đồ án tổng quan hệ thống thông tin di động gsm

Ngày nay với nhu cầu cả về số lượng và chất lượng của khách hàng sử dụng cácdịch vụ viễn thông ngày càng cao, đòi hỏi phải có những phương tiện thông tin hiệnđại, đáp ứng nhu cầu đa dạng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ

NỘI

-Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: ĐINH THỊ HỒNG PHÚC………… Số hiệu sinh viên: 08CĐ – 01ĐT Khoá: K53… Viện : Điện tử - Viễn thông Ngành: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG…

1 Đầu đề đồ án: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM………

………

2 Các số liệu và dữ liệu ban đầu: ……… ……… …….

………

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: ………

… ….

………

……… ….………

4 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): ………

………… ….

………

……… ……….……….

5. Họ tên giảng viên hướng dẫn:PGS.TS HỒ ANH TÚY ………

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ……….

7 Ngày hoàn thành đồ án: ……….

Ngày tháng năm

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm

Cán bộ phản biện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: ĐINH THỊ HỒNG PHÚC Số hiệu sinh viên: 08CĐ – 01ĐT Ngành: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Khoá: K53

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS HỒ ANH TÚY

Cán bộ phản biện:

1 Nội dung thiết kế tốt nghiệp:

2 Nhận xét của cán bộ phản biện:

Ngày tháng năm

Cán bộ phản biện

( Ký, ghi rõ họ và tên )

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU……… 3

MỤC LỤC……… ……….5

BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT……… …… 6

DANH SÁCH CÁC HÌNH……… 10

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG GSM 11

1.1 Lịch sử phát triển mạng GSM……….11

1.2 Mạng thông tin di động………12

1.3 Các đặc tính của mạng di động GSM……… 13

1.4 Các dịc vụ tiêu chuẩn ở GSM……… 13

1.4.1 Dịch vụ thoại………13

1.4.2 Các dịch vụ số liệu……… 14

1.4.3 Dịch vụ bản tin nhắn……… 14

1.5 Các chỉ tiêu kĩ thuật của GSM……….14

1.5.1 Về khả năng phục vụ ……… 15

1.5.2 Về chất lượng phục vụ và an toàn bảo mật ……… 15

1.5.3 Về sử dụng tần số………15

1.5.4 Về mạng……… 15

CHƯƠNG II: CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN CỦA MẠNG GSM………16

2.1 Cấu trúc địa lý của mạng……….16

2.1.1 Vùng phục vụ PLMN (Public Land Mobile Network)……… 17

2.1.2 Vùng mạng ……… 17

2.1.3 Vùng phục vụ MSC (Mobile Service Controler)……… 17

2.1.4 Vùng định vị LA (Location Area)……… 18

2.1.5 Ô (Cell)………18

2.2 Cấu trúc mạng GSM………19

2.3 Các thành phần chức năng trong hệ thống……… 20

2.3.1 Hệ thống trạm gốc BSS ( Base Station Subsystem)………20

2.3.2 Phân hệ chuyển mạch SS ( Switching Subsystem)……… 23

2.4 Trạm di động MS (Mobile Station)……….28

2.5 Phân hệ khai thác và hỗ trợ OSS (Operation and Support Subsystem)…….29

2.5.1 Khai thác……… 30

2.5.2 Bảo dưỡng……… 30

2.5.3 Quản lý thuê bao……… 30

2.5.4 Quản lý thiết bị di động……….… 31

CHƯƠNG 3: CHUYỂN GIAO HANDOVER TRONG MẠNG GSM………… 33

3.1 Các loại chuyển giao ……… 34

3.1.1 Chuyển giao trong BTS……… 34

3.1.2 Chuyển giao trong cùng BSC……… 35

3.1.3 Chuyển giao trong cùng MSC……….35

3.1.4 Chuyển giao giữa các MSC……….36

CHƯƠNG 4: GIAO TIẾP VÔ TUYẾN SỐ……….37

4.1 Giao diện vô tuyến……… 37

4.2 Suy hao đường truyền và phading……… 38

4.3 Phân tán thời gian……… ….40

4.4 Các phương pháp phòng suy hao đường truyền do phading……… 41

4.5 Phương pháp chống phân tán thời gian……… 44

4.6 Nguyên tắc khi chia kênh theo thời gian… ……… 45

4.6.1 Khái niệm về khe vô tuyến……… ………45

4.6.2 Kênh vật lý.……… ………45

4.6.3 Kênh logic.……… ……….47

4.7 Chia kênh logic theo khe thời gian……… 50

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ VÀ QUY HOẠCH HỆ THỐNG MẠNG GSM…… 52

5.1 Hệ thống thông tin di động tế bào……… 52

5.1.1 Cấu trúc hệ thống thoại trước đây……… 52

5.1.2 Hệ thống thông tin di động tế bào……… 53

5.2 Quy hoạch cell……….54

5.2.2 Kích thước Cell và phương thức phủ sóng……… 54

5.2.3 Chia cell……… 56

5.3 Quy hoạch tần số……… 62

5.3.1 Tái sử dụng lại tần số……… 63

5.3.2 Các mẫu tái sử dụng lại tần số……… 64

5.3.3 Thay đổi quy hoạch tần số theo phân bố lưu lượng 65

5.3.4 Thiết kế tần số theo phương pháp MPR……… 67

5.3.5 Kiểu loại anten……….76

5.3.6 Độ tăng ích anten……….77

5.3.7 Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương……… 77

KẾT LUẬN……… 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO……….….83

quảng bá

gốc

gốc

nhiễu lân cận

chung

Telephone Consultative Committee

Ủy ban tư vấn quốc tế

về điện thoại và điện báo

CDMA Code Division Multiple

Access

Đa truy nhập chia theomã

an Telecommunication

Liên minh Châu Âu vềBưu Chính Viễn Thông

HON Handover Number Số chuyển giao

định vị

Dchanel

Các thủ tục truy nhập đường truyền kênh D

PCH Puging Chanel Kênh tìm gọi

công cộng

Network

Mã số liệu công cộng chuyển mạch gói

Network

Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng

nhiên

Mode

Đặt chế độ cân bằng không đồng bộ

riêng

thuê bao

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1 Thành phần di động trên thế giới năm 2006………16

Hình 2.1 Phân vùng cấu trúc địa lý mạng GSM………20

Hình 2.2 Phân vùng và chia ô………20

Hình 2.3Mô hình hệ thống GSM……… 23

Hình 2.4 Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC……… 28

Hình 3.1 Chuyển giao trong mạng GSM……… 36

Hình 3.2 Chuyển giao trong BTS……… 36

Hình 3.3 Chuyển giao trong cùng BSC……… 36

Hình 3.4 Chuyển giao trong cùng MSC……….38

Hình 3.5 Chuyển giao giữa các MSC khác nhau……… 38

Hình 4.1 Fading chuẩn Logarit……… 41

Hình 4.2 Fading Raile………42

Hình 4.3 Tín hiệu thu được khi ở cách anten phát Tx một khoảng nhất định…… 42

Hình 4.4 Biểu diễn phân tập thời gian……… 45

Hình 4.5Tổ chức đa khung………49

Hình 4.6 Phân loại kênh logic………51

Hình 4.7 Ghép các BCH và CCCH ở Ts0……… 53

Hình 4.8 Ghép RAC ở Ts0………54

Hình 4.9 Ghép TCH……… 54

Hình 5.1 Cấu trúc hệ thống thông tin di động trước đây……… 55

Hình 5.2 Hệ thống thông tin di động sử dụng cấu trúc tế bào ……….56

Hình 5.3 Omni (3600) Cell site……… 58

Hình 5.4 Sector hóa 1200……… 59

Hình 5.5 Phân chia Cell………60

Hình 5.6 Các Omni (3600) Cells ban đầu……… 60

Hình 5.7 Giai đoạn 1 :Sector hóa……… 60

Hình 5.8 Tách chia 1:3 thêm lần nữa………60

Hình 5.9 Tách chia 1:4 (sau lần đầu chia 3)……… 61

Hình 5.10 Mảng mẫu gồm 7 cells……… 66

Hình 5.11 Khoảng cách tái sử dụng tần số……… 67

Hình 5.12 Thay đổi quy hoạch tần số……….68

Hình 5.13 Phủ sóng không liên tục……….70

Hình 5.14 Một ví dụ về hiệu quả của kỹ thuật nhảy tần trên phân tập nhiễu của một mạng lưới Kích thước của mũi tên phản ánh nhiễu tương quan giữa các cell đồng kênh……… 71

Hình 5.15 Ví dụ về thiết kế tần số với phương pháp MRP……… 75

Hình 5.16 Anten vô hướng (Omni antenna) 79

Hình 5.17 Anten vô hướng (Omni antenna) 79

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, cuộc cách mạng của các nghành khoa học kĩ thuật đã và đang pháttriển rất mạnh mẽ đặc biệt là trong lĩnh vực Công Nghệ Thông Tin và Điện Tử - ViễnThông Hơn nữa thông tin di động hiện nay còn trở thành một dịch vụ kinh doanhkhông thể thiếu của các nhà khai thác dịch vụ viễn thông Những thành tựu của CôngNghệ Thông Tin và Điện Tử - Viễn Thông có nhiều ứng dụng to lớn và trở thành mộtphần quan trọng trong cuộc sống của chúng ta ngày nay

Đối với các khác hàng viễn thông nhất là đối với các nhà doanh nghiệp viễnthông thì thông tin di động trở thành một phương tiện quen thuộc Các dịch vụ thông ti

di động không còn hạn chế đối với các khách hàng giàu có mà đã phát triển cho mọiđối tượng khách hàng Cùng với sự phát triển của đất nước thì Công nghệ thông tincũng có những bước phát triển vượt bậc so với sự phát triển của các nghành khác như:điện, điện tử, tin học, quang học… Các quốc gia đều coi viễn thông là nghành mũinhọn và được đầu tư thích đáng trong nhiều nghiên cứu và trong ứng dụng công nghệthông tin làm đòn bẩy để kích thích sự phát triển của nghành kinh tế quốc dân khác Ngày nay với nhu cầu cả về số lượng và chất lượng của khách hàng sử dụng cácdịch vụ viễn thông ngày càng cao, đòi hỏi phải có những phương tiện thông tin hiệnđại, đáp ứng nhu cầu đa dạng của khách hàng mọi lúc, mọi nơi họ cần.Và mạng GSMvới những ưu điểm nổi bật như: dung lượng lớn, chất lượng tốt, tính bảo mật cao…thì

sự ra đời của mạng di động GSM đã đáp ứng được các yêu cầu cao, cần thiết cho toàn

xã hội Nghành thông tin di động được coi là nghành mũi nhọn cần phải đi trước mộtbước làm cơ sở cho các nghành khác phát triển, nhu cầu trao đổi, cập nhật thông tin

và phát triển đã trở thành một loại hình dịch vụ, phương tiện thông tin phổ biến, đápứng nhu cầu của cuộc sống hiện đại Các hệ thống thông tin di động đang phát triển rấtnhanh cả về quy mô, dung lượng và đặc biệt là các loại hình dịch vụ mới để đáp ứngtốt hơn nhu cầu của người sử dụng Những năm gần đây, lĩnh vực thông tin di độngtrong nước đã có những bước phát triển vượt bậc cả về cơ sở hạ tầng lẫn chất lượngphục vụ Với sự hình thành của nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông mới đã tạo ra

sự cạnh tranh để thu hút thị thị trường thuê bao giữa các nhà cung cấp dịch vụ Hơnnữa, các nhà cung cấp dịch vụ liên tục đưa ra các chính sách khuyến mại, giảm giácước… cũng thu hút được rất nhiều khách hàng sử dụng dịch vụ Mặt khác, mức sốngchung của toàn xã hội ngày càng được nâng cao khiến cho số lượng các thuê bao sửdụng dịch vụ di động tăng đột biến trong vài năm gần đây

Tại Việt Nam, mạng di động số thế hệ thứ 2 (2G) sử dụng công nghệ GSM đã vàđang phát triển rộng khắp các tỉnh thành trong cả nước Công nghệ GSM sử dụng dảitần 900Mhz, 9,6Kbps chỉ được áp dụng cho các dịch vụ thoại, dịch vụ bản tin nhắn,hạn chế nhiều dịch vụ phi thoại yêu cầu có tốc độ cao như hình ảnh, gửi hình ảnh, vănbản và truy cập Internet Đồng thời với sự phát triển của mạng di động sử dụng côngnghệ GSM, ngày nay, không chỉ có các nước tiên tiến trên thế giới mà ở nước ta cũng

đã phát triển rất mạnh các mạng sử dụng công nghệ cao hơn như: GPRS, 3G, W –CDMA(4G) Các mạng di động sử dụng công nghệ cao đó có tốc độ truy cập nhanhhơn, cung cấp nhiều loại hình dịch vụ tiên tiến mà GSM không cung cấp được và cũngđáp ứng được nhu cầu sử dụng viễn thông hiện nay của khách hàng sử dụng mạng Cóthể nói, ngày nay hệ thống công nghệ thông tin cũng như hệ thống thông tin di độngliên tục thay đổi và phát triển nhanh chóng Hay nói cách khác là chúng thay đổi, nângcấp theo từng ngày, biến đổi từng giờ Tuy vậy, các khai niệm cơ bản nền tảng về hệthống thông tin di động thì không thay đổi Bởi tất cả các công nghệ tiên tiến bây giờđều được cải tiến từ các nền tảng cơ bản đó Do vậy, dựa trên những hiểu biết thực tế

em đã tìm hiểu và những kiến thức tích lũy trong ba năm học tập chuyên ngành Điện

Tử - Viễn Thông tại trường đại học Bách Khoa Hà Nội Em đã chọn đề tài Tổng

Quan Về Hệ Thống Thông Tin Di Động GSM

Em đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của cô PGS.TS Hồ Anh Túy Em xin

chân trọng cảm ơn cô Em cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn tới tất cả các thầy, côgiáo trong viện Điện Tử - Viễn Thông trường đại học Bách Khoa Hà Nội, nơi đã dạy

dỗ và dìu dắt em trong suốt ba năm học tại trường

Hà Nội, tháng 3 năm 2011

Sinh viên thực hiện:

Đinh Thị Hồng Phúc

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG GSM

GSM là hệ thống thông tin di động toàn cầu (tiếng Anh: Global System forMobile Communication, được viết tắt là: GSM) là một công nghệ dùng cho mạngthông tin di động Dịch vụ GSM được sử dụng bởi hơn 2 tỷ người trên 212 quốc gia vàvùng lãnh thổ Các mạng thông tin di động GSM cho phép có thể roaming với nhau

Do đó những máy điện thoại di động của các mạng GSM khác nhau ở chỗ có thể sửdụng ở nhiều nơi trên thế giới

GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động (ĐTDĐ) trên thế giới Khảnăng có thể phủ sóng khắp nơi của chuẩn GSM khiến nó trở nên phổ biến trên thếgiới, cho phép người sử dụng có thể sử dụng ĐTDĐ của họ ở nhiều vùng trên thế giới.GSM khác với các chuẩn trước kia về cả tín hiệu, tốc độ lẫn chất lượng cuộc gọi Nóđược xem như là một hệ thống ĐTDĐ thế hệ thứ 2 (second generation, 2G ) GSM làmột chuẩn mở, hiện tại nó được phát triển bởi 3rd Generation Partnership Project(3GPP)

1.1 Lịch sử phát triển của mạng GSM:

Vào đầu thập niên 1980, tại Châu Âu, người ta phát triển một mạng ĐTDĐ chỉ sửdụng trong một số khu vực Sau đó năm 1982 nó được chuẩn hóa bởi CEPT (EuropeanConference of Postal and Telecommunication Administrations) và tạo ra GroupeSpécial Mobile (GSM) với mục đích phát triển một chuẩn thống nhất cho hệ thốngthông tin di động để có thể sử dụng chung cho toàn Châu Âu Mạng điện thoại di động

sử dụng công nghệ GSM được xây dựng và đưa vào sử dụng đầu tiên bởi mạng

Vào năm 1989, công việc quản lý tiêu chuẩn và phát triển mạng GSM đượcchuyển cho Viện viễn thông Châu Âu (European Telecommunications StandardsIstitute - ETSI) và các tiêu chuẩn, đặc tính phase 1 của công nghệ GSM được công bốvào năm 1990.

Năm 1992, Telstra Australia là mạng đầu tiên ngoài Châu Âu ký vào biên bản ghinhớ của GSM MoU (Memorandum of Understanding) Cũng trong năm này, thỏathuận chuyển vùng quốc tế đầu tiên được ký kết giữa hai mạng Finland Telecom củaPhần Lan và Vodafone của Anh Tin nhắn đầu tiên cũng được gửi đi trong năm 1992 Những năm sau đó, hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM phát triển một cáchmạnh mẽ, cùng với sự gia tăng nhanh chóng của các nhà điều hành, các mạng di độngmới thì số lượng các thuê bao cũng gia tăng một cách chóng mặt Đến cuối năm 1993

đã có hơn 1 triệu thuê bao sử dụng mạng GSM của 70 nhà cung cấp dịch vụ trên 48quốc gia Năm 1996, số thành viên GSM MoU đã lên tới 200 nhà điều hành từ gần

100 quốc gia, 167 mạng hoạt động trên 94 quốc gia với số thuê bao đạt trên 50 triệu.Năm 2000, GPRS được ứng dụng Năm 2001, mạng 3GSM (UMTS) được đi vào hoạtđộng, số thuê bao GSM đã vượt quá 500 triệu Năm 2003, mạng EDGE đi vào hoạtđộng Cho đến năm 2006 số thêu bao di động GSM đã lên tới con số 2 tỉ với trên 700nhà điều hành, chiếm gần 80% thị phần thông tin di động trên thế giới Theo dự đoáncủa GSM Association, năm 2007 số thuê bao GSM sẽ đạt 2,5 tỉ

Hình 1.1 Thành phần di động trên thế giới năm 2006.

1.2 Mạng thông tin di động:

Từ đầu năm 1980 sau khi hệ thống WMT đã đưa vào hoạt động một cách thànhcông thì nó cũng biểu hiện một số hạn chế.

- Thứ nhất: do yêu cầu của dịch vụ quá lớn so với mong đợi của các nhà thiết kế nên

hệ thống này không thể đáp ứng được

- Thứ hai: các hệ thống khác nhau đang hoạt động không phù hợp với người dùngtrong mạng

Ví dụ: một đầu cuối trong TACS không thể truy nhập vào mạng NMT cũng như

một đầu cuối NMT không thể truy nhập vào mạng TACS

- Thứ ba: nếu thiết kế một mạng cho toàn Châu Âu thì không một nước nào đáp ứngđược vì vốn đầu tư quá lớn

Tất cả những hạn chế trên dẫn đến một yêu cầu là phải thiết kế một hệ thống mớiđược làm theo kiểu chung để có thể dùng cho nhiều nước Trước tình hình đó vàotháng 9/1987 trong hội nghị của Châu Âu về bưu chính viễn thông, 17 quốc gia đang

sử dụng mạng điện thoại đã họp hội nghị và ký vào biên bản ghi nhớ làm nền tảng chomạng thông tin di động số là toàn Châu Âu sử dụng dải tần 900 Mhz

Đến năm 1988 viện tiêu chuẩn Châu Âu (European- Standard Institute) đã thành lập nhóm đặc trách về mạng thông tin di động số GSM.Nhóm này có nhiệm vụ đưa ra tiêu chuẩn thống nhất cho thông tin di động số GSMdưới hình thức các khuyến nghị, lấy các tiêu chuẩn này làm cơ sở cho việc xây dựngmạng thông tin di động và làm sao cho chúng thống nhất, tương thích nhau

Telecommunication-1.3 Các đặc tính của mạng di động GSM:

Từ các khuyến nghị của GSM ta có thể tổ hợp nên các đặc tính chủ yếu như sau:

- Số lượng lớn các dịch vụ và tiện ích của các thuê bao cả trong thông tin thoại và sốliệu

- Sự tương thích của các dịch vụ trong GSM với các dịch vụ mạng của mạng có sẵn(PSTN- ISDN) bởi các giao diện theo tiêu chuẩn chung

- Tự động cập nhật vị trí cho mọi thuê bao di động

- Độ linh hoạt cao nhờ sử dụng các đầu cuối thông tin di động khác nhau như máyxách tay, máy cầm tay, đặt trên ô tô

- Sử dụng băng tần số 900MHz với hiệu quả cao nhờ sự kết hợp giữa TDMA (TimeDivision Multiple Access) với FDMA (Frequency Division Multiple Access)

- Giải quyết sự hạn chế dung lượng nhờ việc sử dụng tần số tốt hơn

1.4 Các dịch vụ được tiêu chuẩn ở GSM.

- Chuyển hướng các cuộc gọi vô điều kiện.

- Chuyển hướng cuộc gọi khi thuê bao di động không bận

- Chuyển hướng cuộc gọi khi không đến được MS

- Chuyển hướng cuộc gọi khi ứ nghẽn vô tuyến

- Cấm tất cả các cuộc gọi ra

- Cấm tất cả các cuộc gọi ra quốc tế

- Cấm tất cả các cuộc gọi ra quốc tế trừ các nước PLMN thường trú

- Cấm tất cả các cuộc gọi đến

- Cấm tất cả các cuộc gọi đến khi lưu động ở nước ngoài có PLMN thường trú

- Giữ cuộc gọi

- Đợi gọi

- Chuyển tiếp cuộc gọi

- Hoàn thành các cuộc gọi đến các thuê bao bận

- Nhóm và sử dụng khép kín

- Dịch vụ ba phía

- Thông báo cước phí

- Dịch vụ điện thoại không tính cước

- Nhận dạng số chủ gọi

- Nhận dạng cuộc gọi hiềm thù

- Nhận dạng số thoại được nối

1.4.2 Các dịch vụ số liệu:

GSM được thiết kế để đưa ra rất nhiều các dịch vụ số liệu Các dịch vụ số liệuđược phân biệt với nhau bởi người sử dụng phương tiện (người sử dụng điện thoạiPSTN, ISDN hoặc các mạng đặc biệt …) bởi bản chất của luồng thông tin đầu cuối(dữ liệu thô, Fax, Videotex, Teletex…) Bởi phương tiện truyền dẫn (gói hay mạch,đồng bộ hay không đồng bộ…) và bởi bản chất của thiết bị đầu cuối

Các dịch vụ này chưa thực sự thích hợp với môi trường di động Một trong các yêucầu đó là do yêu cầu thiết bị đầu cuối khá cồng kềnh, chỉ phù hợp với mục đích bán cốđịnh hoặc thiết bị đặt trên ô tô

- Dịch vụ bản tin nhắn truyền điểm – điểm (giữa hai thuê bao) Loại này được chiathành hai loại nhỏ:

+ Dịch vụ bản tin nhắn kết cuối di động, điểm – điểm (SMS- MO/ PP) Cho phépngười sử dụng GSM nhận các bản tin nhắn

+ Dịch vụ bản tin nhắn khởi đầu từ Mobile, điểm – điểm (SMS-MI/PP) Cho phépngười sử dụng GSM gửi bản tin đến người sử dụng GSM khác

- Dịch vụ bản tin nhắn phát quảng bá: cho phép bản tin nhắn gửi đến máy di động trênmột vùng địa lý nhất định

1.5 Các chỉ tiêu kỹ thuật của mạng GSM:

Hệ thống thông tin di động GSM cho phép chuyển vùng tự do của các thuê baotrong khu vực Châu Âu, có nghĩa là một thuê bao có thể thâm nhập sang mạng của cácnước khác khi di chuyển sang biên giới Trạm di động GSM – MS (GSM MobileStation) phải có khả năng trao đổi thông tin ở bất cứ nơi nào phủ sóng quốc tế

1.5.1 Về khả năng phục vụ:

- Hệ thống được thiết kế sao cho MS có thể dùng được tất cả các nước có mạng

- Cùng với phục vụ thoại, hệ thống phải cho phép sự linh hoạt lớn nhất cho các loạidịch vụ khác liên quan đến mạng số kết nối đa dịch vụ (ISDN)

- Tạo một hệ thống có thể phục vụ cho các MS trên các tàu viễn dương như một mạng

mở rộng có các dịch vụ di động mặt đất

1.5.2 Về chất lượng dịch vụ và an toàn bảo mật:

- Chất lượng của thoại trong GSM phải ít nhất có chất lượng như các hệ thống di độngtương tự trước đó trong điều kiện vận hành thực tế

- Hệ thống có khả năng bảo mật, mã hóa thông tin người dùng mà không ảnh hưởngđến hệ số cũng như không ảnh hưởng đến các thuê bao khác không dùng đến khả năngnày

1.5.3 Về sử dụng tần số:

- Hệ thống cho phép mức độ cao và hiệu quả của dải tần mà có thể phục vụ ở vùngthành thị và nông thôn cũng như các dịch vụ mới phát triển

- Dải tần số hoạt động là 890- 915 và 935-960 Mhz

- Hệ thống GSM 900 Mhz phải có thể tồn tại cùng các hệ thống dùng 900 Mhz trướcđây.

1.5.4 Về mạng:

- Kế hoạch nhận dạng dựa trên khuyến nghị của CCITT

- Kế hoạch đánh số dựa trên khuyến nghị của CCITT

- Hệ thống phải cho phép cấu trúc và tỷ lệ tính cước khác nhau khi được nhận dùngtrong các mạng khác nhau

- Trung tâm chuyển mạng và các thanh ghi định vị phải dùng hệ thống báo hiệu đượctiêu chuẩn hóa quốc tế

- Chức năng bảo vệ thông tin báo hiệu và thông tin điều khiển mạng phải được cungcấp trong hệ thống

CHƯƠNG II: CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN MẠNG GSM

2.1 Cấu trúc địa lý của mạng:

Mỗi một mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định, để định tuyến các cuộc gọiđến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi Trong mạng di động thì cấutrúc này rất quan trọng do tính lưu thông của các thuê bao trong mạng Trong hệ thốngGSM thì cấu trúc có thể được chia thành các phân vùng sau:

Hình 2.1 Phân vùng cấu trúc địa lý mạng GSM.

Hình 2.2 Phân vùng và chia ô.

2.1.1 Vùng phục vụ PLMN ( Public Lan Mobile Network ):

Vùng phục vụ GSM là toàn bộ vùng phục vụ do sự kết hợp của các quốc gia thànhviên nên những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau có thể sửdụng được nhiều nơi trên thế giới

Phân cấp tiếp theo là vùng phục vụ PLMN, đó có thể là một hay nhiều vùng trongmột quốc gia tùy theo kích thước của vùng phục vụ

Kết nối các đường truyền giữa mạng di động GSM/PLMN và các mạng khác (cốđịnh hay di động) đều ở mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế Tất cả các cuộcgọi vào hay ra mạng GSM/PLMN đều được định tuyến thông qua tổng đài vô tuyếncổng G- MSC (Gateway – Mobile Service Switching Center) G-MSC làm việc nhưmột tổng đài trung kế vào cho GSM/PLMN

2.1.2 Vùng mạng:

Tất cả các cuộc gọi vào mạng sẽ được định tuyến đến một hay nhiều tổng đài vôtuyến cổng (GMSC) GMSC làm việc như một tổng đài trung kế vào cho mạng GSM

Đây là nơi thực hiện chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi đến một tổng đài vô tuyếncổng.

2.1.3 Vùng phục vụ MSC:

MSC (trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động, gọi tắt là tổng đài di động).Vùng phục vụ MSC là một phần của mạng được một MSC quản lý, để định tuyến mộtcuộc gọi đến một thuê bao di động Mọi thông tin để định tuyến cuộc gọi tới thuê bao

di động hiện đang trong vùng phục vụ của MSC được lưu giữ trong bộ ghi định vị tạmtrú VLR Một vùng mạng GSM/PLMN được chia thành một hay nhiều vùng phục vụMSC/VLR

2.1.4 Vùng định vị LA( Location Area):

Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị LA Vùngđịnh vị là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR, ở đó có một trạm di động có thểchuyển động tự do mà không cần cập nhật thông tin về vị trí của tổng đài MSC điềukhiển vùng định vị này Khi có cuộc gọi đến, hệ thống sẽ phát quảng bá một thông báotìm thuê bao bị gọi Vùng định vị LA được hệ thống sử dụng để tìm một thuê bao đang

ở trạng thái hoạt động Vùng này có thể có một số ô và thuộc vào một hay vài BSCnhưng nó chỉ thuộc vào MSC và nó được nhận dạng bằng chỉ số vùng nhận dạng vùngđịnh vị LAI (location Area Identity) Vùng định vị được hệ thống sử dụng để tìm mộtthuê bao đang ở trạng thái hoạt động

LAI = MCC + MNC +LAC

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)

2.1.5 Ô (Cell):

Vùng định vị được chia thành một số ô Ô là đơn vị nhỏ nhất của mạng, là mộtvùng bao phủ vô tuyến được mạng nhận dạng bằng chỉ số nhận dạng ô toàn cầu CGI(Cell Global Identity) Mỗi ô được quản lý bởi một trạm vô tuyến gốc BTS

CGI = MCC + MNC + LAC + CI

CI: Nhận dạng một ô để xác định vị trí trong vùng định vị Trạm di động tự nhận dạngmột ô bằng cách sử dụng mã nhận dạng trạm gốc BSIC (Base Station Identity Code)

2.2 Cấu trúc mạng GSM:

Hệ thống GSM có thể chia thành nhiều hệ thống con

Hệ thống con chuyển mạch SS (Switching Subsystem), hệ thống con trạm gốc BSS(Base Station Subsystem), hệ thống khai thác và bảo dưỡng mạng OMC (Operations

& Maintenance Center)

- EIR: Thanh ghi nhận dạng thiết bị

- MSC: Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (gọi tắt là tổng đài vô tuyến)

- BSS: Hệ thống trạm gốc

- BTS: Trạm thu phát gốc

- BSC: Hệ thống điều khiển trạm gốc

- MS: Trạm di động

- OMC: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng

- ISDN: Mạng liên kết đa dịch vụ

- PSPDN: Mạng chuyển mạch công cộng theo gói

- PSSTN: Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng

- PLMN: Mạng di động công cộng mặt đất

Cấu trúc mạng di động số GSM theo khuyến nghị của GSM thì mạng GSM đượcchia thành hệ thống chuyển mạch (SS) và hệ thống trạm gốc BSS Mỗi một hệ thốngchứa một số khối chức năng và các khối này được thực hiện ở các phần cứng khácnhau

2.3 Các thành phần chức năng trong hệ thống:

Mạng thông tin di động công cộng mặt đất PLMN (Public Land Mobile Network)theo chuẩn GSM được chia thành 4 phân hệ chính sau:

- Trạm di động MS (Mobile Station)

- Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem)

- Phân hệ chuyển mạch SS (Switching Subsystem)

- Phân hệ khai thác và hỗ trợ (Operation and Support Subsystem)

2.3.1 Hệ thống trạm gốc BSS (Base Station Subsystem):

Hệ thống BSS được chia thành hai khối chức năng chính: Trạm thu phát gốc BTS(Base Transceiver Station) và bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller),ngoài ra còn có khối thích ứng tốc độ chuyển đổi mã TRAU (Transcoder Rate AdaptorUnit)

Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem), giao diện trực tiếp với các trạm

di động MS bằng thiết bị BTS thông qua giao diện vô tuyến Mặt khác BSS thực hiệngiao diện với các tổng đài ở phân hệ chuyển mạch SS Nói chung, BSS thực hiện giaodiện với tổng đài và nhờ vậy đấu nối những người sử dụng các trạm di động với những

người sử dụng viễn thông khác BSS cũng phải được điều khiển, do đó nó được đấunối với phân hệ vận hành và bảo dưỡng OSS Phân hệ trạm gốc BSS bao gồm:

a TRAU (Transcoding and Rate Adapter Unit):

Bộ chuyển đổi mã và phối hợp tốc độ Có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu thoạithành luồng tốc độ số 64kbit/s để truyền từ BSC đến MSC TRAU tiếp nhận cáckhung số liệu 16kbit/s từ giao diện Abis giữa BSC đến MSC, và nó định dạng lạithông tin của mỗi luồng số liệu thành dạng A- TRAU để truyền đi trên giao diện Agiữa BSC và MSC TRAU thường được đặt cùng vị trí với BSC

b BSC (Base Station Controler):

Trạm thu phát gốc BSC có nhiệm vụ quản lý giao diện vô tuyến giữa BTS với

MS thông qua các lệnh điều khiển từ xa Đó là các lệnh ấn định, giải phóng kênh vôtuyến và quản lý chuyển giao Vai trò của BSC là quản lý kênh và quản lý chuyểngiao BSC ấn định kênh vô tuyến trong toàn bộ thời gian thiết lập cuộc gọi và giảiphóng kênh khi kết thúc cuộc gọi BSC thực hiện các quá trình chuyển giao(Handover) giữa các BTS Một BSC có thể quản lý hàng chục BTS

Các chức năng chính của BSC:

Việc quản lý mạng vô tuyến chính là quản lý các Cell và các kênh logic củachúng Các số liệu quản lý đều được đưa về BSC để đo đạc và xử lý, ví dụ như lưulượng thông tin ở một Cell, môi trường vô tuyến, số lượng cuộc gọi bị mất, các lầnchuyển giao thành công và thất bại…

Trước khi đưa vào khai thác thì BSC lập cấu hình của BTS (số máy thu / phátTRX, tần số cho mỗi trạm…) Nhờ đó mà BSC có sẵn một tập các kênh vô tuyến dànhcho điều khiển và nối thông cuộc gọi.

BSC chịu trách nhiệm thiết lập và giải phóng các đấu nối tới máy di động MS.Trong quá trình gọi, sự đấu nối được BSC giám sát Cường độ tín hiệu, chất lượng cáccuộc đấu nối được ở máy di động và TRX gửi đến BSC Dựa vào đó mà BSC sẽ quyếtđịnh công suất phát tốt nhất của MS và TRX để giảm nhiễu và tăng chất lượng cuộcđấu nối BSC còn điều khiển quá trình chuyển giao nhờ các kết quả đo kể trên đểquyết định chuyển giao MS sang Cell khác, nhằm đạt được chất lượng cuộc gọi tốthơn Trong trường hợp chuyển giao sang Cell của một BSC khác thì nó phải nhờ sựtrợ giúp của MSC Ngoài ra, BSC còn có thể điều khiển chuyển giao giữa các kênhtrong một Cell hoặc từ Cell này sang kênh của Cell khác khi Cell này bị nghẽn hoặcnhiễu

BSC có chức năng quản lý cấu hình các đường truyền dẫn tới MSC và BTS đểđảm bảo chất lượng thông tin Trong trường hợp có sự cố một tuyến nào đó thì nó sẽ

tự động điều khiển tới một tuyến dự phòng

c BTS (Base Transceiver Station):

Thực hiện chức năng vô tuyến trực tiếp đến các thuê bao di động MS thông quagiao diện vô tuyến Um BTS gồm các thiết bị thu, phát, anten và các khối xử lý tínhiệu BTS được coi là một modem vô tuyến phức tạp có thêm một số chức năng khác

 Chức năng chính của BTS là:

- Quản lý lớp vật lý truyền dẫn vô tuyến

- Quản lý giao thức liên kết số liệu giữa MS với BSC

- Cung cấp các thiết bị truyền dẫn và ghép kênh nối trên giao tiếp A- bis

2.3.2 Phân hệ chuyển mạch SS (Switching Subsystem ):

Phân hệ chuyển mạch (SS) bao gồm các chức năng chính của mạng GSM cũngnhư các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạngGSM với nhau và với mạng khác

Phân hệ chuyển mạch bao gồm các khối chức năng sau:

- Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động MSC

- Thanh ghi định vị thường trú HLR

- Thanh ghi định vị tạm trú VLR

- Trung tâm nhận thực AuC

- Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR

a Trung tâm chuyển mạch di động MSC:

Ở phân hệ chuyển mạch SS, chức năng chuyển mạch chính được MSC thực hiện.Tổng đài di động MSC (Mobile service Switching Center) thường là một tổng đài diđộng lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC MSC thựchiện các chức năng chuyển mạch chính, vì vậy nhiệm vụ chính của MSC là tạo kết nối

và xử lý cuộc gọi đến những thuê bao của GSM, ngoài ra MSC giao tiếp với phân hệBSS và giao tiếp với mạng ngoài qua tổng đài cổng GMSC (Gate MSC) Việc giaotiếp với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho người sử dụng mạng GSM đòi hỏi cổngthích ứng (các chức năng tương tác IWF: Interworking Function) SS cũng cần giaotiếp với các mạng ngoài để sử dụng khả năng truyền tải của các mạng này cho việctruyền tải số liệu của người sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử của mạng GSM

Để kết nối MSC với một số các mạng khác, cần phải thích ứng các đặc điểm truyềndẫn của GSM với các mạng này Các thích ứng đó được gọi là chức năng tương tácIWF (Interworking Function) Bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyềndẫn Nó cho phép kết nối với các mạng: PSPDN (Packet Switched Public Data

Network: mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói), hay CSPDN (Circuit SwitchedPublic Data Network: mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh) Nó cũng tồn tại khicác mạng khác chỉ đơn thuần là PSTN hay ISDN IWF có thể được thực hiện trongcùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trường hợp hai thì giao tiếp giữaMSC và IWF được để mở Để thiết lập một cuộc gọi đến người sử dụng GSN, trướchết cuộc gọi phải được định tuyến đến một tổng đài cổng GMSC mà không cần biếtđến hiện thời thuê bao đang ở đâu Các tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy thông tin về vịtrí của thuê bao rồi định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thờiđiểm hiện thời (MSC tạm trú) Nhưng trước hết các tổng đài phải dựa trên số thoạidanh bạ của thuê bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này Tổng đài có mộtgiao diện với các mạng bên ngoài với mạng GSM Về mặt kinh tế, không phải bao giờtổng đài cũng đứng riêng mà thường được kết hợp với MSC.

Chức năng chính của tổng đài MSC:

- Xử lý cuộc gọi( Call Processing)

- Điều khiển chuyển giao(Handover Control)

- Quản lý di động ( Mobility Management)

- Tương tác mạng IWF ( Interworking Function): qua GMSC

- (1): Khi thuê bao chủ gọi quay số thuê bao di động bị gọi, số mạng dịch vụ sốliên kết của thuê bao di động, sẽ có hai trường hợp xảy ra:

- (1.a): Nếu cuộc gọi khởi đầu từ mạng cố định PSTN thì tổng đài sau khi phân tích

số thoại sẽ biết đây là cuộc gọi cho một thuê bao di động Cuộc gọi sẽ được định tuyếntới tới tổng đài cổng GMSC gần nhất

- (1.b): Nếu cuộc gọi khởi đầu từ trạm di động, MSC phụ trách ô mà trạm di độngtrực thuộc sẽ nhận được bản tin thiết lập cuộc gọi từ MS thông qua BTS có chứa sốthoại của thuê bao di động bị gọi

- (2): MSC (hay GMSC) sẽ phân tích số MSISDN (The Mobile Station ISDN) củathuê bao bị gọi để tìm ra HLR nơi MS đăng ký

- (3): MSC (hay GMSC) sẽ rời khỏi HLR thông tin để có thể định tuyến đến MSC/VLR quản lý MS

- (4): HLR sẽ trả lời, khi đó MSC (hay GMSC) này có thể định tuyến lại cuộc gọiđến MSC cần thiết Khi cuộc gọi đến MSC này, VLR sẽ biết chi tiết hơn về vị trí của

MS Vậy có thể nối thông một cuộc gọi ở mạng GSM, đó là chức năng xử lý cuộc gọicủa MSC

Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyềndẫn của mạng GSM với các mạng này Các thích ứng đó được gọi là chức năng tươngtác IWF (Internet Working Function) IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giaothức và truyền dẫn IWF có thể thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ởthiết bị riêng, ở trường hợp giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở

b Bộ ghi định vị thường trú (HLR- Home Location Register):

Ngoài SS, MSC bao gồm các cơ sở dữ liệu, các thông tin liên quan đến việc cungcấp các dịch vụ viễn thông được lưu trữ ở HLR và không phụ thuộc vào vị trí hiện thờicủa thuê bao, đồng thời chứa các thông tin về vị trí hiện thời của thuê bao Chính vìvậy HLR được coi là cơ sở dữ liệu quan trọng nhất của GSM Thường HLR là một

máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạch nhưng có khả năng quản lý hàngtrăm ngàn thuê bao Các thông tin lưu trữ trong HLR bao gồm:

c Bộ ghi định vị tạm trú VLR (Visitor Location Register):

VLR là cơ sở dữ liệu thứ hai trong GSM, chứa thông tin về tất cả các MS hiệnđang ở vùng phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu trữ số liệu về vị trí của cácthuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR Mỗi MSC có một VLR, thường thiết

kế VLR ngay trong MSC Vì vậy các chức năng của VLR thường được liên kết vớicác chức năng của MSC Ngay cả khi MS lưu động vào một vùng MSC mới VLR liênkết với MSC sẽ yêu cầu số liệu về MS từ HLR Đồng thời HLR sẽ được thông báorằng MS đang ở vùng MSC nào Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc gọi thìVLR sẽ có tất cả các thông tin cần thiết để thiết lập một cuộc gọi mà không cần hỏiHLR Có thể coi VLR như một HLR phân bố VLR chứa thông tin chính xác hơn về vịtrí MS ở vùng MSC Nhưng khi thuê bao tắt máy hay rời khỏi vùng phục vụ của MSCthì các số liệu liên quan tới nó cũng hết giá trị

Nói cách khác, VLR là cơ sở dữ liệu trung gian lưu trữ tạm thời thông tin về thuêbao trong vùng phục vụ MSC/VLR được tham chiếu từ cơ sở dữ liệu HLR VLR baogồm:

- Số hiệu nhận dạng vùng định vị đang phục vụ MS.

- Danh sách các dịch vụ mà MS được và bị hạn chế sử dụng.

- Trạng thái của MS (bận: busy; rỗi: idle).

d Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Indentity Register):

Quản lý thiết bị di động được thực hiện bởi bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR.EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến phần thiết bị di động ME của trạm di động

MS EIR được nối với các trạm MSC thông qua đường báo hiệu để kiểm tra tính hợp

lệ của ME thông qua số liệu nhận dạng di động quốc tế IMEI (International MobileEquipment Indentity) của thuê bao gửi tới khi thiết lập thông tin với số IMEI lưu trữtrong EIR phòng trường hợp đây là những thiết bị đầu cuối bị đánh cắp, nếu so sánhkhông đúng thì thiết bị không thể truy nhập vào mạng được Hơn nữa EIR còn chứacác số liệu về phần cứng của thiết bị Một ME sẽ có số IMEI thuộc một trong ba danhsách sau:

1 Nếu ME thuộc danh sách trắng (White list) thì nó vẫn được quyền truy nhập

và sử dụng dịch vụ đã đăng ký

2 Nếu ME thuộc danh sách xám (Gray List), tức là có nghi vấn và cần kiểm tra.Danh sách xám bao gồm những ME có lỗi (lỗi phần mềm hay lỗi sản xuất thiết bị)nhưng không nghiêm trọng tới mức loại trừ khỏi hệ thống

3 Nếu ME thuộc danh sách đen (Black List) có nghĩa là bị cấm không cho truynhập vào hệ thống, những ME đã thông báo mất máy

e Khối trung tâm nhận thực AuC (Aunthentication Center):

AuC được kết nối đến HLR, chức năng của AuC là cung cấp cho HLR các tần sốnhận thực và các khóa mật mã để sử dụng cho bảo mật Đồng thời các AuC quản lýcác thông tin nhận thực và mật mã liên quan đến từng cá nhân thuê bao dựa trên mộtkhóa nhận dạng bí mật Ki để đảm bảo an toàn số liệu cho các thuê bao được phép.Khóa này cũng được lưu giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ ở MS Bộ nhớ này có

dạng Simcard có thể rút ra và cắm lại được AuC có thể được đặt trong MSC hoặcHLR hoặc độc lập với cả hai.

Khi đăng ký thuê bao, khóa nhận thực Ki được ghi nhớ vào Simcard của thuê baocùng với IMSI của nó Đồng thời khóa nhận thực Ki cũng được lưu giữ ở trung tâmnhận thực AuC để tạo ra bộ ba thông số cần thiết cho quá trình nhận thực và mật mãhóa:

- Số ngẫu nhiên RAND.

- Mật khẩu SRES được tạo ra từ khóa Ki và số ngẫu nhiên RAND bằng thuật toán A3.

- Khóa mật mã Kc được tạo ra từ Ki và số ngẫu nhiên bằng thuật toán A8.

Đường vô tuyến cũng được AuC cung cấp mã bảo mật để chống nghe trộm, mãnày được thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao Cơ sở dữ liệu của AuC còn ghi nhiềuthông tin cần thiết khác khi thuê bao đăng ký nhập mạng và được sử dụng để kiểm trakhi thuê bao yêu cầu cung cấp dịch vụ, tránh việc truy nhập mạng một cách trái phép

2.4 Trạm di động (MS – Mobile Station):

Trạm di động là thiết bị duy nhất người sử dụng có thể thường xuyên nhìn thấycủa hệ thống MS có thể là: máy cầm tay, máy xách tay hay máy đặt trên ô tô Ngoàiviệc chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến, MS còn phảicung cấp các giao diện với người sử dụng như: micro, loa, màn hình hiển thị, bànphím để quản lý cuội gọi) hoặc giao diện với một số các thiết bị khác (như giao diệnvới máy tính cá nhân, FAX…) Hiện nay người ta đang cố gắng sản xuất các thiết bịđầu cuối gọn nhẹ để đấu nối với trạm di động

Trạm di động (MS) bao gồm thiết bị trạm di động ME (Mobile Equipment) vàmột khối nhỏ gọi là môđun nhận dạng thuê bao (SIM - Subscriber Identity Module)

Đó là một khối vật lý tách riêng, chẳng hạn là một IC Card hoặc còn gọi là card thôngminh SIM cùng với thiết bị trạm (ME- Mobile Eqiupment) hợp thành trạm di động

bất cứ máy di động GSM nào truy nhập vào dịch vụ đã đăng ký Mỗi điện thoại diđộng được phân biệt bởi một số nhận dạng điện thoại di động IMEI (InternationalMobile Equipment Identity) Card SIM chứa một số nhận dạng thuê bao di động IMSI(International Mobile Subcriber Identity) để hệ thống nhận dạng thuê bao, một mật mã

để xác thực và các thông tin khác IMEI và IMSI hoàn toàn độc lập với nhau để đảmbảo tính di động cá nhân Card SIM có thể chống việc sử dụng trái phép bằng mậtkhẩu hoặc số nhận dạng cá nhân (PIN)

Trạm di động ở GSM thực hiện ba chức năng:

- Thiết bị đầu cuối thực hiện chức năng không liên quan đến mạng GSM.

- Kết cuối trạm di động thực hiện chức năng lien quan đến truyền dẫn ở giao diện vô

tuyến

- Bộ thích ứng đầu cuối làm việc như một cửa nối thông thiết bị đầu cuối với kết cuối

di động Cần sử dụng bộ thích ứng đầu cuối khi giao diện ngoài trạm di động tuân theotiêu chuẩn ISDN để đấu nối đầu cuối, còn thiết bị đầu cuối lại có thể giao diện đầucuối – Modem

2.5 Phân hệ khai thác và hỗ trợ (OSS):

Một hệ thống GSM bao gồm rất nhiều trung tâm chuyển mạch MSC, bộ điềukhiển trạm gốc BSC và trạm thu phát gốc BTS được lắp đặt ở rất nhiều vị trí khácnhau trên một vùng diện tích lớn

OSS (Operation and Support System) thực hiện 3 chức năng chính:

1) Khai thác và bảo dưỡng mạng

2) Quản lý thuê bao và tính cước

3) Quản lý thiết bị di động

2.5.1 Khai thác:

Khai thác là hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng

như tải của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao giữa hai Cell… nhờ vậy nhàkhai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng dịch vụ mà họ cung cấp cho kháchhàng và kịp thời nâng cấp Khai thác còn bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảmnhững vấn đề xuất hiện ở thời điểm hiện thời, để chuẩn bị tăng lưu lượng trong tươnglai, tăng vùng phủ sóng Ở hệ thống viễn thông hiện đại, khai thác được thực hiệnbằng máy tính và tập trung ở một trạm

2.5.2 Bảo dưỡng:

Có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố và hỏng hóc, nó có một sốquan hệ với khai thác Các thiết bị ở hệ thống viễn thông hiện đại có khả năng tự pháthiện một số các sự cố hay dự báo sự cố thông qua kiểm tra Bảo dưỡng bao gồm cáchoạt động tại hiện trường nhằm thay thế các thiết bị có sự cố, cũng như việc sử dụngcác phần mềm điểu khiển từ xa

Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể xây dựng trên nguyên lý của TMN(Telecommunication Management Network- Mạng quản lý viễn thông) Khi đó, hệthống khai thác và bảo dưỡng được nối đến các phần tử của mạng viễn thông (MSC,HLR, VLR, BSC và các phần tử mạng khác trừ BTS) Ngoài ra hệ thống khai thác vàbảo dưỡng được nối tới máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người - máy Theo tiêuchuẩn GSM hệ thống này được gọi là trung tâm vận hành và bảo dưỡng (OMC-Operation and Maintenance Center)

2.5.3 Quản lý thuê bao:

Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao Nhiệm vụ đầu tiên là nhập vàxóa thuê bao khỏi mạng Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp, bao gồm nhiềudịch vụ và các tính năng bổ sung Nhà khai thác có thể thâm nhập được các thông sốnói trên Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cước các cuộc gọi rồi gửiđến thuê bao Khi đó HLR, SIM - Card đóng vai trò như một bộ phận quản lý thuêbao

2.5.4 Quản lý thiết bị di động:

Quản lý thiết bị di động được bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR thực hiện EIRlưu trữ toàn bộ dữ liệu liên quan đến trạm di động MS EIR được nối đến MSC quađường báo hiệu kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị Trong hệ thống GSM thì EIR đượccoi là thuộc phân hệ chuyển mạch SS

CHƯƠNG III: CHUYỂN GIAO HANDOVER TRONG GSM

Một trở ngại trong việc phát triển mạng thông tin di động tế bào là vấn đề phátsinh khi một thuê bao di động di chuyển từ cell này sang cell khác Các khu vực kềnhau trong hệ thống tế bào sử dụng các kênh vô tuyến có tần số khác nhau Khi thuêbao di động di chuyển từ cell này sang cell khác thì cuộc gọi hoặc bị rớt hoặc tự độngchuyển từ kênh vô tuyến này sang một kênh khác thuộc cell khác Thay vì để cuộc gọi

bị rớt, quá trình Handover (tiếng Mỹ: Handoff) giúp cho cuộc gọi được liên tục trongquá trình đàm thoại, hai thuê bao cùng chiếm một kênh thoại Khi một thuê bao diđộng chuyển động ra khỏi vùng phủ sóng của cell cho trước, tín hiệu đầu thu của cellnày sẽ giảm Lúc đó, cell đang sử dụng sẽ yêu cầu một Handover (chuyển giao) đến hệthống Hệ thống sẽ chuyển mạch cuộc gọi đến một cell có tần số với cường độ tín hiệuthu mạnh hơn mà không làm gián đoạn cuộc gọi hay gửi cảnh báo đến người sử dụng.Cuộc gọi sẽ được tiếp tục mà người sử dụng không nhận thấy quá trình Handover diễn

ra

Quyết định có thực hiện chuyển giao hay không phụ thuộc vào BSC phục vụ Khigọi, MS định kì gửi kết quả đo tới BTS BTS phục vụ đo đường lên về chất lượng tínhiệu vô tuyến của cuộc gọi và trước kết quả đo từ MS Cả hai kết quả đo được sẽđược BTS gửi tới BSC Dựa vào bản tin báo cáo kết quả đo BSC sẽ quyết định cóchuyển giao tới cell khác hay không Quyết định đó được thực hiện bởi một thuật toán

đã được cài đặt và thông số của nó do người quản trị mạng cài đặt Có các loại chuyểngiao khác nhau và trong đó có các phần tử khác nhau của mạng Chuyển giao trongcùng BSC hay giữa các BTS không phức tạp như giữa các MSC

Hình 3.1 Chuyển giao trong mạng GSM

3.1 Các loại chuyển giao :

3.1.1 Chuyển giao trong BTS:

Được gọi là chuyển giao trong cell hay trong cùng BTS Chuyển giao trong celltrên thực tế là không có chuyển giao thực Vì kết quả của nó chỉ để thay đổi tần sốcủa cuộc gọi đang xảy ra Thay đổi tần số được thực hiện khi chất lượng của liên kếtgiảm và sự đo lường các cell kế bên cũng không tốt hơn Trong trường hợp này BSCđiều khiển BTS phục vụ MS ra lệnh cho MS và BTS trở về tần số có thể cho chấtlượng liên kết tốt hơn Việc làm giảm chất lượng liên kết là do ảnh hưởng của cáccuộc gọi khác trong các cell lân cận sử dụng chung tần số (nhiễu đồng kênh) Giảipháp là để cố gắng thay đổi sang một kênh khác (khe thời gian khác) mà có thể đảmbảo tốt hơn cho cuộc gọi

Hình 3.2 Chuyển giao trong BTS.

3.1.2 Chuyển giao trong cùng BSC:

Chuyển giao trong cùng BSC thực hiện khi cell đích được điều khiển bởi một BTS khác từ cell nguồn và cả hai BTS được điều khiển bởi cùng một BSC MSC không liên quan tới quá trình chuyển giao, nó chỉ được BSC thông báo khi chuyển giao hoàn thành Nếu cell đích được đặt trong LA khác, MS cần thực hiện cập nhật vị trí một thủ tục sau khi kết thúc cuộc gọi

Hình 3.3 Chuyển giao trong cùng BSC.

3.1.3 Chuyển giao trong cùng MSC:

Khi BSC quyết định chuyển giao là cần thiết, nhưng cell đích không được điều khiển bởi chính nó, nó cần sự giúp đỡ từ MSC để tìm ra chính xác vị trí của cell đang được BSC nào đó quản lý, lúc này MSC mới tham gia vào quá trình chuyển giao Cell đích sẽ được xác định đúng vị trí trong một BSS khác nào đó mà cũng được quản lý cùng một MSC Khi tìm ra BSS đích, MSC sẽ kết nối BSS nguồn với BSS đích và gửi tin báo cho BSS nguồn khi đã sẵn sàng Sau đó quá trình yêu cầu BTS đích cấp tài nguyên, khi cấp tài nguyên thành công, MS được chỉ dẫn để truy cập kênh mới và

Hình 3.4 Chuyển giao trong cùng MSC.

3.1.4 Chuyển giao giữa các MSC:

Thủ tục chuyển giao giữa các MSC khác nhau được thực hiện khi các cell đích kết nối tới MSC khác (MSC –B) với yêu cầu chuyển giao Yêu cầu MSC –B cấp tài nguyên cho cuộc gọi như trong trường hợp intra – MSC

Hình 3.5 Chuyển giao giữa các MSC khác nhau.

Khi tài nguyên được cấp , cuộc gọi được chuyển mạch như trong trường hợp intra – MSC Vì MS đã chuyển sang một cell khác (được phục vụ bởi BSS/MSC - VLR) mà MSC – A có tất cả thông tin về thuê bao trong VLR của nó Thông tin chỉ