khảo sát hệ thống thông tin di động gsm

Mạng viễn thông ở Việt Nam cũng không ngừng phát triển đi lên từ 2G sang 2.5G và sự ra đời của các công ty viễn thông sử dụng hệ thống CDMA tân tiến của thế giới đã góp phần làm phong ph

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

NGÀNH ĐIỆN TỬ VIÊN THÔNG

KHẢO SAT Ht THONG THONG TIN

DI DONG GSM

Ths NGUYEN TAN NHAN

DO THI QUE NHU

10101137 Đ01ĐT4

TAƯỠNG ĐHDL ~ KTCNÌ

THƯ VI EN

n

số (1U _—- een meres ah A

Tp HO CHi MINH THANG 1 NAM 2006

Khảo sát hệ thống thông tin di động GSM

MỤC LỤC

_ CHUONG I TONG QUAN VE HE THONG DI DONG GSM

I Khai quat vé hệ thống thông tin di động GSM

1 Lịch sử phát triển và sự ra đời của hệ thống thông tin di động

2 Các đặc tính cơ bản của hệ thống thông tin di động

4 Hệ thống con OMS khai thác và bảo dưỡng mạng

4.1 Khai thác và bảo dưỡng mạng 4.2 Quản lý thuê bao

4.3 Quản lý thiết bị đi động

IH Quản lý vùng hoạt động của GSM

1 Phân chia theo tế bào (cell)

2 Phan chia vung dinh vi LA (Location Area)

3 Phân chia vùng phục vụ MSC/VLR

4 Phân chia theo vùng mạng PLMN

KỸ THUẬT VÔ TUYẾN TRONG GSM

I Đa truy xuất vô tuyến

1 Đa truy xuất phân chia theo tần số FDMA

2 Đa truy xuất phân chia theo thời gian TDMA

Khảo sát hệ thống thông tin đi động GSM

4 Kỹ thuật thu phát song công theo tần số FDD

II Phan chia tan số

1 Các kênh lưu lượng

2 Kênh điều khiển

2.1 Kênh điều khiển quảng bá (BCH) 2.2 Kênh điều khiển chung (CCCH)

2.3 Kênh điều khiển dành riêng (DCCH)

3 Kênh quảng bá tế bào (CBCH - Cell Broadcast Channel)

VI Cấu trúc cụm

Cụm bình thường (NB: Normal Burst)

Cụm hiệu chỉnh tần số (EB: Frequency Correction Burst)

Cụm đồng bộ (SB: Synchronization Burst)

Cụm truy nhập ngẫu nhiên (AB: Random Access Burst)

Cụm giả (DB: Dummy Burst)

VIL Các tổ hợp kênh trong GSM

2 Một số giao diện khác trong GSM

2.1 Giao điện AbIs (Abis Inteface)

I Cap nhat vi tri

Khảo sát hệ thống thông tin đi động GSM

IV Cuộc gọi từ thuê bao cố định (PSTN) đến MS

VI Giải phóng cuộc gọi (MS khởi tạo sự giải phóng)

VII Thủ tục chuyển giao

1 Chuyển giao giữa 2 ô thuộc cùng BSC

2 Chuyển giao giữa hai ô thuộc hai BSC khác nhau

3 Chuyển giao giữa các ô thuộc tổng đài khác nhau

VIII Chuyển vùng (Roaming)

NHIEU , CAC GIẢI PHÁP KHỬ NHIÊU VÀ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG

TIN HIEU TRONG HE THONG

Il Cac loại nhiễu

1 Nhiễu trong hệ thống

1.1 Nhiễu ngoại 1.2 Nhiễu nội 1.3 Điện áp nhiễu

1.4 Méo hài

1.5 Méo quá điều chế

1.6 Tỷ số công suất tín hiệu trên nhiễu

2 Nhiéu ky tu (ISI- Inter Symbol Interference)

3 Nhiéu đồng kénh (CCI — Co Channel Interference)

4, Nhiéu kénh lan can (ACI — Adjacent Channel Interference)

5 Nhiéu Fading

—® Phân bốfading Rayleigh

e Phan bé fading Ricean

e Fading logarit chudn

IH Các giải pháp khử nhiễu và nâng cao chất lượng tín hiệu

Khảo sát hệ thống thông tin di động GSM

2.2 Phân tập tần số

2.3 Phân tập thời gian

3 Mã hóa đường truyền (Channel coding)

e Mã hóa vòng xoắn

4 Điều khiển công để giảm nhiễu

CHƯƠNG V

CAC PHUONG AN NANG CAO DUNG LUGNG HE THONG GSM

II Quy hoach cell trong théng tin di động

III Chia tach cell

IV Sectoring

VỊ Kỹ thuật phân vùng cell

CHƯƠNG VI

XU HUGNG PHAT TRIEN CHO MANG VINAPHONE

e Thiết bị cung cấp dịch vụ SMS

II Triển khai hệ thống GPRS cho mạng VinaPhone

1 Các mạng di động tại Việt Nam

2 Hién trạng mạng điện thoại di động Vinaphone

2.1 Thiết bị của hệ thống

2.2 Các dịch vụ của mạng VinaPhone

2.3 Dự báo phát triển thuê bao của mạng

3 Triển khai dịch vụ GPRS cho mạng Vinaphone

3.1 Mục đích triển khai dự án GPRS

3.2 Cấu hình tổng quát hệ thống GPRS:

3.4.2 Open Mobile Internet Platform(OMIP)

IV Mội số tính năng đã đạt được ở thế hệ hai cộng

V Mội số yêu cầu chung đối với hệ thống thông tin di động thế hệ ba

LỜI NÓI ĐẦU

As

Từ khi có điện thoại di động, thời đại hoà mạng bắt đầu và người ta có thể “gặp” nhau

mọi lúc mọi nơi Bất kể không gian và thời gian chỉ cần bấm số và “Alô”, lúc nào cũng

có thể liên lạc với mọi người mà không bị mất thông tin và tin tức về mọi mặt được cập nhật một cách dễ dàng

Không phải ngẫu nhiên mà đa số mọi người khi được hỏi đến vật bất ly thân của bạn

là gì đều trả lời duy nhất là “điện thoại di động” Điện thoại di động là một tiện ích cực

kỳ quan trọng

Khi dùng điện thoại di động khách hàng ngoài việc yêu thích điện thoại thời trang còn

quan tâm đến phần mềm và chức năng của máy, nhất là sự hỗ trợ của mạng và chất lượng

dịch vụ của mạng đó Máy điện thoại có thể thay đổi một cách dễ dàng mà không ảnh

hưởng gì đến thông tin liên lạc nhưng chọn mạng là một vấn để rất quan trọng VD: điều

gì sẽ xảy ra nếu bạn đang dứng ở một vùng mà không bắt được sóng, sóng yếu, chập chờn

hay không truy nhập được vào mạng do mạng quá tải

Chọn lựa mạng chính là chọn lựa dịch vụ, lựa chọn bạn đồng hành nên độ phủ sóng và

chất lượng phủ sóng vô cùng quan trọng Bên cạnh đó là chất lương cộng thêm, dịch vụ

chăm sóc khách hàng

Điện thoại đi động vượt hơn tầm của một món trang sức rất nhiều vì nó có thể coi như

một phương tiện hỗ trợ trong công việc, tinh thần và để được như vậy thì phải có sự hỗ

trợ của mạng

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và các mặt của đời sống, kỹ thuật viễn

thông cũng ngày càng phát triển để đáp ứng các nhu cầu thông tin liên lạc của mọi người Với sự ra đời của nhiều thế hệ viễn thông khác nhau như GSM thế hệ 2G, 2.5G kỹ thuật

CDMA và ngày nay là kỹ thuật 3G đã phần nào làm hài lòng người sử dụng và phục vụ

tốt cho nhiều nhu cầu khác nhau cũng như những đồi hỏi khó khăn nhất

Mạng viễn thông ở Việt Nam cũng không ngừng phát triển đi lên từ 2G sang 2.5G và

sự ra đời của các công ty viễn thông sử dụng hệ thống CDMA tân tiến của thế giới đã góp phần làm phong phú hơn và đa dạng hơn trong hệ thống thông tin di động

Ở luận văn này, em xin giới thiệu về hệ thống thông tin đi động GSM Luận văn được chia làm 6 chương

e_ Chương 1: Tổng quan về hệ thống di động GSM

e Chương 2: Kỹ thuật vô tuyến trong GSM

e_ Chương 4: Các giải pháp khử nhiễu và nâng cao chất lượng tín hiệu trong hệ thống

e_ Chương 6: Xu hướng phát triển cho mạng VinaPhone.

Associated Control Channels Broadcast Control Channel

Base Station Controler

Base Station Subsystem Base Station Idetity Code

Base Transceiver Station Burst Period

Broadcast Channel

Base Station Colour Code

Cellular Broadcast Channel

Calling Controler

Connection Confirm

Co Channel Interference Common Control Channel

Conference of European Postal and Telecommunications Administration Code and DECode

Code Division Multiple Access

Control Channel

Connection Management Connection Request Carrier-to-Interference ratio

Dummy Burst Dedicated Control Channel DeMultiplexer

Data Terminal Equipment

Cum truy cap Trung tâm nhận thực Kênh cho phép truy cập

Bộ chuyển đổi từ tương tự

sang số

Kênh điều khiển liên kết

Kênh quảng bá điều

khiển

Bộ điều khiển trạm gốc Phân hệ trạm gốc

Mã nhận dạng trạm gốc Trạm vô tuyến gốc

Chu kỳ cụm

Kênh quảng bá

Mã mẫu trạm gốc

Kênh quảng bá cell

Bộ điều khiển cuộc gọi Bản tin xác nhận nối thông

Nhiều kênh cùng tần số Kênh điều khiển chung

Hội nghị Bưu chính và

Viễn thông châu Âu

Mã hóa và giải mã

Đa truy cập phân chia theo mã

Kênh điều khiển

Quản lý nối thông Bản tin yêu cầu nối thông

Tỷ số sóng mang trên nhiễu

European Telecommunications Standards Institute

Flag Frequency Division Multiple Access

Fast Associated Control Channel

Frequency Correction Burst Frequency Correction Channel Frequency Division Duplex

Frame Number

Gate MSC, Gateway MSC Guard Part

Global System for Mobile Communications

Global Postion System

Home Location Register

Idle Identifier Improved Mobile Telephone System

International Mobile Subscriber Identity

International Mobile Equipment Identity

Integrated Service Digital Network

Viện tiêu chuẩn viễn

thông châu Âu

Cờ, bit cd

Đa truy cập phân chia

theo tần số Kênh điều khiển liên kết nhanh

Cụm hiệu chỉnh tần số Kênh hiệu chỉnh tần số

Thu phát song công theo

Mobile Station Mobile Management Mobile Equipment Mobile Service Switching Center Metropolitan Statistical Area Mobile Termination

Mobile Telephone System Mobile Country Code Mobile Network Code Mobile Station Identification Number Mobile Station Roaming Number

Normal Burst Network Management Center

Operation Administration and

Maintenance

Operation and Maintenance Center Operation and Support Subsystem

Paging and Access Grand Channel

Personal Communication System Paging Channel

Personal Digital Cellular

Public Land Mobile Network Personal Identity Number

Packet Switch Public Data Network

Public Switched Telephone Network

Phần thiết bị máy di động Tổng đài di động

Slow Associated Control Channel Synchronization Burst

Synchronization Channel Stand alone Dedicated Control Channel

Subscriber Identity Module Subscriber Number

Space division Multiple Access

Terminal Adapter

Traffic and Associated Channel Traffic Channel

Traffic Channel at Fullrate

Traffic Channel at Haft rate Traffic Channel at Eighth rate Time Division Multiple Access

Time Division Duplex

Terminal Equipment Temporary Mobile Subscriber Identity

Telecommunication Management Network

Time Slot Number Transcoder/Rate Adaptor Unit

Transceiver Aplifier for Radio Transmission

Visitor Location Register

Kênh truy cập ngẫu nhiên Quản lý tài nguyên vô tuyến -_ Máy thu

Kênh điều khiển liên kết chậm

Cụm đồng bộ

Kênh đồng bộ

Kênh điều khiển dành riêng đứng một mình Module nhận dạng thuê bao

Số thuê bao

Đa truy cập phân chia không gian

Bộ thích ứng đầu cuối Kênh lưu lượng và liên kết

Kênh lưu lượng

Kênh lưu lượng toàn tốc Kênh lưu lượng bán tốc Kênh lưu lượng toàn tốc

Đa truy cập phân chia theo thời gian

Thu phát song công theo thời gian

Thiết bị đầu cuối

Nhận thực thuê bao di động tạm thời

Mạng quản lí viễn thông

Số của khe thời gian Đơn vị thích ứng tốc độ

và chuyển mã Máy thu phát

Máy phát (vô tuyến)

Bộ ghi định tạm trú

Cấu trúc 1 cell Phân bố các cell

Phân chia vùng phuc vu LA Phân chia vùng phục vụ Phân chia theo vùng mạng

Đa truy xuất phân chia theo tần số

Đa truy xuất phân chia theo thời gian TDMA

Đa truy xuất kết hợp TDMA/FDMA Cấp phát 1 cặp băng tần Uplink và Downlink

Đường xuống và đường lên lệch nhau 3 khe thời gian

Băng tần cơ bản D-900

Băng tần DCS-1800 Băng tân DCS-1900

Phân bố kênh tần số tại Việt Nam Cấu trúc khung

Đa khung lưu lượng

Đa khung 51 khung cho kênh điều khiển CCH

Các kênh logic

Cấu trúc các cụm Cấu trúc cụm bình thường

Tổ hợp kênh TCH toàn tốc

Tổ hợp kênh TCH bán tốc

Tổ hợp điều khiển Cấu trúc khung sử dụng cho tổ hợp 5

Tổ hợp 6

SVTH : ĐỖ THỊ QUẾ NHƯ 10 GVHD : Ths NGUYEN TẤN NHÂN

Quá trình cập nhật định vị MS Quá trình nhận thực và mật mã

Quá trình nhận dạng thiết bị Quá trình cuộc gọi từ thuê bao cố định đến MS Quá trình cuộc gọi từ MS đến thuê bao cố định Quá trình giải phóng cuộc gọi (từ MS)

Sơ đồ chuyển giao của MS Chuyển giao giữa 2 ô thuộc 1 BSC Chuyển giao giữa 2 ô thuộc 2 BSC khác nhau Chuyển giao giữa 2 ô thuộc 2 MSC khác nhau

Các nguồn nhiễu tác động lên hệ thống

Đường truyền sóng đa đường

Khoảng cách giữa 2 cell sử dụng cùng tần số

Nhầy tần

Nguyên lý đan xen

Mã hóa khối và mã hóa vòng xoắn cho kênh toàn tốc

Sử dụng lại tần số ở các cell có khoảng cách D

Các mẩu tái sử dụng tần số

Chia tách cell

Nhờ anten dải quạt mà giảm can nhiễu (so sánh với hình 5 — 2)

Các cell cùng tân số của 6 mảng mẫu liển kể bao quanh

Chương l: Tổng quan về hệ thống di động GSM

TONG QUAN VE HE THONG DI DONG GSM

I Khái quát về hệ thống thông tin di động GSM:

1 Lịch sử phát triển và sự ra đời của hệ thống thông tin di động:

- _ Trong quá trình phát triển của xã hội loài người, thông tin liên lạc luôn là nhu cầu cần thiết và đóng vai trò quan trọng trong đời sống xã hội Để đáp ứng các nhu cầu này, khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực thông tin đã cố gắng đưa ra nhiều hình thức

liên lạc ngày càng tiện nghi hơn, chất lượng tốt hơn

- Năm 1890 BELL đã mở ra một kỷ nguyên mới trong lĩnh vực thông tin Ông đã giới thiệu một phương pháp thông tin liên lạc bằng hệ thống điện thoại công cộng

- - Năm 1946 mạng điện thoại vô tuyến đầu tiên được thử nghiệm tai ST.Louis, bang

Issouri nước MỸ Mặc dù hệ thống này còn nhiều hạn chế về chất lượng, dung

lượng, giá thành nhưng vẫn được xem là một thành công đáng ghi nhận

- _ Sau những năm 50, với việc phát minh ra chất bán dẫn mà trong lĩnh vực thông tin

di động cũng có ảnh hưởng đáng kể Ứng dụng các linh kiện bán dẫn vào thông tin

di động đã cải thiện được một số nhược điểm mà trước đây chưa làm được

- - Trong nhữrjg năm 70, việc kết hợp được vùng phủ sóng riêng lẻ trong mạng điện thoại đi động là một bước tiến quan trọng Nhờ vào thành tựu này mà những khó

khăn về dung lượng được giải quyết phân nào Và cũng từ đây xuất hiện một thuật

ngữ mới là “thông tin di động tế bào”

- Nam 1979, mạng điện thoại di động AMPS (advance mobile phone service) phục

vụ thương mại đầu tiên được giới thiệu tại Chicago nước Mỹ

- Năm 1981, các nước Bắc Âu cũng thành lập một mạng điện thoại di động NMT

(Nordic mobile telephone) Một điều đáng lưu ý là cho đến thời điểm này các thiết

bị đầu cuối di động chỉ là những thiết bị gắn trên xe hơi, kích thước lớn, cổng kểnh

và giá thành cao

- _ Năm 1982, theo dé nghị của các nước Bắc âu, Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu âu

(ETSI) đã đưa ra một số tiêu chuẩn chung cho lĩnh vực thông tin di động Các tiêu

chuẩn này cũng được ITU áp dụng cho lĩnh vực di động toàn cầu nên có tên gọi là GSM Đến năm 1995, những quy định cụ thể cho GSM được quyết định, bao gồm :

Chương 1: Tổng quan về hệ thống di động GSM

câu) với tiêu chuẩn thông số toàn châu âu mới sẽ giải quyết được những hạn chế

về dung lượng hiện nay Thực chất dung lượng sẽ tăng 2-3 lần nhờ việc sử dụng

tân số tốt hon và kỹ thuật ô nhỏ, do vậy thuê bao phục vụ sẽ tăng lên

- - Ngoài ra nó còn tính năng lưu động, bạn có thể đem máy di động của mình khi đi

du lịch và sử dụng ở một nước khác Hệ thống tự động cập nhật thông tin về vị trí

của bạn chọ hệ thống tại nhà bạn Bạn cũng có thể gọi đi và nhận cuộc gọi đến mà

người gọi không cân biết vị trí của bạn Hơn nữa, tiêu chuẩn GSM còn cung cấp một số tính năng như thông tin tốc độ cao, faxcimili, dịch vụ thông báo ngắn và

đặc biệt là truy cập internet theo công nghệ WAP Các máy điện thoại di động sẽ

ngày càng nhỏ hơn và ít tiêu thụ công suất hơn các thế hệ trước

- Ở Việt Nam, từ 1993 công ty Mobifone (VMS) đã đưa GSM vào khai thác Và đến

năm 1996 mạng GSM thứ 2 do công ty Vinaphone cung cấp cũng được đưa vào sử

dụng Hiện nay cả 2 hệ thống này đã phủ sóng khắp cả nước và có số thuê bao

nhiều nhất ,

2 Các đặc tính cơ bản của hệ thống thông tỉn di động :

- _ Phải cung cấp các dịch vụ như mạng điện thoại cố định

- - Phải cung cấp các dịch vụ đặc thù cho mạng đi động

=> Để đảm bảo thông tin mọi lúc mọi nơi

Để đảm bảo được các chức năng nói trên các mạng thộng tin di động phải đảm bảo

một số đặc tính cơ bản chung sau đây :

e Sử dụng hiệu quả băng tần được cấp phát để đạt được dung lượng cao do hạn chế của dãy tần vô tuyến sử đụng cho thông tin di động

e Đảm bảo chất lượng truyền dẫn yêu cầu Do truyền dẫn được thực hiện bằng

vô tuyến là môi trường truyền dẫn hở nên tín hiệu dễ bị ảnh hưởng của nhiễu

và pha đỉnh do đó các hệ thống thông tin di động phẩ¡i có khả năng hạn chế tối

đa các ảnh hướng này Ngoài ra, để tiết kiệm băng tần ở mạng thông tin số chỉ

có thể sử dụng các codec tốc độ thấp Nên phải thiết kế các codec này theo

công nghệ đặc biệt để được chất lượng truyền dẫn cao

e Đảm bảo an toàn thông tin tốt nhất Môi trường vô tuyến là môi trường dé bi nghe trộm và sử dụng trộm đường truyền nên cần phải có biện pháp để đảm

bảo an toàn thông tin Để đảm bảo quyển lợi của người thuê bao, cần giữ bí

mật số nhận dạng thuê bao và kiểm tra tính hợp lệ của người truy nhập mạng

MS - Mobile Station EIR - Equipment Identity Register

OMC ~ Operations and Maintenance Centre

PSTN ~ Public Switched Telephone Network

MS là thiết bị thu phát cá nhân do người đăng ký thuê bao trực tiếp sử dụng MS

có thể là điện thoại di động cầm tay, máy điện thoại xách tay hoặc gắn trên xe hơi

Đối với hệ thống GSM, một MS gồm thành phần ME và SIM :

ö°o ME là thiết bị cứng thực hiện chức năng thu phát tín hiệu ME trở thành MS khi SIM card được chèn vào trong ME Nếu không có SIM, ME không thể thực hiện

được bất cứ dịch vụ nào trừ trường hợp gọi khẩn cấp Mỗi ME được nhận dạng riêng bằng số định nghĩa thiết bị duy nhất (Số TMEI ) được lưu trữ bên trong

động và một số thông tin của mạng Trong quá trình hoạt động, MS sẽ sử dụng các

thông tin cõ sẵn trong SIM Thông tin lưu trữ trong SIM gồm :

| 1 IMSL : Số thuê bao quốc tế

TMRI : Số thuê bao tạm thời

Chương 1: Tổng quan về hệ thống di động GSM

mạng qua giao diện vô tuyến, MS phải cung cấp giao diện với người sử dụng, một giao điện với thiết bị đầu cuối khác Giao diện với người sử dụng thể hiện ở

MICRO, loa, màn hình, bàn phím v v Như vậy, ta nhận thấy MS có 3 chức năng:

1 Thiết bị đầu cuối : để thực hiện các nhiệm vụ của người sử dụng (thoại, fax,

số liệu .)

2 Kết cuối di động : để thực hiện truyền dẫn ở giao điện vô tuyến vào mạng

3 Thích ứng đầu cuối : Bộ thích ứng đâu cuối trong MS có vai trò cửa nối thông thiết bị đầu cuối với khối kết cuối di động

2 Hệ thống con BSS :

Hình 1-3 Hệ thống BSS

Có thể nói BSS là một hệ thống các thiết bị đặc thù riêng cho các tính chất tổ ong

vô tuyến của GSM Nó có chức năng là tạo ra vùng hoạt động cho thuê bao di động và

thực hiện truyện dẫn thông suốt tín hiệu BSS gồm có 2 thành phần như sau :

2.1 Trạm thu phát gốc BTS :

o Mét BTS bao gồm các thiết bị thu phát, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao

diện vô tuyến Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU ( Transcoder/Rate

Adaptor Unit: khối chuyển đổi mã và tốc độ )

o TRAU thực hiện quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho hệ thống di động và thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu TRAU là 1 bộ

phận của BTS nhưng trong nhiều trường hợp nó được đặt giữa BSC và MSC

BSC có nhiệm vụ quần lý tất cả giao điện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển

từ xa của BTS:và MS Các lệnh này chủ yếu là các lệnh ấn định, giải phóng kênh vô

tuyến và quản lý chuyển giao (handover) Một phía BSC được nối với BTS còn phía

kia nối với MSC Trong thực tế BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng

kể Chức năng chính của BSC là điều khiển các hoạt động của BTS như: quản lý tài

khiển nhiều BTS tuỳ theo lưu lượng của các BTS này Với chức năng này, một BSC co

thể xem là ere chuyển mạch báo hiệu

3.1 Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSC:

MSC có nhiệm vụ tìm đường và kết nối cuộc gọi, giao tiếp với mạng bên ngoài

PSTN, ISDN, PLMN, MSC giao tiếp với mạng ngoài gọi là MSC cổng Đây là nơi duy nhất thực hiện chức năng chuyển mạch cuộc gọi trong hệ thống Ngoài ra MSC con tổng hợp số liệu của các cuộc gọi để tham gia quản lý cước phí của thuê bao

©_ MSC thường là tổng đài lớn điểu khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm

gốc BSC |

o_ Để kết nối MSC với các mang khác cần phải thích ứng một số đặc điểm truyền

dẫn của GẮM với các mạng đó Các thích ứng này được gọi là chức năng tương tác IWF ( Interworking function ) Đảm trách IWF là thiết bị thích ứng giao thức và

truyền dẫn IWF có thể được thực hiện kết hợp trong MSC hay có thể được thực hiện ở thiết bị riêng

thông tin lựu trữ trong HLR do người khai thác mạng cập nhật vào Thông tin này

không cho biết vị trí hiện tại cụ thể của thuê bao đi động mà chỉ cho biết VLR mà

thuê bao đang hiện diện

o_ Các thông tin lưu trữ trong HLR gồm :

Chương 1: Tổng quan về hệ thống di động GSM

1 IMSI: sé dinh nghia thué bao di déng quéc tế

2 K¿ : khóa nhận thực thuê bao

3 VLR hiện tại của thuê bao

4 Các dịch vụ của thuê bao di động

5 MSRN : số chuyển vùng của thuê bao đi động

o_ Một chức nặng của HLR là nhận dạng trung tâm nhận thuc AUC

3.3 Thanh ghi định vị tạm trú VLR :

o VLR ( Visitor location register ) là cơ sở dữ liệu chứa thông tin của MS Thông tin

này cho biết vị trí hiện tại của MS, trạng thái của MS thông tin cập nhật trong

HLR một cách tự động thông qua thủ tục cập nhật vị trí của thuê bao Thông tin trong VLR eS tính cách tạm thời, nó thay đổi khá thường xuyên Ngoài ra VLR

tham gia việc kiểm tra nhận thực một thuê bao có đủ điều kiện truy cập vào mạng

hay khong |

o_ Các thông tin lưu trữ trong HLR gồm:

1 Trạng thái của thuê bao(tắt,mở,bận .)

2 Số LAI hiện tại của thuê bao

3 Số thuê bao tạm thời

4 MSRN:số chuyển vùng của thuê bao di động

3.4 MSC cổng, GMSC:

o Mạng thông tin di động có thể chứa nhiều MSC, VLR, HLR Để thiết lập cuộc gọi liên quan nh GSM trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến một tổng đài cổng

thuê bao VÀ định tuyến cuộc gọi đến MSC nào hiện thời đang quản lý thuê bao đang xét Cụ thể là GMSC dựa vào số danh bạ của thuê bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này GMSC có giao diện với mạng bên ngoài để kết nối với

tác với HÀ Hàn tử khác của SS GMSC không phải luôn luôn đứng riêng, mà do

tính kinh 4 cần thiết của mang nên GMSC thường được kết hợp với MSC

3.5 Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR:

EIR (equipment indentity register) dùng để quản lý thiết bị đi động ME Thông tin

lưu trữ trong EIR chính là các số định nghĩa thiết bị di động EIR nối đến MSC qua

SVTH : ĐỒ THỊ QUẾ NHƯ 19 GVHD : Ths NGUYEN TAN NHAN

OMS thuc chất là một mạng máy tính được nối với các thành phần trong hệ thống

để thực hiện chức năng điều hành và bão dưỡng hệ thống Một OMS gồm có các

4.1 Khai thác và bảo dưỡng mạng :

mạng như : ‘tai của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao ( handover ) giữa 2ô Nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng của dịch vụ

mà cung cấp cho khách hàng và kịp thời xử lý các sự cố Khai thác cũng bao gồm

chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai để tăng vùng phủ Việc thay đối mạng có thể thực hiện ' mềm” qua báo hiệu (thay đổi thông số handover để thay đổi biên

giới tương đối giữa 2 ô ) hoặc thực hiện cứng đòi hồi sự can thiệp tại hiện trường

( bổ sung thêm dung lượng truyền dẫn hay lắp đặt trạm mới BTS)

đại có khả năng phát hiện một số sự cố thông qua tự kiểm tra Trong nhiều trường hợp người ta dự phòng cho thiết bị để thiết bị hư hỏng có thể thay thế tự động bằng các thiết bị dự phòng

(Telecommunication Management Network: mạng quản lý viễn thông) Lúc này

một mặt hệ thống quản lý và bảo đưỡng được nối đến các phân tử của mạng viễn

thông (các MSC, BSC, HLR và các phần tử mạng khác trừ BTS, vì thâm nhập đến

BTS được thực hiện qua BSC) Mặt khác, hệ thống khai thác và bảo dưỡng được

nối đến một máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp theo tiêu chuẩn GSM gọi là OMC

(operation and maintenance center : Trung tâm khai thác và bão dưỡng )

—

Chương 1: Tổng quan về hệ thống di động GSM

4.2 Quản lý thuê bao:

Việc quản lý đăng ký thuê bao bắt đầu từ việc nhập và xóa thuê bao, xác định dịch

vụ và tính năng bổ sung Quần lý thuê bao còn gồm việc tính cước Trong môi

trường di động, các MSC và GMSC đều tính cước cuộc gọi di động Tuy nhiên

mạng cần tập trung dữ liệu tính cước đối với mỗi thuê bao MS vào một trung tâm

và từ đó it đến thuê bao Quản lý thuê bao do HLR và một số thiết bị OMS chuyên dụng đảm trách, trong đó có các trạm công tác ( giao tiếp người - máy ) ở

các trung tâm giao dịch với thuê bao SIM cũng có vai trò quan trọng góp phần với

OMS dé quần lý thuê bao

4.3 Quản lý thiết bị di động :

Quản lý thiết bị đi động được đăng ký nhận dạng thiết bị EIR ( Equipment Identity

Register ) thực hiện

II Quan ly vùng hoạt động của GSM:

Do tính chất của các thuê bao di động là có thể đi chuyển từ nơi này sang nơi khác trong quá trình gọi và nhận tín hiệu Nên mạng di động phải được tổ chức theo một cấu trúc địa lý nhất định sao cho có thể theo dõi được vị trí của thuê bao

1 Phân chia theo tế bào (cell):

Đơn vị nhỏ nhất trong mạng là cell Trong một cell có một đài thu phát vô tuyến gốc (BTS) Do đặc tính của anten vô hướng phát đẳng hướng nên vùng phủ sóng mỗi dãi quạt

Chương 1: Tổng quan về hệ thống di động GSM

là 120, 3 dàng anten được bố trí lệch nhau 120° để vùng phủ sóng là mọi nơi Hình tròn

biểu thị vùng phú sóng của anten

Hình 1 -7 Hình phủ sóng của anten

Để hình thành 1 cell thi cần phải có thêm 6 đài phát khác đặt cách đều xung quanh với

cường độ thu phát là như nhau

Các vòng tròn giao nhau mà dây cung chung của vùng giao nhau là quỹ tích các vi tri

mà cường độ tín hiệu của hai anten bằng nhau Đây được gọi là đường biên của cell Tại đây cường độ tín hiệu đã suy giảm đến giá trị tối thiểu mà máy thu còn nhận được (độ

nhạy máy thu) Nối các đường biên lại ta được một hình lục giác đều, biểu thị vùng phủ

Chương 1: Tổng quan về hệ thống di động GSM

Do đặc tính t động của MS, mạng phải theo dõi MS liên tục để xác định rằng MS

hiện đang ở trong cell nào Có 3 phương án:

o Phuong 4n 1: MS phải thông báo cho PLMN mỗi khi MS chuyển sang cell mới Sự cập nhật vị| trí MS như vậy là ở mức cell Khi có cuộc gọi đến MS, thì BTS phát quảng bá trong pham vi 1 cell

PLMN, do do không cần sự báo cáo có mặt của MS về vị trí hiện thời thuộc về cell nào

© Phương án 3; Người ta kết hợp cả hai phương án trên bằng khái niệm vùng định vị

(LA), một phân cấp quản lý lãnh thổ gồm một nhóm cell liên thông nhỏ hơn toàn

bộ lãnh thổ mà PLMN quản lý Do đó, nếu MS chuyển động từ cell này sang một cell khác trong cùng một vùng định vị thì nó không phải thông báo gi cho PLMN,

và nếu MS chuyển động sang vùng định vị mới thì nó phải thông báo cho PLMN

về vùng định vị mới mà nó đang ở đó Khi có cuộc gọi đến MS thông điệp được

phát ra (broadcast) toàn bộ các cell của LA đang quản lý MS Trong mạng, vị trí của thuê bạo do LA khu vực của thuê bao nắm giữ Hệ thống có thể nhận dạng vùng định Vị bằng cách sử dụng số định danh LA được lưu thành thông số nhận

dạng vùng định vi (Location Area Identity —- LAI) Vùng định vị có thể bao gồm

một số cell và thuộc một hay nhiều BSC, nhưng chỉ thuộc một MSC

=

^ SVTH : DO THI QUẾ NHƯ 24 GVHD : Ths NGUYEN TAN NHAN >

Mỗi vùng phụ vụ MSC/VLR được quản lý các vùng định vị (LA) Để định tuyến một

cuộc gọi đến mét thué bao di động, đường truyền qua mạng sẽ được nối đến MSC đang phục vụ thuê bao di động cần gọi Ở mỗi vùng phục vụ MSC/VLR thông tin về thuê bao được ghi lại tạm thời ở VLR Thông tin này bao gồm hai loại:

o Thông tin về đăng ký và các dịch vụ của thuê bao

o Thông tin về vị trí của thuê bao (thuê bao đang ở LA nào)

Thông tin vùng phục vụ MSC/VLR cũng được theo dõi và lưu tại HLR

Trong một quốc gia có thể có nhiều vùng mạng viễn thông Hiện nay, hệ thống di động GSM ở nướé ta có 3 vùng mạng là: VinaPhone, MobiFone và Viettel Mobile Việc

gọi vào một vùng mạng nào đó phải được thực hiện thông qua tổng đài cổng (GMSC) Các vùng mạng di động được đại điện bằng tổng đài cổng GMSC Tất cả các cuộc gọi

đến một mạng di động từ một mạng khác đều được định tuyến đến GMSC Tổng đài này làm việc như một [ong đài trung kế vào cho mạng GSM/PLMN Đây là nơi thực hiện chức năng hỏi để định tuyến các cuộc gọi kết cuối ở trạm đi động GMSC cho phép hệ thống định tuyến các cuộc gọi vào từ mạng ngoài đến nơi nhận cuối cùng (các MS bị gọi)

SVTH : DO THI QUE NHU 26 GVHD : Ths NGUYEN TAN NHAN

Chương 2 : Kỹ thuật vô tuyến trong GSM

CHƯƠNG II

KỸ THUẬT VÔ TUYẾN TRONG GSM

I Da truy xuất vô tuyến:

Da truy xuat trong một hệ thống thông tin là việc nhiều phần tử trong mạng (gọi tắt là

các user) cùng chia sẻ một nguồn tài nguyên thông tin Tài nguyên thông tin ở đây là các

thiết bị cứng, là các phần mềm hay băng tần số Nếu các user truy xuất nguồn tài nguyên

thông tin bằng giao tiếp vô tuyến thì được gọi là đa truy xuất vô tuyến Trong lĩnh vực

thông tin di động, user là các thuê bao đi động MS và tài nguyên thông tin là các trạm thu

phát BTS, băng tần số Đa truy xuất trong thông tin di động cũng là một dạng đa truy xuất

vô tuyến |

Tuỳ theo cách thức chia sẻ nguồn tài nguyên thông tin mà tổn tại các phương pháp da

truy xudt khdc nhau (FDMA, CDMA, TDMA, PDMA, SDMA )

- FDMA ( Da truy xuat phân chia theo tần số ): phục vụ các cuộc gọi theo các kênh

tần số khác nhau

thời gian khác nhau

mã khác nhau

phân cực khác nhau của sóng vô tuyến

- SDMA ( Da truy xuất phân chia theo không gian ): phục vụ các cuộc gọi theo các

Chương 2 : Kỹ thuật vô tuyến trong GSM

1 Đa truy xuất đen chia theo tân số FDMA

channel bandwidth

Hình 2 — 1 Đa truy xuất phân chia theo tần số

chia ra thành nhiều băng tần nhỏ, mỗi băng tần nhỏ này được gọi là một kênh và

sẽ cấp phát cho một user truy xuất vào mạng Như vậy mỗi user sẽ truy xuất vào

mạng bằng các tần số khác nhau nên được gọi là đa truy xuất phân chia theo tần

số Trong hương pháp này, để phân biệt các user khác nhau thì phân biệt bằng tần

số làm việc của nó

e_ Để làm việc đúng với tần số đã được cấp phát, tại máy phát của mỗi user, mỗi

kênh tín hiệu được điều chế với sóng mang thích hợp để sao cho phổ tín hiệu sau

điều chế không chồng chéo lên nhau Tại máy thu sẽ thu chọn lựa kênh tín hiệu

chỉ định bằng một bộ lọc thông dãy tương ứng FDMA có thể được sử dụng cho tất

cả các phương pháp điều chế biên độ, điêu chế tần số, hay điều chế pha

e_ Phương pháp FDMA cho phép tất cả các user truyền dẫn liên tục, nó có ưu điểm là không cần thiết định thời đồng bộ và các thiết bị sử dụng khá đơn giản Tuy nhiên

vì do băng thông của tài nguyên rất hạn chế nên phương pháp này có dung lượng không cao và không linh hoạt trong việc phân phối kênh Ngoài ra trong FDMA

còn có một nhược điểm là rất dễ bị nhiễu xuyên kênh

e Trong di động GSM, FDMA được sử dụng bằng việc chia tần số thành các kênh có

độ rộng nụ Khz Trong thông tin đi động thế hệ 3 mỗi kênh có độ rộng 1250Khz

2 Đa truy xuất phân chia theo thời gian TDMA:

e_ TDMA là một phương pháp đa truy xuất mà các user thay phiên nhau truy xuất vào

nguồn thông tin theo các khoảng thời gian cho phép Để làm được việc này, thời

gian làm việc được chia thành nhiều khung nhỏ gọi là khung thời gian Mỗi khung

được chia thành các khoảng nhỏ hơn được gọi là các khe thời gian Mỗi khe thời

gian này sẽ của khung thực được được phân

Timesiot

Hình 2 — 2 Đa truy xuất phân chia theo thời gian TDMA

phát gián đoạn Ưu điểm của phương pháp này là user có thể sử dụng tần số giống nhau để truy xúât vào mạng, do đó hiệu quả sử dụng tần số được nâng lên và dung lượng của te thống tăng cao Ngoài ra vì có thể dễ dàng thay đổi được dung lượng truyền tải bằng việc thay đổi khoảng thời gian thu/phát, nên hệ thống này có ưu điểm là linh hoạt trong việc cấp phát kênh

GSM timestot (normal burst)

| abis 57 bits 1 26 dits4 S7 bits 3

4 Ky thuật thu phát song công theo tan sé FDD:

Trong hé thốn; mạng GSM sử dụng phương pháp thu phát song công phân chia theo

tần số vì nó có thể phân biệt các tín hiệu đường lên và đường xuống một cách dễ dàng bằng các bộ lọc

Khi một thuê bao yêu cầu kết nối mạng, hệ thống sẽ cấp một cặp băng tần cho đường

lên và đường xuống Khoảng cách giữa hai băng tần là 45 Mhz

Chương 2 : Kỹ thuật vô tuyến trong GSM

Tuy nhiên trạ n di động không thể truyền và nhận tín hiệu đồng thời, để thực hiện điểu này thì ở đường lên phải trễ một khoảng thời gian là 3 khe để tín hiệu ở một khe

được thưc hiện song công

Hình 2 - 5 Đường xuống và đường lên lệch nhau 3 khe thời gian

II Phan chia tần

Chương 2 : Kỹ thuật vô tuyến trong GSM

F„= 890 Mhz + (0,2 Mhz) x n n = 0,1,2, 124 Fy= Fy +45 Mhz

Bao gồm 125 kênh đánh số từ 0 đến 124, kênh 0 dành cho khoảng bảo vệ ở biên của

hệ thống nên không được sử dụng Vậy các kênh 1+124 được gọi là số kênh tân số vô tuyến tuyệt đối (Absolute Radio Fequency Channel Number - ARFCN)

n=ARFCN với I<n < 124 Trong đó:

trạm BTS

e Ƒ„ là tân số ở bán băng tân cao dành cho đường xuống (Downlink) từ tram

BTS đến MS

Như vậy với 1 kênh tần số bất kỳ sẽ có 2 băng tần cho đường lên (Uplink) và đường

xuống (Downlink) với khoảng cách là 45 Mhz

Dải thông tần một kênh vật lý là 200 Khz

e Fy, = F,, +45 Mhz

Vì ở Mỹ, băng tần 1800 Mhz dùng cho đường truyền vô tuyến điểm đến, nên Mỹ dịch

tần số hệ thống DCS-1800 lên thêm 100Mhz dé trở thành PCS-1900 (Công suất phát

đến kênh 81 cho kênh lưu lượng

e Mang Mobile Phone sử dụng từ kênh 84 đến kênh 124

Chương 2 : Kỹ thuật vô tuyến trong GSM

HIL.Các kênh vật lý:

tải thông i giữa trạm di động MS và trạm thu phát gốc BTS

nhỏ, mỗi bang tân nhỏ này được gọi là một kênh tần số

phương pháp phân chia theo thời gian Thời gian sử dụng tần số được tổ chức thành

các khung | DMA, mỗi khung có chiều dài 4,615ms và chia làm 8 khe thời gian

(TS) Một the thời gian có chiểu đài 577us Khi MS có nhu cầu truy xuất vào

mạng thì sẽ được cấp phát cho một khe thời gian để làm việc Mỗi khe thời gian

này gọi là một kênh vật lý

1 frame period

—— 4615ms ——

1 burst period (timeslot) = 0.577 ms

Hinh 2 - 10 Cau tric khung

© Như vậy, một tần số trong GSM có 8 kênh vật lý, mỗi MS khi hoạt động chỉ sử dụng một kênh vật lý để truyền tín hiệu

IV Cấu trúc đa khung, siêu khung, siêu siêu khung:

Về mặt thời gian các kênh vật lý ở mỗi kênh tần số được tổ chức theo cấu trúc khung

(Hyperframe) Một siêu siêu khung có độ đài là 3 giờ 28 phút 53 giây 760 ms Các khung

TDMA được đánh số FN (Frame Number - Số khung) trong siêu siêu khung từ 0 đến

2.715.647 Một siệu siêu khung được chia thành 2048 siêu khung, mỗi siêu khung có độ

đài là 6,12 s Mỗi siêu khung được chia thành các đa khung Có hai loại đa khung:

e Đa khung 26 khung (51 đa khung trên một siêu khung) có độ dài 120 ms và chứa

26 khung Các đa khung này sử dụng cho các kênh TCH, SACCH và FACCH

Chương 2 : Kỹ thuật vô tuyến trong GSM

Framing Scheme.in GSM (Traffic Channels)

Hình 2 - 11 Đa khung lưu lượng

Đa khung 51 khung (26 đa khung trên một siêu khung) có độ dài 235,4 ms và chứa

Framing Scheme in GSM (Controi Channels)

H

1]2]3] 5/6] 7/8] Frame: 4.615 ms Ts 1 Data (57; ral gp} Slot: S77 ps

nh 2 —12 Đa khung 51 khung cho kênh điều khiển CCH

Chương 2 : Kỹ thuật vô tuyến trong GSM

Sự kết hợp các đa khung:

Tin tức trong cấu trúc đa khung 26 khung được rải ra trong từng khung Vậy một lần

truyền đa khung dài 26 khung Tương tự đối với đa khung báo hiệu dài 51 khung

Vì 51 x 26 = 26 x 51 = 1326 khung Đây là chiều dài một siêu khung chứa vừa khít một số nguyên lần hai loại đa khung nói trên

Khái niệm siêu siêu khung:

Có chu kỳ 2048 siêu khung

Để xác định được kênh nào có tin tức gì cần sử dụng, số khung được đánh số bằng 3

bộ đếm Bộ đếm T1 đếm siêu khung, số đếm của T1 tăng 1 khi hết một siêu khung, số

đếm này có giá trị 0 đến 2047, vì chỉ có 2048 siêu khung trong một siêu siêu khung Bộ

đếm T2 đếm các khung lưu lượng (TCH), số đếm của T2 có giá trị từ 0 đến 25, vì chỉ có

26 khung trong một đa khung lưu lượng Bộ đếm T3 đếm các khung báo hiệu (CCH), số đếm của T3 có giá trị từ 0 đến 50, vì có 51 khung trong một đa khung báo hiệu Thời điểm gốc ứng với khung nào mà cả ba bộ đếm đều có giá trị 0 Cứ qua 1326 khung thì T2 và T3

lại trở về 0 để bắt đầu đếm trong chu kỳ mới của siêu khung Khi hết một chu kỳ siêu

khung thì số đếm của T1 tăng 1

Vậy nếu biết được:

giá trị số đếm của T1, T2, T3

d

Thì ta sẽ biết tin tức được truyền đưa ở khe thời gian tương ứng

Từ giá trị số đ

SCH để chỉ báo b

này, MS dễ dàng

› của bộ đếm T2 và T3 tạo thành số khung rút gọn được truyén di trong

an đầu cho MS về cấu trúc khung thông dụng lúc đó Dựa vào chỉ báo tim đến BCCH và thu nhận các tin tức hệ thống Cấu trúc khung tổ hợp (4) cho thấy MS sẽ có được các tin tức đó khi T3 có các số đếm 2 + 5 Có được các tin tức

HEME Gasestotiontranemts §— | ogical Channel - The packaged

Do mang thong tin đi động là mạng đa dịch vu nên thông tin truyền dẫn trong các

kênh vật lý nói trên có nhiều loại khác nhau như tín hiệu tiếng nói, tín hiệu đữ liệu, tín

khác nhau

Kênh logic chia thành 3 loại:

- Kênh lưu lượng (TCH:Traffic channel)

- Kênh điều khién (CCH:Control channel)

- Kénh quang ba cell (CBCH: Cell Broadcast Channel)

1 Các kênh lưu lượng:

Gồm 2 loại suse định nghĩa như sau:

= Tiếng thoại: Bm hay TCH toàn tốc (TCH/F), kênh này mang thông tin tiếng hoặc

số liệu ở tốc độ 13kbps, Lm hay TCH bán tốc (TCH/H), kênh này mang thông tin ở