QUY HOẠCH MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
HỮU NGHỊ VIỆT-HÀN
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

BÀI TẬP LỚN
Môn học: Tổ chức và quy hoạch mạng viễn thông

TÊN ĐỀ TÀI

QUY HOẠCH MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM

SVTH: NGÔ TIẾN TRUNG
Lớp: CCVT06A
Niên khóa: 2013-2016
GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM

Đà Nẵng, tháng 06 năm 2016


Bài tập lớn

Quy ho¹ch m¹ng Th«ng tin Di

®éng GSM

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay thông tin liên lạc trở thành một nhu cầu quan trọng trong đời sống
của mỗi con người , với nhu cầu ngày càng tăng về số lượng các cuộc gọi thì mạng cố
định không thể đáp ứng được . Chính vì vậy hệ thống thông tin di động ra đời đã trải
qua bước pháp triển lớn trong những thập kỷ qua. Để đáp ứng nhu cầu bức thiết của xã
hội phát triển , trong giai đoạn quá độ tiến tới một xã hội định hướng thông tin tiên tiến

nhờ công nghệ mới. Thông tin di động ngày nay đã trở thành một dịch vụ kinh doanh
không thể thiếu được của tất cả các nhà khai thác viễn thông trên thế giới . Đối với các
khách hàng viễn thông , nhất đối với nhà doanh nghiệp thông tin di động không còn
chỉ hạn chế cho khách hàng thượng lưu mà đang phát triển trở thành dịch vụ cho mọi
đối tượng khách hàng viễn thông. Một mặt ta thấy hệ thống thông tin di động hiện nay
đang được phát triển, tăng cường bằng cách đưa các dịch vụ mới như : thông tin số
liệu tốc độ cao , hình ảnh tốc độ thấp , hình ảnh tốc độ đủ để phục vụ cho truyền hình v
v...,mặt khác các dịch vụ thông tin di động mới đang được nghiên cứu đưa vào thay thế
cho các dịch vụ được cung cấp ở mạng bởi điện thoại cố định để phục vụ cho khách
hàng chủ yếu sử dụng nội hạt, ở một số nước phát triển trên thế giới số thuê bao di
động chiếm 70% tổng thuê bao. Còn ở nước ta số thuê bao di động cũng đã chiếm trên
10% tổng số thuê bao.
Do sự phát triển nhanh chóng của TTDĐ , đòi hỏi công tác quy hoạch và nâng
cấp mạng thông tin di động đặc biệt là mở rộng vùng phủ sóng là một nhiệm vụ quan
trọng và thường xuyên để nhằm mục đính khai thác đạt được tính ưu việt của nó có
hiệu quả kinh tế cao nhất.
Qua tìm hiểu về lý thuyết thông tin di động và thực tế mạng VINAPHONE, em
đã tìm hiểu , nghiên cứu phương pháp nâng cấp mở rộng vùng phủ sóng thông tin di
động hệ GSM. Mặc dù đã có nhiều cố gắng song không tránh khỏi thiếu sót em rất
mong nhận được sự đóng góp ý kiến , nhận xét của các thầy , cô giáo, em đã hoàn
thành bản BÀI TẬP LỚN của mình với đề tài : “Quy hoạch mạng thông tin di động
GSM “
Đề tài gồm 2 phần sau:
1. Tổng quan hệ thống thông tin di động GSM
2. Phương pháp quy hoạch mạng thông tin di động GSM
Tuy nhiên vì trình độ và thời gian có hạn nên nội dung của Bài tập lớn này của em
không tránh khỏi những sai sót. Em mong được sự giúp đỡ chân thành của các thầy cô
và các bạn bè quan tâm góp ý để em hoàn thiện tốt bài tập này.
Bản đồ án tốt nghiệp này được hoàn thành nhờ sự hướng dẫn tận tình và chu
đáo của thầy giáo ĐÀO NGỌC LÂM .

SV: NGÔ TIẾN TRUNG CCVT06A

Page 2


Bài tập lớn

Quy ho¹ch m¹ng Th«ng tin Di

®éng GSM

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU..............................................................................................................2
MỤC LỤC.................................................................................................................... 3
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.......................................................................................4
DANH MỤC HÌNH ẢNH............................................................................................6
CHƯƠNG 1.................................................................................................................. 7
TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM....................................7
1.1 Các đặc tính của mạng thông tin di động GSM...............................................7
1.2.1 Mô hình hệ thống GSM...............................................................................8
1.2.2 Các thành phần của mạng GSM.................................................................9
1.2.3 Cấu trúc địa lý của mạng...........................................................................14
CHƯƠNG 2................................................................................................................ 18
PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM.............18
2.1 Lưu đồ công việc quy hoạch ô.........................................................................18
2.2 Tính toán lưu lượng ô......................................................................................20
2.2.1 Dự đoán tải lưu lượng :.............................................................................20
2.2.2 Cấp bậc phục vụ , GOS (Grade Of Service)..............................................20
2.3 Chia ô................................................................................................................21

2.4 Kích thước ô.....................................................................................................22
2.5 Phân bố tần số GSM........................................................................................22
2.6 Các mức công suất phát...................................................................................23
2.7 Tỷ số sóng mang trên nhiễu C/I......................................................................23
KẾT LUẬN.................................................................................................................25
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................26

SV: NGÔ TIẾN TRUNG CCVT06A

Page 3


Quy ho¹ch m¹ng Th«ng tin Di

Bài tập lớn

®éng GSM

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
A
ACSE

Association Control Service Element Phần tử dịch vụ điều khiển liên kết

AE

Application Entity

Thực thể ứng dụng

AGCH

Access Grant Channel

Kênh cho phép thâm nhập

B
BCCH

Broadcast Control Channel

Kênh điều khiển quảng bá

Bm

Full rate TCH

TCH toàn tốc
C

CI

Cell Identity

Nhận dạng ô

CRC

Retransmission Error Correction

Phương pháp sửa lỗi bằng cách
phát lại

D
DLCI

Data Link Connection Identification

Nhận biết đấu nối kênh số liệu

DPC

Destination Point Code

Mã điểm đích

DUP

Data User Part

Phần khách hàng số liệu
E

ED

Expedited Data

Đơn vị báo hiệu số liệu xúc tiến

EIR

Equipment Identity Register

Thanh ghi nhận dạng thiết bị

F
F

Flag

Cờ hiệu

FACCH

Fast Associated Control Channel

Kênh điều khiển liên kết nhanh

FCCH

Frequency Correction Channel

Kênh hiệu chỉnh tần số

FDMA

Frequency Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo thời
gian

G
GMSC

Gateway MSC

Tổng đài MSC cổng

GSM

Global System for Mobile
Communications

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

GPRS

Gerenal Paket Radio Service

Dịch vụ cô tuyến gói chung

H
HDLC

High level Data Link Control
protocol

SV: NGÔ TIẾN TRUNG CCVT06A

Thể thức Đkhiển kênh số liệu mức

cao
Page 4


Quy ho¹ch m¹ng Th«ng tin Di

Bài tập lớn

®éng GSM
HLR

Home Location Register

Thanh ghi định vị thường trú

I
IAI

Initial Address with additional
Information

Bản tin báo hiệu địa chỉ khởi đầu
có kèm thông tin phụ

L
LA

Location Area

Vùng định vị

LAPDm
N
NSDU

Network Service Data Unit

Đơn vị số liệu dịch vụ mạng

NSP

Network Service Part

Phần dịch vụ mạng

O
OMAP

Operation, Maintenance and
Administration Part

Phần khai thác, bảo dưỡng và quản
trị mạng

P
PC

Presentation Connection

Đấu nối trình bày

PCH

Paging Channel

Kênh tìm gọi
R

RACH

Random Access Channel

SV: NGÔ TIẾN TRUNG CCVT06A

Kênh truy nhập ngẫu nhiên

Page 5


Quy ho¹ch m¹ng Th«ng tin Di

Bài tập lớn

®éng GSM

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1-1: Sơ đồ mô hình hệ thống thông tin di động GSM......................................8
Hình 1.2 : Các giao diện ngoài BSS..........................................................................10
Hình 1.3: Vùng mạng GSM/PLMN : Các đường truyền........................................15
giữa các mạng khác nhau và mạng GSM/PLMN...................................................15

Hình 1.4 : Các vùng phục vụ MSC/VLR I - IV........................................................16
Hình 1.5 : Phân chia vùng phục vụ MSC/VLR thnàh các vùng định vị LA.........16
Hình 1.6 : Phân chia vùng theo các ô........................................................................17
Hình 2.1: Lưu đồ danh mục các công việc quy hoạch ô..........................................19

SV: NGÔ TIẾN TRUNG CCVT06A

Page 6


Quy ho¹ch m¹ng Th«ng tin Di

Bài tập lớn

®éng GSM

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM
1.1 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
pháp TDMA và FDMA.

phương

- 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
1.2 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
SV: NGÔ TIẾN TRUNG CCVT06A

Page 7


Quy ho¹ch m¹ng Th«ng tin Di

Bài tập lớn

®éng GSM
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.
1.2.1 Mô hình hệ thống GSM

SS

ISDN

AU
VL

PSPD
N

HL

EIR

MS

CSPD
N

OM
BSS

PSTN

BS
BT

PLMN

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.

SV: NGÔ TIẾN TRUNG CCVT06A

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
Page 8


Bài tập lớn

Quy ho¹ch m¹ng Th«ng tin Di

®éng GSM
cộng.
1.2.2 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.

SV: NGÔ TIẾN TRUNG CCVT06A

Page 9


Quy ho¹ch m¹ng Th«ng tin Di

Bài tập lớn

®éng GSM

Lưồng điều khiển

Luồng lưu lượng

OSS

☼



MS

Hình 1.2 : Các giao diện ngoài BSS
Ký hiệu : NSS: Mạng và hệ thống con chuyển mạch
MS : Trạm di động
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,

SV: NGÔ TIẾN TRUNG CCVT06A

Page 10


Bài tập lớn

Quy ho¹ch m¹ng Th«ng tin Di

®éng GSM
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

SV: NGÔ TIẾN TRUNG CCVT06A

Page 11


Bài tập lớn

Quy ho¹ch m¹ng Th«ng tin Di

®éng GSM
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.
* 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.

SV: NGÔ TIẾN TRUNG CCVT06A

Page 12


Bài tập lớn

Quy ho¹ch m¹ng Th«ng tin Di

®éng GSM
* 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
SV: NGÔ TIẾN TRUNG CCVT06A

Page 13


Bài tập lớn

Quy ho¹ch m¹ng Th«ng tin Di

®éng GSM
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.
1.2.3 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 .

SV: NGÔ TIẾN TRUNG CCVT06A

Page 14


Quy ho¹ch m¹ng Th«ng tin Di

Bài tập lớn

®éng GSM

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.

SV: NGÔ TIẾN TRUNG CCVT06A

Page 15


Quy ho¹ch m¹ng Th«ng tin Di

Bài tập lớn

®éng GSM
III

IV

MSC

VLR

VLR

MSC

GMSC
MSC

VLR

VLR

MSC

I

II
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
MSC

LA4

LA5

LA3
VLR

LA6

Hình 1.5 : Phân chia vùng phục vụ MSC/VLR thnàh các vùng định vị LA

SV: NGÔ TIẾN TRUNG CCVT06A

Page 16


Quy ho¹ch m¹ng Th«ng tin Di

Bài tập lớn

®éng GSM
* 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
MSC

LA3
VLR

LA6
LA4

LA5

Ô
1

Ô
4

Ô
2

Ô
5

Ô
3

Hình 1.6 : Phân chia vùng theo các ô

SV: NGÔ TIẾN TRUNG CCVT06A

Page 17


Quy ho¹ch m¹ng Th«ng tin Di

Bài tập lớn

®éng GSM

CHƯƠNG 2

PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
GSM
2.1 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)

SV: NGÔ TIẾN TRUNG CCVT06A

Page 18


Quy ho¹ch m¹ng Th«ng tin Di

Bài tập lớn

®éng GSM

Hình 2.1: Lưu đồ danh mục các công việc quy hoạch ô

SV: NGÔ TIẾN TRUNG CCVT06A

Page 19


Quy ho¹ch m¹ng Th«ng tin Di

Bài tập lớn

®éng GSM
2.2 Tính toán lưu lượng ô
2.2.1 Dự đoán tải lưu lượng :
Lưu lượng được đo bằng Erlang (Erl) . Công thức tính Erlang như sau:
A= nx 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
2.2.2 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
SV: NGÔ TIẾN TRUNG CCVT06A

Page 20

Quy ho¹ch m¹ng Th«ng tin Di

Bài tập lớn

®éng GSM
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.
2.3 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
phase 1
SV: NGÔ TIẾN TRUNG CCVT06A

Cell split phase 0

Cell split
Page 21


Quy ho¹ch m¹ng Th«ng tin Di

Bài tập lớn

®éng GSM
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.
2.4 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 .
2.5 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.

SV: NGÔ TIẾN TRUNG CCVT06A

Page 22


Quy ho¹ch m¹ng Th«ng tin Di

Bài tập lớn

®éng GSM
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 .
2.6 Các mức công suất phát
Các mức công suất phát được cho ở bảng sau:
Bảng 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)

2.7 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.
SV: NGÔ TIẾN TRUNG CCVT06A

Page 23

Bài tập lớn

Quy ho¹ch m¹ng Th«ng tin Di

®éng GSM
• 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.

SV: NGÔ TIẾN TRUNG CCVT06A

Page 24


Bài tập lớn

Quy ho¹ch m¹ng Th«ng tin Di

®éng GSM

KẾT LUẬN
Mạng GSM chỉ cung cấp một tài nguyên hữu hạn cho việc phát triển mạng lưới,
trong tương lai khuyến nghị nên áp dụng các kỹ thuật mới vào mạng điển hình là công

nghệ CDMA nhằm đáp ứng nhu cầu thông tin về cả mặt số lượng và chất lượng. Hiện
nay để tiến tới công nghệ CDMA, hãng ALCATEN đã đưa ra giải pháp mới đó là kỹ
thuật dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS (General Packet Radio Service). Dựa vào giải
pháp này cho phép công ty di động GSM có thời gian thu hồi vốn, từng bước đầu tư
phát triển công nghệ . Đó là áp dụng GPRS sau đó là EDGE và cuối cùng nâng cấp lên
CDMA.
Công việc phát triển mạng lưới là rất cấp bách và cần thiết nhưng cũng rất khó
khăn đòi hỏi trình độ am hiểu hệ thống một cách sâu sắc cũng như kinh nghiệm nghề
nghiệp một cách vững vàng. Với một mạng thông tin mới như thông tin di động thì
khả năng phát triển là lâu dài còn có rất nhiều vấn đề cần giải quyết. Để có thể vận
hành mạng di động số Cellnlar có hiệu quả cần phải hiểu rõ các chức năng cũng như
kỹ thuật được thực hiện trong mạng . Quy hoạch ô là một khâu rất quan trọng khi triển
khai xây dựng mạng thông tin di động số Cellnlar . Chính vì vậy em đã chọn đề tài
này. Trong phạm vi đề tài của mình, em chỉ có thể phác hoạ khái quát những nét cơ
bản quá trình Quy hoạch mở rộng mạng GSM và giải pháp cho mạng hiện tại. Hy
vọng những ý tưởng mà em đưa ra có thể đáp ứng phần nào cho những người làm
công việc phát triển mạng và được ứng dụng rộng rãi trong thực tế, về phần bản thân
do trình độ kiến thức điều kiện thời gian có hạn cho nên không có khả năng nghiên
cứu sâu vào hệ thống. Em xin hoàn thiện những vấn đề chưa khai thác hết trong quá
trình học tập và công tác tại cơ quan.
Cuối cùng một lần nữa em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong khoa và bộ
môn, đặc biệt là thầy giáo Đào Ngọc Lâm với cả tấm lòng biết ơn cùng toàn thể bạn bè
trong ngành đã hết sức giúp đỡ em thực hiện đồ án này.

SV: NGÔ TIẾN TRUNG CCVT06A

Page 25