Mạng thông tin di động và nghiên cứu thiết kế vùng phủ sóng thông tin di động

Tuy nhiên sau một thời gian sử dụng, người ta nhận thấy rằng các hệ thống này không thể đáp ứng nhu cầungày càng tăng của người sử dụng vào tương lai, nếu không loại bỏ các hạn chếcủa cá

LỜI CẢM ƠN

Đồ án tốt nghiệp này được thực hiện tại Đại học Hàng Hải Việt Nam.Trước hết em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Điện- Điện Tử nóichung và các thầy cô trong Bộ môn Điện Tử Viễn Thông nói riêng đã giúp đỡ

em rất nhiều trong quá trình học tập ở trường và khi thực hiện đồ án tốt nghiệp

Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo Th.S NguyễnNgọc Sơn đã giành nhiều thời gian tâm huyết, trực tiếp tận tình hướng dẫn, giúp

đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Sinh viên Hoàng Thị Huế

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan các kết quả nghiên cứu đưa ra trong đồ án này dựa trêncác kết quả thu được trong quá trình nghiên cứu của riêng em, không sao chépbất kỳ kết quả nghiên cứu nào của các tác giả khác Nội dung trong luận án cótham khảo và sử dụng một số thông tin, tài liệu từ các nguồn sách, tạp chí đượcliệt kê trong danh mục tham khảo

Sinh viên Hoàng Thị Huế

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG

i3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

i4

LỜI NÓI ĐẦU

Thông tin di động là một khái niệm đã quá quen thuộc với xã hội hiệnđại như ngày nay Bởi lẽ hệ thống thông tin di động đã được sử dụng từ rất lâuđời, đã trải qua nhiều thế hệ, có nhiều sự thay đổi nhưng đều hướng lên những

sự tiến bộ, cải tiến mới Cho đến ngày nay cũng vậy,trên thế giới nói chung vàViệt Nam nói riêng, thông tin di động đã vô cùng quen thuộc và không thể thiếu

Nó là một phương tiện liên lạc ngày càng phát triển với các dịch vụ tiện ích

vì thế mà hướng phát triển làm sao để cung cấp, phục vụ được những yêu cầucủa xã hội đề ra luôn luôn là bài toán khó của hầu hết các nhà khai thác Viễnthông trên thế giới

Ở Việt Nam cũng vậy, hiện nay số thuê bao di động cũng chiếm đa phầntrong tổng số thuê bao cả nước Với hệ thống mạng GMS đã bao phủ hầu hết cáctỉnh thành trong cả nước nhưng nhu cầu của cuộc sống thì càng ngày càng caothế nên việc nghiên cứu, đi sâu về hệ thống mạng là vô cùng cần thiết Song các

hệ thống mạng thì luôn có sự cạnh tranh về công nghệ và cho đến nay thì GSMvẫn là hệ thống được phần lớn các nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động lựachọn

Với đề tài “ Mạng thông tin di động và nghiên cứu thiết kế vùng phủ sóng thông tin di động cho khu vực Huyện Thủy Nguyên” em mong

muốn một phần nào với những kiến thức đã học và vận dụng trên thực tế để tìmhiểu một cách khái quát nhất về hệ thống di động Rồi từ đó vận dụng vào thựctế,trên cơ sở lý thuyết đã học để thiết kế, tính toán vùng phủ sóng của trạm BTScho khu vực quê em sinh sống

Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm 3 chương sau:

Chương I: Tổng quan về mạng thông tin di động.

Chương II: Cấu trúc chung hệ thống thông tin di động GSM.

Chương III: Nghiên cứu thiết kế vùng phủ sóng thông tin di động cho khu vực huyện Thủy Nguyên.

i5

Do thời gian hạn hẹp và kiến thức còn hạn chế nên nội dung trình bày của

em dưới đây còn nhiều sai sót, nhiều phần còn chưa sâu, chưa rõ ràng Rất mongđược sự góp ý của các thầy, cô giáo trong bộ môn cùng các bạn đọc

Sinh viên

Hoàng Thị Huế

i6

CHƯƠNG I: TỔNG QAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

1.1 Lịch sử phát triển của mạng thông tin di động.

Hệ thống thông tin di động đã được sử dụng từ rất lâu Sau thế chiến II

mới xuất hiện thông tin di động điện thoại dân dụng Tới năm 1948 một hệ thống

di động hoàn toàn tự động đầu tiên ra đời ở Richmond,Indiana Đến đầu năm

1960, các dịch vụ di động mới xuất hiện ở dạng sử dụng được Các hệ thống điệnthoại này ít tiện lợi và dung lượng thấp so với ngày nay

Vào những năm 1980,các hệ thống này sử dụng điều chế song công vớicông nghệ truy cập phân chia theo tần số(FDMA) Tuy nhiên sau một thời gian

sử dụng, người ta nhận thấy rằng các hệ thống này không thể đáp ứng nhu cầungày càng tăng của người sử dụng vào tương lai, nếu không loại bỏ các hạn chếcủa các hệ thống này như:

- Phân bổ tần số hạn chế, dung lượng thấp

- Thoại ồn, nhiễu xảy ra khi di chuyển máy di động

- Giá thành thiết bị cao, cơ sở hạ tầng phức tạp yêu cầu cao

- Tính bảo mật cuộc gọi không cao

- Không đảm bảo, đáp ứng nhu cầu dịch vụ của khách hàng

- Không tương thích với các hệ thống khác nhau

Khi mà kỹ thuật số được ứng dụng vào đã giải quyết được một số vấn đề,tăng chất lượng, tăng dung lượng của hệ thống

Quan niệm “ Cellular “ bắt đầu cuối những năm 40 với Bell.Thay vì dung môhình quảng bá với máy phát công suất lớn và anten cao là những cell diện tích bé

có máy phát BTS công suất nhỏ, khi mà các cell ở khoảng cách đủ xa thì có thể

sử dụng lại cùng một tần số Tháng 12-1971 hệ thống cellular kỹ thuật tương tự

ra đời FM ở dải 850MHz Tương ứng là sản phẩm thương nghiệp AMPS ra đờinăm 1983 Đến đầu những năm 90, thế hệ đầu tiên của thong tin di động Cellular

đã bao gồm hàng loạt hệ thống ở các nước khác nhau: TASC, NMTS, NAMTS,C, v.v tuy nhiên nững hệ thống này dung lượng còn thấp và một số vấn đề cầnkhắc phục

Ưu điểm cơ bản của hệ thống Cellular như sau:

- Sử dụng kỹ thuật điều chế số tiên tiến nên hiệu suất sử dụng phổ tần cao hơn.

- Mã hóa số tín hiệu thoại với tốc độ bít ngày càng thấp, cho phép ghép nhiềukênh thoại hơn vào dòng bit tốc độ chuẩn

- Giảm tỷ lệ tin tức báo hiệu, dành tỷ lệ lớn hơn cho tin tức người sử dụng

- Áp dụng kỹ thuật mã hóa kênh và mã hóa nguồn của truyền dẫn số

- Hệ thống số chống nhiễu kênh chung CCI (Cochannel Interfernce) và nhiễukênh kề ACI ( Adjacent – Channel Interference) hiệu quả hơn từ đó làm tăngdung lượng hệ thống

- Điều khiển động trong việc cấp phát kênh liên lạc làm cho sử dụng phổ tần sốhiệu quả hơn

- Có nhiều dịch vụ mới: nhận thực, số liệu, mật mã ,kết nối với ISDN

- Điều khiển truy cập và chuyển giao hoàn hảo hơn Dung lượng tăng, diện tíchcell nhỏ đi, chuyển giao nhiều hơn,Báo hiệu tất bật đều dễ dãng xử lý bằngphương pháp số

Hệ thống thông tin di động tế bào thế hệ thứ hai có ba tiêu chuẩn chính :GMS, IS - 54 (bao gồm cả tiêu chuẩn AMPS) , JDC

Tuy nhiên các hệ thông thông tin di động thế hệ thứ hai cũng tồn tại một sốnhược điểm như sau: Độ rộng dải thông băng tần của hệ thống là bị hạn chế nênviệc ứng dụng các dịch vụ dữ liệu bị hạn chế, không thể đáp ứng được các yêucầu phát triển cho các dịch vụ thông tin di động đa phương tiện cho tương lai,đồng thời tiêu chuẩn cho các hệ thống thế hệ thứ hai là không thống nhất do Mỹ

và Nhật sử dụng TDMA băng hẹp còn Châu Âu sử dụng TDMA băng rộngnhưng cả 2 hệ thống này đều có thể được coi như là sự tổ hợp của FDMA vàTDMA vì người sử dụng thực tế dùng các kênh được ấn định cả về tần số và cáckhe thời gian trong băng tần Do đó việc thực hiện chuyển mạng toàn cầu gặpphải nhiều khó khăn

Bắt đầu từ những năm cuối thế thập niên 90 hệ thống thông tin di độngthế hệ thứ ba ra đời bằng kỹ thuật đa truy nhập CDMA và TDMA cải tiến Lýthuyết về CDMA đã được xây dựng từ những năm 1950 và được áp dụng trongthông tin quân sự từ những năm 1960 Cùng với sự phát triển của công nghệ bándẫn và lý thuyết thông tin trong những năm 1980, CDMA đã được thương mại

hóa từ phương pháp thu GPRS và Ommi-TRACKS, phương pháp này cũng đãđược đề xuất trong hệ thống tổ ong của QUALCOM-Mỹ vào năm 1990.

Trong thông tin CDMA thì nhiều người sử dụng chung thời gian và tần

số, mã PN (tạp âm giả ngẫu nhiên) với sự tương quan chéo thấp được ấn định chomỗi người sử dụng Người sử dụng truyền tín hiệu nhờ trải phổ tín hiệu truyền có

sử dụng mã PN đã ấn định Đầu thu tạo ra một dãy giả ngẫu nhiên như ở đầu phát

và khôi phục lại tín hiệu dự định nhờ việc trải phổ ngược các tín hiệu đồng bộ thuđược

So với hai hệ thống thông tin di động thứ nhất và thứ hai thì hệ thống thôngtin di động thế hệ thứ ba là hệ thống đa dịch vụ và đa phương tiện được phủ khắptoàn cầu Một trong những đặc điểm của nó là có thể chuyển mạng, hoạt độngmọi lúc, mọi nơi là đều thực hiện được Điều đó có nghĩa là mỗi thuê bao di độngđều được gán một mã số về nhận dạng thông tin cá nhân, khi máy ở bất cứ nơinào, quốc gia nào trên thế giới đều có thể định vị được vị trí chính xác của thuêbao Ngoài ra hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba là một hệ thống đa dịch

vụ, thuê bao có thể thực hiện các dịch vụ thông tin dữ liệu cao và thông tin đaphương tiện băng rộng như: hộp thư thoại, truyền Fax, truyền dữ liệu, chuyểnvùng quốc tế, Wap (giao thức ứng dụng không dây) để truy cập vào mạngInternet, đọc báo chí, tra cứu thông tin, hình ảnh Do đặc điểm băng tần rộngnên hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba còn có thể cung cấp các dịch vụtruyền hình ảnh, âm thanh, cung cấp các dịch vụ điện thoại thấy hình

Năm 1996, một phần người Mỹ có điện thoại di động, còn hệ thống điện thoạicông sở vô tuyến đã bao gồm 40 triệu máy, trên 60 triệu điện thoại kéo dài đượcdung, dịch vụ PCS thương mại đã áp dụng ở Washington Trong các năm qua,các máy điện thoại di động đã giảm kích thước, trọng lượng và giá thành của cácthiết bị đầu cuối đều giảm

1.2 Các hệ thống thông tin di động.

1.2.1 Hệ thống thông tin di động 1G.

Nói cách khác là hệ thống thông tin di động thế hệ 1 Hệ thống này chỉ hổ

trợ các dịch vụ thoại tương tự và sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự để mang dữ

liệu thoại của mỗi người, và sử dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo tần

số (FDMA) Với phương pháp này, khách hàng được cấp phát một kênh trong tậphợp có trật tự các kênh trong lĩnh vực tần số Sơ đồ báo hiệu của hệ thống FDMAkhá phức tạp, khi MS bật nguồn để hoạt động thì nó dò sóng tìm đến kênh điềukhiển dành riêng cho nó Nhờ kênh này, MS nhận được dữ liệu báo hiệu gồm cáclệnh về kênh tần số dành riêng cho lưu lượng người dùng Trong trường hợp sốthuê bao nhiều hơn số lượng kênh tần số có thể, thì một số người bị chặn lạikhông được truy cập

Phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia thành 2N dải tần số kếtiếp và được cách nhau bởi một dải tần số phòng vệ Mỗi dải tần số được gán chomột kênh liên lạc N dải kế tiếp dành riêng cho liên lạc hướng lên, sau một dảitần phân cách là N dải kế tiếp dành riêng cho liên lạc hướng xuống

Đặc điểm :

- Mỗi MS được cấp phát một đôi kênh liên lạc trong suốt thời gian thôngtuyến

- Xảy ra nhiễu giao thoa giữa các kênh lân cận

- Có bao nhiêu trạm BTS thì có bấy nhiêu MS

Với phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số điển hình là hệ thốngđiện thoại di động AMPS (Advanced Mobile Phone System) Hệ thống này sửdụng phương pháp đa truy cập đơn giản song không thoả mãn nhu cầu ngày càngtăng của người dùng về cả dung lượng và tốc độ Vì thế, hệ thống di động 2G rađời được cải thiện về cả dung lượng và tốc độ

1.2.2 Hệ thống thông tin di 2G

Với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động2G được đưa ra để đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trêncông nghệ số

Với việc sử dụng phương pháp điều chế số và sử dụng 2 phương pháp đatruy cập : TDMA & CDMA

 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA:

Phổ quy định cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗidải tần liên lạc này được dùng cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khethời gian trong chu kì một khung Các thuê bao khác nhau dùng chung kênh nhờcài xen khe thời gian, mỗi thuê bao được cấp phát cho một khe thời gian trongcấu trúc khung.

Đặc điểm:

- Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số

- Liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, trong

đó một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy diđộng và một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ máy di động đến trạmgốc Việc phân chia tần số như vậy cho phép các máy thu và máy phát có thể hoạtđộng cùng một lúc mà không có sự can nhiễu lẫn nhau

=>Giảm số máy thu ở BTS & giảm nhiễu giao thoa

Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống di động toàn cầu GSM Máy diđộng kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn FDMA Hệ thống xử lý số đối với tín hiệutrong MS tương tự có khả năng xử lý không quá 106 lệnh trong 1 giây, còn trong

MS số TDMA phải có khả năng xử lý 50.106 lệnh trong 1 giây

 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA:

Trong thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiềungười sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi

mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau Những người sử dụng nói trên được phân biệtvới nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên PN, được cấp phát khác nhau cho mỗingười sử dụng

- Việc các thuê bao trong cùng cell dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyềndẫn đơn giản và việc thay đổi , chuyển giao, điều khiển dung lượng cell thực hiệnrất linh hoạt

1.2.3 Hệ thống thông tin di động 3G.

Để đáp ứng kịp thời các dịch vụ ngày càng phong phú và đa dạng củangười sử dụng, từ đầu thập niên 90 người ta đưa ra hệ thống thông tin di động tổong thế hệ thứ 3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 với tên gọi ITM-2000 đưa

- Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sựphát triển liên tục của thông tin di động

Chính vì vậy mà hệ thống thông tin di đông 3G hứa hẹn tốc độ truyền dẫnlên tới 2.05 Mbps cho người dùng tĩnh, 384 Kbps cho người dùng di chuyểnchậm và 128 Kbps cho người dùng trên moto Công nghệ 3G dùng sóng mang5MHz chứ không phải là sóng mang 200KHz như của CDMA nên 3G nhanhhơn rất nhiều so với công nghệ 2G và 2,5G Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thôngtin di động thế hệ 3 ITM-2000 đã được đề xuất, trong đó 2 hệ thống WCDMA vàcdma-2000 đã được ITU chấp thuận và đang được áp dụng trong những năm gầnđây Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA, điều này cho phép thựchiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện thông tin vô tuyến

*Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3:

Thông tin di động thế hệ 3 xây dựng trên cơ sở IMT-2000 được đưa vàphục vụ từ năm 2001 Mục đích của IMT-2000 là đưa ra nhiều khả năng mớinhưng cũng đồng thời đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động thế hệ2

 Tốc độ của thế hệ 3 được xác định như sau:

- 383 Kb/s đối với vùng phủ sóng rộng

- 2 Mb/s đối với vùng phủ sóng địa phương

 Các tiêu chí chung để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G):

- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau:

+ Đường lên: 1885-2025 MHz

+ Đường xuống: 2110-2200 MHz

- Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình vô tuyến

+ Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến

+ Tương tác với mọi loại hình dịch vụ viễn thông

- Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau: trong công sở, ngoài đường trên xe,

vệ tinh

- Có thể hỗ trợ các dịch vụ như:

+ Môi trường thông tin nhà ảo (VHE: Virtual Home Environment) trên

cơ sở mạng thông minh, di động các nhân và chuyển mạng toàn cầu

+ Đảm bảo chuyển mạng quốc tế

+ Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệuchuyển mạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói

- Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện

Và trong tương lai thì LTE Advance & WiMax sẽ là những thế hệ tiến bộhơn nữa,chắc chắn rằng sẽ còn những thế hệ của công nghệ 5G,6G cho phépngười dùng truyền tải các dữ liệu HD, xem TV tốc độ cao với những trải nghiệmtrên các trang Web tiên tiến hơn với nhiều tiện ích hơn cả Đáp ứng được yêu cầucủa người sử dụng.

1.3 Các phương thức đa truy nhập.

1.3.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)

Phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số

Hình 1.3.1:phương pháp FDMA

Các kênh thông tin được sắp xếp liên tiếp nhau trên dải tần thông tần củađường truyền Tín hiệu nguyên thuỷ phải được điều chế để chuyển lên băng tầncao hơn nhờ các sóng mang phụ(subcarrier) sau quá trình điều chế, phổ tần củatín hiệu lúc này bao gồm hai băng ở hai bên tần số sóng mang phụ fc

- Băng dưới LSB(lower sideband)

Tần Số

Thời gian T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 TT7

- Băng trên USB(upper sideband)

Tín hiệu bao gồm cả hai băng này gọi là tín hiệu đa biên DSB (doublesideband) Trong tín hiệu này Có sóng mang phụ fc là thành phần một chiều,không chứa thông tin nhưng lại chiếm hơn 60% năng lượng phổ Hai băng LSB

và USB chứa thông tin giống hệt nhau và chiểm 30% năng lượng phổ nếu tatruyền cả hai băng thi băng thông cần thiết phải tăng gấp 2 lần trong đó có mộtbăng không cần thiết, do đó dẫn đến lãng phí tài nguyên mạng, để giải quyết vấn

đề này người ta đưa ra các phương án giải quyết như sau :

+ Bỏ thành phần một chiều fc và truyền cả hai băng LSB và USB( kỹthuật DSB không song mang)

+Bỏ thành phần một chiều fc và truyền tải một băng,thông thường người

ta truyền băng dưới (kỹ thuật SSB không sóng mang ) phát đơn băng (LSB hoặcUSB) kèm sóng mang VSB(vestigial sideband )

- Ưu điểm : không cần đồng bộ

- Nhược điểm : Băng tần giới hạn do đó số kênh ghép bị hạn chế

- Tốn kém : nhiễu giao thoa giữa các kênh lân cận , đồng thời cũng không thể tránhkhỏi các loại nhiễu khác như nhiễu xuyên âm và bị ảnh hưởng của các tập âm dodây truyền tải thường làm bằng bằng dây trần

1.3.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA).

TDMA là phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian

Hình1 3.2 : Phương pháp TDMA

Người sử dụng dùng chung một sóng mang và trục thời gian được chiathành nhiều khoảng nhỏ (gọi là các khe thời gian_TS_time slot) một kênh thôngtin sẽ chiếm toàn bộ dải thông W của đường truyền trong một khoảng thời giannhất định trên tổng số thời gian cuộc gọi được thực hiện và lặp lại theo chu kỳnhất định.

Có 2 phương pháp ghép kênh phân chia theo thời gian cơ bản :

- Ghép xen bit(bit -by- bit): lấy tất cả các bit cùng tên của các kênh nhánh ghép lạivới nhau thành một nhóm

+ Tốc độ bit mỗi kênh nhánh là v = 8b/Tf , ghép 4 kênh nhánh lại thành một kênhduy nhất thì tốc độ bit sẽ là v’ = 32b/Tf

+ Ưu điểm của phương pháp này là cấu trúc khung độc lập , dung lượng bộ nhớyêu cầu thấp , tuy nhiên bên thu sẽ tách kênh phức tạp và chậm

- Ghép xen byte/ghép từ (word-by-word) : dòng số đầu ra của bộ ghép kênh sẽgồm một chuỗi các từ mã của các kênh nhánh được sắp xếp liên tiếp

+ Đặc điểm : dung lượng bộ nhớ yêu cầu cao , và bên thu phải đồng bộ chínhxác

+ Một loại hình ứng dụng TDMA phổ biến nhất là hệ thống GSM trong thông tin

di động

GSM là một hệ thống thông tin số của Châu Âu sử dụng hệ thốngTDMA với cấu trúc khe thời gian sao cho tạo nên được sự linh hoạt trong truyềnthoại, số liệu và thông tin điều khiển Dưới đây là sơ đồ cấu trúc một khungTDMA :

Các mã PN

Thời gian Tần số

1 siªu khung =26 ®a khung (6,12 s)

26 khung ®a khung(120ms) 51 khung ®a khung(235,4ms)

1 khung TDMA= 8 khe thêi gian(4,615ms)

Hình 1.3.3:Cấu trúc kênh thông tin TDMA

1.3.3 Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)

Hình 1.3.4 : Phương pháp đa truy nhập theo mã CDMA

CDMA viết đầy đủ là Code Division Multiple Access nghĩa là Đa truy nhập(đa người dùng) phân chia theo mã

Đa truy nhập theo mã (CDMA): Là một dạng của đa truy nhập phổ trảiSSMA (Spreat Spectrum Multiple Access) , trong đó mỗi một người sử dụngdùng toàn bộ phổ tần như với TDMA, trong toàn bộ thời gian của cuộc gọi nhưđối với FDMA Các kênh được phân biệt với nhau nhờ việc sử dụng các mã giảinhiễu PN (PseudoNoise)

Mã giả ngẫu nhiên: là loại tín hiệu mang tính chất của tín hiệu ngẫu nhiênnhưng hoàn toàn xác định để có thể tái tạo lại ở phía thu nên người ta gọi là mãgiả ngẫu nhiên

Mã giả ngẫu nhiên có các tính chất sau:

+ Tính cân bằng (balance): số bit 0 và 1 trong mã giả ngẫu nhiên chỉ khác nhau là1

+ Tính tương quan: hiệu số giữa các bit giống nhau và các bit khác nhau ở chuỗigiả ngẫu nhiên PN với chính nó quay đi 1 đơn vị không quá 1. dễ dàng thu lại

ở phía thu

- Các ưu điểm nổi bật của CDMA là:

Hiệu quả sử dụng phổ rất cao, khả năng tái dụng tần số rất cao, phương án

bố trí tần số sử dụng trong các tế bào rất đơn giản, độ an toàn thông tin và khảnăng làm việc trong các điều kiện nhiễu mạnh rất cao…

- Hạn chế của CDMA là : Các vấn đề liên quan tới điều khiển công suất, đồng bộ

và việc tìm ra các mã PN cung cấp số kênh lớn

Cũng cần phải nhấn mạnh thêm rằng, do hoàn cảnh lịch sử, hệ thống GSM(TDMA) đã được chấp nhận ở châu âu và nhiều nước khác trên thế giới, bảo đảmtính lưu động (roaming) quốc tế trên một diện rất rộng trên toàn cầu nên việcchiếm lĩnh thị trường và cạnh tranh của các hệ thống CDMA hiện thời có khókhăn Tuy nhiên trong tương lai rất gần, khi nhu cầu về thuê bao di động tăng lênrất lớn, các biện pháp kĩ thuật và công nghệ đủ mạnh thì các hệ thống CDMA sẽchiếm ưu thế tuyệt đối Theo ý kiến của các chuyên gia hang đầu thế giới,các thế

hệ (thứ ba, thư tư) của thông tin di động sẽ là các hệ thống CDMA và các pháttriển của nó

1.3.4.Đa truy nhập phân chia theo không gian (SDMA).

Bất kỳ hệ thống thông tin di động cellular nào, tương tự hay số cũng đềdùng SDMA Đó là đặc trưng phân biệt hệ thống cellular với các hệ thống trung

kế vô tuyến khác Hệ thống cellular cho phép đa truy nhập vào kênh vô tuyếnchung dựa trên căn bản là theo từng cell riêng rẽ Hệ thống cellular là SDMAđiển hình Yếu tố hạn chế SDMA là việc sử dụng lại tần số Sử dụng lại tần sốnhư nhau với điều kiện họ phải tách biệt cách nhau đủ xa để tối thiểu hóa cannhiễu cùng kênh đối với nhau Nhóm các tần số dùng ở một cell có thể dùng ởcell khác trong hệ thống miễn là cự li giữa chúng đủ giảm can nhiễu cùng kênhđến ngưỡng cho phép

Có nhiều kỹ thuật và cải tiến SDMA trong hệ thống cellular hiện nay:microcell , umbrella cell, phân dải quạt, smart antenna.

- Microcell là các BTS công suất phát rất thấp (chừng - 5Bm hay 0,3 mW) đặt ởcác tụ điểm mật độ thuê bao cao

- Umbrella cell là các cell rất lớn chuyên xử lý báo hiệu vùng có nhiều microcell

- Dùng anten định hướng với dải quạt 1200 hay 600

Smart antenna là một cải tiến mới trong hệ thống tương tự Búp sóng nhọn nhưdạng cái bút chì để phân vùng liên lạc trong cell

CHƯƠNG II: CẤU TRÚC CHUNG HỆ THỐNG MẠNG GSM

2.1.Giới thiệu chung.

2.1.1.Cấu trúc địa lý của mạng

Tất cả các mạng điện thoại trên thế giới đều có một cấu trúc địa lý nhất định

để định tuyến cho các cuộc gọi từ:

Thuê bao gọi - > Tổng đài -> Thuê bao cần gọi

Nhờ cấu trúc này mà các thuê bao trong mạng có thể lưu thông với nhau mộtcách dễ dàng, hoạt động , dịch vụ tốt, ổn định Như vậy cấu trúc mạng có vị trí vôvùng quan trọng Cấu trúc địa lý mạng được phân cấp như sau:

Vùng phục vụ GSM Vùng phục vụ PLMN Vùng phục vụ MSC Vùng định vị LA

- Vùng phục vụ PLMN : đây có thể là một hay nhiều vùng trong một quốc giatùy theo kích thước của vùng phục vụ

- Vùng phục vụ MSC: là một bộ phận của mạngđược một MSC( tổng đài diđộng) quản lý Dùng để định tuyến cuộc gọi tới một thuê bao di động Bộ nhớtạm trú của VLR được sử dụng để ghi thông tin định tuyến cuộc gọi tới thuê bao

di động hiện đang ở trong vùng phục vụ của MSC

- Vùng định vị LA: mỗi vùng MSC/VLR được chia thành nhiểu vùng định vị

LA, vùng này là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR Nhờ đó mà một trạm diđộng có thể chuyển động tự do mà không cần cập nhật thông tin về vị trí cho tổngđài MSC/VLR điều khiển vùng định vị này Vùng định vị LA được hẹ thống sử

dụng để tìm một thuê bao di động đang ở trong trạng thái hoạt động bằng cách sửdụng nhận dạng vùng LAI( Local Area Identity):

LAI= MCC+MNC+LAC trong đó: MCC - mã quốc gia

Mỗi ô được quản lý bởi một trạm vô tuyến gốc BTS

Mỗi BTS tạo ra một hay một vài khu vực phủ sóng nhất định

2.1.2.Sơ đồ tổng quát chung.

Hình2.12 Mô hình hệ thống mạng thông tin di động GSM.

Trong đó:

BSC: Đài điều khiển trạm gốc

MSC: Trung tâm chuyển mạch di

ISDN: Mạng số liệu liên kết đa dịch vụCSPDN: Mạng chuyển mạch số côngcộng theo mạch

PLMN: Mạng di động mặt đất công cộngPSPDN: Mạng chuyển mạch công theogói

2.1.3Chức năng các khối trong hệ thống mạng.

a, Trạm di động MS:

MS là một thiết bị phức tạp, có khả năng như một máy tính nhỏ Nó baogồm thiết bị trạm di động ME và một khối nhỏ gọi là mođun nhận dạng thuê baoSIM SIM cùng với thiết bị trạm di động hợp thành trạm di động

+ME là phần cứng để thuê bao truy cập mạng ME có số nhận dạng làIMEI Mỗi điện thoại di động được phân biệt bởi số IMEI này

+ SIM là một card điện tử thông minh chứa một số nhận dạng thuê bao diđộng ISMI dùng để nhận dạng thuê bao, một mật mã để xác thực và các thông tinkhác IMEI và ISMI hoàn toàn độc lập với nhau để đảm bảo tính di động cá nhân.Card SIM có thể chống việc sử dụng trái phép bằng mật khẩu hoặc số nhận dạng

cá nhân PIN

MS có chức năng vô tuyến chung và chức năng xử lý để truy cập mạngqua giao diện vô tuyến MS phải cung cấp một giao diện với người sử dụng, mộtgiao diện với thiết bị đầu cuối khác Giao diện với người sử dụng thể hiện ởmicro, loa, màn hình, bàn phím…Các thiết bị đầu cuối có thể là máy tính cánhân, máy FAX…

- Bộ thích ứng đầu cuối TAF: Bộ thích ứng đầu cuối trong MS có vai trò nốithông thiết bị đầu cuối với khối kết cuối di động Khi lắp đặt các thiết bị đầu cuốitrong môi trường di động, MS có bộ thích ứng đầu cuối tuân theo tiêu chuẩnISDN còn thiết bị đầu cuối có giao diện với modem.

b, Hệ thống trạm gốc BSS (Base Station Systerm)

Hệ thống trạm gốc được chia theo chức năng thành: Trạm thu phát gốc(BTS – Base Tranceiver Station) và Đài điều khiển trạm gốc (BSC – Base StationControler) và chúng được kết nối với nhau bằng giao diện A-bis

BS (Base Station) thực hiện chức năng quản lý kênh vô tuyến bao gồm đặt kênh,giám sát chất lượng đường thông, phát các tin quảng bá và thông tin báo hiệu liênquan, cũng như điều khiển các mức công suất và điều khiển nhảy tần Các chứcnăng khác của BS còn là mã hoá giải mã và sửa lỗi, mã chuyển tiếng nói số hoặcphối hợp tốc độ số liệu, khởi đầu chuyển điều khiển HO trong nội bộ tế bào vềkênh tốt hơn cũng như mã tín hiệu báo hiệu và số liệu

Mỗi một tế bào của GSM có một trạm thu phát gốc BTS (là một máy thuphát vô tuyến được sử dụng để phủ sóng cho một tế bào) hoạt động trên một tậpkênh vô tuyến Các tập kênh sử dụng trong các tế bào lân cận thì khác nhau nhằmchống gây nhiễu lẫn nhau Thiết bị vô tuyến trong một BS có thể phục vụ chomột vài tế bào, trong trường hợp đó BS gồm một vài BTS đặt dưới sự điều khiểncủa cùng một BSC BSC có nhiệm vụ thực hiện mọi chức năng kiểm soát trong

BS như điều khiển HO, điều khiển công suất …Một số đến lượt mình lạiđượcphục vụ bởi MSC

c, Tổng đài thông tin di động MSC ( Mobile Switching Centre)

Tổng đài thông tin di động được nối tuyến tới BS thông qua giao diện A

và thực hiện tất cả các chức năng cần thiết đối với hoạt động của các trạm diđộng trong cụm các tế bào mà nó phục vụ

Các chức năng của MSC bao gồm: lập tuyến cuộc gọi, điều khiển cuộcgọi, các thủ tục cần thiết để làm việc với các mạng khác(như PSTN, ISDN), cácthủ tục liên quan tới quản lý quá trình di động của các trạm di động như nhắn tin

để thiết lập cuộc gọi, báo mới vị trí trong quá trình di động và nhận thực nhằmchống các cuộc truy nhập trái phép, cũng như các thủ tục cần thiết để tiến hànhchuyển điều khiển.

Chuyển điều khiển là một quá trình gắn lại liên lạc của một trạm di độngsang một BS khác khi MS di động ra khỏi vùng phục vụ của một BS Ngoài quátrình HO này GMS còn loại HO khác là HO trong tế bào Quá trình này là việcchuyển một cuộc gọi đang tiến hành trên một kênh này sang một kênh khác trongcùng một tế bào khi chất lượng kênh đang dùng giảm dưới mức cho phép, cónhiễu quá lớn hoặc có vấn đề trong bảo trì Do các yêu cầu ngày càng cao về mật

độ máy trong một tế bào, các kênh RF phải được tái sử dụng luôn vì thế dẫn đếnviệc phải chia tế bào nhỏ hơn (micro cell) và do đó làm tăng khả năng nhiễu cùngkênh Để chống lại, một thuật toán HO hiệu quả là tuyệt đối cần thiết dựa trênviệc đánh giá một cách thông minh, và do vậy khá phức tạp, chất lượng tín hiệunhận được

d ,Bộ ghi định vi thường trú HLR ( Home Location Register)

Bộ ghi định vị thường trú là một đơn vị cơ sở dữ liệu dùng để quản lý cácthuê bao di động HLR chứa một phần thông tin được báo mới thường xuyên về

vị trí hiện thời của MS (MS hiện đang có mặt tại vùng phục vụ của MSC nào)cho phép các cuộc gọi tới một MS đựơc nối tới MSC mà tại đó MS bị gọi đanghiện diện Ngoài ra HLR còn chứa các thông tin về thuê bao như các dịch vụ phụ(mà thuê bao có quyền sử dụng trong mạng) và các thông số nhận thực liên quantới quá trình nhận thực thuê bao như số nhận diện thuê bao di động quốc tế IMSI(International Mobile Subcriber Identity) Thông số này được trung tâm nhậnthực sử dụng để xác nhận quyền truy nhập hệ thống của thuê bao Mọi thông tinnói trên của thuê bao thuộc về một mạng của một nhà cung cấp dịch vụ (công tyđiện thoại di động) đều được đưa vào lưu trữ tại HLR của mạng, ngay vào thờiđiểm đăng ký (mua) thuê bao

e, Trung tâm nhận thực AUC ( Authentication Centre).

Trung tâm nhận thực là một đơn vị cơ sở dữ liệu trong mạng, cung cấpcác tham số mã mật và nhận thực cần thiết để đảm bảo tính riêng tư (mật) của

từng cuộc gọi và nhận thực quyền truy nhập của thuê bao đang tiến hành truynhập mạng.

f, Bộ ghi số nhận diện thiết bị EIR ( Equipment Identity Register)

Bộ ghi số nhận diện thiết bị nối tới MSC bằng một tuyến báo hiệu, cũng

là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về thiết bị (con số nhận diện phần cứng củathiết bị di động) cho phép MSC nhận biết được MS hỏng, bị lấy cắp hay đang gọitrộm

g, Bộ ghi định vị tạm trú VLR (Visistor Location Register)

Bộ ghi định vị tạm trú là một khối chức năng theo dõi mọi MS hiện cótrong vùng MSC của nó, kể cả MS đang hoạt động ngoài vùng của HLR củachúng VLR vì vậy là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin của mọi MS hợp lệ hiệnđang có trong vùng của nó Mỗi MSC có một VLR duy nhất Vùng màMSC/VLR quản lý gọi là vùng phục vụ MSC/VLR

Việc quản lý di động của các MS trong mạng được thực hiện thông quaquá trình báo mới vị trí (location updating) của MS với sự tham gia của các đơn

vị co sở dữ liệu là HLR và VLR MS phải thường xuyên thông báo cho PLMN(Public Land Mobile Network) về vị trí của mình bằng cách thường xuyên báomới vị trí thông qua MSC/VLR để đổi mới nội dung của HLR Khi báo mới vị trícác thông tin cần thiết về MS được ghi trong HLR Để hỗ trợ quá trình báo mới

vị trí, các PLMN được chia thành các vùng địa lý không giao nhau gọi là cácvùng định vị LA (Location Area) Mỗi LA gồm một số tế bào và được đặc trưngbằng một số nhận diện LA duy nhất LAI (Location Area) Số này được phátquảng bá thường xuyên tới mọi MS thông qua các kênh điều khiển phát thanhBCCH (Broadcast Control CHannel) truyền trên các sóng mang vô tuyến riêng.Các MS có thể di chuyển tự do trong LA mà không cần báo mới vị trí Chỉ khinào MS nhận thấy cần có sự thay đổi về số nhận diện LA thì nó mới phát ra yêucầu báo mới vị trí Ngoài ra khi MS chuyển động tới một vùng MSC mới thìVLR của MSC đó sẽ hỏi số liệu về MS từ HLR để sau đó nếu MS muốn gọi thìVLR đã có các thông tin cần thiết để thiết lập cuộc gọi, không cần hỏi lại HLRnữa Đồng thời HLR cũng được báo mới về vị trí của MS đó (về MSC mà MS di

chuyển tới) MS vãng lai (từ một HLR khác tới) thì được đăng ký một cách tựđộng tại MSC gần nhất và HLR của mạng mà MS mới truy nhập sẽ được báo về

sự xuất hiện của MS đó Một con số vãng lai tạm thời được gán cho MS mới đến,điều này cho phép nối tuyến cuộc gọi tới MS này

OMC, NMC, ADC là các bộ phận chúc năng mà thông qua chúng có thể giám sátđiều khiển , quản lý và bảo vệ hệ thống

Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định để định tuyến các cuộc gọiđến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi Trong một mạng di động,cấu trúc này rất quan trọng do tính lưu thông của các thuê bao trong mạng

2.1.4.Quá trình xử lý tín hiệu

Đối với một cuộc gọi từ một máy cố định thuộc vùng phục vụ PSTN (mạngđiện thoại chuyển mạch công cộng) tới một máy di động thì quá trình xử lý tínhiệu được thực hiện như sau:

+ Khi MS bật nguồn, nó sẽ quét 124 sóng mang đường xuống của GSM đểtìm sóng mang điều khiển phát thanh của tế bào mà nó đang hiện diện Sóngmang này có công suất lờn nhất trong số sóng mang được sử dụng tại đó sau khitìm thấy sóng mang này, MS sẽ thực hiện đăng ký truy nhập báo với mạng: MS

đã nhập mạng LA mà MS đang hiện diện, số của vùng LA được phát thườngxuyên trên sóng mang điều khiển phát thanh Khi đó tại MSC/VLR mà MS đa nghiện diện, bộ ghi VLR sẽ dùng cờ rỗi của MS vàghi lại LA của MS Tại HLR ,

cờ này sẽ dựa vào số hiệu của MSC/VLR mà MS đang hiện diện được ghi lại.Sau khi đang ký nhập mạng , nếu không gọi đi thì MS chuyển về chế độ rỗi chờthu tín hiệu gọi mình và liên tục duy trì đồng bộ, đồng chỉnh với lại trạm gốc của

BS – tế bào mà nó đang hiện diện

+ Khi một máy điện thoại cố định quay số một máy di động Số máy chẳnghạn là abcdxxxxxx thì tổng đài cố định sẽ định tuyến tới GMSC dựa vào các sốđầu abcd của thuê bao được gọi GMSC sẽ gửi các số còn lại cho HLR để thựchiện cuộc hỏi định tuyến, số thuê bao này được HLR dịch ra và tra để biết MSthuộc MCS nào Sau đó, nó sẽ thông báo cho GMSC kết nối tới MSC mà MS có

dấu hiệu như vậy có cuộc gọi đến MSC MSC sẽ tra bộ ghi VLR của mình để biếtxem MS này có rỗi hay không và hiện đang ở LA nào Nếu MS dang trong tìnhtrạng rỗi thì MSC sẽ ra lệnh báo gọi cho mọi tế bào thuộc LA này Khi đó tất cả

BS thuộc LA đó sẽ đồng loạt báo gọi MS MS thông qua kênh nhắn gọi của mình + Khi MS nhận được hiệu lệnh của mình trên kênh paging nó sẽ truy cậpmạng và BS sẽ đặt một kênh điều khiển 2 chiều lên – xuống cho nó Như vậy MS

sẽ nhận quyền nhập mạng của mình với một mạng nhận lệnh rồi chuyển về mộtkênh thoại để tiến hành cuộc đàm thoại

2.2 Giới thiệu chung về hệ thống trạm BTS.

2.2.1 Khái niệm, chức năng trạm BTS.

BTS (Base Tranceiver station): bao gồm các thiết bị thu /phát tín hiệu

sóng vô tuyến, anten và bộ mã hóa và giải mã giao tiếp với BSC BTS là thiết bịtrung gian giữa GSM và thiết bị thuê bao MS, trao đổi thông tin với MS qua giaodiện vô tuyến Mỗi BTS tạo ra một hay một số khu vực phủ sóng nhất định gọi làcell

BTS là một thiết bị dùng để phát tín hiệu ra môi trường vô tuyến đến cácmáy di động và thu tín hiệu từ các máy di động cũng thông qua môi trường vôtuyến Nó thông tin đến các MS thông qua giao diện vô tuyến Um và kết nối với

bộ điều khiển trạm góc BSC (Base Station Controller) thông qua giao diện Abis.BTS là từ viết tắt tiếng Anh của Base Transceiver Station: Trạm thu phát sóng diđộng,được dùng trong truyền thông về các thiết bị di động trong các mạng viễnthông bởi các nhà cung cấp dịch vụ (ISP) Thông thường,BTS đƣợc đặt tại 1 vịtrí nhất định theo quy hoạch của các ISP,nhằm tạo ra hiệu quả thu phát sóng caonhất với vùng phủ sóng rộng và ít có các điểm,vùng nằm giữa các BTS mà khôngđược phủ sóng BTS thực hiện tất cả các chức năng thu phát liên quan đến giaodiện vô tuyến GSM và xử lí tín hiệu ở mức độ nhất định Về 1 số phương diện cóthể coi BTS là modem vô tuyến phức tạp nhận tín hiệu vô tuyến đường lên từ MSrồi biến đổi nó thành dữ liệu để truyền đi đến các máy khác trong mạng GSM, vànhận dữ liệu từ mạng GSM rồi biến đổi nó thành tín hiệu vô tuyến phát đến MS

Các BTS tạo nên vùng phủ sóng của tế bào, vị trí của chúng quyết định dunglượng và vùng phủ của mạng Tuy nhiên BTS chỉ đóng vai trò phụ trong việcphân phối tài nguyên vô tuyến cho các MS khác nhau BTS là một cơ sở hạ tầngviễn thông được sử dụng nhằm tạo thông tin liên lạc không dây giữa các thiết bịthuê bao viễn thông và nhà điều hành mạng Các thiết bị thuê bao có thể là điệnthoại di động, thiết bị internet không dây trong khi các nhà điều hành mạng cóthể là mạng di động GSM, CDMA hay hệ thống TDMA cơ bản

2.2.2 Nguyên lý Cellular

Mạng thông tin di động số Cellular được chia thành các ô nhỏ hay các cell

là đơn vị nhỏ nhất của mạng có hình dạng lục giác Trong một cell có một đài vôtuyến gốc BTS(Base Transceiver Station) BTS liên lạc vô tuyến với tất cả cácmáy thuê bao di động MS (Mobile Station) có mặt trong cell Một trạm BTS phủsóng một khu vực nhất định:

Hình2.2.2 Nguyên lý Cell

Nguyên lí cơ bản khi thiết kế hệ thống tổ ong là các mẫu sử dụng lại tần số

Sử dụng lại tần số là sử dụng các kênh vô tuyến ở cùng một tần số mang để phủsóng cho các vùng địa lí khác nhau Các vùng này phải cách nhau một cự ly đủlớn để mọi nhiễu giao thoa đồng kênh ( có thể xảy ra) chấp nhận được.trong mỗicell người ta sử dụng một nhóm tần số kênh vô tuyến

Trong thực tế,do sự gia tăng của các thuê bao di động lên lưu lượng ngườidùng trong mỗi cell cũng tăng lên làm cho chất lượng dịch vụ giảm sút ,do vậy để

tăng chất lượng dịch vụ thì người ta phải thực hiện chia tách cell xét thành cáccell nhỏ hơn,công suất máy phát trong các cell này cũng nhở hơn và mẫu sử dụnglại tần số được dùng ở tỉ lệ xích nhỏ hơn.

Thông thường ,các cuộc gọi có thể không xong trong một cell.vậy hệ thốngthông tin di động cellular phải có khả năng điều khiển và chuyển mạch đểchuyển giao cuộc gọi từ cell này sang cell khác mà cuộc gọi được chuyển giaokhông bị ảnh hưởng gì

Khi mà MS chuyển động ra ngoài vùng đó,nó phải được chuyển giao đểlàm việc với BTS của một cell khác liền kề mà nó hiện đang trong vùng phủsóng

CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÙNG PHỦ SÓNG CHO KHU

VỰC HUYỆN THỦY NGUYÊN 3.1.Cơ sở tính toán, thiết kế hệ thống

3.1.1.Cơ sở xác định vị trí,mặt bằng phủ sóng của hệ thống.

Mạng thông tin di động GSM sử dụng một số lượng lớn các máy phát

vô tuyến công suất thấp để tạo nên các Cell hay còn gọi đó là tế bào Việc sửdụng các máy phát công suất thấp mà ta có thể dễ dàng thay đổi kích thước Celltheo phân bố mật độ thuê bao tùy theo nhu cầu cụ thể của từng vùng Việc phủsóng cho vùng vói mục đích khi liên lạc của thuê bao di động từ Cell này đếnCell khác thì việc đàm thoại vẫn được giữ nguyên mà không bị gián đoạn Có thểtận dụng được tần số bằng cách tái sử dụng tần số từ Cell này sang Cell khác với

cự ly khoảng cách nhất định Hệ thống thông tin di động được sử dụng với 2 cấutrúc sau:

+ Cấu trúc hệ thống thông tin di động truyền thống: Cấu trúc này vớidịch vụ thoại giống như hệ thống phát thanh truyền hình quảng bá Bằng cách sửdụng một trạm phát sóng công suất mạnh đặt tai một điểm cao, phát tín hiệutrong vùng bán kính rộng Với cấu trúc đơn giản này, hệ thống không thể đáp ứngđược yêu cầu phân bổ chất lượng phủ sóng cụ thể là: Những khu vực gần trạmphát hơn sẽ nhận được tín hiệu tốt hơn, mặc dù đó có thể không phải là khu vực

ưu tiên và ngược lại, những vùng ở xa trạm phát: Tín hiệu nhận được kếm dẫnđến chất lượng liên lạc không đảm bảo Ngoài ra, với cấu trúc này ta không thểtái sử dụng lại tần số vì thế mà gây lãng phí tài nguyên số

+ Hệ thống thông tin di động tế bào: Từ cấu trúc hệ thống này khái niệmmạng di động tổ ong đã ra đời với chất lượng và hiệu quả kinh tế cao hơn Với hệthống này, thay vì dùng một máy phát công suất lớn ta sử dụng thành nhiều máyphát công suất nhỏ trong vùng phủ sóng đã được ấn định trước Bằng cách phânchia vùng trung tâm thành nhiều phần nhỏ và mỗi Cell có khả năng cung cấp 12

kênh thoại cho mỗi máy Theo như vậy thì năng lực của hệ thống tăng lên rấtnhiều so với trước kia.

Hình 3.1.1: Hệ thống thông tin di động tế bào.

Bằng cách giảm bán kính của vùng phủ sóng 50% tức diện tích phủ sónggiảm đi 4 lần Theo cách này nhà cung cấp dịch vụ có thể tăng khả năng phục vụnên 4 lần, song trên thực tế thì khi giảm bán kính vùng đi vài trăm mét thì nhàcung cấp có thể phục vụ thêm vài triệu cuộc gọi Với các mức điều khiển côngsuất khác nhau thì có thể sử dụng Cell để thay đổi vùng phủ sóng tùy theo mật độthuê bao trong một vùng nào đó.Cell có thể thêm vào từng vùng tùy theo sự pháttriển thuê bao của vùng đó Mặt khác tần số ở Cell này có thể sử dụng ở Cellkhác vì thể mà các cuộc gọi sẽ không bị gián đoạn khi thuê bao di chuyển

3.1.2 Hiện trạng cơ sở mạng & tính kinh tế của hệ thống tại khu vực.

Hiện nay, số thuê bao di động chiếm phần lớn trong tổng số thuê bao của

người dùng Với chất lượng , độ chính xác, tốc độ xử lý cao đáp ứng các yêucầu của thị trường Song nhu cầu của con người luôn có xu hướng tiến lên vì vậy

mà các công nghệ cũng không dừng lại ở đó Để đưa ra các dịch vụ có công nghệ,chất lượng tốt dựa trên cơ sở các thiết bị hiện đại thì công việc phủ sóng chothông tin di động là một điều vô cùng quan trọng Nếu công việc phủ sóng tốt thìkhông những các dịch vụ đưa ra thị trường tốt, chất lượng mà nó còn phát huy hếtcác ưu điểm của hệ thống, và ngược lại, nếu sự quy hoạch không tốt thì cho dù

hệ thống thiết bị có hiện đại, sử dụng công nghệ cao nhưng chất lượng dịch vụvẫn kém và trong tương lai sẽ không đảm bảo tính cạnh tranh trên thị trường Xét tại khu vực cần phủ sóng thì huyện Thủy Nguyên luôn dẫn đầu HảiPhòng về sự phát triển thuê bao Trong 10 năm gần đây số thuê bao không ngừngtăng lên từ hàng nghìn lên đến hàng chục nghìn thuê bao Đến nay thì 100% các

xã vùng sâu vùng xa,các xã miền núi đều đã sử dụng thuê bao di động Với sựcung cấp dịch vụ từ các nhà mạng: VNPT,Viettel, Mobifone,VietNammobi chủ yếu sử dụng hệ thống mạng toàn cầu GSM, với công nghệbăng rộng WCDMA tạm thời đáp ứng được nhu cầu sử dụng của khách hàng.Tuy nhiên vẫn còn nhiều điểm hạn chế luôn luôn là bài toán để các nhà mạngnghiên cứu tìm ra phương án khắc phục tối ưu nhất Đó chính là sự phân hóa dân

cư không đồng đều, địa hình khu vực còn nhiều phức tạp, gây nên hạn chế trongviệc cung cấp dịch vụ mạng như: chất lượng liên lạc kém, tín hiệu yếu, nhiễu, tốc

bao nhỏ và tần suất sử dụng cuộc gọi thấp Cũng do khu vực này có đặc điểm địa

lý tương đối phức tạp, đa dạng bao gồm các đồi núi xen kẽ, các đồng bằng ruộnglúa rộng lớn, và vùng biển như vậy cần phải có biện pháp phủ sóng thích hợp Việt Nam là đất nước đang phát triển với rất nhiều cơ hội để Hải Phòng nóichung và khu vực huyện Thủy Nguyên nói riêng mở rộng và giao lưu phát triểnkinh tế rất lớn Đặc biệt là Thủy Nguyên với tiềm năng về công nghiệp rất lớntrong tương lai sẽ có những bước phất triển mạnh, mức sống người dân tăngnhanh Vì vậy mà quá trình đô thị hóa sẽ là không xa, mật độ dân cư cũng theo

đó mà tăng lên kéo theo đó số lượng và lưu lượng thuê bao cũng tăng lên nhanhchóng Triển vọng về lĩnh vực viễn thông ở khu vực này là rất lớn Và theo dựkiến thì số thuê bao di động đến năm 2021 sẽ tăng lên gấp 2 lần

3.1.3 Giải pháp quản lý vùng phủ sóng cho khu vực.

Để qui hoạch, quản lý vùng phủ sóng một cách hiệu quả cho chất lượngtốt nhất thì cần phải quan tâm đến 2 vấn đề sau:

- Luật lệ: Đây là vấn đề có liên quan đến quốc tế quốc gia và địa phương.Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp thì ta chỉ xét đến vấn đề luật lệ về tài nguyên tần

số và việc gây nhiễu đối với các hệ thống khác trên cùng đường truyền vô tuyến

- Thị trường : trên cơ sở phát triển của kinh tế, xã hội để dự đoán mức sống

từ đó đưa ra sự tăng số thuê bao, dịch vụ cần cung cấp để đi đến quyết địnhvùng nào cần phủ sóng với chất lượng cao, vùng nào cần phủ sóng với chất lượnghạn chế hơn

Như vậy yêu cầu đặt ra cho người thiết kế quản lý vùng phủ sóng là:

- Trên cơ sở khu vực vùng cần phủ sóng để đưa ra dịch vụ thông tin di độngvới chất lượng cho phép bằng một quy hoạch có cực tiểu trạm gốc

- Xem xét các vấn đề can nhiễu và cách khắc phục đối với can nhiễu trên cáckênh kề

- Từ đó xác định số kênh thoại và cấu hình kênh vô tuyến sao cho lưu lượngthuê bao là lớn nhất

* Cách thức thực hiện cho công việc quy hoạch vùng phủ sóng : Ta đi sosánh kết quả tính toán trên thực tế với chỉ tiêu kỹ thuật mà nhà cung cấp thiết bịđưa ra Sau đó lựa chọn để đưa ra giải pháp phù hợp đáp ứng được nhu cầu thực

tế mà lại đạt được chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống mạng đã đặt ra Cụ thể thôngqua các bước như sau:

Bước 1: căn cứ vào các yếu tố của một vùng phủ sóng như : Diện tích cầnphủ sóng, số thuê bao trong vùng phủ sóng, thời gian liên lạc của thuê bao tronggiờ cao điểm, chất lượng phục vụ dịch vụ trong vùng cần phủ sóng Mục đích làtính toán ra : số thuê bao lớn nhất mà một Cell phục vụ, diện tích phủ sóng củamột cell, cự ly phủ sóng của một Cell, số Cell cần thiết trong vùng và số trạmBTS cần lắp đặt trong vùng phủ sóng đó

Bước 2: thông qua đó tính toán suy hao đường truyền với cụ ly thông tincủa Cell

Bước 3: cân bằng hệ thống cho quỹ dự trữ năng lượng đẻ xác định thông số

kỹ thuật của hệ thống: suy hao đường truyền lớn nhất, công suất nhỏ nhất củatram BTS, công suất đường truyền lớn nhất của tram BTS khi đường truyền bịcan nhiễu

Bước 4: Các giải pháp lựa chọn cho trạm BTS: lựa chọn số kênh tần củamột Cell, cấu hình kênh cho Cell, lựa chọn vị trí lắp đặt trạm BTS trong vùngphủ sóng, lựa chọn mẫu anten cho vùng phủ sóng

Bước 5 : Áp dụng kỹ thuật sử dụng lại tần số cho khu vực: tái sử dụng lạitần số, sử dụng nhiều kênh chung

Bước 6:Biện pháp phân bổ lưu lượng thuê bao trong khu vực: áp dụng chocác vùng có số lượng thuê bao tăng đột biến trong thời gian ngắn

Bước 7:Sự duy trì và phát triển của hệ thống trong tương lai và các chiếnlược cho sự tăng trưởng này

Bước 8:Tổng Kết

3.2.Nghiên cứu thiết kế vùng phủ sóng cho khu vực huyện Thủy Nguyên.

3.2.1 Cơ sở thiết lập tính toán cho hệ thống.

Cơ sở để xác định tính toán, thiết kế vùng phủ sóng là dựa vào nhữngcông thức sau:

a, Lưu lượng thuê bao trong giờ cao điểm

Công thức tính lưu lượng thuê bao trong giờ cao điểm:

là lượng thuê bao trong giờ cao điểm

N: số lần thuê bao thực hiện liên lạc trong giờ cao điểm.(s)

t: thời gian thuê bao thực hiện một cuộc gọi (s).

b, Lưu lượng thuê bao tính trong 1km2

Công thức tính:

là lượng thuê bao trong giờ cao điểm

m: mật độ thuê bao/km2

là lượng thuê bao trong 1km2

c, Lưu lượng trong một Cell

Theo điều kiện bình thường thì 1Cell có 1÷3 sóng mang trong khethời gian TS0 và TS1 sử dụng cho điều khiển và báo hiệu Khe thiowif gian TS2

&TS7 của sóng mang C0 cũng như các khe thời gian khác còn lại của sóng mangtrong Cell dành cho kênh liên lạc TCH

 Như vậy số kênh liên lạc trong một Cell là: 8.(n-1)+6

với n là số sóng mang C0 của một Cell

Trong điều kiện đặc biệt của cell sẽ có từ 4 sóng mang C0 trở lên thì mạngdành thêm một khe thời gian nữa cho các sóng mang này, với muc đích sử dụngtrong báo hiệu và điều khiển

 Do đó số kênh liên lạc trong trường hợp này là: 8.(n-1)+5

Còn trong trường hợp một kênh bị chiếm toàn bộ thời gian thì kênh đó đạtđược dung lượng cực đại Do người sủ dụng truy cập mạng ngẫu nhiên nên cáckênh vô tuyến không tránh khỏi những khoảng thời gian đẻ trống thế nên kênh vô

tuyến sẽ không đạt được dung lượng lý tưởng Nhưng cũng có trường hợp người

sủ dụng tăng lên số lượng cuộc gọi trong kênh tăng lên như vậy sẽ xảy ra tìnhhướng nhiều người cùng đồng thời truy cập một kênh vô tuyến nhưng chỉ có mộtngười được sử dụng kênh đó còn những người khác bị nghẽn lại, không thể kếtnối được Điều này được thể hiện thông qua GoS: cấp độ phục vụ hay xác suấtnghẽn, đại lượng này đặc trưng cho chất lượng phục vụ của kênh thông tin

Muốn được truyền truyền đi truyền

Bị nghẽn

 Như vậy:

Lưu lượng muốn truyền= Lưu lượng được truyền+ Lưu lượng bị nghẽn

A=A.(1-GoS) + A.GoS

d, Diện tích phủ sóng lớn nhất của một Cell

S= Trong đó: S: diện tích Cell(km2)

A1: Lưu lượng trong 1km2

A2: lưu lượng trong 1 Cell

e, Số thuê bao tối đa trong một Cell

B= Trong đó: B : số thuê bao tối đa trong 1 Cell

A0: lưu lượng của thuê bao trong giờ cao điểm

A2: lưu lượng trong 1 Cell

f, Bán kính phủ sóng lớn nhất của 1 Cell

Thực tế hình dạng của một cell là không xác định, tuy vậy để thuận lợi choviệc tính toán người ta coi diện tích phủ song của một Cell là dạng hình lục giácđều

Khi đó, diện tích phủ sóng lớn nhất của 1 Cell là:

S=2,6.R2 (km2)

 Bán kính phủ sóng của một Cell: R = (km)

Bán kính này còn phụ thuộc vào kích thước của một Cell:

Kênh lưu lượngTCH Thiết lập cuộc gọi