MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN CONCEPTs OF WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM

1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢNVỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾNCONCEPTsOF 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

2. NỘI DUNG Khái niệm và nguyên lý cơ bản 1 Mạng thông tin tế bào 2 Khái niệm điều khiển cuộc gọi 3 4 Khái niệm lưu lượng Can nhiễu và dung lượng HT 5

3.  Khái niệm • 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).

4.  Nguyên lý truyền thông di động MS1 BTS1 MSC BTS2 MS2

5. PSTN /PLMN  Sơ đồ mạng CDMA 2000 1X (Exp.) Circuit Core Network CCN SMSC HLR/AuC WIN/PPS BSC BTS MS MSC/VLR BTS Radio Access Network RAN IWF VMS BTS AAA MS BSC HA BTS Internet DCN PDSN(FA) Packet Core Network PCN

6.  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.

7.  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

8.  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

9.  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).

10.  Khái niệm cell và cluster • Cell hình lục giác nên để các Cluster xếp sát nhau: • 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

11.  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:

12.  Cấu trúc hệ thống TT tế bào • 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

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

14.  Mô hình mạng tế bào thực • Một ví dụ về vùng phủ sóng trên thực tế của một mạng thông tin di động PLMN:

15.  Khái niệm Đ.K. cuộc gọi • MS thực hiện trao đổi tin và liên lạc với 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 và chuyển đến kênh thoại rỗi. • Nhận và phát các thông tin thiết lập cuộc gọi, yêu cầu dịch vụ. • Được giám sát bởi các thuê bao. MSC

16. MSC  Điều khiển cuộc gọi • Mỗi Cell đều có kênh điều khiển. • Khi mở máy, MS quét tìm các kênh điều khiển, chọn kênh mạnh nhất và giám sát kênh đó. • Khi MS được gọi, MSC gửi yêu cầu tìm kiếm thuê bao được gọi tới tất cả BTS. Từ đó BTS tiếp tục tìm kiếm thuê bao được gọi thông qua kênh điều khiển xuống FCC. • Khi TB được gọi nhận được tin, nó xác nhận, gửi tới BTS qua kênh RCC. BTS chuyển bản tin này đến MSC.

17. MSC  Điều khiển cuộc gọi • MSC điều khiển BTS kết nối cuộc gọi đến trên một kênh thoại rỗi. • Đồng thời BTS báo hiệu cho MS để tiến hành kết nối trên kênh thoại rỗi này. • Tiếp đến, BTS truyền tín hiệu chuông cho MS để đổ chuông. • Trong quá trình gọi, MSC điều chỉnh công suất của MS để tối ưu thu/phát tín hiệu. • MSC điều khiển BTS để chuyển giao cuộc gọi khi MS đi ra khỏi vùng phủ sóng (Hand-off).

18. MSC  Điều khiển cuộc gọi • Khi MS thiết lập cuộc gọi, MS gửi số nhận dạng của nó và số cần gọi đến BTS thông qua kênh RCC. • BTS nhận thông điệp này và gửi tiếp đến MSC. • MSC phân tích yêu cầu, để xem số cần gọi thuộc mạng PSTN hay mạng di động: a) PSTN, MSC định tuyến cuộc gọi đến tổng đài của mạng PSTN. b) PLMN, MSC phát tin quảng bá đến tất cả các BTS, tìm kiếm TB được gọi và kết nối với TB này.

19. MSC BSC … 3G BTS BTS 3G BTS CAN CAN IS-2000 MSC BSC BSC 3G BTS 3G BTS BSC Intra-BSC, Intra-MSC Handoff Inter-BSC, Intra-MSC Handoff Inter-BSC, Inter-MSC Handoff  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 usablekhông quá lớn hoặc quá nhỏ

20.  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.

21.  Tiến trình xử lý Hand-off Pilot Strength (Ec/Io) Cell A Cell B Add point Drop point Cell A Cell B BTS-A BTS-B Handoff Region Moving Direction of MS HAND-OFF CALL PROCESSING

22.  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

23.  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.

24.  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.

25.  Bảng tham chiếu tính Erlang_B

26. 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  Ví dụ tính toán số kênh

27.  Khái niệm Channel Usage

28. Kỹ thuật Trunking Mục đích Trunking 2 Đảm bảo chất lượng dịch vụ 1 Đầu tư hiệu quả • Mức QoS ở thời điểm thường • Mức QoS khi có sự cố hệ thống • Mức QoS cho các dữ liệu bất thường • Giao tiếp trong hệ thống lõi : MSC E1 Port • Giao tiếp trong truyền dẫn: E1 Port • Dung lượng truyền dẫn kết nối (in., ext.) Tổng quan về Trunking interval, values average, peak statistical analysis traffic forecast seasonal variation network configuration ① raw traffic ② measured traffic ③ representative traffic ④ expected traffic at target future ⑦ required channel with margin ⑥ required channel without margin ⑤ expected traffic / route 8 required E1/Route Margin Erlang-B

29.  Can nhiễu và dung lượng HT • Giả thiết để tính toán nhiễu đồng kênh CCI

30.  Khái niệm Reuse Distance • Reuse distance, D:

31.  Tính toán số Cell trong Cluster

32. Advantage: Disadvantage:  Khái niệm Sector hóa

33. Khái niệm Sector hóa

34. 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

35. Phần tiếp theo 6. Thiết kế hệ thống T.T.D.Đ 1. Các khái niệm 5. Kỹ thuật trải phổ Và hệ thống CDMA Chương Một 2. Mô hình truyền sóng 4. Hệ thống GSM (TDMA) 3. FDMA, TDMA, CDMA. OFDMA