Đồ án Quy hoạch mạng Thông tin Di động GSM

CHƯƠNG i tổng quan hệ thống thông tin di động Gsm 1-1. Vài nét về lịch sử và ứng dụng của thông tin di động: Thuật ngữ "Thông tin di động" đã có từ lâu và được hiểu như là có thể thực hiện một cách lưu động trong quá trình thông tin. Thông tin di động có thể thực hiện được nhiều dịch vụ di động như: thoại, truyền số liệu, nhắn tin v...v... Trước đây mạng lưới thông tin di động chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực quân sự, nghiệp vụ cảnh sát và ngày nay nó đã được thương mại hoá và được đưa vào sử dụng rộng rãi. Mạng viễn thông tổ ong là một trong những ứng dụng của kỹ thuật viễn thông có nhu cầu lớn nhất và phát triển nhanh nhất . Ngày nay nó chiếm số phần trăm lớn và không ngừng tăng trong toàn bộ các thuê bao trên thế giới. Trong tương lai lâu dài các hệ thông thông tin tổ ong sử dụng kỹ thuật số đầy triển vọng sẽ thành phương thức thông tin vạn năng. Khái niệm “cellular” bắt đầu từ cuối những năm bốn mươi với Bell. Thay cho mô hình quảng bá với máy phát công suất lớn và anten cao, là những Cell diện tích bé có máy thu phát BTS (Base Tranceiver Station) công suất nhỏ, khi các cell ở cách nhau đủ xa thì có thể sử dụng lại cùng một tần số. Tháng 12/1971 người ta đưa ra hệ thống cellular kỹ thuật tương tự, FM ở dải tần số 850 MHz, tương ứng là sản phẩm thương nghiệp AMPS (tiêu chuẩn của Mỹ) ra đời năm 1983. Đến đầu những năm chín mươi, thế hệ đầu tiên của thông tin di động cellular đã bao gồm hàng loạt hệ thống ở các nước khác nhau: ở châu Âu tồn tại một hệ thống tổ ong tương tự lớn như NMT (Nordic MobiTelephone - Điện thoại di động Bắc Âu) và TACS (Total Access Comunication system - hệ thống thông tin thâm nhập toàn bộ) ở vương quốc Anh, NAMTS v...v.... Các nước Tây Âu cũng cung cấp các dịch vụ tổ ong. Tuy nhiên, các hệ thống này không thoả mãn được nhu cầu ngày càng tăng, trước hết về dung lượng. Mặt khác, các tiêu chuẩn hệ thống không tương thích nhau (chỉ sử dụng được trong nước) làm cho sự chuyển giao không đủ rộng như mong muốn (ra ngoài biên giới). Từ tình trạng này rõ ràng là cần có một hệ thống chung để sử dụng điện thoại di động rộng rãi trên toàn châu Âu. Những vấn đề trên đặt ra cho thế hệ thứ hai thông tin di động cellular phải giải quyết. Một sự lựa chọn được đặt ra: kỹ thuật tương tự hay kỹ thuật số. Các tổ chức tiêu chuẩn hoá chọn kỹ thuật số. GSM (Groupe Specical Mobile - Nhóm đặc trách về di động hay Global System for Mobile communication - hệ thống thông tin di động toàn cầu) với tiêu chuẩn viễn thông tổ ong số toàn châu Âu mới sẽ giải quyết sự hạn chế dung lượng hiện nay, thực chất dung lượng sẽ tăng 2-3 lần nhờ việc sử dụng tần số tốt hơn và kỹ thuật ô nhỏ, do vậy số thuê bao được phục vụ sẽ tăng lên. GSM là tiêu chuẩn điện thoại di động số toàn châu Âu do ETSI (europan Telecomunication Standard institute - Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu) quy định và là một tiêu chuẩn chung. Nghĩa là các thuê bao di động có thẻ sử dụng các máy điện thoại di động của họ trên toàn Châu Âu. Lưu lượng (Roaming) ở châu âu là hoàn toàn tự động. bạn có thể đem máy điện thoại của mình khi đi du lịch và sử dụng nó ở một nước khác. Hệ thống sẽ tự động cập nhập thông tin về vị trí của bạn cho hệ thốngtại nhà của bạn. Bạn cũng có thể gọi đi và nhận cuộc gọi đến mà người gọi không cần biết vị trí của bạn. Ngoài tính lưu động quốc tế, tiêu chuẩn GSM còn cung cấp một số tính năng như thông tin số liệu tốc độ cao, faxcimile và dịch vụ thông báo ngắn. Các máy điện thoại di động sẽ nhỏ hơn và tiêu thụ ít công suất hơn các thế hệ trước của chúng. Tiêu chuẩn GSM được thiết kế để có thể kết hợp với ISDN và tương thích (chừng nào còn phù hợp ) với môi trường di động. Nhờ vậy tương tác giữa hai tiêu chuẩn này được đảm bảo. GSM bắt đầu phát triển từ 1982 khi các nước Bắc Âu gửi đề nghị đến CEPT (Conference of european Postal and Telecommunications Administrations - Hội nghị các cơ quan quản lý viễn thông và bưu chính châu Âu) để qui định một dịch vụ viễn thông chung châu Âu ở tần số 900 MHz. Trong những năm 1982 - 1985 người ta bàn luận về nên xây dựng một hệ thống số hay tương tự. Năm 1985 người ta quyết định xây dựng hệ thống số. Trước hết kỹ thuật số bảo đảm chất lượng cao hơn trong môi trường nhiễu mạnh và khả năng tiềm tàng về một dung lượng lớn hơn. Bước tiếp theo là lựa chọn giữa giải pháp băng hẹp và băng rộng. Năm 1986 một cuộc kiểm tra ngoài hện trường đã được tổ chức tại Pari, các hãng khác nhau đã đua tài với các giải pháp của mình. Cho đến nay thông tin di động GSM đã được phát triển ra toàn cầu. ở Việt nam hệ thống thông tin di động số GSM được đưa vào từ năm 1993, hiện nay đang được Công ty GPC và VMS khai thác rất hiệu quả. Do vậy mạng viễn thông quốc gia và của từng vùng lãnh thổ, từng địa phương phải từng bước phát triển mở rộng để đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế xã hội, an ninh quốc phòng của đất nước trong sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện đại hoá Các hệ thống thông tin di động số cellular có những ưu điểm cơ bản sau: Sử dụng kỹ thuật điều chế số tiên tiến nên hiệu suất sử dụng phổ tần số cao hơn. Mã hoá số tín hiệu thoại với tốc độ bit ngày càng thấp, cho phép ghép nhiều kênh thoại hơn vào dòng bit tốc độ chuẩn. Giảm tỷ lệ tin tức báo hiệu, dành tỷ lệ lớn hơn cho tin tức người sử dụng. áp dụng kỹ thuật mã hoá kênh và mã hoá nguồn của truyền dẫn số. Hệ thống số chống nhiễu kênh chung CCI (Cochannel Interference) và nhiễu kênh kế ACI (Adjacent - Channel Interference) hiệu quả cao hơn. Điều này cuối cùng tăng dung lượng hệ thống. Điều khiển động trong việc cấp phát kênh liên lạc làm cho sử dụng phổ tần số hiệu quả hơn. Có nhiều dịch vụ mới: nhận thực, số liệu, mật mã hoá, kết nối với ISDN. Điểu khiển truy cập và chuyển giao hoàn hảo hơn. Dung lượng tăng, diện tích cell nhỏ đi, chuyển giao nhiều hơn, báo hiệu tắt bật đều xử lý bằng phương pháp số. Hệ thống thông tin di động cellular thế hệ thứ hai có 3 tiêu chuẩn chính: GSM, IS - 54, JDC, trong đó IS - 54 bao gồm trong nó tiêu chuẩn AMPS. Tháng 5/1987 giải pháp TDMA băng hẹp (đa thâm nhập phân chia theo thời gian ) đã được lựa chọn. Đồng thời 13 nước (ở Anh hai hãng khai thác ) đã ký biên bản ghi nhớ MoU đã hứa sẽ có một hệ thông GSM vận hành vào 1/7/1991. Thế hệ thứ ba bắt đầu từ những năm cuối của thập kỷ 90 sẽ là kỹ thuật số với CDMA (Đa thâm nhập phân chia theo mã) và TDMA (đa thâm nhập phân chia theo thời gian) cải tiến. Chúng ta chứng kiến một sự thật là ngày càng nhiều người cần đến thông tin di động, tỷ lệ máy điện thoại di động so với máy cố định ngày càng tăng lên. Cùng với nhiều dịch vụ di động phi cellular, nhắn tin, máy vô tuyến cá nhân, hệ thống thông tin di động qua vệ tinh thế hệ cũ và mới, máy tính cá nhân di động, chúng ta sẽ tiến tới hệ thống thông tin di động cá nhân trên phạm vi toàn cầu, với khả năng trao đổi mọi loại tin tức dù người dùng vào bất kỳ lúc nào, ở bất kỳ đâu, một cách nhanh chóng, tiện lợi. 1-2. Các đặc tính của mạng thông tin di động GSM Từ các khuyến nghị của GSM ta có các đặc điểm sau đây: Có nhiều loại hình dịch vụ chất lượng cao và tiện ích cả trong thông tin thoại và truyền số liệu. Sự tương thích của các dịch vụ trong GSM với các dịch vụ của mạng có sẵn (PSTN, ISDN) bởi các giao diện tiêu chuẩn chung. Tự động định vị và cập nhật vị trí cho mọi thuê bao di động. Độ linh hoạt cao nhờ sử dụng các loại máy đầu cuối thông tin di động khác nhau như: cầm tay, trên ô tô... Nhận thực thuê bao và bảo mật số liệu của người sử dụng ( mật mã hoá) sẽ tăng cường bảo vệ chống lại việc sử dụng thuê bao trái phép và nghe trộm ở đường truyền vô tuyến. - Sử dụng băng tần ở 900MHz với hiệu qủa cao bởi sự kết hợp giữa hai phương pháp TDMA và FDMA. - Giảm tối đa rớt cuộc gọi khi thuê bao chuyển động từ vùng phủ sóng này sang vùng phủ sóng khác - Cho phép phát triển các dịch vụ mới nhất là các dịch vụ phi thoại . - Cho phép chuyển mạng quốc tế ( International Roaming) - Các thiết bị cầm tay gọn nhẹ và tiêu thụ ít năng lượng 1.3 Các dịch vụ đựơc chuẩn hoá ở GSM: *Các dịch vụ điện thoại: Dịch vụ điện thoại bình thường được thực hiện với khả năng phát hay thu các cuộc gọi đến thuê bao cố định hay di động, ngoài ra còn có: - Nhận dạng số gọi. - Chuyển cuộc gọi. - Giữ cuộc gọi. - Cuộc gọi hội nghị. - Nhóm người sử dụng khép kín. - Nhận dạng cuộc gọi với mục đích xấu. * Các dịch vụ số liệu: - Dịch vụ thông báo ngắn khi thiết lập cuộc gọi. - Truyền dẫn số liệu. - Phát quảng bá ô. 1.4 Cấu trúc Cellular. Hệ thống vô tuyến trong GSM làm việc trong một băng tần hẹp từ: 890Mhz đến 960 MHz. Để truyền sóng băng tần này được chia làm hai phần: - Băng tần lên (Uplink Band): 890 MHz đến 915 MHz cho các kênh vô tuyến từ MS cho đến trạm thu phát gốc . - Băng tần xuống ( Downlink Band ) 935 MHz đến 960 MHz cho các kênh vô tuyến từ trạm gốc đến trạm di động . - Điều này có nghĩa là băng tần vô tuyến ở GSM được chia làm hai phần 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 2 kênh liền nhau ) là: 200 KHz. Mỗi kênh sử dụng hai tần số riêng biệt: một truyền từ trạm di động, một truyền từ trạm gốc, kênh này gọi là kênh song công, khoảng cách giữa hai tần số gọi là cự ly song công và bằng 45 MHz. Kênh vô tuyến này mang 8 khe thời gian TDMA và mỗi khe là một kênh vật lý trao đổi thông tin giữa MS và BTS. Vùng mạng PLMN được chia thành nhiều ô vô tuyến có bán kính từ 350 m đến 35 Km. Kích thước này còn phụ thuộc vào cấu hình, địa hình và lưu lượng thông tin. Mỗi ô vô tuyến ứng với một trạm gốc ( BTS ), tuỳ vào cấu tạo anten mà có 2 loại trạm BTS: - BTS omni với anten vô hướng. - BTS sector với anten định hướng 2 hoặc 3 anten 1800 hoặc 1200. Để sử dụng triệt để băng tần, trong GSM đưa ra khái niệm sử dụng lại tần số: 124 tần số được chia thành các nhóm tần số, nhóm tần số này được ấn định cho một vùng nhiều BTS. Mẫu sử dụng tần số này có thể đem ấn định cho một vùng bên cạnh mà không gây hiện tượng giao thoa, nhiễu đồng kênh, nhờ đó mà dung lượng mạng được tăng lên. Sự di chuyển của MS từ vùng MSC/VLR này sang vùng MSC/VLR khác gọi là: Handover. Tốc độ MS di chuyển cho phép là 300 Km/h nếu lớn hơn chất lượng kênh vô tuyến giảm nghiêm trọng do hiệu ứng doppler, đây là một hiện tượng gây ra sự thay đổi tần số do sự chuyển động mà ra. Quá trình Handover cũng có thể xuất hiện ngay trong cùng một ô khi kênh vô tuyến đang liên lạc giảm chất lượng để chuyển sang một kênh vô tuyến có chất lượng cao hơn. 1.5 Cấu trúc mạng GSM Hệ thống GSM Được chia thành hệ thống chuyển mạch (SS) và hệ thống trạm gốc (BSS). Mỗi hệ thống này chứa một số khối chức năng mà ở đó thực hiện tất cả các chức năng của hệ thống. Hệ thống được thực hiện như là một mạng gồm nhiều ô vô tuyến cạnh nhau để cùng đảm bảo toàn bộ vùng phủ sóng của vùng phục vụ. Mỗi ô vô tuyến có một trạm vô tuyến gốc (BTS) làm việc ở một tập hợp các kênh vô tuyến. Các kênh này được sử dụng ở các ô lân cận để tránh nhiễu giao thoa. Một bộ điều khiển trạm gốc (BSC) điểu khiển một nhóm BTS. BSC điều khiển các chức năng như chuyển giao và điểu khiển công suất. Một trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động MSC phục vụ một số bộ điều khiển trạm gốc. MSC điều khiển các cuộc gọi đến và 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, các mạng số liệu công cộng PDN và có thể là các mạng riêng. 1.5.1 Mô hình hệ thống GSM ISDN SS AUG PSPDN HLR EIR VLR MSC OMCCCCCCCC CSPDN PSTN BSS BSC PLMN BTS MS Hình 1-1: Sơ đồ mô hình hệ thống thông tin di động GSM Các ký hiệu: SS : Hệ thống chuyển mạch. AUC : Trung tâm nhận thực. HLR : Bộ ghi định vị thường trú. VLR : Bộ ghi định vị tạm trú. EIR : Thanh ghi nhận dạng thiết bị. MSC : T.Tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động BSS : Hệ thống trạm gốc. BTS : Đài vô tuyến gốc. BSC : Đài điều khiển trạm gốc. MS : Máy di động. OMC : Trung tâm khai thác và bảo dưỡng. ISDN : Mạng số liệu liên kết đa dịch vụ. PSPDN : Mạng chuyển mạch công cộng theo gói. CSPDN : Mạng chuyển mạch số công cộng theo mạch. PSTN : Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng. PLMN : Mạng di động mặt đất công cộng. 1-5.2 Các thành phần của mạng GSM: Một mạng GSM bao gồm hai phân hệ chính: Phân hệ vô tuyến BSS (Base Station System) và hệ thống chuyển mạch SS (Switching System). Tất cả các cuộc gọi vào cho mạng GSM/PLMN sẽ được định tuyến cho tổng đài vô tuyến cổng GATEWAY - MSC (GMSC). Ngoài ra còn một phần tử mạng nữa là trạm di động MS thuộc người sử dụng. * Trạm di động (Mobile Station): Trạm di động là một máy đầu cuối di động hay Mobile Phone. Về hình thức, máy có thể có nhiều dạng khác nhau: máy cầm tay, máy xách tay hay máy đặt trên ôtô. Trạm di động không hoàn toàn lệ thuộc chặt chẽ vào một người sử dụng mà sự lệ thuộc này thông qua một thẻ nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber Identity Module) được gắn trên máy di động. Sự nhận thực được kiểm tra bởi mạng, xét xem liệu thuê bao có hợp pháp khi sử dụng các dịch vụ của mạng hay không, sau đó nó mới được nhập vào hệ thống. Một mã cá nhân được dùng kèm theo SIM - PIN (Persional Identyti Number Code) để chống sự sử dụng trái phép thẻ SIM. * Phân hệ vô tuyến bss (phân hệ trạm gốc - Base Station Subsystem): Có thể nói BSSlà một hệ thống các thiết bị đặc thù riêng cho các 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 phát và thu đường vô tuyến và quản lý chức năng này. Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài SS. Tóm lại BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài và nhờ vậy đấu nối với người sử dụng các trạm di động với các người sử dụng viễn thông khác. BSS cũng phải được điều khiển và vì vậy nó được đấu nối với OSS . Các giao diện bên ngoài của BSS cho bởi hình 1.2. Lưồng điều khiển Luồng lưu lượng OSS MS BSS NSS ☼ ẩ Ký hiệu : NSS: Mạng và hệ thống con chuyển mạch MS : Trạm di động Hình 1.2 : Các giao diện ngoài BSS Phân hệ vô tuyến gồm hai phần: Bộ điều khiển vô tuyến số BSC (Base Station Controller) và một hay nhiều trạm thu phát gốc BTS (Base Tranceiver Station). Nếu khoảng cách giữa BSC và BTS nhỏ hơn 10 m, các kênh thông tin có thể nối trực tiếp (chế độ combine). Nếu khoảng cách này lớn hơn thông tin phải qua một giao diện A.bis (chế độ Remote). Một BSC có thể quản lí nhiều BTS theo cấu hình hỗn hợp của hai kiểu trên. *Trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Station) bao gồm các thành phần chức năng sau: -Một BTS bao gồm các thiết bị thu phát, an ten và sử 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 chức năng khác. Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (Transcoder and Rate Adapter Unit : 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, ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu. TRAU là bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể đặt nó cách xa BTS và thậm chí trong nhiều trường hợp được đặt giữa BSC và MSC - Phần vô tuyến tương tự để điều chế, khuyếch đại và phối hợp thu phát. - Khối băng gốc để phối hợp tốc độ truyền thoại, số liệu và mã hoá kênh. - Khối điều khiển của trạm phục vụ cho chức năng vận hành và bảo dưỡng BTS. - Khối truyền dẫn để ghép tín hiệu trên đường truyền A-bis trong chế độ remote. *Bộ điều khiển trạm gốc BSC (Bas Station Contronller) 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 quản lý chuyển giao (Handover). Một phía BSC được nối với BTS còn phía kia nối với MSC của SS. Trong thực tế BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể. Vai trò chủ yếu của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao (Handover). Một BSC trung bình có thể quản lý tới vài chục BTS phụ thuộc vào lưu lượng của các BTS này. Giao diện giữa BTS và MSC được gọi là Giao diện A, còn giao diện giữa nó với BTS được gọi là giao diện Abit. * Phân hệ mạng chuyển mạch SS : Là hệ thống chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao. Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác. * Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động MSC:(Gọi tắt: Tổng đài vô tuyến) Nhiệm vụ chính của MSC là việc điều phối cuộc gọi đến những người sử dụng mạng GSM. Một mặt MSC giao tiếp với hệ thông con BSS , mặt khác giao tiếp với mạng ngoài. MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài được gọi là MSC cổng. Việc giao tiếp với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho những người sử dụng mạng GSM đòi hỏi cổng thích ứng (các chức năng tương tác IWF :Interworking Function). SS cũng cần giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng các khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tải số liệu cuả người sử dụng báo hiệu giữa các phần tử của mạng GSM. Chẳng hạn SS có thể sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCS No 7), mạng này đảm bảo hoạt động tương tác giữa các phần tử của mạng của SS trong một hay nhiều mạng GSM 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) 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 này được gọi là các chức năng tương tác. IWF (Interworking Funtion ) bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn. Nó cho phép kết nối với mạng : PSPDN (Packet Switched Public Data network : mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói ) hay CSPDN (Circuit Switched Public Data network : mạng số liệu chuyển mạch theo mạch ) nó cũng tồn tại khi các mạng khác chỉ đơn thuần là PSDN hay ISDN. 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. Đây là hạt nhân của mạng di động PLMN. Nó làm nhiệm vụ định tuyến và kết nối các phần tử của mạng, thuê bao di động với nhau hay với thuê bao của mạng PSTN và ISDN. Các dữ liệu liên quan đến thuê bao di động được cung cấp từ HLR, VLR, AUC, EIR cũng từ các khối này các báo hiệu cần thiết sẽ được phát ra các giao diện ngoại vi của mạng chuyển mạch. MSC có giao diện với tất cả các phần tử mạng (BSS/HLR/VLR/AUC/EIR/OMC) và với mạng cố định PSTN hay ISDN. MSC còn thực hiện cung cấp các dịch vụ của mạng cho thuê bao. Ngoài ra trong MSC còn chứa cả dữ liệu và thực hiện quá trình Handover. * Bộ ghi định vị thường trú HLR : Ngoài MSC, SS bao gồm cả các cở dữ liệu. Các thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông được lưu giữ ở HLR không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao. HLR cũng chứa các thông tin liên quan đến 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 AUC mà nhiệm vụ của trung tâm này quản lý an toàn số liệu của các thuê bao được phép. Là cơ sở dữ liệu trung tâm, quan trọng nhất của hệ thống GSM. ở đó lưu giữ các số liệu về thuê bao đăng ký trong mạng của nó và thực hiện một số chức năng riêng của mạng thông tin di động. Trong đó cơ sở dữ liệu này lưu trữ những số liệu về trạng thái thuê bao, quyền thâm nhập của thuê bao, các dịch vụ mà thuê bao đăng ký, 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. * Bộ ghi định vị tạm trú VLR: Là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng GSM. Nó được nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí của các thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR Được kết hợp trong phần cứng của MSC. Trong VLR chứa các thông tin về tất cả các thuê bao di động đang nằm trong vùng phủ sóng của MSC này, gán cho các thuê bao từ vùng phục vụ MSC/VLR khác tới một số thuê bao tạm thời. VLR còn thực hiện trao đổi thông tin về thuê bao roaming với HLR nơi thuê bao đăng ký. * Trung tâm nhận thực AUC: Là khối trung tâm nhận thực được nối đến HLR. Chức năng của AUC là cung cấp cho HLR các thông số nhận thực và khoá mật mã liên quan đến từng cá nhân thuê bao dựa trên khoá bí mật này. Trong hệ thống GSM có nhiều biện pháp an toàn khác nhau được dùng để tránh sự sử dụng trái phép, cho phép bám và ghi lại cuộc gọi. Đường vô tuyến cũng được AUC cung cấp mã bảo mật chống sự nghe trộm, mã này được thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao cơ sở dữ liệu của AUC còn ghi nhiều thông tin cần thiết khác về thuê bao và phải được bảo vệ chống mọi thâm nhập trái phép. AUC có thể đặt trong HLR hay MSC hay độc lập với cả hai . Khoá này cũng được lưu giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ nay có dạng SIM-CARD có thể rút ra và cắm lại được. * Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR: Là bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identity Regiter) thực hiện. EIR lưu giữ tất cả các giữ liệu liên quan đến trạm di động MS. EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết bị. Một thiết bị không được phép sẽ bị cấm (Lưu ý khác với thiết bị, sự được phép của thuê bao được AUC xác nhận) ở GSM, EIR được coi là hệ thông con SS. Bảo vệ mạng PLMN khỏi sự thâm nhập của những thuê bao trái phép, bằng cách so sánh số IMEI của thuê bao này gửi tới khi thiết lập thông tin với số IMEI lưu trữ trong EIR. Nếu không tương xứng thuê bao sẽ không thể truy nhập được. * Trung tâm vận hành và bảo dưỡng OMC: Cho phép các nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng như : Tải của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao (Handover) giữa hai ô ... , nhờ vậy mà nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời sử lý các sự cố. Khai thác cũng bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vấn đề xuất hiện ở thời điểm hiện thời, để chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai, để tăng vùng phủ sóng. Việc thay đổi mạng có thể thực hiện “mềm” qua báo hiệu (chẳng hạn thay đổi thông số handover để thay đổi biên giới tương đối giữa hai ô), hoặc thực hiện cứng đòi hỏi sự can thiệp tại hiện trường (chẳng hạn bổ xung thêm dung lượng truyền dẫn hay lắp đặt trạm mới). ở hệ thống viễn thông hiện đại khai thác được thực hiện bằng máy tính và được tập trung ở một trạm. Bảo dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố và hỏng hóc, nó có một số quan hệ khai thác. Các thiết bị ở mạng viễn thông hiện đại có khả năng tự phát hiện một số sự cố hay dự báo sự cố thông qua tự kiểm tra. Trong nhiều trường hợp người ta dự phòng cho thiết bị để khi có sự cố nó có thể thay thế bằng thiết bị dự phòng. Sự thay thế này có thể tự động, ngoài ra việc giảm nhẹ sự cố có thể được người khai thác thực hiện bằng điều khiển từ xa. Bảo dưỡng cũng bao gồm cả các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế các thiệt bị có sự cố. Hệ thông khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý TMN (Telecommunication Management Network : mạng quản lý viễn thông). Lúc này một mặt hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến các phần tử của mạng viễn thông (các MSC, BSC, HLR và các phần tử mạng khác trừ BTS , vì thâm nhập đến BTS được thực hiện qua BSC ). Mặt khác hệ thống khai thác và bảo dưỡng lại được nối đến một máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người máy. * Hệ thống hỗ trợ khai thác OSS: Được nối đến tất cả các thiết bị ở hệ thống chuyển mạch và nối đến BSC. Các chức năng chính của OSS: - Quản lý mạng tổ ong. - Quản lý đăng ký các thuê bao. - Quản lý chất lượng. 1-5.3 Cấu trúc địa lý của mạng : Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định để định tuyến các cuộc gọi vào đến cổng tổng đài cần thiết và cuối cùng đến các thuê bao bị gọi. ở một mạng di động cấu trúc này rất quan trọng do tính lưu thông của các thuê bao trong mạng. *Vùng mạng:Tổng đài vô tuyến cổng (GATEWAY-MSC) điều khiển các đường truyền giữa mạng GSM/PLMN và mạng PSTN/ISDN khác hay các mạng PLMN khác sẽ ở mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế. Tất cả các cuộc gọi vào cho mạng GSM/PLMN sẽ được định tuyến đến một hay nhiều tổng đài vô tuyến cổng GMSC. GMSC làm việc như một tổng đài trung kế vào cho GSM/PLMN. Đây là nơi thực hiện chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi cho các cuộc gọi kết cuối di động nó cho phép hệ thống định tuyến đến một tổng đài vô tuyến cổng GMSC. GMSC có chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi. ở một vùng mạng GSM/PLMN tất cả các cuộc gọi kết cuối di động sẽ được định tuyến đến một tổng đài vô tuyến cổng (GMSC. GMSC có chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi . GMSC GSM-PLMN ISDM PLMN PSDN Hình 1.3: Vùng mạng GSM/PLMN : Các đường truyền giữa các mạng khác nhau và mạng GSM/PLMN * Vùng phục vụ MSC/VLR: Vùng MSC là một bộ phận của mạng được một MSC quản lý. Để định tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động, đường truyền qua mạng sẽ nối đến MSC ở vùng phục vụ MSC nơi thuê bao đang ở. Một vùng mạng GSM/PLMN được chia thành một hay nhiều vùng phục vụ MSC/VLR. Vùng phục vụ là bộ phận của mạng được định nghĩa như một vùng mà ở đó có thể đạt đến một trạm di động nhờ việc trạm MS này được ghi lại ở một bộ ghi định vị khách ( VLR ). ở GSM vùng MSC và vùng phục vụ bao phủ cùng một bộ phận của mạng (MSC và VLR luôn luôn được thực hiện ở cùng một nút. Một vùng mạng GSM/PLMN được chia thành một hay nhiều vùng phục vụ MSC/VLR. III IV I II VLR VLR MSC MSC GMSC VLR VLR MSC MSC Hình 1.4 : Các vùng phục vụ MSC/VLR I - IV * 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 ô và phụ thuộc vào một hay vài BSC nhưng nó chỉ phụ thuộc một MSC/VLR. Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử dụng nhận dạng vùng định vị (LAI - Location Area Identity). Vùng định vị được hệ thống sử dụng để tìm một Mobile Station đang ở trạng thái hoạt động LA1 LA2 LA3 LA4 LA5 LA6 VLR MSC Hình 1.5 : Phân chia vùng phục vụ MSC/VLR thnàh các vùng định vị LA * Ô (Cell): Vùng định vị được chia thành một số ô, là một vùng bao phủ vô tuyến được nhận dạng bằng nhận dạng ô toàn cầu (CGI - Cell Global Identity). Trạm di động tự nhận dạng một ô bằng cách sử dụng mã nhận dạng trạm gốc (BSIC - Base Station Identity Code). LA1 LA2 LA3 LA6 LA4 LA5 VLR MSC Ô5 Ô3 Ô2 Ô4 Ô1 Hình 1.6 : Phân chia vùng theo các ô 1-6.Cấu hình kênh trên giao tiếp vô tuyến: Giao tiếp vô tuyến là tên gọi chung của đấu nối giữa trạm di động MS và trạm thu phát gốc BTS. Giao tiếp sử dụng khái niệm TDMA với một khung TDMA cho một tần số sóng mang. Mỗi khung gồm 8 khe thời gian (TS) hướng từ BTS đến MS được định nghĩa là đường xuống (downlink) và hướng từ MS đến BTS gọi là đường lên (uplink). 1.6.1. Khái niệm kênh : - Kênh vật lý: một khe thời gian của một khung TDMA ở một sóng mang được gọi là một kênh vật lý. Ta có thể so sánh nó với một kênh ở hệ thống FDMA, trong đó từng người sử dụng được nối đến hệ thống thông qua một trong số các tần số, như vậy có 8 kênh vật lý trên một sóng mang ở GSM, kênh 0 -7 thông tin được phát đi trong một TS (Time Slot) được gọi là cụm (Burst) . - Kênh lôgic: rất nhiều loại thông tin cần truyền giữa BTS và MS, chẳng hạn số liệu của người sử dụng và báo hiệu điều khiển. Ta nói về các kênh logic khác nhau dựa trên loại thông tin cần truyền, chẳng hạn tiếng được gửi đi ở kênh logic "kênh lưu thông", kênh này được ấn định một kênh vật lý nhất định trong thời gian truyền dẫn. Mạng GSM được dành 124 sóng mang song công ở dải tần: - Đường lên 890 - 915 Mhz (MS phát, BTS thu). - Đường xuống 935 - 960 Mhz (MS thu, BTS phát). Hiện nay ở nước ta hệ thống GSM đang sử dụng băng tần: - Đường lên 890,2 - 898,4 Mhz. - Đường xuống 935,2 - 943,4 Mhz. Với mỗi tần số sóng mang dải thông là 200 Khz trên mỗi sóng mang người ta sử dụng kỹ thuật ghép kênh theo thời gian: có 8 khe thời gian từ TS 0 - TS 7 trong một khung TDMA như vậy số kênh vật lý trong GSM là 124 x 8 = 992 kênh. 1.6.2. Các kênh Logic: Kênh lôgic là sự phân loại thông tin truyền trên giao diện vô tuyến tức là các loại thông tin trao đổi giữa BTS và MS. Các kênh logic được ấn định ở những kênh vật lý nhất định và trong những khoảng thời gian nhất định của quá trình trao đổi thông tin. Có hai loại kênh Logic: - Kênh lưu thông TCH (Traffic Chanel). - Kênh điều khiển . 1- Kênh lưu thông TCH: Là kênh mang tiếng và số liệu được mã hoá của người sử dụng. Đây là kênh ở cả hai đường lên và xuống, truyền từ điểm tới điểm. Có hai loại kênh TCH : - Kênh toàn tốc FR (Full rate) có tốc độ 22,8 Kbit/s. - Kênh bán tốc HR (Half rate) có tốc độ 11,4 Kbit/s . 2- Các kênh điều khiển : Có ba loại kênh điều khiển: kênh quảng bá BCH, kênh điều khiển chung CCCH và kênh điều khiển riêng DCCH. - Kênh quảng bá BCH bao gồm những kênh sau : + Kênh hiệu chỉnh tần số FCCH mang thông tin của hệ thống để hiệu chỉnh tần số cho MS. Đây là kênh đường xuống, điểm tới đa điểm . + Kênh đồng bộ SCH mang thông tin đồng bộ khung cho MS và mã nhận dạng trạm BTS (BSIC). Đây là kênh đường xuống, điểm tới đa điểm . + Kênh điều khiển quảng bá BCCH mang các thông tin của hệ thống như số LAI , các thông số của ô v...v.... Đây là kênh đường xuống, điểm tới đa điểm . - Kênh điều khiển chung CCCH gồm những kênh sau: + Kênh tìm gọi PCH: dùng để phát thông báo tìm gọi MS. Đây là kênh đường xuống, điểm tới đa điểm. + Kênh thâm nhập ngẫu nhiên RACH là kênh mà MS sử dụng để yêu cầu được cung cấp một kênh DCCH, trả lời thông báo tìm gọi, đồng thời để thực hiện các thủ tục khởi đầu khi đăng ký cuộc gọi (nhận thực, chuyển số gọi v...v...). Đây là kênh đường lên, điểm tới điểm. + Kênh cho phép thâm nhập AGCH là kênh mà BTS sử dụng thông báo cho MS để dành một kênh DCCH hay dành trực tiếp một kênh TCH để kết nối với MS. Đây là kênh đường xuống, điểm tới điểm. - Kênh điều khiển riêng DCCH: + Kênh điều khiển riêng đứng đơn lẻ SDCCH dùng để báo hiệu hệ thống khi thiết lập cuộc gọi (đăng ký, nhận thực, quay số v...v...) trước khi ấn định một kênh TCH. Đây là kênh đường lên và xuống, điểm tới điểm. + Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH: kênh này không đi một mình mà liên kết với một kênh SDCCH hoặc một kênh TCH. Đây là kênh số liệu liên tục mang các thông báo đo đạc từ MS về cường độ trường và chất lượng thu của ô hiện thời và các ô lân cận. Các thông báo này được chuyển về BSC để quyết định Handover. ở đường xuống nó mang thông tin để hiệu chỉnh công suất phát của MS và thông số định thời trước TA để đồng bộ thời gian. + Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH liên kết với một kênh TCH theo chế độ “lấy cắp”. Khi tốc độ thông tin cần trao đổi lớn hơn nhiều khả năng trao đổi lớn hơn nhiều khả năng của SACCH, hệ thống sẽ “lấy cắp“ 1 cụm 20 ms của TCH. Đây là trường hợp khi Handover, rất nhiều thông tin cần được trao đổi với MS. 20ms tiếng hay số liệu bị “lấy cắp” sẽ được thay thế bằng một chuỗi nội suy ở bộ giải mã. 1.6.3. Ghép các kênh logic trên các kênh vật lý. Như ta đã biết việc trao đổi thông tin giữa MS và mạng cần rất nhiều kênh logic. Nếu mỗi kênh logic chiếm 1 kênh vật lý thì không thể đáp ứng được khả năng thông tin hơn thế nữa luu lượng bản tin cũng rất nhỏ do vậy cần phải thực hiện ghép nhiều kênh logic trên 1 kênh vật lý. Việc xắp xếp các kênh logic vào kênh vật lý được thực hiện theo cấu trúc đa khung. Các kênh logic phải được xắp xếp sao cho chúng được nhận biết trong các đa khung mặt khác số lượng của chúng phải đảm bảo mang hết thông tin báo hiệu. Ta đã biết có 2 loại đa khung: 51 khung và 26 khung. Người ta đã tận dụng 2 loại đa khung này như sau: - Các kênh báo hiệu dùng kiểu đa khung báo hiệu (51 khung) - Các kênh lưu thông dùng kiểu đa khung lưu thông (26 khung) Việc thực hiện sắp xếp các kênh logic ở các kênh vật lý như sau: Giả sử ở 1 trạm BTS có n sóng mang song công ký hiệu: C0, C1, C2,...,Cn với mỗi sóng mang có 8 khe thời gian (TS). Việc thực hiện sắp xếp như sau: + Khe thời gian TS0 &TS1 của C0 dùng để sắp xếp các kênh điều khiển. + Các khe thời gian TS còn lại của C0 và các tần số khác được dùng cho kênh lưu thông TCH. Cụ thể là: - Khe thời gian TS0 của C0 của đường xuống được dùng cho các kênh đường xuống là kênh điều khiển: BCCH, CCCH v...v... - Khe thời gian TS0 của C0 của đường lên được dùng cho các kênh đường lên là kênh điều khiển và ở đây chỉ có 1 kênh đường lên duy nhất là: RACH - Khe TS1 của C0 đường lên/xuống được dùng cho các kênh đường lên/xuống là kênh điều khiển: SDCCH và SACCH. Vì tốc độ bit trong quá trình thiết lập cuộc gọi và đăng ký khá thấp nên có thể dung 8 kênh SDCCH ở 1 TS gọi là SDCCH/8 việc sắp xếp các kênh này theo chu kỳ 2 đa khung. Gọi Dx là kênh SDCCH cho trạm di động X trong quá trình thiết lập và giải phóng cuộc gọi, Ax là kênh SACCH cho trạm di động đó. Cấu trúc sắp xếp cho đường lên và xuống như sau: D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A0 A1 A2 A3 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A4 A5 A6 A7 4TS 3TS Hình 1-7: SDCCH + SACCH trên đường xuống. A5 A6 A7 --- D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A0 A1 A2 A3 --- D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A4 3TS 4TS Hình 1-8: DCCH + SACCH trên đường lên Các TS còn lại của C0 và các tần số khác được dùng cho TCH. Các cụm số liệu TCH được ghép phối hợp với SACCH theo chu kỳ đa khung 26 khung. Trong quá trình chuyển giao thực hiện trao đổi thông tin giữa MS và mạng là lớn và đòi hỏi tốc độ nhanh do đó cần sử dụng kênh phối hợp nhanh. Lúc này kênh FACCH được sử dụng dưới dạng lấy cắp bằng cách sử dụng 1 số khe của TCH. Bên nhận sẽ phát hiện và chèn vào khe TCH bị lấy cắp các cụm nội suy. Ký hiệu A(SACCH) và T(TCH) ta có cấu trúc sắp xếp như sau: T T T T T T T T T T T T A T T T T T T T T T T T T A Hình 1-9: Kênh toàn tốc 13kb/s T T T T T T T T T T T T A T T T T T T T T T T T T A Hình 1-10: Kênh bán tốc 6,5kb/s 1-7. Các số nhận dạng trong GSM : Như ta đã biết, mạng GSM gồm hai phần: SS và BSS. Hệ thống chuyển mạch bao gồm các phần tử MSC, HLR, VLR, AUC và EIR các giao diện với PSTN, ISDN, PLMN v...v... Để có thể hiểu được chức năng của các thiết bị trên rõ hơn ta sẽ xem xét về các số nhận dạng của GSM được sử dụng trong quá trình chuyển mạch một cuộc gọi * Số thuê bao di động MSISDN: Số thuê bao di động dùng khi quay số gọi được cấu tạo như sau: MSISDN = CC + NDC + SN Trong đó CC : Mã quốc gia NDC : Mã vùng quốc gia (Số NDC phân bố tuỳ theo mạng di động) SN : Số thuê bao di động NDC CC SN Số thuê bao trong nước Số thuê bao quốc tế Hình 1-11: Số MSISDN Độ dài của MSISDN có thể thay đổi tuỳ theo quốc gia, nhà khai thác nhưng tối đa không vượt quá 15 chữ số (không kể các tiếp đầu như 00, 01...) Trong một quốc gia, số thuê bao di động thường được cấu tạo tương ứng với sơ đồ đánh số của mạng PSTN ở Việt Nam , số thuê bao di động được cấu tạo như sau: MSISDN = CC + NDC + SN Hà Nội 84 9132 xxxx TPHCM 84 9138 xxxx Đà Nẵng 84 9135 xxxx * Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế IMSI Để nhận dạng chính xác trên đường vô tuyến cũng như trong các mạng PLMN, một số nhận dạng được chỉ định cho thuê bao di động. Số này được gọi là số nhận dạng thuê bao di động quốc tế IMSI và được sử dụng trong mọi báo hiệu trong GSM. Số này được lưu trữ trong thẻ SIM gắn vào máy thuê bao cũng như trong cơ sở dữ liệu của HLR ghi khi thuê bao đăng ký và VLR ghi tạm thời cho các thuê bao trong vùng phủ. Cấu trúc của IMSI : IMSI = MCC + MNC + MSIN Trong đó: MCC : Mã mạng di động quốc gia trong hệ thống di động toàn cầu MNC : Mã nhà khai thác mạng di động MSIN : Số nhận dạng thuê bao di động 3 chữ số 2 chữ số max 10 chữ số MSIN MNC MCC Số nhận dạng t.bao di động quốc gia Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế Hình1-12: Số IMSI Trong các cơ sở dữ liệu của GSM, IMSI là địa chỉ của mọi thông tin liên quan đến thuê bao di động. * Số Roaming của thuê bao di động MSRN: Bộ ghi định vị thường trú nơi thuê bao di động đăng ký để định tuyến cuộc gọi cần phải biết MS hiện đang ở vùng phục vụ MSC/VLR nào và số thuê bao tạm thời trong vùng đó. Khi định tuyến cuộc gọi, HLR yêu cầu VLR nơi thuê bao đang định vị cung cấp số tạm thời này để GMSC chuyển hướng cuộc gọi tới tổng đài MSC tương ứng. Số tạm thời này được gọi là số Roaming của thuê bao di động. Chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi này thuộc phần ứng dụng mạng di động MAP. Các dữ liệu trao đổi giữa các phần tử mạng đều dùng báo hiệu số 7. Số Roaming có cấu tạo như sau: msrn = cc + ndc + sn Trong đó : CC : Mã quốc gia NDC : Mã vùng SN : Số thuê bao Roaming * Số nhận dạng tạm thời của thuê bao di động TMSI: Số nhận dạng tạm thời của thuê bao di động được sử dụng cho sự bảo mật thuê bao. Số này được cung cấp cho MS bởi MSC hiện thời và chỉ có ý nghĩa trong vùng này. Số TMSI được dùng trong thuật toán mã hoá số liệu. Cấu trúc của TMSI tuỳ chọn theo nhà khai thác hệ thống GSM. * Số nhận dạng thiết bị trạm di động quốc tế IMEI: IMEI được dùng cho sự nhận dạng thiết bị. Mỗi trạm di động tương ứng duy nhất với một số IMEI do nhà sản xuất đặt ra. Cấu trúc của số IMEI như sau: imei = tac + fac + snr + sp Trong đó: TAC : Mã công nhận kiểu máy FAC : Mã hỗn hợp cuối nhận dạng nhà sản xuất SNR : Số Serie. Mỗi SNR gồm 6 chữ số SP : Các chữ số để dự phòng 6 chữ số 2 chữ số 6 chữ số 1 chữ số snr fac sp tac IMEI 15 chữ số Hình 1-13: Số IMEI * Số nhận dạng vùng định vị LAI: LAI được sử dụng cho thủ tục cập nhật vị trí của thuê bao di động. Số nhận dạng này bao gồm: lai = mcc + mnc + lac Trong đó: MCC : Mã di động quốc gia, nhận dạng mạng di động quốc gia MNC : Mã vùng di động, nhận dạng vùng di động trong quốc gia LAC : Mã vùng định vị, nhận dạng vùng định vị trong mạng GSM/PLMN. 3 chữ số 2 chữ số Max 16 bit lac mnc mcc Số nhận dạng vùng định vị LAI Hình 1-14: Số LAI * Số nhận dạng ô toàn cầu CGI: CGI được sử dụng cho nhận dạng ô trong một vùng định vị. Cấu tạo của số nhận dạng này bao gồm LAI và số nhận dạng ô Ci cgi = mcc + mnc + lai + ci Trong đó CI có độ dài Max là 16 bit 3 chữ số 2 chữ số max 16 bit max 16 bit lac ci mnc mcc LAI CGI Hình 1-15: Số CGI 1-8. Các thủ tục thông tin tiêu biểu : Các thủ tục khi thiết lập cuộc gọi, kết cuối cuộc gọi Mobile. Một cuộc gọi tới thuê bao di động luôn được định tuyến tới GMSC, ở đó sẽ định tuyến tới MSC hiện thời của MS, hỏi số Roaming của MS, nó sẽ gửi thông báo địa chỉ khởi đầu (TUP hay ISUP) tới MSC hiện thời. Trong thông báo này có số MSRN hiện thời và yêu cầu thiết lập cuộc gọi. Từ đây các thủ tục thông tin sẽ bắt đầu. 1- Paging: MSC/VLR tìm số liệu về thuê bao trong cơ sở dữ liệu của nó và bắt đầu thủ tục thiết lập cuộc gọi bằng cách gửi thông báo Paging (tìm gọi) tới BSC chứa vùng định vị của MS. Thông tin này bao gồm LAI, IMSI, hoặc TMSI. 2- Paging Command: BSC gửi các thông báo tới tất cả các BTS trong vùng định vị được chỉ ra bởi LAI. Thông tin này gồm số IMSI hoặc TMSI, thông báo nhắn tin, nhận dạng máy phát, loại kênh và số TS. 3- Paging Request: thông báo này được gửi trên kênh PCH trên giao tiếp vô tuyến để tìm gọi MS. Thông tin gồm IMSI hoặc TMSI. 4- Channel Request: MS sau khi nhận được thông báo tìm gọi sẽ trả lời bằng cách gửi một cụm truy nhập ngắn trên kênh RACH. Khi thu thông báo này BTS sẽ ghi nhận thời gian trễ truyền dẫn. 5- Channel Required: Là thông báo của BTS cho BSC về giá trị trễ thâm nhập. 6- Channel Activation: BSC chọn một kênh SDCCH còn rỗi và yêu cầu BTS kích hoạt kênh này. 7- Channel activation acknowledge: BTS trả lời chấp nhận kích hoạt kênh. 8- Immediate Assignment: Thông báo này được truyền thông suốt tới MS. Trên Air Interface nó được mang bởi kênh AGCH. Nội dung thông báo này gồm tần số vô tuyến, số khe thời gian, số kênh SDCCH mà MS có thể sử dụng cũng như thông báo trước thời gian để MS có thể định thời trước các cụm của nó. 9- Paging Response : Thông báo này sử dụng kênh SDCCH. Nội dung bao gồm IMSI và TMSI và dấu hiệu lớp trạm di động. Thông báo này được gọi là thông báo MS khởi đầu và được gửi tới MSC/VLR. Khi qua BSC sẽ được bổ sung thêm CGI. 10- Authentication Request: Là thông báo từ MSC, thông tin quan trọng nhất trong thủ tục nhận thực này là số ngẫu nhiên RAND. Khi nhận được số này, MS sẽ kết hợp với số Ki (Subcriber Authentication Key) cuả nó đưực lưu giữ trên thẻ SIM để tính ra 2 giá trị khác Kc (Ciphering Key) và SRES (Signed Response). Kc được dùng trong thuật toán mã khoá số liệu trên đường vô tuyến. 11- Authentication Response: MS trả lời nhận thực bằng SRES. 12- Ciphering Mode Command: Đây là lệnh từ MSC/VLR yêu cầu khoá mã đường vô tuyến. Lệnh có mang giá trị Kc sẽ được lưu giữ trong BTS, còn lệnh không có Kc được gửi tới MS trên kênh SDCCH. 13- Ciphering Mode Complete: MS gửi Kc đã tính toán được và gửi thông báo hoàn thành chế độ mã khoá (thông báo này cũng đã được mã khoá) trên kênh SDCCH. 14- Setup: Sự khởi đầu cuộc gọi được bắt đầu khi MS gửi thông báo Setup tới MS. Thông báo này chứa các thông tin yêu cầu dịch vụ thoại, số liệu, fax... 15- Call Confirmed: Nếu MS có các dịch vụ mà MSC yêu cầu nó sẽ gửi thông báo chấp nhận cuộc gọi tới MSC/VLR . 16- Assignment Request: MSC yêu cầu BSC thiết lập một kênh thoại tới MS. MSC dành riêng một kênh thoại trên đường PCM nối với BSC (giao diện A) để gửi mã nhận dạng mạch CIC. 17- Channel Activation: Nếu BSC tìm thấy kênh TCH trên giao tiếp vô tuyến nó sẽ gửi thông báo tới BTS yêu cầu kích hoạt kênh. 18- Channel activation acknowledge: BTS trả lời chấp nhận phân bố kênh. 19- Assignment Command: BTS gửi thông báo trên kênh SDCCH yêu cầu MS chuyển đến kênh TCH đã định. 20- Assignment Complete: MS chuyển đến kênh TCH do BSC ấn định, trước tiên nó gửi thông báo cho biết kênh này có dạng chuẩn và xác nhận sự ấn định kênh. 21- Radio Frequency Chanel Release/Release Acknowledgement: Sự huỷ bỏ kênh vô tuyến mang trên kênh SDCCH khi bắt đầu cuộc gọi và kênh này được đánh dấu “ rỗi ” trong BSC. 22- Alert: MS gửi thông báo này tới MSC đồng thời với việc tạo tín hiệu chuông tại máy di động. 23- Connect: Khi thuê bao di động trả lời ấn phím nhấc máy, chuông báo ghép nối được gửi tới MSC/ VLR. Lúc này cuộc gọi hoàn toàn được thiết lập trên kênh TCH. *Thông tin hệ thống : Mục đích của chức năng này là cung cấp cho trạm di động các thông tin về hệ thống. Các thông tin này là các số liệu về mạng mà MS cần phải biết trong các trưòng hợp thông tin. Thông tin hệ thống được phát liên tục trên kênh BCCH và SACCH cho tất cả các MS trong vùng phủ sóng. Các thông số trong hệ thống có thể thay đổi bằng lệnh của người vận hành, các số liệu cố định của hệ thống được điều khiển chung trong BSC. 1-9. Các trường hợp thông tin: * MS tắt máy hoặc ở ngoài vùng phục vụ: Mạng không thể tiếp cận đến máy di động vì nó không trả lời thông báo tìm gọi (Paging), nó cũng không gửi thông báo cập nhật vị trí. Mạng cho rằng MS đã rời mạng. * MS bật máy, trạng thái rỗi: Hệ thống có thể tìm gọi MS, nó được coi là đã nhập mạng. Trong khi chuyển động, MS liên tục kiểm tra xem nó có luôn được nối với một kênh quảng bá BCCH trên TS0 của tần số fo của một ô nào đó hay không. Trong trạng thái này, MS cũng thông báo cho hệ thống những thông tin về cập nhật vị trí sau những khoảng thời gian nhất định. * MS bận: Có một kênh TCH song công nối giữa mạng và MS. Khi chuyển động MS có thể chuyển đến một kênh thông tin mới. Quá trình này được gọi là Handover được quyết định nhờ những thông số đo đạc từ MS và BTS. * Cập nhật vị trí: Khi MS đang ở trạng thái bật máy, rỗi và chuyển động theo một phương liên tục. Nó được khoá đến một tần số nhất định có CCCH và BCH ở khe thời gian TS0. Khi rời xa BTS nối với nó thì cường độ tín hiệu thu sẽ giảm dần. ở một điểm biên giới lý thuyết giữa 2 ô cường độ tín hiệu thu được sẽ giảm đến mức mà MS sẽ quyết định chuyển sang một tần số mới thuộc một trong các ô lân cận có cường độ tín hiệu lớn hơn tần số cũ. Sau khi tự khoá đến tần số mới này, MS lại tiếp tục nghe các thông báo tìm gọi và các thông tin hệ thống. Quyết định về việc thay đổi tần số vô tuyến của MS không cần thông báo cho mạng trừ khi tần số mới và tần số cũ không cùng thuộc một vùng định vị LA. MS nhận biết điều này khi tìm hiểu số nhận dạng vùng định vị LAI trong thông tin hệ thống phát trên các kênh BCH. Khi đó MS sẽ thâm nhập mạng để cập nhật vị trí của mình ở MSC/VLR. Đó là quá trình cập nhật vị trí. Có 2 trường hợp phải cập nhật vị trí: - Di chuyển giữa các vùng định vị khác nhau của cùng một MSC/VLR. Vùng định vị của MS được ghi ở VLR. Vì MS không chuyển đến vùng phục vụ mới nên quá trình cập nhật vị trí là MS gửi thông báo yêu cầu cập nhật vị trí và giá trị LAI mới, MSC tiếp nhận thông báo cập nhật giá trị mới này trong cơ sở dữ liệu của VLR và gửi thông báo cập nhật vị trí. - Roaming giữa 2 vùng phục vụ MSC/VLR. MS gửi thông báo yêu cầu cập nhật vị trí cho MSC/VLR mới cùng với các số nhận dạng của nó. MSC/VLR sẽ gửi các thông tin này đến HLR của mạng yêu cầu nhận thực. Sau khi HLR gửi thông báo xác nhận thuê bao là hợp lệ và đã đăng ký trong mạng cho MSC/VLR hiện thời đồng thời xoá giá trị vùng phục vụ MSC/VLR cũ thay bằng giá trị mới. VLR cũng ghi các số liệu của MS vào cơ sở dữ liệu của nó như là một thuê bao tạm thời và gửi thông báo xác nhận cập nhật vị trí cho MS. * Thủ tục nhập mạng đăng ký lần đầu: Khi MS bật máy, nó sẽ quét tất cả 124 tần số trong GSM. Nó chọn tần số có cường độ tín hiệu lớn nhất mang kênh BCH/CCCH, hiệu chỉnh lại tần số đúng và thông tin đồng bộ. Sau đó nó lập tức cố gắng thâm nhập mạng bằng cách gửi thông báo cập nhật vị trí - nhập mạng đến MSC/VLR. Lúc này MSC/VLR chưa có thông tin gì về MS này. HLR gửi thông báo xác nhận cập nhật vị trí cho MSC/VLR. Từ đây MSC/VLR coi rằng MS đã hoạt động và đánh dấu trường dữ liệu của MS bằng một cờ nhập mạng có địa chỉ theo IMSI. * Thủ tục rời mạng: Khi tắt nguồn máy hoặc ra khỏi vùng phủ sóng, MS sẽ gửi thông báo cuối cùng chứa yêu cầu cho thủ tục rời mạng và các số nhận dạng của nó. Khi thu được thông báo này, MSC/VLR sẽ đánh dấu cờ địa chỉ rời mạng vào địa chỉ IMSI tương ứng trong VLR. Trường hợp này HLR không được thông báo và cũng không có thông báo xác nhận cập nhật vị trí gửi tới MS. Khi có cuộc gọi kết cuối ở MS này vì có cờ rời mạng nên thông báo tìm gọi sẽ không được phát ra và làm giảm tải trên các trung kế và kênh quảng bá. * Cuộc gọi từ MS: Giả sử MS đang hoạt động ở trạng thái rỗi, người sử dụng quay tất cả các chữ số của thuê bao B và bắt đầu các thủ tục cho cuộc gọi bằng cách ấn phím nhấc máy (Yes). Khi đó MS sẽ gửi thông báo đầu tiên trên kênh RACH để yêu cầu thâm nhập. MSC nhận thông báo này và yêu cầu BSC cấp cho MS một kênh SDCCH để cho các thủ tục nhận thực và đánh dấu trạng thái bận cho thuê bao này tránh việc phát các thông báo tìm gọi lúc này. BSC gửi thông báo chấp nhận thâm nhập trên kênh AGCH cho MS trong đó có thông tin về kênh SDCCH. Các số nhận dạng được MS gửi đến MSC/VLR trên kênh SDCCH cho các thủ tục nhận thực. Nếu thuê bao chủ gọi là hợp lệ đã đăng ký sử dụng mạng PLMN thì MSC/VLR sẽ chấp nhận yêu cầu thâm nhập. Lúc này MS mới gửi thông báo thiết lập cuộc gọi và các chữ số của thuê bao B. MSC định tuyến cuộc gọi tới GMSC, tuỳ theo thuê bao B là di động hay cố định mà số của nó sẽ được phân tích trực tiếp ở GMSC hay được tiếp tục định tuyến đến tổng đài quá giang của mạng PLMN. Khi kênh đã nối sẵn sàng thì thông báo thiết lập cuộc gọi từ MS được MSC công nhận và cấp cho MS một kênh TCH riêng. Sau khi đó là đợi tín hiệu khẳng định từ thuê bao B. * Gọi đến MS: Ta lấy ví dụ về một cuộc gọi từ thuê bao A cố định của mạng PSTN tới thuê bao B của mạng PLMN. Thuê bao A quay mã quốc gia và mã vùng trong nước theo sơ đồ đánh số của mạng PSTN để đạt được mạng PLMN. Nối thông được thiết lập từ tổng đài nội hạt của thuê bao B tới GMSC của mạng GSM/PLMN. ở GSMC sẽ phân tích số thuê bao di động B - MSISDN do thuê bao A quay. Bằng chức năng hỏi đáp dùng tín hiệu số 7, GMSC sẽ gửi số MSISDN sang số nhận dạng thuê bao di động IMSI sau đó sẽ gửi IMSI này đến VLR vùng phục phục vụ hiện thời của MS (giá trị vùng phục vụ này được ghi trong trường dữ liệu của MS trong HLR) yêu cầu cung cấp số Roaming MSRN của MS. VLR gửi trở lại MS số MSRN. HLR lại gửi MSRN đến cho GMSC. Căn cứ vào số MSRN mà GMSC sẽ tiếp tục định tuyến cuộc gọi tới vùng phục vụ nơi MS hiện đang có mặt. MSC này hỏi VLR của nó vùng định vị của MS theo địa chỉ IMSI được VLR cung cấp số nhận dạng vùng định vị LAI. Ngoài ra VLR còn kiểm tra các cờ xem MS đang thâm nhập mạng hay rời mạng, bận hay rỗi. Nếu MS đang ở trạng thái rời mạng hoặc đang bận thì MSC sẽ gửi thông báo tương ứng với trạng thái của MS rằng cuộc gọi không thành công. Ngược lại nếu MS đang ở trạng thái nhập mạng hay đang rỗi thì MSC/VLR sẽ gửi thông báo tìm gọi đến MSC chứa vùng định vị có số nhận dạng LAI. BSC gửi tiếp thông báo này đến tất cả BTS trong vùng định vị để các BTS phát quảng bá thông báo tìm gọi này trên các kênh PCH. Khi trạm di động rỗi và đang nghe kênh PCH phát quảng bá ở một trong số các ô trong vùng định vị, nó sẽ nhận được thông báo tìm gọi nhận dạng IMSI trong thông báo này và trả lời thông báo tìm gọi. Tiếp đó là các thủ tục thiết lập cuộc gọi, ấn định kênh v...v..và sau khi được cung cấp một kênh TCH thì cuộc gọi bắt đầu được nối thông. * Các trường hợp Handover: Khi một trạm di động đang ở trạng thái bận và rời xa dần BTS mà nó đang nối ở đường vô tuyến bằng các kênh TCH và SACCH, chất lượng đường vô tuyến ngày càng giảm dần. Khi đó mạng sẽ đảm bảo việc chuyển kênh thông tin sang một kênh vô tuyến mới có chất lượng tốt hơn. Quá trình chuyển cuộc gọi đến một kênh vô tuyến khác gọi là Handover. Mạng quyết định Handover nhờ các thông số đo cường độ và chất lượng truyền dẫn vô tuyến từ MS và BTS (các thông báo đo). Khi Handover, tốc độ số liệu điều khiển cần trao đổi lớn mà kênh SDCCH không đáp ứng được thì hệ thống sẽ sử dụng kênh FACCH để trao đổi thông tin điều khiển. Có thể xảy ra các khả năng Handover sau: + Handover trong cùng một BSC: Trong trường hợp này BSC phải thiết lập đường nối tới BTS mới, ấn định một kênh TCH của BTS này để chuẩn bị Handover và lệnh cho MS chuyển tần số sang kênh vô tuyến mới đồng thời cũng chỉ ra khe thời gian của kênh TCH này. Handover dẫn đến việc thay đổi vùng định vị, MS sẽ thông báo cho MSC/VLR để cập nhật vị trí. + Handover giữa các BSC cùng một MSC/VLR: Mạng phải can thiệp nhiều hơn khi quyết định Handover. BSC yêu cầu chuyển giao từ MSC/VLR, sau đó một đường nối mới từ MSC---BSC mới---BTS mới được thiết lập và một kênh TCH được dành cho Handover trên giao tiếp vô tuyến. Sau đó MS được lệnh chuyển đến tần số mới với TCH mới. Sau khi Handover xong MS sẽ gửi thông báo về các ô lân cận. Yêu cầu cập nhật vị trí nếu có cũng được thực hiện từ MS. + Handover giữa hai vùng phục vụ MSC/VLR: Đây là trường hợp phức tạp nhất với nhiều tín hiệu được trao đổi trước khi chuyển giao. Ta xét hai tổng đài MSC/VLR - tổng đài phục vụ và tổng đài đích. MSC phục vụ khi phát hiện yêu cầu Handover sẽ gửi yêu cầu này đến MSC đích. MSC đích sẽ đảm nhận việc chuẩn bị kênh mặt đất với BTS chứa sóng mang cần chuyển giao và cung cấp kênh TCH trên giao tiếp vô tuyến. Sau khi thiết lập xong các kênh trên và kênh nối giữa hai tổng đài, MSC phục vụ sẽ định tuyến lại cuộc gọi tới MSC đích và gửi lệnh Handover tới MS. 1-10. Khái quát về dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS). 1.10.1 Thế nào là GPRS: (General Packet Radio Service – Dịch vụ vô tuyến gói chung). Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS là một dịch vụ đã được chuẩn hoá theo ETSI - Viện định chuẩn thông tin châu âu , cho phép truyền dẫn số liệu với các đặc trưng chuyển mạch gói , nghĩa là cung cấp phương pháp truy nhập vô tuyến gói cho các thuê bao GSM . Với dịch vụ này thông tin di động dễ dàng truy nhập vào mạng internet, intranet và truyền dữ liệu cho nhau nhờ tốc độ của mạng đã đạt trên 115Kb/s và có cổng đấu nối trực tiếp sang các mạng dữ liệu khác. Như vậy GPRS là cấu trúc bổ sung vào mạng GSM, mà cụ thể là bổ sung chuyển mạch gói cho chuyển mạch kênh MSC. 1.10.2 Lý do tiến tới GPRS: Các dịch vụ dữ liệu GSM hiện tại sử dụng giao diện vô tuyến chuyển mạch kênh để truyền dẫn số liêụ với tốc độ 14,4Kb/s cho một khe thời gian TDMA.Tốc độ này gần đây đã được tăng lên 38,4Kb/s nhờ sử dụng đa khe thời gian để truyền dữ liệu tốc độ cao (High Sped Circuit Switch Data - HSCSD ). Tuy vậy cách sử dụng đường dẫn vô tuyến (giao diện vô tuyến) trong chế độ chuyển mạch kênh của GSM hiện tại là không hiệu của đối với những đường truyền dẫn không liên tục. Nói cách khác đối với các dịch vụ ở chế độ chuyển mạch gối, ví dụ như bản tin ngắn, khả năng vận chuyển dữ liệu của hệ thống GSM là không đáp ứng. Tóm lại giới hạn của của GSM là sử dụng chuyển mạch kênh để tiếp nối với điện thoại cố định , mỗi một cuộc gọi chiếm một khe thời gian (mà tốc độ tối đa là 14,4 Kb/s cho mỗi khe thời gian). Vì vậy chỉ đảm bảo một số dịch vụ như thoại, fax ... và có vai trò là một mạng kết nối phục vụ mục đích truyền thông tin từ thuê bao đến thuê bao. Trong khi đó xu hướng phát triển của các mạng thông tin di động và cố định là đạt được tốc độ truyền dữ liệu cao để đáp ứng dung lượng thuê bao đang tăng lên nhanh chóng. Dự báo rằng vào đầu thế kỷ XXI này sẽ có khoảng 1 tỷ thuê bao đi động . Điều đó nói lên rằng có một yêu cầu cấp thiết đối với hệ thống thông tin chuyển mạch gói. Công nghệ GSM hiện tại không thích hợp cho các hệ thống dung lượng cao, giá thấp, mềm dẻo, linh hoạt của chuyển mạch gói như vậy. Thêm vào đó người sử dụng trong thời đại mới đạt yêu cầu kết nối thuê bao với các công ty dịch vụ ( là các nhà cung cấp dịch vụ mà lớn nhất là Internet ), kết nối thuê bao với các Intranet (văn phòng, ngân hàng....) để làm việc, để chuyển khoản và muốn được trả tiền theo số lượng gói dữ liệu, chứ không phải trả tiền theo thời gian sử dụng trước. 1.10.3 Các giải pháp phát triển thông tin di động từ GSM. Bỏ dần dần công nghệ GSM chuyển sang công nghệ CDMA Tận dụng mạng GSM đã đầu tư, áp dụng GPRS, sau đó là EDGE và cuối cùng nâng cấp lên CDMA. Giải pháp này cho phép các công ty di động GSM có thời gian thu hồi vốn , từng bước đầu tư phát triển công nghệ , giải pháp này phù hợp với hoàn cảnh Việt Nam. 1.10.4 Động lực thúc đẩy GPRS. Như đã trình bày ở trên, yếu tố đầu tiên đòi hỏi áp dụng GPRS là vấn đề tốc độ truyền dữ liệu. Thông thường mạng GSM cũng cho phép truyền dữ liệu , truy xuất Internet thông qua khối IWU (Internet Working Unit) ở MSC. Tuy nhiên tốc độ truyền dẫn của cấu trúc chuyển mạch tổng đài hiện đại của mạng GSM bị hạn chế từ 9,6 Kb/s đến 14,4Kb/s. Trong trường hợp tốc độ truyền dữ liệu thay đổi từ vài byte đến trên 100 Kb/s thì chuyển mạch tổng đài ( Circuit Swiched) sẽ không đáp ứng được mà phải thay thế bằng cấu trúc chuyển mạch gói ( Packed Switching) của mạng GPRS. Ưu điểm của GPRS là đạt được tốc độ truyền dẫn cao. Bởi vì GPRS không cần một kết nối đầy đủ đầu cuối - đầu cuối, do đó một kênh không chỉ dành cho một người sử dụng trong khoảng thời gian tồn tại một cuộc gọi . Điều này cho phép tài nguyên vô tuyến được chia sẻ bởi tất cả các trạm di động (MS) Với cách sử dụng tài nguyên mềm dẻo này, GPRS đã làm “hỏng” cấu trúc TDMA cố định trong giao diện vô tuyến. Điều này dẫn đến tốc độ truyền dữ liệu trong GPRS tăng lên tới 160 Kb/s (bằng cách sử dụng tối đa 8 khe thời gian TDMA và mỗi khe có tốc độ 21 Kb/s). Hiệu quả tăng lên và tốc độ bít cao hơn và hầu như độc lập với cả giá cả dẫn tới sự thay đổi của các dịch vụ sóng mang chuyển mạch kênh qua dịch vụ GPRS. Hai hướng phát triển cơ bản cho hai dịch vụ là: Tăng hiệu quả sử dụng các kênh vô tuyến GSM do chia sẻ tài nguyên giữa các trạm MS . Cơ chế tính cước dựa trên lượng dữ liệu được truyền chứ không phải dựa vào thời gian kết nối. Một động lực nữa mà thúc đẩy GPRS là nó đồng thời có ích cho những người điều hành mạng, vì họ có thể sử dụng tài nguyên khan hiếm của họ một cách có hiệu quả hơn bằng cách cho phép chia sẻ tài nguyên giữa các thuê bao của họ. 1.10.5 Các yêu cầu đối GPRS. Về cơ bản GPRS cho phép thuê bao gửi và thu dữ liệu ở chế độ vận chuyển gói đầu cuối - đầu cuối. Bên trong GPRS có 2 dạng dịch vụ sóng mang khác nhau là: -Điểm nối điểm (PTP) -Điểm nối đa điểm (PTM) GPRS có thể đáp ứng yêu cầu cơ bản của 2 nhóm đặc trưng , đó là yêu cầu của người sử dụng và yêu cầu của người điều hành mạng . + Các yêu cầu đối với người sử dụng : Tính cước trên số lượng Đáp ứng hầu hết các ứng dụng hiện đại Mền dẻo với các dịch vụ mới và các ứng dụng mới. Định tuyến (Roaming) không ranh giới diện rộng. Truyền dẫn định hướng kết nối và không kết nối Truyền dẫn PTP và PTM Phục vụ cho nhiều lớp sử dụng + Các yêu cầu đối với người điều hành mạng: Tập trung thị trường (theo GSM). Hiệu quả sử dụng tài nguyên khan hiếm Tăng lợi nhuận trên một đơn vị phổ ( tăng hiệu quả phổ) Mềm dẻo với các ứng dụng dịch vụ mới Linh động cung cấp các yêu cầu biến đổi Tiêu chuẩn có tính mở. Kiến trúc mềm dẻo và quy mô Không có sự thay đổi ở những lớp giao thức thấp. 1.10.6 Thị trường và ứng dụng : + Mạng máy tính không dây: Các văn phòng lưu động. Truy nhập mạng cơ quan (Ví dụ : email). Nhắn tin thời gian thực. Truy nhập Internet. Phục hồi thông tin Cung cấp hiệu quả ứng dụng Java Giao thức tài chính Thẻ tín dụng Mua bán điện tử đặt trước Giải trí + Điều khiển từ xa (GPRS tích hợp trong thiết bị) Thiết kế định kỳ. Chỉ thị lỗi. Cảnh báo trộm. Điều khiển từ xa : đo đạc , đọc số + Các ứng dụng khác: Bản tin thời sự , thời tiết , thể thao . Thông tin về tầu xe, hàng không . Xổ số trực tuyến. Quảng cáo thương mại Với GPRS người điều hành mạng sẽ phải đối phó với sự phát triển nhanh từ các dịch vụ dữ liệu chuyển mạch kênh sang chuyển mạch gói. Các ứng dụng dựa trên MSS sẽ được cung cấp bởi GPRS. GPRS còn cung cấp không chỉ các dịch vụ dữ liệu hiệu quả mà còn các dịch vụ mạng cho từng ứng dụng mới. Các dịch vụ từ xa được đáp ứng bởi GPRS , các dịch vụ mạng PTP và PTM được tính cước dựa trên dung lượng khác với chuyển mạch kênh tính cước theo thời gian . Cả thiết bị tĩnh (không dây) và đồng đều sử dụng GPRS một cách có hiệu quả. chương Ii phương pháp quy hoạch mạng thông tin di động GSM 2-1 Giới thiệu. Trong mạng điện thoại di động GSM, do sự phân bố địa lý của các máy di động, tính chất lưu lượng của các thuê bao và chất lượng cần thiết, sự phủ vật lý để phục vụ tạo nên số liệu ban đầu để quy hoạch mạng . Trước hết toàn bộ quy hoạch mạng được xây dựng trên sơ đồ chuẩn, nghĩa là mô hình lý thuyết dựa trên bố trí địa lý của cấu trúc mạng trạm thu phát gốc (BTS) được đề xuất và ấn định tần số sẽ đảm bảo bước thành công ban đầu trong quá trình quy hoạch . Hình dạng của các ô ở sơ đồ chuẩn này phụ thuộc vào kiểu anten và công suất ra của từng trạm gốc. Hai dạng anten thường được sử dụng là anten vô hướng phát đẳng hướng , và anten có hướng tập trung năng lượng ở các giẻ quạt. Nếu chúng ta có hai BTS với các anten vô hướng và ta yêu cầu ranh giới giữa vùng phủ của các BTS và tập hợp các điểm mà ở đó cường độ tín hiệu của cả hai BTS như nhau thì ta được một đường thẳng . Nếu ta lập lại quy trình nói trên bằng cách đặt 6 BTS nữa xung quanh BTS gốc thì vùng phủ nhận đưọc (ô) có dạng hình lục giác như (hình 2-1) Hình 2.1 Biên giới giữa hai ô vô hướng ở mặt ngang Các lục giác trở thành một dạng ký hiệu cho một ô ở mạng vô tuyến. Nhưng quy hoạch trong thực tiễn phải xem xét đến vấn đề là truyền sóng vô tuyến rất phụ thuộc vào địa hình , các tính chất không đồng nhất của bề mặt mặt đất, và vì thế các hình lục giác là các mô hình hết sức đơn giản của các hình mẫu phủ vô tuyến. Ngoài sơ đồ địa lý chuẩn dựa trên các hình lục giác hay các mẫu địa lý khác cho ta cách nhìn ban đầu toàn diện để quy hoạch hệ thống. 2-2 Lưu đồ công việc quy hoạch ô Có thể chia lưu đồ quy hoạch ô theo danh mục công việc sau Sơ bộ phân bố kênh và vị trí đài trạm theo tính chất lưu lượng , số thuê bao và chất lượng phục vụ cần thiết. Quyết định mẫu sử dụng lại tần số, nghĩa là ấn định tần số và ấn định vị trí kênh lôgíc. Dự kiến vùng phủ sóng trên cơ sở số liệu về đài trạm dự kiến ( Toạ độ, chiều cao, anten ...) và hạn chế do phân tán thời gian gây ra. Nghiên cứu nhiễu giao thoa : C/(I+R+A) Nhiễu giao thoa đồng kênh : C/I Phản xạ : C/R Nhiễu giao thao kênh lân cận : C/A Khảo sát mạng : Kiểm tra các điều kiện đài trạm và môi trường vô tuyến . Xây dựng sơ đồ mạng trên cơ sở các đài trạm phù hợp . Nghiên cứu các thông số ấn định . Đo đạc vô tuyến . Vùng phủ vô tuyến cuối cùng và các dự đoán : C/ (I+R+A). Hoàn thiện các tư liệu thiết kế ô. Lưu đồ các công việc quy hoạch ô được cho ở (hình 2-2) Hình 2.2: Lưu đồ danh mục các công việc quy hoạch ô 2-3 Tính toán lưu lượng ô 2-3-1 Dự đoán tải lưu lượng : Lưu lượng được đo bằng Erlang (Erl) . Công thức tính Erlang như sau: A = n x t / T Trong đó : A là lưu lượng đo bằng Erlang , n là số cuộc gọi , t là thời gian giữ trung bình cuộc gọi, T thời gian đo (thường T = 3600s) . Thời gian giữ có thể được coi là thời gian hội thoại. ở châu Âu thời gian này trung bình từ 50s đến 90s . Từ công thức trên ta thấy rằng nếu một kênh bị chiếm liên tục thì kênh này mang dung lượng cực đaị một giờ gọi trên một giờ, 1Erl. Tồn tại ba khái niệm lưu lượng : Lưu lượng phục vụ, Lưu lượng được truyền và lưu lượng bị chặn. Lưu lượng phục vụ là tổng lưu lượng phục vụ cho tất cả mọi người sử dụng. Lưu lượng được truyền là lưu lượng được kênh truyền, Lưu lượng bị chặn là lưu lượng bị chặn trong quá trình thiết lập cuộc gọi mà không được truyền ngay lập tức. Vậy : Lưu lượng phục vụ = Lưu lượng được truyền + Lưu lượng bị chặn 2-3-2 Cấp bậc phục vụ , GOS (Grade Of Service). Có thể coi cấp bậc phục vụ là xác suất chặn cuộc gọi . Nếu coi rằng A là lưu lượng phục vụ, thì: Lưu lượng bị chặn = A(1- GoS) Tính toán lưu lượng khi cuộc gọi bị chặn bị mất được thực hiện theo mô hình Erlang B thường được cho ở dạng bảng. Từ bảng này ta thấy nếu số kênh là 6 , GoS = 2% thì A = 2,277, vì thế Lưu lượng được truyền = A(1- GoS) = 2,277(1 – 0,02) = 2,2315 Erl. Vậy hiệu suất sử dụng kênh là: 2,2315/6 = 0,37 hay 37% Nếu cấp bậc phục vụ tồi hơn, 10% chẳng hạn ,thì đối với 6 kênh ta được A = 3,758 Erl. Lưu lượng được truyền = 3,758(1 – 0,1) = 3,3822 Erl. Vậy hiệu suất sử dụng kênh là 3,3822/6 = 0,56 hay 56%. Vậy cấp bậc phục vụ càng thấp thì hiệu suất sử dụng kênh càng cao. * Dung lượng Traffic của trung kế- dung lượng thuê bao. Khái niệm trung kế trong GSM có thể hiểu là các Time Slot dành cho các kênh mang tiếng và số liệu TCH. Các thuê bao khi thực hiện cuộc gọi sẽ được ấn định ở một TS tức một kênh nhất định. Nếu như trung kế có 33 kênh cùng hoạt động thì thuê bao di động có thể sử dụng bất cứ kênh nào mà hiện tại đang rỗi. Gỉa sử có 1000 thuê bao di động và mỗi thuê bao di động cần một lưu lượng là 33mErlang do vậy nó có thể tải 100% thời gian của 33 kênh này. Điều quan trọng là phải biết được với lưu lượng Traffic là bao nhiêu để có thể mang những kênh này nếu ta sử dụng cấp độ dịch vụ GOS là 2%. Bảng GOS sẽ giúp ta tính được lưu lượng (Erlang) theo số kênh (n) khác nhau và cấp độ dịch vụ (khả năng ứ nghẽn cuộc gọi E) GOS khác nhau. Ví dụ: Số kênh n=30 Nghẽn GOS=2% Tra bảng ta được lưu lượng N=21,93 Erlang. Từ đó ta có thể tính được dung lượng (số lượng) thuê bao cần phục vụ. Vì mỗi thuê bao di động cần một lưu lượng là: A=0,033 Erlang - do đó với dung lượng Trafic của trung kế là: N=21,93 Erlang thì có thể phục vụ được số thuê bao là: S=N/A=N/0,033 (Thuê bao) Theo ví dụ trên số thuê bao sẽ là: S=21,93/0,033=664 Thuê bao Như vậy ta có thể tính được số thuê bao cần được phục vụ theo số kênh TCH cần thiết từ đó có phương hướng để định cỡ dung lượng mạng. 2-4 Chia ô. Đầu tiên khi ta thiết kế mạng thì vị trí của BTS thường ở vị trí trung tâm của ô và sử dụng anten đẳng hướng. Khi mạng phát triển lớn hơn, yêu cầu dung lượng cao hơn , đòi hỏi phải sử dụng lại nhiều tần số sóng mang hơn hoặc sử dụng lại tần số đã có (đây là các giải quyết thực tế). Hơn nữa sự phân bố lại sóng mang không an toàn . Việc thay đổi hoặc quy hoạch tần số có quan hệ mật thiết với tỷ lệ C/I . Các tần số không được phân bố cho ô một cách ngẫu nhiên. Để đạt được việc sử dụng lại tần số cao , phải được thực hiện một cách thủ công . Cách đơn giản là chia ô . Ví dụ chia 3 như (hình vẽ 2-3) Omni Cell split phase 0 Cell split phase 1 Một site BTS sử dụng anten đẳng hướng có thể được chia nhỏ hơn . Khi đó sử dụng anten định hướng 120 độ quạt . Mặc dù các ô được phục vụ bởi một site chung như chức năng mạng của chúng được phân tích . Vì ô ban đầu được chia thành 3 do vậy số lần sử dụng lại sóng mangcũng tăng nên 3 lần . Việc này dẫn tới việc tăng khả năng xử lý lưu lượng của mạng mà không cần phải thêm BTS mới. Mạng càng phát triển thì ô càng được chia nhỏ hơn. Việc chia ô sử dụng anten sector để phục vụ cho 3 ô từ một site chung làm giảm nhiễu đồng kênh . Bởi vậy tỷ lệ C/I được cải thiện đáng kể. 2-5 Kích thước ô. Kích thước ô liên quan đến : Mật độ lưu lượng dự đoán. Các kênh vô tuyến sẵn sàng. Cân bằng hệ thống và quỹ công suất. Độ cao của anten trạm gốc. Vị trí của ô cũng có quan hệ tới kích thước của ô Vùng mạng PLMN được chia thành nhiều ô vô tuyến nhỏ và có bán kính từ 350m đến 35km . Kích thước trên của các ô phụ thuộc vào cấu tạo địa hình và lưu lượng thông tin . Mỗi ô vô tuyến tương ứng với một trạm thu phát gốc cơ sở (BTS), tuỳ theo cấu tạo anten mà ta phân loại BTS như sau: -BTS ommi với anten vô hướng , nó bức xạ ra toàn không gian với góc định hướng của nó là : 360 độ. -BTS sector với 2 hoặc 3 anten định hướng 180 độ hay 120 độ . 2-6 Mẫu tái sử dụng tần số. ở giai đoạn đầu của việc quy hoạch tần số , người ta chia vùng địa lý thành các cụm ô có cấu trúc giống nhau và phân bố sóng mang trong các cụm ô sao cho mỗi ô trong cụm này sử dụng cùng các tần số sóng mang như ô tương ứng ở các cụm khác . Các cụm ô này được gọi là mẫu tái sử dụng tần số . Khoảng cách giữa các ô sử dụng cùng tần số được gọi là khoảng cách tái sử dụng tần số . Với R là bán kính Cell sử dụng lại tần số và D là khoảng cách giữa 2 cell sử dụng chung tần số, để hạn chế tỷ số C/I thì phải thoả mãn: Tổng quát khoảng cách này được tính theo công thức sau: Dreuse = R Trong đó : D là khoảng cách tái sử dụng tần số , R là bán kính ô , N là kích cỡ cụm bằng số ô ở cụm. D R A B C E E F G H Hình 2-4: Mẫu sử dụng lại tần số Trong mạng thông tin di động có 3 mẫu sử dụng lại tần số như sau: * Mẫu 3/9 : D = 5,2R * Mẫu 4/12 : D = 6R * Mẫu 7/21 : D =7,9R Diện tích vùng phủ sóng của 1 ô : S = 2,6.R2 Mạng GSM của Vinaphone sử dụng mẫu 4/12 - Mô hình 3/9: Sử dụng nhóm 9 tần số trong một mẫu sử dụng lại tần số 3 đài. - Mô hình 4/12: Sử dụng nhóm 12 tần số trong 1 mẫu sử dụng lại tần số 4 đài. - Mô hình 7/12: Sử dụng nhóm 21 tần số trong 1 mẫu sử dụng lại tần số 7 đài. . Mẫu ô 3/9 B1 B3 B2 A1 A3 A2 B11 B3 B2 A1 A1 A3 A2 B1 B2 C1 C2 C3 B3 A1 A3 A2 Hình 2-5: Mô hình sử dụng lại tần số 3/9. Hệ thống GSM đảm bảo cho phép nhiễu đồng kênh cao hơn , nên có thể quy hoạch mạng với các mẫu sử dụng lại tần số mà không thể quy hoạch ở các hệ thống tương tự. có thể sử dụng mẫu 3/9 với nhảy tần và thậm chí có thể không nhảy tần nếu thực hiện một cách cẩn thận . Điều này vẫn chưa được kiểm tra và có các hậu quả nghiêm trọng , giảm thấp ngưỡng C/I danh định đối với GSM và các hệ thống tương tự vẫn cần phải nói đến. . Mẫu ô 4/12 C1 B1 C3 C2 A1 A3 A2 B1 B3 B2 D1 D3 D2 B3 B2 C1 C3 C2 C1 C3 C2 B1 B3 B2 A1 A3 A2 D1 D3 D2 Hình 2-6 : Mô hình sử dụng lại tần số 4/12. . Mẫu ô 7/21 Sử dụng các nhóm 21 tần số , trong một mẫu sử dụng lại tần số 7 đài E1 E3 E2 F1 F3 F2 C1 C3 C2 G1 G3 G2 B1 B3 B2 D1 D3 D2 A1 A3 A2 E1 E3 E2 C1 C3 C2 D1 D3 D2 Hình 2-7 : Mô hình sử dụng lại tần số 7/12 . Quy định nhóm sử dụng tần số cho các mẫu tái sử dụng tần số được cho ở hình vẽ 2-8. Hình 2-8: Quy định nhóm tần số cho các mẫu tái sử dụng tần số Các ô được nhóm lại trong một mẫu lặp cụ thể hay còn gọi là cluster. các sóng mang hữu tuyến được phát đi giữa các ô của cluster theo một cách thức có hệ thống. Mỗi cluster sử dụng lại cùng tần số sóng mang vô tuyến đã được ấn định . Sử dụng các cluster nhỏ đảm bảo cho dung lượng của vủng phục vụ cao cho các tần số thường xuyên được sử dụng lại .Tuy nhiên tỷ lệ C/I thấp. Các cluster rộng đản bảo được tỷ số C/I tốt hơn nhưng dụng lượng lại thấp . Số lượng thuê bao ít do các tần số không được sử dụng lại một cách thường xuyên . Mặt thuận lợi của hệ thống GSM là khả năng làm việc với giá trị C/I thấp do có giao diện vô tuyến số. Nói chung các mẫu sử dụng lại tần số cho GSM là 3/9, 4/12 , 7/21. Mẫu 4/12 bao gồm 4 site, 12 ô, mỗi site phục vụ cho 3 ô. Mạng này phù hợp với mật độ trung bình , ít nhà cao tầng . Khoảng cách sử dụng cho mẫu này là D = 6R giá trị này lớn hơn mẫu 3/9. Do vậy giảm được nhiễu đồng kênh và nhiễu lân cận . Tuy nhiên dụng lượng nhỏ hơn . Ví dụ : mẫu ô 3/9 cho ở (hình 2-5) Mẫu ô 3/9 gồm 3 site, mỗi site phủ sóng 3 ô. Bảng 2.1 Ví dụ phân bố 24 tần số cho sơ đồ 3/9 Các nhóm tần số A1 B1 C1 A2 B2 C2 A3 B3 C3 Các kênh 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Nhìn vào hình vẽ và bảng phân bố tần số ta thấy 2 ô gần nhau cách nhau ít nhất là 1 kênh . Ví dụ ô C2 và ô B3. Các kênh trong cùng một ô cách nhau 9 kênh . Mẫu 3/9 có tần số trong cùng 1 ô lớn , khoảng cách giữa các tần số nhỏ hơn so với việc sử dụng mẫu 4/12. Khả năng nhiễu đồng kênh và nhiễu lân cận cao . Mẫu này được áp dụng cho vùng mật độ thuê bao cao , kích thước ô nhỏ. Tần số sóng mang được sử dụng lại ở tất cả các ô . Tuy nhiên do nhiễu đồng kênh để sử dụng lại tần số mà vẫn đảm bảo tỷ lệ C/I đòi hỏi phải có một khoảng cách nhất định như (hình 2-4) Kích thước ô nhỏ có điểm thuận lợi là số sóng mang lớn tần số sóng mang được sử dụng lại nhiều do đó dụng lượng của hệ thống cao . Tuy nhiên tỷ lệ C/I thấp. Ngược lại kích thước ô lớn thì số sóng mang lại nhỏ , sử dụng lại tần số ít, dung lượng của hệ thống thấp nhưng tỷ lệ C/I cao. * Chỉ định kênh cho mẫu sử dụng lại tần số: Nguyên tắc chỉ định kênh cho các mẫu sử dụng lại tần số là các tần số sóng mang trong cùng 1 BTS phải cách nhau M sóng mang và các tần số trong cùng 1 trạm (site) hay cùng vị trí phải cách nhau N sóng mang. Do băng tần của GSM là hạn chế do đó các nguyên tắc trên dẫn đến số sóng mang trong 1 Cell là hạn chế làm giảm khả năng phục vụ của Cell. Dưới đây là bảng chỉ định cho mẫu 4/12. Nhóm các tần số A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 A3 B3 C3 D3 Các kênh 1 13 25 2 14 26 3 15 27 4 16 28 5 17 29 6 18 . 7 19 . 8 20 . 9 21 10 22 11 23 12 24 Bảng 2-2: Chỉ định tần số cho các kênh Nhận xét: Mẫu 4/12 dùng nhóm 12 tần số: A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2, C3, D1, D2, D3. Trong đó được phép sử dụng lại 4 đài (Site): A, B, C, D. Ví dụ: Tần số 1 và 13 ở cell A1 cách nhau 12 sóng mang. Tần số 1 và 5 ở Site A cách nhau 4 sóng mang. * Khả năng áp dụng: - Mô hình 3/9: Số sóng mang trong cùng 1 Cell là tương đối lớn, tuy nhiên khoảng cách dải tần giữa các sóng mang là nhỏ do đó có nhiều khả năng gây nhiễu đồng kênh C/I và nhiễu kênh lân cận C/A. Khả năng áp dụng cho những vùng mật độ máy di động cao, kích thước Cell nhỏ nhưng vùng phủ sóng phải dễ dàng để tránh các nhiễu pha đinh. Mô hình này phù hợp phục vụ Indoor cho các khu nhà cao tầng. - Mô hình 4/12: Số kênh trong 1 Cell nhỏ hơn do đó sử dụng cho các vùng mật độ trung bình. Các vấn đề nhiễu đồng kênh ở đây không đáng ngại. Mô hình này có thể cho phép mở rộng kích thước cell phù hợp với mật độ trung bình và ít nhà cao tầng. Có thể phục vụ Indoor và Incar. 2-7 Phân bố tần số GSM. Trong thông tin di động GSM sự phân bố tần số được quy định nằm trong dải tần 890 đến 960 MHz với bố trí các kênh tần số như sau: fL = 890MHz + (0,2MHz).n n = 0,1,2,3,...,124 fU = fL + 45MHz Bao gồm 125 kênh đánh số từ 0 đến 124, kênh 0 dành cho khoảng bảo vệ nên không sử dụng. Trong đó fL là tần số ở bán băng tần thấp dành cho đường lên (từ trạm di động đến trạm BTS), fU là tần số ở bán băng tần cao dành cho đường xuống (từ BTS đến trạm di động ). Như vậy ta thấy dải tần số của mạng GSM là có hạn . Muốn tăng dung lượng trong mạng này hay nói cách khác là mở rộng dung lượng trong mạng ta phải có các giải pháp thích hợp và thực tế. Để đảm bảo sao cho phù hợp với tình thực tiễn , đảm bảo về mặt kỹ thuật , chất lượng thông tin ...đạt được hiệu quả sử dung cao nhất với băng tần được cấp phát . Điều này trở thành một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến giá thành dịch vụ . 2-8 Các mức công suất phát. Các mức công suất phát được cho ở bảng sau: Bảng 2.3: Các mức công suất ở hệ thống GSM Loại công suất Công suất phát cực đại của một trạm di động (dBm) Công suất phát cực đại của BTS (dBm) 1 20W(43) 320W(55) 2 8W(39) 160W(52) 3 5W(37) 80W(49) 4 2W(33) 40W(46) 5 0,8W(39) 20W(43) 6 10W(40) 7 5W(37) 8 2,5W(34) 2-9 Tỷ số sóng mang trên nhiễu C/I. C/I là tỷ số giữa công suất sóng mang của tín hiệu hữu ích và nhiễu đồng kênh (cùng kênh ). C/I = 10lg(Pc/PA) dB ở GSM để đảm bảo hoạt dộng bình thường của thiết bị vô tuyến tỷ số này thấp nhất phải bằng 9 dB nếu có các biện pháp nhảy tần và phát không liên tục , nếu không nó phải bằng 12 dB. Tỷ số này phụ thuộc vào khoảng cách tái sử dụng tần số mà ta đã xét ở trên . Như vậy một hệ thông GSM với các cụm có kích cỡ 3 hoặc 4 ô vẫn hoạt động nếu có thêm các kỹ thuật giản nhiễu như điều kiển công suất động , phát không liên tục và nhảy tần. Tỷ số sóng mang trên nhiễu kênh lân cận C/A. C/A là tỷ số sóng mang trên nhiễu lân cận : C/A = 10lg(Pc/PA) dB GSM đòi hỏi ngưỡng của tỷ số này phải bằng –9dB, tuy nhiên trong thực tế các nhà khai thác nên sử dụng tỷ số ngưỡng là 3dB Tỷ số sóng mang trên phản xạ C/R. Đây là tỷ số giữa sóng đi thẳng và sóng phản xạ: C/R = 10lg(Pc/Pr ). Đối với GSM khuyến nghị nên sử dụng ngưỡng là 9 dB tốt hơn. 2-10 Tính toán kích cỡ kênh. Tính toán kích cỡ kênh SDCCH. Vì ở kênh SDCCH dễ sảy ra ứ nghẽn dẫn đến máy di động không thể thâm nhập mạng trong quá trình thiết lập cuộc gọi , nên sác suất chặn đối với kênh này phải nhỏ hơn nhiều so với kênh lưu lượng hay nói một cách khác GoS phải tốt hơn. Chẳng hạn : * Đối với cấu hình SDCCH/8, GoS phải tốt hơn so với TCH từ 3 đến 5 lần. * Đối với cấu hình SDCCH/4, GoS phải tốt hơn so với TCH hai lần , thời gian chiếm giữ kênh SDCCH phụ thuộc vào hoạt động sảy ra ở kênh này. Trong thời gian điển hình được cho ở bảng dưới đây: Hoạt động Thiết lập cuộc gọi Cập nhập vị trí (tự động) Cập nhập vị trí (định kỳ) Nhập IMSI Rời bỏ IMSI Bản tin SMS Các dịch vụ bổ sung Thời gian giữ trung bình 2,5 3,5 3,5 3,5 3,0 6,5 2,5 Thí dụ : về tổng thời gian chiếm dụng kênh này trong giờ cao điểm được cho ở bảng dưới đây: Hoạt động của thuê bao Các thuê bao tích cực Số hoạt động trên một thuê bao Thời gian cho một hoạt động Tổng thời gian (s) Thiết lập cuộc gọi 80% 2 2,5 2x2,5x0,8 = 4 Cập nhật vị trí (tự động) 40% 1 3,5 1x3,5x0,4 = 1,4 Cập nhật vị trí (định kỳ) 60% 2 3,5 2x3,5x0,6 = 4,2 SMS 10% 1 6,5 1x6,5x0,1 = 0,65 Dịch vụ bổ sung 20% 1 2,5 1x2,5x0,2 = 0,5 Nhập IMSI 60% 1 3,5 1x3,5x0,6 = 2,1 Rời bỏ IMSI 30% 1 3,0 1x3,0x0,3 = 0,9 Tổng : 13,75 + 20% dự trữ = 16,5 s Vì vậy : Lưu lượng giờ cao điểm / thuê bao = 16,5/3600 = 4,58 mErl Ngoài các hoạt động nói trên , SDCCH còn được sử dụng để phát quảng bá tin tức trong một ô , hoạt động này có thể chiếm riêng một kênh SDCCH. Để minh hoạ ta xét thí dụ sau: Giả sử * Hoạt động ở giờ cao điểm là 30mErl/thuê bao/kênh TCH * 5mErl/ thuê bao/ SDCCH * GoS cho TCH là 3% * GoS cho SDCCH là 1% * Sử dụng 3 sóng mang * Sử dụng cấu hình SDCCH/8 với BCH ở TS0 và SDCCH/8 ở TS1 trên sóng mang thứ nhất. Từ cấu hình trên ta được số kênh TCH như sau: (3x8) – 2 = 22 kênh TCH/ô . Tra bảng Erlang B được : A cho TCH = 15,782 Erl tương ứng với số thuê bao có thể phục vụ là: 15,782/0,03 = 526 Số kênh SDCCH là 8 nên bảng Erlang B ta được : A cho SDCCH = 3,129 Erl tương ứng với số thuê bao là : 3,129/0,005 = 626. Vậy có thể dự trữ cho tương lai là (626 – 526) x 5mErl = 500mErl. Kênh CCCH (Kênh CCCH) bao gồm các kênh sau: * Đường xuống : PCH, AGCH. * Đường lên : RACCH. ở cấu hình không kết hợp khung (CCCH_ CONF 0 ) trong một đa khung có 9 khối CCCH với 4 cụm khối , còn ở cấu hình kết hợp đa khung (CCCH_CONF 1) có 3 khối khung CCCH với bốn cụm mỗi khối. Mỗi bản tin tìm gọi hay cho phép thâm nhập được truyền trên một khối bốn cụm . Trình tự ưu tiên các bản tin này như sau: Ưu tiên cao nhất: Các bản tin tìm gọi (PCH) Ưu tiên thứ hai : Các bản tin ấn định tức thì (AGCH) Ưu tiên thấp nhất: Các bản tin từ chối ấn định (AGCH) Ngoài ra cũng có thể dành riêng một số khối cho phép thâm nhập để tìm gọi không độc chiếm CCCH khi lưu lượng tìm gọi quá lớn . ở cấu hình không kết hợp có thể dành 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 khối , còn ở cấu hình kết hợp có thể dành 0,1,2,3 khối . Để tăng dung lượng CCCH có thể sử dụng thêm các khe 2,4,6 ở kênh tần số sóng mang BCCH. Tồn tại ba kiểu bản tin tìm gọi : * Kiểu 1: Có thể tìm hai MS bằng IMSI hoặc TMSI. * Kiểu 2: Có thể tìm 3 MS với một theo ISMI và hai theo TMSI * Kiểu 3 : Có thể tìm 4 MS chỉ bằng TMSI Các bản tin tìm gọi cho từng trạm di động được giử đến BSS để lưu giữ để được bản tin đầy đủ (kiểu 1,2,3) trong khoảng định thời có thể thay đổi bằng lập cấu hình . Sau đó được phát quảng bá trong LA. Thí dụ sau sẽ minh hoạ PCH. Giả sử: * Sử dụng cấu hình không kết hợp đa khung ( CCCH_CONF 0) với CCCH được truyền ở TS0. * Một khối CCCH được dành riêng cho phép thậm nhập * Bản tin tìm gọi kiểu 1. Ta tính dung lượng của PCH. Số bản tin tìm gọi cực đại trên một đa khung là : 9 – 1 = 8. Vậy số MS có thể tìm : 8 x 2 = 16. Một đa khung 51 khung có độ lâu là ≈ 235 ms , vậy dung lượng tìm gọi là: 16 x 1/0,235 = 68 MS/s. Tính toán kích cỡ kênh CCCH. Để tính toán cỡ kênh CCCH trước hết ta cần tính riêng cho PCH và AGCH sau đó kết hợp chung cả hai yêu cầu. Tính toán yêu cầu PCH Tính toán được thực hiện cho toàn bộ LA . Các thông số cần là: Dự báo lưu lượng giờ cao điểm , số tìm gọi /cuộc gọi , kiểu bản tin tìm gọi và dự trữ. Để minh hoạ ta xét thí dụ sau. Giả sử. * LA phục vụ cho 40.000 thuê bao (LA với tổng dung lượng 1000Erl và mỗi thuê bao sử dụng 25Erl ), số dự báo là 30% thuê bao nhận được một cuộc gọi trong một giờ. * Trung bình 2 bản tin tìm gọi trên một cuộc gọi . * Sử dụng bản tin tìm gọi 1. * Dự trữ 20% Từ dữ liệu trên ,tổng số bản tin tìm gọi trong một giờ cao điểm là: 40.000 x 0,3 x 2 = 12.000 bản tin/ giờ . Với 20% dự trữ thì cần phát : 1,2 x 12.000 = 14.400 bản tin/giờ, tương đương với 14.4000/3600 = 4 bản tin / s. Cấu hình 0 cho phép truyền 9 bản tin (chín khối) trong 235 ms (một đa khung) thừa đảm bảo cho trường hợp được xét. Tổng quát ta có công thức sau để xác định yêu cầu kênh tìm gọi: Yêu cầu kênh tìm gọi tính = (Số cuộc gọi x MT x PF x M ) theo số khối / đa khung (PMF x 3600 x 4,25 ) Số cuộc gọi : Số dự báo các cuộc gọi ở LA trong giờ cao điểm MT : Tỷ lệ các cuộc gọi kết cuối ở MS (30% chẳng hạn) PF : Thừa số xác định số bản tin trên cuộc gọi M : Dự trữ PMF : Thừa số bản tin tìm gọi xác định số MS được tìm gọi ở một bản tin, phụ thuộc vào kiểu bản tin (PNF = 2 cho kiểu 1) 4,25 : Số đa khung chứa CCCH trong một giây : 1/0,235 = 4,25 Tính toán yêu cầu AGCH. Tính toán chỉ giới cho hoạt động trong một ô. Các thông số cần thiết : dự báo lưu lượng trong giờ cao điểm cộng với hoạt động khác (chẳng hạn cập nhật vị trí, truyền SMS, nhập / rời bỏ IMSI và các dịch vụ bổ sung). Để minh hoạ ta xét thí dụ sau. Giả sử. * Ô có dung lượng là 25 Erl * Thời gian giữ trung bình là 90s * Tỷ lệ hoạt động khác so với gọi là : 2 đối với cập nhật vị trí, 0,1 đối với SMS, 0,2 đối với dịch vụ bổ sung , 0,2 đối với nhập IMSI và 0,1 đối với rời bỏ IMSI. Từ dữ liệu trên ta thấy. Lưu lượng cho một cuộc gọi là : 90/3600 = 0,025 Erl và mức độ tìm gọi cực đại trong giờ cao điểm là : 25/0,025 = 1000 cuộc gọi / giờ. Vì thế: Số cập nhật vị trí trong giờ cao điểm : 1000 x 2 = 2000 SMS trong giờ cao điểm : 1000 x 0,1 = 100 Các dịch vụ bổ sung trong giờ cao điểm: 1000 x 0,2 = 200 Nhập IMSI trong giờ cao điểm : 1000 x 0,2 = 200 Rời bỏ IMSI trong giờ cao điểm : 1000 x 0,1 = 100 Tổng : = 2600 Nếu cộng thêm với 1000 cuộc gọi và 20% dự trữ ta được : (2600+1000) x 1,2 = 4230 sự kiện đòi hỏi truyền dẫn các bản tin ấn định tức thì trên AGCH trong giờ cao điểm , tương ứng với 4320/ 3600 = 1,2 bản tin/ s . Một khối AGCH có thể truyền được hai bản tin ấn định tức thì nên yêu cầu sẽ là: 1,2/2 = 0,6 khối AGCH/s . Vì trong một giây có 4,25 đa khung dành cho CCCH nên ta cần 0,6/4,25 = 0,141 khối AGCH, nhưng trong thực tế một khối AGCH được dành riêng trên một đa khung, nên trường hợp xét hoàn toàn được đảm bảo. Tổng quát có thể viết: Các khối AGCH = (Số cuộc gọi + LU + SMS + IA + ID + SS) x M cần thiết/ đa khung 3600 x 2 x 4,25 Trong đó: Số cuộc gọi : Số các cuộc gọi dự báo trong giờ cao điểm. LU : Số các cập nhập vị trí trong giờ cao điểm. SMS : Số SMS dự báo trong giờ cao điểm. IA : Số nhập IMSI dự báo trong giờ cao điểm. ID : Số rời bỏ IMSI dự báo trong giờ cao điểm. SS : Số yêu cầu các dịch vụ bổ sung trong giờ cao điểm. M : Dự trữ (1,2 chẳng hạn) 2-11 Quy hoạch ô. Trong phần này ta hãy xét quy hoạch ô sử dụng các mẫu 3/9 (ba trạm với ba ô mỗi trạm), 4/12 (bốn trạm mỗi trạm có ba ô) và 7/21 (bảy trạm mỗi trạm có ba ô). Các mẫu này được cho ở hình 2-5, 2-6, 2-7. Cần lưu ý rằng đối với mẫu 3/9, hai ô cạnh nhau có thể sử dụng hai kênh tần số lân cận và khi này C/A = 0dB, mặc dù lớn hơn –9dB nhưng đây vẫn là mức nhiễu cao. Để giảm mức nhiễu này cần sử dụng các biện pháp như: điều khiển công suất động , nhảy tần , phát không liên tục. Rõ ràng mẫu 3/9 cho dung lượng cao nhất nhưng bị nhiễu nhiều nhất. Bằng các biện pháp chống nhiễu trên ta có thể giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu. Trong một số trường hợp người ta có thể sử dụng phương pháp vay kênh để sử dụng lưu lượng tối ưu. Khi này các ô có thể vay kênh của các ô có lưu lượng thấp . Khi này cần lưu ý rằng C/A có thể làm tăng nhiễu . Điều này được minh hoạ ở hình dưới đây. Hình 2.9 Thí dụ về vay kênh Từ hình trên ta thấy nếu D1 ở cụm A vay kênh 23 thì D3 lân cận sẽ chứa kênh lân cận 24 và C/A = 0dB sẽ làm nhiễu tăng thêm. Nếu D1 ở cụm A vay kênh 11 từ C3 thì khoảng cách tái sử dụng giảm 2 lần , C/A sẽ giảm. Sử dụng công thức suy hao trong không gian tự do ta thấy công suất nhiễu đồng kênh tăng 4 lần hay 6 dB và nếu lúc trước C/I = 12dB thì nay chỉ còn 6 dB thấp hơn 9 dB cho phép là 3 dB . Trong thực tế có thể còn tồi tệ hơn . Vì thế nếu vay kênh thì kênh được vay phải được phát với công suất thấp hơn , chẳng hạn –6dB . Vì thế vùng phủ sóng của kênh này sẽ hẹp hơn so với hai kênh kia. Ô Như vậy ở gần trạm sẽ có 3 kênh phủ , còn xa trạm chỉ còn 2 kênh . Ô như vậy được gọi là ô đồng tâm hay chồng lấn. Phân đoạn và chia ô ở giai đoạn đầu khi lưu lượng không lớn người ta sử dụng ô vô hướng ngang. Khi lưu lượng người ta sử dụng phân đoạn ô bằng cách sử dụng các BTS phát xạ hình quạt . Nếu lưu lượng tăng thêm người ta phải tách ô. Các vùng giáp ranh . Đây là các vùng giáp ranh giữa các ô lớn phục vụ cho nông thôn (lưu lượng thấp công suất lớn) và ô nhỏ phục vụ cho đô thị (công suất nhỏ lưu lượng lớn). Đặc biệt phải lưu ý đến các vùng này vì nhiễu đồng kênh có thể lớn . Người ta cũng có thể dành một số kênh đặc biệt chỉ để phục vụ cho các vùng này. 2-12 Tính toán ảnh hưởng suy hao truyền sóng và thông số ô Tính toán quỹ công suất và cân bằng hệ thống. Sơ đồ tổng quát của hệ thống truyền dẫn BTS- MS được cho ở hình sau: P01 G1 Lp G2 Pi2 Po2 Lc Lđ Lf 2 Lf1 Gdg Pi1 MS Duplexer Kết hợp BSTx Ghép chung BSRx Hình 2.10 Sơ đồ tổng quát hệ thống truyền dẫn BTS - MS Công thức xác định quỹ năng lượng cho đường xuống và lên trong trường hợp này như sau: Pi2 = P01- Lc- Lđ- Lf1- G1- Lp+ G2-Lf2 Pi1 = P02- Lf2+ G2- Lp+ G1- Lf1 - Lđ +Gđg Trong đó : P01, Pi1 là công suất phát và thu của BTS . Lc, Lđ, Lf1 là suy hao ở bộ kết hợp , Duplexer và phiđơ, G1, Gđglà hệ số khuyếch đại anten và độ lợi phân tập không gian của BTS . P02, Pi2 là công suất phát và thu ở MS. Lf2 là suy hao phiđơ . G2 là hệ số khuyếch đại anten của MS. Lp là suy hao đường truyền. Nếu suy hao đường truyền lên và đường xuống như nhau thì sau khi trừ hai phương trình trên ta được : Pi2 - Pi1 = P01- P02- Lc- Gđg Từ phương trình trên ta được công thức cân bằng hệ thống như sau: P01= P02+ Lc+ Gđg + (Pi2 - Pi1) Suy hao có tính theo công thức Okumura-Hata như sau: * Cho thành thị : Lp (thành thị) = 69,55+26,16lgf-13,82lgh1-a(h2)+(44,9-6,55lgh1)lgd Trong đó: f:là tần số trung tâm đo bằng MHz (150 – 1500MHz) h1:là độ cao của anten trạm BTS tính bằng m (30-200m) h2:là độ cao của anten BTS tính bằng m (1-10m) d: khoảng cách giữa BTS và MS (1-20km) a(h2): là thừa số hiệu chỉnh xác định như sau: a(h2) = (1,11lgf – 0,7)h2 – (1,56lgf – 0,8) * Cho vùng ngoại ô: Lp (ngoại ô) = Lp(thành phố) – 2[lg(f/28)]² - 5,4 * Cho vùng nông thôn: Lp (nông thôn) = Lp(thành phố) – 4,78(lgf)² + 18,33lgf – 40,94 Đối với PSN làm việc ở tần số 1500 – 2000 Lp sử dụng ô micro (tầm phủ sóng 0,5 – 1km) được tính theo mô hình COST231 Hata khi anten cao hơn nóc nhà như sau: Lp = 46,3 = 33,9lgf – 13,82lgh1 – a(h2) + (44,9 – 6,55lgh1)lgd + Cm Trong đó: F, h1, h2 , a(h2) và d giống như trên Cm = 0 cho thành thị trung bình và các trung tâm ngoại ô, 3dB cho các trung tâm thành phố. Công thức trên không áp dụng khi h1 ≤ h của nóc nhà . Quy định cho công suất máy phát và thu của BTS và MS được cho ở bảng dưới đây: Các loại MS. Bảng 2. 4 GSM 900 Loại Công suất phát cực đại Độ nhạy thu tham khảo 1 20 W (đã xoá khỏi tiêu chuẩn) - 104 dBm 2 8 W (39dBm) - 104 dBm 3 5 W (37dBm) - 104 dBm 4 2 W (33dBm) - 102 dBm 5 0,8 W (29dBm) - 102 dBm Bảng 2. 5 DCS1800 Loại Công suất phát cực đại Độ nhạy thu tham khảo 1 1 W (39dBm) - 100 dBm 2 0,25 W (24dBm) - 100 dBm 3 4 W (36dBm) - 102 dBm BTS Bảng 2. 6 GSM Loại Công suất phát cực đại Độ nhạy thu tham khảo 1 320W 55dBm - 104 dBm 2 160W 52dBm - 104 dBm 3 80W 49dBm - 104 dBm 4 40W 46dBm - 104 dBm 5 20W 43dBm - 104 dBm 6 10W 40dBm - 104 dBm 7 5W 37dBm - 104 dBm 8 2,5W 34dBm - 104 dBm Để minh hoạ quá trình tính toán ô ta xét các thí dụ sau đây: Giả sử: Một hệ thống GSM được sử dụng để phủ một vùng ở nơi trung tâm lớn với các thông số sau: GoS = 2%, mỗi thuê bao gọi một lần trong giờ cao điểm với thời gian giữ trung bình là 120s . Đây là vùng giáp ranh giữa vùng ngoại ô trung tâm với nông thôn. Mật độ thuê bao vùng ngoại ô là 55 TB/km² , còn ở vùng nông thôn (gồm cả đường ôtô) là 10TB/km² . Vào ngày hội vùng vui chơi nông thôn thu hút 500 thuê bao. Hãng khai thác được cho phép sử dụng 36 sóng mang với công suất cực đại 53dB . Mẫu sử dụng 4/12, mức tín hiệu ở biên ô không thấp hơn – 85dBm MS thuộc loại 4 với các thông số sau: Độ nhạy thực tế : -102dBm Công suất phát : 33dBm Hệ số khuyếch đại anten : 0dB Tổn hao phiđơ : 0dB Độ cao anten : 1,5m * BTS có các thông số sau: Độ nhạy thực tế : -107dBm Suy hao bộ kết hợp : 3,5dB Suy hao Duplexer : 1dB Suy hao phi đơ ; 2dB Độ lợi phân tập không gian : 3,5dB * Sử dung công thức Hata để tính suy hao đường truyền . Từ số liệu trên cho thấy : 36 sóng mang sử dụng cho mẫu lặp 4/12 dẫn đến mỗi ô được sử dụng 3 sóng mang với số kênh TCH tương ứng như sau: (3x8) – 2 = 22 TCH. Tra bảng đối với GoS = 2% ta được A = 14,902 Erl mỗi ô. Lưu lượng trên một thuê bao giờ cao điểm : 1 x 120/3600 = 33,3mErl. Vậy một ô có thể phục vụ 14,902/0,033 = 451,57 thuê bao trong giờ cao điểm Vùng nông thôn chỉ có 10 thuê bao /km² , nên : * Diện tích sử dụng cực đại của ô là: 451,57/10 = 45,147km² S S 45,1 * Bán kính cực đại của ô là: R = = = 6 x sin(60° )/2 2,6 2,6 = 4,16km. Vùng ngoại ô có 55 thuê bao/km² , nên : * Diện tích sử dụng cực đại của ô là: 451,57/55 = 8,21km² 8,21 * Bán kính cực đại của ô là: R = = 1,77 km 2,6 2-13 Tính toán dung lượng truyền dẫn. Căn cứ vào phần 2-3 tính toán lưu lượng ô ta sử dụng một số định nghĩa sau: - Đơn vị lưu lượng Erlang : Một Erlang là một mạch thông tin làm việc trong một giờ . - Hệ thống thông tin hoạt động theo kiểu tiêu hao : Giả thiết về kiểu thuê bao không hề gọi lại khi cuộc gọi không thành . - Hệ thông thông tin hoạt động theo kiểu đợi : Giả thiết về kiểu thuê bao kiên trì gọi lại cho đến khi thành công. - Cấp phục vụ GoS (Grade of service) là một đại lượng biểu thị só % cuộc gọi thành công (GoS có ý nghĩa là mức bỏ rơi không phục vụ ) đối với hệ thống tiêu hao , GoS cùng là số % thuê bao thực hiện sự gọi lại đối với hệ thống đợi. - Lưu lượng của một thuê bao A là A = nt/3600 Với: n là số trung bình các cuộc gọi trong một giờ t là thời gian giữ trung bình một cuộc gọi (s) - Bảng erlang B là bảng tính sẵn cho quan hệ giữa GoS, số kênh và lưu lượng của thuê bao . - Hiệu suất sử dụng kênh Căn cứ vào bảng erlang, ta thấy hiệu suất sử dụng kênh tăng nhanh theo số kênh được dùng trong một ô . Đồ thị sau đây là suy ra từ bảng Erlang với giả thiết lưu lượng một thuê bao 0,03 Erlang. Lưu ý rằng đường truyền từ BTS đến BSC là đường PCM 2M . Về mặt sử dụng đường PCM 2M này , hiệu suất của nó có thể khác với hiệu suất sử dụng kênh trong một ô nói trên . Ví dụ : Giả sử tài nguyên vô tuyến có 40 kênh, mẫu sử dụng lại tần số là N=4 , có số nhóm tần só F=12, GoS=2% lưu lượng một thuê bao 0,033 Erlang. Khi đó các kênh tần số được phân bố như sau: A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 A3 B3 C3 D3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 BTSA có A1= 4 kênh vô tuyến A2 = 3 kênh vô tuyến A3 = 3 kênh vô tuyến Tổng cộng : 10 kênh vô tuyến Nhóm A1 có 4 kênh vô tuyến , ở GSM mỗi kênh vô tuyến có 8 khe thời gian , Vậy A1 có 4 x 8 = 32 khe thời gian. ở GSM dùng 2 khe thời gian cho kênh điều khiển và 30 khe thời gian cho lưu lượng thoại (30 kênh TCH) , SDCCH cần cho một kênh thuê bao là: 4 x3 1 = 0,0033Erlang = Lưu lượng kênh TCH 3600 10 3,627 = 1099 thuê bao 0,0033 Giả thiết một kênh vật lý bao gồm 8 kênh SDCCH độc lập theo erlang B lưu lựơng 8 kênh này là 3,627 tương ứng GoS = 2% , có thể phục vụ một số thuê bao là : Để phục vụ 1099 thuê bao , mỗi thuê bao có lưu lượng thoại 0,033 Erlang thì dung lượng tổng cần thiết : 1099 x 0,033 = 36,271 Erlang. Theo bảng Erlang B thì lưu lượng này cần số kênh TCH là 45. Vậy tương quan ( tỷ lệ) cần thiết giữa các kênh SDCCH và TCH phục vụ thuê bao là: 8SDCCH – 45 TCH Hay 8 SDCCH phục vụ 5 kênh vô tuyến phục vụ thoại . (ở GSM một kênh vô tuyến có 8 khe thời gian) Dung lượng của ô và bài toán tăng dung lượng đáp ứng nhu cầu tăng trưởng số thuê bao . Số thuê bao trong ô được phục vụ là: Dung lượng ô lưu lượng trung bình một thuê bao Cb GoSt = x 100(%) Ca Thông thường các ô được thiết lập ban đầu là đẳng hướng với số sóng mang ( kênh vô tuyến) được chỉ định là n0 , chỉ tiêu GoS. Tuy nhiên với sự tăng trưởng thuê bao trong ô vượt mức , tình hình tắc nghẽn lưu lượng sảy ra, các thiết bị đo đếm xác định được cấp phục vụ ở tình trạng tắc nghẽn phải giải quyết là: Ca : là số lần nhấc máy mong muốn thiết bị cuộc gọi Cb :là số cuộc gọi không thành Từ GoSt ta tính được ô trong thực tế theo bảng Erlang. Với dung lương thực tế này muốn đạt cấp bậc phục vụ ban đầu GoS0 thì số kênh cần thiết có thể tính được , suy ra sóng mang cần thiết tương ứng là n . Vậy số sóng mang vô tuyến cần bổ sung để giải quyết tình trạng tắc nghẽn bằng các biện pháp. -Co hẹp ô xảy ra tắc nghẽn , chuyển một số thuê bao sang cho ô kế cận phục vụ. -Thay đổi quy hoạch tần số , tăng thêm kênh vô tuyến cho ô xét -Chuyển đổi các ô sử dụng anten đẳng hướng thành anten định hướng (sector) . Việc này tận dụng nhà xưởng sẵn có. -Lắp đặt các BTS mới theo thiết kế mạng mới sao cho vẫn tận dụng các BTS cũ. Chương III Quy hoạch và nâng cấp mạng vinaphone tỉnh thái bình giai đoạn 2003-2005 3.1 Khái khoát kinh tế xã hội tỉnh thái bình. 3.1.1 Giới thiệu chung : Vị tí địa lý: Thái Bình là một tỉnh nông nghiệp thuộc đồng bằng bắc bộ , Diện tích tự nhiên: 1580,9 km2, vị trí địa lý nằm ở các điểm: -Phía Bắc giáp tỉnh Hải Dương, Hải Phòng -Phía Nam giáp tỉnh Nam Định -Phía Đông giáp Biển đông -Phía Tây giáp Nam Hà Khí hậu : Thái Bình là vùng đồng bằng, có ba mặt giáp sông và một mặt giáp biển đông nên khí hậu rất ẩm thấp nên phân chia hai mùa rõ rệt : mùa khô từ tháng mười đến tháng đến tháng ba năm sau, mùa mưa bắt đầu từ tháng tư đến tháng chín, nhiệt độ trung bình từ 20oC đến 25oC , lượng mưa trung bình từ 300mm đến 500mm Dân số Dân số Thái Bình 1.815.000 người , mật độ dân số 1148 người /km2 , với mật độ dân số tương đối cao và tập trung nên rất thuận lợi cho việc đầu tư và phát triển cơ sở hạ tầng. Tổ chức hành chính : Thái Bình có : 8 đơn vị hành chính (1 thị xã và 7 huyện ). Các ngành kinh tế mũi nhọn : -Công nghiệp xây dựng -Sản xuất chế biến thuỷ hải sản -Công nghiệp nhẹ : sản xuất hàng thủ công mỹ nghệ , cơ khí phục vụ trong nước và xuất khẩu -Kinh tế biển và du lịch Giao thông vận tải: *Đường bộ : -Quốc lộ chạy qua gồm 2 tuyến (10, 39 ) tổng chiều dài 115km. Trục giao thông chính là trục đường 10 từ Quảng Ninh đi Ninh Bình, trục đường 39 đi Hưng Yên đã xây dựng được một số cầu như cầu Tân Đệ và một số cầu khác không còn sự ngăn cách cản trở như trước. -Tỉnh lộ có 10 tuyến với gần 300km , gần 1000 km đường liên xã , liên thôn. Mạng lưới giao thông đường bộ phân bố tương đối phù hợp . Các đường 10, 39 chạy dọc theo hướng Đông – Tây -Các xã đều đã có đường nhựa ôtô đến tận trung tâm xã là 100% *Giao thông đường thuỷ rất thuận lợi vì tỉnh Thái Bình có ba mặt giáp sông và một mặt giáp biển nên đã tạo thành một hệ thông giao thông liên hoàn. Do sự phát triển về hệ thống giao thông nên trong thời gian qua việc giao lưu buôn bán giữa Thái bình với các tỉnh tăng nhanh chóng. Bưu chính viễn thông: Mạng bưu chính viễn thông với kỹ thuật số hiện đại có 29 trạm tổng đài điện tử số kết nối bằng vi ba số và cáp quang. Hệ thống thông tin di động đã phủ sóng tại thị xã Thái Bình , Tiền Hải, Đông Hưng, Thái Thuỵ, Hưng Hà đã có khoảng 43.500 máy điện thoại cố định và 4000 máy điện thoại di động có trên mạng , mật độ điện thoại 2,4 máy / 100 dân , 3.1.2 Một số đề án phát triển tỉnh Thái Bình Đề án xây dựng thành phố Thái Bình 2003 – 2005 -Phấn đấu đến năm 2005 nâng cấp cụm đô thị loại 3 của Thái Bình trở thành thành phố Thái Bình . Thu nhập bình quân / người từ 240USD lên 300USD, mở thên một số tuyến đưòng giao thông chính . Xây dựng hệ thống cống thoát nước và xử lý nước thải -Xây dựng toàn bộ công trình hạ tầng kỹ thuật với quy mô , tiêu chuẩn đủ để trở thành thành phố trên địa bàn thị xã Thái Bình hiện nay trong giai đoạn 2003 –2005 và đến năm 2010. -Nguồn vốn đầu tư tập trung khai thác gọi vốn ngân sách nhà nước, thu từ kinh tế biển, huy động các doanh nghiệp , các bộ ngành Trung ương vốn vay ưu đãi và vốn đầu tư của các tổ chức quốc tế. Đề án phát triển các khu công nghiệp. -Khu công nghiệp Phúc Khánh tập trung các nhà máy sản xuất các mặt hàng may mặc, dầy da -Khu công nghiệp Tiền Hải tập trung các nhà máy sản xuất các mặt hàng gốm, sứ, thuỷ tinh và các loại gạch men ốp lát xây dựng vì nơi đây có một nguồn lực khí đốt rất dồi dào rất thuận lợi cho việc sản xuất gia công. Đề án xây dựng khu du lịch sinh thái Cồn vành: -Thái Bình là một tỉnh ven biển nhưng chưa phát triển ngành du lịch . Trong những năm tới UBND tỉnh đã có kế hoạch cùng với Bộ chỉ huy quân sự quân khu 3 đầu tư xây dựng khu du lịch sinh thái Cồn vành . Đây là điểm du lịch rất thuận lợi vì nó là một cồn cát nằm các xa đất liền gần 10 km ở đây khí hậu và môi trường nước trong sạch -Mặt khác cũng là điểm bảo vệ an ninh quốc phòng vững chắc cho vùng biển. Đề án xây dựng vùng kinh tế biển -Thái Bình có một mặt giáp biển đông có chiều dài ven biển hơn 50km rất thuận lợi cho việc khai thác đánh bắt hải sản gần và xa bờ thuộc hai huyện Tiền Hải và Thái Thuỵ. -Chủ trương của tỉnh là phải đầu tư các dự án như : Thành lập các xí nghiệp đánh bắt thuỷ hải sản xa bờ với qui mô lớn. Quy hoạch một số vùng chăn nuôi hải sản và xây dựng các nhà máy chế biến thuỷ sản tại chỗ. 3.2 Nâng cấp và mở rộng mạng thông tin Vinaphone tỉnh Thái Bình giai đoạn 2003-2005 3.2.1 Mục tiêu. Nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển của xã hội , nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh , tiết kiệm kinh phí đầu tư cho Viễn thông , tạo đà phát triển cho Viễn thông cả nước nói chung và tỉnh Thái Bình nói riêng. Với việc bùng nổ công nghệ thông tin trên thế giới, kết hợp với hệ thống thông tin sẵn có trên địa bàn . Việc phát triển hệ thống thông tin di động là nhu cầu cấp bách không thể thiếu được trong sự phát triển không ngừng của lĩnh vực thông tin Với hệ thống thông tin cố định tương đối hiện đại . Nhưng Thái bình luôn luôn quan tâm đến sự phát triển của hệ thống thông tin di động . Với địa lý của tỉnh Thài Bình có nhiều tiềm năng phát triển các ngành công nghiệp , du lịch , kinh tế biển...Việc phát triển hệ thống thông tin di động GSM tại Thái Bình sẽ tạo ra cho người tiêu dùng có thêm cơ hội lựa chọ loại hình cung cấp dịch vụ viễn thông. Nó phù hợp hơn cho mức chi phí của người sử dụng , tạo đà phát triển kinh tế xã hội , đảm bảo an ninh quốc phòng cho tỉnh Thái Bình, đóng góp hiệu quả rất lớn cho việc phát triển kinh tế xã hội ,an ninh quốc phòng của cả nước. 3.2.2 Hiện trạng mạng viễn thông Thái Bình. -Mạng điện thoại cố định được lắp đặt và đưa vào sử dụng từ năm 1995. Đến nay hệ thống tổng đài kỹ thuật số XTAREX – VK và NEAX 61 với dung lượng lắp đặt là 57.000 lines, trong đó đã sử dụng là 43.500 lines và có 9 trạm chuyển mạch . Với hệ thống truyền dẫn bằng hai phương pháp Vi ba và Cáp quang.Tỉnh đã có phương án xây dựng tuyến cáp quang vòng rinh (Thái bình – Kiến xương- Tiền hải – Thái thuỵ – Đông hưng – Thái bình). -Mạng điện thoại di động : mạng điện thoại di động do hai công ty Mobiphome và Vinaphone đã được triển khai tại thị xã Thái Bình , huyện Tiền Hải, Đông Hưng, Thái Thuỵ và Hưng Hà , đưa vào hoạt động từ tháng 7/1997. Mạng Vinaphone hầu hết sử dụng thiết bị của Motorola , bên cạch mạng MobiPhone Hiện nay tại Thái Bình tình hình phát triển thuê bao sử dụng điện thoại di động Vinaphone như sau: Năm Số thuê bao sử dụng 31/12/2000 VNP + VNC : 1111 31/12/2001 VNP + VNC : 1339 31/12/2002 VNP + VNC : 2464 7/2003 VNP + VNC : 4427 Với tốc độ phát triển như vậy dự tính đến năm 2005 là 11.000 thuê bao. Giới thiệu mạng GSM khu vực tỉnh Thái Bình 2003 Tại Thái Bình hiện nay đang sử dụng 1 site thuộc BSC7 đặt tại C2 Hà Nội. Thái Bình có 5 trạm BTS (dạng Sector và Omni 2 .) Mạng GSM – Thái Bình sử dụng thiết bị: phần vô tuyến của Motorla (Mỹ) do Trung tâm Dịch vụ Viễn thông khu vực I (GPC1) quản lý - bao gồm các trạm thu phát gốc BTS được phân bố ở cả Thị xã và Thị trấn có 5 trạm (Site) sau: 01. Trạm Thị xã 02. Trạm Thị trấn Thái Thuỵ 03. Trạm Thị trấn Đông Hưng 04. Trạm Thị trấn Hưng Hà 05. Trạm thị trấn Tiền Hải Thiết bị được sử dụng là BTS1 tại Thị xã gồm 9 sóng mang có cấu hình 3/3/3 là loại trạm M Cell Horizonmacro. BTS2 tại Thái Thuỵ gồm 2 sóng mang có cấu hình omni là loại trạm M Cell 02 cả hai trạm trên đều dùng loại anten AP 906516 (16dBi), công suất đỉnh BTS là 20W . BTS3 tại Đông Hưng gồm 2 sóng mang có cấu hình trạn Horizonmacro, BTS4 tại Hưng Hà gồm 2 sóng mang có cấu hình OMNI 2 là loại trạm Horizonmacro sử dụng anten BCD 87010 (10