- Hồ Hải Hưng NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP CẤP PHÁT KÊNH ĐỘNG NHẰM TĂNG HIỆU QUẢ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN CHO CÁC HỆ THỐNG DI ĐỘNG Chuyên ngành : Điện tử viễn thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS. - 2 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG -ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1-TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG GSM Giới thiệu chung về mạng GSM Lịch sử phát triển mạng GSM Cấu trúc địa lý của mạng Hệ thống thông tin di động GSM Mô hình hệ thống thông tin di động GSM Các thành phần chức năng trong hệ thống Trạm di động Phân hệ trạm gốc Phân hệ chuyển mạch Phân hệ khai thác và hỗ trợ (OSS Giao diện vô tuyến số Kênh vật lý Kênh logic Các mã nhận dạng sử dụng trong hệ thống GSM CHƯƠNG 2 – CÁC PHƯƠNG PHÁP CẤP PHÁT KÊNH Vấn đề về quy hoạch Cell Khái niệm Cell Kích thước cell và phương thức phủ sóng Kích thước cell Phương thức phủ sóng Chia Cell Cấp phát kênh tĩnh Tái sử dụng lại tần số Các mẫu tái sử dụng tần số Mẫu tái sử dụng tần số Mẫu tái sử dụng tần số Mẫu tái sử dụng tần số Thay đổi quy hoạch tần số theo phân bố lưu lượng Phương pháp nhảy tần Phương pháp đa mẫu sử dụng lại MRP Phân chia băng tần Ấn định tần số Thiết kế tần số Phương pháp DTRQ Giới thiệu Nguyên tắc điều khiển trong DTRQ Phân tích mô hình DTRQ CHƯƠNG III- PHƯƠNG PHÁP CẤP PHÁT KÊNH ĐỘNG CHO CÁC HỆ THỐNG DI ĐỘNG Giới thiệu Phương pháp Mô hình giả định Chi tiết các thủ tục cấp phát kênh KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT A ACCH Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết AGCH Access Grant Channel Kênh cho phép truy nhập AuC Authentication Center Trung tâm nhận thực B BCC BTS Color Code Mã màu của BTS BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá Bm Full Rate TCH TCH toàn tốc BS Base Station Trạm gốc BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BSIC Base Station Identity Code Mã nhận dạng trạm gốc BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc C C/A Carrier to Adjacent Tỉ số sóng mang/nhiễu kênh lân cận CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung CCH Control Channel Kênh điều khiển CCS7 Common Channel Signalling No7 Báo hiệu kênh chung số 7 CCITT International Telegraph and Uỷ ban tư vấn quốc tế về điện thoại Telephone Consultative và điện báo Committee CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã 6 Cell Cellular Ô (tế bào) CEPT Conference of European Liên minh Châu Âu về Bưu chính Posts and Telecommunications viễn thông CI Cell Identity Nhận dạng ô ( xác định vùng LA ) C/I Carrier to Interference Tỉ số sóng mang/nhiễu đồng kênh CP Complete Partition Phân chia hoàn toàn CS Complete Sharing Chia sẻ hoàn toàn CSPDN Circuit Switch Public Mạng số liệu công cộng chuyển Data Network mạng gói D DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng DTX Discontinuous Transmission Truyền phát gián đoạn E EIR Equipment Identification Bộ ghi nhận dạng thiết bị Register ETSI European Telecommunications Viện tiêu chuẩn viễn thông Standard Institute Châu Âu F FACCH Fast Associated Kênh điều khiển liên kết nhanh Control Channel FCCH Frequency Correction Channel Kênh hiệu chỉnh tần số G GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp GMSC Gateway MSC Tổng đài di động cổng 7 GoS Grade of Service Cấp độ phục vụ GSM Global System for Mobile Thông tin di động toàn cầu Communication H HLR Home Location Register Bộ đăng ký định vị thường trú HON Handover Number Số chuyển giao I IMEI International Mobile Số nhận dạng điện thoại di động Equipment Identity IMSI International Mobile Số nhận dạng thuê bao di động Subscriber Identity quốc tế ISDN Integrated Service Digital Mạng số đa dịch vụ Network IWF Interworking Function Chức năng tương tác L LA Location Area Vùng định vị LAC Location Area Code Mã vùng định vị LAI Location Area Identifier Số nhận dạng vùng định vị Lm Haft Rate TCH TCH bán tốc M MCC Mobile Country Code Mã quốc gia của mạng di động ME Mobile Equipment Trạm di động MNC Mobile Network Code Mã mạng thông tin di động MoU Memorandum of Understanding Bản ghi nhớ 8 MS Mobile station Trạm di động MSC Mobile Service Tổng đài di động Switching Center MSIN Mobile station Identification Số nhận dạng trạm di động Number MSISDN Mobile station ISDN Number Số ISDN của trạm di động MSRN MS Roaming Number Số vãng lai của thuê bao di động O OSS Operation and Support Phân hệ khai thác và hỗ trợ Subsystem OMS Operation & Maintenace Phân hệ khai thác và bảo dưỡng. - Subsystem P PCH Paging Channel Kênh tìm gọi PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PSPDN Packet Switch Public Mạng số liệu công cộng Data Network chuyển mạch gói PSTN Public Switched Telephone Mạng chuyển mạch điện thoại công Network cộng R RACH Random Access Channel Kênh truy cập ngẫu nhiên S SACCH Slow Associated Kênh điều khiển liên kết chậm Control Channel 9 SCH Synchronisation Channel Kênh đồng bộ SDCCH Stand Alone Dedicated Kênh điều khiển dành riêng Control Channel đứng một mình (độc lập) SIM Subscriber Identity Modul Mô đun nhận dạng thuê bao SMS Short Message Services Dịch vụ tin nhắn ngắn SN Subscriber Number Số thuê bao SS Switching Subsytem Phân hệ chuyển mạch T TCH Traffic Channel Kênh lưu lượng TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TMN Telecommunication Mạng quản lý viễn thông Management Network TMSI Temporaly Mobile Subscriber Nhận dạng thuê bao di động tạm Identity thời TRAU Transcoder/Rate Adapter Unit Bộ thích ứng tốc độ và chuyển mã TRX Tranceiver Bộ thu – phát V VLR Visitor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú 2G Second Generation Technology Mạng di động thế hệ thứ hai 3G Third Generation Technology Mạng di động thế hệ thứ ba 3GPP 3rd Generation Partnership Tổ chức chuẩn hóa các công Project nghệ mạng di động tế bào 10 DANH MỤC CÁC BẢNG -ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ Hình 1-1 Phân cấp cấu trúc địa lý mạng Hình 1-2 Phân vùng và chia ô Hình 1-3 Mô hình hệ thống thông tin di động GSM Hình 1-4 Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC Hình 1-5 Phân loại kênh logic Hình 2-1 Khái niệm Cell Hình 2-2 Khái niệm về biên giới của một Cell Hình 2-3 Omni (3600) Cell site Hình 2-4 Sector hóa Hình 2-5 Phân chia Cell Hình 2-6 Các Omni (3600) Cells ban đầu Hình 2-7 Giai đoạn 1 :Sector hóa Hình 2-8 Tách chia 1:3 thêm lần nữa Hình 2-9 Tách chia 1:4 (sau lần đầu chia Hình 2-10 Mảng mẫu gồm 7 cells Hình 2-11 Khoảng cách tái sử dụng tần số Hình 2-12 Sơ đồ tính C/I Hình 2-13 Mẫu tái sử dụng lại tần số Hình 2-13 Mẫu tái sử dụng lại tần số Hình 2-14 Mẫu tái sử dụng tần số Hình 2-15 Thay đổi quy hoạch tần số Hình 2-16 Hiệu quả của kỹ thuật nhảy tần trên phân tập nhiễu của một mạng lưới57 Hình 2-17 Ví dụ về thiết kế tần số với phương pháp MRP Hình 2-18 Mô hình phân bố kênh DTRQ Hình 2-19 Xác suất rớt chuyển giao cuộc gọi với các giá trị λv khác nhau (p=λv )..69 Hình 2-20 Xác suất chặn cuộc gọi thoại với các giá trị λv khác nhau (p=λv Hình 2-21 Xác suất chặn cuộc gọi dữ liệu với các giá trị λv (p=λv Hình 2-22 Xác suất rớt chuyển giao cuộc gọi với các giá trị K Hình 2-23 Xác suất chặn cuộc gọi dữ liệu với các giá trị K Hình 3-1 Mô hình phân bố kênh cho DPTQ Hình 3-2 Mô hình hoạt động của DTTQ Hình 3-3 Xác suất bị chặn và bị rớt của các loại cuộc gọi Hình 3-4 Xác suất kênh nhàn rỗi Hình 3-5 Xác suất bị chặn, bị rớt của các loại cuộc gọi với ngưỡng Th khác nhau ..83 Hình 3-6 So sánh xác suất từ chối cuộc gọi chuyển giao với các giá trị ngưỡng Th khác nhau và DTTQ (p=Th Hình 3-7 So sánh xác suất chặn cuộc gọi thoại với các giá trị ngưỡng Th khác nhau và DTTQ (p=Th Hình 3-8 So sánh xác suất chặn cuộc gọi dữ liệu với Th =2 và DTTQ Hình 3-9 So sánh xác suất kênh nhàn rỗi với các ngưỡng Th khác nhau và DTTQ(p=Th PHẦN MỞ ĐẦU Trong cuộc sống hàng ngày thông tin liên lạc đóng một vai trò rất quan trọng và không thể thiếu được. - Nó quyết định nhiều mặt hoạt động của xã hội, giúp con người nắm bắt nhanh chóng các thông tin có giá trị văn hoá, kinh tế, khoa học kỹ thuật rất đa dạng và phong phú. - Ngày nay với những nhu cầu cả về số lượng và chất lượng của khách hàng sử dụng các dịch vụ viễn thông ngày càng cao, đòi hỏi phải có những phương tiện thông tin hiện đại nhằm đáp ứng các nhu cầu đa dạng của khách hàng “mọi lúc, mọi nơi” mà họ cần. - Trong những năm gần đây, lĩnh vực thông tin di động trong nước đã có những bước phát triển vượt bậc cả về cơ sở hạ tầng lẫn chất lượng phục vụ. - Với số lượng thuê bao và thiết bị di dộng tăng lên một cách nhanh chóng và sự hình thành nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông mới đã tạo ra sự cạnh tranh và do đó tài nguyên vô tuyến hạn chế cũng được chia sẽ cho nhiều nhà cung cấp mạng viễn thông, vấn đề tận dụng hiệu quả nguồn tài nguyên giới hạn được cung cấp càng trở nên bức thiết. - Một nhu cầu cần thiết được đặt ra cho các nhà nghiên cứu là cần thiết phải phát triển một cơ chế linh hoạt trong việc cấp phát tài nguyên vô tuyến để tối ưu hóa hiệu suất sử dụng. - Vì vậy cơ chế cấp phát kênh là một kỹ thuật đóng vai trò quan trọng để giải quyết bài toán nói trên. - Nội dung của luận văn bao gồm 3 phần: ¾ Tìm hiểu tổng quan về mạng GSM ¾ Tìm hiểu các phương pháp cấp phát kênh sử dụng trong mạng GSM ¾ Nghiên cứu phương pháp cấp phát kênh động để tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên vô tuyến Chương 1 giới thiệu lịch sử hình hành và phát triển của hệ thống di động GSM, mô hình cơ bản của một hệ thống và các thành phần cấu tạo nên hệ thống di động, mô tả hoạt động của các thành phần trong hệ thống gồm trạm di động, phân 13 hệ trạm gốc, phân hệ chuyển mạch, phân hệ khai thác và hỗ trợ. - Tiếp theo trình bày về giao diện vô tuyến giữa thuê bao di động và hệ thống mạng di động, tổ chức các kênh liên lạc, kênh điều khiển cần thiết, nhận diện để một thuê bao di động có thể kết nối với hệ thống và sử dụng dịch vụ. - Chương 2 trình bày thành phần cơ bản cell trong hệ thống di động tế bào GSM. - Phương pháp cấp phát kênh cố định (tĩnh), và các mẫu tái sử dụng kênh tần số được sử dụng trong các hệ thống đi động hiện nay: mẫu tái sử dung tần số . - Tiếp theo là một số phương pháp cấp phát kênh được sử dụng nhằm tận dụng hiệu quả tài nguyên vô tuyến hạn chế trong hệ thống thông tin di động như phương pháp nhảy tần, phương pháp đa mẫu sử dụng lai MRP, phương pháp cấp phát kênh sử dụng các ngưỡng giới hạn. - Chương 3 phần cuối cùng là nghiên cứu phương pháp cấp phát kênh động DPTQ, yêu cần thực tiễn và cơ sở khoa học của phương pháp, từ đó đưa ra mô hình hóa và thuật toán thực hiện. - So sánh và đánh giá các kết quả thu được với các phương pháp nêu trước đó để chứng minh các kết quả. - Phần cuối của đồ án là những kết luận về đồ án, những hạn chế của đề tài và hướng phát triển tiếp theo. - 14 CHƯƠNG 1-TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG GSM 1.1 Giới thiệu chung về mạng GSM 1.1.1 Lịch sử phát triển mạng GSM Hệ thống thông tin di động toàn cầu (GSM) là một công nghệ dùng cho mạng thông tin di động. - Dịch vụ GSM được sử dụng bởi gần 5 tỷ người trên 212 quốc gia và vùng lãnh thổ. - Các mạng thông tin di động GSM cho phép có thể chuyển vùng với nhau do đó những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau ở có thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới. - GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động (ĐTDĐ) trên thế giới. - Khả năng phú sóng rộng khắp nơi của chuẩn GSM làm cho nó trở nên phổ biến trên toàn cầu, cho phép người sử dụng có thể sử dụng ĐTDĐ của họ ở nhiều vùng lãnh thổ khác nhau. - GSM khác với các chuẩn tiền thân của nó về cả tín hiệu và tốc độ, chất lượng cuộc gọi. - Nó được xem như là một hệ thống ĐTDĐ thế hệ thứ hai (2G). - GSM là một chuẩn mở, hiện tại nó được phát triển bởi tổ chức chuẩn hóa các công nghệ mạng thông tin di động tế bào(3GPP). - Đứng về phía quan điểm khách hàng, lợi thế chính của GSM là chất lượng cuộc gọi tốt hơn, giá thành thấp và dịch vụ tin nhắn. - GSM cho phép nhà điều hành mạng có thể kết hợp chuyển vùng với nhau do vậy mà người sử dụng có thể sử dụng điện thoại của họ ở khắp nơi trên thế giới. - Những năm đầu 1980, hệ thống viễn thông tế bào trên thế giới đang phát triển mạnh mẽ đặc biệt là ở Châu Âu mà không được chuẩn hóa về các chỉ tiêu kỹ thuật. - Điều này đã thúc giục Liên minh Châu Âu về Bưu chính viễn thông CEPT thành lập nhóm đặc trách về di động GSM với nhiệm vụ phát triển một chuẩn thống nhất cho hệ thống thông tin di động để có thể sử dụng trên toàn Châu Âu. - 15 Ngày 27 tháng 3 năm 1991, cuộc gọi đầu tiên sử dụng công nghệ GSM được thực hiện bởi mạng Radiolinja ở Phần Lan (mạng di động GSM đầu tiên trên thế giới). - Năm 1989, Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ETSI quy định chuẩn GSM là một tiêu chuẩn chung cho mạng thông tin di động toàn Châu Âu, và năm 1990 chỉ tiêu kỹ thuật GSM giai đoạn I được công bố. - Những năm sau đó, hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM phát triển một cách mạnh mẽ, cùng với sự gia tăng nhanh chóng của các nhà điều hành, các mạng di động mới, thì số lượng các thuê bao cũng gia tăng một cách chóng mặt. - 167 mạng hoạt động trên 94 quốc gia với số thuê bao đạt 50 triệu. - Năm 2001, mạng 3GSM (UMTS) được đi vào hoạt động, số thuê bao GSM đã vượt quá 500 triệu. - Cho đến năm 2006 số thuê bao di động GSM đã lên tới con số 2 tỉ với trên 700 nhà điều hành, chiếm gần 80% thị phần thông tin di động trên thế giới. - Tính đến năm 2010 số thuê bao di động GSM đạt gần 5 tỷ. - Hiện nay mạng di động GSM đã triển khai mạng di động thế hệ thứ 3 (3G) là thế hệ thứ ba của chuẩn công nghệ điện thoại di động, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh. - 3G cung cấp cả hai hệ thống là chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh. - Hệ thống 3G yêu cầu một mạng truy cập radio hoàn toàn khác so với hệ thống 2G hiện nay. - Điểm mạnh của công nghệ này so với công nghệ 2G và 2.5G là cho phép truyền, nhận các dữ liệu, âm thanh, hình ảnh chất lượng cao cho cả thuê bao cố định và thuê bao đang di chuyển ở các tốc độ khác nhau. - Với công nghệ 3G, các nhà cung cấp có thể
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt