Đồ án GSM

Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
TÌM HIỂU MẠNG GSM
Đồ án môn học 2
GVHD :
Nguyễn Ngô Lâm
SV thực hiện:
Lê Thị Lan Anh 05117002
Trần Thị Huyền Trang 05117080
1
Đề Tài :
2
Đồ án môn học 2
NỘI DUNG ĐỀ TÀI
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
3
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
CẤU TRÚC TỔNG THỂ
Phân hệ chuyển mạch NSS

Phân hệ trạm gốc BSS

Phân hệ khai thác và bảo dưỡng OSS

Trạm di động MS
4
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
NSS
MSC = Trung tâm chuyển mạch di động
HLR = Bộ ghi định vị thường trú
VLR = Bộ ghi định vị tạm trú
AC = Trung tâm nhận thực
EIR = Bộ ghi nhận dạng thiết bị
5
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
CẤU TRÚC
MSC
HLR
VLR
AC
EIR
Phân hệ NSS
Chức 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).
6
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
CẤU TRÚC
HLR
MSC
VLR
AC
EIR
Phân hệ NSS
Là 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.
7
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
CẤU TRÚC
VLR
MSC
HLR
AC
EIR
Phân hệ NSS
VLR 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.
8
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
CẤU TRÚC
AC
MSC
HLR
VLR
EIR
Phân hệ NSS
AC 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...
9
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
CẤU TRÚC
EIR
MSC
HLR
VLR
AC
Phân hệ NSS
EIR là một cơ sở dữ liệu thông tin về tính hợp lệ của thiết bị ME qua số IMEI.
10
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
BSS
TRAU = Đơn vị chuyển mã/đáp ứng
BTS = Trạm thu phát gốc
BSC = Bộ điều khiên trạm gốc
11
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
CẤU TRÚC
BSC
BTS
TRAU
Phân hệ BSS
BSC 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 BTS
Khởi tạo kết nối
Điều khiển chuyển giao: Intra và Inter BTS HO
Kết nối các MSC, BTS, OMC
12
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
CẤU TRÚC
BTS
BSC
TRAU
Phân hệ BSS
Thu phát vô tuyến
Ánh xạ kênh logic vào kênh vật lý
Mã hóa và giải mã hóa
Mật mã hóa và giải mật mã hóa
Điều chế và giải điều chế
13
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
CẤU TRÚC
TRAU
BSC
BTS
Phân hệ BSS
Trau chuyển đổi tốc độ thoại 13Kbps hoặc dữ liệu tốc độ thấp thành tốc độ 64Kbps.
14
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
MS
MS
15
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
CẤU TRÚC
ME
SIM
Trạm di động MS
ME : 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).
16
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
CẤU TRÚC
SIM
ME
Trạm di động MS
SIM : 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.
17
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
OSS
CHỨC NĂNG
18
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
2 - TRUYỀN SÓNG
19
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
BĂNG TẦN GSM
Tất 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.
20
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
NGUYÊN TẮC TRUYỀN SÓNG
21
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
Trong 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.
22
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
Trong vô tuyến
di động
Trong 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 động…
23
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
Trong vô tuyến
di động
Truyền sóng nhiều đường xảy ra khi có phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ.
24
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
Trong vô tuyến
di động
Truyền sóng
vô truyến
25
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
TRUYỀN SÓNG
Suy hao tín hiệu
phạm vi rộng
Méo tín hiệu phạm vi hẹp
Trong vô truyến di động
Suy 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.
26
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
TRUYỀN SÓNG
Méo tín hiệu phạm vi hẹp
Suy hao tín hiệu phạm vi rộng
Trong vô truyến di động
Các 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.
27
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
Trong vô tuyến
di động
Các phương pháp phòng ngừa
suy hao truyền dẫn do fading
28
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
TRUYỀN SÓNG
Phân tập không gian
Mã hóa kênh
Các phương pháp chống fading
Phân tập
tần số
Là 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 xen
29
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
TRUYỀN SÓNG
Phân tập
tần số
Mã hóa kênh
Các phương pháp chống fading
Phân tập không gian
Là 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 xen
30
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
TRUYỀN SÓNG
Mã hóa kênh
Phân tập
tần số
Các phương pháp chống fading
Phân tập không gian
Ở 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 xen
31
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
TRUYỀN SÓNG
Ghép xen
Phân tập
tần số
Các phương pháp chống fading
Phân tập không gian
Các 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 kênh
32
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
3 - SỬ DỤNG TẦN SỐ
33
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
3 - SỬ DỤNG TẦN SỐ
Việc 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.
34
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
3 - SỬ DỤNG TẦN SỐ
2. 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/Pr
Pd : 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 muốn
Pa : công suất thu tín hiệu của kênh lân cận
35
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
Dải tần phát:
890MHz
915MHz
25MHz
Mỗi kênh chiếm một khe tần số 200KHz
125 kênh thoại
Điều khiển
Thuê bao
Số thuê bao dùng trong một thời điểm là:
125 x 7 = 875 875 thuê bao
Để 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 nhất
36
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
3 - SỬ DỤNG TẦN SỐ
Trong 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.
37
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
3 - SỬ DỤNG TẦN SỐ
Hệ 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 cluster
D = (i2 + ij + j2)1/2
(1)
(2)
38
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
3 - SỬ DỤNG TẦN SỐ
+ Q nhỏ : dung lượng tăng (N giảm)
+ Q lớn : Chất lượng truyền dẫn vô tuyến tốt hơn
39
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
3 - SỬ DỤNG TẦN SỐ
Có 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.
40
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
3 - SỬ DỤNG TẦN SỐ
Sơ 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, 7/21
41
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
3 - SỬ DỤNG TẦN SỐ
Sơ đồ 4/12 ô sử dụng các nhóm 12 tần số, trong một mẫu sử dụng lại tần số 4 đài trạm:
42
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
3 - SỬ DỤNG TẦN SỐ
Khi 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.
43
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
3 - SỬ DỤNG TẦN SỐ
Phương pháp này chia thành 3 giai đoạn:
Giai đoạn 0: sử dụng các anten vô hướng, phạm vi phủ sóng rộng
Giai 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.
44
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
3 - SỬ DỤNG TẦN SỐ
Giai 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.
45
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
3 - SỬ DỤNG TẦN SỐ
Mối 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.
46
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
4 – TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG
47
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
4 – 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.
48
Đồ án môn học 2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
4 – TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG
Đơnvị 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/T
Trong 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.HCM
Khoa Điện - Điện tử
Mô phỏng
49
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Khoa Điện - Điện tử
THE END !
50