GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG GSM
Cấu trúc địa lý của mạng
Mọi mạng điện thoại cần có cấu trúc rõ ràng để định tuyến cuộc gọi đến tổng đài và thuê bao cần gọi Trong mạng di động, cấu trúc này càng quan trọng hơn do tính lưu động của các thuê bao Hệ thống GSM phân chia mạng thành các phân vùng khác nhau để đảm bảo việc kết nối hiệu quả.
Hình 1-2 Phân cấp cấu trúc địa lý mạng GSM
Hình 1-3 Phân vùng và chia ô
1.2.1 Vùng phục vụ PLMN (Public Land Mobile Network)
Vùng phục vụ GSM bao gồm toàn bộ khu vực được kết hợp bởi các quốc gia thành viên, đảm bảo kết nối cho các thiết bị di động GSM từ các mạng khác nhau trên toàn cầu Tiếp theo là vùng phục vụ PLMN, có thể bao gồm một hoặc nhiều khu vực trong một quốc gia, tùy thuộc vào kích thước của vùng phục vụ đó.
Kết nối giữa mạng di động GSM/PLMN và các mạng khác, bao gồm cả mạng cố định và di động, diễn ra tại tổng đài trung kế quốc gia hoặc quốc tế Tất cả cuộc gọi vào và ra khỏi mạng GSM/PLMN đều được định tuyến qua tổng đài vô tuyến G-MSC (Gateway - Mobile Service Switching Center), hoạt động như một tổng đài trung kế cho GSM/PLMN.
MSC, hay còn gọi là Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động, là bộ phận quan trọng trong mạng di động, có nhiệm vụ định tuyến cuộc gọi đến thuê bao di động Mỗi MSC quản lý một vùng nhất định và lưu trữ thông tin cần thiết để định tuyến cuộc gọi thông qua bộ ghi định vị tạm trú VLR, đảm bảo rằng cuộc gọi được chuyển đến đúng thuê bao trong khu vực phục vụ.
Một vùng mạng GSM/PLMN được chia thành một hay nhiều vùng phục vụ MSC/VLR
1.2.3 Vùng định vị (LA - Location Area)
Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành nhiều vùng định vị LA, cho phép trạm di động di chuyển tự do mà không cần cập nhật thông tin vị trí với tổng đài MSC/VLR Trong vùng định vị LA, thông báo tìm gọi được phát quảng bá nhằm tìm kiếm thuê bao di động đang được gọi.
Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử dụng nhận dạng vùng định vị LAI (Location Area Identity):
MCC (Mobile Country Code): mã quốc gia
MNC (Mobile Network Code): mã mạng di động
LAC (Location Area Code) : mã vùng định vị (16 bit)
Vùng định vị được chia thành nhiều Cell, là đơn vị cơ sở của mạng, đại diện cho vùng phủ sóng vô tuyến với mã nhận dạng ô toàn cầu (CGI) Mỗi Cell được quản lý bởi một trạm vô tuyến gốc (BTS).
CGI = MCC + MNC + LAC + CI
CI (Cell Identity): Nhận dạng ô để xác định vị trí trong vùng định vị
Trạm di động MS tự nhận dạng một ô bằng cách sử dụng mã nhận dạng trạm gốc BSIC (Base Station Identification Code)
1.2.5 Khái niệm tế bào (Cell)
Cell (tế bào) là đơn vị cơ bản trong mạng di động, nơi trạm di động (MS) thực hiện trao đổi thông tin với mạng thông qua trạm thu phát gốc (BTS) BTS sử dụng sóng vô tuyến để giao tiếp với tất cả các trạm di động có mặt trong Cell.
Hình dạng lý thuyết của Cell là một ô tổ ong hình lục giác:
Hình 1-5 Khái niệm về biên giới của một Cell
Hình dạng của cell trong mạng di động là không cố định, do đó, khi quy hoạch vùng phủ sóng, cần xem xét các yếu tố địa hình và mật độ thuê bao Từ đó, có thể xác định số lượng trạm gốc BTS, kích thước cell và phương thức phủ sóng phù hợp.
1.2.6 Kích thước Cell và phương thức phủ sóng
Cell lớn: Bán kính phủ sóng khoảng: n km n*10 km (GSM: 35 km)
Vị trí thiết kế các Cell lớn:
Sóng vô tuyến ít bị che khuất (vùng nông thôn, ven biển… )
Mật độ thuê bao thấp
Yêu cầu công suất phát lớn
Cell nhỏ: Bán kính phủ sóng khoảng: n*100 m (GSM: 1 km)
Vị trí thiết kế các Cell nhỏ:
Sóng vô tuyến bị che khuất (vùng đô thị lớn)
Mật độ thuê bao cao
Yêu cầu công suất phát nhỏ
Có tất cả bốn kích thước cell trong mạng GSM đó là macro, micro, pico và umbrella Vùng phủ sóng của mỗi cell phụ thuộc nhiều vào môi trường
Macro cell được lắp trên cột cao hoặc trên các toà nhà cao tầng
Micro cell lại được lắp ở các khu thành thị, khu dân cư
Pico cell thì tầm phủ sóng chỉ khoảng vài chục mét trở lại Nó thường được lắp để tiếp sóng trong nhà
Umbrella lắp bổ sung vào các vùng bị che khuất hay các vùng trống giữa các cell
Bán kính phủ sóng của một trạm GSM phụ thuộc vào độ cao và độ lợi của anten, với khả năng phủ sóng thường dao động từ vài trăm mét đến vài chục km Trong thực tế, khoảng cách phủ sóng xa nhất mà một trạm GSM có thể đạt được là 32 km (22 dặm).
Trong những khu vực trong nhà như nhà ga, sân bay và siêu thị, nơi mà anten ngoài trời không thể phủ sóng, người ta thường sử dụng các trạm pico để tiếp sóng từ anten ngoài trời vào bên trong.
Hình dạng của tế bào trong các sơ đồ chuẩn phụ thuộc vào loại anten và công suất phát của từng trạm phát sóng BTS Có hai loại anten chính thường được sử dụng: anten vô hướng (omni) và anten có hướng, với vùng phủ sóng được thiết kế theo dạng rẻ quạt (sector).
Phát sóng vô hướng – Omni directional Cell (360 0 )
Anten vô hướng hay 360 0 bức xạ năng lượng đều theo mọi hướng
Hình 1-6 Omni (360 0 ) Cell site Khái niệm Site: Site được định nghĩa là vị trí đặt trạm BTS
Với Anten vô hướng: 1 Site = 1 Cell 360 0
Phát sóng định hướng – Sectorization:
Lợi ích của sectorization (sector hóa):
Tăng năng lượng phát theo hướng, qua đó cải thiện chất lượng tín hiệu (Giảm can nhiễu kênh chung)
Tăng dung lượng thuê bao
Với Anten định hướng 120 0 : 1 Site = 3 Cell 120 0
1.2.7 Tái sử dụng lại tần số
Hệ thống tổ ong hoạt động dựa trên việc sử dụng lại tần số, với nguyên lý thiết kế là áp dụng các mẫu tần số lặp lại Sử dụng lại tần số có nghĩa là khai thác các kênh vô tuyến cùng tần số để phục vụ cho các khu vực địa lý khác nhau, miễn là các khu vực này cách nhau đủ xa để hạn chế nhiễu giao thoa đồng kênh Tỉ số sóng mang trên nhiễu C/I phụ thuộc vào vị trí của thuê bao di động, tính đồng nhất của địa hình, cũng như mức độ và kiểu tán xạ.
Cluster là một nhóm các cell Các kênh không được tái sử dụng tần số trong một cluster
Nhà khai thác mạng được cấp phép sử dụng một số tần số vô tuyến nhất định Trong quy hoạch tần số, việc sắp xếp các tần số vào các mảng mẫu là cần thiết để đảm bảo việc tái sử dụng tần số mà không gây ra nhiễu quá mức cho phép.
Hình 1-8 Mảng mẫu gồm 7 cells
Cự ly dùng lại tần số
Việc sử dụng lại tần số ở các cell khác nhau gặp phải giới hạn do nhiễu đồng kênh C/I, do đó, C/I trở thành một vấn đề quan trọng cần được chú ý.
Khi xem xét một kích thước cell nhất định, khoảng cách sử dụng lại tần số phụ thuộc vào số nhóm tần số N Càng nhiều nhóm tần số N, khoảng cách sử dụng lại tần số sẽ càng lớn và ngược lại.
Ta có công thức tính khoảng cách sử dụng lại tần số:
(trong đó: R là bán kính cell)
Hình 1-9 Khoảng cách tái sử dụng tần số
Tính toán C/I Đồng thời ta có công thức tính tỉ số C/I như sau:
P là vị trí của MS thuộc cell A, chịu ảnh hưởng nhiễu kênh chung từ cell B là lớn nhất
Tại vị trí P (vị trí máy di động MS) có:
Trong đó: x là hệ số truyền sóng, phổ biến nằm trong khoảng từ 3 đến 4 đối với hầu hết các môi trường
Số cell (N) Kích thước mảng
Bảng quan hệ N & C/I Để xác định vị trí của các cell đồng kênh ta sử dụng công thức:
CÁC CHỈ SỐ QUAN TRỌNG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MẠNG 13 2.1 Đặc trưng của đường truyền vô tuyến
Tổn hao đường truyền sóng vô tuyến
Hệ thống GSM được phát triển nhằm tạo ra một mạng tổ ong dày đặc, cung cấp vùng phủ sóng rộng lớn và liên tục cho tất cả các khu vực dân cư Vùng phủ sóng được chia thành các cell nhỏ, mỗi cell được phục vụ bởi một trạm phát vô tuyến gốc (BTS) Kích thước tối đa của một cell có thể đạt đến bán kính 35 km, do đó, suy hao đường truyền là điều không thể tránh khỏi.
Khi sử dụng một anten cố định và công suất phát đã xác định, suy hao đường truyền tỷ lệ với bình phương khoảng cách (d.f), trong đó d là khoảng cách từ trạm thu đến trạm phát gốc BTS Trong môi trường đô thị với nhiều tòa nhà cao tầng, suy hao có thể tỷ lệ với lũy thừa 4 hoặc thậm chí cao hơn.
Dự đoán tổn hao đường truyền trong thông tin di động GSM gặp nhiều thách thức do tính di động của trạm di động và anten thu có độ cao thấp Những yếu tố này gây ra sự biến đổi liên tục của địa hình truyền sóng, buộc trạm di động phải được đặt ở vị trí tối ưu để thu nhận các tia phản xạ hiệu quả.
Tính toán lý thuyết
Trong không gian truyền sóng, ta thường coi đó là không gian tự do, nơi mà không có tia phản xạ Giả thiết này cho phép sóng vô tuyến được truyền đi một cách hiệu quả Đối với anten vô hướng, công thức suy hao đường truyền trong không gian tự do sẽ được áp dụng để tính toán mức độ suy giảm tín hiệu.
Công thức này có thể được viết lại như sau:
Trong đó: d = khoảng cách từ anten phát đến anten thu [km] f = tần số làm việc [MHz]
Các công thức lý thuyết đơn giản không còn phù hợp với môi trường di động, nơi mà truyền sóng chủ yếu diễn ra qua nhiều đường khác nhau Những sóng này dễ bị tán xạ, nhiễu xạ và suy giảm do ảnh hưởng của các vật thể cố định và chuyển động Thêm vào đó, sự khúc xạ trong tầng đối lưu khiến cho đường truyền sóng bị uốn cong, làm giảm hiệu quả truyền tải tín hiệu.
Mô hình mặt đất bằng phẳng:
Mô hình mặt đất trong hình 3.3 minh họa tổng tín hiệu đến trong máy thu, bao gồm thành phần trực tiếp và thành phần phản xạ từ mặt đất Thành phần phản xạ này có thể được coi là tín hiệu gốc từ một anten ảo dưới lòng đất Sự kết hợp của hai sóng này tạo thành sóng không gian (Space Wave).
Hình 2-1 Truyền sóng trong trường hợp coi mặt đất là bằng phẳng
Ta có công thức sau để tính suy hao đường truyền:
Trong thực tế, khoảng cách giữa máy thu và máy phát thường bị ảnh hưởng bởi các vật chắn, như thể hiện trong hình 2-2 Theo lý thuyết truyền sóng vô tuyến, sự hiện diện của chướng ngại vật có thể làm giảm cường độ tín hiệu truyền thẳng Mức độ suy giảm tín hiệu này phụ thuộc vào loại vật chắn nằm trong tầm nhìn thẳng của tín hiệu.
Hình 2-2 Vật chắn trong tầm nhìn thẳng
Công thức sau dùng để tính toán sự suy giảm do vật chắn gây ra:
Địa hình truyền sóng rất phức tạp và không có công thức nào có thể bao quát hết các loại địa hình này Do đó, các nhà khoa học đã phát triển các mô hình truyền sóng dựa trên các đo đạc thực tế Kết quả từ những phép đo này được thể hiện qua đồ thị, cho thấy mối quan hệ giữa cường độ trường và khoảng cách, cùng với các biến số như chiều cao anten và loại địa hình.
Phương pháp đo cường độ trường:
Năm 1968, kỹ sư người Nhật Bản Y Okumura đã công bố nhiều số liệu quan trọng về việc đo cường độ trường, cung cấp thông tin quý giá cho nghiên cứu Ông phân loại địa hình thành năm loại chính, giúp cải thiện hiểu biết về ảnh hưởng của địa hình đến cường độ tín hiệu.
1 Vùng hầu như bằng phẳng
3 Vùng có chỏm núi độc lập
4 Vùng có địa hình dốc
5 Vùng ranh giới giữa đất và nước (bờ sông, bờ biển ) Ông đưa ra những thử nghiệm trên tất cả các loại địa hình trên tại những tần số khác nhau, với những độ cao anten khác nhau và sử dụng các công suất phát khác nhau Đối với mỗi loại địa hình có một biểu đồ tương ứng chỉ ra tổn hao ứng với loại địa hình đó (hình 2-3)
Hình 2-3 Biểu đồ cường độ trường của OKUMURA
Sự đo lường của Okumura cho thấy cường độ tín hiệu giảm theo khoảng cách, nhưng mức độ giảm này nhanh hơn nhiều so với những gì được biết trong không gian tự do.
Các mô hình chính lan truyền sóng trong thông tin di động
Mô hình truyền sóng Hata:
Vào khoảng năm 1980, M.Hata đã giới thiệu mô hình toán học trong việc tính suy giảm đường truyền dựa trên những phân tích dữ liệu của Okumula
Lp(đô thị ) = 69,55 + 26,16.logf – 13,82.log(hb) – a(h m ) + [44,9 – 6,55log(h b )].logd
Suy hao đường truyền trong đô thị đông dân được tính bằng đơn vị decibel (dB) và phụ thuộc vào tần số sóng mang từ 150 đến 1500 MHz Chiều cao của anten trạm gốc, dao động từ 30 đến 200 mét, cùng với chiều cao anten của máy di động từ 1 đến 20 mét, ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu Khoảng cách giữa trạm gốc và máy di động, từ 1 đến 20 km, cũng là yếu tố quan trọng trong việc xác định suy hao đường truyền.
Hệ số hiệu chỉnh anten a(h m ) : a(h m ) = (1,1.logf – 0,7).h m – (1,56.logf – 0,8)
Và công thức tính suy hao cho vùng ngoài đô thị:
Lp(ngoại ô) = Lp(đô thị) – 2.[log(f/28)] 2 – 5,4 Lp(nông thôn) = Lp(đô thị) – 4,78(logf) 2 + 18,33.logf – 40,94
Mô hình Hata thường được áp dụng phổ biến, nhưng trong các trường hợp đặc biệt như nhà cao tầng, cần sử dụng Microcell với anten lắp đặt dưới mái nhà, do đó cần áp dụng một mô hình khác phù hợp hơn.
COST (Cộng tác nghiên cứu khoa học và công nghệ) được bảo trợ bởi EU, tập trung vào các vấn đề liên quan đến vô tuyến ô và mô hình truyền sóng Trong đó, Microcell được định nghĩa là một cell nhỏ có phạm vi từ 0,5 đến 1 km, với anten gốc thường được đặt thấp hơn độ cao của tòa nhà cao nhất trong khu vực.
Anten trạm gốc của cell, bao gồm cell lớn và cell nhỏ, thường được lắp đặt trên các tòa nhà cao nhất Cell nhỏ của GSM có bán kính phục vụ khoảng 1 đến 3 km, trong khi cell lớn có thể mở rộng bán kính lên tới 35 km Dựa trên những thông tin này, mô hình Hata COST231 đã được phát triển bởi COST.
Mô hình này được thiết kế để hoạt động trong dải tần từ 15002000 MHz ở đô thị hoặc ngoại ô, ta có công thức:
Lp = 46,3 + 33,9.logf –13,82.logh b – a(h m ) + (44,9 – 6,55.logh b ).logd + Cm Trong đó:
Suy hao đường truyền (Lp) được đo bằng decibel (dB) và phụ thuộc vào tần số hoạt động (f) tính bằng megahertz (MHz) Độ cao của anten trạm gốc (hb) và độ cao của anten máy di động (hm) cũng ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu Hệ số hiệu chỉnh anten (a(hm)) là yếu tố cần xem xét, cùng với khoảng cách (d) giữa trạm gốc và máy di động tính bằng kilomet (km).
Cm = 0 dB đối với thành phố cỡ trung bình hoặc trung tâm ngoại ô
= 3 dB đối với trung tâm đô thị
Mô hình SAKAGAMIKUBOL được phát triển dựa trên kết quả của mô hình Okumura, tạo ra một mô hình đáng chú ý với nhiều lý do quan trọng.
1 Nó đưa ra rất nhiều tham số cho môi trường đô thị
2 Nó có thể đáp ứng được trên phạm vi tần số 4502200 MHz
3 Nó đưa ra những qui định hợp lệ đối với những độ cao của anten trạm gốc thấp hơn đỉnh các toà nhà, để tạo ra mô hình hữu ích cho ứng dụng của Microcell
Công thức của mô hình này là:
3,7.(H/hb) 2 ].loghb + (43,42 – 3,1.loghb).logd + 20logf + exp[13(logf – 3,23)]
W : bề rộng của đường tại điểm thu ( 550 m )
Góc giữa trục của đường và đường thẳng nối từ anten trạm gốc đến máy di động đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chất lượng tín hiệu Độ cao của tòa nhà nơi đặt anten trạm gốc, thường dao động từ 5 đến 80 mét, cũng ảnh hưởng đến khả năng thu phát sóng.
: độ cao trung bình của các toà nhà xung quanh điểm thu (550 m) hb : độ cao của anten trạm gốc tại điểm thu (20100 m)
H : độ cao trung bình của các tòa nhà xung quanh trạm gốc (H > hb) d : khoảng cách giữa trạm gốc và điểm thu (0,510 km) f : tần số hoạt động (4502200 MHz)
Vấn đề Fading
Fading chuẩn Loga là một hiện tượng thường xảy ra ở các trạm di động hoạt động trong môi trường có nhiều chướng ngại vật như đồi núi, tòa nhà, Điều này dẫn đến hiệu ứng che khuất (Shaddowing) làm giảm cường độ tín hiệu thu, và khi thuê bao di chuyển, cường độ tín hiệu thu sẽ thay đổi đáng kể.
Fading Rayleigh xảy ra khi tín hiệu thu nhận được từ nhiều nguồn khác nhau trong môi trường có nhiều chướng ngại vật, dẫn đến sự kết hợp của các tín hiệu giống nhau nhưng khác pha và biên độ Để giảm thiểu tác động của Fading, các biện pháp như tăng công suất phát để tạo ra dự trữ Fading, sử dụng phân tập anten và nhảy tần thường được áp dụng.
Ảnh hưởng nhiễu C/I và C/A
Một đặc điểm quan trọng của hệ thống cell là các kênh sử dụng trong một cell có thể được chia sẻ với các cell khác, nhưng cần có khoảng cách nhất định để tránh nhiễu đồng kênh Điều này dẫn đến việc vùng phủ sóng của trạm gốc bị giới hạn do nhiễu từ các cell lân cận hơn là do tạp âm thông thường Do đó, một hệ thống tổ ong hoàn thiện cần phải kiểm soát và giảm thiểu nhiễu để đạt hiệu suất tối ưu Trong thiết kế hệ thống tổ ong, việc đảm bảo mức nhiễu ở mức chấp nhận được là rất quan trọng, và điều này có thể đạt được bằng cách điều chỉnh khoảng cách tái sử dụng tần số; khoảng cách càng lớn thì mức nhiễu càng thấp Để đảm bảo chất lượng thoại, mức thu của sóng mang C cần phải lớn hơn tổng mức nhiễu đồng kênh I và mức nhiễu kênh lân cận A.
Nhiễu đồng kênh C/I
Nhiễu đồng kênh xảy ra khi hai máy phát phát sóng trên cùng một tần số hoặc kênh Máy thu điều chỉnh tại kênh này sẽ nhận được cả hai tín hiệu, với cường độ tín hiệu phụ thuộc vào vị trí của máy thu so với hai máy phát.
Tỉ số sóng mang trên nhiễu được định nghĩa là cường độ tín hiệu mong muốn trên cường độ tín hiệu nhiễu
C/I = 10log(Pc/Pi) Trong đó:
Pc = công suất tín hiệu thu mong muốn
Pi = công suất nhiễu thu được
Hình 2-4 Tỷ số nhiễu đồng kênh C/I
Hình 2.4 minh họa tình huống máy di động (cellphone) trong xe đang nhận sóng từ một trạm gốc phục vụ (Serving BS) trong khi cũng phải đối mặt với nhiễu đồng kênh từ một trạm gốc khác (Interference BS).
Khi cả hai trạm phát sóng với công suất và đường truyền tương đương, tại điểm giữa, máy di động có tỷ số tín hiệu trên nhiễu (C/I) bằng 0 dB, tức là cường độ tín hiệu từ cả hai trạm là như nhau Khi máy di động di chuyển về phía trạm gốc đang phục vụ, C/I sẽ lớn hơn 0 dB, cho thấy tín hiệu từ trạm này mạnh hơn Ngược lại, nếu máy di động di chuyển về phía trạm gây ra nhiễu, C/I sẽ nhỏ hơn 0 dB, dẫn đến tín hiệu bị suy giảm.
Theo khuyến nghị của GSM, giá trị C/I tối thiểu cho phép máy di động hoạt động hiệu quả là 9 dB Tuy nhiên, thực tế cho thấy giá trị này cần nâng lên 12 dB, trừ khi sử dụng nhảy tần, mới có thể duy trì mức C/I 9 dB Nếu C/I thấp hơn, tỷ lệ lỗi bit (BER) sẽ tăng cao, dẫn đến việc mã hóa kênh không thể sửa lỗi một cách chính xác.
Tỉ số C/I của các máy di động phụ thuộc nhiều vào quy hoạch tần số và mẫu tái sử dụng tần số Việc sử dụng lại tần số có thể tăng dung lượng một cách đáng kể, nhưng đồng thời cũng làm giảm tỉ số C/I Do đó, trong quy hoạch tần số, cần chú ý đến nhiễu đồng kênh C/I để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
Nhiễu kênh lân cận xảy ra khi sóng vô tuyến trên kênh C bị ảnh hưởng bởi nhiễu từ kênh C-1 hoặc C+1 Tỉ số sóng mang trên kênh lân cận được xác định bằng cường độ của sóng mang mong muốn so với cường độ của sóng mang từ kênh lân cận.
C/A = 10.log(Pc/Pa) Trong đó :
Pc = công suất thu tín hiệu mong muốn
Pa = công suất thu tín hiệu của kênh lân cận
Giá trị C/A thấp dẫn đến mức BER cao, vì vậy theo khuyến nghị của GSM, giá trị C/A nhỏ nhất cần phải lớn hơn -9 dB để đảm bảo việc phát hiện và sửa lỗi hiệu quả.
Cả hai tỉ số C/I và C/A đều có thể được tăng lên bằng việc sử dụng quy hoạch cấu trúc tần số.[2]
2.2 Các chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lƣợng mạng
2.2.1 Khái niệm về chất lƣợng dịch vụ QOS
Chất lượng dịch vụ (QOS) là những tiêu chí quan trọng để đánh giá mạng lưới trong hệ thống thông tin di động Các chỉ tiêu chất lượng cần đảm bảo như âm thanh rõ ràng, ít rớt cuộc gọi và không bị nghẽn mạch Để đánh giá chính xác chất lượng mạng, cần xác định các đại lượng đặc trưng (key indicators) nhằm phản ánh hiệu suất hoạt động và chất lượng của mạng lưới.
2.2.2 Tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành công CSSR (Call Setup Successful Rate)
CSSR (Call Setup Success Rate) là tỷ lệ thành công của người dùng trong việc thực hiện cuộc gọi, bao gồm cả cuộc gọi đi và gọi đến Một cuộc gọi được coi là thành công khi người dùng quay số và nhấn “YES”, đảm bảo cuộc gọi được kết nối Đối với cuộc gọi đến, sự không thành công xảy ra khi có cuộc gọi đến nhưng người thuê bao không nhận được tín hiệu gọi, mặc dù thiết bị vẫn hoạt động và nằm trong vùng phủ sóng Tỷ lệ CSSR được tính toán dựa trên các yếu tố này.
CSSR = Tổng số lần thực hiện (nhận) thành công cuộc gọi / Tổng số lần thực hiện (nhận) cuộc gọi
Theo khuyến nghị Alcatel về chỉ tiêu chất lượng hệ thống thì tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành công CSSR cần đạt là ≥ 92%
2.2.3 Tỷ lệ rớt cuộc gọi trung bình (Average Drop Call Rate - AVDR)
AVDR là tỉ lệ số cuộc gọi bị rớt mạch trên tổng số cuộc gọi thành công AVDR có thể được tính như sau:[4]
AVDR = Tổng số lần rớt mạch / Tổng số lần chiếm mạch TCH thành công, không bao gồm các trường hợp Handover Đại lượng này nên được sử dụng để đánh giá chất lượng toàn mạng thay vì áp dụng cho từng cell riêng lẻ, vì mỗi cell không chỉ xử lý các cuộc gọi từ chính nó mà còn phải gánh chịu các cuộc gọi được handover từ các cell khác Điều này dẫn đến việc một cell có thể bị chiếm mạch nhiều hơn rất nhiều lần Hơn nữa, việc xử lý cuộc gọi do handover hay cuộc gọi thông thường đều có bản chất tương tự.
2.2.4 Tỷ lệ rớt mạch trên TCH (TCH Drop Rate - TCDR)
TCDR có thể tạm định nghĩa là tỉ lệ rớt mạch tính trên các kênh TCH của từng cell riêng biệt [4]
TCDR= Tổng số lần rớt mạch/ Tổng số lần chiếm mạch thành công
(TCDR= Total TCH Drops/ Total TCH Seizures)
Tổng số lần chiếm mạch ở đây có thể xuất phát từ bất cứ nguyên nhân nào, kể cả Handover
Rớt mạch có thể do nhiều nguyên nhân khác nhau, nhưng nếu loại trừ nguyên nhân từ máy di động, chúng ta có thể xác định một số nguyên nhân chính như sau.
• Do bị nhiễu quá nhiều hoặc do chất lượng kênh truyền quá thấp;
• Do tín hiệu quá yếu;
• Do lỗi của hệ thống chẳng hạn như phần cứng trục trặc;
• Do sử dụng các giá trị không chuẩn của các tham số BSS;
• Do không Handover được (thiếu neighbour cell chẳng hạn);
Nhằm dễ dàng hơn cho công tác kỹ thuật, TCDR được phân ra làm hai đại lượng mới:
Rớt mạch do lỗi hệ thống (TCDR-S) bao gồm tất cả các lỗi liên quan đến phần mềm và transcoder, được tính theo tỷ lệ phần trăm trên tổng số lần rớt mạch Trong một hệ thống chất lượng, tỷ lệ này thường rất thấp, chỉ khoảng 2-5% tổng số lần rớt mạch.
Rớt mạch do lỗi tần số vô tuyến RF (TCDR-R) bao gồm các lỗi như tín hiệu kém, chất lượng tín hiệu quá thấp, nhiễu cao và tình trạng chuyển giao (handover) kém Tỷ lệ phần trăm của những lỗi này được tính trên tổng số lần rớt mạch, phản ánh hiệu suất của hệ thống mạng.
2.2.5 Tỷ lệ nghẽn mạch TCH (TCH Blocking Rate - TCBR)
TCBR là tỷ lệ thất bại trong việc cung cấp kênh thoại do nghẽn mạng, cụ thể là khi không có kênh TCH nào còn trống, so với tổng số lần hệ thống yêu cầu cung cấp kênh thoại.
TCBR = Tổng số lần bị nghẽn / Tổng số lần yêu cầu đường thông
(TCBR = Total blocks / Total TCH attempts)
Tỷ số nghẽn mạch phản ánh mức độ quá tải trên từng cell hoặc toàn bộ hệ thống, và khi tỷ số này cao, việc thực hiện cuộc gọi trở nên khó khăn Tuy nhiên, tỷ số này không chính xác thể hiện nhu cầu lưu lượng mạng, vì người dùng có thể thử nhiều lần để thực hiện một cuộc gọi ngắn Điều này làm tăng nhanh tỷ lệ nghẽn mạch, vượt quá thực tế Để đánh giá chính xác hơn, cần sử dụng cấp độ phục vụ GoS (Grade of Service) Nếu tỷ lệ TCBR cao tại một số cell, nên tham khảo thêm các đại lượng Maxbusy và Congestion time để có cái nhìn rõ hơn.
Maxbusy: Số kênh lớn nhất bị chiếm tại cùng một thời điểm
Congestion time: Tổng số thời gian mà toàn bộ số kênh bị chiếm hết (Tổng số thời gian nghẽn)
Lưu lượng và Grade of Service (GOS):
Lưu lượng mang bởi hệ thống trong khoảng thời gian t được định nghĩa như sau:
T là thời gian đàm thoại trung bình n số cuộc gọi trong khoảng thời gian t Đơn vị của lưu lượng được tính bằng Erlang (E), nếu như thay t600, ta có
Một cách hoàn toàn đơn giản, ta có thể tính lưu lượng như sau:
C = Tổng thời gian chiếm mạch/ Thời gian đo
Các chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng mạng
2.2.1 Khái niệm về chất lƣợng dịch vụ QOS
Chất lượng dịch vụ (QoS) là những tiêu chí quan trọng để đánh giá hiệu suất của hệ thống thông tin di động Các chỉ tiêu chất lượng mạng cần phải đảm bảo như âm thanh rõ ràng, tỷ lệ rớt cuộc gọi thấp và không xảy ra tình trạng nghẽn mạch Để đánh giá chất lượng mạng một cách chính xác, cần xác định các đại lượng đặc trưng (key indicators) giúp phản ánh hiệu quả hoạt động của mạng lưới.
2.2.2 Tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành công CSSR (Call Setup Successful Rate)
CSSR (Call Setup Success Rate) được định nghĩa là tỷ lệ thành công của người sử dụng trong việc thực hiện cuộc gọi, bao gồm cả cuộc gọi đi và gọi đến Một cuộc gọi được coi là thành công khi người sử dụng quay số và nhấn “YES” để nối cuộc gọi Đối với cuộc gọi đến, sự không thành công xảy ra khi người gọi thực sự gọi đến nhưng thuê bao không nhận được tín hiệu báo gọi, mặc dù thiết bị vẫn bật và nằm trong vùng phủ sóng Tỷ lệ CSSR có thể được tính toán dựa trên các yếu tố này.
CSSR = Tổng số lần thực hiện (nhận) thành công cuộc gọi / Tổng số lần thực hiện (nhận) cuộc gọi
Theo khuyến nghị Alcatel về chỉ tiêu chất lượng hệ thống thì tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành công CSSR cần đạt là ≥ 92%
2.2.3 Tỷ lệ rớt cuộc gọi trung bình (Average Drop Call Rate - AVDR)
AVDR là tỉ lệ số cuộc gọi bị rớt mạch trên tổng số cuộc gọi thành công AVDR có thể được tính như sau:[4]
AVDR (Tỷ lệ rớt mạch) được tính bằng tổng số lần rớt mạch chia cho tổng số lần chiếm mạch TCH thành công, loại trừ các trường hợp Handover Đại lượng này nên được sử dụng để đánh giá chất lượng toàn mạng, không nên áp dụng cho từng cell riêng lẻ, vì mỗi cell không chỉ xử lý các cuộc gọi khởi phát từ chính nó mà còn phải chịu trách nhiệm cho các cuộc gọi được chuyển giao từ các cell khác Điều này dẫn đến việc một cell có thể bị chiếm mạch nhiều hơn đáng kể Hơn nữa, việc xử lý một cuộc gọi do Handover hay cuộc gọi thông thường đều có bản chất giống nhau.
2.2.4 Tỷ lệ rớt mạch trên TCH (TCH Drop Rate - TCDR)
TCDR có thể tạm định nghĩa là tỉ lệ rớt mạch tính trên các kênh TCH của từng cell riêng biệt [4]
TCDR= Tổng số lần rớt mạch/ Tổng số lần chiếm mạch thành công
(TCDR= Total TCH Drops/ Total TCH Seizures)
Tổng số lần chiếm mạch ở đây có thể xuất phát từ bất cứ nguyên nhân nào, kể cả Handover
Rớt mạch có thể do nhiều nguyên nhân khác nhau, và khi loại trừ nguyên nhân từ máy di động, chúng ta có thể xác định một số nguyên nhân chính như sau:
• Do bị nhiễu quá nhiều hoặc do chất lượng kênh truyền quá thấp;
• Do tín hiệu quá yếu;
• Do lỗi của hệ thống chẳng hạn như phần cứng trục trặc;
• Do sử dụng các giá trị không chuẩn của các tham số BSS;
• Do không Handover được (thiếu neighbour cell chẳng hạn);
Nhằm dễ dàng hơn cho công tác kỹ thuật, TCDR được phân ra làm hai đại lượng mới:
Rớt mạch do lỗi hệ thống (TCDR-S) là tham số phản ánh tất cả các lỗi phát sinh từ hệ thống như phần mềm và transcoder, được tính theo tỷ lệ phần trăm trên tổng số lần rớt mạch Một hệ thống hoạt động hiệu quả thường có tỷ lệ này rất thấp, thường chỉ khoảng 2-5% tổng số lần rớt mạch.
Rớt mạch do lỗi tần số vô tuyến RF (TCDR-R) là một chỉ số quan trọng, bao gồm tất cả các lỗi như mức tín hiệu kém, chất lượng tín hiệu thấp, nhiễu quá mức và tình trạng handover không đạt yêu cầu Tỷ lệ phần trăm của những lỗi này được tính trên tổng số lần rớt mạch, góp phần đánh giá hiệu suất mạng di động.
2.2.5 Tỷ lệ nghẽn mạch TCH (TCH Blocking Rate - TCBR)
TCBR được hiểu là tỷ lệ các yêu cầu cung cấp kênh thoại không thành công do nghẽn kênh thoại, tức là không có kênh TCH nào còn trống, so với tổng số lần hệ thống yêu cầu cung cấp kênh thoại.
TCBR = Tổng số lần bị nghẽn / Tổng số lần yêu cầu đường thông
(TCBR = Total blocks / Total TCH attempts)
Tỷ số nghẽn mạch phản ánh mức độ tắc nghẽn tại từng cell hoặc toàn hệ thống, với tỷ số cao cho thấy khó khăn trong việc thực hiện cuộc gọi Tuy nhiên, tỷ số này không chính xác với yêu cầu lưu lượng mạng, vì người dùng có thể thử nhiều lần để thực hiện một cuộc gọi ngắn Điều này làm tăng nhanh tỷ lệ nghẽn mạch, vượt xa thực tế Để đánh giá chính xác hơn, cần sử dụng đại lượng cấp độ phục vụ GoS Nếu tỷ lệ TCBR cao tại một số cell mà không rõ nguyên nhân, nên tham khảo thêm các đại lượng Maxbusy và Congestion time cho cell đó.
Maxbusy: Số kênh lớn nhất bị chiếm tại cùng một thời điểm
Congestion time: Tổng số thời gian mà toàn bộ số kênh bị chiếm hết (Tổng số thời gian nghẽn)
Lưu lượng và Grade of Service (GOS):
Lưu lượng mang bởi hệ thống trong khoảng thời gian t được định nghĩa như sau:
T là thời gian đàm thoại trung bình n số cuộc gọi trong khoảng thời gian t Đơn vị của lưu lượng được tính bằng Erlang (E), nếu như thay t600, ta có
Một cách hoàn toàn đơn giản, ta có thể tính lưu lượng như sau:
C = Tổng thời gian chiếm mạch/ Thời gian đo
Lưu lượng hệ thống phản ánh hoạt động của mạng di động Khi lưu lượng của một cell giảm bất thường, điều này có thể chỉ ra rằng vùng phủ sóng của cell đã bị thu hẹp do giảm công suất hoặc hỏng anten, hoặc một nhóm thu phát trong cell không hoạt động.
Lưu lượng của hệ thống có mối quan hệ chặt chẽ với tỷ lệ nghẽn TCH (TCBR) Khi lưu lượng vượt qua một ngưỡng nhất định, tỷ lệ TCBR tăng nhanh chóng Tuy nhiên, trong một số trường hợp, tỷ lệ TCBR vẫn cao ngay cả khi lưu lượng thấp, đặc biệt khi một số khe thời gian trong cell không hoạt động.
Giờ bận của hệ thống bảo hiểm (BH) được xác định là thời điểm có lưu lượng lớn nhất Để thiết kế một hệ thống hiệu quả đáp ứng tốt yêu cầu về lưu lượng, người ta thường dựa vào số liệu thống kê trong giờ bận.
Trong một hệ thống với số lượng kênh thoại hạn chế, khi số thuê bao tăng lên và lưu lượng tăng cao, xác suất nghẽn mạch cũng gia tăng Khi lưu lượng vượt qua ngưỡng cho phép, tình trạng nghẽn mạch trở nên không thể chấp nhận Để đánh giá chính xác mức độ nghẽn mạch, người ta sử dụng chỉ số “Cấp độ phục vụ - GOS”.
GOS, hay tỷ lệ nghẽn mạch, được định nghĩa là xác suất một thuê bao không thể thực hiện cuộc gọi do tình trạng nghẽn mạch trong khu vực có lưu lượng xác định Lưu lượng xác định ở đây được hiểu là mức lưu lượng mà hệ thống có khả năng xử lý trong giờ cao điểm mà không gặp phải tình trạng nghẽn mạch.
Người ta có thể tính GOS cho một hệ thống với t - kênh và A - “lưu lượng xác định” như sau:
"Lưu lượng xác định" thường được coi là khái niệm trừu tượng, khó có thể đo lường chính xác, trong khi "lưu lượng thực" chỉ có thể được xác định qua các kênh thoại Do đó, để tính toán "lưu lượng xác định" A, người ta áp dụng các phương pháp cụ thể nhằm đưa ra con số ước lượng.
A = C*(1+GOS) Trong đó C - lưu lượng đo được trên hệ thống
Để tính GOS, trước tiên cần giả sử A = C Dựa vào công thức (*) có thể xác định được giá trị GOS1.
