Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh
Nhóm 1 1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
_____________
THIẾT KẾ MÔN HỌC
THÔNG TIN DI ĐỘNG
GVHD: THẦY NGÔ THẾ ANH
LỚP: KTVT-K49
NHÓM 5: TRẦN TUẤN DƢƠNG
VŨ VĂN RIỆM
CAO PHƢƠNG THẢO
HUỲNH THỊ LỆ PHƢƠNG
NGUYỄN THỊ MAI TRANG
NĂM 2012
Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh
Nhóm 1 2
lại tần số, tách cell. Phƣơng pháp tái sử dụng tần số và các phƣơng pháp phân chia tần
số trong mạng thông tin di động GSM 2G.
Chƣơng 3: Bài toán thiết kế mạng thông tin di động GSM 2G
Chƣơng 3 là nội dung chính của bài thiết kế, thực hiện việc tính toán thiết kế
mạng trên địa hình thực tế vẫn đảm bảo việc bố trí cell và tính toán phân chia tần số
trong các mạng thông tin di động sao cho hợp lý nhất nhằm mang lại lợi ích cao nhất
về kinh tế trong khi vẫn đáp ứng đƣợc các yêu cầu về kỹ thuật của hệ thống.
Bản thiết kế môn học đã hoàn thành nhƣng không tránh khỏi những hạn chế và
thiếu sót, rất mong nhận đƣợc những góp ý của Thầy và các bạn để bài báo cáo đƣợc
hoàn thiện hơn. Nhóm 1 chân thành cảm ơn!
Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh
Nhóm 1 4
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 2
MỤC LỤC 4
DANH MỤC HÌNH 6
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 7
1.1 Tổng quan hệ thống thông tin di động GSM 2G 7
1.2 Một số khái niệm 10
1.2.1 Trạm di động MS (Mobile Station) 10
1.2.2 Trạm gốc BS (Base Station) 10
1.2.3 Kênh hƣớng lên 10
1.2.4 Kênh hƣớng xuống 11
3.2.2.2 Tính Gos phù hợp 35
3.2.3 Hiệu quả sử dụng GoS 35
3.3 Kết luận 35
KẾT LUẬN 36 Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh
Nhóm 1 6
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Mô hình cấu trúc hệ thống thông tin di động GSM 2G 8
Hình 2-1: Kích thước cell. 12
Hình 2-2: Hình dạng lý thuyết cell. 13
Hình 2-3: Phương pháp phân kênh cố định. 19
Hình 2-4: Phương pháp phân kênh động DCA 20
Hình 3.1 Mô hình cell và diện tích cần phủ cell 25
Hình 3.2 Bố trí cell 27
Hình 3.3: Bố trí cell với R=1.5km 30
Hình 3.4: Bố trí cell với R=1km 32
a. Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSC(Mobile Service Switching
Center): Xét một hệ thống thông tin di động thì chức năng chuyển mạch chính
đƣợc thƣc hiện bởi MSC, nhiệm vụ chính của MSC là bảo đảm việc chuyển mạch
giữa các user. MSC xử lý các cuộc gọi đi và đến BS (Base Station) và cung cấp
chức năng điều khiển trung tâm cho hoạt động của tất cả các BS một cách hiệu
quả và để truy nhập vào tổng đài của mạng điện thoại công cộng PSTN (Public
Switched Telephone Network), bao gồm bộ phận điều khiển, bộ phận kết nối cuộc
gọi, các thiết bị ngoại vi và cung cấp chức năng thu nhập số liệu cƣớc đối với các
cuộc gọi đã hoàn thành.
b. Bộ ghi định vị thƣờng trú HLR(Home Location Register): Lƣu giữ thông tin dài
lâu của thuê bao chính là những thông tin ban đầu mà khi thuê bao đăng kí sử
dụng dịch vụ đã đăng ký với nhà mạng. HLR không phụ thuộc vào vị trí hiện thời
Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh
Nhóm 1 9
của thuê bao nghĩa là khi thực hiện cuộc gọi giữa các thuê bao di động với nhau
thì không cần sử dụng đến HLR. HLR chứa thông tin hiện thời của thuê bao. HLR
gồm các số nhận dạng nhƣ là: nhận dạng thuê bao di động quốc tế IMSI, và nhận
dạng số thuê bao trong danh bạ điện thoại MSISDN
c. Bộ ghi định vị tam trú VLR(Visitor Location Register): Là cơ sở dữ liệu trung
gian, đƣợc xem nhƣ là 1 HLR phân bố, lƣu giữ tạm thời thông tin về thuê bao
trong vùng phục vụ MSC. Mỗi MSC có 1 VLR(MSC/VLR). VLR gồm: các số
nhận dạng IMSI, MSISDN, nhận dạng số thuê bao di động tạm thời TMSI, số
hiệu nhận dạng vùng định vị đang phục vụ MS, danh sách các dịch vụ mà MS
đƣợc và bị hạn chế sử dụng, trạng thái của MS(bận, rỗi).
d. Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR(Equipment Indensity Register): có chức năng
kiểm tra tình trạng hoạt động của ME(Mobile Equipment) thông qua số nhận dạng
di động quốc tế IMEI đồng thời EIR cũng chứa các số liệu về phần cứng của thiết
bị.
e. Khối trung tâm nhận thực AuC(Authentication Center): đƣợc nối đến HLR,
cung cấp cho HLR các tần số nhận thực và các khoá mật mã để sử dụng cho bảo
1.2.1 Trạm di động MS (Mobile Station)
Trạm di động MS (Mobile Station): là các thiết bị đầu cuối đƣợc sử dụng để phục
vụ cho việc liên lạc của các thuê bao trong khi đang di chuyển. MS có thể là các thiết
bị cầm tay hoặc là các thiết bị đƣợc cài đặt trong các phƣơng tiện giao thông.
1.2.2 Trạm gốc BS (Base Station)
Trạm gốc BS (Base Station): là một trạm thu/phát sóng cố định trong hệ thống di
động đƣợc sử dụng để cung cấp các giao tiếp vô tuyến với các trạm di động bao gồm
các các kênh vô tuyến và các antenna thu/phát đƣợc gắn trên các tháp vô tuyến.
1.2.3 Kênh hƣớng lên
Là kênh vô tuyến đƣợc sử dụng để truyền dẫn thông tin từ MS tới BS.
Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh
Nhóm 1 11
1.2.4 Kênh hƣớng xuống
Là các kênh vô tuyến đƣợc sử dụng để truyền thông tin từ BS đến MS
1.2.5 Kênh điều khiển: là các kênh vô tuyến đƣợc sử dụng để truyền dẫn các
tín hiệu thiết lập cuộc gọi, yêu cầu gọi, bắt đầu gọi, và các tín hiệu dẫn đƣờng hoặc với
các mục đích điều khiển khác.
1.2.6 Trung tâm chuyển mạch di động MSC (Mobile Swiching Center)
Trung tâm chuyển mạch di động MSC (Mobile Switching Center): là hệ thống
cung cấp một kết nối chính xác từ thuê bao đến thuê bao cho một cuộc gọi. Các thuê
bao trong mạng di động đƣợc chuyển mạch bởi MSC để kết nối với nhau hoặc chuyển
mạch bởi MSC cổng (Gate MSC) để kết nối tới một thuê bao cố định trong mạng điện
thoại chuyển mạch công cộng PSTN (Public Switching Telephone Network).
1.2.7 Chuyển giao
Chuyển giao: Chuyển giao là một quá trình cơ bản trong thông tin di động nhằm
bảo đảm cho việc cung cấp đƣợc các dịch vụ thông tin tới ngƣời sử dụng một cách liên
tục khi ngƣời này sử dụng dịch vụ trong lúc đang di chuyển. Chuyển giao đƣợc hiểu là
quá trình chuyển một trạm di động từ một kênh vô tuyến hoặc một trạm gốc này sang
một kênh vô tuyến hoặc một trạm gốc khác trong quá trình đàm thoại của thuê bao.
nhằm đáp ứng chỉ số cấp độ phục vụ yêu cầu.
GoS thƣờng đƣợc coi là khả năng một cuộc gọi bị khóa, hoặc thời gian trễ của
một cuộc gọi lớn hơn một thời gian đợi nhất định.
Chỉ số cấp độ phục vụ GoS đƣợc tính theo công thức.
GoS =
!
!
=1
(2.1)Trong đó: T: Lƣu lƣợng (Erlang).
N
C
: là số kênh phân bổ trong một cell.
k: Số kênh.
Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh
Nhóm 1 14
Lƣu lƣợng là một biến thay đổi nên lƣu lƣợng đi qua một kênh sẽ thay đổi. Một
cell hoạt động tốt sẽ có tỷ lệ khóa cuộc gọi thấp, tức là lƣu lƣợng đi qua kênh ở mức
Nhóm 1 15
Sử dụng lại tần số kinh điển đƣợc hiểu là toàn bộ băng tần sử dụng cho một
nhóm các cell kề nhau gọi là cluster, đem cluster này nhân lên nhiều lần để phủ hết
vùng địa lý của mạng hay nói cách khác sử dụng lại tần số là sử dụng lại một hay một
nhóm tần số ở các cell khác nhau trong một hệ thống, các cell này cách nhau một
khoảng cách đủ lớn để đảm bảo tỷ số CIR (tỷ số nhiễu đồng kênh).
Nhóm các cell kề nhau mà toàn bộ băng tần sử dụng cho vùng địa lý đó gọi là
một “cluster”. Ngƣời ta đem nhân cluster này lên sao cho phủ sóng toàn bộ vùng địa lý
mà nhà mạng mong muốn mà không ảnh hƣởng nhiễu đồng kênh. Số lần lặp của một
cluster hay số lần băng tần đƣợc sử dụng lại phụ thuộc vào diện tích của cluster và diện
tích của khu vực cần phủ sóng. Một cluster có một hay nhiều trạm thu phát và lúc đó,
“cluster size” đƣợc hiểu là “mẫu sử dụng lại tần số”.
Với các ƣu điểm là thực hiện đơn giản, dễ sử dụng và quản lý, cho phép khai
thác tối đa băng thông của hệ thống thì phƣơng pháp này còn một số hạn chế do toàn
bộ băng tần cấp phát cho hệ thống đƣợc sử dụng hoàn toàn ở các cell trong một cluster.
Phƣơng pháp này gặp phải một số vấn đề khi lƣu lƣợng giữa các khu vực không đồng
nhất nếu dùng một cluster cho toàn mạng thì có những nơi mà cell tại đó không đủ đáp
ứng, có những nơi mà cell thừa kênh phục vụ và dẫn đến lãng phí.
2.2.4 Tách cell
Tách cell là giải pháp kỹ thuật tích cực nhằm tăng dung lƣợng hệ thống để đáp
ứng sự phát triển của thuê bao. Tách cell đƣợc sử dụng khi các giải pháp thụ động nhƣ
mƣợn kênh, chuyển tiếp kênh không còn hiệu quả.
Tách cell là việc thu nhỏ bán kính phục vụ của cell. Điều này có nghĩa với việc
phải lắp đặt thêm cells trong hệ thống. Ngƣời ta tính toán rằng nếu bán kính của cell
giảm đi một nửa thì dung lƣợng hệ thống sẽ tăng lên gấp 4 lần, điều này chứng tỏ rằng
việc tách cell đem lại hiệu quả tức thời về mặt dung lƣợng.
Ngƣời ta có thể tiến hành giải pháp này một cách từng phần hoặc toàn bộ.
Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh
Nhóm 1 16
2.3 Quy hoạch cell
= . H (2.4)
Lƣu lƣợng của mạng là:
T = T
u
. U (2.5)
Số kênh của một cell:
N
c
=
BW
N
(2.6)
Trong đó
BW là băng thông hệ thống
N là mẫu tần số sử dụng lại
Số cell:
N
cell
=
S
S
cell
=
S
33
2
R
2
(2.7)
Từ công thức trên ta tính đƣợc bán kính phủ sóng của cell là:
Phƣơng pháp phân chia tần số cố định FCA đƣợc hiểu là: hình thức mà toàn bộ
băng tần chia đều cho các cell trong một cluster, mỗi cell giữ cố định lƣợng tần số này
trong suốt thời gian làm việc, đồng nghĩa với việc.
BW = F
1
+ F
2
+ F
3
+ + F
n
(2.10)
F
1
= F
2
= F
3
= = F
n
(2.11)
Phƣơng pháp phân chia tần số cố định FCA đƣợc mô tả trong Hình 2-7.
Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh
Nhóm 1 19
A B
C
F
A
F
B
c
= BW/N (N là cluster size) (2.12)
Trong phƣơng thức phân kênh cố định, một số kênh danh định đƣợc phân bổ
cho mỗi cell, nếu lƣu lƣợng truy cập đƣợc phân bố một cách thống nhất thì việc phân
bố kênh cố định sẽ mang lại hiệu quả cao. Trong trƣờng hợp đó, tỷ lệ khóa cuộc gọi
trung bình của hệ thống sẽ giống nhƣ tỷ lệ khóa cuộc gọi trong một cell. Vì lƣu lƣợng
trong hệ thống sẽ thay đổi về mặt không gian và thời gian; sự phân bố đồng bộ của các
kênh cho các cells có thể sẽ làm cho tỷ lệ khóa cuộc gọi cao trong một số cells, trong
khi những cells khác có những kênh không sử dụng đến.
Trong thực tế, lƣu lƣợng giữa các cells trong một vùng hay giữa các vùng là
không đều nhau, đôi khi lƣu lƣợng còn thay đổi khác nhau trong một ngày, một giờ.
Việc tính toán lƣu lƣợng cho một cell đã tính đến lƣu lƣợng lớn nhất mà một cell có thể
phục vụ đƣợc. Bài toán đặt ra là khi lƣu lƣợng giữa các cells chênh lệch nhau một cách
rõ rệt thì khả năng xảy ra nghẽn ở một vùng là rất lớn, trong khi ở một số cells khác lại
có rất nhiều kênh rỗi không đƣợc sử dụng.
Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh
Nhóm 1 20
Phƣơng thức phân kênh cố định FCA rất đơn giản. Tuy nhiên, nó không thích hợp
trong những trƣờng hợp lƣu lƣợng thay đổi hay sự phân bố của ngƣời dùng thay đổi.
Để khắc phục những nhƣợc điểm của phƣơng thức phân kênh cố định, ngƣời ta đƣa ra
phƣơng thức phân kênh động DCA.
2. Phƣơng pháp chia tần số động DCA ( Dynamic Channel Assignment)
Khi lƣu lƣợng giữa các cell chênh lệch nhau một khoảng cách rõ rệt thì khả
năng xảy ra nghẽn ở trong một vùng là rất lớn. Do đó, việc phân chia lƣu lƣợng cho các
cell phải linh hoạt hơn để có thể sử dụng tài nguyên hiệu quả, chính vì điều đó phƣơng
pháp DCA ra đời.
Phƣơng pháp phân kênh động DCA đƣợc hiểu là: mỗi một cluster sẽ có một tài
nguyên chung đƣợc gọi là “common pool” (CP). Các “common pool” này sẽ đƣợc điều
khiển hay quản lý bởi trung tâm chuyển mạch di động MSC. Mỗi MSC sẽ điều khiển
bao nhiêu CP phụ thuộc vào việc quản lý mạng.
Sau đó, khi thuê bao kết thúc cuộc gọi thì kênh đó sẽ đƣợc giải phóng trở về
CP, nên các kênh trong CP lúc vơi lúc đầy.
Ví dụ: khi một thuê bao yêu cầu cuộc gọi trong cell A thì CP cấp cho nó một
kênh tần số F
A
, và tƣơng tự đối với cell B, cell C cũng đƣợc cấp kênh tần số F
B
, F
C
, khi
kết thúc cuộc gọi thì kênh đƣợc giải phóng trở về CP và CP tiếp tục cuộc gọi với các
thuê bao khác yêu cầu.
Nhƣ vậy, khác với phƣơng thức phân kênh cố định FCA, trong phƣơng thức phân
kênh động, không có mối quan hệ cố định giữa các kênh và các cells. Tất cả các kênh
đƣợc giữ trong CP và đƣợc gán một cách tự động cho các cells khi có cuộc gọi mới đến
trong hệ thống. Sau khi cuộc gọi kết thúc, các kênh của nó sẽ đƣợc trả về CP.
Trong DCA, một kênh đƣợc sử dụng trong bất kỳ cell nào với điều kiện không
gây nhiễu. Vì thông thƣờng, có nhiều kênh trong CP có thể đƣợc gán cho một cell có
nhu cầu về kênh.
Tuy nhiên, nếu DCA chỉ thích hợp hơn đối với trƣờng hợp lƣu lƣợng mạng thấp,
và không hiệu quả trong trƣờng hợp lƣu lƣợng mạng cao. Khi lƣu lƣợng mạng cao thì
tần suất truy nhập vào CP là liên tục và việc cấp phát kênh tại CP khi đó không còn
hiệu quả, hơn nữa nếu cùng 1 lúc các thuê bao truy nhập cao cell này và thời gian
chiếm kênh lâu, thì xác suất rớt cuộc gọi tại các cell khác là rất cao vì CP không đủ
kênh cấp cho các cell kia. Do đó, ngƣời ta nghĩ đến sẽ kết hợp 2 phƣơng pháp lại, để nó
vừa thích hợp đồng thời khi lƣu lƣợng mạng cao và thấp khác nhau, cũng chính là môi
trƣờng thực tế, phƣơng pháp HCA ra đời. Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh
tần số, hiệu quả trong việc giải quyết bài toán về lƣu lƣợng. Tuy nhiên, trong phƣơng
thức phân kênh kết hợp, bài toán khó đặt ra là việc xác định tỷ lệ phân chia băng tần
giữa các kênh cố định và các kênh động.
Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh
Nhóm 1 24
CHƢƠNG 3
BÀI TOÁN THIẾT KẾ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
GSM 2G
Nội dung Chƣơng 2 đã trình bày về phƣơng pháp cũng nhƣ các thông số liên
quan cho việc thiết kế mạng. Nhƣ vậy, trong Chƣơng 3 tiếp theo sau sẽ trình bày về
cách thực hiện cụ thể một bài toán thực tế cho một nhà mạng, đồng thời cũng dự trù và
tính toán sau cho hệ thống tối ƣu nhất không chỉ hiện tại mà cả những năm tiếp theo.
3.1 Nội dung bài toán
Một nhà cung cấp dịch vụ di động 2G GSM 1800 muốn phủ sóng cho một khu
3R
2
2
=
2160
3
3(3)
2
2
= 92.376 93(cell)
Để đảm bảo phục vụ tốt dựa trên lý thuyết ta chọn số cell tăng, chọn 93 cells.
Ta có vùng diện tích cần phủ là 120km x 18km có dạng nhƣ Hình 3.1 bên dƣới.
Ta phủ lên vùng diện tích bằng các cell, với mỗi cell hình lục giác đều có bán kính
bằng độ dài các cạnh (R=3Km)
Hình 3.1 Mô hình cell và diện tích cần phủ cell
Các bƣớc thực hiện nhƣ sau:
a. Sắp xếp các cell theo chiều dài X=120km của vùng diện tích cần phủ, số cell
cần lắp đặt là:
Copyright: Tài liệu đại học ©