Hệ thống thông tin di động (Phần 3) pot

• Các thiết bị di động liên lạc với nhau thông qua một mạng lưới được thiết lập sẵn• là một mạng vô tuyến bao gồm một số lượng các tế bào vô tuyến radio cell, gọi tắt là tế bào, được phụ

Bài giảng 3 Mạng di động

• Các thiết bị di động liên lạc với nhau thông qua một mạng lưới được thiết lập sẵn

• là một mạng vô tuyến bao gồm một số lượng

các tế bào vô tuyến (radio cell), gọi tắt là tế bào, được phục vụ bởi một máy phát (transmitter) cố định, được gọi là các trạm gốc (cell site hoặc

base station).

• Dựa trên công nghệ “long term” radio

Mạng di động 1/3

• Đầu thập niên 1980 phát triển một mạng điện thọai di động chỉ sử dụng trong một vài khu vực tại châu Âu

• Năm 1982 được chuẩn hoá bởi CEPT

(European Conference of Postal and

Telecommunications Administrations) và tạo ra Groupe Spécial Mobile (GSM) với mục đích sử dụng chung cho toàn Châu Âu

Mạng di động 2/3

• Mạng điện thoại di động sử dụng công nghệ

GSM được xây dựng và đưa vào sử dụng đầu tiên bởi Radiolinja ở Phần Lan

• các tiêu chuẩn, đặc tính phase 1 của công nghệ GSM được công bố vào năm 1990

• Vào cuối năm 1993 đã có hơn 1 triệu thuê bao

sử dụng mạng GSM của 70 nhà cung cấp dịch

vụ trên 48 quốc gia

Mạng di động 3/3

• Dựa trên mô hình mạng tế bào (cell)

– Các khu vực được chia làm nhiều cell, mỗi cell có một trạm cơ sở

– Các mobile sẽ kết nối với trạm cơ sở ở cell hiện tại – Các trạm gốc sẽ được kết nối bằng dây với nhau và với thế giới bên ngòai.

Công nghệ truyền thông thế hệ thứ 1(1G)

• Chỉ có mỗi chức năng nghe – nói

• Công nghệ Analog

• Ví dụ:

– Từ 1981: Nordic Mobile Telecom (NMT)

– Từ 1984: Advanced Mobile Phone System (AMPS)

Công nghệ truyền thông thế hệ thứ 1(1G)

• Công nghệ kỹ thuật số (Digital)

• Dịch vụ ngòai chức năng nghe-nói:

– SMS (killer app)

– Truyền dữ liệu (Chuyển mạch)

• Európa: Groupe Speciale Mobile (GSM),

• Amerika: CDMA (cdmaOne)

• Cuộc gọi GSM đầu tiên: 1 tháng 7 năm 1991 Phần Lan

• GSM dùng chuyển mạch kênh theo thời gian

Công nghệ truyền thông thế hệ thứ 2(2G)

• công nghệ trung gian cho bước phát triển từ 2G (GSM) lên 3G (CDMA)

• GPRS: General Packet Radio Service

– dựa trên tài nguyên có sẵn chỉ khác dùng chuyển mạch gói

– dữ liệu của người dùng được chia thành các gói dũ liệu nhỏ và truyền đi

• EDGE: Enhanced Data Rates for GSM Evolution

– được nâng cấp từ GPRS cho phép truyền dữ liệu với tốc độ có thể lên đến 384 kbit/s

– các nhà cung cấp mạng phải thay đổi trạm phát sóng BTS cũng như là thiết bị di động

– EDGE cung cấp cho chúng ta một dung lượng dữ liệu gấp 3 lần GPRS

– Đối với một số mạng GSM/GPRS hiện nay, EDGE thực chất chỉ là một sự nâng cấp phần mềm

– cho phép truyền tải các dịch vụ di động tiên tiến như tải video, clip nhạc, tin nhắn đa phương tiện hoàn hảo,

truy cập interrnet, e-mail di động tốc độ cao.

Cải thiện của 2G (2.75G)

• cho phép truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh ).

• Tiếp tục nâng cấp tốc độ truyền

• Công nghệ xây dựng trên: W-CDMA

– Hầu hết các nước: UMTS

– Nhật Bản: Foma

• Chi phí xây dựng tốn kém

• Nhiều kênh khác nhau.

• UMTS hay 3GSM: sự kết hợp về bản chất công nghệ 3G của UMTS và chuẩn GSM truyền thống

Công nghệ truyền thông thế hệ thứ 3(3G)

• chuẩn tương lai của các thiết bị không dây

• cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện lý tưởng lên tới 1 cho đến 1,5 Gb/giây

• Những tiêu chuẩn và công nghệ

– WiMAX

• tiêu chuẩn IEEE 802.16 cho việc kết nối Internet băng thông rộng không dây ở khoảng cách lớn

• cho phép người dùng có thể duyệt Internet trên máy laptop

mà không cần kết nối vật lý bằng cổng Ethernet tới router hoặc switch

– IPv6

Pre-4G

– Mạng tế bào (Radio cell).

– GSM (TDMA)

• Vinaphone, Mobiphone, Vietel

– FDMA(Frequency Division Mutiple Access) – CDMA(Đa truy nhập phân mã)

• Sphone, EVN.Telecom, HTL

– Tái sử dụng

– Mục tiêu

• Dung lượng tăng

• Năng lượng tiêu dùng giảm

• Bao phủ tốt hơn

Đặc điểm chính

Tổng kết

Cấu trúc hệ thống

• Cell – tế bào hay ô: là đơn vị cơ sở của mạng, tại đó trạm di động MS tiến hành trao đổi thông tin với mạng qua trạm thu phát gốc BTS (BS).

• Trong đó:

– MS: Mobile Station - trạm di động.

– BTS (BS): Base Tranceiver Station (Base Station)

Khái niệm tế bào

• Phương thức phủ sóng:

– an ten vô hướng và có hướng

– 1 hoặc 3 anten

• Độ nhạy thu - Receive Sensitivity:

– Mức công suất tối thiểu mà tại đó máy thu vẫn nhận được tín hiệu.

• FDMA: Frequency Division Multiple Access - đa truy nhâp phân chia theo tần số

• TDMA: Time Division Multiple Access - đa truy nhâp phân chia theo thời gian

• CDMA: Code Division Multiple Access - đa truy nhâp phân chia theo mã

Các phương thức đa truy nhập

• Mỗi hệ thống thông tin di động được cấp phát một hoặc nhiều băng tần xác định.

• Trong mỗi băng tần, các kênh vô tuyến của hệ thống sẽ được ấn định

• Ví dụ: Băng tần GSM 900 được cấp phát là

– UL: 890 MHz – 915 MHz

– DL: 935 MHz – 960 MHz

Băng tần của hệ thống

Hệ thống GSM

• Mạng thông tin di động mặt đất công cộng

PLMN (Public Land Mobile Network) theo chuẩn GSM được chia thành 3 (4) phân hệ chính sau:

– Phân hệ chuyển mạch – NSS

• Network Switching Subsystem.

– Phân hệ vô tuyến - RSS = BSS + MS

• Radio SubSystem – Phân hệ vận hành và bảo dưỡng – OMS

• Operation and Maintenance Subsystem

Cấu trúc hệ thống GSM

• SIM: lưu giữ các thông tin nhận thực thuê bao

• BSS: Base Station Subsystem

BSS’s components

• BSC: Base Station Controller

• Bộ điều khiển trạm gốc BSC thực hịên các chức năng sau:

– Điều khiển một số trạm BTS: xử lý các bản tin báo hiệu, điều khiển,vận hành & bảo dưỡng đi/đến BTS – Khởi tạo kết nối.

– Điều khiển chuyển giao:Intra & Inter BTS HO

– Kết nối đến MSC, BTS và OMC.

Bộ điều khiển trạm gốc BSC

• BTS: Base Tranceiver Station hoặc BS: Base

Station

• Trạm thu phát gốc BTS thực hịên các chức năng sau:

– Thu phát vô tuyến (Radio Carrier Tx and Rx)

– Ánh xạ kênh logic vào kênh vật lý( Logical to physical

Ch Mapping )

– Mã hóa/giải mã hóa (Coding/Decoding)

– Mật mã hóa/giải mật mã hóa(Ciphering/Deciphering) – Điều chế / giải điều chế (Modulating/ Demodulating)

Trạm thu phát gốc BTS

Cấu hình BSS

Bộ TRAU (XCDR)

• TRAU: Transcoding and Rate Adaption Unit hoặc XCDR : TransCoDeR

Phân hệ chuyển mạch NSS

Tổng đài di động MSC

• Mobile services Switching Center

• Chức năng:

– Xử lý cuộc gọi (call procesing).

– Điều khiển chuyển giao (Handover control).

– Quản lý di động (mobility management).

– Xử lý tính cước (billing).

– Tương tác mạng (interworking function):GatewayMSC

Bộ định vị thường trú HLR

• Home Location Register

• “HLR là cơ sở dữ liệu tham chiếu lưu giữ lâu dài các thông tin về thuê bao”

– Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN.

– Các thông tin về thuê bao

– Danh sách dịch vụ MS được/hạn chế sử dụng.

– Số hiệu VLR đang phục vụ MS

Bộ định vị tạm trú VLR

• Visitor Location Register

• “VLR là cơ sở dữ liệu trung gian lưu giữ tạm thời thông tin về thuê bao trong vùng phục vụ

MSC/VLR được tham chiếu từ cơ sở dữ liệu

Trung tâm nhận thực(xác thực) AuC

• “AuC (AC) là cơ sở dữ liệu lưu giữ mã khóa cá nhân Ki của các thuê bao và tạo ra bộ ba tham số nhận thực

‘triple: RAND, Kc,SRES’ khi HLR yêu cầu để tiến hành quá trình nhận thực thuê bao”.

Khối nhận dạng thiết bị EIR

• Equipment Identity Register

• “EIR là cơ sở dữ liệu thông tin về tính hợp lệ của thiết bị ME qua số IMEI”

• Một thiết bị sẽ có số IMEI thuộc 1 trong 3 danh sách:

– Danh sách trắng (white list) -> valid ME

– Danh sách đen (black list) -> stolen ME

– Danh sách xám (gray list) -> ME is fauly or do not

meet curent GSM specifications

Phân hệ vận hành và bảo dưỡng OMS

Vùng phủ sóng - Vinaphone

Số nhận dạng vùng định vị LAI

Quá trình xử lý tín hiệu thoại GSM

Sử dụng lại tần số

• Số kênh tần số là hữu hạn

• Sử dụng lại tần số là việc cấp phát cùng một

nhóm tần số vô tuyến tại các vị trí địa lý khác

nhau trong mạng mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng kết nối tại giao diện vô tuyến do

nhiễu đồng kênh và nhiễu kênh lân cận gây nên

• Trong mạng GSM, mỗi trạm BTS được cấp phát một nhóm tần số vô tuyến

Sử dụng lại tần số

• Các trạm thu phát gốc BTS lân cận được cấp phát các nhóm kênh vô tuyến không trùng với các kênh của BTS liền kề

Cách tính khỏang cách sử dụng lại tần số

• ???

Chu trình cuộc gọi và chuyển giao

• Cuộc gọi kết thúc tại MS

– MTC - Mobile Terminating Call

– ví dụ: Cuộc gọi từ PSTN đến PLMN

• Cuộc gọi khởi tạo từ MS

– MOC - Mobile Originating Call

• Trạng thái của MS:

– MS tắt máy (detached)

– MS bật máy (atached): - rỗi (idle), bận (busy).

Chu trình cuộc gọi và chuyển giao

Chuyển giao cuộc gọi – HO (Hand Over)

Phân lọai chuyển giao cuộc gọi

GPRS

Cấu trúc GSM

Cấu Trúc GPRS

GPRS- General Packet Radio Service

• Dịch vụ vô tuyến gói chung

• SGSN: Serving GPRS Support Node - Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS

– Quản lý di động

– Mật mã và nén

– Đóng gói và truyền dẫn gói

• GGSN: Gateway GPRS Support Node - Nút hỗ trợ cổng GPRS

– Liên kết giữa các mạng

– Định tuyến dữ liệu

CDMA

Hệ thống CDMA

Ưu điểm của CDMA

• Dung lượng hệ thống CDMA gấp 8-10 lần so với hệ thống AMPS (FDMA) và 4-5 lần hệ thống GSM(TDMA).

• Chất lượng cuộc gọi được nâng cao.

• Thiết kế hệ thống đơn giản hoá do sử dụng cùng 1 dải tần

số ở mọi ô.

• Nâng cao sự bảo mật thông tin.

• Đặc tính phủ sóng được cải thiện, nâng cao phạm vi phủ sóng.

• Tăng thời gian đàm thoại cho máy đầu cuối.

• Dải thông được cung cấp tuỳ theo yêu cầu sử dụng.

• Nâng cấp mạng dễ dàng.

Lộ trình phát triển lên 3G

Tổng kết

• Mô hình mạng GSM

• Khác biệt giữa mô hình GSM và GPRS

• Ưu điểm của CDMA