Đề tài Thiết kế mô phỏng báo hiệu số 7 trong mạng GSM

LỜI NÓI ĐẦU Chúng ta đang sống trong một kỷ nguyên thông tin cùng với sự phát triển vũ bão của xã hội định hướng thông tin , các dịch vụ thông tin thoại , thông tin số liệu truyền dẫn hình ảnh , thông tin di động v.v.. ngày càng trở nên đa dạng và phong phú . Sự phát triển của công nghệ thông tin bao gồm cả truyền dẫn , cáp quang kỹ thuật số , kỹ thuật thông tin mật độ lớn , kỹ thuật bán dẫn đã được phát triển . Sự phát triển của kỹ thuật thông tin là yếu tố quan trọng thúc đẩy nền kinh tế phát triển và góp phần nâng cao đời sống của con người cùng với những thành tựu của các ngành điện tử tin học Cho đến ngày nay công nghiệp viễn thông trên thế giới đã có những bước tiến nhảy vọt kỳ diệu đã đưa nhân loại sang một kỷ nguyên mới đó là kỷ nguyên thông tin và ở Việt Nam trong những năm gần đây chúng ta cũng thấy điều đó rất rõ ràng . Tuy chỉ là một nước đang phát triển nhưng lĩnh vực thông tin được chính phủ và các ngành rất quan tâm và chú trọng để hoà nhập với mạng thông tin toàn cầu . Kỹ thuật cơ bản cần thiết kế để xây dựng các mạng thông tin có tính năng hoạt động tốt là kỹ thuật số , bán dẫn mật độ cao và kỹ thuật xử lý tín hiệu số . Với khoảng thời gian tìm hiểu có hạn , vì vậy em chỉ tìm hiểu sơ bộ quá trình chuyển mạch trong tổng đài . Nó là một phần trong quá trình phát triển mạng thông tin để làm nền tảng cho việc làm đồ án tốt nghiệp . Vì vậy còn nhiều điều thiếu sót mong thầy cô chỉ bảo thêm. Trong đồ án tốt nghiệp này em giới thiệu các phần cơ bản của hệ thống thông tin di động và em đi sâu nghiên cứu Thiết kế mô phỏng báo hiệu số 7 trong mạng GSM . bản báo cáo gồm 2 phần : Phần I: Tổng quan về thông tin di động Phần II: Hệ thống báo hiệu số 7 trong mạng GSM Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Đặng khánh Hoà đã giúp đỡ hướng dẫn chỉ bảo em trong quá trình hoàn thành đồ án. Với thời gian có hạn, nên trong đồ án không tránh khỏi những thiếu sót nhất định, em rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo cũng của các bạn sinh viên. Em xin chân thành cám ơn. /. PHẦN I TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG TẾ BÀO 1. Sự phát triển của các dịch vụ tế bào (Tổ ong- Cellular) Năm 1946, hệ thống điện thoại di động thương mại đầu tiên đã được đưa vào hoạt động ở thành phố Saint Louis- Hoa Kỳ, sử dụng băng tần 150 MHz với khoảng cách kênh là 60 KHz và số lượng kênh bị hạn chế chỉ tới 3. Tuy nhiên dịch vụ này vừa chỉ mới bắt đầu thì những nhược điểm cố hữu của nó đã bộc lộ. Tất nhiên nhược điểm chính là do những nguyên nhân về can nhiễu cùng kênh nên đòi hỏi phải phân cách về mặt vật lý quá lớn. Năm 1947, phòng thí nghiệm điện thoại Bell bắt đầu bắt tay vào khảo sát một khái niệm tái sử dụng tần số nhờ sử dụng các tế bào nhỏ (cell) với các máy di động công suất thấp. Các tế bào này có thể liên kết với nhau nhờ sử dụng một máy tính, cho phép thuê bao có thể di động trong khi số lượng thuê bao cùng một lúc gia tăng đáng kể mà hệ thống vẫn có thể phục vụ được. Tuy nhiên, thực tế các nước khác đã đưa mạng tế bào hoạt động như một dịch vụ thương mại trước cả Hoa Kỳ. Cụ thể, dịch vụ mạng tế bào thương mại đầu tiên được bắt đầu ở Nhật Bản vào năm 1979. Và rất nhanh sau đó nó được phát triển ở nhiều khác trên thế giới. Mặc dù các dịch vụ mạng tế bào phát triển rất mạnh, nhưng không hề có khả năng tương hợp giữa các dịch vụ trên phạm vi toàn cầu. Hệ thống ở Hoa Kỳ dựa trên thiết kế ban đầu của AT&T và Motorola, được gọi là AMPS (Advanced Mobile Phone Service- dịch vụ điện thoại di động tiên tiến). AMPS được sử dụng ở khoảng 70 nước khác trên thế giới và nó là tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Ngoài ra phải kể đến một số các tiêu chuẩn thông dụng khác là: NMT (Nordic Mobile Telephone- điện thoại di động Bắc Âu), TACS (Total Access Communications Service- dịch vụ truyền thông hoàn toàn truy nhập) và hệ thống GSM (Global System for Mobile- hệ thống di động toàn cầu). Hệ thống NMT ban đầu đã được thiết kế cho các mạng tương đối nhỏ gồm 20.000- 30.000 thuê bao và cung cấp 180 kênh, mỗi kênh sử dụng dải thông 25 hoặc 30 KHz trong dải tần 450 MHz. Một thế hệ sau này của NMT cung cấp dung lượng lớn hơn ở dải tần 900 MHz, nó có khả năng cung cấp 1.000 kênh, mỗi kênh sử dụng dải thông 25 KHz hoặc 2.000 kênh, mỗi kênh có dải thông12,5 KHz. Và hiện tại có khoảng 30 nước đã sử dụng hệ thống NMT. Hệ thống TACS được sử dụng ở Châu Âu, Anh Quốc và khoảng vài chục nước khác. Một dạng chuyển hoá của TACS được sử dụng ở Nhật Bản gọi là JTACS, cung cấp 1.320 kênh, mỗi kênh chiếm dải thông 25 KHz. Còn sự ra đời của GSM có thể nói là do các nước khác nhau ở Châu Âu sử dụng các tiêu chuẩn mạng tế bào khác nhau, cho nên cần có một tiêu chuẩn duy nhất để cung cấp khả năng chuyển vùng (Các tiêu chuẩn khác nhau không chỉ sử dụng các giao thức khác nhau mà còn hoạt động ở các tần số khác nhau, vì vậy không thể có tính tương thích tòn cầu). Do vậy hệ thống GSM đã được phát triển như một dịch vụ số hoá hoàn toàn có thể dùng được ở Châu Âu và nhiều nước khác. GSM được thiết kế để làm việc ở băng tần 900 MHz và qui định tám khe thời gian cho mỗi kênh rộng 200 KHz. 2. Cấu trúc cơ bản của mạng tế bào Về cơ bản, hệ thống điện thoại di động tế bào gồm các máy điện thoại di động trên xe ô tô hoặc xách tay (MS), trạm gốc (BS) và tổng đài di động (MSC- trung tâm chuyển mạch điện thoại di động). Trong đó, máy điện thoại di động bao gồm các bộ thu/phát RF, anten và bộ điều khiển . BS cũng bao gồm các bộ thu/phát RF để kết nối giữa máy di động với trung tâm chuyển mạch của hệ thống, anten, bộ điều khiển, đầu cuối số liệu và nguồn cung cấp. Còn MSC bao gồm bộ phận điều khiển, bộ phận kết nối cuộc gọi, các thiết bị ngoại vi và cung cấp chức năng thu thập số liệu cước đối với các cuộc gọi đã hoàn thành. Các thành phần chức năng của mạng được liên kết với nhau thông qua các đường kết nối thoại và số liêụ. Mỗi máy di động sử dụng một cặp kênh thu/phát RF. Vì các kênh lưu lượng không cố định ở một kênh RF nào mà thay đổi thành các tần số RF khác nhau phụ thuộc vào sự di chuyển của máy di động trong suốt quá trình cuộc gọi. Nên cuộc gọi có thể được thiết lập ở bất kỳ một kênh nào đã được xác định trong vùng đó. Cũng từ những quan điểm về hệ thống điện thoại di động mà thấy rằng tất cả các kênh đã được xác định đều có thể bận do được kết nối một cách đồng thời với các máy di động. MSC xử lý các cuộc gọi đi và đến từ mỗi BS 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. Bộ phận điều khiển của MSC có thể nói là trái tim của hệ thống tế bào vì nó sẽ điều khiển, sắp đặt và quản lý toàn bộ hệ thống. Tổng đài MSC kết nối các đường đàm thoại để thiết lập cuộc gọi giữa các máy thuê bao di động với nhau hoặc các thuê bao cố định với các thuê bao di động và trao đổi các thông tin báo hiệu đa dạng qua đường số liệu giữa MSC và BS. Các thông tin thoại và báo hiệu giữa máy di động và BS được truyền đi qua kênh RF, các đường kết nối thoại và số liệu cố định được sử dụng để truyền các thông tin thoại và báo hiệu giữa BS và MSC. Máy phát Bộ điều khiển hệ thống Tổng đài đầu cuối (Đến các máy thu) (Đến các máy thu) Đường dây dành riêng Đường dây dành riêng Đường dây dành riêng Quay số gọi đến trực tiếp (DID) Tới PSTN Với hệ thống này, do các máy phát thường có công suất lớn hơn nhiều (500 w) so với các máy di động (25 W). Và đương nhiên anten của máy di động thường ở mức thấp hơn nhiều so với anten phát. Để cự ly thông tin của hệ thống được như nhau theo cả hai chiều, người ta thường dùng các trạm đầu xa chứa các máy thu. Các trạm đầu xa này sẽ thu nhận tín hiệu phát của máy di động và gửi chuyển tiếp tín hiệu đó trở lại bộ điều khiển hệ thống để xử lý. Trong khi đó, đối với mạng tế bào người ta lại bố trí các máy thu/phát trong vô số các tế bào nhỏ trong phạm vi của vùng bao phủ. Các máy thu/phát được điều khiển bởi một bộ xử lý trung tâm hoặc một tổng đài, sao cho thuê bao có thể di chuyển giữa các cell mà dịch vụ vẫn được duy trì. Điều này cho phép tái sử dụng lại tần số và tạo điều kiện để mạng tế bào có tiềm năng dung lượng lớn hơn nhiều so với các hệ thống thông tin di động trước đây. MSC# 1 MSC# 2 Tới PSTN hoặc các mạng khác Tới PSTN hoặc các mạng khác Cell A Cell B . . . Tuyến kết nối Hình vẽ: Hệ thống tế bào điển hình CHƯƠNG II : PHƯƠNG PHÁP TRUY NHẬP KÊNH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1. kỹ thuật ghép kênh (Multiplexing) Để làm tăng dung lượng của dải vô tuyến dùng trong một lĩnh vực nào đó, chẳng hạn như trong thông tin di động thì người ta phải sử dụng kỹ thuật ghép kênh. Hiện nay có rất nhiều loại ghép kênh, nhưng ba hình thức thông dụng nhất là: FDMA (Frequency Division Multiple Access- Đa truy nhập phân chia theo tần số). TDMA (Time Division Multiple Access- Đa truy nhập phân chia theo thời gian). CDMA (Code Division Multiple Access- Đa truy nhập phân chia theo mã). Liên quan đến việc ghép kênh là dải thông mà mỗi kênh hoặc mỗi mạch chiếm trong một băng tần nào đó. Trong mỗi hệ thống ghép kênh đều sử dụng khái niệm đa truy nhập, điều này có nghĩa là các kênh vô tuyến được nhiều thuê bao dùng chung chứ không phải là mỗi khách hàng được gán cho một tần số riêng. 2. FDMA Đối với các hệ thống tế bào hiện đang sử dụng kỹ thuật ghép kênh FDMA, đều chia toàn bộ băng tần được phân phối cho một nhà khai thác mạng tế bào (Khoảng 25 MHz) thành các kênh rời rạc. Vì mỗi kênh thường có độ rộng dải là 30 KHz, cho nên hệ thống có tất cả 832 kênh khả dụng. Mỗi cuộc đàm thoại cần sử dụng hai tần số, cho nên mỗi nhà khai thác có 416 cặp tần số khả dụng. Mỗi cặp có thể gán cho một thuê bao mạng tế bào vào bất kỳ lúc nào. Thiết bị di động sử dụng kỹ thuật FDMA ít phức tạp hơn so với các thiết bị sử dụng các kỹ thuật ghép kênh khác và nói chung giá thành cũng rẻ hơn. Tuy nhiên, do mỗi kênh cần dùng một máy phát và một máy thu riêng biệt. Cho nên FDMA đòi hỏi rất nhiều thiết bị tại vị trí trạm gốc. Kỹ thuật FDMA có khả năng sử dụng được với cả các hệ thống truyền dẫn số (Digital) lẫn các hệ thống truyền dẫn tương tự (Analog). Sau đây là minh hoạ về kỹ thuật FDMA sử dụng cho hệ thống tế bào analog ở Hoa Kỳ: 30 KHz kênh 1 Thoại analog 30 KHz kênh 832 . . . Thoại analog Như vậy, mỗi kênh chiếm dải thông và đáp ứng cho một cuộc đàm thoại. Tần số của mỗi kênh tuy khác nhau nhưng nhiều máy vô tuyến có thể truy nhập tới được. 3. TDMA Với TDMA mỗi kênh vô tuyến được chia thành các khe thời gian. Từng cuộc đàm thoại được biến đổi thành tín hiệu số và sau đó được gán cho một trong những khe thời gian này. Số lượng khe trong một kênh có thể thay đổi bởi vì nó là một nhiệm vụ của thiết kế hệ thống. Có ít nhất là hai khe thời gian cho một kênh, và thường thì nhiều hơn, điều đó có nghĩa là TDMA có khả năng phục vụ số lượng khách hàng nhiều hơn vài lần so với kỹ thuật FDMA với cùng một đại lượng dải thông như vậy. TDMA là một hệ thống phức tạp hơn FDMA, bởi vì tiếng nói phải được số hoá hoặc mã hoá, sau đó được lưu trữ vào một bộ nhớ đệm để gán cho một khe thời gian trống và cuối cùng mới phát đi. Do đó việc truyền dẫn tín hiệu là không liên tục và tốc độ truyền dẫn phải lớn hơn vài lần tốc độ mã hoá. Ngoài ra, do có nhiều thông tin hơn chứa trong cùng một dải thông nên thiết bị TDMA phải được sử dụng kỹ thuật phức tạp hơn để cân bằng tín hiệu thu nhằm duy trì chất lượng của tín hiệu. Hình vẽ dưới đây minh hoạ kỹ thuật TDMA, các kênh analog 30 kHz dùng cho mạng tế bào hỗ trợ được ba kênh digital. Các đường truyền âm thanh analog của mỗi cuộc đàm thoại đi qua bộ biến đổi A/D và sau đó chiếm một khe thời gian trong kênh analog 30 kHz. 30 kHz kênh 1 30 kHz kênh 832 . . . Bộ biến đổi A/D Bộ biến đổi A/D Bộ biến đổi A/D Bộ biến đổi A/D Bộ biến đổi A/D Bộ biến đổi A/D (1) (2) (3) (4) (5) (6) 4. CDMA Trong kỹ thuật CDMA, tín hiệu mang tin ( ví dụ như tiếng nói) được biến đổi thành tín hiệu digital, sau đó được trộn với một mã giống như mã ngẫu nhiên. Tín hiệu tổng cộng, tức tiếng nói cộng với mã giả ngẫu nhiên, khi đó được phát trong một dải tần rộng nhờ một kỹ thuật gọi là trải phổ. Không giống FDMA hay TDMA, truyền dẫn trải phổ mà CDMA sử dụng đòi hỏi các kênh có dải thông tương đối rộng (Thường là 1,25 MHz). Tuy nhiên theo tính toán lý thuyết thì CDMA có thể chứa được số thuê bao lớn gấp khoảng 20 lần mà FDMA có thể có trong một dải thông tổng cộng như nhau . Bộ biến đổi A/D Tạo mã Bộ biến đổi A/D Tạo mã (20) Bộ biến đổi A/D Tạo mã Bộ biến đổi A/D Tạo mã (20) 1,25 MHz kênh 1 1,25 MHz kênh 20 . . . (1) (1) Hình vẽ trên là một minh hoạ của kỹ thuật CDMA. Dải thông tăng từ 30 kHz lên 1,25 MHz, nhưng trong dải thông này bây giờ còn xấp xỉ 20 cuộc đàm thoại. Mỗi đường thoại analog trước hết được biến đổi thành digital nhờ bộ biến đổi A/D đúng như với TDMA. Tuy nhiên sau đó thêm một bước nữa là chèn một mã đặc biệt qua một bộ tạo mã. Sau đó tín hiệu được phát đi, trải rộng thêm 1,25 MHz dải thông chứ không chiếm một khe thời gian riêng trong dải này. Các đặc tính tiên tiến của thông tin di động sử dụng kỹ thuật CDMA: Tái sử dụng tần só: Trong các hệ thống thông tin di động TDMA, mỗi tần số được tái sử dụng lại tại các tế bào cách nhau một cự ly nhất định. Nhưng trong hệ thống sử dụng kỹ thuật CDMA, một tần số được sử dụng trên cc tế bào kề nhau. Với việc tái sử dụng tần số, ở mức độ giao thoa cho phép có thể đạt dung lượng của hệ thống cao hơn nhiều so với các hệ thống di động dùng kỹ thuật FDMA hoặc TDMA. Dung lượng đạt cao hơn: Trong hệ thống di động CDMA, khoảng 27 cuộc gọi tốc độ 9,6 Kb/s có thể làm việc đồng thời trong một sector và 18 cuộc gọi tốc độ 14,4 Kb/s đồng thời cho một sector. Dung lượng của hệ thống CDMA lớn gấp 13,5 lần so với hệ thống di động AMPS, và lớn gấp 5 lần so với hệ thống di động TDMA. Khả năng chuyển vùng mềm: Quá trình máy di động di chuyển trong vùng phủ sóng có thể xảy ra ba loại chuyển vùng khác nhau là: Chuyển vùng cứng (Máy di chuyển giữa các LA kề nhau hay giữa các BSC), chuyển vùng mềm (Máy di chuyển giữa các BTS của cùng một BSC) và chuyển vùng mềm hơn (Máy di chuyển giữa các sector của cùng một BTS). Trong khi hệ thống di động TDMA sử dụng kỹ thuật chuyển vùng cắt trước khi nối thì trong công nghệ CDMA lại sử dụng kỹ thuật nối trước khi cắt. Khi đang di chuyển, máy di động vẫn tiếp tục dò tìm tín hiệu dẫn đường của các trạm thu phát bên cạnh. Nó so sánh tín hiệu thu được của các trạm lân cận với tín hiệu của trạm đang kết nối. Khi cường độ thu của trạm lân cận đạt đến một mức ngưỡng nào đấy thì việc chuyển vùng mềm có thể sẽ được thực hiện. Lúc này, máy di động gửi bản tin đến trạm điều khiển trung tâm (BSC). Trạm trung tâm thực hiệ kết nối máy di động và trạm thu phát mới trong khi vẫn giữ đường kết nối ban đầu. Chỉ sau khi thực hiện thành công việc kết nối rồi mới cắt liên lạc với trạm cũ. Ưu điểm nổi bật của chuyển vùng mềm và chuyển vùng mềm hơn là loại trừ được các hiện tượng rơi cuộc gọi hay gán đoạn thông tin trong khi máy di động di chuyển trong vùng giáp danh giữa các BTS hoặc giữa các sector trong cùng một BTS. Tính đa dạng của phân tập: Phân tập là một phương pháp hiệu quả để giảm fading. Có ba loại phân tập là: Phân tập theo thời gian dùng kỹ thuật chèn mã, tách lỗi và sửa sai. Phân tập theo khoảng cách: thiết kế nhiều cặp antenthu tại một trạm gốc BTS, thiết lập nhiều đường báo hiệu (chuyển vùng mềm) để kết nối với máy di động đồng thời với hai hoặc nhiều BTS. Loại phân tập dùng phương pháp thu đa đường là phân tập cao nhất nhờ đặc tính duy nhất của CDMA là thu/phát dùng mã PN mà các hệ thống vô tuyến di động khác không có. Nhờ có bộ tương quan song song mã PN, nó xác định tín hiệu thu theo mỗi đường sau đó tổ hợp và giải điều chế tín hiệu thu được. Fading có thể xuất hiện trong mỗi tín hiệu thu được nhưng không có tác động đến các đường thu khác nếu không có sự tương quan PN giữa các đường thu. Vì vậy tổng tín hiệu thu được có độ tin cậy rất cao vì khả năng có fading đồng thời trong tất cả các tín hiệu là rất thấp. Với việc ứng dụng nhiều loại phân tập, các kỹ thuật vô tuyến di động dùng kỹ thuật CDMA khắc phục được các hiện tượng gián đoạn cuộc gọi, cải thiện đáng kể chất lượng thoại và truyền số liệu. Điều khiển tự động công suất phát: Công suất phát của máy di động được tự động điều chỉnh sao cho tất cả các máy di động trong một vùng phục vụ có thể thu được với đọ nhạy trung bình tại bộ thu của trạm gốc BTS. Bộ thu CDMA của trạm gốc BTS chuyển tín hiệu thu được từ máy tương ứng thành thông tin số băng hẹp. Khi đó tín hiệu thu được của các máy di động còn lại là tín hiệu nhiễu của băng rộng. Thủ tục thu hẹp băng nhằm nâng cao tỷ số S/N lên đến mức cao nhất. Dung lượng của hệ thống đạt được là lớn nhất khi tín hiệu thu được tại BTS từ các máy di động có tỷ số S/N đạt giá trị cao nhất. Trạm BTS cung cấp chức năng mở mạch điều khiển công suất qua việc cung cấp cho máy di động một hằng số công suất. Hằng số này liên quan đến các yếu tố như tải, tạp âm của BTS, tăng ích của anten và khuếch đại công suất. Các thông tin này được gửi tới máy di động như một bản tin thông báo, thông qua mạch đóng trạm gốc BTS điều chỉnh cống suất mạch mở để máy di động giữ được công suất phát tối ưu nhất. Trạm gốc cứ sau khoảng thời gian 1,25 ms lại so sánh tín hiệu thu được từ máy di động với giá trị ngưỡng biến đổi và BTS điều khiển máy di động điều chỉnh công suất phát đến khi đạt kết quả tốt. Mục đích của việc điều khiển công suất phát của trạm gốc còn đạt mục tiêu giảm công suất phát của máy di động mỗi khi ở trạng thái rỗi hoặc ở vị trí gần BTS. Với kêt quả này công suất sẽ tập trung cung cấp cho các máy ở vùng có nguy cơ thu gián đoạn hay máy di động đang ở vị trí xa BTS. Công suất phát thấp: Việc giảm tỷ số S/N không những làm tăng dung lượng hệ thống mà còn có tác dụng giảm công suất phát để khắc phục tạp âm và giao thoa. Khi giảm công suất phát, sẽ giảm được giao thoa Và bán kính phục vụ của một trạm gốc có thể đạt lớn hơn, số lượng trạm gốc BTS cần ít hơn so với các hệ thống di động TDMA. Bảo mật cuộc gọi: Hệ thống CDMA cung cấp chức năng bảo mật thông tin rất cao vì tạo được mã PN riêng biệt cho mỗi máy, vì vậy dùng máy thu khác để nhận dạng hay tìm kiếm là rất khó khăn. 5. So sánh các công nghệ FDMA, TDMA với CDMA ứng dụng trong thông tin di động tế bào: Trong FDMA mỗi một khe tần số được dành riêng cho một người sử dụng và người này sẽ dùng khe tần số này suốt quá trình cuộc gọi . Trong sơ đồ TDMA mỗi người dùng được cấp cho một khe thời gian trong quá trình gọi. Số lượng người dùng được quyết định bởi số lượng các khe thời gian hay tần số khác nhau có sẵn. Trong sơ đồ CDMA tất cả các người dùng phát đồng thời và trên một tần số. Tín hiệu được phát đi chiếm toàn bộ dải thông của hệ thống và các dãy mã được sử dụng để phân biệt người sử dụng này với người sử dụng kia. CDMA hơn hẳn so với các kỹ thuật đa truy nhập khác. Nó có thể tính được phương sai trong hàm truyền của kênh gây ra bởi bộ chọn lọc tần số. Các máy thu CDMA được thiết kế để tận dụng ưu điểm từ đặc tính nhiều đường liên quan đến fading chọn lọc tần số và để làm giảm tối thiểu ảnh hưởng của chúng đến dung lượng của hệ thống. Ưu điểm chủ yếu về dung lượng của CDMA có được trong môi trường vô tuyến đa tế bào. Trong thông tin di động trước đây một trạm gốc công suất lớn được sử dụng để phủ sóng cho một vùng rộng lớn. Hệ thống này bị hạn chế khắt khe về mặt băng tần và không thể đáp ứng các dịch vụ di động. Trong hệ thống điện thoại di động tế bào, máy phát của trạm gốc đơn lẻ được thay thế bởi rất nhiều các trạm gốc có công suất nhỏ hơn, mỗi máy phát phủ sóng cho một vùng có dạng tổ ong, gọi là một tế bào. Trong các hệ thống FDMA hay TDMA mỗi tế bào được chia cho một phần tử của dãy tần số có sẵn. Dãy tần được dùng trong một tế bào có thể được sử dụng lại trong tế bào khác cách đó đủ xa sao cho tín hiệu trong hai tế bào này không gây nhiễu đến nhau. Số K tế bào sử dụng hết toàn bộ phổ tần có sẵn được gọi là cluster (cụm). Các cluster được bố trí như hình vẽ sau: G B C D F A E G B C D F A E G B C D F A E G B C D F A E G B C D F A E Hình vẽ: Cấu trúc cơ bản của hệ thống tế bào Những tín hiệu cơ bản của người sử dụng khác đồng thời trên cùng băng tần sẽ gây ra nhiễu đồng kênh. Nhiễu đồng kênh là một tham số giới hạn của hệ thống vô tuyến di động. Phương pháp tái sử dụng tần sổ trong TDMA/FDMA và FM/FDMA gây ra nhiễu đồng kênh vì có cùng một dải tần được sử dụng lại ở một tế bào khác. Việc sử dụng các cluster 7 tế bào trong nhiều hệ thống vô tuyến di động là không đủ để tránh hiện tượng nhiễu đồng kênh. Có thể tăng K lớn hơn 7 để giảm nhiễu đồng kênh nhưng sẽ làm giảm số lượng các kênh trong một tế bào, do vậy sẽ làm giảm dung lượng của hệ thống. Tương tự nếu giữ nguyên hệ số tái sử dụng là 7 và chia tế bào thành những vùng nhỏ hơn. Mỗi tế bào được chia thành ba hoặc sáu vùng nhỏ sẽ sử dụng ba hoặc sáu anten định hướng tương ứng tại trạm gốc phục vụ cho cả thu lẫn phát. Mỗi vùng nhỏ này sử dụng một dải tần riêng, khác với dải tần của các vùng kia. Thí dụ, nếu một tế bào được chia thành ba vùng nhỏ thì nhiễu thu được trên anten định hướng chỉ sấp xỉ một phần ba của nhiễu thu được trên anten vô hướng đặt tại trạm gốc. Sử dụng tế bào chia nhỏ thành ba vùng thì số lượng người dùng trong một tế bào có thể tăng thêm gấp ba lần trong cùng một cluster. Một vấn đề quan trọng khác trong việc tăng dung lượng của hệ thống là tính tích cực của thoại. Trong một cuộc thoại giữa hai người, mỗi người chỉ nói khoảng 35% đến 40% thời gian và nghe hết thời gian còn lại. Trong hệ thống CDMA tất cả những người sử dụng cùng chia sẻ một kênh vô tuyến. Khi những người sử dụng trên kênh đang liên lạc không nói thì những người sử dụng đang đàm thoại khác sẽ chỉ chịu ảnh hưởng rất nhỏ của nhiễu. Do vậy việc giám sát tính tích cực của tiếng nói làm giảm nhiễu đa truy nhập đến 65%. Điều này dẫn đến việc tăng dung lượng của hệ thống lên hệ số 2,5. Trong đa truy nhập FDMA hoặc TDMA việc người sử dụng được phân chia tần số hoặc thời gian trong thời gian diễn ra cuộc gọi và hệ thống cấp lại hai tài nguyên này cho hai người khác trong khoảng thời gian rất ngắn khi kênh ấn định yên lặng là không thực tế vì điều này yêu cầu phải chuyển mạch rất nhanh giữa những người sử dụng khác nhau. Trong FDMA và TDMA việc tổ chức tần số là yêu cầu khó khăn vì nó kiểm soát nhiễu đồng kênh. Trong hệ thống CDMA chỉ có một kênh chung nên không cần thực hiện tổ chức tần số. Trong FDMA và TDMA, khi máy di động ra khỏi vùng phủ sóng của tế bào trong quá trình đàm thoại thì tín hiệu thu được sẽ bị yếu đi và trạm gốc sẽ yêu cầu chuyển giao (handover). Hệ thống sẽ chuyển mạch sang một kênh mới khi cuộc gọi tiếp tục. Trong CDMA các tế bào khác nhau, khác nhau ở chỗ sử dụng các dãy mã khác nhau nhưng giống nhau là đều sử dụng cùng phổ tần. Do đó không cần phải thực hiện handover từ tần số này qua tần số khác. Chuyển giao như vậy được gọi là chuyển giao mềm (soft handover). Trong hệ thống CDMA không có một giới hạn rõ ràng về số lượng người dùng như trong FDMA và TDMA. Tuy vậy chất lượng hoạt động của hệ thống đối với tất cả những người sử dụng giảm ít nhiều khi số lượng người sử dụng cùng liên lạc tăng lên. Khi số người sử dụng tăng lên đến mức độ nào đó thì sẽ khiến cho nhiễu có thể làm cho tiếng nói trở nên khó hiểu và gây mất ổn định hệ thống. Tuy nhiên trong CDMA ta quan tâm đến điều kiện “phong toả mềm”, có thể giải toả được trái với điều kiện “phong toả cứng” như trong TDMA và FDMA khi mà tất cả các kênh đều bị chiếm. Hệ thống CDMA cũng có một vài nhược điểm. Hai nhược điểm nổi bật là: hiệu ứng tự nhiễu và hiệu ứng xa gần. Hiệu ứng tự nhiễu do các dãy mã không trực giao gây ra. Trong hệ thống vô tuyến di động các máy di động truyền tin độc lập với nhau, tín hiệu của chúng không đến trạm gốc một cách cùng lúc. Do trễ thời gian của chúng là phân bố ngẫu nhiên nên sự tương quan chéo giữa các tín hiệu thu được từ những người sử dụng là khác không. Để nhận được nhiễu có mức thấp tất cả tín hiệu phải có tương quan chéo nhỏ và mọi trễ thời gian tương đối. Tương quan chéo giữa các ký tự có được bằng việc thiết kế một tập các dãy trực giao. Tuy nhiên không có một tập dãy mã nào được biết là hoàn toàn trực giao khi được dùng trong hệ thống không đồng bộ. Các thành phần không trực giao của tín hiệu của những người sử dụng khác sẽ xuất hiện như là nhiễu trong tín hiệu điều chế mong muốn. Nếu sử dụng máy thu có bộ lọc thích ứng trong hệ thống như vậy thì số lượng của người sử dụng bị hạn chế bởi nhiễu gây ra bởi những người sử dụng khác. Điều này khác với trong các hệ thống TDMA và FDMA, trong các hệ thống này tính chất trực giao của tín hiệu thu được bị duy trì bằng việc chọn lọc và đồng bộ chính xác. Hạn chế chính của CDMA là hiệu ứng xa gần. Hiện tượng này xuất hiện khi một tín hiệu yếu từ một máy di động ở xa thu được tại trạm gốc bị chèn ép bởi tín hiệu mạnh từ nguồn nhiễu đó. Tín hiệu nhiễu với công suất lớn hơn n lần công suất tín hiệu mong muốn sẽ tác dụng gần như là n tín hiệu nhiễu có công suất bằng công suất của tín hiệu. Để khắc phục hiệu ứng xa gần trong hầu hết các ứng dụng CDMA người ta sử dụng các sơ đồ điều khiển công suất. Trong hệ thống tế bào điều khiển công suất được thực hiện bởi các trạm gốc, các trạm này định kỳ ra lệnh các máy di động điều chỉnh công suất máy phát sao cho tất cả các tín hiệu thu được tại trạm gốc với mức công suất là như nhau. CHƯƠNG III : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ AMPS 1. Giới thiệu chung AMPS là hệ thống điện thoại di động tổ ong do AT&T và Motorola- Mỹ đề xuất sử dụng vào năm 1982. Để sử dụng hiệu quả hơn nguồn tần số có giới hạn nên vùng phục vụ rộng của nó được phân chia thành các cell nhỏ và dịch vụ cung cấp sử dụng một tần số nhất định với một công suất nhỏ để cho phép các BS ở cách xa một khoảng cách nhất định có thể tái sử dụng cùng một tần số đó một cách đồng thời. Sau đó, người ta coi vùng phục vụ tương ứng như một hình lục giác để làm đơn giản hoá việc thiết kế và tính toán lý thuyết về mạng điện thoại di động. Tái sử dụng tần số liên quan đến việc định vị các BS để tái sử dụng các tần số chính xác, không phải sử dụng cùng một tần số giữa các BS kề nhau mà chỉ sử dụng lại ở một khoảng cách nhất định hoặc xa hơn nhằm làm giảm giao thoa giữa các kênh giống nhau. 4 1 2 5 7 6 3 4 1 2 5 7 6 3 4 1 2 5 7 6 3 K= 7 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 K= 4 Ngoài ra còn có các mẫu tái sử dụng tần số ứng với K= 12 hoặc 19. Qua hình vẽ cho ta thấy các cụm mẫu tái sử dụng tần số của các BS với tất cả các băng tần có thể, số lượng cell trong cụm đó gọi là yếu tố tái sử dụng tần số (K). Trong trường hợp này thì hiệu quả tái sử dụng tần số nếu một anten định hướng được sử dụng tại BS, vì giao thoa tần số chỉ ảnh hưởng đến các BS sử dụng cùng một kênh trong anten phát xạ định hướng. Và vì vậy giao thoa ở các kênh chính tăng (Thông thường sử dụng vùng phủ sóng 1200- sử dụng 3 sector trong một cell). Khi xuất hiện trạng thái chuyển vùng thì tín hiệu đã được kết nối với BS có khả năng thu nhận tín hiệu tốt. Trong trạng thái chuyển vùng thì kênh bị ngắt trong khoảng thời gian ngắn (150 ms) và chuyển vùng sẽ bị trì hoãn hoặc bị cản trở trong trường hợp không có kênh trong cell. Dịch vụ chuyển vùng ngoài hệ thống thông thường được cung cấp trong một vùng phục vụ khác, do một hệ thống khác điều khiển mà thuê bao nói đến không đăng ký. Tham số AMPS TSCS/ETACS NMT 900 NMT 450 Băng tần phát 8000 MHz 9000 MHz 9000 MHz 450-470 MHz Khoảng cách kênh 30 KHz 25 KHz 25/12,5 KHz 25/10 KHz Khoảng cách Song công 45 MHz 45 MHz 45 MHz 10 MHz Số kênh 832 920 (*) 1000 (1999) 180/225 Loại điều chế FM FM FM FM Độ lệch đỉnh 12 KHz 9,5 KHz 4,7 KHz 4,7 KHz Thiết bị nén dãn 2:1 Syllabic 2:1 Syllabic 2:1 Syllabic Không Kế hoặc cell 4,7,12 4,7,12 7,9,12 7 Đ iều chế kênh điều khiển (ĐK) FSK FSK FFSK FFSK Độ lệch kênh ĐK 8 KHz 6,4 KHz 3,5 KHz 3,5 KHz Mã kênh ĐK Manchester Manchester NRZ NRZ Dung lượng kênh ĐK 77000 62000 13000 13000 Tốc độ truyền dẫn 10 Kb/s 8 Kb/s 1,2 Kb/s 1,2 Kb/s Bảo mật thoại có thể có thể không không Dịch vụ chuyển vùng ngoài hệ thống có có có bị giới hạn 2. So sánh một số các thông số giữa các hệ thống analog * Bao gồm cả các kênh dự trữ cho GSM . CHƯƠNG IV : CẤU TRÚC MẠNG GSM 1. Cấu trúc mạng GSM SS AUC MS EIR MSC HLR BSS BSC BTS VLR ISDN OMC PSPDN PLMN PSTN CSPDN OSS : Hệ thống khai thác và hỗ trợ AUC : Trung tâm nhận thực HLR : Bộ ghi định vị thường trú MSC : Tổng đài di động BSS : Hệ thống trạm gôc BSC : Đài điều khiển trạm gốc OMC : Trung tâm khai thác và bảo dưỡng PSPDN: Mạng chuyển mạch gói công cộng PSDN : Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng SS : Hệ thống chuyển mạch VLR : Bộ ghi định vị tạm trú EIR : Thanh ghi nhận dạng thiết bị BTS : Đài vô tuyến gốc MS : Máy di động ISDN : Mạng số liên kết đa dịch vụ CSPDN : Mạng chuyển mạch số công cộng theo mạch PLMN : Mạng di động mặt đất công cộng 2. Hệ thống GSM Hệ thống này được chia thành hệ thống chuyển mạch SS và hệ thống trạm gốc BSS, mỗi hệ thống này có một số chức năng tại đó thực hiện tất cả các chức năng của hệ thống. Và những khối chức năng này được thực hiện ở các thiết bị khác nhau. Hệ thống được thực hiện như một mạng gồm nhiều cell vô tuyến cạnh nhau để cùng đảm bảo toàn bộ vùng phủ sóng của vùng phục vụ. Mỗi cell có một trạm vô tuyến gốc BTS làm việc ở một tập hợp các kênh vô tuyến. Các kênh này khác với các kênh được sử dụng ở các cell lân cận để tránh nhiễu giao thoa. + Một bộ điều khiển trạm gốc BSC sẽ điều khiển một nhóm BTS. BSC điều khiển các chức năng như chuyển giao và điều khiển công suất. + Một MSC (trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động ) phục vụ một số bộ điều khiển trạm gốc, MSC điều khiển các cuộc gọi tới và đi từ mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN, mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN, mạng di động mặt đất công cộng PLMN và các mạng số liệu công cộng PSDN, và có thể là các mạng riêng. Các khối nói trên đều tham gia vào việc nối thông giữa một trạm di động MS và một thuê bao di động ở PSDN. Nếu không thể thực hiện một cuộc gọi đến MS ta sẽ không cần bất cứ một thiết bị nào khác. Vấn đề nảy sinh khi ta muốn thực hiện một cuộc gọi kết cuối ở MS .người gọi hầu như không biết MS được gọi ở đâu. Vì thế cần có một số cơ sở dữ liệu mạng để theo dõi MS. Cơ sở dữ liệu quan trọng nhất là bộ đăng ký thường trú HLR. Khi một thuê bao di động mua một đăng ký từ một hãng khai thác GSM, thuê bao di động này sẽ được đăng ký ở HLR của hãng này. HLR chứa các thông tin về thuê bao như các dịch vụ bổ xung và các tần số nhận thực, quyền thâm nhập của thuê bao, các dịch vụ mà thuê bao đăng ký, các số liệu động về vùng mà ở đó đang chứa thuê bao của nó (Roaming), trong HLR còn tạo báo hiệu số 7 trên giao diện với MSC. Ngoài ra sẽ có thông tin về vị trí của MS tức là hiện thời vị trí của MS ở đâu thuộc MSC nào. Thông tin này thay đổi khi MS di động. MS sẽ gửi thông tin về vị trí thông qua MSC/HLR đến HLR của mình, nhờ vậy đảm bảo phương tiện để thu một cuộc gọi. 2.1. Hệ thống con chuyển mạch (SS) Hệ thống con chuyển mạch (SS): 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 SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác. MSC thực hiện các chức năng chuyển mạch chính, nhiệm vụ chính của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những thuê bao của GSM, một mặt MSC giao tiếp với hệ thống con BSS và mặt khác giao tiếp với mạng ngoài qua G-MSC. SS cũng cần giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tải số liệu của người sử dụng hay báo hiệu giữa các phần tử của mạng GSM. Chẳng hạn SS có thể sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số 7, 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). Khối IWF: Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của GSM với các mạng này. Các thích ứng này gọi là chức năng tương tác IWF. IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn. IWF có thể thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trường hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở. Khối HLR : Giữ các thông tin liên quan tới việc cung cấp các dịch vụ viễn thông không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao và chứa các thông tin về vị trí hiện thời của thuê bao. Thường HLR là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạch nhưng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao. Một chức năng con của HLR là nhận dạng trung tâm nhận thực thuê bao AUC. Khối trung tâm nhận thực AUC ; Được nối đến HLR chức năng của AUC là cung cấp cho HLR các tần số nhận thực và các khoá mật mã để sử dụng cho bảo mật. Đương vô tuyến cũng được AUC cung cấp mã bảo mật chống 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 khác về thuê bao và phải được bảo vệ chống mọi thâm nhập trái phép. Bộ ghi định vị tạm trú VLR; Là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ở vùng phục vụ của MSC. Mỗi MSC có VLR. Ngay cả khi MS lưu động vào một vùng MSC mới. VLR liên kết với MSC sẽ yêu cầu số liệu về MS từ HLR. Đồng thời HLR sẽ được thông báo rằng MS đang ở vùng MSC nào. Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc gọi, VLR sẽ có tất cả các thông tin cần thiết để thiết lập một cuộc gọi mà không cần hỏi HLR có thể coi VLR như một HLR phân bố. VLR chứa thông tin chính xác hơn về vị trí MS ở vùng MSC. Tổng đài di động cổng GMSC : Tất cả các cuộc gọi vào cho mạng GSM /PLMN sẽ được định tuyến cho tổng đài vô tuyến cổng Gateway-MSC. Nếu người nào đó ở mạng cố định PSTN muốn thực hiện một cuộc gọi đến một thuê bao di động của mạng GSM. Tổng đài tại PSTN sẽ kết nối cuộc gọi này đến MSC có trang bị một chức năng được gọi là chức năng cổng. Tổng đài MSC này gọi là MSC cổng và nó có thể là một MSC bất kỳ ở mạng GSM. GMSC sẽ phải tìm ra vị trí của MS cần tìm. Điều này được thực hiện bằng cách hỏi HLR nơi MS đăng ký. HLR sẽ trả lời khi đó MSC này có thể định tuyến lại cuộc gọi đến MSC cần thiết. Khi cuộc gọi đến MSC này, VLR sẽ biết chi tiết hơn về vị trí của MS. Như vậy có thể nối thông một cuộc gọi ở GSM có sự khác biệt giữa thiết bị vật lý và đăng ký thuê bao. 2.2. Trạm di động(MS) : MS là một đầu cuối di động, có thể đặt trên ô tô hay xách tay. Tại GSM có một khối nhỏ gọi là modun nhận dạng thuê bao SIM, là một khối vật lý tách riêng chẳng hạn là một IC Card còn gọi là card thông minh SIM cùng với thiết bị trạm hợp thành trạm di động. Không có SIM, MS không thể thâm nhập đến mạng trừ trường hợp gọi khẩn. Khi liên kết đăng ký thuê bao với card SIM chứ không phải với MS. Đăng ký thuê bao có thể có thể sử dụng trạm MS khác như của chính mình. Điều này làm nẩy sinh vấn đề MS bị lấy cắp, vì không có biện pháp để chặn đăng ký thuê bao nếu bị lấy cắp thì khi đó sẽ cần một cơ sở dữ liệu chứa số liệu phần cứng của thiết bị: thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR (nhưng hiện nay ở Việt Nam thì người ta không dùng thiết bị này nữa bởi vì khi có EIR thì nó yêu cầu máy có chỉ tiêu chất lượng tốt. Do kinh tế thị trường thì không phải ai cũng có thể mua một máy có chất lượng đạt yêu cầu ). EIR được nối Với MSC qua một đường báo hiệu. Nó cho phép MSC kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị. Bằng cách này có thể cho một MS không được thâm nhập. 2.3. Hệ thống con BSS Là một hệ thống đặc thù riêng cho tính chất tổ ong vô tuyến của GSM. BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động MS thông qua giao diện vô tuyến, vì thế nó bao gồm các thiết bị thu phát đường vô tuyến và quản lý các chức năng này. Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài SS. Tóm laị, BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài và nhờ vậy đấu nối những người sử dụng các trạm di động với những người sử dụng viễn thông khác BSS cũng phải được điều khiển, do đó nó được đấu nối với OSS. BSS bao gồm hai loại thiết bị: BTS giao diện với MS và BSC giao diện với MSC. Khối BTS: Một BTS 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 là khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ. TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, tại đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu. TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể đặt cách xa BTS và thậm chí còn đặt trong BSC và MSC. Khối TRAU: Khối thích ứng và chuyển đổi mã thực hiện chuyển đổi giữa tiếng 64kbit/s luật A và tiếng RPE LTP 13 kbit/s cũng như thích ứng tốc độ giữa các khung 3.6, 6, 12 kbit/s sử dụng ở giao diện vô tuyến. TRAU được điều khiển bởi BTS. Nếu nó được đặt bên ngoài BTS thì việc điều khiển được thực hiện bởi báo hiệu trong băng bằng cách sử dụng một số bit dự trữ ở trong khung 320 bit của các kênh lưu lượng 16 kbit/s trong đó chỉ có 13 kbit/s được sử dụng cho việc truyền lưu lượng các bít dự trữ nói trên là các bit điều khiển. Khối BSC: BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu là lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và chuyển giao. Một phía BSC được nôí 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 chính của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao. Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa BTS và BSC là giao diện Abit. 2.4. Hệ thống khai thác và hỗ trợ (OSS) Được nối tới tất cả các thiết bị ở hệ thống chuyển mạch và nối đến BSC. OSS có các chức năng chính sau: Quản lý mạng tế bào : Tại PLMN lớn cần xử lý rất nhiều số liệu, các thủ tục chi tiết, các công cụ quản lý phụ thuộc 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 tất cả các nội dung của cơ sở dữ liệu về dữ liệu đang được giữ tại MSC/BSC. Có thể kiểm tra tại chỗ trước đưa nó vào hoạt động. Số liệu cell: chứa tất cả các dữ liệu ở các cell PLMN. Quản lý đăng ký thuê bao: Bao gồm các hoạt động đăng ký thuê bao. Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xoá thuê bao khỏi mạng, đăng ký thuê bao rất phức tạp gồm nhiều dịch vụ và tính năng bổ xung. Nhà khai thác phải có thể thâm nhập tất cả các thông số nói trên. Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cước các cuộc gọi. Quản lý chất lượng : Có một số chức năng đo đạc ở GSM, nội dung chức năng đo đạc sơ cấp này được thực hiện ở phần tử mạng chịu trách nhiệm về đối tượng đo, chẳng hạn các số liệu định hướng theo cuộc gọi được thực hiện ở MSC sau, đó số lượng đo sơ cấp được gửi tới OSS và được lưu trữ ở đấy. Các phép đo đó là: Đo lưu lượng các tuyến Đo lưu lượng các loại lưu lượng Đo về độ phân tán lưu lượng Đối tượng chính để đo ở mạng vô tuyến là cell. 3. Cấu trúc địa lý của mạng Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định để định tuyến các cuộc gọi vào 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. Vùng mạng: Tổng đài vô tuyến cổng GMSC kết nối 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 sẽ được định tuyến đến một hay nhiều tổng đài vô tuyến cổng GMSC. 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 được nối đến MSC ở vùng phục vụ MSC nơi thuê bao đang ở. Vùng phục vụ như là một bộ phận của mạng được định nghĩa như một vùng mà ở đó có thể đạt đến trạm di động nhờ việc MS này được ghi lại ở một bộ định vị khác (VLR). Một vùng mạng GSM được chia thành một hay nhiều vùng phục vụ MSC/VLR. Vùng định vị (LA-location Area): Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị. 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 một vùng mà ở đó thông báo tìm gọi sẽ được phát quảng bá để tìm một thuê bao di động bị gọi. Vùng định vị có thể có một số cell và phụ thuộc vào một hay vài BSC nhưng nó chỉ phụ thuộc vào một MSC/VLR. Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử dụng nhận dạng vùng định vị LAI. Vùng định vị được hệ thống sử dụng để tìm một thuê bao đang ở trạng thái hoạt động. Ô (cell): Vùng định vị được chia thành một số ô, là một vùng bao phủ vô tuyến được nhận dạng bằng nhận đạng ô toàn cầu (CGI). Trạm di động tự nhận dạng một ô bằng cách sử dụng mã nhận dạng trạm gốc (BSIC). 4. Mô hình tham chiếu OSI GSM là một hệ thống rất phức tạp, cần phải được quy hoạch và tổ chức cả ở việc qui định và việc thực hiện thực tế của nó. Một mô hình để xây dựng các mạng thông tin số liệu thông thường đã được tổ chức các tiêu chuẩn quốc tế (ISO) cung cấp ở dạng mô hình liên kết các hệ thống mở (OSI). Các chi tiết kỹ thuật của GSM hay các khuyến nghị đã được định nghĩa đầy đủ ở ba lớp dưới của mô hình OSI này. Số TT Tên lớp Mô hình tương đương ở GSM Nhiệm vụ 7 ứng dụng / Ngưòi sử dụng 6 Trình bày 5 Phiên / Mạng 4 Giao vận 3 Mạng Quản lý cuộc gọi Quản lý di động Quản lý RR (*) 2 Liên kết Tập trung Phân đoạn Mạng GSM Thừa nhận 1 Vật lý Phát hiện lỗi Mã hoá kênh Điều chế (*) RR : Tài nguyên vô tuyến (Radio Resource) Hình vẽ: Mô hình OSI và việc sử dụng ba lớp dưới ở hệ thống GSM + ở lớp thấp nhất (Lớp 1), qui định các đặc tính vật lý của truyền dẫn hay môi trường đường truyền vô tuyến. Trong phạm vi của đường truyền vô tuyến GSM, các qui định này bao gồm không chỉ các kiểu điều chế tần số mà còn bao hàm cả cấu trúc các cụm và các khung hoàn toàn trong một mạch truyền dẫn ghép kênh phân chia theo thời gian. Do việc lớp này chịu trách nhiệm về việc hiệu chỉnh lỗi của các bít đơn trong truyền dẫn nên yếu tố mã hoá bảo vệ chống lỗi cũng thuộc lớp này. + Lớp 2, lớp liên kết dữ liệu, bao gồm các thực thể linh hoạt chịu trách nhiệm bảo vệ thông tin của các tin báo có nghĩa hoặc các khung giữa các trạm vô tuyến. Phân đoạn truyền dẫn sẽ cấu trúc các bản tin của lớp cao hơn phù hợp với các qui định vật lý của môi trường lớp 1 và đòi hỏi mọi tình huống một sự thừa nhận từ đầu thu. Các bản tin tại đầu thu sẽ được cấu trúc lại từ các khung thu được và các thừa nhận sẽ được định dạng để phát lại. + Lớp 3, lớp mạng, chịu trách nhiệm về quản lý tất cả các cuộc gọi và được tới hoạt động của mạng vô tuyến. Các nhiệm vụ này được chia nhỏ hơn thành các lớp con để quản lý việc điều khiển cuộc gọi đã thiết kế, quản lý di động và tài nguyên vô tuyến. + Các lớp cao hơn được áp dụng tới tất cả các hệ thống thông tin, không đề cập ở hình vẽ trên. Sau đây sẽ mô tả qui luật OSI biến đổi theo hoạt động của MS ở các lớp thông tin. Speech Speech User data Signalling User data Bulk frames-request acknowledgement Signalling . . . . . . Channel coding, error protection, interleaving Error correction de-interleaving Bulk frames-request acknowledgement Equalization RF- Modulation RF- Modulation Layer 3 Layer 2 Layer 1 Transmitter Receiver 5. Các đặc trưng của GSM Trong các hệ thống điện thoại di động hiện có cung cấp cho các thuê bao và nhà khai thác nhiều ưu điểm hơn một mạng điện thoại tiêu chuẩn. Nhưng ở đó còn nhiều hạn chế. GSM đã khắc phục được những hạn chế đó và được thể hiện qua các đặc trưng sau. Tính tương thích: Do sự phát triển nhanh chóng của các mạng tế bào ở Châu Âu, hiện có nhiều hệ thống tế bào khác nhau mà không tương thích với nhau. Vì vậy, hiển nhiên là cần phải có một tiêu chuẩn chung cho hệ thống thông tin di động. Và một hội đồng thực thi đã được thiết lập với một nhiệm vụ phức tạp là phân định chung-riêng ở mạng tiêu chuẩn mới. Tiêu chuẩn GSM đã được qui định và phát triển ở các nước Châu Âu đang hoạt động để khai thác chung với nhau . Kết quả là một hệ thống tế bào đã được thực hiện ở khắp Châu Âu. Sự thuận lợi do tiêu chuẩn GSM đem lại, sẽ có một thị trường lớn đối với các thiết bị GSM. Nghĩa là các nhà sản suất sẽ cung cấp các hiết bị với chất lương cao hơn và giá thành rẻ hơn. Các thành công của GSM đã được chấp nhận và thực hiện trên khắp thế giới. Hệ thống thông tin di động số GSM tương thích với hệ thống báo hiệu số 7 và sử dụng băng tần (890-915 ) MHz để truyền tín hiệu từ máy di động đến trạm gốc và băng tần (935-960) MHz để truyền dẫn tín hiệu từ trạm gốc đến máy di động. Loại bỏ các tạp âm: Trong các hệ thống điện thọai tế bào hiện nay, máy di động thông tin với cell bằng các tín hiệu vô tuyến tương tự. Mặc dù kỹ thuật này có thể đảm bảo một chất lượng thoại rất tốt (nó được sử dụng nhiều đối vớ vô tuyến quảng bá stereo), nhưng nó dễ bị tạp âm xâm nhập . Tạp âm sẽ giao thoa với hệ thống hiện hành, có thể được phát sinh bởi các nguyên nhân sau : Một nguồn công suất mạnh hoặc kéo dài , gần với hệ thống thông tin di động (như hệ thống đánh lửa trên ô tô , sét ...) Sự truyền dẫn ở các máy di động khác nhau trên cùng một tần số (nhiễu kênh chung). Sự truyền dẫn ở các máy di động khác nhau, theo kiểu “xuyên ngang “ từ một tần số lân cận (nhiễu kênh lân cận ). Nhiễu nền xâm nhập vì tín hiệu quá yếu. Để đối phó với nhữnh vấn đề gây ra nhiễu trong hệ thống tế bào mới người ta sử dụng các tín hiệu số tay cho tín hiệu tương tự. Các tín hiệu được phát trên một giao diện vô tuyến - số có thể được bảo vệ để chống lại các lỗi phát sinh do tạp âm. Việc bảo vệ này sẽ hình thành từ sự mã hoá của tín hiệu, mà cơ chế là do sự quyết định của phần mềm và sử dụng giải mã viterbi. Các cơ chế này cho phép phát hiện và sửa chữa các lỗi ở một tín hiệu. Kết quả là có một giao diện vô tuyến mạnh hơn nhiều. Thông tin di động số có thể chịu được mức nhiễu cao hơn so với các hệ thống tương tự hiện có, dẫn đến việc cải thiện cả chất lượng lẫn hiệu quả ở hệ thống thông tin di động . Tính linh hoạt và tăng thêm dung lượng: Với giao diện vô tuyến tương tự hiện có, mỗi kết nối giữa một thuê bao di động với một Cell đòi hỏi phải có sóng mang RF riêng, điều đó dẫn đến đòi hỏi ở Cell phải lắp đặt thêm modul (phần cứng ) RF. Vì vậy, để mở rộng dung lượng của một Cell thì phải tăng thêm số lượng các kênh và các modul RF có chất lượng tương đương phải được đưa thêm vào thiết bị của Cell. Do đó, việc mở rộng hệ thống là tốn nhiều thời gian, tiền của và công sức Như vậy, các hãng khai thác cũng bao hàm cả việc lập kế hoạch RF rất phức tạp. Để khai thác một cách hợp pháp, tất cả các hệ thống phải sử dụng một khoảng tần số RF đã đựoc qui định chặt chẽ, chỉ trong khoảng tần số (872-960 MHz). Rõ ràng phổ tần số bị nhiều hạn chế và chỉ một số lượng có hạn các cuộc đàm thoại là có thể chèn được trên một số lượng kênh vô tuyến đã cho, do đó, thường xuyên có sự quá tải xảy ra tại giờ cao điểm của nhu cầu, kết quả là “ call blocking “ (tức thuê bao sẽ nghe một cho biết đường truyền đang bận ), hậu qủa là sự không thoả mãn của thuê bao. Khi mà giao diện số được sử dụng ở hệ thống GSM sẽ đưa đến việc giải quyết việc sử dụng phổ vô tuyến có sẵn một cách hiệu quả hơn. Tám cuộc gọi đồng thời được thực hiện trên một sóng mang RF. Điều đó có nghĩa là mỗi modul RF riêng sẽ đáp ứng cho 8 thuê bao cùng một lúc, và như vậy hệ thống sẽ được mở rộng, yêu cầu thay đổi modul RF thường ít hơn so với các hệ thống cũ. Do đó hệ thống là rất linh hoạt vì nó có thể thay đổi dung lượng bằng một bộ phận khác của mạng bằng cách đặt lại cấu hình từ cơ sở dữ liệu của hệ thống. Sử dụng các giao diện tiêu chuẩn: Trong mạng tế bào mỗi thiết bị được sử dụng là được chế tạo bởi một nhà sản suất. Điều đó là vì một hãng sản xuất chỉ sản xuất thiết bị đã được thiết kế để thông tin với nhau. Tình trạng này có thể rất có lợi cho các hãng sản xuất như họ có ảnh hưởng lớn lên sự định giá các sản phẩm của họ, nhưng lại là điều không có lợi đối với người sử dụng điện thoại di động và nhà khai thác mạng vì giá thành thiết bị cao. Với hệ thống thông tin di động số GSM thì ngược lại, vì do các giao diện tiêu chuẩn như C7 và X25 được sử dụng trong toàn hệ thống. Điều này có nghĩa là các nhà qui hoạch hệ thống có thể lựa chọn thiết bị với giá thành khác nhau của các hãng sản xuất khác nhau. Vì vậy, sự cạnh tranh giữa các hãng sản xuất với nhau sẽ tăng lên và giá thành sẽ hạ xuống. Ngoài ra, các nhà thiết kế mạng sẽ có nhiều linh hoạt hơn khi đặt mua các cấu kiện của mạng, tức là họ có tể tạo ra nhiều hiệu quả sử dụng ở các đường truyền mặt đất mà họ đang khai thác. An toàn và bảo mật tuyệt đối: Vấn đề an toàn được xem đứng đầu danh mục các vấn đề sẽ được cạnh tranh của các nhà khai thác ở các hệ thống tương tự. Trong một vài hệ thống thế hệ đầu có khoảng 20% cuộc gọi bị ăn cắp. Để bảo mật số liệu và thoại được tốt, GSM đưa ra đề nghị bảo mật cả về phương pháp truyền dẫn trên giao diện vô tuyến và cả ở cách thức lưu lượng được xử lý trước khi truyền dẫn. Các dữ liệu được điều khiển và báo hiệu sẽ được mật mã cùng với các kỹ thuật nhận thực thuê bao tinh vi sẽ loaị trừ việc ăn cắp cuộc gọi. ở hệ thống GSM thiết bị di động sẽ được nhận dạng một cách độc lập từ thuê bao di động. Mỗi máy di động có một số nhận dạng được mã hoá cứng khi sản xuất để kiểm tra nếu như nó được khai báo là đã bị mất cắp. Hệ thống GSM đảm bảo ở một mức độ cao tính bảo mật cho các thuê bao, các cuộc gọi sẽ được số háo, mã háo và sau đó được gài mật mã trước khi phát lên không gian. Chuyển vùng nhanh hơn: Chuyển vùng xảy ra khi máy di động di chuyển giữa các cell. Một cuộc gọi sẽ được chuyển từ một kênh này đến kênh khác và từ một cell này đến một cell khác để duy trì cuộc gọi được liên tục. Trong các hệ thống tương tự hiện có, chỉ có thuê bao rất tốt mới nhận ra một chuyển vùng đã xảy ra. Còn hệ thống GSM đã giải quyết vấn đề này và quá trình chuyển vùng được điều khiển chặt chẽ hơn nhiều. GSM cho phép đưa nhiều yếu tố vào tính toán và được tính toán chi tiết hơn (Đo cường độ tín hiệu của các cell lân cận). Nhận dạng thuê bao: So với các hệ thống tương tự, mỗi thuê bao di động được nhận dạng bởi số máy điện thoại mà nó được gắn lên thiết bị di động của nó. Vì vậy nếu thuê bao muốn thu/phát các cuộc gọi thì cần phải có thiết bị di động. Trong hệ thống GSM, thuê bao và thiết bi di động được nhận dạng một cách riêng rẽ. Thuê bao được nhận dạng bằng một card thông minh (Smart card),được biết như một khối nhận dạng thuê bao SIM. Nghĩa là người sử dụng chỉ cần mua thuê bao ở một hệ thống di động nhưng có khả năng sử dụng cho nhiều kiểu thiết bị di động khác nhau (Fax, Computer, điện thoại di động). Nghĩa là khi di chuyển thuê bao chỉ cần mang theo SIM card của nó. Vì SIM card nhận diện người sử dụng nên bất kỳ nơi nào các cuộc gọi của thuê bao tạo ra, háo đơn tính cước sẽ luôn luôn được được gửi tới bộ ghi định vị thường trú (HLR) của thuê bao. Tính tương thích với ISDN: ISDN là một tiêu chuẩn mà hầu hết các nước đang phát triển đã cam kết thực hiện. Đây là một mạng thông tin mới và tiên tiến được thiết kế để truyền thoại và số liệu thuê bao trên các đường truyền thoại tiêu chuẩn. Mạng GSM đã được thiết kế để khai thác với hệ thống ISDN và sẽ cung cấp các đặc tính có thể tương thích với nó. CHƯƠNG V : MẠNG VMS - MOBIFONE 1. khái quát chung Hiện nay, tại Việt Nam có hai mạng điện thoại di động tiêu biểu là MobiFone và VinaFone đã sử dụng hệ thống GSM tiên tiến này. Trong đó thì mạng MobiFone đã chính thức khai trương ngày 16/4/1993 theo quyết định đúng đắn kịp thời của tổng Công Ty Bưu Chính viễn thông Việt Nam. VinaFone khai thác ngày 26/6/1996. Cả hai mạng này đều phục vụ cho địa bàn toàn quốc, gồm ba trung tâm chuyển mạch (MSC) và các thành phần để xử lý cuộc gọi tại Hà nội, Đà nẵng và Thành phố Hồ Chí Minh (VLR). Trong đó các trung tâm của mỗi mạng đều liên kết với nhau và thực hiện Roaming nội bộ nhằm phục vụ thuận tiện cho các thuê bao. MobiFone là tên của hệ thống thông tin di động VMS cung cấp. VMS là nhà khai thác dịch vụ thông tin di động kinh nghiệm nhất tại Việt Nam và là doanh nghiệp nhà nước đi đầu trong lĩnh vực khai thác dịch vụ thông tin di động. Công ty thông tin di động VMS đã cùng với đối tác là hãng Comvik Intenational Việt Nam AB thuộc tập đoàn Kinnevik Thuỵ Điển đầu tư trên 340 triệu USD cho hệ thống thông tin di động MobiFone. Hệ thống thông tin di động MobiFone cho phép chủ gọi được gọi và nhận cuộc ở 61/61 trung tâm tỉnh và thành phố và tại nhiều nước trên thế giới chỉ với một thuê bao. Mục tiêu chính của công ty là mở rộng vùng phủ sóng, tăng cường chất lượng mạng lưới, phát triển các dịch vụ mới chất lượng cao. Cho đến nay hệ thống thông tin di động MobiFone vẫn luôn được đánh giá là hệ thống thông tin di động có chất lượng và uy tín nhất tại Việt Nam. Do vậy mà cho đến cuối năm 2000 MobiFone đã lắp đặt được 148 trạm BTS tại miền Bắc. Tại miền Bắc có các thông số sau: Số site : 85 Số cell : 148 Số TRX (trạm thu phát ) : 278 Tỉnh được phủ sóng : 29 Tỉnh chưa được phủ sóng : 0 VMS-MobiFone có 5 tổng đài MSC với 1 tổng đài MSC thuộc Hà Nội, 1 tổng đài MSC tại Đà Nẵng và 3 MSC thuộc thành phố Hồ Chí Minh. Vì vậy VMS sẽ phủ sóng hầu hết các khu dân cư, khu công nghiệp, trục lộ, khu di tích, các cửa khẩu biên giới,... Trên toàn Việt nam. Mỗi bộ có một trung tâm khai thác và bảo dưỡng phần vô tuyến OMC-R và phần chuyển mạch OMC-S. Hiện nay VMS sử dụng mô hình sử dụng lại tần số là 4/12. Và có 40 tần số được sử dụng. Khoảng cách giữa băng tần lên và xuống là 45 MHz. Các dịch vụ mới như dịch vụ điện thoại di động trả tiền trước, chuyển vùng quốc tế đã được MobiFone đưa ra khai thác những năm gần đây đã được đông đảo khách hàng đón nhận. Vậy MobiFone là : Hệ thống thông tin di động số GSM Hệ thống thông tin di động phủ sóng toàn quốc với chất lượng cao nhất, dịch vụ đa dạng nhất. Hệ thống thông tin di động cho phép các thuê bao sử dụng cùng một số thuê bao tại Việt Nam và nhiều nước trên thế giới. Hệ thống thông tin di động với dịch vụ chăm sóc khách hàng 24/24. Hệ thống thông tin di động phát triển nhanh với vốn đầu tư tốt Mọi lúc mọi nơi. Nói tóm lại, chỉ sau 7 năm MobiFone có quyền tự hào là một mạng thông tin di động lớn nhất tại Việt Nam, có vùng phủ sóng lớn nhất tại Việt Nam. 2. Chương trình phát triển dịch vụ hệ thống thông tin di động Dịch vụ MobiFone: Đây là dịch vụ thông tin di động trả sau, là dịch vụ cơ bản do VMS- MobiFone cung cấp. Các thuê bao di động có thể sử dụng MS của nó để nhận và thực hiện tất cả các cuộc gọi tại những nơi mà MobiFone phủ sóng (kể cả ở nước ngoài ) và thuê bao MobiFone có thể sử dụng tất cả các dịch vụ phụ do MobiFone đang cung cấp. Dịch vụ Mobicard: Đây là loại hình thông tin di động trả trước đầu tiên VMS-MobiFone giới thiệu tại Việt Nam. Khi sử dụng loại hình dịch vụ này thì MS phải có một thẻ SIM (khối giao diện thuê bao) và một thẻ Mobicard và đã có thể hoà mạng thông tin di động MobiFone và có thể thực hiện nhận tất cả các cuộc gọi. 3. Các dịch vụ giá trị gia tăng hiện đang được cung cấp cho thuê bao MobiFone và Mobicard Chuyển vùng trong nước: (cung cấp cho thuê bao MobiFone và Mobicard) Dịch vụ này giúp các thuê bao di động nhận và thực hiện cuộc gọi tại 61/61 tỉnh và thành phố trên toàn quốc. Hiển thị số thuê bao chủ gọi: (cung cấp cho thuê bao MobiFone và Mobicard) Dịch vụ này giúp thuê bao di động thấy được số điện thoại trên màn hình máy di động. Cấm hiển thị số thuê bao chủ gọi: (cung cấp cho thuê bao MobiFone ) Dịch vụ này khiến người mà thuê bao chủ gọi tới không thấy được số thuê bao của máy này trên màn hình máy di động. Dịch vụ giữ cuộc gọi: (cung cấp cho thuê bao MobiFone) Dịch vụ này giúp thuê bao di động đặt cuộc gọi ở chế độ chờ và gọi tơí một số máy khác. Dịch vụ chờ cuộc gọi: (cung cấp cho thuê bao MobiFone ) Dịch vụ giúp thuê bao di động trả lời cuộc điện thoại thứ hai ngay cả trong lúc thuê bao di động đang nói chuyện với người gọi thứ nhất. Dịch vụ chuyển tiếp cuộc gọi: (cung cấp cho thuê bao MobiFone ) Dịch vụ giúp thuê bao di động chuyển cuộc gọi tới một số máy khác khi máy của thuê bao di động bận ngoài vùng phủ sóng hoặc không hoạt động. Hộp thư thoại: (cung cấp cho thuê bao MobiFone) Dịch vụ này giúp thuê bao di động luôn giữ được liên lạc ngay cả khi máy điện thoại của thuê bao di động hết pin hay ngoài vùng phủ sóng. Khi thuê bao di động không thể trả lời điện thoại, người gọi có thể nhắn lại vào hộp thư của thuê bao di động và sau đó thuê bao di động có thể sử dụng điện thoại di động của mình hay bất cứ điện thoại nào để nghe lại tin nhắn đã được ghi. Dịch vụ truyền Fax: (cung cấp cho thuê bao MobiFone ) Dịch vụ cho phép thuê bao di động gửi đi một bản tin Fax bằng cách kết nối trực tiếp máy vi tính và máy điện thoại di động. Dịch vụ truyền dữ liệu: (cung cấp cho thuê bao MobiFone ) Dịch vụ này cho phép thuê bao di động truyền đi bằng cách kết nối trực tiếp máy vi tính và máy di động. Dịch vụ nhắn tin ngắn: (cung cấp cho thuê bao MobiFone và Mobicard) Dịch vụ này giúp thuê bao di động gửi đi những bản tin nhắn dưới dạng chữ viết trong những tình huống không tiện nói trên điện thoại, ví dụ như đang ở nơi ồn ào, hay không muốn người khác biết được nội dung trao đổi. Dịch vụ chuyển vùng quốc tế: (cung cấp cho thuê bao MobiFone ) Dịch vụ chuyển vùng quốc tế cho phép MS thực hiện các cuộc gọi đi và nhận các cuộc gọi đến bằng máy điện thoại di động của mình tại tất cả các nước có ký thoả thuận chuyển vùng quốc tế với MobiFone mà không cần thay đổi thẻ SIM và số máy điện thoại di động của mình. Hiện nay MobiFone đã mở dịch vụ tới 43 nhà khai thác tại 28 quốc gia và vùng lãnh thổ khác nhau trên thế giới. Tính cước đơn giản của dịch vụ chuyển vùng quốc tế : Các cuộc gọi thuê bao di động ở nước ngoài sẽ được tính cước theo quy định của nhà khai thác tại từng nước. Cách quay số cuộc gọi được thực hiện như cách quay số của các thuê bao nước sở tại. Đối với dịch vụ chuyển vùng quốc tế cũng cho phép khách hàng nhận cuộc gọi ở nước ngoài như là khi đang ở Việt Nam. Chủ gọi chỉ trả cước đến vị trí đăng ký của thuê bao MobiFone tại Việt Nam còn thuê bao MobiFone phải trả cước cho phần định tuyến lại cuộc gọi từ Việt Nam ra nước ngoài. Dịch vụ sau bán hàng: (cung cấp cho thuê bao MobiFone và Mobicard) VMS-MobiFone đã thíêt lập một hệ thống cửa hàng và đại lý rộng khắp trong cả nước tạo điều kiện cho khách hàng đến giao dịch. Ngoài hệ thống cửa hàng và đại lý, các đội bán hàng trực tiếp và thu cước trực tiếp cũng được thành lập tại nhà khi khách hàng yêu cầu. Bên cạnh đó, các trung tâm dịch vụ khách hàng tại Việt Nam, Đà Nẵng và thành phố Hồ Chí Minh cũng là những địa chỉ tin cậy của MobiFone nơi khách hàng có thể tới đăng ký dịch vụ, được hướng dẫn và giải đáp tất cả các thắc mắc về máy di động về dịch vụ sửa chữa và bán hàng. Nhắn tin quảng bá: Dịch vụ này cung cấp miễn phí cho thuê bao MobiFone và Mobicard. Với dịch vụ này thuê bao di động sẽ nhận được các thông tin dự báo thời tiết, giá vàng và giá USD, tin thể thao, lịch bay của Việt Nam Airlines, tin khuyến mại của MobiFone,... Những thông tin này được gửi trực tiếp tới MS dưới dạng tin ngắn (dịch vụ này đang được thử nghiệm tại khu vực miền Bắc và sẽ được triển khai trong thời gian tới ). WAP ( giao thức ứng dụng không dây): WAP là một dịch vụ mới được cung cấp nhằm mục đích đưa các thông tin từ mạng Internet tới các máy điện thoại di động. Dịch vụ cho phép thuê bao di động tìm kiếm những thông tin hữu ích trên điện thoại di động như tỉ giá hối đoái, tin thể thao, dự báo thời tiết, các chương trình giải trí, tin tức thời sự, thông tin về thị trường chứng khoán, tin MobiFone lịch bay, kết quả sổ xố,... Đặc biệt thuê bao di động có thể kiểm tra gửi và nhận E-mail từ điện thoại di động của mình (dịch vụ này sẽ được cung cấp trong thời gian tới ). 4. Cấu trúc cell và tần số Hệ thống vô tuyến trong GSM làm việc trong một băng tần hẹp, dải tần GSM cơ bản từ 890 -960 MHz. Băng tần này được chia làm hai phần : Băng tần lên (Uplink Band): với dải tần từ 890-915 MHz cho các kênh vô tuyến từ trạm di động tới hệ thống trạm gốc. Băng tần xuống (Downlink Band): với dải tần từ 935-960 MHz cho các kênh vô tuyến từ hệ thống trạm gốc tới các trạm di động. Băng tần của hệ thống GSM cơ bản được chia thành hai băng sóng, mỗi băng có độ rộng 25 MHz bao gồm 124 sóng mang. Do vậy khoảng cách giữa các kênh (khoảng cách giữa hai tần số sóng mang của hai kênh liền nhau) là 200 KHz. Mỗi kênh sử dụng hai tần số riêng biệt: một dùng cho truyền từ trạm di động và một cho truyền từ MS. Các kênh này được gọi là kênh song công, khoảng cách giữa hai tần số nói trên được gọi là cự ly song công (Duplex distance). Cự ly này không đổi và bằng 45 MHz. Kênh vô tuyến này mang 8 khe thời gian TDMA và mỗi khe thời gian là một kênh vật lý trao đổi thông tin giữa mạng và trạm di động MS. Vùng mạng PLMN được chia thành nhiều cell vô tuyến nhỏ có bán kính từ 350m đến 35 Km. Kích thước thực tế của các cell phụ thuộc vào địa hình và lưu lượng thông tin. Mỗi cell vô tuyến tương ứng với một trạm thu phát gốc BTS. Tuỳ theo cấu tạo của anten mà ta phân loại BTS khác nhau. BTS liên lạc vô tuyến với tất cả các máy thuê bao di động MS có mặt trong cell. Hình dạng của các cell phụ thuộc vào kiểu anten và công suất ra của từng trạm BTS. Omni cell: Cell này sử dụng anten vô hướng phát đẳng hướng, hình tròn trên biểu thị vùng phủ sóng của anten này, đường biên tương ứng với quĩ tích các đỉêm có cùng cự ly đến vị trí mà tại đó cường độ tín hiệu đã suy giảm đến giá trị tối thiểu yêu cầu của máy thu (độ nhạy máy thu). Cell kiểu này được quy hoạch cho vùng có mật độ thấp. Cell split phase 0 : Các cell được tượng trưng bằng các hình lục giác, sử dụng ba cell cho một site. Site này dùng anten định hưóng để tạo ra 3 sector theo 3 hướng khác nhau, mỗi hướng tương ứng với một cell. Góc phương vị của các anten hướng cực đại cách nhau 120 độ. Mỗi cell sử dụng anten phát có độ rộng rộng nửa công suất phát là 60 độ và 2 anten thu phân tập cũng có độ rộng như vậy. Cell này được sử dụng cho các vùng có mật độ cao. Cell split phase 1: Cell này được phát triển từ phase 0 bằng cách đặt ở mỗi cell ban đầu 1 site sector. Mỗi site này chia nhỏ cell đó thành 3 cell mới. Như vậy số cell mới =3* số cell cũ. Cell này dùng cho vùng có mật độ rất cao. Cellular network: Mạng sẽ sử dụng rất nhiều cell tùy theo vùng có mật độ thấp hay cao mà người ta lựa chọn các kiểu cell. Để sử dụng triệt để băng tần trong GSM cần phải sử dụng lại tần số: băng tần sẵn có được chia thành 124 tần số song công, các tần số này được chia thành các nhóm tần số, nhóm tần số này được ấn định cho một vùng nào đó bao gồm nhiều trạm BTS. Cùng mẫu tần số này có thể đem áp dụng cho vùng bên cạnh mà không gây ra hiện tượng nhiễu giao thoa đồng kênh khi đạt được khoảng cách đủ lớn giữa hai trạm BTS sử dụng chung một tần số. Do vậy, tuỳ vào anten là vô hướng hay định hướng mà ta có mẫu sử dụng lại tần số khác nhau. Nhờ việc sử dụng lại tần số ta có thể tăng dung lượng cho toàn mạng. Thực tế sử dụng cell ở VMS VMS sử dụng Cell split Phase 0, sử dụng mẫu sử dụng lại tần số 4/12. Nhóm các tần số A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 A3 B3 C3 D3 Các kênh 84 96 108 120 85 97 109 121 86 98 110 122 87 99 111 123 88 100 112 124 89 101 113 90 102 114 91 103 115 92 104 116 93 105 117 94 106 118 95 107 119 PHẦN II. HỆ THỐNG BÁO HIỆU SỐ 7 TRONG MẠNG GSM CHƯƠNG I: HỆ THỐNG BÁO HIỆU SỐ 7 TRONG MẠNG DI ĐỘNG 1.1.Tổng quan: Báo hiệu trong mạng di động phức tạp hơn trong mạng điện thoại thường, vì các thuê bao di động MS có thể di chuyển quanh mạng nên phải có yêu cầu cập nhật vị trí địa lý của các MS (vào tải) và để sử lý sự thay đổi sang kênh lưu lượng mới (chuyển ô) khi MS đang di chuyển từ ô này đến ô khác. Điều này yêu cầu phải có một hệ thống báo hiệu nhanh và mạnh. Trong tất cả các hệ thống GSM đang hoặc sẽ sử dụng hệ thống báo hiệu số 7 thì đều sử dụng chung phần MTP nhưng các phần của người sử dụng khác nhau được sử dụng cho các hệ thống khác. Bssmap map TCAP BSSAP TSDN ISUP TUP SCCP Phần chuyển đổi bản tin MTP Báo hiệu số 7 có liên quan đến các sản phấm sử dụng trong mạng di động Mức 1- 3 Mức 4- 7 1.2. Các thành phần của người sử dụng trong mạng GSM: 1.3. Phần ứng dụng di động MAP (Mobile Aplication Part). Phần ứng dụng di động (MAP) cung cấp các thủ tục báo hiệu cần thiết được yêu cầu để trao đổi thông tin giữa các phần tử của mạng GSM, ở mô hình OSI, MAP ở trên TCAP, cả MAP và TCAP đều thuộc lớp 7. Thực thể ứng dụng MAP - MSC Phần ứng dụng di động MSC ASE 1 ASE 2 ASE n TCAP (ASE ) Phân lớp phần tử Phân lớp giao dịch SCCP MTP MAP - HLR MAP - VLR MAP- EIR MAP = AUC SSN SSN SSN Các thực thể ứng dụng AE và cá P.tử ứng dụng ASE trong MAP Đối với các dịch vụ không đấu nối được MAP sử dụng thì ISP (phần dịch vụ trung gian) được xem là trong suốt có nghĩa là không được sử dụng vì vậy TCAP phối hợp ghép đấu nối với phần điều khiển báo hiệu SCCP cùng với phần chuyển giao tin báo MTP phụ thuộc như một nhà cung cấp dịch vụ của mạng. MAP được chia làm 5 thực thể ứng dụng MAP - MSC, MAP-VLR, MAP - HIR, MAP - EIR và MAP - AUC. Tất cả những thực thể này mỗi cái được phân định tới một số phân hệ SSN. Các SSN được SCCP sử dụng để định địa chỉ một thực thể nào đó của MS = X đang ở vùng của tôi OK! Tôi đã cập nhật với TCAP HLR TC - yêu cầu hỗ trợ (Upl, MS = X ) TC bắt đầu TC - kết quả ( log Upd ) TC tiếp tục TC yêu cầu hỗ trợ ( Upd cat) TC tiếp tục TC kết quả ( cat Upl ) Hoạt động Hoạt động Giao dịch TC kết thúc MLR VLR VLR mạng GSM. Mỗi AE bao gồm một số các phần tử ứng dụng ASE. Các ASE được nhóm lại như là các ASE chung và các ASE đặc biệt. TCAP là một ASE chung và luôn luôn chứa các MAP - ASE. Các ASE hỗ trợ việc hoà mạng của các AE và bao gồm một hoặc vài sự hoạt động được sử dụng kết hợp để thực hiện một nhiệm vụ nào đó. Ví dụ về hoạt động sử dụng ở MAP: - Cập nhật vị trí. - Bãi bỏ vị trí. - Cung cấp số chuyển vùng. - Vào số liệu thuê bao. - Phát các tham số. - Tác động các dịch vụ bổ xung. - Thực hiện chuyển ô v.v.... Ví dụ về tổ hợp các hoạt động để thực hiện một nhiệm vụ nào đó. Khi một thuê bao di động mới MS xuất hiện thuộc về một VLR nào đó, thì bộ đăng ký vị trí trong MLR có các MS thuộc nó, phải được cập nhật. Bộ đăng ký trong HLR, ở đó lúc này MS đã được đăng ký cũng phải được cập nhật với một vài số liệu thuê bao cần thiết. Nếu MS muốn thực hiện hoặc thu cuộc gọi. Báo hiệu này cần thiết để thực hiện nhiệm vụ này như sau: 1.4. Báo hiệu giữa MSC và BSS (BSSAP). BSSAP SCCP MTP DTAP DTAP Phân lớp phân bổ BSSAP SCCP MTP DTAP DTAP Phân lớp phân bổ Giao tiếp MSC BSS Báo hiệu giữa MSC và BSS MSC và hệ thống trạm cơ sở BSS được nối với nhau bởi một kênh PCM. Ngoài một số các kênh thoại hoặc số liệu, còn có các khe thời gian cho báo hiệu. Số báo hiệu khi đầu nối thiết lập cuộc gọi, chuyển ô, giải phóng cuộc gọi v.v... kênh này thường được sử dụng để phục vụ một hoặc nhiều trạm thu phát cơ sở BTS. Các giao thức đã được sử dụng cho báo hiệu giữa MSC và BSS (giao tiếp A) là BSSAP (phần ứng dụng của BSS), SCCP và MTP, hình sau: Phần điều khiển đầu nối báo hiệu SCCP cung cấp khả năng để mang thông tin NSC và BSS. SCCP cung cấp hai nguyên tắc báo hiệu khác nhau, báo hiệu không đấu nối CL và báo hiệu đấu nối định hướng CO. Khi một số các tin báo hiệu liên quan được phát đi, sự đấu nối báo hiệu logic có thể được thiết lập và các tin báo đấu nối định hướng có thể được phát ở đầu nối báo hiệu. BSSAP phát các tin báo có liện quan đến một MS cụ thể phương thức đấu nối định hướng SCCP. - Báo hiệu của BSSAP. BSSAP xử lý hai nhóm tín hiệu. + Tin báo chuyển giao trực tiếp giữa MSC và MS, chuyển giao qua BSS. Sự chuyển giao này là điều khiển cuộc gọi như lệnh rung chuông tới một MS cụ thể và các tin báo quản lý di động. + Các tin báo quản lý giữa MSC và BSS để quản lý nguồn điều khiển chuyển ô, lệnh nhắn tin v.v... BSSAP có hai chức năng của người sử dụng khác nhau cho các nhóm ở trên. Phần ứng dụng chuyển giao trực tiếp DTAP và phần ứng dụng quản lý BSS ( BSSAP ). Sự phân bổ tin báo BSSAP giữa BSS MAP và DTAP được thực hiện ở lớp giao thức trung gian giữa SCCP và BSS MAP/DTAP được gọi là lớp phân bổ ( xem hình trước ). Giao thức đối với phân lớp này bao gồm sự quản lý một hoặc hai octec khối số liệu phân bổ. Mỗi tin báo BSSAP chứa trong trường số liệu của người sử dụng SCCP phải có một khối số liệu phân bổ như là tiếp đấu theo tin báo DTAP hoặc BSSAP cụ thể ( xem hình sau ) Khối số liệu Phân bổ Độ dài Tin báo Phân biệt Độ dài Loại tin báo P.tử thông tin P.tử thông tin Phân biệt Độ dài Loại tin báo TI PD P.tử thông tin P.tử thông tin BSSAP BSSMAP DTAP Khuôn dạng của tin báo BSSAP Tin báo DTAP cũng là một octec, ở một trường khối số liệu phân bổ gọi là nhận dạng đầu nối kênh số liệu DLCI. Nó được sử dụng để nhận dạng kênh vô tuyến và cũng để xác định giá trị khối nhận dạng điểm truy cập dịch vụ SAPI sử dụng ở kênh vô tuyến ( ví vụ SAPI = 0 nghĩa là báo hiệu). TI ở hình trên là khối nhận dạng giao dịch và PD là khối phân biệt giao thức. * Các tin báo BSSAP. - Có ba loại tin báo xác định ở BSSAP (hình sau ). - Tin báo BSSMAP. - Tin báo DTAP. - Tin báo khởi đầu MS. Mạng DTAP MSC MS BSSMAP Tin báo khởi đầu MS Sự khác biệt logic giữa các tin báo * Các tin báo BSSMAP: Các tin báo BSSMAP được sử dụng để quản lý nguồn, điều khiển chuyển ô v.v... Tin báo BSSMAP được chia thành hai loại tin báo không đầu nối và tin báo đầu nối định hướng ( xem hình sau). Các tin báo BSSMAP Không đầu cuối Chặn Thừa nhận chặn Paging (nhắn tin) Thiết lập lại Thừa nhận thiết lập lại Giải toả Thừa nhận giải toả Đấu nối định hướng Yêu cầu phân định Phân định xung Sự cố phân định Ra lệnh phương thức mật mã Cập nhật lại Lệnh xoá Xoá xong Yêu cầu xoá Thông tin đầy đủ của lớp 3 Lệnh chuyển ô Sự cố chuyển ô Chuyển ô được thực hiện Yêu cầu chuyển ô Chấp nhận yêu cầu chuyển ô Đòi hỏi chuyển ô Bãi bỏ đòi hỏi chuyển ô * Các tin báo DTAP và khởi đầu MS. Các tin báo DTAP và khởi đầu MS được chuyển giao giữa MSC và MS và được kết hợp với điều khiển cuộc gọi, quản lý chuyển dịch v.v... Nhận dạng Phân bổ giao dịch giao dịch Loại tin báo Các phần tử thông tin Các loại tin báo DTAP Những tin báo này chứa hai trường: phân biệt giao thức PD và nhận dạng giao dịch TI bên cạnh tin báo và các phần tử thông tin (xem hình sau ). Mục đích của phân bổ giao thức là để phân biệt giữa các tin báo thuộc về các thủ tục sau: - Điều khiển cuộc gọi. - Quản lý di động. - Quản lý nguồn vô tuyến. - Điều khiển nguồn dịch vụ bổ xung. - Các thủ tục báo hiệu khác. Mục đích của nhận dạng giao dịch là để phân biệt giữa nhiều hoạt động song song (các giao dịch) trong một trạm di động. TI tương đương với chuẩn cuộc gọi đã xác định ở giao thức lớp 3 cho ISDN. - Các tin báo khởi đầu MS. Tin báo khởi đầu MS chuyển đi không thay đổi tới BSS. Còn BSS phân tích phần của tin báo. Như vậy nó không phải là tin báo trong suốt như tin báo DTAP. Giữa MSC và BSS, tin báo khởi đầu MS được chuyển giao ở phần tử thông tin “ Thông tin của lớp 3 ” trong tin báo BSSMAP “ Thông tin hoàn chỉnh của lớp 3”. Mục đích các tin báo khởi đầu MS là: + Yêu cầu dịch vụ - CM ( quản lý đầu nối ). + Yêu cầu cập nhật vị trí. + Đáp lại nhắn tin. - Các tin báo DTAP. Có ba loại tin báo DTAP chính: Tin báo để quản lý sự di động TIN BÁO ĐĂNG KÝ Chấp nhận cập nhật vị trí Bãi bỏ cập nhật vị trí TIN BÁO BẢO VỆ Bãi bỏ nhận thực Yêu cầu nhận thực Yêu cầu nhận dạng ĐÁP LẠI NHẬN DẠNG TIN BÁO QUẢN LÝ ĐẤU NỐI Chấp nhận dịch vụ CM Bãi bỏ dịch vụ CM Các tin báo để quản lý di động + Tin báo quản lý di động. + Tin báo điều khiển cuộc gọi đầu nối chế độ mạch điện. Tin báo để điều khiển cuộc gọi đầu nối chế độ mạch điện TIN BÁO THIẾT LẬP CUỘC GỌI Báo hiệu chuông Khẳng định cuộc gọi Quá trình cuộc gọi Đấu nối Chấp nhận đối nối Thiết lập khẩn cấp Tiến hành Thiết lập TIN BÁO GIAI ĐOẠN THÔNG TIN CỦA CUỘC GỌI Sửa đổi Bãi bỏ sửa đổi TIN BÁO XOÁ CUỘC GỌI Cắt cuộc gọi Giải phóng Giải phóng xong TIN BÁO TẠP VỤ Khởi động DTMF Bãi bỏ khởi động DTMF Trạng thái Điều tra trạng thái Tin báo điều khiển cuộc gọi đầu nối chế độ mạch điện + Tin báo cho cuộc gọi liên quan tới điều khiển dịch vụ bổ xung. Đối với cuộc gọi liên quan đến việc điều khiển dịch vụ bổ xung, có một loại tin báo được xác định được gọi là trang bị ( Facility ). Nó chứa một phần tử thông tin tên là “ Facility”, ở phần tử này dịch vụ yêu cầu hỗ trợ được xác định. 1.5. Báo hiệu giữa BSC và BTS ( LAPD ): Giao tiếp A Hệ thống trạm cơ sở ( BSS ) Giao tiếp A - bis BSC BTS Giao tiếp giữa bộ điều khiển trạm cơ sở BSC và trạm thu phát cơ sở BTS được gọi là giao tiếp A - bis. Như vậy giao tiếp này trong hệ thống trạm cơ sở ( hình sau ). Giao diện A - bis sử dụng một đường truyền vật lý 2 Mb/s theo tiêu chuẩn G730. Khi một BTS nằm ở xa BSC thì giao diện A - bis ứng dụng để làm đường nối giữa BTS và BSC. Một đường PCM được chia thành 32 khe thời gian, mỗi khe có tốc độ 64 Kb/s trong đó TSo luôn sử dụng cho đồng bộ. Sự sử dụng các khe thời gian còn lại phụ thuộc vào việc mã hoá tốc độ tiếng nói của hệ thống GSM và cấu hình của BTS và BSC là STAR hay Multiplexed. Giao tiếp A - bis gồm 3 lớp OSI. Lớp 1 là lớp vật lý, các số “ 0 “ và “1 “ trong môi trường chứa các quy định về kích thước, hình dạng các xung. BSC BTS OSI-3 BTSM BTSM OSI-2 LAPD LAPD OSI-1 Vật lý Vật lý Có hai loại kênh thông tin giữa BSC và BTS. + Kênh lưu lượng - mang thoại hoặc số liệu cho các kênh vô tuyến. + Kênh báo hiệu - mang thông tin báo hiệu cho bản thân BTS hoặc cho MS, được phát ở một trong các kênh vô tuyến. Như vậy toàn bộ thông tin báo hiệu giữa BTS và BSC được truyền trên kênh 64 Kb/s của A - bis, do đó cần có thủ tục đặc biệt phù hợp với khe thời gian 64Kb/s và sau đó biến đổi ngược lại ở đầu thu. Điều này được thực hiện ở lớp 2 ( LAPD ). Phía phát cắt mảnh nhỏ nó thành một số byte và truyền nó trên kênh báo hiệu ở đường truyền PCM. Như đã nói ở trên sự xắp xếp các kênh logic trên các khe thời gian TS của giao diện A - bis phụ thuộc vào việc mã hoá tiếng nói ở hệ thống GMS là 13 Kb/s (full rate) hay 6,5 Kb/s (half rate), ngoài ra nó còn phụ thuộc vào cấu hình BTS và BSC là Star hay Multiplexed. Hệ thống GSM Acated và GSM Siemen hiện nay tại Việt Nam sử dụng tốc độ mã hoá tiếng nói 13 Kb/s và cấu hình BTS, BSC là START, do vậy sự phân chia các TS như sau: TS 31 sử dụng cho quản lý và bảo dưỡng BTS. TS 20 sử dụng cho kênh báo hiệu của FU1. TS 29 sử dụng cho kênh báo hiệu của FU2. TS1 và Tso sử dụng cho 8 kênh vật lý của FU1. TS0 sử dụng cho đồng bộ. Tất cả các thông báo gửi trên giao tiếp A- bis đều dùng thủ tục LAPD (Link Access Proceduces on the D- Chanel ). LAPD là thủ tục lớp 2, hoạt động ở kênh số liệu của cấu trúc OSI. Kênh LAPS là chức năng cơ bản để cung cấp các kênh số liệu trên kênh vật lý 64 Kb/s nối giữa BTS và BSC, các kênh này được cung cấp để khai thác và bảo dưỡng. Việc khai thác và bảo dưỡng thiết bị BTS và đối với đường truyền của thông báo A- bis lớp 3 được mô tả như sau: Địa chỉ Adresse Cờ Lệnh TEI SAPI Bản tin CRC Cờ LAPD cung cấp hai loại tín hiệu: + Chuyển giao thông tin không được thừa nhận, không đảm bảo phân phát khung thông tin đến địa chỉ đạt kết quả. F FCS Thông tin Điều khiển Địa chỉ F 8 16 8 or 16 8 TEI SAPI Cấu trúc khug của LAPD + Chuyển giao thông tin được thừa nhận (trường hợp thường gặp hơn) trong đó mỗi tín hiệu đều được công nhận và hệ thống khẳng định là khung đã đến đích. Cấu trúc khung LAPD như hình sau: Trường địa chỉ chứa khối nhận dạng điểm truy nhập dịch vụ SAPI và khối nhận dạng kết cuối của điểm cuối TEI được nhận dạng để truy nhập vào thực thể đúng và chức năng đứng ở đầu. A - bis MSC BSC Các chức năng ở BTS TRx1 TRx2 TRx3 BCF BTS Trường điều khiển được sử dụng để điều khiển tuần tự và yêu cầu phát lại. Việc đấu nối giữa BTS và BSC là nhờ một kênh PCM, ở đó một trong các kênh dành cho báo hiệu, sử dụng giao thức LAPD. Có vài chức năng ở BTS, ví dụ có một số bộ thu phát TRx cũng được sử dụng để báo hiệu đến các máy di động. Cũng có một số chức năng điều khiển cơ sở BCF trong BTS như bước nhảy tần số, các chức năng chung cho vị trí như là các cảnh báo bên ngoài, nguồn cung cấp v.v... ( hình sau ). SAPI ở trường địa chỉ được sử dụng để truy cập các chức năng khác nhau như TRx, BCF và các thủ tục quản lý lớp 2. Các giá trị của SAPI được sử dụng trong báo hiệu giữa BSC và BTS. SAPI : Các chức năng. 0 : Các thủ tục báo hiệu vô tuyến. 62 : Các thủ tục khai thác và bảo dưỡng. 63 : Các thủ tục quản lý lớp 3. TEI ở trường địa chỉ được sử dụng để truy nhập vào các thực thể khác nhau như là một TRx riêng cho báo hiệu vô tuyến.Các thiết bị đầu cuối ( được nhận dạng bằng các giá trị TEI) ở trong GSM của loại phân tịnh TEI không tự động. 1.6. Báo hiệu giữa BTS và MS (LAPDm). LAPDm là giao thức sử dụng cho báo hiệu giữa bộ thu phát ở BTS và trạm di động MS. Giao diện giữa MS và bộ thu phát gọi là giao diện không gian. Mục đích của giao thức LAPDm là để truyền dẫn báo hiệu qua kênh vô tuyến được an toàn. Điều này có nghĩa là tin báo của lớp 3 có thể được phát trong các điều kiện có điều khiển. Các người sử dụng Khối quản lý ALH LAPDm Các tín hiệu đưa qua để truyền dẫn Lớp 3 Lớp 2 Lớp 1 LAPDm theo mô hình OSI LAPDm đặt ở hai lớp trong mô hình OSI. Những người sử dụng đặt ở trên lớp LAPDm ở lớp 3 (xem hình sau). LAPDm được điều khiển bằng một khối phần mềm gọi là khối sử lý kênh không gian ALH và LAPDm, chúng cùng xử lý tất cả báo hiệu của giao diện không gian. Chương trình của ALH sẽ được đặt ở TRxc (bộ điều khiển thu phát), đây là bộ xử lý ở BSS. Khuôn dạng khung loại A Khuôn dạng khung loại B Số octec 1 2 3 4 Khuôn dạng tin báo của LAPDm Địa chỉ Điều khiển Chỉ thị độ dài Các bit làm đầy Địa chỉ Điều khiển Chỉ thị độ dài Thông tin Các bit làm đầy Khuôn dạng tin báo LAPDm rất giống khuôn dạng ở tin báo LAPD (xem hình sau). Ở trường địa chỉ, khối nhận dạng điểm truy nhập dịch vụ SAPI có thể có hai giá trị khác nhau. + SAPI = 0 chỉ thị rằng tin báo hoặc chứa số liệu hoặc chứa tin báo điện thoại. + SAPI = 3 chỉ thị bản tin báo. 1.7. Báo hiệu trong GSM. MTP SCCP TCAP BTS A-bis BSS BSSMAP MSC VLR EIR A F MTP SCCP TCAP MAP C D HLR AC MSC VLR E G MTP SCCP TCAP MAP Báo hiệu số 7 trong mạng GSM CHƯƠNG II: CÁC MỤC TIÊU CẦN ĐẠT VÀ KẾ HOẠCH THIẾT KẾ MẠNG 2.1. Các mục tiêu cần đạt: Các tham số cơ bản cần đạt được khi thiết kế mạng báo hiệu là: - Cấu trúc mạng đơn giản. - Độ tin cậy cao. - Thời gian đợi ngắn (trễ ngắn). - Giá thành hợp lý. Cấu trúc mạng đơn giản có thể đạt được nhờ việc bố trí mạng báo hiệu ở một số mức phân cấp. Ưu điểm của cấu trúc phân cấp là rất linh hoạt để có thể phát triển trong tương lai và đơn giản trong quản lý. Độ tin cậy là một yếu tố rất quan trọng trong khi thiết lập kế hoạch thiết kế mạng báo hiệu. Vì dung lượng của kênh báo hiệu rất cao và lưu lượng báo hiệu rất tập trung, dẫn đến sự cố của kênh báo hiệu hay xảy ra. Độ tin cậy của kênh báo hiệu có thể đạt được bằng các cách khác nhau, ví dụ nhờ đưa vào các khối dư ở mạng. Cần lập kế hoạch để đưa vào mạng tuyến báo hiệu xen kẽ. Thời gian trễ ngắn là một trong những ưu điểm chính của hệ thống báo hiệu số 7. Với mạng có cấu trúc phân cấp đơn giản với các nút và các kênh báo hiệu được được định cỡ chính xác, thời gian trễ có thể có được là tối thiểu (dưới 1 giây). Giá thành hợp lý sẽ là kết quả của việc định cỡ đúng. Khía cạnh giá thành không gay cấn trong việc lập kế hoạch mạng báo hiệu như khi lập kế hoạch cho mạng thoại thông thường. Trong thực tế, người ta có thể chấp nhận mua một thiết bị có dung lượng lớn hơn nhiều so với tính toán trong thiết kế vì gia thành của nó cũng không đắt hơn là mấy so với thiết bị có dung lượng như trong tính toán. 2.2. Các thành phần của mạng báo hiệu: - Điểm báo hiệu (Signalling point - SP). SP là một nút trong mạng báo hiệu số 7, Nó có cả MTP và một hoặc nhiều phần của người sử dụng được thực hiện. Một tổng đài nội hạt thực hiện hệ thống báo hiệu số 7 là một ví dụ của điểm báo hiệu. - Điểm chuyển báo hiệu (Signalling Transfer point - STP). STP là một nút trong báo hiệu số 7, nó chuyển giao tin báo thu được tới các điểm báo hiệu khác. Nó chỉ sử dụng các chức năng của MTP (đôi khi cũng là chức năng của SCCP). Tổng đài quá giang nó có thể là một ví dụ về tổng đài có khả năng của điểm chuyển giao báo hiệu kết hợp. Chú ý: Một tổng dài vừa có thể là SP vừa có thể là STP. - Liên kết báo hiệu (Signalling link - còn gọi là kênh báo hiệu hay là đường báo hiệu). Một kênh liên kết báo hiệu gồm hai thiết bị đầu cuối báo hiệu nối với nhau bằng một vài loại môi trường truyền dẫn (như khe thời gian ở hệ thống PCM). - Thiết lập liên kết (Signalling link set - còn gọi là bộ kênh báo hiệu hay bộ đường báo hiệu). Một thiết lập liên kết báo hiệu gồm một hay nhiều liên kết báo hiệu (giới hạn là 16 liên kết song song). - Cặp STP. Để nâng cao độ tin cậy của các STP, thì các SP thường làm việc cùng nhau thành từng cặp. Thường thì lưu lượng báo hiệu được chia giữa hai STP trên cùng một tải chung. Trong trường hợp sự cố ở một STP thì các STP khác phải có khả năng xử lý tất cả các lưu lượng báo hiệu ở trog STP có sự cố. 2.3. Cấu trúc của mạng: Để đáp ứng các mục đích của việc lập kế hoạch như đã đề cập ở trên, cấu trúc của mạng báo hiệu dựa trên mức báo hiệu gần kết hợp cao (hình sau). Mạng báo hiệu vùng Mạng báo hiệu quốc gia Đà nẵng Hà nội T.P.H.C.M Mạng PSTN Mạng GSM STP của vùng SP Mạng báo hiệu quốc gia được chia thành các vùng báo hiệu khu vực. Mỗi vùng được phục vụ bởi một cặp STP. Mỗi vùng báo hiệu khu vực có thể được chia thành các vùng báo hiệu nội hạt. Vùng báo hiệu nội hạt bao gồm nhóm hoặc cụm các SP. Sự đấu nối giữa hai mức các SP tới các STP của khu vực và các STP của khu vực (cấu trúc đơn liên kết và cấu trúc đa liên kết). Hai mức của STP được gọi là: - STP quốc gia. - STP khu vực. Đối với mạng báo hiệu quốc tế thì cần có một hoặc nhiều mức phân cấp các STP quốc tế (hình sau). STP Quốc gia STP Quốc tế 2.4. STP tổ hợp và STP không tổ hợp. Có hai loại STP có thể được sử dụng trong mạng báo hiệu. STP tổ hợp: Thường là một tổng đài nội hạt hoặc một tổng đài quá giang có thể thực hiện chức năng STP. Điều này có nghĩa là một phần dung lượng của bộ xử lý có thể được sử dụng cho các chức năng STP. Ưu điểm STP tổ hợp là. - Thực hiện nhanh. - Hiệu quả giá thành (dùng dung lượng của tổng đài đã lắp đặt). - Tổng lưu lượng báo hiệu thấp hơn (lưu lượng trên các tuyến giữa các SP và STP không cần chuyển giao tín hiệu) không có lưu lượng STP. STP không tổ hợp: (STP đứng một mình). ST ST CP STP không tổ hợp là một tổng đài rất đơn giản nó bao gồm hệ thống xử lý APZ và các kết cuối báo hiệu ST và phân hệ kênh chung (hình sau). Những ưu điểm của STP không tổ hợp là: - Toàn bộ dung lượng của bộ xử lý dùng cho chức năng STP. - STP sẽ không bị ảnh hưỡng bởi lỗi ở các phần khác của tổng đài như các STP tổ hợp. 2.5. Độ tin cậy của mạng: Khi lập kế hoạch thì độ tin cậy của mạng là yếu tố rất quan trọng. Cấu trúc của mạng báo hiệu cần được thiết kế sao cho luôn có ít nhất hai luồng tách biệt để thông tin cho tất cả các mối liên hệ trong mạng. Bằng cách này mạng báo hiệu có thể vẫn xử lý lưu lượng khi chuổi các sự cố đơn lẻ xảy ra. Thiết kế mạng theo cách tối ưu (hiệu quả giá thành) điều này có thể đạt được nhờ sử dụng cấu trúc đã thiết kế thay vì sử dụng cấu trúc đơn liên kết. Đơn liên kết. Cặp STP Cặp STP Vùng tandem 3 và 4 Cụm các SP Vùng tandem 1 và 2 Cụm các SP Tất cả các kênh báo hiệu và tất cả các STP được tạo nhóm thành cặp (hình sau). Lo = dung lượng STP yêu cầu khi STP hỏng, trạng thái quá tải Ln = trạng thái bình thường. Lo = Ln + Ln = 2Ln ® Ln = 0,5 . Lo Từ một SP có hai SL cho cặp STP. Nếu một SL bị hỏng thì SL liên kết của cặp sẽ được thiết kế để có thể mang toàn bộ lưu lượng. Nguyên tắc giống như thế được áp dụng khi dung lượng cặp STP liên kết được định cỡ. STP cần có độ dư để đảm bảo cho sự cố STP là 100%. Đa liên kết: Mỗi STP không chỉ có các SL ở một cụm SP mà nó có ở vài cụm SP (hình sau). Vùng Tandem Vùng Tandem Đa liên kết Cum SP Cấu trúc mạng đa liên kết 1 3 4 2 Lo = Ln + 0,5Ln Ln = 0,67Lo Trong trường hợp STP có sự cố thì lưu lượng của STP sẽ được chất tải vào hai STP khác. Như vậy với cấu trúc đa liên kết thì lưu lượng đi tới STP có sự cố được phân bố trong các STP khác. Nhu cầu về độ dư của STP để đảm bảo sự cố của STP là 50%. Cấu trúc của mạng đa liên kết có thể được thiết kế bằng nhiều cách khác hình trên, đó là sự kết hợp của 3 hoặc nhiều STP và 3 hoặc nhiều cụm. Các kênh báo hiệu trực tiếp giữa các SP ở các cum giống nhau hoặc các cum khác nhau và giữa các STP của khu vực ở các vùng khu vực khác nhau có thể được thiết lập nếu cần thiết. 2.6. Các công thức Erlang và đồ thị chuẩn sử dụng: Khi đặt ra yêu cầu về thiết kế mạng, ngoài việc đáp ứng các yêu cầu về kỷ thuật, người ta rất quan tâm đến giá thành và thời gian sử dụng của mạng đó. Theo qui định của quốc tế, mỗi thiết kế mạng phải tồn tại ít nhất là 30 năm vì mỗi sự thay đổi dù nhỏ trong mạng cũng sẽ gây tốn kém rất nhiều và ảnh hưởng đến nhiều vấn đề khác. Muốn đạt được chỉ tiêu như vậy, ta phải dự đoán được khả năng phát triển dịch vụ trong tương lai của từng vùng, điều đó liên quan đến sự phát triển dân số và trình độ dân trí, tức là sự phát triển của các nhu cầu về viễn thông trong từng vùng đó. Để dễ dàng cho người thiết kế, người ta đưa ra lý thuyết lưu thông trong mạng điện thoại. Lý thuyết này trợ giúp đắc lực cho việc tính toán nhằm đưa đến các giải pháp tối ưu cho mạng. Thông thường, các mẫu toán học trong lý thuyết này được xây dựng trên mối quan hệ giữa ba nhân tố. - Cấp (mức) phục vụ. - Lưu lượng thông tin. - Yêu cầu thiết bị. Để đưa ra khái niệm lưu lượng thông tin trong một phần nào đó thuộc mạng, chúng ta dùng đại lượng gọi là cường độ lưu thông. Cường độ lưu thông được đo bằng đơn vị Erlang - Lấy tên nhà khoa học người Đan Mạch (Agner Krarup Erlang - người đã phát triển 3 nhân tố quan trọng ). Cường độ lưu thông có thể được định nghĩa bằng ba cách: Cách 1: Đó là tỷ lệ giữa chu kỳ thời gian mà một thiết bị chuyển mạch chiếm giữ với tổng số chu kỳ thời gian. Ví dụ 1: Một mạch trung kế thuê trên các cuộc gọi khác nhau với tổng số thời gian là 25 phút trong một giờ. Trong 1 giờ đó, cường độ lưu thông sẽ được tính trung bình là: Ví dụ 2: Trong 1 giờ, một thiết bị đo trên 4 mạch trung kế trên tuyến chỉ ra rằng có các khe thời gian thuê lần lượt trên 4 mạch trung kế đó là 25, 15, 18, và 12 phút. (trung bình) Như vậy cường độ lưu thông trên tuyến đó là: Cách 2: Đó là số các thiết bị chiếm đồng thời trong thời gian đo trong một nhóm các thiết bị chuyển mạch. Ví du 1: Có 5 mạch trung kế trên tuyến thuê tại một thời điểm nào đó thì cường độ lưu thông là 5 Erlang. Ví dụ 2: Các mẫu ngẫu nhiên tạo nên trên tuyến. Chẳng hạn 1 giờ, giá trị trung bình của số các đường thuê sẽ là giá trị trung bình của cường độ lưu thông. Cách 3: Đó là sản phẩm của số các cuộc gọi trong một đơn vị thời gian chiếm giữ có nghĩa là cho các cuộc gọi. Ví dụ: Trong một tổng đài nội hạt, tổng số các cuộc gọi trong một giờ là 1800 cuộc. Thời gian chiếm giữ trung bình của mỗi cuộc gọi là 3 phút. Chúng ta tính được mật độ lưu thông. Ta có thể lấy một vài giá trị thực tế sau về lưu lượng của một số loại thuê bao làm ví dụ: - Thuê bao cá nhân : 0,011 ¸ 0,004 Erlang. - Thuê bao thương mại : 0,003 ¸ 0,006 Erlang. - PABX : 0,1 ¸ 0,6 Erlang. - Dịch vụ thoại trả tiền : 0,7 Erlang. Ba khái niệm về lưu lượng: Khi nghiên cưu về lý thuyết lưu thông, người ta thấy rằng ngoài cường độ lưu thông đã nêu ở trên còn có sự mất mát tin tức, sự mất mát tin tức này cũng rất quan trọng khi thiết kế mạng và đòi hỏi cần có các biện pháp kỹ thuật làm giảm tối đa chúng. Chúng ta có khái niệm về lưu lượng như sau: - Lưu lượng đến (Ac) tương đương với cường độ lưu thông ở trên. Lưu lượng đến Mạng Lưu lượng phát ra Lưu lượng mất A Ao Ac - Lưu lượng phát ra (Ao). - Lưu lượng mất A. Khái niệm lưu lượng phát ra được tính toán theo lý thuyết dựa trên lưu lượng đến và số mạch sử dụng cho nó. Lưu lượng mất cũng được tính toán theo lý thuyết từ sự khác nhau giữa lưu lượng đến và lưu lượng phát ra. Tổng lưu lượng đến trong một thời gian nào đó gọi là khối lượng lưu thông. Giờ bận rộn: Mỗi thuê bao có một thói quen gọi điện riêng của mình. Họ không chỉ gọi với thời gian khác nhau, các số gọi khác nhau và không cần biết mình gọi vào lúc mấy giờ. Sự biến đổi tự nhiên trong cường độ lưu thông là do giờ làm việc của họ. Trong vùng gia đình có thể có lưu lượng thấp trong ngày và giờ cao điểm khoảng 5 giờ chiều khi đóng cửa trường học và hết giờ làm việc. Trong vùng thương mại có thể có giờ cao điểm vào khoảng 10giờ đến 11 giờ và giờ cao điểm nữa là 3 giờ chiều. Sau đó lưu lượng giảm. Tất cả các sự biến đổi đó tạo nên sự biến đổi tải trên thiết bị khi lưu lượng trong một vùng của mạng nằm ở cường độ tập trung nhất của nó thì ta dùng khái niệm giờ bận rộn. Giờ này có thể xuất hiện vào các thời điểm khác nhau trong ngày hoặc đêm tuỳ thuộc từng loại thuê bao sử dụng. Mặt khác giờ bận rộn có thể xuất hiện ở các vùng khác nhau trong mạng và ở các dịp khác nhau trong tuần, thàng, năm ... Chính vì vậy để định kích thước cho mạng, chúng ta phải tìm ra giờ cao điểm của mỗi loại thuê bao sau đó tính toán dựa trên cơ sở cường độ lưu thông của mạng. Giờ bận rộn chiếm một khoảng thời gian dài và có lưu lượng lớn nhất. Thời gian chiếm giữ: Dung lượng tổng đài không chỉ được biểu thị trong số các cuộc gọi đồng thời có thể. Các trang thiết bị dùng trong bộ xử lý chuyển mạch của chính nó được chiếm giữ với phạm vi khác nhau trong các giờ khác nhau của ngày. Đó là sự biến đổi thời gian chiếm giữ trung bình. (cuộc gọi/ giờ) Ví dụ: lưu lượng của một tổng đài đo được 400 Erlang trong khoảng giữa 10 giờ ¸ 11 giờ sáng, thời gian chiếm giữ trung bình cho một cuộc gọi là 180s. Ký hiệu Y là số cuộc gọi / giờ. Erlang. Nếu thiết bị điều khiển chiếm 3s trong một cuộc gọi thì lưu lượng tải trên đó là: (cuộc gọi/ giờ) Nếu thời gian chiếm giữ là 15s/ một cuộc gọi thì tỷ lệ các cuộc gọi là: Nếu thời gian chiếm giữ của thiết bị điều khiển giữ nguyên thì lưu lượng tải trên thiết bị là: Erlang. Trong ví dụ trên cho thấy rằng sự thay đổi trong khoảng thời gian của các cuộc gọi trong khuôn khổ các thiết bị điều khiển trong tổng đài không trùng với giờ bận rộn trong các thiết bị chuyển mạch. Sự thử lại nhiều lần các cuộc gọi không thành công: Thực tế không thể thiết kế mạng theo kích thước phục vụ đủ cho đỉnh cao tận cùng của các điểm lưu thông. Ta phải chấp nhận rằng phải có một số các cuộc gọi nào đó bị thất bại do không có đủ các trang thiết bị. Thiết bị quản lý sẽ quyết định phục vụ theo một mức nào đó. Có hai phương pháp chính để giao tiếp với các cuộc gọi cố gắng thử. Sự cân xứng của các cuộc gọi lúc đó là sự không thành công. Điều đó có nghĩa là chúng không được chuyển mạch với nhau (hệ thống nhất). - Tất cả các cuộc gọi được thông suốt nhưng chúng có thể làm mất một khoảng thời gian nào đó (hệ thống trễ). Hệ thống mất: Nếu một thuê bao gặp sự tắc nghẽn (cuộc gọi không được nối vì thiếu thiết bị) thì cuộc gọi đó đang nằm trong cao điểm lưu thông tin tức. Nhưng đồng thời, mức độ của vận rủi cũng được đòi hỏi nghĩa là sự thất bại thuộc về số ít có thể xảy ra tuỳ theo mức độ về sự tắc nghẽn từ trước (có thể là 1% mất trong giờ bận rộn). Khả năng xảy ra tắc nghẽn trong tuyến truyền tin xấp xỉ khả năng xảy ra tắc nghẽn trong các phần biến đổi của mạng. Hệ thống mất là ứng dụng điển hình cho việc định kích thước một số mạch thoại giữa hai tổng đài. Các tham số của đầu vào hệ thống mất là: + Số các cuộc gọi cố gắng thử mà vẩn không thành công trong một đơn vị thời gian ( Y ). + Thời gian chiếm giữ này có nghĩa (s). + Cấp (mức) dịch vụ (Grade of Service - GOS) - tắc nghẽn (%). Hai tham số đầu tiên cho ta cường độ lưu thông theo công thức đã biết: A = Y . S . Hệ thống trễ: Trong hệ thống trễ, do các cuộc gọi thiết lập không thành công nên có thể mất nhiều thời gian trước khi cuộc gọi được nối. Sự phiền phức đối với các thuê bao được đo bởi thời gian đợi. Thời gian đợi nhỏ là vấn đề quan trọng nhất. Một thuê bao có thể không biết được cuộc gọi của mình đã chấm dứt trong trạng thái đợi, nhưng thời gian đợi dài có thể là điều khó chịu rất lớn. Vì vậy, đôi khi người ta thiết lập một giới hạn trên cho thời gian đợi có thể chấp nhận được, nếu vượt quá thời gian này, cuộc gọi sẽ bị huỷ. Hệ thống trễ được sử dụng để định kích thước cho các thiết bị chung như các bộ gửi và nhận mã trong một tổng đài và nó cũng được dùng để định kích thước các liên kết báo hiệu và các STP. Các tham số đầu vào của hệ thống trễ (khi định kích thước các liên kết báo hiệu). - Số các MUS trong một đơn vị thời gian. - Chiều dài trung bình của các MUS. - Cấp phục vụ GOS (có nghĩa là tổng thời gian đợi). Mức phục vụ: Các cuộc gọi không thành công không chỉ do thiếu trang thiết bị (tắc nghẽn) đối với các thuê bao có mức phục vụ thấp trong mạng mà còn có lỗi của thiết bị. Các nhân tố trên đều cần phải quan tâm đến khi cơ quan quản lý quyết định mức phục vụ của các thuê bao. Sự phản ứng của thuê bao: Một nhân tố quan trọng cần phải đưa vào khi tính toán định kích thước cho mạng đó là sự phản ứng thuê bao như các hiện tượng sau: - Quay số sai. - Thuê bao bận. - Tắc nghẽn. - Trễ lớn. Một phản ứng tự nhiên là khi có một cuộc gọi không thành công là việc người ta lại tiếp tục thử lại lần nữa, hành động đó vẫn chiếm giữ trang thiết bị. Khi có một số lớn các cuộc gọi cố thử như vậy, tổng đài có thể bị ngưng trệ lại mặc dù vẫn tồn tại dung lượng trống trên các đường thoại. Công thức Erlang 1: Công thức Erlang 1 dùng để tính độ tắc nghẽn đối với hệ thống mất. Khi sử dụng công thức này cần 4 điều kiện sau: - Hệ thống mất: nghĩa là cuộc gọi bị hỏng do tắc nghẽn, không đấu nối được với đầu bên kia và không có sự gọi cố thử lại. Thực tế khi cuộc gọi không thành công, người ta gọi thử lại ngay lập tức. - Dễ ảnh hưởng ở mức độ cao: Tức là một đầu vào rỗi có thể liên hệ với một đầu ra rỗi nào đó. - Lưu thông thuần tuý: Nghĩa là thời gian giữa các cuộc gọi là ngẫu nhiên. Các cuộc gọi nguồn có số lượng lớn: Nghĩa là dù có hay không có các cuộc gọi đang tiến triển, lưu lượng vẫn hầu như không đổi vì nó vẫn ở mức độ cao. Về giả thiết lý tưởng, các cuộc gọi nguồn này có số lượng là vô cùng. Khi 4 điều kiện trên đầy đủ, công thức Erlang 1 được ghép sử dụng: E: Mức độ tắc nghẽn của hệ thống. n: Số lượng mạch. A: Lưu lượng phát ra. Ví dụ: E1 (5.2,7) cho ta biết mức độ tắc nghẽn của hệ thống trên các trang thiết bị với 5 đầu ra và lưu lượng phát ra là 2,7 Erlang. ÞE1 (5.2,7) = 0,8519 Erlang. Công thức Erlang 2 như sau: Khi các cuộc gọi bị tắc nghẽn nhưng vẫn giữ nguyên trạng thái đợi cho đến khi chúng được phục vụ thì được gọi là hệ thống trễ. Công thức Erlang 2 cho phép tính toán khả năng tắc nghẽn của hệ thống này: Các điều kiện cho công thức Erlang 2 cũng giống như ở công thức Erlang 1 nhưng chỉ thay điều kiện đầu tiên đó là “hệ thống mất” thành “hệ thống trễ”. Công thức Erlang 2 như sau; Với A<n n 10 9 8 7 6 5 4 3 2 0 1 E =2%o E =5%o E=10%o E=20%o E=50%oo E=100%oo E=150%oo E=85%oo 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 2,7 A Erlang A n ® 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 05 047619 001189 000020 10 090909 004525 000151 000004 15 130435 009688 000484 000018 000001 20 166667 016393 001092 000055 000002 25 200000 024390 002028 000127 000006 30 230769 033457 003335 000250 000015 2.30 96970 444912 254334 127588 055437 020809 006791 00149 000498 000114 2.40 705882 458599 268406 138706 062423 024361 008283 002479 000661 000159 2.50 714286 471698 282167 149916 069731 028234 009983 003110 000863 000216 2.60 722222 484241 295614 161179 077331 032424 011900 003853 001112 000289 2.70 729730 496256 308738 172458 085194 036922 014717 014717 001413 000381 2.80 736842 507772 321537 183724 093288 041718 005712 005712 001774 000496 2.90 743590 518816 334009 194948 101584 046801 006848 006848 002202 000638 3.00 750000 529412 346154 206107 110054 052157 008132 008132 002703 000810 Đồ thị tính toán công thức Erlang1 và bảng giá trị Bằng thực nghiệm, người ta còn xây dựng các đồ thị chuẩn phục vụ cho việc thiết kế mạng. Dưới đây trình bầy hai đồ thị chuẩn mà chúng ta sẽ sử dụng để xem xét vấn đề tính toán định kích thước cho mạng, đó là đồ thị hình (1) và đồ thị hình (2). Trong hình (1) và hình (2) ta có: W - Tổng thời gian trễ tính theo ms. W cũng chính là tiêu chuẩn về GOS. a - Lưu lượng tải trên một đường liên kết báo hiệu. EPM: Khả năng xảy ra lỗi trong đơn vị bản tin báo hiệu (MSU). NL : Số đường liên kết yêu cầu ( theo tính toán). Ns : Số các MSU chuyển trong một giây trong trường hợp tải bình thường. Ngoài các thông số nêu trên, để thiết kế mạng người ta còn căn cứ vào một số thông số khác như: tm = a/(n-A) = Thời gian đợi trung bình cho một cuộc gọi xếp hàng. T = S/(n-A)* D(n,A) = Thời gian đợi trung bình cho một cuộc gọi bất kỳ. S : Là thời gian chiếm giữ máy trung bình. Việc định kích thước cho phòng tổ chức điện thoại (các thao tác viên điều khiển các thiết bị) dựa trên giá trị thời gian đợi trung bình nào đó (T), giá trị cường độ lưu thông (A) và thời gian thiết lập cuộc gọi trung bình. 200 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 100 1000 300 900 400 800 500 600 700 NL NS a = 0.10 = 0.15 = 0.20 = 0.25 = 0.30 Hình (2) Đồ thị quan hệ giữa NL, NS, a 10 9 8 7 6 5 4 3 2 0 1 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 erl 0 0,8 EPM = 5 x 10-3 = 2 x 10-3 = 1 x 10-3 = 0 a w Hình (1) Đồ thị quan hệ giữa W, a, EPM CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠNG. 3.1. Thiết kế các nút chuyển mạch. Việc thiết kế ở đây là chọn ra mô hình thích hợp cho các nút mạng báo hiệu chứ không phải là thiết kế mạch điện. Các nút của mạng báo hiệu chính là các điểm báo hiệu SP và các điểm chuyển báo hiệu STP. Việc chọn mô hình cho các SP và các STP là rất quan trọng, vì mạng có đảm bảo cho tương lai không và giá thành có hợp lý không là nhờ vào phần lớn bước đi đầu này. Mạng báo hiệu số 7 đặc trưng bởi sự tách biệt với mạng thoại, do đó cấu trúc của nó có thể chọn tới mức tối ưu mà không ảnh hưởng tới mạng thoại. Đầu tiên ta chọn các cấp cho tổng đài mạng. Việc chọn các cấp này tuỳ thuộc vào qui mô lớn hay nhỏ của mạng, tức là tuỳ thuộc vào dân số và nhu cầu sử dụng mạng viễn thông của các vùng trong nước. Cấu trúc mạng có thể xây dựng như sau: PSTN GSM ISC TE TA LE MS HÀ NỘI T.P. HỒ CHÍ MINH Ở hình trên: ISC : Tổng đài cổng quốc tế. TE : Tổng đài trung kế quốc gia. TA : Tổng đài tandem vùng. ISC: Đảm bảo việc giao tiếp giữa ta với các nước khác có quan hệ viễn thông với nhau. Hiện nay nước ta có thể đặt 3 cổng quốc tế tại Hà Nội, Đà Nẵng và Thành Phố Hồ Chí Minh vì nước ta có quan hệ viễn thông khá rộng rãi với các nước khác, khi xảy ra tắc nghẽn trên một tuyến nào đó trong 3 tuyến thì việc chọn tuyến sẽ dễ dàng hơn và có khả năng an toàn cao hơn. TE: Chịu trách nhiệm liên hệ giữa các miền của đất nước đặc biệt là hai miền Bắc - Nam vì nhu cầu viễn thông ở hai niền này là cao nhất nên cũng chỉ cần đặt hai tổng đài trung kế quốc gia tại Hà Nội và T.P.Hồ Chí Minh. Khi nhu cầu viễn thông lớn nhiều nữa thì có thể đặt thêm một TE ở Đà Nẵng vì hiện nay, mạng viễn thông ở Đà Nẵng mới chỉ phát triển và bản thân Đà Nẵng cũng chỉ là một vùng nhỏ. TA: Liên hệ giữa các vùng trong một miền giữa ba miền Bắc, Trung, Nam đều phải có Tandem, số Tandem đư