Tìm hiểu hệ thống di động ppt

RSS Radio SubsystemTrạm di đông MS Mobile Station MS = ME + SIM  ME: Mobile Equipment - thiết bị di động  SIM: Subscriber Identity Module SIM chính là bộ phận của quản lý thuê bao SIM

Hướng dẫn: Ths.Ngô Đắc Thuần

Nhóm:

Bùi Thanh Sơn

Nguyễn Thị Minh Châu Trần Quốc Cường

Lê Thị Nguyệt Quế

Tổng quan về di động

1.Lịch sử phát triển của di động:

LTE

Phân biệt các công nghệ tiến đến 3G

1G : Thế hệ điện thoại di động đẩu tiên ra đời trên thị

trường vào những năm 70/80 Đấy là những điện thoại

anolog sử dụng kỹ thuật điều chế radio gần giống như kỹ thuật dùng trong radio FM

2G : Hệ thống thông tin di động được số hóa Gồm hai nhánh

đi theo hai công nghệ khác nhau CDMA và TDMA Điển hình là hệ thống GSM ( data rate 9.6 kbps, speech rate 13kbps)

Hướng lên 3G trên nền GSM

2.5G GPRS đã cải tiến tốc độ truyền lên 20-30Kbps

GPRS cho phép phát triển dịch vụ WAP và internet (email) tốc độ thấp.

2.75 G: EDGE (Enhanced Data Rates for GSM

Evolution), là một công nghệ cho phép truyền dự liệu với

tốc độ có thể lên đến 384 kbit/s cho người dùng cố định hoặc

di chuyển chậm và 144 kbit/s cho người dùng di chuyển tốc

độ cao EDGE dùng phương thức điều chế 8-PSK để tăng tốc

độ dự liệu truyền Chính vì thế, để triển khai EDGE, các nhà cung cấp mạng phải thay đổi trạm phát sóng BTS cũng như

Hướng lên 3G trên nền GSM

3G: UMTS (Universal Mobile Telecommunications

System), hay còn gọi là WCDMA, là mạng di động thế hệ

thứ 3 (3G) sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mã trãi phổ UMTS được chuẩn hóa bởi tổ chức 3GPP.

Hướng lên 3G trên nền CDMAone

Cdma2000, cdma2000 1xEV-DO (EVolution, Data Only), cdma2000 3x cũng là mạng di động thế hệ thứ 3 sử dụng kỹ

thuật multi-carrier CDMA CDMA2000 được phát triển từ

CdmaOne với mục tiêu là sử dụng lại chính dãi băng tần này

 3GPP LTE (The Third Generation Partnership Project

Long Term Evolution) là một công nghệ di động mới đang

được phát triển và chuẩn hóa bởi 3GPP.

 Dự án được bắt đầu từ cuối năm 2004, nhằm đảm bảo tính

cạnh tranh của mạng 3G trong vòng 10 năm tới 3G LTE hướng tới đạt tốc độ dữ liệu truyền trên kênh downlink tầm 100 Mbps

và trên kênh uplink tầm 50 Mbps

 3G LTE sử dụng các kỹ thuật OFDMA và MIMO thay vì

CDMA như trong mạng 3G

• Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM (Global

System for Mobile communications) là một công nghệ di động tế bào , ra đời vào năm 1982 bởi Liên hiệp Bưu

chính và Viễn thông Châu Âu (Conférence Européennedes Postes et Télécommunications) CEPT, nhằm mục đích tạo

ra một công nghệ di động sử dụng chung cho toàn Châu Âu.

• GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động trên thế giới

 GSM là hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2

(Second-Generation wireless telephone technology (2G))

và 1800Mhz (DCS 1800) (DCS: Digital Communication

System) Riêng ở một số nước Nam Mỹ có thêm băng tần 800

cho vùng có mật độ thuê bao thấp

có mật độ thuê bao cao

Cấu trúc tổng quát của mạng

GSM

Hệ thống GSM gồm 3 hệ thống con:

thác và bảo dưỡng

Cấu trúc mạng GSM

 MS: Mobile Subscriber

 TE: Terminal Equipment

 MT: Mobile Terminal

 BSS: Base Station Subsystem

• MSC: Mobile Services Switching Center

• VLR: Visitor Location Register

• HLR: Home Location Register

• AC: Authentication Center

MS (MOBILE SUBSCRIBER)

 ME bản thân điện thoại di động (không có SIM) ME chia thành 2 khối

BSS (Base Station Subsystem)

 BTS nhận tín hiệu vô tuyến đường lên từ MS rồi biến đổi nó thành dữ liệu để truyền đi trong mạng GSM, và nhận dữ liệu từ mạng GSM rồi biến nó thành tín hiệu vô tuyến phát đến MS Các BTS tạo nên vùng phủ sóng của cell.

 BSC:

 Phân phối các kênh vô tuyến cho MS khi thiết lập cuộc gọi.

 Xác định khi nào thì tiến hành chuyển giao HO.

 Nhận dạng BTS đích phù hợp và điều khiển công suất phát của MS sao cho vừa đủ để tới được BTS đang phục vụ.

 Tập hợp BTS và BSC gọi là hệ thống trạm gốc BSS.

MSC (Mobile Services Switching Center)

HLR (Home Location Register)

về đăng kí của người dùng, thông tin về dịch vụ mà thuê bao được sử dụng

VLR (Visitor Location Register)

đến các thuê bao hiện đang đăng kí trong vùng MSC đó

cục bộ của thuê bao nhằm mục đích thiết lập và giải

phóng cuộc gọi

AC (Authentication Center)

EIR (Equipment Identity Register)

 EIR để theo dõi ME bị đánh cắp hoặc có lỗi.

 Mỗi ME được gán một số IMEI (International Mobile Equipment Identity) duy nhất gồm 15 số thập phân tại nơi sản xuất.

 EIR lưu 3 danh sách khác nhau của IMEI:

 Danh sách trắng: chứa các IMEI đã được cấp cho ME có thể

 IMEI được kiểm tra trong EIR và được MSC đang phục vụ MS

chuyển đến Kết quả kiểm tra IMEI được EIR gởi đến MSC liên

LA (Location Area)

 Vùng phủ sóng của mạng được chia thành các vùng định vị

LA Mỗi LA gồm một hoặc một số cell VLR sẽ chứa các chi tiết về LA trong đó mỗi thuê bao được đăng kí.

 Khi có cuộc gọi tới, MS sẽ được tìm gọi trong tất cả các tế bào thuộc LA.

 MS sẽ di chuyển tự do giữa các cell của cùng LA mà không

phải thông báo cho mạng về vị trí của nó.

 MS di chuyển giữa các cell thuộc các LA khác nhau phải đăng

kí theo vùng mới theo thủ tục cập nhật vị trí.

 MS di chuyển giữa các LA thuộc các VLR khác nhau, chi tiết của nó được copy từ HLR vào VLR mới đồng thời được xóa khỏi VLR cũ.

1.RSS (Radio Subsystem)

Có 3 thành phần

 Trạm di động MS (Mobile Station)

 Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem)

 Giao tiếp vô tuyến Um (Radio Interface)

RSS (Radio Subsystem)

Trạm di đông MS (Mobile Station)

MS = ME + SIM

 ME: Mobile Equipment - thiết bị di động

 SIM: Subscriber Identity Module

SIM chính là bộ phận của quản lý thuê bao

SIM chứa chức năng bảo mật và để nhận thực thuê bao

SIM là một modul tháo rút để cắm vào mỗi khi sử dụng

Có 2 lọai: SIM card IC

SIM dạng cắm

 GSM, MS được phân thành 5 loại theo công suất đỉnh như sau:

Loại 1: 20W Lắp trện xe và xách tay Loại 2: 8W Lắp trên xe và xách tay Lọai 3: 5W Cầm tay

Loại 4: 2W Cầm tay

RSS (Radio Subsystem)

Giao diện vô tuyến Um

 Radio Frequency Channel (RFC)

RSS (Radio Subsystem)

Giao diện vô tuyến Um : sự khác nhau của kênh vô tuyến GSM và DCS

1.1Base Station (BS)

Bao gồm

 Trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Station)

 Bộ điều khiển gốc BSC (Base Station Controller)

 Bộ chuyển đổi mã và phối hợp tốc độ TRAU (Transcoding

and Rate Adaption Unit)

Base Station Subsystem (BSS)

Phân hệ trạm gốc

Base Station Subsystem (BSS)

1.1.1Trạm thu phát gốc BTS

BTS là thiết bị trung gian giữa mạng GSM và thiết bị thuê bao MS, BTS thực hiện những 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

Trạm thu phát gốc (BTS)

TDMA system

 Chịu trách nhiệm truyền 8

time slots trong frame

TDMA của 1 RFC (radio

frequency channel)

 TDMA system = RFC

 Bên trong có sự kết nối

giữa anten và TDMA

system để truyền thông tin

qua lại.

Trạm thu phát gốc (BTS)

BTS control: điều khiển và giám sát chức năng của các thành phần trong BTS

Trạm thu phát gốc (BTS)

Làm nhiệm vụ giao tiếp vật lý như: đồng bộ, đáp ứng tín hiệu, phân phối kênh truyền cho hệ thống TDMA

Base Station Subsystem (BSS)

1.1.2Bộ điều khiển trạm gốc BSC thực hiện các chức năng sau:

 Điều khiển một số trạm BTS: xử lý các bản tin báo hiệu, điều khiển, vận hành và bảo dưỡng đi/đến BTS

 Khởi tạo kết nối

 Điều khiển chuyển giao: Intra và Inter BTS HO

 Kết nối đến MSC, BTS và OMC

 Nhiệm vụ quan trọng nhất của BSC là đảm bảo khả năng sử dụng

tiềm năng vô tuyến cao nhất Điều này được thực hiện khi BSC điều khiển một phần chính của mạng vô tuyến Chỉ có thể cân bằng được

sự mất cân đối của tải lượng khi số thuê bao lớn.

 Mỗi BSC chỉ điều khiển một BSS

Bộ điều khiển trạm gốc BSC

Bộ điều khiển trạm gốc BSC

Bộ điều khiển trạm gốc BSC

Base station

 Thực hiện chuyển đổi mã thông tin từ các kênh vô tuyến (16 Kb/s)

theo tiêu chuẩn GSM thành các kênh thoại chuẩn (64 Kb/s) trước khi chuyển đến tổng đài.

 TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, tại đây cũng thực hiện thích ứng tốc

độ trong trường hợp truyền số liệu.

 TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể được đặt cách xa BTS và thậm chí còn đặt trong BSC và MSC

Bộ chuyển đổi mã và phối hợp tốc độ TRAU

Bộ chuyển đổi mã và phối hợp tốc độ TRAU

Bộ chuyển đổi mã và phối hợp tốc độ TRAU

Bộ chuyển đổi mã và phối hợp tốc độ TRAU

1.1.4 Qui hoạch cell

Khái niệm

 Mỗi BTS tạo ra một hay một số khu vực vùng phủ sóng nhất định gọi

là tế bào (cell) Cell là đơn vị cơ sở của mạng Kích thước cực đại của một cell thông thường có thể đạt tới bán kính R = 35 km

 Vùng định vị được chia thành một số ô mà khi MS di chuyển trong đó thì không cần cập nhật thông tin về vị trí với mạng

Qui hoạch cell

 Sóng vô tuyến bị che khuất (vùng đô thị lớn).

 Mật độ thuê bao cao.

 Yêu cầu công suất phát nhỏ.

Qui hoạch cell

Kích thước cell

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

Qui hoạch cell

 Chia cell (cells splitting)

Qui hoạch cell

Chia cell (cells splitting) có các giai đoạn

 Giai đoạn 0 :dùng “omni cell” với các anten vô hướng (góc 3600 ), phạm vi phủ sóng rộng.

 Giai đoạn 1 (Sector hóa): thay anten vô hướng (omni) bằng 3 anten riêng biệt định hướng dải quạt 120 o là một giải pháp tách chia 1 Cell thành 3 Cells

Qui hoạch cell

Sử dụng tần số

 Các nhà cung cấp dịch vụ di động GSM sử dụng hai dải tần số, đó là GSM 900 và GSM 1800.

 Một số quốc gia ở Châu Mỹ thì sử dụng băng 850 Mhz và 1900 Mhz

do băng 900 Mhz và 1800 Mhz ở đây đã được sử dụng trước đó

Qui hoạch cell

Tái sử dụng lại tần số

 Sử dụng lại tần số là việc sử dụng các kênh vô tuyến ở cùng một tần số mang để phủ sóng cho các vùng địa lý khác nhau Các vùng này phải cách nhau một cự ly đủ lớn để mọi nhiễu giao thoa đồng kênh (có thể xảy ra) chấp nhận được.

 Mảng mẫu (Cluster) là một nhóm các cell Các kênh không được tái sử dụng tần số trong một cluster.

 Công thức tính khoảng cách sử dụng lại tần số:

D = R*square(3*N) (trong đó: R là bán kính cell, N là nhóm tần số)

Qui hoạch cell

Tái sử dụng lại tần số

 Mẫu M /N

Trong đó: M = tổng số sites trong mảng mẫu

N = tổng số cells trong mảng mẫu

 Ba kiểu mẫu sử dụng lại tần số thường dùng là: 3/9, 4/12 và 7/21.

Chọn mẫu sử dụng lại tần số phải dựa trên các đặc điểm địa lý vùng phủ sóng, mật độ thuê bao của vùng phủ và tổng số kênh của mạng.

 Mẫu 3/9: số kênh trong một cell là lớn, tuy nhiên khả năng nhiễu cao Mô hình này thường được áp dụng cho những vùng có mật độ máy di động cao

 Mẫu 4/12: sử dụng cho những vùng có mật độ lưu lượng trung bình.

 Mẫu 7/21: sử dụng cho những khu vực mật độ thấp.

Mẫu tái sử dụng lại tần số 3/9

Mẫu tái sử dụng lại tần số 4/12

Mẫu tái sử dụng lại tần số 7/21

1.1.5 Các loại nhiễu trong di động

Các loại nhiễu trong di động

 Nhiễu đồng kênh C/I: nhiễu đồng kênh xảy ra khi cả hai máy phát

phát trên cùng một tần số hoặc trên cùng một kênh Máy thu điều chỉnh ở kênh này sẽ thu được cả hai tín hiệu với cường độ phụ thuộc vào vị trí của máy thu so với hai máy phát.

C/I = 10log(Pc/Pi)

Trong đó:

Pc = công suất tín hiệu thu mong muốn

Pi = công suất nhiễu thu được.

Các loại nhiễu trong di động

 Nhiễu kênh lân cận C/A: Nhiễu kênh lân cận xảy ra khi sóng vô

tuyến được điều chỉnh và thu riêng kênh C song lại chịu nhiễu từ

kênh lân cận C-1 hoặc C+1

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

2.2 Network components of SSS:

- SSS( services switching subsystem), đây có thể coi là core của hệ thống

GSM Hệ thống này đảm nhiệm các chức năng : chuyển mạch, báo

hiệu,chứng thực, quản lý thuê bao, giao tiếp với các mạng khác.

MSC ( Mobile services switching center) VLR (Visistor location register)

HLR ( Home location register)

-Mạng chuyển mạch kênh điều khiển và kênh lưu thông.

-Mạch giao tiếp cho hệ thống PCM30 với các thành phần mạng khác.

2.2.1 MSC (Mobile services switching center)

-Có vai trò giống như tổng đài trong mạng điện thoại truyền thống, nhưng khác biệt lớn nhất ở đây MSC là tổng đài số.

MSC thực thi việc quản lý các cells cũng như location areas.

2.2.2 HLR ( home location register)

- Trong hệ thống GSM, MSC không thực hiện việc quản trị thuê bao như tổng đài analog truyền thống HLR quản lý dữ liệu thuê bao của một vùng.

- HLR là cơ sở dữ liệu tại đó các thuê bao được tạo ra , giải phóng,bị cấm hay xóa bỏ hoàn toàn.HLR chứa các chứng thực vĩnh cửu của

thuê bao.( các dịch vụ được sử dụng, số thuê bao, các giới hạn tương ứng )

- Để cung cấp dữ liệu túc thời cho việc thiết ập hay giải phóng cuộc gọi.Thông tin được tạm thời chứa trong một cơ sở dữ liệu kèm

theo ,đó là VLR ,liên kết với MSC

2.2.3 VLR ( Visistor location register )

- Ngoài việc chứa dữ liệu tạm thời của subscribers, VLR còn đảm nhiệm việc chứng thực

- Khi một mobile subscriber muốn truy cập vào mạng VLR sẽ xác minh xem SIM card có được chấp nhận hay không dựa vào các tham số chứng thực.

( triples)

2.2.4 AC ( Authentication canter)

- Phát liên tục triples cho VLR khi được yêu cầu.

2.2.5 EIR ( equipment identity register)

- Kiểm tra ME có được chấp nhận hay không.Trong quá trình thực hiện cuộc gọi, nếu

có vấn đề gì xảy ra thì thiết bị này sẽ được quan sát.Do vậy đầu tiên MSC sẽ yêu cầu

chuỗi IMEI ( interational moble equipment identity ) từ MS , rồi gửi nó đến EIR

- Dựa vào chuỗi IMEI được cung cấp , EIR sẽ cho MSC biết là thiết bị thuộc danh sách đen ,xám hay trắng.

3 OMS ( Operating and mainternence subsystem ):

- Phục vụ cho tất cả các thành phần mạng của SSS và BSS về hoạt động, giàm sát, bảo dưỡng.

-Trong OMC có các OMT ( operating and mainternence terminals).

4.Các kết nối vật lý :

- Là kết nối của tất cà các thành phần có trong mạng GSM Trên các kết nối vật lý đó có thể dùng để truyền thông tin lưu thông hay các thông tin báo hiệu.

- Tất cả các kết nối vật lý trong SSS,RSS và đi đến PSTN là hệ thống PCM30.

4.1 Traffic channel connection ( kết nối kênh lưu thông )

Kết nối kênh lưu thông giữ MS và điện thoại analog 4.2 Signaling connection ( kết nối bao hiệu ):

- Việc xử lý báo hiệu dựa trên hệ thống CCS7(common channel signaling system no.7)

5.System interface:

BSC A BTS

bit MSC A BSC

level 4 : SCCP + TCAP+MAP Traffic channel : none

Signaling : bhkc 64 kbps Photocol : ccs7 MTP

level 4 : SCCP +TCAP+MAP Traffic channel : speech and data ( radio) 64kbps Signaling : bhkc 64 kbps

Photocol : ccs7 MTP

level 4 : 1/ ISUP /TUP;

2/SCCP+TCAP+MAP

6 Logical channel :

* Control channel :

6 BURST:

- Cấu trúc bit của kênh tùy thuộc vào kênh đó là kênh điều khiển hay kênh lưu thông.

Burst traffic channel

Burst control channel

6.chuyển giao cuộc gọi (Handover)

Quá trình chuyển giao cuộc gọi những loại sau:

 Intra-cell Hand Over.

 Inter-cell Hand Over.

 Intra-MSC Hand Over.

 Inter-MSC Hand Over.