghĩa “rải rác”, tất cell trang bị đầy đủ thiết bị Ví dụ, TRX thứ sử dụng 80% tổng số cell, mà hệ số sử dụng lại thưc tế TRX rải rác 6/ 0,8 = (làm tròn từ 7,5), tùy thuộc vào phân bố địa lý cell với TRX thứ Do đó, giới hạn hệ số sử dụng lại tần số thực tế cell có TRX là: (12+8+7)/3 = 9,0 Lợi ích nhảy tần tăng với số lượng tần số chuỗi nhảy tần Những cell có nhiều TRX tương ứng với hiệu sử dụng lại cao hơn, đồng nghĩa với mức nhiễu cao hơn, với phương pháp MRP điều cân với độ phân tán nhiễu lớn Ví dụ minh họa MRP điều chỉnh thiết kế tần số theo phân bố TRX hệ thống Tuy nhiên, phải ý MRP không cần thiết phải thực toàn hệ thống, mà cần áp dụng cho vùng có dung lượng cao Cũng sử dụng cấu hình MRP khác cho vùng địa lý khác mạng 4.4 Antenna Anten thiết bị thực việc chuyển đổi lượng sóng dẫn hướng (ví dụ cáp đồng trục) sóng môi trường không gian tự do, ngược lại Anten sử dụng để phát thu tín hiệu vô tuyến Trong thông tin di động, việc sử dụng anten thích hợp có vai trò quan trọng, định tới chất lượng hệ thống 4.4.1 Kiểu loại anten: Trong thông tin di động người ta thường dùng hai loại anten là: − Anten vô hướng (omni anten): Phát xạ tín hiệu theo hướng (3600) − Anten định hướng (sector anten): Chỉ phát xạ theo hướng định Sử dụng Anten định hướng có hiệu chống nhiễu đồng kênh cao so với Anten vô hướng  Giảm nhiễu đồng kênh sử dụng anten định hướng (Sector hóa) Ta biết vấn đề nhiễu giao thoa đồng kênh thường liên quan đến việc sử dụng lại tần số dạng loại nhiễu từ thuê bao hoạt động vị trí cao (các đồi, nhà cao tầng ) gây nhiễu tới cell có tần số làm việc Khi dùng Omni Antenna: Tối ưu hóa mạng di động GSM Hình 4.36 Anten vô hướng (Omni antenna) Ta giả thiết hai cell E1 E2 sử dụng chung tần số E1 có địa cao so với E2 Một thuê bao MS di chuyển từ E1 tới E2 Khi thuê bao di chuyển gần E2, khả gây nhiễu tới E2 lớn Khi dùng Sector Antenna: Hình 4.37 Đã Sector hóa Bây ta dùng E1 E2 Nhưng sector hoá thành: EA1, EB1, EC EA2, EB2, EC2 MS di chuyển phía E2, xuất phát từ EA1 (có khoảng cách lớn tới E2) Khi MS vượt qua vị trí trạm EA1, chuyển giao tới EB1 khoảng cách từ MS tới E2 gần EB1 tần số với EB2 địa hình ta thấy, nhiễu tạo nằm phía sau anten EB2 (vì anten định hướng nên có tỉ số lượng hướng trước hướng sau = ÷ 15 dB) Điều có nghĩa khả chống nhiễu hệ thống tăng từ ÷ 15 dB Tương tự MS tới EA2 tạo nhiễu cho EA1 từ phía sau anten EA1 Tóm lại dùng sector anten biện pháp làm tăng tỉ số C/ I hệ thống 4.4.2 Độ tăng ích anten (Gain of an Antenna) Độ tăng ích anten tỷ số, thường tính dB, công suất cần thiết đầu vào anten chuẩn không suy hao với công suất cung cấp đầu vào anten cho hướng cho trước tạo cường độ trường hay mật độ thông lượng công suất cự ly Nếu ghi thêm, độ tăng ích anten tính hướng phát xạ lớn Tùy thuộc vào lựa chọn vào anten chuẩn, có loại tăng ích anten sau: Tối ưu hóa mạng di động GSM Tăng ích tuyệt đối hay tăng ích đẳng hướng (Gi) anten chuẩn anten đẳng hướng biệt lập không gian Độ tăng ích ứng với dipol nửa bước sóng (Gd) anten chuẩn dipol nửa bước sóng biệt lập không gian mặt phẳng vuông góc chứa hướng phát xạ Độ tăng ích ứng với anten thẳng đứng ngắn (Gv) anten chuẩn dây dẫn thẳng ngắn nhiều so với phần tư bước sóng, vuông góc với mặt phẳng dẫn điện lý tưởng chứa hướng phát xạ 4.4.3 Công suất xạ đẳng hướng tương đương - EIRP Công suất xạ đẳng hướng tương đương – EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power) tích số công suất sinh để cung cấp cho anten với tăng ích anten hướng định ứng với anten đẳng hướng (độ tăng ích đẳng hướng hay tăng ích tuyệt đối) EIRP xác định công thức: PEIRP (W) = Pt (W)* 10(G - L)/10 Hay PEIRP (dB) = Pt (dB) − L + G Trong đó: - PEIRP (dBm): công suất xạ đẳng hướng tương đương; Pt (dBm): tổng công suất máy phát; L (dB): tổng suy hao từ máy phát đến anten (ví dụ combiner, feeder…); - G (dBi): độ tăng ích cực đại anten tương ứng với anten đẳng hướng 4.4.4 Độ cao góc nghiêng (down tilt) anten: Khi anten đặt thẳng đứng, hướng búp sóng nằm đường thẳng nằm ngang Hình 4.38 Anten vô hướng có góc nghiêng độ Tối ưu hóa mạng di động GSM Ở khu vực thị trấn nhỏ hay nông thôn, lưu lượng hệ thống thấp nên việc tái sử dụng tần số không cần thiết Do vậy, ta nên sử dụng vị trí cao hay đặt anten cao để tối đa hoá vùng phủ sóng Tuy nhiên khu vực đô thị lớn, lưu lượng hệ thống cao, kích thước cell hẹp có lẽ thích hợp giảm độ cao anten để có làm giảm can nhiễu kênh chung Tuy nhiên, đặt thấp, vật cản (nhà cao tầng ) có ảnh hưởng lớn tới chất lượng hệ thống Do vậy, độ cao anten đô thị thường 30 ÷ 50 m Để giải phạm vi vùng phủ sóng hẹp, kỹ thuật đưa “làm nghiêng hướng búp sóng anten” (down tilt) Để thấy rõ hiệu “downtilt” chất lượng hệ thống ta xét minh họa sau: Chúng ta biết công suất xạ anten giảm rời xa búp sóng Đồ thị thực nghiệm sau (được xây sựng từ đặc tính xạ anten mặt phẳng đứng) rõ quan hệ Đồ thị sử dụng cho loại anten có độ rộng búp sóng mặt phẳng đứng 70 , 140 , 280 Trong đó: Trục X biểu diễn góc α góc hướng ta xét hướng xạ mặt phẳng đứng (Vertical Angle – Degree 0C) Trục Y biểu diễn suy hao cường độ trường (Gain Reduction - dB) Hình 4.39 Đồ thị quan hệ góc thẳng đứng suy hao cường độ trường Giả thiết có hai cell A B sử dụng tần số Bán kính cell r = 500m, khoảng cách hai cell d = km, độ cao anten h = 30 m, độ rộng búp sóng Tối ưu hóa mạng di động GSM Hình 4.40 Ví dụ hiệu “downtilt” Sử dụng đồ thị thực nghiệm ta tính được: • Suy hao tín hiệu nhiễu cell A gây cell B: h 30 α = arctg ( ) = arctg ( ) = 0,43 d 4000 Từ đồ thị thực nghiệm ta có Gain Reduction = 0,2 (dB) • Suy hao tín hiệu anten A biên cell A: h 30 β = arctg ( ) = arctg ( ) = 3,44 r 500 Nên Gain Reduction = (dB) Bây ta nghiêng góc anten A góc 4,93 0, hướng búp sóng lệch góc 4,930 Lúc này: • Suy hao tín hiệu nhiễu cell A gây cell B: α’ = dt - α = 4,930 – 0,430 = 4,50 Nên Gain Reduction = 6,2 (dB) • Suy hao tín hiệu anten A biên cell A: β’ = dt – β = 4,930 – 3,440 = 1,490 Nên Gain Reduction = 0,5 (dB) Như ta thấy, tín hiệu nhiễu cell A gây cho cell B lúc bị suy hao đáng kể (suy hao thêm dB), đồng thời suy hao tín hiệu cell A giảm đáng kể nghĩa chất lượng phủ sóng cell A cải thiện Qua thí dụ ta thấy, với việc nghiêng góc anten chất lượng phủ sóng hai cell A B cải thiện Vừa làm chất lượng thu cell A tăng lên, vừa làm giảm nhiễu cell A gây cho cell B Việc nghiêng góc anten dùng để giải vấn đề phủ sóng Tuy nhiên việc áp dụng nghiêng góc anten cần có phân tích kỹ yếu tố liên quan xảy vùng phủ sóng Tối ưu hóa mạng di động GSM 4.5 Chuyển giao gọi (Handover) Một trở ngại việc phát triển mạng thông tin di động tế bào vấn đề phát sinh thuê bao di động di chuyển từ cell sang cell khác Các khu vực kề hệ thống tế bào sử dụng kênh vô tuyến có tần số khác nhau, thuê bao di động di chuyển từ cell sang cell khác gọi bị rớt tự động chuyển từ kênh vô tuyến sang kênh khác thuộc cell khác Thay để gọi bị rớt, trình Handover (tiếng Mỹ: Handoff) giúp cho gọi liên tục Quá trình Handover xảy hệ thống thông tin di động tự động chuyển gọi từ kênh vô tuyến sang kênh vô tuyến khác thuê bao di động di chuyển từ cell sang cell khác liền kề với Trong trình đàm thoại, hai thuê bao chiếm kênh thoại Khi thuê bao di động chuyển động khỏi vùng phủ sóng cell cho trước, tín hiệu đầu thu cell giảm Khi đó, cell sử dụng yêu cầu Handover (chuyển giao) đến hệ thống Hệ thống chuyển mạch gọi đến cell có tần số với cường độ tín hiệu thu mạnh mà không làm gián đoạn gọi hay gửi cảnh báo đến người sử dụng Cuộc gọi tiếp tục mà người sử dụng không nhận thấy trình Handover diễn 4.5.1 Phân loại Handover Hệ thống phân loại trình chuyển giao gọi thành loại sau:  Intra-cell Hand Over  Inter-cell Hand Over  Intra-MSC Hand Over  Inter-MSC Hand Over  Intra-cell Hand Over (Chuyển giao nội tế bào): Thủ tục chuyển giao thực hai kênh vật lý cell phục vụ Intra-cell Hand Over không sử dụng thuê bao di chuyển sang cell khác, ngoại trừ trường hợp mức nhiễu kênh riêng cao chuyển giao sang kênh vật lý khác phải thực Tối ưu hóa mạng di động GSM Hình 4.41 Intra-cell Handover  Inter-cell Hand Over (Chuyển giao liên tế bào): MS chuyển mạch sang kênh vô tuyến cell khác điều khiển điều khiển trạm gốc BSC Hình 4.42 Inter-cell Handover  Intra-MSC Hand Over (Chuyển giao nội MSC): Chuyển mạch kênh vô tuyến hai BSC tổng đài di động MSC Tối ưu hóa mạng di động GSM Hình 4.43 Intra-MSC Handover  Inter-MSC Hand Over (Chuyển giao liên MSC): Chuyển mạch kênh vô tuyến hai tổng đài di động MSC Hình 4.44 Inter-MSC Handover Trong trường hợp này, MSC ban đầu giữ toàn quyền điều khiển gọi đặt truy nhập mạng kết thúc gọi Cuộc gọi định tuyến vật lý lại từ MSC ban đầu trực tiếp đến MSC đích 4.5.2 Khởi tạo thủ tục Handover Thủ tục Handover khởi tạo vào lúc xuất nhu cầu chuyển đổi đường vô tuyến BSS MS sang kênh mới, Tối ưu hóa mạng di động GSM BSS hay BSS khác BSS nhận thấy yêu cầu thiết lập thủ tục Handover để trì liên tục gọi MS di chuyển Nếu cell đích ưu tiên nằm BSC thủ tục Handover thực BSC Nếu không, BSC gửi đến MSC danh sách ưu tiên cell đích Trong danh sách này, MSC cân nhắc đến ba cell Giải thuật MSC (với ví dụ có ba cell cân nhắc) bước thứ thử với cell đầu tiên, không chuyển sang thử với cell thứ hai thứ ba, mà việc tính đến khía cạnh lưu lượng Nếu thủ tục handover diễn mà có thêm yêu cầu Handover khác nhận từ BSC, danh sách cập nhật để tính toán đến cell Với lần thử, MSC yêu cầu tài nguyên tần số thích hợp tới phân hệ trạm gốc BSS đích mà theo mặc định không cho phép việc xếp hàng đợi, cho phép hàng đợi cho phép có thị tương ứng yêu cầu handover nhận từ BSS nguồn Nếu MS không hoàn thành việc đạt kênh từ cell đích gửi “bản tin thông báo chuyển giao thất bại” thông qua cell trước tới mạng lưới MSC hồi phục lại kết nối trước MS MSC nhận thấy MS kết nối gọi giải phóng 4.5.3 Quy trình chuyển giao gọi Về bản, thủ tục Handover bao gồm giai đoạn:  Giai đoạn 1: BSC định thực thủ tục handover để đảm bảo kết nối gọi  Giai đoạn 2: Một kết nối thiết lập, song song với kết nối gốc  Giai đoạn 3: MSC chuyển gọi sang kết nối  Giai đoạn 4: Kết nối gốc giải phóng  Giai đoạn 1: Tối ưu hóa mạng di động GSM Hình 4.45 GĐ 1: Trong lúc kết nối, MS tiếp tục đo đạc mức thu chất lượng truyền dẫn cell phục vụ cell xung quanh Những kết đo đạc gửi tới BSC để yêu cầu thủ tục Handover sang cell khác để có chất lượng truyền dẫn tốt Hình 4.46 Quyết định chuyển giao_Handover Decision Handover Margin: Thực chất Handover Margin chênh lệch mức thu cell phục vụ cell lân cận Khi mức thu cell lân cận vượt mức thu cell phục vụ khoảng lớn giá trị Tối ưu hóa mạng di động GSM Handover Margin định sẵn Handover Alarm gửi hệ thống nhằm đưa đến định chuyển giao Thông thường thủ tục Handover thực sau Nếu việc đặt giá trị Handover Margin thấp dẫn tới việc Handover nhiều, ngược lại giá trị đặt lớn làm cho chất lượng gọi bị giảm xuống Vì vậy, tùy vào tính chất phủ sóng vùng mức độ nhiễu cell phục vụ, Handover Margin cần điều chỉnh thích hợp để đạt chất lượng tốt Ví dụ vùng bị nhiễu nhiều đặt giá trị Handover Margin thấp để MS nhanh chóng chuyển giao sang cell khác có chất lượng tốt Giá trị khuyến nghị dB, mạng VMS_Mobifone sử dụng Handover Margin dB BSC thông báo cho MSC cần thiết thực thủ tục Handover, khai báo thông tin với MSC1 Hình 4.47 GĐ 1: BSC khai báo thông tin với MSC  Giai đoạn 2: MSC1 yêu cầu Handover Number (HON) từ MSC2 thông báo với MSC2 thông tin cell B Tối ưu hóa mạng di động GSM Hình 4.48 GĐ 2: MSC1 yêu cầu MSC2 cấp Handover Number Mã HON (Handover Number) quan trọng trường hợp Inter-MSC Handover Nó dùng để MSC1 thiết lập kết nối kênh lưu lượng với MSC2 Cấu trúc mã HON giống mã MSRN cung cấp VLR MSC2 yêu cầu VLR cung cấp mã HON, đồng thời yêu cầu BSC cung cấp kênh vô tuyến Sau đó, kênh vô tuyến mã HON gửi lại cho MSC1 Hình 4.49 GĐ 2: Cấp mã HON kênh vô tuyến cho MSC1  Giai đoạn 3: Tối ưu hóa mạng di động GSM Hình 4.50 GĐ 3: MSC1 chuyển mạch kết nối cho MS kênh lưu lượng thiết lập với MSC2 Với mã HON, MSC1 thiết lập kênh lưu lượng kết nối với MSC2 MSC1 thông báo cho MS kênh vô tuyến mà phải chuyển mạch tới  Giai đoạn 4: Giải phóng kết nối với BTS cũ Hình 4.51 Kết nối với BTS cũ giải phóng KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐẾ TÀI Tối ưu hóa mạng di động GSM Đồ án trình bày nét mạng thông tin di động GSM, với số công tác tối ưu hóa hệ thống Tối ưu hoá công việc khó khăn đòi hỏi người thực phải nắm vững hệ thống, cần phải có kinh nghiệm thực tế trợ giúp nhiều phương tiện giám sát kiểm tra từ đưa công việc thực tối ưu hoá Do thời gian có hạn hạn chế không tránh khỏi việc hiểu biết vấn đề dựa lý thuyết nên báo cáo em chắn không tránh khỏi thiếu sót Em mong có ý kiến đánh giá, góp ý thầy bạn để đồ án thêm hoàn thiện Qua thời gian nghiên cứu em thấy tối ưu hoá mảng đề tài rộng cần thiết cho mạng viễn thông nói chung mạng thông tin di động nói riêng Khả ứng dụng đề tài giúp ích cho người làm công tác tối ưu hoá mạng, sở lý thuyết để phân tích tiến hành, từ hoàn toàn tìm giải pháp tối ưu khoa học Về phần mình, em tin tưởng tương lai làm việc lĩnh vực này, em tiếp tục có nghiên cứu cách sâu sắc đề tài Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy cô môn ĐTVT nói chung Thầy Nguyễn Văn An nói riêng hướng dẫn em hoàn thành đồ án TP Hồ Chí Minh, Ngày 24 tháng 12 năm 2009 Sinh viên thực Lê Quang Thông TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PTS.Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin di động GSM, Nhà xuất bưu điện, Hà Nội 1999 [2] Vũ Đức Thọ, Tính toán mạng thông tin di động số CELLULAR, Nhà xuất giáo dục, Hà Nội 1999 Tối ưu hóa mạng di động GSM [3] J Dahlin, Ericsson´s Multiple Reuse Pattern For DCS 1800, in Mobile Communications International, Nov., 1996 [4] Asha K Mehrotra, GSM System Engineering, Artech House, Inc Boston London 1996 [5] GSM Association, http://www.gsmworld.com, Truy cập cuối ngày 10/12/2009 [6] http://www.wikipedia.org, Truy cập cuối ngày 10/12/2009 [7] http://www.tapchibcvt.gov.vn, Truy cập cuối ngày 10/12/2009 [...]... TAC và FAC SVTH: Lê Quang Thông 18 Tối ưu hóa mạng di động GSM Phần II TỐI ƯU HÓA MẠNG GSM Chương 3 3 TÍNH TOÁN MẠNG DI ĐỘNG GSM 3.1 Lý thuyết dung lượng và cấp độ dịch vụ Trong quá trình phát triển mạng, tăng cường dung lượng của mạng là một nhu cầu cấp thiết Tuy nhiên, cùng cần xác định dung lượng cần tăng là bao nhiêu để phù hợp với từng giai đoạn phát triển của mạng và phù hợp với yêu cầu về mặt... Nhận dạng ô để xác định vị trí trong vùng định vị Trạm di động MS tự nhận dạng một ô bằng cách sử dụng mã nhận dạng trạm gốc BSIC (Base Station Identification Code) Chương 2 SVTH: Lê Quang Thông 5 Tối ưu hóa mạng di động GSM 2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 2.1 Mô hình hệ thống thông tin di động GSM Hình 2.4 Mô hình hệ thống thông tin di động GSM Các ký hiệu: OSS : Phân hệ khai thác và hỗ trợ BTS :.. .Tối ưu hóa mạng di động GSM 1.2 Cấu trúc địa lý của mạng Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định để định tuyến các cuộc gọi đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi Ở một mạng di động, cấu trúc này rất quạn trọng do tính lưu thông của các thuê bao trong mạng Trong hệ thống GSM, mạng được phân chia thành các phân vùng sau (hình 1.2): Hình 1.2 Phân cấp cấu trúc địa lý mạng GSM. .. thiết bị di động: Quản lý thiết bị di động được bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR thực hiện EIR lưu trữ toàn bộ dữ liệu liên quan đến trạm di động MS EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị Trong hệ thống GSM thì EIR được coi là thuộc phân hệ chuyển mạch NSS SVTH: Lê Quang Thông 12 Tối ưu hóa mạng di động GSM 2.3 Giao di n vô tuyến số Các kênh của giao di n vô tuyến... MCC (Mobile Country Code): mã quốc gia của nước có mạng GSM • MNC (Mobile Network Code): mã của mạng GSM, do quốc gia có mạng GSM qui định SVTH: Lê Quang Thông 15 Tối ưu hóa mạng di động GSM • LAC (Location Area Code): mã khu vực, dùng để nhận dạng khu vực trong mạng GSM  Các mã số đa dịch vụ toàn cầu (International ISDN Numbers): Các phần tử của mạng GSM như MSC, VLR, HLR/AUC, EIR, BSC đều có một mã... PLMN EIR : Thanh ghi nhận dạng thiết bị 2.2 : Mạng chuyển mạch gói công cộng : Mạng di động mặt đất công cộng Các thành phần chức năng trong hệ thống Mạng thông tin di động công cộng mặt đất PLMN (Public Land Mobile Network) theo chuẩn GSM được chia thành 4 phân hệ chính sau:  Trạm di động MS (Mobile Station) SVTH: Lê Quang Thông 6 Tối ưu hóa mạng di động GSM  Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem)... sau: SVTH: Lê Quang Thông 16 Tối ưu hóa mạng di động GSM CC NDC SN Trong đó: CC (Country Code): mã nước, là nơi thuê bao đăng kí nhập mạng (Việt Nam thì CC = 84) NDC (National Destination Code): mã mạng GSM, dùng để phân biệt các mạng GSM trong cùng một nước SN (Subscriber Number): số thuê bao, tối đa được 12 số, trong đó có 3 số để nhận dạng HLR  Nhận dạng thuê bao di động toàn cầu IMSI (International... Hình 1.2 Phân cấp cấu trúc địa lý mạng GSM Hình 1.3 Phân vùng và chia ô SVTH: Lê Quang Thông 3 Tối ưu hóa mạng di động GSM 1.2.1 Vùng phục vụ PLMN (Public Land Mobile Network) Vùng phục vụ GSM là toàn bộ vùng phục vụ do sự kết hợp của các quốc gia thành viên nên những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau ở có thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới Phân cấp tiếp theo là vùng phục vụ... Country Code): mã quốc gia MNC (Mobile Network Code): mã mạng di động LAC (Location Area Code) : mã vùng định vị (16 bit) 1.2.4 Cell (Tế bào hay ô) Vùng định vị được chia thành một số ô mà khi MS di chuyển trong đó thì không cần cập nhật thông tin về vị trí với mạng Cell là đơn vị cơ sở của mạng, là SVTH: Lê Quang Thông 4 Tối ưu hóa mạng di động GSM một vùng phủ sóng vô tuyến được nhận dạng bằng nhận... hóa mạng di động GSM (1): Khi chủ gọi quay số thuê bao di động bị gọi, số mạng dịch vụ số liên kết của thuê bao di động, sẽ có hai trường hợp xảy ra :  (1.a) – Nếu cuộc gọi khởi đầu từ mạng cố định PSTN thì tổng đài sau khi phân tích số thoại sẽ biết đây là cuộc gọi cho một thuê bao di động Cuộc gọi sẽ được định tuyến đến tổng đài cổng GMSC gần nhất  (1.b) – Nếu cuộc gọi khởi đầu từ trạm di động, MSC ... thoại thuê bao di động bị gọi (2): MSC (hay GMSC) phân tích số MSISDN (The Mobile Station ISDN) thuê bao bị gọi để tìm HLR nơi MS đăng ký (3): MSC (hay GMSC) hỏi HLR thông tin để định tuyến đến... Channel Đa truy nhập phân chia theo tần số Kênh điều khiển liên kết nhanh Kênh hiệu chỉnh tần số G GMSC GoS GSM Gateway MSC Grade of Service Global System for Mobile Communication Tổng đài di động... đến thuê bao GSM, mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS mặt khác giao tiếp với mạng qua tổng đài cổng GMSC (Gateway MSC) Chức tổng đài MSC:  Xử lý gọi (Call Processing)  Điều khiển chuyển giao (Handover