thiết kế môn học thông tin di động

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

LỜI NÓI ĐẦU
Với xu thế hội nhập và phát triển nhƣ hiện nay thì thông tin liên lạc có vai trò
quan trọng không thể thiếu, nó là yếu tố quyết định nhiều mặt hoạt động của xã hội,
giúp con ngƣời nắm bắt thông tin nhanh chóng mọi lúc mọi nơi, góp phần quan trọng
phát triển đất nƣớc thể hiện ở một số lĩnh vực nhƣ là: kinh tế, văn hóa, khoa học kỹ
thuật, an ninh quốc phòng, là cầu nối cho mọi ngƣời, mọi quốc gia. Hệ thống thông tin
liên lạc đang có những bƣớc phát triển không ngừng và ngày càng khẳng định vị trí của
mình. Sự phát triển rộng khắp cả nƣớc của mạng lƣới viễn thông và các loại hình dịch
vụ viễn thông cũng ngày càng đƣợc đa dạng hoá theo yêu cầu ngày càng cao của con
ngƣời.
Thông tin di động đã trở thành một dịch vụ kinh doanh không thể thiếu của tất cả
các nhà khai thác viễn thông trên thế giới. Đối với các khách hàng viễn thông, nhất là
các doanh nghiệp thì thông tin di động trở thành phƣơng tiện liên lạc quen thuộc và
không thể thiếu đƣợc. Dịch vụ thông tin di động ngày nay không chỉ hạn chế cho các
khách hàng giàu có nữa mà nó đang dần trở thành dịch vụ phổ cập cho mọi đối tƣợng.
Ngày nay mức sống chung của xã hội ngày càng đƣợc nâng cao đã khiến cho số
lƣợng thuê bao sử dụng dịch vụ di động tăng lên đột biến. Khó khăn thực tế cho các
nhà cung cấp mạng, các tổng đài là phải làm sao để có thể xử lý cuộc gọi để các thuê
bao đều có thể liên lạc mà không bị gián đoạn.
Do vậy, việc tính toán và thiết kế hệ thống sao cho phù hợp với từng điều kiện
thực tế nhằm thực hiện mục đích quy hoạch và tối ƣu hóa mạng thông tin di động. Bài
nghiên cứu này cũng không nhằm ngoài mục đích đó. Nội dung bài thiết kế môn học
này tập trung vào 3 chƣơng và đƣợc khái quát nhƣ sau:
Chƣơng 1: Giới thiệu chung
Chƣơng này sẽ giới thiệu các thông tin tổng quát bao gồm các nội dung tổng
quan về hệ thống thông tin di động GSM 2G, các vấn đề chính trong hệ thống.
Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh
Nhóm 1 3
Chƣơng 2: Các vấn đề liên quan đến qui hoạch và thiết kế mạng
Chƣơng này sẽ đề cập đến các khái niệm cơ bản nhƣ cell, chỉ số GoS, sử dụng

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

1.2.5 Kênh điều khiển 11
1.2.6 Trung tâm chuyển mạch di động MSC (Mobile Swiching Center) 11
1.2.7 Chuyển giao 11
CHƯƠNG 2 CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN BÀI TOÁN QUI HOẠCH
VÀ THIẾT KẾ MẠNG 12
2.1. Giới thiệu 12
2.2.Các khái niệm cơ bản 12
2.2.1. Cell 12
2.2.2 Chỉ số cấp độ phục vụ GoS (Grade of Service) – các tham số liên quan 13
2.2.3 Sử dụng lại tần số 14
2.2.4 Tách cell 15
2.3 Quy hoạch cell 16
Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh
Nhóm 1 5
2.3.1. Lý thuyết về quy hoạch cell trong các mạng thông tin di động 2G 16
2.3.2. Tính toán bán kính phủ sóng của cell 17
2.4. Quy hoạch tần số 17
2.4.1. Lý thuyết quy hoạch tần số 17
2.4.1.1. Các mẫu tái sử dụng tần số 17
2.4.1.2. Các phƣơng pháp phân chia tần số 18
CHƯƠNG 3 BÀI TOÁN THIẾT KẾ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM
2G 24
3.1 Nội dung bài toán 24
3.2 Thực hiện 25
3.2.1 Số cell cần lắp và chỉ số N 25
3.2.1.1 Số cell thực tế tối thiểu cần lắp 25
3.2.1.2 Mẫu sử dụng lại tần số N tốt nhất cho năm đầu tiên 27
3.2.1.3 Tách cell trong bài toán tìm mẫu sử dụng lại tần số 28
3.2.2 Lựa chọn N và chỉ số Gos sau 5 năm 33
3.2.2.1 Lựa chọn lại N 34

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

Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh
Nhóm 1 7
CHƢƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Tổng quan hệ thống thông tin di động GSM 2G
Hệ thống thông tin di động: đƣợc hiểu là các hệ thống thông tin cung cấp các
dịch vụ cho các đầu cuối có khả năng di chuyển đƣợc. Nói một cách khác, hệ thống
thông tin di động đảm bảo việc cung cấp các dịch vụ cho ngƣời sử dụng trong khi đang
di chuyển. Điều này chỉ có thể thực hiện đƣợc trong môi trƣờng thông tin vô tuyến vì
các hệ thống có dây không thể làm đƣợc việc kéo các dây dẫn tới các đầu cuối di động
khi mà việc di chuyển của ngƣời sử dụng là ngẫu nhiên và phạm vi di chuyển tƣơng
đối rộng.
Trong hệ thống thông tin di động, chúng ta tìm hiểu về hệ thống thông tin di
động GSM 2G vì: mặc dù hiện nay đã xuất hiện các hệ thống thông tin di động thế hệ
thứ 3, thứ 4 với sự ƣu việt hơn về tốc độ và băng thông nhƣng trong thực tế hệ thống
thông tin di động GSM 2G vẫn chiếm đa số lƣợng thuê bao di động trên thế giới nhờ
vào đặc tính thoại cũng là nhu cầu chủ yếu của con ngƣời khi muốn tiếp cận hệ thống
thông tin di động và số lƣợng thuê bao ngày càng không ngừng phát triển.
Hệ thống thông tin di động GSM 2G sử dụng phƣơng pháp đa truy nhập phân
chia theo thời gian TDMA (Time Division Multiple Access), thƣờng sử dụng ở băng
tần 900 MHz và 1800 MHz với độ rộng băng tần là 25 MHz.
Xét mô hình mạng thông tin di động trình bày trên Hình 1.1
Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh
Nhóm 1 8

Hình 1.1: Mô hình cấu trúc hệ thống thông tin di động GSM 2G
Nhƣ vậy, nếu nhìn tổng thể sơ đồ Hình 1.1 thì một hệ thống thông tin di động
gồm 3 phân hệ cơ bản là: phân hệ chuyển mạch SS(Switching Subscriber Subsystem),
phân hệ trạm gốc BSS(Base Station Subsystem), phân hệ bảo dƣỡng và đầu cuối.
1. Phân hệ chuyển mạch SS: Gồm các khối chức năng

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

mật. Đƣờng vô tuyến cũng đƣợc AuC cung cấp mã bảo mật để chống nghe trộm,
mã này đƣợc thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao. Cơ sở dữ liệu của AuC còn
ghi nhiều thông tin cần thiết khác khi thuê bao đăng ký nhập mạng và đƣợc sử
dụng dể kiểm tra khi thuê boa yêu cầu cung cấp dịch vụ, tránh việc truy nhập
mạng một cách trái phép.
2. Phân hệ trạm gốc BSS: gồm các khối chức năng
a. Bộ điều khiển trạm gốc BSC(Base Station Controller): có nhiệm vụ quản lý tất
cả giao diện vô tuyến thông qua các lênh điều khiển từ xa. Các lệnh này chủ yếu
là lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và chuyển giao. Một phía BSC nối với
BTS, phía còn lại nối với MSC của phận hệ chuyển mạch SS. Giao diện giữa BTS
và BSC là giao diện A.bis.
b. Trạm thu phát gốc BTS(Base Tranceiver Station): Một BTS bao gồm các thiết
bị thu/phát tín hiệu sóng vô tuyến, antenna và bộ phận mã hoá, giải mã giao tiếp
Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh
Nhóm 1 10
với BSC. BTS là thiết bị trung gian giữa mạng GSM và thiết bị thuê bao MS, trao
đổi thông tin với MS qua giao diện vô tuyến. Mỗi BTS tạo ra một hay một số khu
vực vùng phủ sóng nhất địnhgọi là cell. Có thể coi BTS là các mô-đem vô tuyến
phức tạp có thêm một số chức năng khác. Một bộ phận quan trọng của BTS là
TRAU (Transcoder Adapter Rate Unit: Khối chuyển đổi mã và tốc độ), TRAU là
thiết bị thực hiện quá trình mã hoá và giải mã thoại. TRAU có thể đặt cách xa
BTS, và có thể đặt giữa BSC (Base Station Controller) và MSC.
c. Thiết bị di động ME (Mobile Equipment): Máy điện thoại di động bao gồm các
bộ thu/phát RF, antenna và bộ điều khiển.
3. Phân hệ khai thác và bão dưỡng OSS(Operation and Support System): thực hiện
3 chức năng chính:
a. Khai thác và bảo dƣỡng mạng
b. Quản lý thuê bao tính cƣớc
c. Quản lý thiết bị di động
1.2 Một số khái niệm

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.

Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh
Nhóm 1 12
CHƢƠNG 2
CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN BÀI TOÁN QUI HOẠCH
VÀ THIẾT KẾ MẠNG
2.1. Giới thiệu
Chƣơng này sẽ đề cập đến các khái niệm cơ bản nhƣ cell, chỉ số GoS, sử dụng
lại tần số, tách cell.
Nội dung phần quy hoạch cell sẽ trình bày lý thuyết về quy hoạch cell trong
mạng thông tin di động 2G, tính toán bán kính phủ sóng của cell các mẫu tái sử dụng
tần số, các phƣơng pháp phân chia tần số trong mạng thông tin di động 2G
2.2.Các khái niệm cơ bản
2.2.1. Cell

Hình 2-1: Kích thƣớc cell.
Cell (tế bào hay ô) là đơn vị cơ sở của mạng, tại đó trạm di động MS tiến hành
trao đổi thông tin với mạng qua trạm thu phát gốc BTS. BTS trao đổi thông tin qua
sóng vô tuyến với tất cả các trạm di động MS có mặt trong Cell.
Hình dạng lý thuyết của Cell là một cell tổ ong hình lục giác:
Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh
Nhóm 1 13

Hình 2-2: Hình dạng lý thuyết cell.
Trên thực tế, hình dạng của cell là không xác định. Việc quy hoạch vùng phủ
sóng cần quan tâm đến các yếu tố địa hình và mật độ thuê bao, từ đó xác định số lƣợng
trạm gốc BTS, kích thƣớc cell và phƣơng thức phủ sóng thích hợp.
2.2.2 Chỉ số cấp độ phục vụ GoS (Grade of Service) – các tham số liên quan
Cấp độ phục vụ GoS là thƣớc đo dùng để chỉ khả năng của ngƣời sử dụng truy
nhập vào hệ thống trong suốt một giờ bận nhất. Qua chỉ số GoS, có thể ƣớc tính đƣợc
dung lƣợng yêu cầu tối đa và đó cũng là căn cứ để phân bổ số lƣợng kênh phù hợp

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

chấp nhận đƣợc, điều này tƣơng ứng với GoS thấp. Nếu lƣu lƣợng đi qua kênh tăng
lên, đến một lúc nào đó kênh sẽ không thể đáp ứng đƣợc lƣu lƣợng yêu cầu. Khi đó, sẽ
xảy ra tình trạng lƣu lƣợng bị tắc nghẽn và khả năng khóa hay rớt cuộc gọi là rất lớn,
chỉ số cấp độ phục vụ GoS sẽ tăng. Theo tiêu chuẩn của GSM, chỉ số cấp độ phục vụ
của mạng là 2%.
1. Lƣu lƣợng trong mạng
Lƣu lƣợng cần thiết của một cell đạt đƣợc giá trị GoS danh định với số kênh đƣợc
cấp cho mỗi cell đƣợc tính theo Công thức (2.2).
T = F(GoS, N
c
) (2.2)
Lƣu lƣợng trong mạng có mối quan hệ mật thiết với chỉ số cấp độ phục vụ GoS.
Trong mạng thông tin di động, lƣu lƣợng trong một cell thấp sẽ dẫn đến GoS thấp, tức
là chất lƣợng phục vụ của mạng ổn định ở mức chấp nhận đƣợc và ngƣợc lại.
2. Số kênh phân bổ trong một cell N
c

Số kênh cần thiết để một cell đạt đƣợc giá trị GoS danh định ở một mức lƣu
lƣợng T đƣợc tính theo Công thức (2.3).
N
c
= F(GoS, T) (2.3)
Với GoS cho là một số cố định thì lƣu lƣợng trên một kênh phụ thuộc vào số
kênh. Công việc của ngƣời thiết kế là phải đánh giá đƣợc dung lƣợng yêu cầu lớn nhất
để phân chia số kênh thích ứng với một hệ số GoS nào đó.
2.2.3 Sử dụng lại tần số
Sử dụng lại tần số là việc sử dụng lại một tần số hoặc một nhóm tần số đồng
thời ở các cell khác nhau trong hệ thống, khoảng cách giữa các cell phải đủ lớn để
không xảy ra hiện tƣợng nhiễu đồng kênh.
Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh

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

2.3.1. Lý thuyết về quy hoạch cell trong các mạng thông tin di động 2G
1. Cell lớn
Bán kính phủ sóng khoảng: n km  n*10 km (GSM:  35 km)
Vị trí thiết kế các Cell lớn: Sóng vô tuyến ít bị che khuất (vùng nông thôn, ven
biển ), mật độ thuê bao thấp, yêu cầu công suất phát lớn.
2. Cell nhỏ
Bán kính phủ sóng khoảng: n*100 m. (GSM:  1 km)
Vị trí thiết kế các Cell nhỏ: sóng vô tuyến bị che khuất (vùng đô thị lớn), mật độ
thuê bao cao, yêu cầu công suất phát nhỏ.
Có tất cả 4 kích thƣớc cell trong mạng GSM là: macro, micro, pico và umbrella.
Vùng phủ sóng của mỗi cell phụ thuộc nhiều vào môi trƣờng.
Macro cell: đƣợc lắp trên cột cao hoặc trên các toà nhà cao tầng.
Micro cell: đƣợc lắp ở các khu thành thị, khu dân cƣ.
Pico cell: tầm phủ sóng chỉ khoảng vài chục mét trở lại nó thƣờng đƣợc lắp để
tiếp sóng trong nhà.
Umbrella: đƣợc 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
thƣờng 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 32 km (22 dặm).
Một số khu vực trong nhà mà các anten ngoài trời không thề phủ sóng tới nhƣ
nhà ga, sân bay, siêu thị, thì ngƣời ta sẽ dùng các trạm pico để chuyển tiếp sóng từ các
anten ngoài trời vào.
Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh
Nhóm 1 17
2.3.2. Tính toán bán kính phủ sóng của cell
Bán kính phủ sóng của cell đƣợc tình toán thông qua các thông số sau:
Lƣu lƣợng của một thuê bao là:
T
u

= . 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
33
2
R
2
(2.7)
Từ công thức trên ta tính đƣợc bán kính phủ sóng của cell là:

R = (
2S
Ncell 33
) (2.8)
2.4. Quy hoạch tần số
2.4.1. Lý thuyết quy hoạch tần số
2.4.1.1. Các mẫu tái sử dụng tần số
Sử dụng lại tần số ở các cell khác nhau thì bị giới hạn bởi nhiễu đồng kênh C/I
giữa các cell đó nên C/I sẽ là một vấn đề chính cần đƣợc quan tâm. Dễ dàng thấy rằng,
với một kích thƣớc cell nhất định, khoảng cách sử dụng lại tần số phụ thuộc vào số cell
Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh
Nhóm 1 18
N trong một Cluster. Nếu N càng lớn, khoảng cách sử dụng lại tần số càng lớn và
ngƣợc lại.
Ta có công thức tính khoảng cách sử dụng lại tần số:
D = R.

3 .

N (2.9)
Với N: cluster size.
R: bán kính của cell.
Ba kiểu mẫu sử dụng lại tần số thƣờng dùng là: 3/9, 4/12 và 7/21.
2.4.1.2. Các phƣơng pháp phân chia tần số
1. Phƣơng pháp chia tần số cố định FCA (Fixed Channel Assignment)
Trong phƣơng thức sử dụng lại tần số toàn bộ băng tần đƣợc sử dụng cho một
vùng địa lý cluster (nhất định), mà chƣa đề cập đến việc phân chia tần số cụ thể nhƣ thế
nào trong một cluster đó. Một cách kinh điển và dễ dàng ngƣời ta nghĩ ngay tới việc
phân bố băng tần đồng đều và cố định, phƣơng thức này gọi là hình thức phân kênh cố
định FCA (Fixed Channel Assignment).

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

F
C
A
1
B
1
C
1
B
2
C
3
N=3 (i=1, j=1)
BW=F
A
+ F
B
+ F
C
F
A
=F
B
= F
C

Hình 2-3: Phƣơng pháp phân kênh cố định.
Giả sử rằng băng tần đƣợc phân bố cho một mạng là BW.
Khi sử dụng FCA, mỗi cell sẽ đƣợc phân bố một số lƣợng kênh cố định là:
N

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.

Phƣơng pháp phân kênh động DCA đƣợc minh họa trong Hình 2-8.
f
1
f
3
f
2
Common pool
A
C
Khi có 1 thuê bao yêu cầu cuộc
gọi trong cell A thì Commonpool
sẽ cấp cho nó 1 kênh tần số f
1
.
Tƣơng tự, khi có thuê bao yêu cầu
cuộc gọi trong cell B hay cell C
thì Commonpool cũng cấp 1 kênh
tần số f
2
, f
3
B

Hình 2-4: Phƣơng pháp phân kênh động DCA
Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh
Nhóm 1 21
Khi có một yêu cầu về kênh (xuất hiện trực tiếp từ các thuê bao) thì CP sẽ cấp
một kênh cho cuộc gọi đó. Và kênh đƣợc cấp này sẽ đƣợc giữ cho cuộc gọi đó cho đến
khi kết thúc cuộc gọi.

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

Nhóm 1 22
3. Phƣơng pháp chia tần số kết hợp HCA ( Hybrid Channel Assignment)
Phƣơng thức phân kênh kết hợp là sự kết hợp của phƣơng thức phân kênh cố định
FCA và phƣơng thức phân kênh động DCA.
Trong HCA, tổng số kênh sẽ đƣợc chia thành tập hợp các kênh cố định và tập hợp
các kênh động. Tập hợp các kênh cố định đƣợc gán cho các cells nhƣ trong phƣơng
thức FCA. Tập kênh thứ hai đƣợc chia sẻ bởi tất cả các thuê bao nhƣ trong phƣơng
thức DCA để tăng tính linh hoạt cho hệ thống.
Khi một cuộc gọi yêu cầu phục vụ từ một cell và tất cả các kênh trong tập kênh cố
định của nó đều bận, khi đó, một kênh từ tập hợp các kênh động sẽ đƣợc gán cho cuộc
gọi. Việc gán kênh từ tập hợp các kênh động giống nhƣ trong phƣơng thức phân bổ
kênh động đã đƣợc trình bày ở phần trƣớc.
Khả năng khóa cuộc gọi trong HCA đƣợc định nghĩa nhƣ khả năng một cuộc gọi
đến trong một cell mà tập hợp kênh cố định hay tập hợp kênh động đều bận. Vấn đề
cần quan tâm là phân chia tỷ lệ giữa tập các kênh cố định và tập các kênh động.
Tỷ lệ kênh cố định đối với kênh động là một tham số quan trọng để xác định hiệu
quả của hệ thống, khi tối ƣu đƣợc tỷ lệ này có thể làm cho hệ thống hiệu quả hơn. Nhìn
chung, tỷ lệ kênh cố định đối với kênh động là một hàm của lƣu lƣợng và sẽ thay đổi
theo thời gian dựa trên sự ƣớc tính phân bổ lƣu lƣợng.
DCA hiệu quả khi lƣu lƣợng tải thấp còn FCA hiệu quả khi lƣu lƣợng cao vì các
kênh đƣợc sử dụng lại một cách tối ƣu. HCA tại lƣu lƣợng tải thấp hoạt động nhƣ DCA
trong trƣờng hợp tải thấp. Vì lƣu lƣợng đƣợc chia sẻ nên mặc dù tỷ lệ kênh cố định và
kênh động không bằng nhau nhƣng tỷ lệ khóa cuộc gọi tại lƣu lƣợng tải thấp không
tăng lên. Tuy nhiên, khi lƣu lƣợng tải tăng lên theo một tỷ lệ nhất định, phƣơng thức
phân kênh động bắt đầu có tỷ lệ khóa cuộc gọi cao.
Việc lựa chọn phƣơng pháp phân bổ kênh tác động đáng kể đến hiệu quả của hệ
thống, phƣơng thức phân kênh kết hợp đã khắc phục đƣợc các nhƣợc điểm của phƣơng
thức phân kênh cố định và phƣơng thức phân kênh động nhƣ: tận dụng đƣợc tài nguyên
Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh
Nhóm 1 23

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

vực có diện tích 120x18 (km
2
) bằng các cell lục giác có bán kính phục vụ 3(km). Biết
dân số của khu vực này tại năm đầu tiên khi xây dựng mạng là 10 triệu ngƣời, số ngƣời
sử dụng dịch vụ chiếm 60% tổng dân số, tỷ lệ tăng dân số tự nhiên là 1.2%/năm, lƣu
lƣợng trung bình của một thuê bao là 0.08(Erlang), chỉ số GoS = 1 (%). Hãy tính:
1. Số cell thực tế tối thiểu cần phải lắp đặt để bảo đảm yêu cầu dịch vụ. Vẽ hình
minh họa.
2. Mẫu sử dụng lại tần số N tốt nhất cho năm đầu tiên
3. Nếu các thông số trên của mạng không đổi thì sau 5 năm, nên chọn mẫu sử
dụng lại tần số N là bao nhiêu cho phù hợp? Nếu N = 3 ngay từ năm đầu hoặc sau M
năm mà M< 5(năm), hãy tính chỉ số GoS tại năm thứ 5.
4. Nếu GoS > 5% ở câu 3, hãy đƣa ra giải pháp tốt nhất theo sự hiểu biết của tác
giả để có GoS <= 5%.
Thiết kế môn học GVHD: Thầy Ngô Thế Anh
Nhóm 1 25
3.2 Thực hiện
3.2.1 Số cell cần lắp và chỉ số N
3.2.1.1 Số cell thực tế tối thiểu cần lắp
Tính số cell lý thuyết:
N
cell (LT)
=
S
S
lc giác
=
S
3


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: