MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN CONCEPTs OF WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM

MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
VỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN
VỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN


CONCEPTs
CONCEPTs


OF WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM
OF WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM


2
2
NỘI DUNG
NỘI DUNG
Khái niệm và nguyên lý cơ bản
Khái niệm và nguyên lý cơ bản
1
Mạng thông tin tế bào
Mạng thông tin tế bào
2
3
4
Khái niệm lưu lượng
Khái niệm lưu lượng
Khái niệm điều khiển cuộc gọi
Khái niệm điều khiển cuộc gọi
5

Can nhiễu và dung lượng HT
Can nhiễu và dung lượng HT
3
3




Khái niệm
Khái niệm
I.
I.
Chức năng cơ bản của một hệ
Chức năng cơ bản của một hệ
thống TT di động:
thống TT di động:

Thiết lập kết nối dữ liệu (Data
Thiết lập kết nối dữ liệu (Data
connection) giữa 2 thuê bao hoặc
connection) giữa 2 thuê bao hoặc
giữa thuê bao di động và một nhà
giữa thuê bao di động và một nhà
cung cấp dịch vụ.
cung cấp dịch vụ.

Các thuê bao có thể di động được
Các thuê bao có thể di động được
(Mobility).
(Mobility).


Hỗ trợ chức năng định vị cho các
Hỗ trợ chức năng định vị cho các
thuê bao.
thuê bao.

Đảm bảo thuê bao luôn được kết
Đảm bảo thuê bao luôn được kết
nối với một trạm thu phát sóng gốc
nối với một trạm thu phát sóng gốc
(BTS) trong mạng thông tin tế bào
(BTS) trong mạng thông tin tế bào
(Cellular Network).
(Cellular Network).
4
4




Nguyên lý truyền thông di động
Nguyên lý truyền thông di động
MSC
MS1
MS2
BTS1
BTS2
5
5





Sơ đồ mạng CDMA 2000 1X (Exp.)
Sơ đồ mạng CDMA 2000 1X (Exp.)
PSTN
PSTN
/PLMN
/PLMN


BTS
BTS
BSC
BSC
BTS
BTS
BTS
BTS
BTS
BTS
BSC
BSC
IWF
IWF
AAA
AAA
Internet
Internet
HA

HA
DCN
DCN
PDSN(FA)
PDSN(FA)
SMSC
SMSC
HLR/AuC
HLR/AuC
MSC/VLR
MSC/VLR
VMS
VMS
Radio Access Network
Radio Access Network
RAN
RAN
Packet Core Network
Packet Core Network
PCN
PCN
Circuit Core Network
Circuit Core Network
CCN
CCN
WIN/PPS
WIN/PPS
MS
MS
MS

MS
6
6




P.T. truyền sóng ban đầu
P.T. truyền sóng ban đầu

Ý tưởng thiết kế ban đầu:
Ý tưởng thiết kế ban đầu:
Một hệ thống vô tuyến có thể
Một hệ thống vô tuyến có thể
phục vụ kết nối cho một
phục vụ kết nối cho một
khu vực rộng lớn:
khu vực rộng lớn:

Antenna ở khá cao
Antenna ở khá cao

CS phát lớn
CS phát lớn

Nhưng không áp dụng
Nhưng không áp dụng
kỹ thụât tái sử dụng tài
kỹ thụât tái sử dụng tài
nguyên vô tuyến.

nguyên vô tuyến.

Dung lượng hệ thống
Dung lượng hệ thống
hạn chế
hạn chế

Sử dụng phổ tần số
Sử dụng phổ tần số
kém hiệu quả.
kém hiệu quả.
7
7




Khái niệm tái sử dụng tần số
Khái niệm tái sử dụng tần số
*
*
Khái niệm:
Khái niệm:
*
*
Khái niệm tái sử dụng (Re-use) tần số trong T.T. tế bào:
Khái niệm tái sử dụng (Re-use) tần số trong T.T. tế bào:

Nâng cao dung lượng hệ thống
Nâng cao dung lượng hệ thống


Tránh tắt nghẽn trong thông tin
Tránh tắt nghẽn trong thông tin

Tiết kiệm, sử dụng hiệu quả tài nguyên vô tuyến
Tiết kiệm, sử dụng hiệu quả tài nguyên vô tuyến
*
*
Thực hiện:
Thực hiện:

Thay thế 1BTS công suất phát lớn thành nhiều BTS công suất bé hơn.
Thay thế 1BTS công suất phát lớn thành nhiều BTS công suất bé hơn.

Mỗi BTS chỉ phủ sóng cho một vùng với phạm vi nhỏ hơn.
Mỗi BTS chỉ phủ sóng cho một vùng với phạm vi nhỏ hơn.

Các vùng phủ sóng này được bố trí sát nhau và gọi là các tế bào thông
Các vùng phủ sóng này được bố trí sát nhau và gọi là các tế bào thông
tin (Communication Cell).
tin (Communication Cell).

Mỗi BTS được gán một nhóm tần số (f1,f2).
Mỗi BTS được gán một nhóm tần số (f1,f2).

Các BTS kế cận sử dụng các nhóm tần số khác nhau (f1,f2; f3,f4…)
Các BTS kế cận sử dụng các nhóm tần số khác nhau (f1,f2; f3,f4…)

Tái sử dụng nhóm tần số ở Cell này cho các Cell không kế cận
Tái sử dụng nhóm tần số ở Cell này cho các Cell không kế cận

8
8




Khái niệm Cluster
Khái niệm Cluster

Khái niệm Cluster:
Khái niệm Cluster:
Là nhóm các Cell gần nhau và có
Là nhóm các Cell gần nhau và có
tần số hoàn toàn khác nhau:
tần số hoàn toàn khác nhau:
•
Tổng số các tần số có trong
Tổng số các tần số có trong
Cluster bằng với tổng tần số
Cluster bằng với tổng tần số
có được trong toàn hệ thống
có được trong toàn hệ thống
•
n: số Cell trong một Cluster
n: số Cell trong một Cluster
gọi là kích thước của Cluster.
gọi là kích thước của Cluster.

Hệ số tái sử dụng tần số R
Hệ số tái sử dụng tần số R

•
GSM
GSM
•
CDMA
CDMA
9
9




Khái niệm Cluster
Khái niệm Cluster

Các Cluster khác nhau
Các Cluster khác nhau
được đặt tại các vị trí địa lý
được đặt tại các vị trí địa lý
khác nhau trên toàn miền
khác nhau trên toàn miền
phủ sóng.
phủ sóng.

Để thuận tiện cho việc qui
Để thuận tiện cho việc qui
hoạch, quản lý và phát
hoạch, quản lý và phát
triển mạng, Cell có dạng
triển mạng, Cell có dạng

hình lục giác.
hình lục giác.

Về cơ bản, có 2 cách đặt
Về cơ bản, có 2 cách đặt
trạm BTS:
trạm BTS:
•
Tại tâm của Cell
Tại tâm của Cell
(antenna vô hướng)
(antenna vô hướng)
•
Tại góc của 3 Cell kề
Tại góc của 3 Cell kề
nhau (Antenna có
nhau (Antenna có
hướng).
hướng).
10
10




Khái niệm cell và cluster
Khái niệm cell và cluster

Cell hình lục giác nên để các
Cell hình lục giác nên để các

Cluster xếp sát nhau:
Cluster xếp sát nhau:
22
jijin
++=

Dải tần số dùng trong một cell
Dải tần số dùng trong một cell
bằng
bằng
1/n
1/n
tổng tần số sử dụng
tổng tần số sử dụng
trong toàn bộ hệ thống.
trong toàn bộ hệ thống.

Nếu
Nếu
n nhỏ
n nhỏ
, kích thước Cell không
, kích thước Cell không
đổi
đổi


Số Cluster tăng lên
Số Cluster tăng lên



dung
dung
lượng HT tăng, nhưng nhiễu đồng
lượng HT tăng, nhưng nhiễu đồng
kênh tăng.
kênh tăng.

Ngược lại, nếu
Ngược lại, nếu
n lớn
n lớn




ít Cluster
ít Cluster
và nhiễu đồng kênh bé.
và nhiễu đồng kênh bé.
Cần thiết kế N đủ nhỏ để đảm bảo
dung lượng hệ thống cũng như
chất lượng thông tin
11
11





Khái niệm mạng T.T. tế bào
Khái niệm mạng T.T. tế bào

Mô hình chia vùng phủ sóng thành các cell/cluster:
Mô hình chia vùng phủ sóng thành các cell/cluster:




Mô hình khái niệm về mạng thông tin tế bào:
Mô hình khái niệm về mạng thông tin tế bào:
12
12




Cấu trúc hệ thống TT tế bào
Cấu trúc hệ thống TT tế bào
1. Với mỗi trạm gốc

Phủ sóng một phần của
mạng bằng một trạm vô
tuyến gốc.

Được cấp phát một hoặc
nhiều sóng mang
2. Kết nối Duplex giữa thuê
bao MS với trạm gốc

3. Một MSC có thể quản lý
nhiều BS.
4. MSC có thể là Gateway
để kết nối với các hệ
thống V.T. khác.
Cấu trúc hệ thống T.T vô tuyến tế bào
Cấu trúc hệ thống T.T vô tuyến tế bào
13
13




Khái niệm vùng phủ sóng
Khái niệm vùng phủ sóng
Trên thực tế, vùng phủ sóng của một Cell có hình dạng
Trên thực tế, vùng phủ sóng của một Cell có hình dạng
phụ thuộc vào địa hình (Footprint).
phụ thuộc vào địa hình (Footprint).
14
14




Mô hình mạng tế bào thực
Mô hình mạng tế bào thực

Một ví dụ về vùng phủ sóng trên thực tế của một mạng
Một ví dụ về vùng phủ sóng trên thực tế của một mạng

thông tin di động PLMN:
thông tin di động PLMN:
15
15




Khái niệm Đ.K. cuộc gọi
Khái niệm Đ.K. cuộc gọi

MS thực hiện trao đổi tin và liên lạc
với BTS thông qua cặp tần số:
•
Hướng lên (Reverse)
•
Hướng xuống (Forward)

Có 4 loại kênh cơ bản:
Có 4 loại kênh cơ bản:
•
Reverse Control Channel RCC
Reverse Control Channel RCC
•
Reverse Voice Channel RVC
Reverse Voice Channel RVC
•
Forward Control Channel FCC
Forward Control Channel FCC
•

Forward Voice Channel FVC
Forward Voice Channel FVC

Kênh điều khiển thiết lập cuộc gọi và
chuyển đến kênh thoại rỗi.

Nhận và phát các thông tin thiết lập
cuộc gọi, yêu cầu dịch vụ.

Được giám sát bởi các thuê bao.
MSC
16
16




Điều khiển cuộc gọi
Điều khiển cuộc gọi

Mỗi Cell đều có kênh điều khiển.

Khi mở máy, MS quét tìm các
kênh điều khiển, chọn kênh mạnh
nhất và giám sát kênh đó.

Khi MS được gọi, MSC gửi yêu cầu
tìm kiếm thuê bao được gọi tới tất
cả BTS. Từ đó BTS tiếp tục tìm
kiếm thuê bao được gọi thông qua

kênh điều khiển xuống FCC.

Khi TB được gọi nhận được tin, nó
xác nhận, gửi tới BTS qua kênh
RCC. BTS chuyển bản tin này đến
MSC.
MSC
17
17




Điều khiển cuộc gọi
Điều khiển cuộc gọi

MSC điều khiển BTS kết nối
MSC điều khiển BTS kết nối
cuộc gọi đến trên một kênh
cuộc gọi đến trên một kênh
thoại rỗi.
thoại rỗi.

Đồng thời BTS báo hiệu cho MS
Đồng thời BTS báo hiệu cho MS
để tiến hành kết nối trên kênh
để tiến hành kết nối trên kênh
thoại rỗi này.
thoại rỗi này.


Tiếp đến, BTS truyền tín hiệu
Tiếp đến, BTS truyền tín hiệu
chuông cho MS để đổ chuông.
chuông cho MS để đổ chuông.

Trong quá trình gọi, MSC điều
Trong quá trình gọi, MSC điều
chỉnh công suất của MS để tối
chỉnh công suất của MS để tối
ưu thu/phát tín hiệu.
ưu thu/phát tín hiệu.

MSC điều khiển BTS để chuyển
MSC điều khiển BTS để chuyển
giao cuộc gọi khi MS đi ra khỏi
giao cuộc gọi khi MS đi ra khỏi
vùng phủ sóng (Hand-off).
vùng phủ sóng (Hand-off).
MSC
18
18




Điều khiển cuộc gọi
Điều khiển cuộc gọi

Khi MS thiết lập cuộc gọi, MS gửi
Khi MS thiết lập cuộc gọi, MS gửi

số nhận dạng của nó và số cần gọi
số nhận dạng của nó và số cần gọi
đến BTS thông qua kênh
đến BTS thông qua kênh
RCC
RCC
.
.

BTS nhận thông điệp này và gửi
BTS nhận thông điệp này và gửi
tiếp đến MSC.
tiếp đến MSC.

MSC phân tích yêu cầu, để xem số
MSC phân tích yêu cầu, để xem số
cần gọi thuộc mạng PSTN hay
cần gọi thuộc mạng PSTN hay
mạng di động:
mạng di động:
a)
a) PSTN, MSC định tuyến
cuộc gọi đến tổng đài của
mạng PSTN.
b)
b)
PLMN, MSC phát tin quảng
PLMN, MSC phát tin quảng
bá đến tất cả các BTS, tìm
bá đến tất cả các BTS, tìm

kiếm TB được gọi và kết
kiếm TB được gọi và kết
nối với TB này.
nối với TB này.
MSC
19
19




Khái niệm Hand-off
Khái niệm Hand-off

Yêu cầu và đặc điểm của Hand-Off:
Yêu cầu và đặc điểm của Hand-Off:

Hand Off đảm bảo cuộc gọi liên tục khi MS di chuyển từ Cell này sang Cell khác.
Hand Off đảm bảo cuộc gọi liên tục khi MS di chuyển từ Cell này sang Cell khác.

MSC chuyển cuộc gọi đến một kênh vô tuyến thuộc một BTS mới.
MSC chuyển cuộc gọi đến một kênh vô tuyến thuộc một BTS mới.

Yêu cầu cho Hand Off luôn cao hơn yêu cầu thiết lập cuộc gọi.
Yêu cầu cho Hand Off luôn cao hơn yêu cầu thiết lập cuộc gọi.

Hand Off không được nhận biết bởi người sử dụng.
Hand Off không được nhận biết bởi người sử dụng.

Mức công suất thu tối ưu tại BTS được chỉ định để tiến hành Hand-off, thường: -90

Mức công suất thu tối ưu tại BTS được chỉ định để tiến hành Hand-off, thường: -90
~
~


-100(dBm), tùy thuộc các hệ thống khác nhau.
-100(dBm), tùy thuộc các hệ thống khác nhau.

∆ = P
Rhandoff
– P
Rminimum usable
không quá lớn hoặc quá nhỏ
không quá lớn hoặc quá nhỏ
MSC
3G BTS
MSC
3G BTS
CAN
BSC
3G BTS
BSC
BSC
…
BSC
CAN
IS-2000
Intra-BSC, Intra-MSC Handoff
Inter-BSC, Intra-MSC Handoff
Inter-BSC, Inter-MSC Handoff

3G BTS
BTS
20
20




Handoff trong hệ thống 1 & 2G
Handoff trong hệ thống 1 & 2G

Cơ sở của việc Hand-Off ở các hệ thống 1G và 2G:

Hệ thống 1G, cường độ trường đo bởi BTS và được giám sát bởi MSC.

BTS đo cường độ trường của các MS trong Cell thông qua đo tín hiệu
của các kênh thoại.

Đồng thời một Receiver khác của BTS chịu trách nhiệm đo cường độ
trường của tất cả các MS thuộc BTS xung quanh.

Dựa vào giá trị đo được, MSC quyết định là tiến hành Hand-Off hay
không ? Thường thì ∆ = 6 ~12 dB.

Các hệ thống 2G, việc Hand Off được sự trợ giúp của MS.
Các hệ thống 2G, việc Hand Off được sự trợ giúp của MS.

MS luôn đo công suất từ BTS phục vụ và đo công suất từ BTS kế cận,
MS luôn đo công suất từ BTS phục vụ và đo công suất từ BTS kế cận,
gửi về MSC.

gửi về MSC.

Khi công suất từ BTS kế cận cao hơn công suất từ BTS phục vụ, Hand
Khi công suất từ BTS kế cận cao hơn công suất từ BTS phục vụ, Hand
off xảy ra. Thường thì
off xảy ra. Thường thì ∆
= 1
= 1
~
~
6 dB.
6 dB.

Khi MS di chuyển sang một Cell khác (thuộc MSC khác)
Khi MS di chuyển sang một Cell khác (thuộc MSC khác)


gọi là
gọi là
Intersystem Hand Off.
Intersystem Hand Off.
21
21




Tiến trình xử lý Hand-off
Tiến trình xử lý Hand-off
Pilot Strength

(Ec/Io)
Cell A
Cell B
Moving Direction of MS
Add point
Drop point
Handoff Region
Cell A Cell B
HAND-OFF CALL PROCESSING
HAND-OFF CALL PROCESSING
BTS-A BTS-B
22
22




Các dạng Hand-off cơ bản
Các dạng Hand-off cơ bản
Scope of Hand-off: Intra-BS, Intra-MSC Handoff
Inter-BS, Intra-MSC Handoff
Inter-BS, Inter-MSC Handoff
23
23




Khái niệm lưu lượng (Traffic)
Khái niệm lưu lượng (Traffic)


Mỗi User được cấp một tần số khi có yêu cầu thoại và giải phóng khi
Mỗi User được cấp một tần số khi có yêu cầu thoại và giải phóng khi
kết thúc.
kết thúc.

Do đó hệ thống chỉ có thể phục vụ một số lượng lớn thuê bao với số
Do đó hệ thống chỉ có thể phục vụ một số lượng lớn thuê bao với số
lượng kênh giới hạn (Traffic and Grade of Service).
lượng kênh giới hạn (Traffic and Grade of Service).

Lưu lượng (Traffic) có đơn vị là
Lưu lượng (Traffic) có đơn vị là
Erlang
Erlang
.
.

Một Erlang (
Một Erlang (
1Erl
1Erl
) có nghĩa là lưu lượng được truyền tải bởi một kênh
) có nghĩa là lưu lượng được truyền tải bởi một kênh
mà nó hoàn toàn được sử dụng trong suốt thời gian thực hiện đo lưu
mà nó hoàn toàn được sử dụng trong suốt thời gian thực hiện đo lưu
lượng truyền qua kênh đó.
lượng truyền qua kênh đó.

Công thức về lưu lượng cần thiết cho một User:

Công thức về lưu lượng cần thiết cho một User:
Trong đó:
Trong đó:


µ
µ
: Tần suất thực hiện cuộc gọi (số cuộc/đơn vị tgian)
: Tần suất thực hiện cuộc gọi (số cuộc/đơn vị tgian)


H : Thời gian trung bình thực hiện cuộc gọi
H : Thời gian trung bình thực hiện cuộc gọi

Tổng lưu lượng cần thiết cho
Tổng lưu lượng cần thiết cho
U
U
users là:
users là:




Số lượng kênh trong một Cell phải lớn hơn hoặc bằng A.
Số lượng kênh trong một Cell phải lớn hơn hoặc bằng A.
HA .
µ
µ
=

HUAUA
U

µ
µ
==
24
24




Cấp Dịch Vụ - GOS
Cấp Dịch Vụ - GOS

Khái niệm Grade of Service (GOS): khả năng tắt nghẽn hệ thống
Khái niệm Grade of Service (GOS): khả năng tắt nghẽn hệ thống
vào giờ cao điểm (BH: Busy Hour).
vào giờ cao điểm (BH: Busy Hour).

GOS tỉ lệ với những cuộc gọi không thể liên lạc được vì các kênh
GOS tỉ lệ với những cuộc gọi không thể liên lạc được vì các kênh
đang bị chiếm hết.
đang bị chiếm hết.

GOS: tiêu chuẩn đối với chất lượng chuyển mạch (1%)
GOS: tiêu chuẩn đối với chất lượng chuyển mạch (1%)

Công thức tính
Công thức tính

ERLANG_B
ERLANG_B
:
:
Thể hiện quan hệ giữa khả năng nghẽn
Thể hiện quan hệ giữa khả năng nghẽn
GOS, số kênh C và lưu lượng A
GOS, số kênh C và lưu lượng A
:
:

Để tiện sử dụng, dựa vào bảng kêt quả để giải bài tìm số kênh cần
Để tiện sử dụng, dựa vào bảng kêt quả để giải bài tìm số kênh cần
phục vụ khi đã biết GOS và lưu lượng cần truyền.
phục vụ khi đã biết GOS và lưu lượng cần truyền.
)(
!
!
0
B
k
A
C
A
GOS
C
k
k
C
∑

=
=
25
25




Bảng tham chiếu tính Erlang_B
Bảng tham chiếu tính Erlang_B
C
C
(Channel)
(Channel)
1%
1.2%
1.2%
1.50%
1.50%
2%
2%
3%
3%
5%
5%
1
1 0.0101
0.0121
0.0121
0.152

0.152
0.0204
0.0204
0.0309
0.0309
0.0526
0.0526
2
2 0.153
0.168
0.168
0.19
0.19
0.23
0.23
0.282
0.282
0.381
0.381
3
3 0.455
0.489
0.489
0.535
0.535
0.602
0.602
0.715
0.715
0.899

0.899
4
4 0.869
0.922
0.922
0.992
0.992
1.09
1.09
1.26
1.26
1.52
1.52
5
5 1.36
1.43
1.43
1.52
1.52
1.66
1.66
1.88
1.88
2.22
2.22
6
6 1.91
2
2
2.11

2.11
2.28
2.28
2.54
2.54
2.96
2.96
7
7 2.5
2.6
2.6
2.74
2.74
2.94
2.94
3.25
3.25
3.74
3.74
8
8 3.13
3.25
3.25
3.4
3.4
3.63
3.63
3.99
3.99
4.54

4.54
9
9 3.78
3.92
3.92
4.09
4.09
4.34
4.34
4.75
4.75
5.37
5.37
10
10 4.46
4.61
4.61
4.81
4.81
5.08
5.08
5.53
5.53
6.22
6.22