1

Trao đổi trực tuyến tại:

http://www.mientayvn.com/chat_box_li.html

MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢNVỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

CONCEPTs OF WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM

Ths. Hồ Đắc Tự

Bộ Môn Viễn Thông

Khoa Điện-Điện Tử

Trường Đại Học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh

Tp.HCM 9-2006

3

NỘI DUNG

Khái niệm và nguyên lý cơ bản1

Mạng thông tin tế bào2

3

4 Khái niệm lưu lượng

Khái niệm điều khiển cuộc gọi

5 Can nhiễu và dung lượng HT

4

Khái niệm

I. Chức năng cơ bản của một hệ thống TT di động:

Thiết lập kết nối dữ liệu (Data

connection) giữa 2 thuê bao hoặc

giữa thuê bao di động và một nhà

cung cấp dịch vụ.

Các thuê bao có thể di động được

(Mobility).

Hỗ trợ chức năng định vị cho các

thuê bao.

Đảm bảo thuê bao luôn được kết

nối với một trạm thu phát sóng gốc

(BTS) trong mạng thông tin tế bào

(Cellular Network).

5

Nguyên lý truyền thông di động

MSC

MS1

MS2

BTS1BTS2

6

Sơ đồ mạng CDMA 2000 1X (Exp.)

PSTN

/PLMN

BTS

BSC

BTS

BTS

BTS

BSC

IWF

AAA

InternetHA

DCN

PDSN(FA)

SMSC HLR/AuC

MSC/VLR

VMS

Radio Access Network RAN

Packet Core Network PCN

Circuit Core Network CCN

WIN/PPS

MS

MS

7

P.T. truyền sóng ban đầu

Ý tưởng thiết kế ban đầu:

Một hệ thống vô tuyến có thể phục vụ kết nối cho một

khu vực rộng lớn:

Antenna ở khá cao

CS phát lớn

Nhưng không áp dụng kỹ thụât tái sử dụng tài nguyên vô tuyến.

Dung lượng hệ thống hạn chế

Sử dụng phổ tần số kém hiệu quả.

8

Khái niệm tái sử dụng tần số

* Khái niệm:

* Khái niệm tái sử dụng (Re-use) tần số trong T.T. tế bào:

Nâng cao dung lượng hệ thống

Tránh tắt nghẽn trong thông tin

Tiết kiệm, sử dụng hiệu quả tài nguyên vô tuyến

* Thực hiện:

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.

Các vùng phủ sóng này được bố trí sát nhau và gọi là các tế bào thông tin (Communication Cell).

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…)

Tái sử dụng nhóm tần số ở Cell này cho các Cell không kế cận

9

Khái niệm Cluster

Khái niệm Cluster:

Là nhóm các Cell gần nhau và có tần số hoàn toàn khác nhau:

• Tổng số các tần số có trong Cluster bằng với tổng tần số có được trong toàn hệ thống

• n: số Cell trong một Cluster gọi là kích thước của Cluster.

Hệ số tái sử dụng tần số R

• GSM

• CDMA

10

Khái niệm Cluster

Các Cluster khác nhau được đặt tại các vị trí địa lý khác nhau trên toàn miền phủ sóng.

Để thuận tiện cho việc qui hoạch, quản lý và phát triển mạng, Cell có dạng hình lục giác.

Về cơ bản, có 2 cách đặt trạm BTS:

• Tại tâm của Cell (antenna vô hướng)

• Tại góc của 3 Cell kề nhau (Antenna có hướng).

11

Khái niệm cell và cluster

Cell hình lục giác nên để các Cluster xếp sát nhau:

22 jijin

Dải tần số dùng trong một cell bằng 1/n tổng tần số sử dụng trong toàn bộ hệ thống.

Nếu n nhỏ, kích thước Cell không đổi Số Cluster tăng lên dung lượng HT tăng,

nhưng nhiễu đồng kênh tăng.

Ngược lại, nếu n lớn ít

Cluster và nhiễu đồng kênh bé.

Cần thiết kế N đủ nhỏ để đảm bảo dung lượng hệ thống cũng như

chất lượng thông tin

12

Khái niệm mạng T.T. tế bào

Mô hình chia vùng phủ sóng thành các cell/cluster:

Mô hình khái niệm về mạng thông tin tế bào:

13

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

14

Khái niệm vùng phủ sóng

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

15

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

thông tin di động PLMN:

16

Khái niệm Đ.K. cuộc gọi

MS thực hiện trao đổi tin và liên lạcvới BTS thông qua cặp tần số:

• Hướng lên (Reverse)

• Hướng xuống (Forward)

Có 4 loại kênh cơ bản:

• Reverse Control Channel RCC

• Reverse Voice Channel RVC

• Forward Control Channel FCC

• Forward Voice Channel FVC

Kênh điều khiển thiết lập cuộc gọi vàchuyển đến kênh thoại rỗi.

Nhận và phát các thông tin thiết lậpcuộc gọi, yêu cầu dịch vụ.

Được giám sát bởi các thuê bao.

MSC

17

Điều khiển cuộc gọi

Mỗi Cell đều có kênh điều khiển.

Khi mở máy, MS quét tìm cáckênh điều khiển, chọn kênh mạnhnhất và giám sát kênh đó.

Khi MS được gọi, MSC gửi yêu cầutìm kiếm thuê bao được gọi tới tấtcả BTS. Từ đó BTS tiếp tục tìmkiếm thuê bao được gọi thông quakênh điều khiển xuống FCC.

Khi TB được gọi nhận được tin, nóxác nhận, gửi tới BTS qua kênhRCC. BTS chuyển bản tin này đếnMSC.

MSC

18

Điều khiển cuộc gọi

MSC điều khiển BTS kết nốicuộc gọi đến trên một kênhthoại rỗi.

Đồng thời BTS báo hiệu cho MSđể tiến hành kết nối trên kênhthoại rỗi này.

Tiếp đến, BTS truyền tín hiệuchuông cho MS để đổ chuông.

Trong quá trình gọi, MSC điềuchỉnh công suất của MS để tốiưu thu/phát tín hiệu.

MSC điều khiển BTS để chuyểngiao cuộc gọi khi MS đi ra khỏivùng phủ sóng (Hand-off).

MSC

19

Điều khiển cuộc gọi

Khi MS thiết lập cuộc gọi, MS gửisố nhận dạng của nó và số cần gọiđến BTS thông qua kênh RCC.

BTS nhận thông điệp này và gửitiếp đến MSC.

MSC phân tích yêu cầu, để xem sốcần gọi thuộc mạng PSTN haymạng di động:

a) PSTN, MSC định tuyếncuộc gọi đến tổng đài củamạng PSTN.

b) PLMN, MSC phát tin quảngbá đến tất cả các BTS, tìmkiếm TB được gọi và kếtnối với TB này.

MSC

20

Khái niệm 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.

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.

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~ -100(dBm), tùy thuộc các hệ thống khác nhau.

= PRhandoff – PRminimum usable không quá lớn hoặc quá nhỏ

MSC

3G BTS

MSC

3G BTS

CAN

BSC

3G BTS

BSC

BSC

…

BSC

CANIS-2000

Intra-BSC, Intra-MSC Handoff

Inter-BSC, Intra-MSC Handoff

Inter-BSC, Inter-MSC Handoff

3G BTS

BTS

21

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.

MS luôn đo công suất từ BTS phục vụ và đo công suất từ BTS kế cận, gửi về MSC.

Khi công suất từ BTS kế cận cao hơn công suất từ BTS phục vụ, Hand off xảy ra. Thường thì = 1 ~ 6 dB.

Khi MS di chuyển sang một Cell khác (thuộc MSC khác) gọi là

Intersystem Hand Off.

22

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

BTS-A BTS-B

23

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

24

Khái niệm lưu lượng (Traffic)

Mỗi User được cấp một tần số khi có yêu cầu thoại và giải phóng khi kết thúc.

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).

Lưu lượng (Traffic) có đơn vị là Erlang.

Một Erlang (1Erl) 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 lượng truyền qua kênh đó.

Công thức về lưu lượng cần thiết cho một User:

Trong đó: : Tần suất thực hiện cuộc gọi (số cuộc/đơn vị tgian) H : Thời gian trung bình thực hiện cuộc gọi

Tổng lưu lượng cần thiết cho U users là:

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

HA .

HUAUAU ...

25

Cấp Dịch Vụ - GOS

Khái niệm Grade of Service (GOS): khả năng tắt nghẽn hệ thống vào giờ cao điểm (BH: Busy Hour).

GOS tỉ lệ với những cuộc gọi không thể liên lạc được vì các kênh đang bị chiếm hết.

GOS: tiêu chuẩn đối với chất lượng chuyển mạch (1%)

Công thức tính ERLANG_B: Thể hiện quan hệ giữa khả năng nghẽn GOS, số kênh C và lưu lượng A:

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.

)(

!

!

0

B

k

A

C

A

GOSC

k

k

C

26

Bảng tham chiếu tính Erlang_BC

(Channel)1% 1.2% 1.50% 2% 3% 5%

1 0.0101 0.0121 0.152 0.0204 0.0309 0.0526

2 0.153 0.168 0.19 0.23 0.282 0.381

3 0.455 0.489 0.535 0.602 0.715 0.899

4 0.869 0.922 0.992 1.09 1.26 1.52

5 1.36 1.43 1.52 1.66 1.88 2.22

6 1.91 2 2.11 2.28 2.54 2.96

7 2.5 2.6 2.74 2.94 3.25 3.74

8 3.13 3.25 3.4 3.63 3.99 4.54

9 3.78 3.92 4.09 4.34 4.75 5.37

10 4.46 4.61 4.81 5.08 5.53 6.22

27

Ví dụ tính toán số kênh Ví dụ tính toán số kênh cần thiết để phục vụ 100 Users, với mức phục vụ

GOS=2%. Lưu lượng trung bình cho mỗi người sử dụng là 30m Erl

28

Khái niệm Channel Usage

29

Kỹ thuật Trunking

Tổng quan về Trunking

② measured traffic ③ representative traffic④ expected traffic

at target future

⑥ required channelwithout margin

① raw traffic

interval, valuesaverage, peak

statistical analysis

traffic forecast

seasonal variation

Erlang-B

⑤ expected traffic/ route

network

configuration

⑦ required channelwith margin

Margin

Đầu tư hiệu quả1

•Giao tiếp trong hệ thống lõi : MSC E1

Port

•Giao tiếp trong truyền dẫn: E1 Port

•Dung lượng truyền dẫn kết nối (in., ext.)

Đảm bảo chất lượng dịch vụ2

•Mức QoS ở thời điểm thường

•Mức QoS khi có sự cố hệ thống

•Mức QoS cho các dữ liệu bất thường

Mục đích Trunking

8 required E1/Route

30

Can nhiễu và dung lượng HT

Giả thiết để tính toán nhiễu đồng kênh CCI

31

Khái niệm Reuse Distance

Reuse distance, D:

32

Tính toán số Cell trong Cluster

33

Khái niệm Sector hóa

Advantage:

Disadvantage:

34

Khái niệm Sector hóa

35

Nội dung cần nắm bắt

Khái niệm chung về các hệ thống

Thông tin vô tuyến

Phân tích được điều khiển cuộc gọi

Trong hệ thống di động

Phân tích được cơ chế chuyển giao

Cuộc gọi Hand-off

Phân tích và tính toán được lưu

Lượng cần thiết trong hệ thống thông tin

Can nhiễu và dung lượng hệ thống

36

Phần tiếp theo

Chương

Một

1. Các khái niệm6. Thiết kế hệ thống T.T.D.Đ

2. Mô hình truyền sóng

3. FDMA, TDMA, CDMA. OFDMA

5. Kỹ thuật trải phổ

Và hệ thống CDMA

4. Hệ thống GSM (TDMA)