Transcript Khái niệm Cluster

MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
VỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN
CONCEPTs OF 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
NỘI DUNG
2
1
Khái niệm và nguyên lý cơ bản
2
Mạng thông tin tế bào
3
Khái niệm điều khiển cuộc gọi
4
Khái niệm lưu lượng
5
Can nhiễu và dung lượng HT
 Khái niệm
I.
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).
3
 Nguyên lý truyền thông di động
MS1
BTS1
MSC
BTS2
MS2
4
 Sơ đồ mạng CDMA 2000 1X (Exp.)
Circuit Core Network CCN
WIN/PPS
SMSC
HLR/AuC
BSC
BTS
MS
MSC/VLR
BTS
PSTN
/PLMN
Radio Access Network RAN
VMS
BTS
IWF
AAA
MS
BSC
BTS
DCN
HA
PDSN(FA)
Packet Core Network PCN
5
Internet
 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.
6
 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).
7
 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
 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.

8
Hệ số tái sử dụng tần số R
• GSM
• CDMA
 Khái niệm Cluster



9
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).
 Khái niệm cell và cluster

Cell hình lục giác nên để các
Cluster xếp sát nhau:
n  i 2  ij  j 2



10
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
 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:
11
 Cấu trúc hệ thống TT tế bào
Cấu trúc hệ thống T.T vô tuyến tế bào
1. 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.
12
 Khái niệm vùng phủ sóng
Trên thực tế, vùng phủ sóng của một Cell có hình dạng
phụ thuộc vào địa hình (Footprint).
13
 Mô hình mạng tế bào thực

14
Một ví dụ về vùng phủ sóng trên thực tế của một mạng
thông tin di động PLMN:
 Khái niệm Đ.K. cuộc gọi


MSC



15
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.
 Điều khiển cuộc gọi



MSC

16
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.
 Điều khiển cuộc gọi


MSC



17
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).
 Điều khiển cuộc gọi



MSC
18
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.
 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 usable không quá lớn hoặc quá nhỏ
MSC
BSC
3G BTS
3G BTS
Intra-BSC, Intra-MSC Handoff
Inter-BSC, Intra-MSC Handoff
19
CAN
MSC
BSC
BSC
3G BTS
 Khái niệm Hand-off
…
CAN
IS-2000
3G BTS
BSC
Inter-BSC, Inter-MSC Handoff
BTS
 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






20
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.
 Tiến trình xử lý Hand-off
Pilot Strength
(Ec/Io)
Cell A
Cell B
Add point
Drop point
Cell A
BTS-A
Moving Direction of MS
21
BTS-B
Handoff Region
HAND-OFF CALL PROCESSING
Cell B
 Các dạng Hand-off cơ bản
22
Scope of Hand-off: Intra-BS, Intra-MSC Handoff
Inter-BS, Intra-MSC Handoff
Inter-BS, Inter-MSC Handoff
 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.
A  .H
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:
AU  U .A  U ..H
 Số lượng kênh trong một Cell phải lớn hơn hoặc bằng A.
23
 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:
AC
GOS  C C! k
A

k  0 k!

24
( B)
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.
 Bảng tham chiếu tính Erlang_B
25
C
(Channel)
1%
1.2%
1.50%
2%
3%
5%
1
0.0101
0.0121
0.152
0.0204
0.0309
0.0526
2
0.153
0.168
0.19
0.23
0.282
0.381
3
0.455
0.489
0.535
0.602
0.715
0.899
4
0.869
0.922
0.992
1.09
1.26
1.52
5
1.36
1.43
1.52
1.66
1.88
2.22
6
1.91
2
2.11
2.28
2.54
2.96
7
2.5
2.6
2.74
2.94
3.25
3.74
8
3.13
3.25
3.4
3.63
3.99
4.54
9
3.78
3.92
4.09
4.34
4.75
5.37
10
4.46
4.61
4.81
5.08
5.53
6.22
 Ví dụ tính toán số kênh
 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
26
 Khái niệm Channel Usage
27
 Kỹ thuật Trunking
Mục đích Trunking
1
Đầu tư hiệu quả
2
Đảm bảo chất lượng dịch vụ
• Giao tiếp trong hệ thống lõi : MSC E1
Port
• Mức QoS ở thời điểm thường
• Giao tiếp trong truyền dẫn: E1 Port
• Mức QoS cho các dữ liệu bất thường
• Mức QoS khi có sự cố hệ thống
• 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
8 required E1/Route
⑦ required channel
with margin
⑥ required channel
without margin
⑤ expected traffic
/ route
28
Margin
Erlang-B
 Can nhiễu và dung lượng HT
 Giả thiết để tính toán nhiễu đồng kênh CCI
29
 Khái niệm Reuse Distance
 Reuse distance, D:
30
 Tính toán số Cell trong Cluster
31
 Khái niệm Sector hóa
Advantage:
Disadvantage:
32
 Khái niệm Sector hóa
33
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
34
Phần tiếp theo
6. Thiết kế hệ thống T.T.D.Đ
5. Kỹ thuật trải phổ
Và hệ thống CDMA
1. Các khái niệm
Chương
Một
2. Mô hình truyền sóng
4. Hệ thống GSM (TDMA)
3. FDMA, TDMA, CDMA. OFDMA
35