CƠ SỞ CỦA TỐI ƯU HÓA MẠNG THÔNGTIN DI ĐỘNG GSM Ở VIỆT NAM

CƠ SỞ CỦA TỐI ƯU HÓA MẠNG THÔNGTIN DI ĐỘNG GSM Ở VIỆT NAM

CƠ SỞ CỦA TỐI ƯU HểA MẠNG THễNG

TIN DI ĐỘNG GSM Ở VIỆT NAM

I Các vấn đề nảy sinh khi trao đổi thông tin giữa MS và BTS

1.1 Suy hao đờng truyền và phađinh

Suy hao đờng truyền là quá trình mà ở đó tín hiệu thu yếu dần dokhoảng cách giữa trạm di động và trạm gốc tăng mà không có vật cản giữa

Tx và Rx Với không gian tự do, suy hao đờng truyền đợc tính:

Ta đã xét suy hao đờng truyền và phađinh loga Vì điện thoại di độngngày càng phổ biến, ta dễ thấy mật độ thuê bao cao hơn nhiều khi ngời ở cácthành phố Việc sử dụng trạm di động ở các thành phố dẫn đến hiệu ứngnhiễu nữa đợc gọi là phađinh nhiều tia Hiệu ứng này xảy ra khi tín hiệutruyền nhiều đờng từ anten Tx đến anten Rx

MS

Hình 1: Phađinh Logarit.

ở hiện tợng phađinh Raile tín hiệu thu đợc là tổng các tín hiệu phản xạpha, khác biên độ Những tín hiệu này khi cộng lại nh các véc tơ tạo nên mộtvéctơ tổng gần bằng không, có nghĩa cờng độ tín hiệu bằng không Đây làchỗ trũng phađinh nghiêm trọng Khoảng thời gian giữa hai chỗ trungphađinh phụ thuộc vào cả tốc độ chuyển động cũng nh tần số phát Một cáchgần đúng có thể nói khoảng cách giữa hai chỗ trũng phađinh gần bằng mộtnửa bớc sóng, ở dải sóng 900MHz vào khoảng 17cm Vậy nếu xe hơi hơichạy với tốc độ 50km/h thì thời gian giữa hai chỗ trũng sẽ nh sau.

V m 14m

3600

000 50

1.2 Các phơng pháp phòng ngừa suy hao truyền dẫn do phađinh

Để phòng ngừa suy hao đờng truyền cho máy thu và chất lợng của tínhiệu thu có 4 phơng pháp sau:

a Phân tập (không gian ) anten

Để tránh nguy cơ cả hai anten thu bị chỗ trũng phađinh sâu cùng mộtlúc ta sử dụng hai anten Rx độc lập thu cùng một tín hiệu rồi kết hợp các tínhiệu này lại ta sẽ có một tín hiệu( ra khỏi bộ kết hợp) ít bị pha đinh hơn

Khoảng cách giữa hai Tx và hai Rx phải đủ lớn để tơng quan tín hiệu ở haianten nhỏ.

c Mã hóa kênh

ở truyền dẫn số ngời ta đo chất lợng của tín hiệu đợc chuyển bằng số lợng

các bít thu đợc chính xác, dẫn đến biểu diễn tỷ số lỗi bít BER BER không thểbằng không do thay đổi đờng truyền dẫn nếu nó đợc cho phép một lợng nhất

định và có khả năng khôi phục thông tin này hoặc có thể phát hiện tránh sửdụng thông tin lỗi

ở phơng pháp mã hóa kênh ngời ta phải phát đi một lợng thông tin có sốbít lớn hơn nhng sẽ đạt độ an toàn chống lỗi cao hơn Mã hóa kênh có thểphát hiện và sửa lỗi ở luồng bít thu

Ví dụ: Khi muốn gửi đi một bít “0” hay “1” để đợc bảo vệ, ta bổ xung thêm

Riêng cụm 0110 không xác định cụ thể, hai cụm 0111 và 1110 đợc pháthiện là lỗi Mã kiểm tra đợc chia thành mã khối và mã xoắn

ở mã khối, một số bít kiểm tra đợc bổ sung vào một số bít thông tin nhất

định Các bít kiểm tra chỉ phụ thuộc vào các bit thông tin ở khối bản tin

ở mã xoắn, bộ mã hóa tạo ra khối các bít mã không chỉ phụ thuộc vàocác bít của khối bản tin hiện thời đợc dịch vào bộ mã hóa mà còn phụ thuộcvào các bít của khối trớc đó

Mã hóa khối thờng đợc sử dụng khi có báo hiệu định hớng theo khối và

sử dụng để phát hiện lỗi khi thực hiện “ yêu cầu tự động phát ”ARQ( Automatic Repeat Request)

Mã hóa xoắn liên quan nhiều hơn đến sửa sai lỗi Cả hai mã này đợc sửdụng ở GSM Hai bớc mã hóa đợc dùng cho cả tiếng và số liệu

d Ghép xen

Các lỗi bít thờng theo từng cụm do các chỗ trong phađinh lâu làm ảnh ởng nhiều bít liên tiếp Để giải quyết hiện tợng này ta dùng phơng pháp ghépxen để tách các bít liên tiếp của bản tin sao cho các bít này gửi đi không liêntiếp

Mã hóa kênh có thể khôi phục lại thông tin của tất cả các khối ở GSM bộmã hóa kênh cung cấp 456 bít cho từng 20ms tiếng và đợc ghép xen để tạo racác khối 57 bít

Các khối bản tin ghép xen

Các khối bản tin ghép xen

Một khung

Hình 4: Ghép xen.

Mỗi khối tiếng 20ms tạo 456 bit, các bít này đợc ghép xen vào 8 nhóm 57bít, ở các cụm bình thờng có khoảng trống dành cho 2x57 bít.

Ngời ta thờng bổ sung một mức ghép xen kẽ giữa hai khung tiếng, điềunày làm tăng thời gian trễ ở hệ thống nhng có thể cho phép mất toàn bộ mộtcụm vì nó chỉ ảnh hởng 12,5% số bít mỗi khung tiếng và có thể đợc hiệuchỉnh bằng mã hóa kênh

1.3 Phơng pháp chống phân tán thời gian

Mô hình truyền dẫn:

Máy thu tối u là máy thu hiểu rõ kênh, ta lập mô hình toán học của kênh

và điều chỉnh máy thu đến mô hình Kênh đợc xét nh một bộ lọc và đợc kíchthích bởi một tín hiệu biết trớc So sánh đầu ra với đầu vào bộ lọc ta có đápứng xung của bộ lọc Đáp ứng xung của bộ lọc cho ta biết tín hiệu ra đối vớitín hiệu vào, nh vậy ta có thể tìm đợc đáp ứng xung của kênh và lập mô hìnhkênh khi phân tích một tín hiệu thu đợc Đáp ứng xung khi không phản xạ(hình a) và có một phản xạ (hình b)

Xét nguyên lý làm việc của một bộ cân bằng: Sau khi lập mô hình kênh

ta sẽ phải tạo ra tất cả các chuỗi bít có thể có rồi đa chúng qua mô hình kênhchuỗi đầu vào và từ đó nhận đợc chuỗi đầu ra giống nó nhất gọi là chuỗinguyên thủy hay chuỗi phát Theo quy định của GSM, một bộ cân bằng cần

có khả năng xử lý một tín hiệu phản xạ trễ đến 14,8s tơng ứng với thời gian 4bít Lúc này ngay cả tín hiệu phản xạ cũng bị ảnh hởng bởi phađinh Raile,nhng do tín hiệu này có mẫu phađinh độc lập so với tín hiệu đi thẳng nên nó

tt

(t)

Máy thu tối uMáy phát

Kênh

Hình 5: Mô hình truyền dẫn.

đợc lợi dụng để đạt đợc hiệu quả cao hơn Vậy với các tín hiệu phản xạ trễ

d-ới 15s nó cho ta thêm năng lợng để cải tạo tín hiệu thu

Trên thực tế độ dài chuỗi n thờng lớn lên phải thực hiện nhiều so sánh và mấtnhiều thời gian tính toán gây một sự chậm trễ không cho phép Để khắc phục khókhăn này ngời ta phải sử dụng đến thuật toán Verbi mà ở đó ta không cần thử tấtcả cả các chuỗi

1.4 Quy hoạch ô

Vì trong hệ thống tổ ong tất cả các tần số đều đợc sử dụng lại nên thờngnói rằng hệ thống này bị hạn chế bởi đại lợng nhiễu chứ không phải tạp âmvì thế cần lu ý đặc biệt khi quy hoạch tần số

Mô hình quy hoạch cell có ảnh hởng rất lớn tới các chỉ số C/I; C/A Khimô hình kí hiệu N/M ( trong đó N là số vị trí đặt, M là số cell trong mộtvùng sử dụng lại tần số 3/9; 4/12; 7/21) Mỗi loại đều có những điểm thuậnlợi và không thuận lợi của nó, phù hợp với từng nớc mà ta chọn mẫu sử dụnglại tần số nào

 Khoảng cách giữa hai cell cùng tần số: D

Ví dụ: Mẫu 4/12 đang đợc áp dụng ở Việt Nam

 Khả năng áp dụng:

- Mô hình 3/9: Ta thấy số sóng mang dùng trong một cell là lớn do đó cáckhả năng nhiễu đồng kênh, nhiễu lân cận là cao vì khoảng cách giải tần giữacác sóng là nhỏ Khả năng áp dụng cho những vùng có mật độ máy di độngcao, kích thớc cell nhỏ nhng vùng phủ sóng dễ dàng tránh các tín hiệuphađinh phù hợp với các dịch vụ Indoor cho các khu nhà cao tầng

- Mô hình 4/12: Sử dụng cho những vùng có mật độ trung bình số kênhtrong một cell cho phép ít hơn, nhiễu đồng kênh ít khi là một vấn đề lớn.Loại này kích thớc cell cho phép mở rộng phù hợp với các vùng mật độ trungbình và ít nhà cao tầng

- Mô hình 7/21: Có thể dùng cho các khu vực mật độ thấp khi số kênhtrong một cell là nhỏ Ta thấy rằng loại này có khoảng cách giải tần giữa cáckênh lân cận là lớn, các cell đồng kênh cách nhau xa do đó cũng có thể ápdụng khi chia nhỏ các cell thích ứng với mật độ máy di động ngày một tăngcũng nh những vùng phủ sóng có kích thớc cell tơng đối nhỏ

Trong việc quy hoạch theo phơng pháp sử dụng lại tần số đối với hệ thốngthông tin di động GSM, vấn đề thiết lập lới tần số trên toàn quốc phải đảmbảo các chỉ tiêu sau đây:

+ Chỉ tiêu về nhiễu đồng kênh, nhiễu lân cận, nhiễu xuyên điều chế giữa các ôtần số

+ Tránh sự khác biệt bất hợp lý giữa quy hoạch mới và hiện trạng sửdụng Lới tần số nh vậy mang tính chất đồng nhất và bình đẳng về lu lợng tấtcảc các cell trên phạm vi toàn quốc Nh vậy cha có tính thực tế trong mộtquy hoạch tổng thể thống nhất

 Phơng pháp chia cơ bản: Trong việc thiết kế lới tần số, hệ số suy giảmcủa môi trờng truyền sóng (  ) mang tính địa phơng có ý nghĩa quan trọng

ảnh hởng đến độ chính xác về kích thớc của ô tần số có kích thớc nhỏ hoặcrất nhỏ (Microcell, Picrocell) trong môi trờng truyền dẫn vùng đô thị vấn đềphơng pháp sử dụng lại tần số có u điểm nổi bật là sử dụng phổ tần một cáchhiệu quả Việc lựa chọn mẫu sử dụng lại tần số là bài toán tối u liên quan tớinhiễu cùng kênh và khả năng lu lợng của lới tần số( hiệu quả sử dụng phổ

tần) khi lu lợng trong mỗi ô tần số tăng, thực hiện chia nhỏ ô tần số theo haiphơng pháp cơ bản sau:

- Phơng pháp 1: Vị trí trạm gốc trong ô tần số ban đầu không đợc sử dụngtrong việc chia ô tần số mà các ô tần số mới sẽ sử dụng 4 vị trí tại các tâmcủa các ô tần số mới tơng ứng

- Phơng pháp 2: Vị trí trạm gốc trong ô tần số ban đầu vẫn đợc sử dụng

Khi chia nhỏ ô tần số một lần thì diện tích bao phủ của trạm gốc trong ômới bằng 1/4 diện tích ô ban đầu và nếu nh mỗi một ô tần số mới mang tải lulợng nh ô tần số ban đầu thì tải lu lợng trong các ô mới sẽ tăng 4 lần so vớitải lu lợng của ô ban đầu

Ô tần số ban đầu

Ô tần số ban đầu

Nếu nh lu lợng trong mỗi ô tần số mới vẫn có nhu cầu tăng thì sẽ phảitiếp tục thực hiện chia nhỏ ô trong trờng hợp tổng quát bán kính của ô mớilà:

Rn = R0 / 2”

Trong đó n : là số lần chia

R0: là bán kính của ô tần số ban đầu

Công thức tổng quát tính lu lợng khi chia nhỏ ô tần số là:

E = 4” E0

Trong đó E: là lu lợng sau khi chia

E0: tải lu lợng của ô tần số ban đầu

- Bức xạ sóng ra khỏi không gian, sóng sẽ đợc truyền đi dới dạng sóng

điện từ tự do

Thiết bị dùng để bức xạ sóng điện từ hoặc thu nhận sóng điện từ, từkhông gian bên ngoài gọi là anten Anten là bộ phận rất quan trọng khôngthể thiếu đợc của bất kỳ hệ thống vô tuyến điện nào Đặc biệt là hệ thốngthông tin di động bởi vì đã là hệ thống vô tuyến nghĩa là trong đó có sử dụngsóng điện từ, thì không thể không dùng đến thiết bị để bức xạ hoặc thu sóng

điện từ Thông thờng giữa máy phát và anten phát cũng nh máy thu và antenthu không nối trực tiếp với nhau mà đợc ghép với nhau qua đờng truyền,năng lợng điện từ gọi là Feeder Anten phát có nhiệm vụ biến đổi sóng điện

từ rằng buộc trong Feeder thành sóng điện từ tự do bức xạ ra không gian.Cấu tạo của anten sẽ quyết định đến đặc tính biến đổi năng lợng điện từ nói ởtrên Anten thu có nhiệm vụ ngợc với anten phát nghĩa là tiếp nhận sóng điện

từ tự do từ không gian ngoài và biến đổi chúng thành sóng điện từ rằng buộctruyền qua Feeder tới đầu máy thu Song năng lợng điện từ mà anten thu tiếpnhận từ không gian ngoài sẽ chỉ có một phần đợc truyền tới máy thu còn mộtphần sẽ bức xạ trở lại vào không gian ngoài( bức xạ thứ cấp)

Yêu cầu của thiết bị anten, Feeder là phải thực hiện việc truyền và biến

đổi năng lợng với hiệu suất cao nhất và không gây ra méo dạng tín hiệu.Trong thông tin di động, nhiệm vụ của anten không phải chỉ đơn giản là biến

đổi năng lợng điện từ cao tần thành sóng điện từ tự do, mà phải bức xạ sóng

ấy theo những hớng nhất định, với yêu cầu kỹ thuật cho trớc, tham gia vàoquá trình gia công tín hiệu

Anten phát và thu của BTS và MS hoàn toàn khác nhau, ở BTS có thểdùng các loại anten nh:

- Anten đẳng hớng: Trờng sóng bức xạ ra mọi hớng là nh nhau

- Anten định hớng: Loại anten này dùng cho thu và phát theo một hớngnhất định Chúng thờng đợc sử dụng trong các ô đợc Sectorize Công suấtphát đợc tập trung vào một hớng do đó nó có phần phản xạ hoặc phối hợpgiữa phản xạ và định hớng

- Anten đa hớng: Đây là hệ thống anten mà mỗi một anten thực hiện mộtmẫu bức xạ phối hợp Loại đơn giản nhất là anten hai hớng đợc phát theo haihớng ngợc nhau, loại anten này có khả năng phủ sóng theo dải dài nh trụcgiao thông mà có lu lợng nhỏ

II-Thực hiện quá trình tối u hóa

2.1 Giám sát chất lợng phục vụ

Căn cứ vào các yếu tố phục vụ các chỉ tiêu phục vụ để đa ra các chỉ dẫn

về chỉ tiêu chất lợng chủ yếu của mạng Hệ thống OSS là một mạng hoạt

động với mục đích khai thác và bảo dỡng mạng một cách nhanh chóng vàchính xác Do đó các nhà viết chơng trình phần mềm có thể đa ra các tínhtoán và chỉ dẫn về chỉ tiêu chất lợng phục vụ dựa trên các khuyến nghị củaCCITT và phần mềm OMC Do đó nhiều cách đợc áp dụng để có thể giámsát chất lợng mạng một cách đầy đủ:

- Giám sát dựa trên những tính toán của OMC

- Giám sát trên A.Interface.

- Giám sát A bit Interface

- Giám sát kiểm tra Air - Interface

Tính toán trong OMC:

Dựa vào thông tin báo hiệu các nhà lập mạng có thể đa ra các thông tincần thiết cho giám sát mạng Những thông tin này có thể liên quan đếnnhững vấn đề nh:

 Các Node chuyển mạch về các vấn đề nh cấp độ dỗi, cấp độ tải, mứcnghẽn, thời gian chuyển đổi trong khi đặt cuộc gọi của các đờng trung kế nốitới tổng đài MSC

 Thông tin về nhóm trung kế ở BSS: Số kênh mặt đất sẵn có, lu lợngnghẽn

 Thông tin về Radio của cell: mang nhiều thông tin liên quan đến cellnh:

+ Tổng số thời gian bận trong một khoảng thời gian

+ Số lần chiếm SDCCH cho cuộc gọi tới MS thành công, thấtbại

+ Số lần chiếm SDCCH từ MS thành công, thất bại

+ Số lần chiếm TCH cho chuyển giao thành công, thất bại

- Thông tin số cuộc gọi bị bỏ rơi

- Thông tin về mức độ nhiễu

 Thông tin về chuyển giao: Gồm 4 loại thông tin về chuyển giao cho cácloại chuyển giao đến và đi một cell

- Số cuộc gọi chuyển giao thành công

- Số cuộc gọi chuyển giao không thành công vì thiếu kênh mặt đấthoặc thiếu kênh vô tuyến

- Số chuyển giao không thành công vì lỗi đờng nối thông.

- Số chuyển giao không thành công vì lý do kích hoạt hoặc điều khiểnsai ở BSS

Bên cạnh đó là các thông tin cho biết thành phần phần trăm cho mỗinguyên nhân chuyển giao trong một cell

- Nguyên nhân chuyển giao do chất lợng đờng lên, đờng xuống

- Nguyên nhân chuyển giao do mức độ tín hiệu đờng lên, đờng xuống

- Nguyên nhân chuyển giao do bị yêu cầu bởi MSC, BSC để tìm ra một celltốt hơn

 Thông tin về mạng báo hiệu: bao gồm các thông tin liên quan đến mạngbáo hiệu nh: Số SU bị mắc lỗi, số lần truyền lại, cấp độ dỗi trạng thái đờngnối

 Các thông tin tổng thể về BSS nh:

- Tổng số về lu lợng

- Tổng số thuê bao

- Số Erlang / thuê bao

Sáu loại thông tin trên đợc lu trữ vào bộ nhớ máy tính để đa ra các báocáo từng ngày, từng tuần hay theo tháng

2.1.1 Giám sát trên A.Interface

Giám sát trên A.Interface bằng các phơng pháp phân tích báo hiệu số 7

Đo đạc và phân tích các thể thức của nó với mục đích kiểm tra chất lợng hệthống theo hai phần BSS, MSC chất lợng truyền trung kế và A.Interface các

số liệu đợc ghi vào file Thời gian phân tích có thể vào một ngày hay một giờcao điểm Số liệu cung cấp tất cả các loại tỷ lệ có thể chia nhỏ chi tiết về tỷ

lệ thành công, thất bại do BSS hay NSS, chi tiết hơn về nguyên nhân, có thểgiám sát tổng quát về hệ thống nhờ bảng phân tích

2.1.2 Giám sát trên A bit.Interface

Sử dụng các công cụ cần thiết để khảo sát các bản tin qua LAPD để biết

về thông số giá trị thực hiện của một cell nh chất lợng, mức tín hiệu trên ờng vô tuyến, sự cân bằng giữa đờng lên và đờng xuống, theo dõi cuộc gọi

2.1.3 Giám sát trên giao tiếp vô tuyến

Kiểm tra bằng các phơng tiện thu phát sóng trên xe ca để xác định vùngphủ sóng của mạng và đo đạc trực tiếp các giá trị về công suất truyền sóng Ngoài ra còn phải căn cứ từ các ý kiến nh:

Các chỉ tiêu chất gồm các số liệu về chất lợng của một phần mạng trong

sự quan hệ với toàn mạng Các chỉ dẫn thờng là tỷ lệ thành công, thất bại,mức nghẽn, thông thờng các chỉ dẫn sau đợc sử dụng:

- Tỷ lệ cuộc gọi từ MS thành công Tính số cuộc gọi đạt đợc tới rungchuông

- Tỷ lệ cuộc gọi thất bại do hệ thống BSS thất bại trong quá trình thiếtlập cuộc gọi hoặc tỷ lệ thất bại do vô tuyến

- Tỷ lệ rơi cuộc gọi: Số cuộc gọi bị ngắt trong quá trình đang thông tin

- Tỷ lệ HO thành công và thất bại bao gồm các tỷ lệ Handover đến, tỷ lệHandover đi trong một cell

Tỷ lệ Handover thất bại phải quay trở về kênh cũ Đây là tỷ lệ của các sốHandover đi ra khỏi cell bị thất bại và MS có thể trở lại cell cũ

Phân tích phần trăm của các nguyên nhân Handover tỷ lệ của sốHandover/ nguyên nhân: Nh nguyên nhân chất lợng nhiễu, khoảng cách,chuyển tới cell tốt hơn, nhiễu

Số Erlang một cell/ một BSC đợc đánh bằng số kênh trung bình đợc sửdụng trong một cell hay trong BSC giờ cao điểm