TÌM HIỂU CẤU TRÚC MẠNG GSM VÀ VẤN ĐỀ SỬ DỤNG LẠI TẦN SỐ TRONG MẠNG

Chia sẻ: Vũ Hoàng Long | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:22

Thêm vào BST

Báo xấu

750
lượt xem 319
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

GSM được viết tắt từ Global System for Mobile Communication , tuy nhiên tên ban đầu là: Groupe Spécial Mobile.Đây là một trong những công nghệ về mạng điện thoại di động phổ biến nhất trên thế giới.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: TÌM HIỂU CẤU TRÚC MẠNG GSM VÀ VẤN ĐỀ SỬ DỤNG LẠI TẦN SỐ TRONG MẠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Viện Công nghệ Thông tin và Truyền thông BÁO CÁO MÔN HỌC YÊU CẦU: TÌM HIỂU CẤU TRÚC MẠNG GSM VÀ VẤN ĐỀ SỬ DỤNG LẠI TẦN SỐ TRONG MẠNG Sinh viên thực hiện: Vũ Hoàng Long Lớp: TTM – K52 Giáo viên: T/s Ngô Quỳnh Thu HÀ NỘI – 04/2011 Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
Table of Contents MỤC LỤC Table of Contents............................................................................................................................................2 Guard Band...........................................................................................................................................15 I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MẠNG GSM 1. Tổng quan về hệ thống GSM GSM được viết tắt từ Global System for Mobile Communication , tuy nhiên tên ban đầu là: Groupe Spécial Mobile. Đây là một trong những công nghệ về mạng điện thoại di động phổ biến nhất trên thế giới. Cho đến nay, công nghệ này có gần 2 tỷ thuê bao sử dụng trên phạm vi 212 quốc gia và vùng lãnh thổ. Do mạng hầu như có mặt ở khắp mọi nơi trên thế giới nên khi các nhà cung cấp dịch vụ thực hiện việc kí kết joaming với nhau giúp cho các thuê bao GSM có thể dễ dàng sử dụng máy điện thoại GSM của mình ở bất cứ nơi đâu. Mặt thuận lời to lớn của công nghệ GSM là ngoài việc truyền âm thanh với chất lượng cao còn cho phép thuê bao sử dụng các cách giao tiếp khác rẻ tiền hơn là tin nhắn Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
SMS. Ngoài ra để tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ thì công nghệ GSM được xây dụng trên cơ sở hệ thống mở nên nó dễ dàng kết nối cá thiết bị khác nhau từ các nhà cung cấp thiết bị khác nhau. Hệ thống GSM cho phép các nhà cung cáp dịch vụ đưa ra tính năng roaming cho thêu bao của mình với các mạng khác trên toàn thê giới. và công nghệ GSM cũng phát triển them các tính năng truyền dữ liệu như GPRS và say này là công nghệ truyền tốc độ cao hơn họ sử dụng EDGE. 2. Lịch sử mạng GSM Vào đầu những năm 1980 tại châu Âu người ta phát triển một mạng điện thoại di động chỉ sử dụng trong một vài khu vực. Sau đóvào năm 1982 nó được chuẩn hoá bởi (CEPT : European Conference of Postal and Telecommunications Administrations) và tạo ra Groupe Spécial Mobile (GSM) với mục đích sử dụng chung cho toàn Châu Âu. Mạng điện thoại di động sử dụng công nghệ GSM được xây dựng và đưa vào sử dụng đầu tiên bởi nhà khai thác Radiolinja ở Finland. Vào năm 1989 công việc quản lý tiêu chuẩn và phát triển mạng GSM được chuyển cho viện viễn thong châu Âu (European Telecommunications Standards Institute (ETSI)), các tiêu chuẩn đặc tính phase 1 của công nghệ GSM được công bố vào năm 1990. Đến cuối năm 1993 đã có hơn 1 triệu thuê bao sử dụng mạng GSM của 70 nhà cung cấp dịch vụ trên 48 quốc gia. 3. Giao tiếp RADIO GSM là mạng điện thoại di động do đó các máy điện thoại di động kết nối với mạng bằng cách tìm kiếm, kết nối với các cell gần nó nhất. Các mạng di động GSM hoạt động trên 4 băng tần. Hầu hết thì hoạt động ở băng 900Mhz và 1800Mhz. Vài nước ở Châu Mỹ thì sử dụng băng 850Mhz và 1900Mhz do băng 900Mhz và 1800Mhz ở nơi này đã bị sử dụng trước. Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
Và cực kỳ hiếm có mạng nào sử dụng tần số 400Mhz hay 450Mhz chỉ có ở Scandinavia sử dụng do các băng tần khác đã bị cấp phát cho việc khác. Các mạng sử dụng băng tần 900Mhz thì đường uplink sử dụng tần số trong dãi 890-915 MHz và đường downlink sử dụng tần số trong dãi 935-960 MHz. Họ chia các băng tần này thành 124 kênh với độ rộng băng thông 25Mhz, mỗi kênh cách nhau 1 khoảng 200Khz. Sử dụng công nghệ phân chia theo thời gian TDM (Time division multiplexing ) để chia ra 8 kênh full rate hay 16 kênh haft rate . Có 8 khe thời gian gộp lại gọi thành một khung TDMA. Tốc độ truyền dữ liệu của một kênh là 270.833 kbit/s và khoảng thời gian của một khung là 4.615 m. Công suất phát của máy điện thoại được giới hạn tối đa là 2 watts đối với băng GSM 850/900Mhz và tối đa là 1 watts đối với băng GSM 1800/1900Mhz. Mạng GSM sử dụng 2 kiểu mã hoá âm thanh để nén tín hiệu âm thanh 3,1khz đó là mã hoá 6 và 13kbps gọi là Full rate (13kbps) và haft rate (6kbps). Để nén họ sử dụng hệ thống có tên là linear predictive coding (LPC). Vào năm 1997 thì họ cải tiến thêm cho mạng GSM là bộ mã GSM-EFR sử dụng full rate 12,2kbps. Có tất cả bốn kích thước cell site trong mạng GSM đó là macro, micro, pico và umbrella. Vùng phủ sóng của mỗi cell phụ thuộc nhiều vào môi trường. Macro cell được lắp trên cột cao hoặc trên các toà nhà cao tầng, micro cell lại được lắp ở các khu thành thị, khu dân cư, pico cell thì tầm phủ sóng chỉ khoảng vài chục mét trở lại nó thường được lắp để tiếp sóng trong nhà. Umbrella lắp bổ sung vào các vùng bị che khuất hay các vùng trống giữa các cell. Bán kính phủ sóng của một cell tuỳ thuộc vào độ cao của anten, độ lợi anten thường thì nó có thể từ vài trăm mét tới vài chục km. Trong thực tế thì khả năng phủ sóng xa nhất của một trạm GSM là 32km ( 22 dặm). Một số khu vực trong nhà mà các anten ngoài trời không thề phủ sóng tới như nhà ga, sân bay, siêu thị…thì người ta sẽ dùng các trạm Pico để chuyển tiếp sóng từ các anten ngoài trời vào. Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
II. CẤU TRÚC HỆ THỐNG GSM 1. Hệ thống GSM Hệ thống này được chia thành hệ thống chuyển mạch SS và hệ thống trạm gốc BSS, mỗi hệ thống này có một số chức năng tại đó thực hiện tất cả các chức năng của hệ thống. Và những khối chức năng này được thực hiện ở các thiết bị khác nhau. Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
Trong đó:  MS: The Mobile Station  BSS: Base Station SubSystem  NSS: The Network and Switching SubSystem  OSS: The Operation and Support SubSystem  BTS: The Base Tranceiver Station or Base Station  BSC: The Base Station Controller  EIR: The Equipment Identity Register  MSC: The Mobile Service Switching Center  HLR: Home Location Register  AUC: The Authentication Center Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
 VLR: The Visitor Location Register  PLMN: The Public Land Mobile Network  PSTN: The Public Switched Telephone Network  CSPDN: The Circuit Switched Public Data Network  PSPDN: The Packet Switching Public Data Network  ISDN: The Integrated Services Digital Network Hệ thống được thực hiện nhự một mạng gồm nhiều cell vô tuyến cạnh nhau để cùng đảm bảo toàn bộ vùng phủ sóng của vùng phục vụ. Mỗi cell một trạm vô tuyến gốc BTS làm việc ở một tập hợp các kênh vô tuyến. Các kênh này khác với các kênh được sử dụng ở các cell lân cận để tránh nhiễu giao thoa.  Một bộ điều khiển trạm gốc BSC sẽ điều khiển một nhóm BTS. BSC điều khiển các chức năng như chuyển giao và điều khiển công suất  Một MSC (trung tâm chuyễn mạch các dịch vụ di động) phục vụ một số bộ điều khiển trạm gốc, MSC điều khiển các cuộc gọi tới và đi từ mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN, mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN, mạng di động mặt đất công cộng PLMN và các mạng số liệu công cộng PSDN, và có thể là các mạng riêng. Các khối nói trên đều tham gia vào việc nối thông giữa một trạm di động MS và một thuê bao di động ở PSDN. Nếu không thể thực hiện một cuộc gọi đến MS ta sẽ thông cần bất cứ một thiết bị nào khác. Vấn đề nảy sinh khi ta muốn thực hiện một cuộc gọi kết cuối ở MS, người gọi hầu như không biết MS được gọi ở đâu. Vì thế cần một số cơ sở dữ liệu mạng để theo dõi MS. Cơ sở dữ liệu quan trọng nhất là bộ đăng ký thường trú Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
HLR. Khi một thuê bao di động mua một đăng ký từ một hãng khai thác GSM, thuê bao di động này sẽ được đăng ký ở HLR của hãng này. HLR chứa các thông tin về thuê bao như các dịch vụ bổ xung và các tần số nhận thực, quyền thâm nhập của thuê bao, các dịch vụ mà thuê bao đăng ký, các số liệu động về vùng mà ở đó đang chứa thuê bao của nó (Roaming), trong HLR còn tạo báo hiệu số 7 trên giao diện với MSC. Ngoài ra sẽ có thông tin về vị trí của MS tức là hiện thời vị trí của MS ở đâu thuộc MSC nào. Thông tin này thay đổi khi MS di động. MS sẽ gửi thông tin về vị trí thông qua MSC/HLR đến HLR của mình, nhờ vậy đảm bảo phương tiện để thu một cuộc gọi. 2. Hệ thống chuyển mạch con (SS) Hệ thống con chuyển mạch (SS): bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao. Chức nãng chính của SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác. MSC thực hiện các chức năng chuyển mạch chính, nhiệm vụ chính của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những thuê bao của GSM, một mặt MSC giao tiếp với hệ thống con BSS và mặt khác giao tiếp với mạng ngoài qua G-MSC. SS cũng cần giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tải số liệu của người sử dụng hay báo hiệu giưã các phần tử của mạng GSM. Chẳng hạn SS có thể sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số 7, mạng này đảm bảo hoạt động tương tác giữa các phần tử của SS trong một hay nhiều mạng GSM. MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC. Một tổng đài MSC thích hợp cho một vùng đô thị và ngoại ô có dân cư vào khoảng một triệu (với mật độ thuê bao trung bình).  Khối IWF Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của GSM với các mạng này. Các thích ứng này gọi là chức năng tương tác IWF. IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn. IWF có thể thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trường hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở.  Khối HLR : Giữ các thông tin liên quan tới việc cung cấp các dịch vụ viễn thông không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao và chứa các thông tin về vị trí hiện thời của thuê bao. Thường HLR là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạch nhưng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao. Một chức năng con của HLR là nhận dạng trung tâm nhận thực thuê bao AUC.  Khối trung tâm nhận thực AUC ; Được nối đến HLR chức năng của AUC là cung cấp cho HLR các tần số nhận thực và các khoá mật mã để sử dụng cho bảo mật. Đương vô tuyến cũng được AUC cung cấp mã bảo mật chống nghe trộm, mã này được thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao cơ sở dữ liệu của AUC còn ghi nhiều thông tin cần thiết khác về thuê bao và phải được bảo vệ chống mọi thâm nhập trái phép.  Bộ ghi định vị tạm trú VLR; Là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ở vùng phục vụ của MSC. Mỗi MSC có VLR. Ngay cả khi MS lưu động vào một vùng MSC mới. VLR liên kết với MSC sẽ yêu cầu số liệu về MS từ HLR. Đồng thời HLR sẽ được thông báo rằng MS đang ở vùng MSC nào. Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc gọi, VLR sẽ Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
có tất cả các thông tin cần thiết để thiết lập một cuộc gọi mà không cần hỏi HLR có thể coi VLR như một HLR phân bố. VLR chứa thông tin chính xác hơn về vị trí MS ở vùng MSC.  Tổng đài di động cổng GMSC : Tất cả các cuộc gọi vào cho mạng GSM /PLMN sẽ được định tuyến cho tổng đài vô tuyến cổng Gateway-MSC. Nếu người nào đó ở mạng cố định PSTN muốn thực hiện một cuộc gọi đến một thuê bao di động của mạng GSM. Tổng đài tại PSTN sẽ kết nối cuộc gọi này đến MSC có trang bị một chức năng được gọi là chức năng cổng. Tổng đài MSC này gọi là MSC cổng và nó có thể là một MSC bất kỳ ở mạng GSM. GMSC sẽ phải tìm ra vị trí của MS cần tìm. Điều này được thực hiện bằng cách hỏi HLR nơi MS đăng ký. HLR sẽ trả lời khi đó MSC này có thể định tuyến lại cuộc gọi đến MSC cần thiết. Khi cuộc gọi đến MSC này, VLR sẽ biết chi tiết hơn về vị trí của MS. Như vậy có thể nối thông một cuộc gọi ở GSM có sự khác biệt giữa thiết bị vật lý và đăng ký thuê bao. 3. Trạm di động (MS) MS là một đầu cuối di động, có thể đặt trên ô tô hay xách tay. Tại GSM có một khối nhỏ gọi là modun nhận dạng thuê bao SIM, là một khối vật lý tách riêng chẳng hạn là một IC Card còn gọi là card thông minh SIM cung với thiết bị trạm hợp thành trạm di động. Không có SIM, MS không thể thâm nhập đến mạng trừ trường hợp gọi khẩn. Khi liên kết đăng ký thuê bao với card SIM chứ không phải với MS. Đăng ký thuê bao có thể có thể sử dụng trạm MS khác như của chính mình.Điều này làm nẩy sinh vấn đề MS bị lấy cắp, vì không có biện pháp để chặn đăng ký thuê bao nếu bị lấy cắp thì khi đó sẽ cần một cơ sở dữ liệu chứa số liệu phần cứng của thiết bị: thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR (nhưng hiện nay ở Việt Nam thì người ta không dùng thiết bị này nữa bởi vì khi có EIR thì nó yêu cầu máy có chỉ tiêu chất lượng tốt. Do kinh tế thị Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
trường thì không phải ai cũng có thể mua một máy có chất lượng đạt yêu cầu ). EIR được nối Với MSC qua một đường báo hiệu. Nó cho phép MSC kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị. Bằng cách này có thể cho một MS không được thâm nhập. Hệ thống con (BSS) 4. Là một hệ thống đặc thù riêng cho tính chất tổ ong vô tuyến của GSM. BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động MS thông qua giao diện vô tuyến, vì thế nó bao gồm các thiết bị thu phát đường vô tuyến và quản lý các chức năng này. Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài SS. Tóm laị, BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài và nhờ vậy đấu nối những người sử dụng các trạm di động với những người sử dụng viễn thông khác BSS cũng phải được điều khiển, do đó nó được đấu nối với OSS. BSS bao gồm hai loại thiết bị: BTS giao diện với MS và BSC giao diện với MSC.  Khối BTS: Một BTS gồm các thiết bị thu phát, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến. Có thể coi BTS là các Modem vô tuyến phức tạp có thêm một số các chức năng khác. Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU là khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ. TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, tại đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu. TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể đặt cách xa BTS và thậm chí còn đặt trong BSC và MSC.  Khối TRAU: Khối thích ứng và chuyển đổi mã thực hiện chuyển đổi giữa tiếng 64kbit/s luật A và tiếng RPE LTP 13 kbit/s cũng như thích ứng tốc độ giữa các khung 3.6, 6, 12 Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
kbit/s sử dụng ở giao diện vô tuyến. TRAU được điều khiển bởi BTS. Nếu nó được đặt bên ngoài BTS thì việc điều khiển được thực hiện bởi báo hiệu trong băng bằng cách sử dụng một số bit dự trữ ở trong khung 320 bit của các kênh lưu lượng 16 kbit/s trong đó chỉ có 13 kbit/s được sử dụng cho việc truyền lưu lượng các bít dự trữ nói trên là các bit điều khiển.  Khối BSC: BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu là lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và chuyển giao. Một phía BSC được nôí với BTS còn phía kia nối với MSC của SS. Trong thực tế BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể. Vai trò chính của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao. Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa BTS và BSC là giao diện Abit. Hệ thống khai thác và hỗ trợ quản lý(OSS) 5. Được nối tới tất cả các thiết bị ở hệ thống chuyển mạch và nối đến BSC. OSS có các chức năng chính sau:  Quản lý mạng tế bào : Tại PLMN lớn cần xử lý rất nhiều số liệu, các thủ tục chi tiết, các công cụ quản lý phụ thuộc cơ quan chịu trách nhiệm về mạng. Số liệu tổng đài và số liệu hệ thống điện thoại di động, cơ sở dữ liệu này chứa Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
tất cả các nội dung của cơ sở dữ liệu về dữ liệu đang được giữ tại MSC/BSC. Có thể kiểm tra tại chỗ trước đưa nó vào hoạt động. Số cell: có thể chứa tất cả các dữ liệu ở các cell trên PLMN  Quản lý đăng ký thuê bao: Bao gồm các hoạt động đăng ký thuê bao. Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xoá thuê bao khỏi mạng, đăng ký thuê bao rất phức tạp gồm nhiều dịch vụ và tính năng bổ xung. Nhà khai thác phải có thể thâm nhập tất cả các thông số nói trên. Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cước các cuộc gọi.  Quản lý chất lượng : Có một số chức năng đo đạc ở GSM, nội dung chức năng đo đạc sơ cấp này được thực hiện ở phần tử mạng chịu trách nhiệm về đối tượng đo, chẳng hạn các số liệu định hướng theo cuộc gọi được thực hiện ở MSC sau, đó số lượng đo sơ cấp được gửi tới OSS và được lưu trữ ở đấy. Các phép đo đó là: o Đo lưu lượng các tuyến o Đo lưu lượng các loại lưu lượng o Đo về độ phân tán lưu lượng Đối tượng chính để đo ở mạng vô tuyến là cell. Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
VẤN ĐỀ VÀ PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG LẠI DẢI TẦN III. 1. Giới thiệu vấn đề Mạng di động là một hệ thống truyền dẫn với các thiệt bị truyền dẫn năng lượng thấp, và thực hiện bao phủ chỉ một phần nhỏ vùng cung cấp dịch vụ. mỗi BS được gán 1 phần trong tổng số kênh trong toàn hệ thống và các BS được gán các kênh sao cho sự ảnh hưởng of tần số của các kênh gần nhau được hạn chế ở mưc thấp nhất. Các phương pháp phân kênh trong các hệ thống như GSM900, E-GSM900 và DCS1800 (hoặc GSM1800) được chỉ ra như ở hình dưới: Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
45 MHz 45 MHz 880 890 915 925 935 960 GSM900 GSM900 UPLINK DOWNLINK E-GSM900 E-GSM900 Guard Band UPLINK DOWNLINK 95 MHz 1710 1785 1805 1880 DCS1800 DCS1800 DOWNLINK UPLINK Fig.- (1.1) Channels Assignment Như trong hình vẽ, đường uplink và downlink có băng thông bảo vệ là 20MHz đối với GSM và DCS, còn với E-GSM là 10MHz. thành phần phân kênh giữa uplink và downlink là 45MHz với GSM và 95MHz với mạng DCS. Mỗi kênh (thành phần mang) trong hệ thống GSM có 200MHz băng thong, được gán bởi Absolute Radio Frequency Channel Number (ARFCN). Nếu chúng ta gọi FI(n) là giá trị tần số của thành phần sóng mang ARFCN n trong băng thong thấp (ỤPlink) và Fu(n) là giá trị tần số of thành phần song mang ứng với băng thong lớn hơn (Downlink) chúng ta sẽ có: 1 ≤n ≤ 124 Fu(n) = Fl(n) + 45 GSM 900 Fl(n) = 890 + 0.2*n Fu(n) ≤n ≤ 124 Fu(n) = Fl(n) + 45 E-GSM 900 Fl(n) = 890 + 0.2*n 0 Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
Fl(n) = 890 + 0.2*(n-1024) Fu(n) ≤n 975 ≤ 1023 Fl(n) = 1710.2 + 0.2*(n- 512 ≤ n ≤ 885 DCS 1800 Fu(n) = Fl(n) + 95 512) Bảng 3.1: ARFCN Do đó chúng ta sẽ có 124 kênh đối với GSM900, 174 kênh với E-GSM900 và 374 kênh với DCS1800 2. Sử dụng lại tần số Một trong những đặc tíh quan trọng của mạng GSM là lập quy hoạch tần số khi mà trogn mạng có sự giới hạn of phổ tần số có sẵn, việc sử dụng lại tần số trong những ô khác nhau sẽ cần phải được quy hoạch or lập kế hoạch để đạt được khả năng lớn đồng thời sự chồng tần sổ phải ở mức cho phép Một ô trong mạng GSM có thể đa hướng or được biểu diễn theo các khối lục giác. Trogn hệ thống GSM giả sử các ô gồm 3 thành phần và quy hoạch tần số được thực hiện một cách phù hợp. Để hiểu được cách xây dụng sử dụng lại tần số, xem xét 1 hệ thống GSM gồm S kênh, trong đó mỗi ô được gán với k kênh, giả sử rằng tất cả các nhóm 3 thành phần đề có cùng k kênh. Nếu S kênh được chia cho N Base Station với mỗi thành phần có 3 ô con, thì tổng số kênh tần số phải là: S = 3*k*N Điều này có được do hệ thống gồm N Base Station và mỗi thành phần được chia nhỏ thành 3 phần với k kênh N base station, tổng thành phần sử dụng sẽ hết toàn bộ tập không gian tần số có sẵn. trogn đó mỗi 1 một tần số được sử dụng 1 lần gọi là 1 cluster. Nếu cluster được lặp lại M lần trong tổng số kênh, thì C được tính bằng cách: Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
C = M*3*k*N = M*S Kích thước cluster N thường là 3, 4, 7, 13. Quyết định kích thước of cluster sở hữu cần dựa tren dung lượng, dải phổ có thể gán và tính giao thoa or trùng phổ. Kích thước của 1 cluster 7 hoắc cluter 12 cho mức độ trùng phổ thấp nhất nhưng khi kích thước of cluster đủ lớn sẽ dấn đến thành phân tái sử dụng với khoảng cách xa làm khả năng giảm xuống đồng thời yêu cầu dải phổ lớn hơn. Xem xét 1 ví dụ khi k bằng 1 tức 1 tần số trên 1 khôi. Với cluster kich thước 7 sẽ yêu cầu phổ thấp nhất S = 3*7*1 = 21 ARFCN Hoặc 21*0.2MHz = 4.2 MHz . Giá trị này chỉ bằng 16% dung lượng of dải phổ của GSM900. Nếu them 1 tần số trên 1 khối sẽ yêu cầu 42ARFCN hay 33% dải phổ. Còn nếu với một cluster với kich thước = 3 thì : S = 3*3*1 = 9 ARFCN Hay 9 *02 = 1.8 MHz bằng 7% of tổng dải phổ có sẵn. Nếu them 1 tần số nữa cho khối thì kết quả vẫn chỉ là khoảng 14% dải phổ yêu cầu. nhưng 1 vấn đề lớn khác chính là tính trùng phổ, khi các ô gần nhau dẫn đến vấn để sử dụng lại dải phổ có vấn đề. Những nghiên cứu có lien quan chỉ ra với kích thước 4 cho 1 cluster là phù hợp với cả dung lượng và tính trùng phổ, với giá trị k bằng 2 nghĩa là 2 thành phần tần số / phần: S = 3*2*4 = 24 Hay 24 * 0.2 = 4.8 MHz khoảng 19% tổng dải phổ có sẵn. Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
Hình 3.2 biểu diễn tính sử dụng lại tần số với cluster kích thước là 4, trong đó câc ô cùng nhãn sẽ sử dụng cùng 1 nhóm kênh B1 B3 D1 A1 B2 D3 A3 B1 B1 C1 D2 A2 B3 B3 C3 D1 D1 A1 B2 B2 C2 D3 D3 A3 B1 C1 C1 D2 D2 A2 B3 C3 C3 A1 A1 D1 B2 C2 C2 A3 A3 D3 C1 B1 B1 A2 A2 D2 C3 B3 B3 D1 A1 D1 C2 B2 B2 D3 A3 D3 C1 C1 D2 A2 D2 C3 C3 C2 C2 Hình 3.2: mô hình sử dụng lại 4*3 3. Trùng phổ của kênh và khả năng của hệ thống Việc sử dụng lại tần số ngầm định rằng vùng bao phủ trên 1 số cell sử dụng cùng 1 tập các tấn số. những cell này gọi là cell-channel đồng thời và vùng trùng phổ or giao thoa của tín hiệu giữa các vùng này gọi là trùng phổ của các cell_channel đồng thời. Không giống như nhiễu nhiệt (thermal), có thể vượt quá bằng viêc tăng tỉ lệ S/N, nhiễu cell- channel đồng thời không thể giải quyết bằng việc năng năng lượng của thành phàn tín hiệu mang. Lý do là nếu tăng năng lượng của song mang sẽ tăng mức độ trùng phổ của Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
tín hiệu. để giảm mức độ trùng phổ kênh, các cell-channel cần phải phân chia riêng rẽ với khoảng cách đáp ứng phù hợp dựa trên mức độ phát tán của tín hiệu. Trong hệ thống mạng không dây, khi kich thước của các ô xấp xỉ bằng nhau, nhiễu kênh đồng thời có thể độc lập với năng lượng truyền tín hiệu và phụ thuộc vào bán kính của ô (R), cùng khoảng cách từ trung tâm đến khối cell-channel gần nhất. hìh 3.3 sẽ giải thích mối quan hệ giữa bán kính R, kích thước cua cluster N và khoảng cách sử dụng lại D. Bán kính của cell bên ngoài : R Bán kính của cell bên trong: r = 0.5 * (3)^1/2 * R Khoảng cách sử dụng lại: D = R * (3 * (i^2 + j^2 + j*i))^1/2 Khi đó: D/N = (N*3)^1/2 Kích thước của cluster: N = j^2 + i^2 + j*I; D j i D j i R r Hình 3.3: Biểu diễn tính toán khoảng cách sủ dụng lại. Khi i và j là các số không âm. Để tìm khối cell-channel gần nhất, chúng ta cần thực hiện như sau: Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
Di chuyển I ô dọc theo bất kì 1 chuỗi các khối lục giác - Quay góc 60 theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. và di chuyển k ô. - hình trên biểu diễn khi i = 1 j = 2 đối với cluster kích thước 7. Khi tăng tỉ số D/R, sự phân vùng không gian giữa các cell channel nói chung sẽ tăng lên, bởi vậy độ nhiễu or trùng phổ sẽ giảm xuống dựa trên mức tăng độ độc lập của các khối. mối quan hệ giữa khoảng cách sử dụng lại và mức độ trùng phổ của tín hiệu C/I được chỉ ra: (D/R) ᵞ = 6*(C/I) Chú ý: C/I tính theo dB và có thể chuyển sang giá trị số để tính toán, ᵞ là chỉ số lan truyền hoặc mức độ suy giảm với giá trị trong khoảng từ 2-> 4 4. Tiêu chuẩn thiết kế Một sơ đồ tần số tối ưu yêu cầu mức độ trùng phổ tối thiểu giữa các cell-channel và các ô kề nhau. GSM 05.05 đã định nghĩa các tỉ lệ trùng phổ cho các cell-channel kề nhau. Tỉ lệ trùng phổ thực tế nên nhỏ hơn một giá trị giới hạn được gọi là tỉ kệ trùng phổ thâm tham chiếu. tỉ lệ trùng phổ tham chiếu có đối với base station và tất cả cả các loại MS: Với độ trùng phổ của kênh đồng thời: C/Ic = 9dB o Độ trùng phổ của các vùng kề nhau (200MHz): C/Ia1 = -9dB o Độ trùng phổ với các vùng kề nhau (400MHz): C/Ia2 = -41dB o Với mục đích của việc lập kế hoạch cho mạng, thường thì giá trị của C/Ic >= 9dB và với các kênh kề nhau thường là C/Ia >= - 9dB. Điều này chỉ ra kênh kề đầu tiên không được sử dụng cùng các tế bào cùng ngành hoặc cùng BS 5. Cấp phát tần số trong hệ thống GSM, tổng băng thong của phổ sẽ được chia thành 2 nhóm trong đó 1 nhóm sẽ dung để điều khiển thong tin giao thong với tần số BCCH và thành phần còn lại Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số