Đồ án Tìm hiểu mạng GSM

Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửTÌM HIỂU MẠNG GSMĐồ án môn học 2GVHD : Nguyễn Ngô LâmSV thực hiện: Lê Thị Lan Anh 05117002Trần Thị Huyền Trang 051170801Đề Tài :1TỔNG QUAN2TRUYỀN SÓNG3SỬ DỤNG TẦN SỐ 4TÍNH TOÁN DUNG LƯỢNG2Đồ án môn học 2NỘI DUNG ĐỀ TÀITrường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tử3Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửTỔNG QUANCẤU TRÚC TỔNG THỂPhân hệ chuyển mạch NSSPhân hệ trạm gốc BSS Phân hệ khai thác và bảo dưỡng OSS Trạm di động MS4Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửCẤU TRÚCNSSMSC = Trung tâm chuyển mạch di độngHLR = Bộ ghi định vị thường trúVLR = Bộ ghi định vị tạm trúAC = Trung tâm nhận thựcEIR = Bộ ghi nhận dạng thiết bị5Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửCẤU TRÚCMSCHLRVLRACEIRPhân hệ NSSChức năng của MSC là : điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng mạng GSM. Một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS, mặt khác nó giao tiếp với mạng ngoài. MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài được gọi là MSC cổng (GatewayMSC).6Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửCẤU TRÚCHLRMSCVLRACEIRPhân hệ NSSLà cơ sở dữ liệu tham chiếu lưu giữ lâu dài các thông tin liên quan đến các thuê bao. Các thông tin này mang tính cố định.7Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửCẤU TRÚCVLRMSCHLRACEIRPhân hệ NSSVLR là cơ sở dữ liệu trung gian lưu giữ các thông tin về thuê bao trong vùng phục vụ MSC/VLR được tham chiếu từ cơ sở dữ liệu HLR. Các thông tin này mang tính tạm thời.8Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửCẤU TRÚCACMSCHLRVLREIRPhân hệ NSSAC được tích hợp trên HLR để nhận thực cho SIM card, cho phép thuê bao kết nối với mạng thông qua IMSI cung cấp thông tin về mã hoá thông tin như số KI, Id, RAND...9Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửCẤU TRÚCEIRMSCHLRVLRACPhân hệ NSSEIR là một cơ sở dữ liệu thông tin về tính hợp lệ của thiết bị ME qua số IMEI.10Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửCẤU TRÚCBSSTRAU = Đơn vị chuyển mã/đáp ứngBTS = Trạm thu phát gốcBSC = Bộ điều khiên trạm gốc11Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửCẤU TRÚCBSCBTSTRAUPhân hệ BSSBSC thực hiện các chức năng sau:Điều khiển một số trạm vô tuyến BTS: xử lý các bản tin báo hiệu, điều khiển, vận hành, bảo dưỡng đi/đến BTSKhởi tạo kết nốiĐiều khiển chuyển giao: Intra và Inter BTS HOKết nối các MSC, BTS, OMC12Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửCẤU TRÚCBTSBSCTRAUPhân hệ BSSThu phát vô tuyếnÁnh xạ kênh logic vào kênh vật lýMã hóa và giải mã hóaMật mã hóa và giải mật mã hóaĐiều chế và giải điều chế13Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửCẤU TRÚCTRAUBSCBTSPhân hệ BSSTrau chuyển đổi tốc độ thoại 13Kbps hoặc dữ liệu tốc độ thấp thành tốc độ 64Kbps. 14Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửCẤU TRÚCMSME : thiết bị di độngSIM : Module nhận dạng thuê baoMS15Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửCẤU TRÚCMESIMTrạm di động MSME : Là thiết bị di động, là phần cứng và phần mềm của điện thoại di động. Mỗi một điện thoại di động phân biệt nhau bởi số nhận dạng điện thoại di động IMEI (International Mobile Equipment Indentity).16Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửCẤU TRÚCSIMMETrạm di động MSSIM : Là thiết bị lưu giữ các thông số thuê bao và mật mã thẻ thông minh xác thực. Mỗi SIM phân biệt nhau bởi số nhận dạng thuê bao IMSI (International Mobile Subcriber Indentity) để chống sử dụng trái phép số thuê bao bằng mật khẩu hay số nhận dạng cá nhân.17Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửCẤU TRÚCOSSKhai thác và bảo dưỡng mạngQuản lý thuê bao và tính cướcQuản lý thiết bị di độngCHỨC NĂNG18Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tử2 - TRUYỀN SÓNGBĂNG TẦN CỦA MẠNG GSMINGUYÊN TẮC TRUYỀN SÓNGII19Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửTRUYỀN SÓNGBĂNG TẦN GSMGSM 900 MHzGSM 1800 MHzGSM 1900 MHzTất cả các mạng điện thoại ở Việt Nam hiện đang phát ở băng tần 900MHz. Các nước trên thế giới sử dụng băng tần 1800MHz. Mỹ sử dụng băng tần 1900MHz. 20Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửTRUYỀN SÓNGNGUYÊN TẮC TRUYỀN SÓNGTruyền sóng do khuếch tán trong tầng đối lưu.Truyền sóng phẳng trong môi trường vô tuyến di động21Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửTRUYỀN SÓNGTrong tầng đối lưu- Tầng đối lưu là một môi trường có các tham số thay đổi theo thời gian và không gian. Tầng đối lưu là một môi trường không đồng nhất. Nếu một vùng nào đó trong tầng đối lưu không đồng nhất với môi trường xung quanh, theo nguyên lý quang, một tia sóng đi vào trong vùng không đồng nhất sẽ bị khuếch tán ra mọi phía. Trong thực tế, phương thức này ít được sử dụng do độ tin cậy kém, fading sâu, yêu cầu công suất phát lớn và hướng tính anten cao.22Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửTRUYỀN SÓNGTrong vô tuyến di độngTrong thông tin vô tuyến, sóng vô truyến được truyền qua môi trường vật lý có nhiều cấu trúc và vật thể như tòa nhà, đồi núi, cây cối, xe cộ chuyển động23Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửTRUYỀN SÓNGTrong vô tuyến di độngTruyền sóng nhiều đường xảy ra khi có phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ.24Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửTRUYỀN SÓNGTrong vô tuyến di độngSuy hao tín hiệu phạm vi rộngMéo tín hiệu phạm vi hẹpTruyền sóng vô truyến25Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửTRUYỀN SÓNGSuy hao tín hiệu phạm vi rộngMéo tín hiệu phạm vi hẹpTrong vô truyến di độngSuy hao tín hiệu phạm vi rộng gồm suy hao đường truyền và che tối. Suy hao đường truyền xảy ra do khoảng cách từ máy thu đến máy phát. Che tối là sự thay đổi công suất thu vì suy hao tín hiệu gây ra do các vật cản giữa máy phát và máy thu,hay còn gọi là fading chậm được đặc trưng bởi phân bố chuẩn loga.26Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửTRUYỀN SÓNGMéo tín hiệu phạm vi hẹpSuy hao tín hiệu phạm vi rộngTrong vô truyến di độngCác đường truyền không trực tiếp này đến máy thu lệch pha nhau về thời gian và không gian, điều này gây ra fading nhanh và các hiệu ứng phạm vi hẹp trong thông tin vô tuyến di động như : trải trễ, trải góc và trải Doppler.27Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửTRUYỀN SÓNGTrong vô tuyến di độngPhân tập không gianPhân tập tần sốMã hóa kênhGhép xenCác phương pháp phòng ngừa suy hao truyền dẫn do fading28Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửTRUYỀN SÓNGPhân tập không gianMã hóa kênhCác phương pháp chống fadingPhân tập tần sốLà phương pháp sử dụng 2 hay nhiều hơn 2 anten cho các máy thu hoặc máy phát để truyền đồng thời cùng một tín hiệu trên cùng một kênh vô tuyến.2 anten độc lập thu cùng tín hiệu rồi kết hợp các tín hiệu này lại ta sẽ có một tín hiệu ra khỏi bộ kết hợp ít bị fading hơn. Ghép xen29Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửTRUYỀN SÓNGPhân tập tần sốMã hóa kênhCác phương pháp chống fadingPhân tập không gianLà phương pháp truyền đồng thời một tín hiệu trên 2 tần số khác nhau trong cùng một dải tần. Bởi vì xác suất xảy ra đồng thời fading ở 2 tần số không tương quan với nhau là rất nhỏ. Vì thế ta luôn thu được tín hiệu tốt và bằng cách kết hợp (hoặc chọn) tín hiệu giữa 2 đường truyền này ta sẽ được một tín hiệu tốt.Ghép xen30Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửTRUYỀN SÓNGMã hóa kênhPhân tập tần sốCác phương pháp chống fadingPhân tập không gianỞ phương pháp mã hoá kênh ta phải phát đi một lượng thông tin có số bit lớn hơn nhưng sẽ đạt độ an toàn chống lỗi cao hơn. Mã hoá kênh có thể phát hiện và sửa lỗi ở từng bit thu.Mỗi kênh kiểm tra lỗi dùng các loại mã hoá là mã khối và mã xoắn.Ghép xen31Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửTRUYỀN SÓNGGhép xenPhân tập tần sốCác phương pháp chống fadingPhân tập không gianCác lỗi bit thường xảy ra theo từng cụm do các chỗ trũng fading sâu làm ảnh hưởng nhiều bit liên tiếp. Để giải quyết hiện tượng lỗi bit quá dài ta dùng phương pháp ghép kênh xen để tách các bit liên tiếp của một bản tin sao cho các bit này gửi đi không liên tiếp.Mã hóa kênh32Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tử3 - SỬ DỤNG TẦN SỐCÁC THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁITÁI SỬ DỤNG TẦN SỐIIDUNG LƯỢNGIIISỰ PHÂN CHIA ÔIV33Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tử3 - SỬ DỤNG TẦN SỐViệc sử dụng tần số của hệ thống mạng GSM, ta cần quan tâm đến 3 thông số:Tỷ số C/I: - Tỷ số này đánh giá được nhiễu đồng kênh, nhiễu do tín hiệu thu không mong muốn có cùng tần số với tín hiệu thu mong muốn. - C/I = 10log(P0/Pi) (dB) trong đó: Pi : công suất tín hiệu thu mong muốn Po : công suất nhiễu thu được - Trong GSM, cho phép GSM nhỏ nhất là 10dB.34Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tử3 - SỬ DỤNG TẦN SỐ2. Tỷ số C/R: C/R được tính bằng tỉ số giữa năng lượng trong cửa sổ và năng lượng ngoài cửa sổ của bộ cân bằng Equalizer. C/R = 10logPd/PrPd : công suất thực hiện nhận được từ đường trực tiếp.Pr : công suất thực hiện nhận được từ đường gián tiếp 3. Tỷ số C/A:Tỷ số sóng mang trên nhiễu giao thoa kênh lân cận :C/A = 10log(P0/Pa) (dB)P0: công suất tín hiệu thu mong muốnPa : công suất thu tín hiệu của kênh lân cận35Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửDải tần phát:890MHz915MHz25MHzMỗi kênh chiếm một khe tần số 200KHz125 kênh thoạiĐiều khiểnThuê baoSố thuê bao dùng trong một thời điểm là: 125 x 7 = 875 875 thuê baoĐể tăng số thuê bao sử dụng, cần sử dụng hiệu quả tần số vô tuyến cho phép, người ta đưa ra rất nhiều phương pháp , trong đó phương pháp tái sử dụng tần số được sử dụng hiệu quả nhất36Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tử3 - SỬ DỤNG TẦN SỐTrong mạng GSM, mỗi cell có một trạm BTS, được cấp phát một nhóm tần số vô tuyến, và không trùng với các BTS liền kề. Một cụm cluster có kích thước N cell được lặp lại tại các vị trí địa lý khác nhau trong toàn vùng phủ sóng.37Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tử3 - SỬ DỤNG TẦN SỐHệ số tái sử dụng tần số: Với D: là khoảng cách gần nhất giữa các cell đồng kênh R : bán kính của một cell N : số cell trong một clusterD = (i2 + ij + j2)1/2(1)(2)38Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tử3 - SỬ DỤNG TẦN SỐ+ Q nhỏ : dung lượng tăng (N giảm)+ Q lớn : Chất lượng truyền dẫn vô tuyến tốt hơn39Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tử3 - SỬ DỤNG TẦN SỐCó ba kiểu mẫu sử dụng lại tần số phổ biến là : 3/9, 4/12, 7/21. Sử dụng cho các trạm gốc có anten phát 3 hướng, mỗi hướng dành cho một ô và góc phương vị phân cách nhau 1200. Mỗi ô sử dụng các anten phát 600 và hai anten thu phân tập 600 cho một góc phương vị. 40Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tử3 - SỬ DỤNG TẦN SỐSơ đồ 3/9 ô sử dụng các nhóm 9 tần số, trong một mẫu sử dụng lại tần số 3 đài trạm:Tương tự đối với sơ đồ 4/12, 7/2141Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tử3 - SỬ DỤNG TẦN SỐSơ đồ 4/12 ô sử dụng các nhóm 12 tần số, trong một mẫu sử dụng lại tần số 4 đài trạm:42Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tử3 - SỬ DỤNG TẦN SỐKhi hệ thống bắt đầu sử dụng, số thuê bao còn thấp, nếu sử dụng cell với kích thước nhỏ thì dung lượng thông tin tăng, nhưng phải cần nhiều trạm gốc hơn và chi phí cho hệ thống lắp đặt cũng tăng, điều này không cần thiết, tối ưu thì kích thước cell phải lớn .Nhưng khi số thuê bao tăng, người ta cần giảm kích thước cell lại để đáp ứng dung lượng mới. Phương pháp này gọi là phân chia cell.43Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tử3 - SỬ DỤNG TẦN SỐPhương pháp này chia thành 3 giai đoạn:Giai đoạn 0: sử dụng các anten vô hướng, phạm vi phủ sóng rộngGiai đoạn 1: Các anten vô hướng được thay bằng các anten có hướng. Mỗi vị trí này có thể phục vụ được 3 cell mới, những cell này có kích thước nhỏ hơn và có 3 anten định hướng đặt ở vị trí này, góc giữa các anten này là 1200. Điều này gọi là sector hoá cell.44Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tử3 - SỬ DỤNG TẦN SỐGiai đoạn 2:Đây là quá trình 1 cell tách thành 4. Tất cả những vị trí ở giai đoạn 1 đang được sử dụng không cần phải chỉnh lại anten. Điều này làm tăng gấp 4 lần việc sử dụng lại tần số và dung lượng hệ thống.45Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tử3 - SỬ DỤNG TẦN SỐMối quan hệ giữa dung lượng của hệ thống và tỷ số C/I:- Hệ thống Cellular bao gồm S kênh vô tuyến – RFC (RFC: Radio Frequency Channel). Mỗi cell được cấp phát k RFC ( k < S ). S kênh được chia sẻ cho N cells. S = kN (N cells hình thành một cluster N cluster size). Một cluster được lặp lại M lần trong một hệ thống cellular tại các vị trí địa lý khác nhau. Khi đó dung lượng hệ thống C = tống số kênh RFC trong hệ thống (capacity). C = MkN= MS- Với N càng nhỏ thì số lượng kênh trên một nhóm hay dung lượng càng lớn và số thuê bao có thể được phục vụ càng cao, nhưng N nhỏ lại cho tỷ số C/I nhỏ, nhiễu đồng kênh tăng.46Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tử4 – TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNGKHÁI NIỆM LƯU LƯỢNGITÍNH TOÁN LƯU LƯỢNGIIMÔ PHỎNG TÍNH TOÁN III47Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tử4 – TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG- Lưu lượng (teletraffic): là bản tin tức được truyền từ nơi này đến nơi khác thông qua một kênh thông tin (nội dung từ người dùng này đến người khác).- Bản tin là tiếng nói (thoại), âm thanh, hình ảnh, dữ liệu, tín hiệu video...- Kênh thông tin là môi trường từ thiết bị người dùng này đến thiêt bị người dùng khác gồm đường dây thuê bao (mạng truy cập), tổng đài (nội hạt, gateway), server, switch, hub, router (mạng chuyển mạch), thiết bị truyền dẫn, mạng truyền dẫn.48Đồ án môn học 2Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tử4 – TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNGĐơnvị traffic là Erlang (1947) hay TU (Traffic Unit). 1 Erl = 1TU nghĩa là trung bình trong khoảng thời gian quan sát có 1 kênh (hay 1 server) bị chiếm dụng. Theo định nghĩa trên, lưu lượng A được tính theo công thức : A = C.t/TTrong đó: A : lưu lượng (Erlang) C : số cuộc gọi t = thời gian trung bình chiếm kênh mỗi cuộc gọi T = tổng thời gian đo (thường là 1h)Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửMô phỏng49Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCMKhoa Điện - Điện tửTHE END !50