tìm hiểu sự phát triển của thông tin di động

1.2 Cấu trúc tổng quát một mạng cung cấp dịch vụ di động Một hệ thống mạng thông tin di động thường có cấu trúc chung như sau: Hình 1.2-1: Cấu trúc chung mạng thông tin di động Trong đó:

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

o0o ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

TÌM HIỂU SỰ PHÁT TRIỂN CỦA THÔNG TIN DI ĐỘNG

GVHD : Nguyễn Trung Kiên SVTH: Nguyễn Thị Phương MSSV: 0931040083

HÀ NỘI, 08/2011

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN

Ngày tháng năm 2011

Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

Ngày tháng năm 2011

Giáo viên phản biện

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN 3

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 3

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN 4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 9

DANH MỤC BẢNG BIỂU 10

LỜI MỞ ĐẦU 12

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG DI ĐỘNG 14

1.1 Giới thiệu 14

1.1.1 Định nghĩa, khái niệm 14

1.1.2 Các đặc điểm chung 14

1.1.3 Các dịch vụ trong mạng di động 15

1.1.3.1 Dịch vụ thoại: 15

1.1.3.2 Dịch vụ bản tin ngắn SMS: 15

1.1.3.3 Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện MMS 15

1.1.3.4 Một số dịch vụ giá trị gia tăng 16

1.2 Cấu trúc tổng quát một mạng cung cấp dịch vụ di động 17

1.2.1 Thiết bị đầu cuối di động MS (máy điện thoại di động): 17

1.2.2 Trạm thu phát BTS: 17

1.2.3 Tổng đài chuyển mạch trung tâm MSC: 18

1.2.4 Tổng đài chuyển mạch cửa ngõ *GMSC: 18

1.2.5 Bộ đăng ký định vị thuê bao nhà HLR: 18

1.2.6 Bộ đăng ký định vị thuê bao khách VLR: 18

1.3 Các khía cạnh kỹ thuật quan trọng của mạng di động 18

1.3.1 Truyền sóng 18

1.3.1.1 Suy hao đường truyền 18

1.3.1.2 Sai pha 18

1.3.1.3 Pha đinh 19

1.3.1.4 Sự phân tán thời gian 19

1.3.1.5 Giao thoa giữa các ký hiệu (ISI) 19

1.3.1.6 Giao thoa đồng kênh 19

1.3.1.7 Giao thoa kênh lân cận 20

1.3.2 Chuyển giao (Handover) 20

1.3.2.1 Handover giữa các BTS của cùng một BSC: 20

1.3.2.2 Handover giữa các BSC cùng một MSC/VLR: 20

1.3.2.3 Handover giữa hai vùng phục vụ MSC/VLR: 20

1.3.3 Roaming 20

1.3.3.1 Roaming là gì? 20

1.3.3.2 Các loại roaming 21

1.4 Tóm tắt 23

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG DI ĐỘNG 24

2.1 Giới thiệu 24

2.2 Bức tranh chung về sự phát triển của mạng di động 24

2.3 Mạng di động thế hệ 1 (1G) 27

2.3.1 Khái niệm 27

2.3.2 Lịch sử phát triển 27

2.3.3 Cấu trúc mạng 28

2.3.3.1 PSTN ( Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng ) 28

2.3.3.2 Mobile Telephone Switching Office ( MTSO) 28

2.3.3.3 The cell site ( vị trí tế bào ) 28

2.3.3.4 Mobile Subcriber Units ( Khối thuê bao di động : MSUs ) 29

2.3.4 Đặc trưng công nghệ 29

2.3.4.1 Tái sử dụng tần số (Frequency Reuse) 29

2.3.4.2 Cells splitting (Sự phân chia các cell) 30

2.3.4.3 Handoff (Sự chuyển giao) 31

2.3.5 Các dịch vụ phổ biến 32

2.4 Mạng di động 2G-GSM 32

2.4.1 Khái niệm 32

2.4.2 Lịch sử phát triển 32

2.4.3 Cấu trúc mạng 33

2.4.3.1 Hệ thống con chuyển mạch SS bao gồm các khối chức năng sau: 33

2.4.3.2 Hệ thống con trạm gốc BSC gồm các khối chức năng sau: 34

2.4.3.3 Hệ thống con khai thác OSS gồm các khối chức năng sau: 34

2.4.3.4 Trạm di động MS gồm: 34

2.4.4 Chức năng của các phần tử trong hệ thống 35

2.4.4.1 Hệ thống con chuyển mạch SS 35

2.4.4.2 Hệ thống con khai thác OSS 37

2.4.4.3 Trạm di động MS 38

2.4.5 Đặc trưng công nghệ 39

2.4.6 Các dịch vụ phổ biến 40

2.5 GPRS: Mạng di động 2.5G 40

2.5.1 Khái niệm 40

2.5.2 Cấu trúc mạng 40

2.5.2.1 MS - Trạm di động 41

2.5.2.2 BSS - Trạm gốc 41

2.5.2.3 SGSN - Nút phục vụ các thuê bao GPRS 42

2.5.2.4 GGSN - Nút định tuyến của GPRS 42

2.5.2.5 Các thành phần khác của mạng GPRS 42

2.5.2.6 Thủ tục đấu nối trạm di động 43

2.5.3 Đặc trưng công nghệ 44

2.5.4 Các dịch vụ phổ biến 45

2.6 UMTS: Mạng di động 3G 46

2.6.1 Khái niệm 46

2.6.2 Lịch sử phát triển 46

2.6.3 Cấu trúc mạng 46

2.6.4 Đặc trưng công nghệ 48

2.6.5 Các dịch vụ phổ biến 50

2.6.1 Relsease 99 51

2.6.2 Release 4 52

2.6.3 Release 5 52

2.6.4 Release 6 53

2.6.5 Release 7 54

2.6.6 Release 8: LTE 55

2.7 Mạng di động 4G 56

2.7.1 Khái niệm 56

2.7.2 Lịch sử phát triển 57

2.7.3 Cấu trúc mạng 58

2.7.3.1 Các phần tử lớp truy nhập vô tuyến 58

2.7.3.2 Lớp mạng lõi 59

2.7.3.3 Lớp chức năng 59

2.7.3.4 Lớp dịch vụ: 60

2.7.4 Đặc trưng công nghệ 60

2.7.5 Hướng lên 4G qua LTE 61

2.7.6 4G theo công nghệ Wimax 63

2.7.7 So sánh Mạng di động 4G theo hướng công nghệ LTE và công nghệ WiMAX 63

2.7.7.1 So sánh về công nghệ: 64

2.7.7.2 So sánh về sự hội tụ: 65

2.7.8 Các dịch vụ phổ biến 66

2.7.8.1 Truyền thông tốc độ cao: 67

2.7.8.2 Dịch vụ thoại: 67

2.7.8.3 Tin nhắn: 67

2.7.8.4 Dịch vụ dữ liệu: 67

2.7.8.5 Dịch vụ đa phương tiện: 67

2.7.8.6 Tính toán mạng công cộng: 67

2.7.8.7 Bản tin hợp nhất: 68

2.7.8.8 Môi giới thông tin: 68

2.7.8.9 Thương mại điện tử: 68

2.7.8.10 Trò chơi tương tác trên mạng: 68

2.7.8.11 Thực tế ảo phân tán: 68

2.7.8.12 Quản lý tại gia: 68

2.8 So sánh các thế hệ mạng di động 69

2.9 Tóm tắt 71

CHƯƠNG 3 TÌM HIỂU MẠNG DI ĐỘNG Ở VIỆT NAM 72

3.1 Giới thiệu 72

3.2 Lịch sử tham gia của các nhà cung cấp dịch vụ di động 72

3.2.1 MobiFone 72

3.2.2 VinaPhone 73

3.2.3 Viettel 73

3.2.4 S-Fone 73

3.2.5 EVN Telecom 73

3.2.6 Vietnamobile 74

3.2.7 Beeline 74

3.3 Một số thông tin về các mạng di động tại VN hiện nay 75

3.3.1 Thị phần các nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động Việt Nam 75

3.3.2 So sánh các mạng về công nghệ 76

3.3.3 Cạnh tranh giữa các mạng điện thoại di động năm 2011 77

3.3.3.1 Cạnh tranh về giá cước 77

3.3.3.2 Cạnh tranh về công nghệ và dịch vụ 79

3.3.3.3 Cạnh tranh trong thời hội nhập 79

3.4 Một số nhận xét 82

3.4.1 Nhận xét chủ quan 82

3.4.2 Nhận xét khách quan 83

3.5 Tóm tắt 84

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI 85

4.1 Kết luận 85

4.1.1 Đã thực hiện các nội dung 85

4.1.2 Các kết quả đã đạt được 85

4.1.3 Các hạn chế 86

4.2 Hướng nghiên cứu tiếp theo 86

TỪ VIẾT TẮT 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 96

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

HÌNH 1.2-1: CẤU TRÚC CHUNG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 17

HÌNH 1.3-2: GIAO THOA GIỮA CÁC KÝ HIỆU ISI 19

HÌNH 2.2-3: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG DI ĐỘNG 25

HÌNH 2.2-4: KỸ THUẬT TRY NHẬP VÔ TUYẾN QUA CÁC THẾ HỆ MẠNG DI ĐỘNG 26

HÌNH 2.3-5: HỆ THỐNG THÔNG TIN TẾ BÀO 28

HÌNH 2.3-6: TÁI SỬ DỤNG TẦN SỐ 30

HÌNH 2.3-7: QUÁ TRÌNH PHÂN CHIA CELL 31

HÌNH 2.3-8: QUÁ TRÌNH HANDOFF 32

HÌNH 2.4-9 : KIẾN TRÚC MẠNG 2G-GSM 33

HÌNH 2.4-10 MÔ HÌNH HỆ THỐNG GSM 35

HÌNH 2.4-11: HÌNH MINH HỌA IPHONE 2G 39

HÌNH 2.5-12: KIẾN TRÚC MẠNG GPRS 41

HÌNH 2.6-13: KIẾN TRÚC TỔNG QUÁT CỦA MỘT MẠNG DI ĐỘNG KẾT HỢP CẢ CS VÀ PS 47

HÌNH 2.6-14: CHUYỂN MẠCH KÊNH (CS) VÀ CHUYỂN MẠCH GÓI (PS) 49

HÌNH 2.6-15: VỚI 3G, DI ĐỘNG ĐÃ CÓ THỂ TRUYỀN TẢI DỮ LIỆU TRỰC TUYẾN, ONLINE, CHAT, XEM TIVI THEO KÊNH RIÊNG 50

HÌNH 2.6-16: CẤU TRÚC MẠNG 3G THEO TIÊU CHUẨN 3GPP R99 51

HÌNH 2.6-17: CẤU TRÚC MẠNG 3G THEO TIÊU CHUẨN 3GPP R4 52

HÌNH 2.6-18: CẤU TRÚC MẠNG 3G THEO TIÊU CHUẨN 3GPP R5 53

HÌNH 2.6-19: CẤU TRÚC MẠNG 3G THEO TIÊU CHUẨN 3GPP R6 53

HÌNH 2.6-20: CẤU TRÚC MẠNG 3G THEO TIÊU CHUẨN 3GPP R7 54

HÌNH 2.7-21: MINH HỌA CÔNG NGHỆ 4G 57

HÌNH 2.7-22 CẤU TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G 58

HÌNH 2.7-23: HÌNH MINH HỌA CÔNG NGHỆ LTE ADVANCED 61

HÌNH 2.7-24: CẤU TRÚC MẠNG 4G LTE ADVANCED 62

HÌNH 2.7-25: SO SÁNH TÌNH HÌNH CHUẨN HÓA GIỮA LTE VÀ WIMAX 63

HÌNH 3.2-26: TĂNG TRƯỞNG THUÊ BAO QUA CÁC NĂM 1993-2010 72

HÌNH 3.3-27: SO SÁNH CÔNG NGHỆ GIỮA CÁC NHÀ CUNG CẤP 76

HÌNH 3.3-28: BIỂU ĐỒ TĂNG TRƯỞNG DI ĐỘNG SO VỚI ĐT CỐ ĐỊNH VÀ INTERNET QUA CÁC NĂM 77

HÌNH 3.3-29: HÌNH MINH HỌA CUỘC CHIẾN GIÁ CƯỚC DI ĐỘNG 78

HÌNH 3.3-30: HÌNH MINH HỌA CẠNH TRANH CƯỚC VIỄN THÔNG 79

HÌNH 3.3-31:THỊ PHẦN CỦA CÁC MẠNG DI ĐỘNG TÍNH ĐẾN HẾT THÁNG 8/2009 80

HÌNH 3.3-32: HÌNH MINH HỌA CẠNH TRANH VỀ DỊCH VỤ VIỄN THÔNG 81

HÌNH 3.3-33: HÌNH MINH HỌA VIỄN THÔNG TRONG THỜI HỘI NHẬP 81

DANH MỤC BẢNG BIỂU BẢNG 1: SO SÁNH GIỮA CÁC CHUẨN SỬ DỤNG TRONG THẾ HỆ MẠNG 2G .40 BẢNG 2: SO SÁNH GIỮA CÁC HỆ THỐNG 2.5G ĐIỂN HÌNH 45

BẢNG 3: CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA LTE R8 56

BẢNG 4: BẢNG SO SÁNH GIỮA CÁC CÔNG NGHỆ REL 8 LTE,

LTE-ADVANCED VÀ IMT-LTE-ADVANCED 62 BẢNG 5: BẢNG SO SÁNH TÍNH NĂNG GIỮA WIMAX DI ĐỘNG VÀ 3GPP LTE .64 BẢNG 6: BẢNG SO SÁNH CÔNG NGHỆ LTE VÀ CÔNG NGHỆ WIMAX 65 BẢNG 7: BẢNG SO SÁNH GIỮA CÁC THẾ HỆ MẠNG 70

LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, trong đó có thông tin di động vẫn không ngừng phát triển, hơn nữa nó trở thành một nhu cầu quan trọng trong đời sống của mỗi con người Trong chưa đầy nửa thế kỷ, mạng lưới thông tin di động ngày càng được

mở rộng cả về số lượng và chất lượng, công nghệ thông tin di động đã phát triển qua bao thế hệ từ 1G cho đến 4G Cuộc cách mạng thông tin di động thế hệ thứ hai trong những năm cuối của thế kỷ XX đã từng bước đáp ứng được nhu cầu thông tin của xã hội hiện đại

và trong thế kỷ XXI thế hệ thứ ba với chất lượng và dịch vụ vượt trội đã và đang được triển khai trên toàn thế giới Trong tương lai gần, thông tin di động thế hệ thứ tư sẽ được đưa vào

sử dụng chắc chắn sẽ tạo ra bước phát triển mới của thông tin di động

Với mong muốn ra trường được làm trong một doanh nghiệp viễn thông, tham gia

công tác vận hành, khai thác dịch vụ trên mạng, em đã chọn đề tài tốt nghiệp là: “Tìm hiểu

sự phát triển của thông tin di động”.

Mục tiêu đề tài: Tìm hiểu chung về sự phát triển của mạng di động qua các thế

hệ, tìm hiểu về mạng di động ở Việt Nam hiện nay và hướng phát triển tiếp theo của thông tin di động

Đề tài của em bao gồm 4 chương:

Chương 1 Giới thiệu chung về mạng di động

Chương 2 Tìm hiểu sự phát triển của mạng di động

Chương 3 Tìm hiểu mạng di động ở Việt Nam

Chương 4 Kết luận và hướng phát triển tiếp theo của đề tài

Do đề tài khá rộng, và kiến thức của em còn hạn chế nên trong thời gian ngắn

đề tài của em mới tìm hiểu được ở mức tổng quát và không tránh khỏi nhiều thiếu

sót, em rất kính mong được sự đóng góp của các thầy cô và các bạn để em có thể hoàn thiện hơn phần kiến thức về mạng thông tin di động

LỜI CẢM ƠN

Em xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo trong Khoa Công nghệ

thông tin cùng Trung tâm công nghệ thông tin CDIT – Trường Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông Việt Nam đã luôn nhiệt tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức,

tạo mọi điều kiện học tập và nghiên cứu trong suốt thời gian em học tập tại trường, là nền tảng giúp em thực hiện có thể thực hiện đề tài tốt nghiệp này

Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy Nguyễn Trung Kiên, người

đã hết lòng hướng dẫn, bổ xung kiến thức giúp em hoàn thành đề tài này

Em cũng xin cảm ơn một số người bạn đang công tác trong ngành bưu chính đã giúp em hiểu rõ hơn một số kiến thức mạng, đồng thời nắm được thực trạng mạng thông tin di động tại Việt Nam hiện nay và xu hướng phát triển sắp tới

Trân trọng!

Nguyễn Thị Phương

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG DI ĐỘNG

1.1 Giới thiệu

Chương này sẽ tìm hiểu tổng quát về mạng di động như: Các khái niệm, cấu trúc, chức năng, công nghệ

1.1.1 Định nghĩa, khái niệm

Thông tin di động là hệ thống liên lạc thông qua sóng điện, vừa liên lạc vừa di chuyển được Các dịch vụ của điện thoại di động cho đến đầu những năm 1960 mới xuất hiện, các hệ thống điện thoại di động đầu tiên này chưa tiện lợi và dung lượng rất thấp so với các hệ thống hiện nay

Mạng thiết bị di động hay mạng di động, mạng mobile (tiếng Anh: cellular

network, nghĩa là mạng tế bào) 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) Các tế

bào này được dùng để phủ các vùng khác nhau với mục đích cung cấp vùng phủ sóng trên một diện rộng hơn gấp rất nhiều lần so với một tế bào Mạng các tế bào vốn dĩ không đối xứng với một tập hợp các trạm thu phát vô tuyến chính cố định, mỗi trạm phục vụ một tế bào và một tập các trạm thu phát phân tán (thường là di động nhưng không phải lúc nào cũng như vậy) cung cấp dịch vụ cho người sử dụng

1.1.2 Các đặc điểm chung

Yêu cầu căn bản đối với một mạng thuộc khái niệm mạng tế bào là một phương cách để mỗi trạm phân tán phân biệt được các tín hiệu từ máy phát của chính nó với tín hiệu từ các máy phát khác Có hai giải pháp thông dụng cho vấn đề này,

FDMA (Frequency Division Mutiple Access - đa truy nhập phân tần số) và CDMA (Code Division Multiple Access - đa truy nhập phân mã) FDMA hoạt

động được bằng cách sử dụng một tần số khác với tất cả các cell láng giềng Bằng việc điều chỉnh theo tần số của một cell được chọn, các trạm khuếch đại có thể tránh được tín hiệu từ các cell láng giềng Nguyên lý của CDMA phức tạp hơn nhưng cho kết quả tương tự; các trạm thu phát phân tán có thể chọn một cell và

“nghe” nó Không thể sử dụng các phương pháp dồn kênh khác như PDMA

(Polarisation Division Multiple Access - đa truy nhập phân cực) và TDMA (Time Division Multiple Access - đa truy nhập phân theo thời gian) để tách tín hiệu của

một cell với tín hiệu của cell cạnh nó, do hiệu ứng của hai phương pháp này thay đổi theo vị trí nên việc tách tín hiệu hầu như là không khả thi Tuy nhiên, trong

một số hệ thống, TDMA được kết hợp với FDMA hoặc CDMA để đem lại nhiều kênh trong vùng phủ của một tế bào đơn lẻ.

Trong ví dụ của ta về công ty taxi, mỗi thiết bị liên lạc vô tuyến có một nút chỉnh Nút này có chức năng chọn kênh và cho phép chỉnh thiết bị vô tuyến theo các tần

số khác nhau Khi lái xe chạy quanh thành phố, họ chuyển từ kênh này sang kênh khác Những người lái xe biết tần số nào phủ khu vực xấp xỉ nào, khi họ không nhận được tín hiệu từ máy phát, họ thử các kênh khác cho đến khi tìm thấy một kênh hoạt động Tại mỗi thời điểm chỉ có một người lái xe nói, khi được điều phối viên mời (kiểu TDMA)

1.1.3 Các dịch vụ trong mạng di động

1.1.3.1 Dịch vụ thoại:

Là dịch vụ quan trọng nhất của mạng di động Nó cho phép các cuộc gọi hai hướng diễn ra giữa người sử dụng với thuê bao bất kỳ ở một mạng điện thoại nói chung nào

1.1.3.2 Dịch vụ bản tin ngắn SMS:

Là một loại dịch vụ số liệu Dịch vụ nhắn tin ngắn SMS cho phép các thuê bao mạng di động gửi cho nhau các bản tin chữ dài không quá số lượng kí tự nhất định (Ví dụ như trong mạng di động thì số ký tự tối đa cho mỗi bản tin là 160)

Có thể sử dụng một trung tâm dịch vụ để một thuê bao đọc bản tin đến đó, sau đó bản tin sẽ được phát đến thuê bao Nếu thuê bao ở ngoài vùng phủ sóng của hệ thống hay tắt nguồn thì bản tin sẽ được lưu giữ và gửi đi khi thuê bao lại sẵn sàng Có thể thu hay gửi các thông báo ngắn ở trạng thái rỗi hay trong quá trình cuộc gọi

Ngoài ra còn có các dịch vụ phụ khác như: chặn hướng cuộc gọi, giữ cuộc gọi, tính cước cho thuê bao

1.1.3.3 Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện MMS

Là một tiêu chuẩn dành cho các hệ thống nhắn tin trên điện thoại cho phép truyền đi những tin nhắn trong đó có chứa các phần tử đa phương tiện (hình ảnh,

âm thanh, phim ảnh, văn bản định dạng) mà không chỉ có ký tự như SMS Nó được dùng chủ yếu trong mạng điện thoại di động cùng với những hệ thống nhắn tin khác như SMS, nhắn tin nhanh di động và email di động Những tổ chức có công lao chuẩn hóa chính là 3GPP, 3GPP2 và Liên minh di động mở (Open Mobile Alliance - OMA)

1.1.3.4 Một số dịch vụ giá trị gia tăng

1.1.3.4.1 Dịch vụ nạp – chuyển tiền

Áp dụng với thuê bao trả trước , có thể sử dụng các dịch vụ, tiện ích liên quan tới nạp tiền vào tài khoản và chuyển tiền từ thuê bao này sang thuê bao khác

1.1.3.4.2 Voice Chat

Voice Chat là dịch vụ cho phép thuê bao di động tham gia một cộng đồng chat

thông qua một tài khoản ảo Chỉ cần gọi điện thoại lên đầu số của mạng di động (Ví dụ: 1338 của Viettel) để đăng ký, khách hàng có thể tham gia cộng đồng Voice Chat để kết bạn và nói chuyện với những người khác trong cộng đồng mà không lộ số điện thoại cá nhân

1.1.3.4.3 Chặn cuộc gọi và tin nhắn (All Blocking)

Là dịch vụ cho phép thuê bao di động có thể chặn chiều gọi, tin nhắn đến của 1 hoặc nhiều số di động khác nhau theo danh sách Black List mà khách hàng đã đăng ký

1.1.3.4.4 Dịch vụ MobiTV

Cho phép người dùng 3G tiếp cận các phương tiện giải trí chất lượng cao mọi lúc mọi nơi như xem các kênh truyền hình trực tiếp (liveTV), các bộ phim hay các video clip theo yêu cầu (VOD) chỉ với chiếc điện thoại hòa mạng 3G

1.1.3.4.5 Dịch vụ nhạc chờ

Nhạc chờ là dịch vụ giá trị gia tăng , dịch vụ nhạc chờ cho phép khách hàng cài đặt các bản nhạc, ca khúc hoặc những âm thanh độc đáo để người gọi đến được thưởng thức trong khi chờ người nghe nhấc máy Đối với mạng 3G, khách hàng

có thể nghe nhạc, xem video clip, tải nguyên bài hát về điện thoại (download fulltrack), tải các đoạn nhạc chờ hoặc đọc các tin tức âm nhạc trong nước và quốc tế ngay trên điện thoại di động của mình

1.1.3.4.6 Dịch vụ Mobile Internet 3G

Là dịch vụ truy nhập Internet trực tiếp từ máy điện thoại di động có sử dụng SIMCard Viettel

1.2 Cấu trúc tổng quát một mạng cung cấp dịch vụ di động

Một hệ thống mạng thông tin di động thường có cấu trúc chung như sau:

Hình 1.2-1: Cấu trúc chung mạng thông tin di động

Trong đó:

1.2.1 Thiết bị đầu cuối di động MS (máy điện thoại di động):

Là thiết bị đầu cuối của người sử dụng; thiết bị này gọn, nhẹ, dễ sử dụng và có nhiều tính năng hỗ trợ khách hàng Mỗi thiết bị đầu cuối đều có một số máy riêng biệt và thông tin về thuê bao được ghi trong vi mạch SIM Tùy theo loại máy đầu cuối mà khả năng thu phát tín hiệu có mạnh yếu khác nhau khi thuê bao

ở gần ngoài vùng phủ sóng

1.2.2 Trạm thu phát BTS:

Thực hiện việc thu phát thông tin giữa thiết bị đầu cuối và đấu nối với tổng đài chuyển mạch trung tâm (thông tin vô tuyến) để truyền đi những thông tin liên quan đến thiết bị đầu cuối tới trung tâm chuyển mạch di động (MSC) Mỗi trạm BTS sẽ phủ sóng trên một vùng địa lý nhất định và có khả năng phục vụ một số lượng thuê bao xác định; vì vậy đôi khi có quá nhiều thuê bao MS cùng tập trung trong vùng phủ sóng của một trạm BTS sẽ xảy ra hiện tượng nghẽn mạch (trong khu vực triển lãm, sân bóng đá, trung tâm hội nghị lớn ); mỗi vùng phủ sóng như vậy được gọi là một tế bào

Mạng thông tin di động bao gồm nhiều trạm BTS có thể phủ sóng trong một khu vực rộng lớn Khi thuê bao di động ra khỏi vùng phủ sóng, trạm BTS và thuê bao

đó sẽ không kết nối được với nhau

1.2.3 Tổng đài chuyển mạch trung tâm MSC:

Thực hiện các công việc liên quan đến thiết lập/giải phóng cuộc gọi, quản lý thuê bao, đấu nối với các mạng khác để thực hiện các cuộc gọi liên mạng MSC quản

lý các BTS và được trang bị các cơ sở dữ liệu cho phép nhanh chóng cập nhật các thông tin về thuê bao, vị trí thuê bao để có các đáp ứng phù hợp

1.2.4 Tổng đài chuyển mạch cửa ngõ *GMSC:

Kết nối với các mạng khác như mạng điện thoại cố định hay mạng Internet GMSC thực hiện điều khiển các cuộc gọi từ mạng di động vào mạng cố định và ngược lại

1.2.5 Bộ đăng ký định vị thuê bao nhà HLR:

Là một cơ sở dữ liệu cơ bản lưu giữ các thông tin lâu dài về thuê bao như địa chỉ, các quyền của thuê bao và các thông tin tham khảo khác

1.2.6 Bộ đăng ký định vị thuê bao khách VLR:

Là một cơ sở dữ liệu của MSC lưu giữ các thông tin tạm thời về thuê bao như vị trí hiện tại của thuê bao

1.3 Các khía cạnh kỹ thuật quan trọng của mạng di động

1.3.1 Truyền sóng

Trong mạng di động, môi trường truyền dẫn giữa đầu cuối người sử dụng (MS) và mạng cung cấp dịch vụ thông qa môi trường vô tuyến sử dụng phương thức truyền sóng Đối với vấn đề truyền sóng thì một số điểm quan trọng sau cần quan tâm:

1.3.1.1 Suy hao đường truyền

Suy hao đường truyền là quá trình mà ở đó tín hiệu thu yếu dần do khoảng cách giữa trạm di động với trạm gốc ngày càng tăng Không có vật cản giữa anten phát

và anten thu Trong không gian tự do, công suất thu tỷ lệ nghịch với bình phương

khoảng cách d giữa anten phát và thu và tỷ lệ nghịch với bình phương tần số f

phát

1.3.1.2 Sai pha.

Sóng vô tuyến được truyền từ máy phát đến máy thu không phải chỉ đi theo đường thẳng mà trên thực tế vẫn tồn tại các sóng phản xạ là kết quả của sự phản

xạ từ mặt đất hoặc các vật thể trên đường truyền (bao gồm cả vật đứng yên và chuyển động) như nhà cửa, người, xe cộ Hiện tượng này được gọi là truyền sóng nhiều tia

1.3.1.3 Pha đinh

Trên thực tế, giữa trạm di động và trạm gốc thường có rất nhiều vật cản như quả dồi, tòa nhà điều này dẫn đến hiệu ứng che tối làm giảm cường độ tín hiệu thu Khi di động cùng với máy di động, cường độ tín hiệu giảm và tăng cho dù giữa anten TX và RX có hay không có chướng ngại Hiện tượng này gọi là pha đinh, do ảnh hưởng của phađinh tín hiệu có cường độ tăng giảm

1.3.1.4 Sự phân tán thời gian.

Ngoài phađinh, truyền sóng nhiều tia còn dẫn đến hiện tượng phân tán thời gian

Đó là do tín hiệu được truyền theo các đường khác nhau có độ dài khác nhau và thời gian thu được cũng khác nhau Điều này không chỉ gây ra hiện tượng sai pha như đã đề cập mà còn dẫn đến khó khăn khi khôi phục tín hiệu nhận được

1.3.1.5 Giao thoa giữa các ký hiệu (ISI).

Sự phân tán thời gian sẽ dẫn đến giao thoa giữa các kí hiệu (ISI) ISI thể hiện ở chỗ các ký hiệu lân cận giao thoa với nhau, và ở phía thu khó quyết định thực sự nhận được ký hiệu nào (hay thực sự ký hiệu nào được phát) Ví dụ được minh họa như hình vẽ 3.3 Chuỗi “1”, “0” được phát từ trạm gốc Nếu tín hiệu phản xạ đến điểm thu chậm hơn tín hiệu đi thẳng đúng một bit thì máy thu phát hiện “1”

từ sóng phản xạ đồng thời phát hiện “0” từ sóng đi thẳng Ký hiệu “0” giao thoa với ký hiệu “1”

Hình 1.3-2: Giao thoa giữa các ký hiệu ISI

1.3.1.6 Giao thoa đồng kênh.

Giao thoa đồng kênh được gây ra khi 2 máy phát cùng sóng điện từ có cùng tần

số hoặc cùng một kênh, máy thu sẽ nhận được cả 2 tín hiệu có cường độ phụ thuộc vào vị trí so với 2 máy phát

1.3.1.7 Giao thoa kênh lân cận.

Giao thoa kênh lân cận xảy ra khi máy thu đang thu tín hiệu từ kênh C cũng nhận được tín hiệu từ các kênh lân cận C-1 hoặc C+1 Nếu máy thu có tính chọn lọc tần số càng cao thì càng ít bị giao thoa kênh lân cận

1.3.2 Chuyển giao (Handover)

Mạng quyết định chuyển giao nhờ các thông số đo cường độ trường và chất lượng truyền dẫn từ MS và BTS Khi Handover xảy ra thì có nhiều thông tin điều khiển cần được truyền nên kênh SDCCH không đáp ứng được và hệ thống phải sử dụng kênh FACCH để trao đổi thông tin điều khiển

1.3.2.1 Handover giữa các BTS của cùng một BSC:

Trong trường hợp này, BSC phải thiết lập một đường nối tới BTS mới, ấn định một kênh TCH của BTS này để chuẩn bị Handover, gửi lệnh cho MS chuyển tần

số sang kênh vô tuyến mới và chỉ ra khe thời gian của kênh TCH mới này Handover chỉ xảy ra trong vùng BSC nên có thể xử lý tại BSC mà MSC không cần biết Nếu thay đổi vùng định vị, MS mới cần có thông báo cập nhật vị trí cho MSC

1.3.2.2 Handover giữa các BSC cùng một MSC/VLR:

Trong trường hợp này mạng phải can thiệp nhiều hơn BSC mới nhận được yêu cầu chuyển giao từ MSC Sau đó một đường nối mới từ MSC đến BSC đến BTS được thiết lập và một kênh TCH dành cho Handover Sau đó MS được lệnh chuyển tần số mới cho TCH mới

1.3.2.3 Handover giữa hai vùng phục vụ MSC/VLR:

Đây là trường hợp phức tạp nhất với nhiều tín hiệu được trao đổi trước khi Handover MSC cũ phải gửi thông báo yêu cầu Handover tới MSC mới MSC này đảm nhận việc phối ghép đến BTS mới Sau khi thiết lập xong đường nối giữa hai MSC, MSC cũ sẽ gửi lệnh Handover tới MS

1.3.3.1 Roaming là gì?

Đây là thuật ngữ chung trong lĩnh vực viễn thông, chỉ vùng mở rộng của dịch vụ kết nối ở địa điểm không phải nơi đăng ký ban đầu Sự chuyển vùng này diễn ra khi một thuê bao của nhà cung cấp dịch vụ (SP) dùng cơ sở hạ tầng của SP khác

SP thứ 2 này không có thỏa thuận về dịch vụ hay tài chính với thuê bao đó trong việc nhận và gửi thông tin mà làm việc với SP thứ nhất để hỗ trợ người sử dụng.Nhiều trường hợp, roaming xảy ra trong khu vực đăng ký ban đầu của chiếc điện thoại khi nó truyền thông tin qua một tháp thu phát sóng của SP khác - khi tín hiệu của SP ban đầu quá yếu hoặc số lượng người gọi quá nhiều

Trong mỗi mạng ĐTDĐ khác nhau, quá trình roaming sẽ khác nhau, nhưng về cơ bản như sau:

 Khi thiết bị di động được bật lên hoặc truyền qua một trạm chuyển tiếp (handover) tới mạng, thì mạng được “ghé thăm” này “nhìn thấy” thiết bị

và xác định xem nó có nằm trong danh sách đăng ký hay không và cố gắng xác định mạng “nhà” của nó Nếu hai mạng trước đó không có thỏa thuận “thông nhau” thì dịch vụ không duy trì được và mạng khách sẽ từ chối

 Trong tình huống chấp nhận, mạng khách sẽ liên hệ với mạng nhà và yêu cầu thông tin dịch vụ về thiết bị chuyển vùng đang dùng số IMSI (International Mobile Subscriber Identity) của nó, trong đó có việc thiết

bị có được cho phép chuyển vùng hay không

 Nếu thành công, mạng khách bắt đầu duy trì lưu thuê bao tạm thời cho thiết bị Đồng thời, mạng nhà cập nhật thông tin để xác định thiết bị đang được quản lý trên máy chủ và những thông tin gửi tới thiết bị đó cũng đảm bảo được truyền đi chính xác

 Nếu có một cuộc gọi tới chiếc điện thoại đang roaming, mạng điện thoại công cộng sẽ hướng nó đến SP mà nó đăng ký Sau đó, SP này phải hướng nó tới mạng khách (đã thỏa thuận dịch vụ) Mạng khách sẽ cung cấp một số điện thoại nội bộ tạm thời cho chiếc mobile Khi số này được xác định, mạng nhà sẽ chuyển tiếp cuộc gọi đến vào số tạm thời và chuyển tới chiếc điện thoại

1.3.3.2 Các loại roaming

1.3.3.2.1 Roaming theo vùng địa lý

Kiểu roaming này chỉ khả năng chuyển dịch vụ từ vùng này đến vùng khác trong biên giới quốc gia của một nhà điều hành mạng di động Ban đầu, các nhà

điều hành thường hạn chế dịch vụ ở các vùng nhỏ (như một thành phố) Nhưng sau này, với sự phát triển của công nghệ mạng di động toàn cầu MạNG DI ĐộNG và giá thành giảm, roaming theo vùng ít khi được triển khai, trừ trường hợp ở các quốc gia có vùng địa lý rộng như Mỹ, Nga, Ấn Độ… mà trong đó có rất nhiều nhà điều hành mạng của từng vùng.

Còn tại Việt Nam, đây chính là trường hợp các SP như Vinaphone, Mobifone phân vùng 1,2,3 trước kia Khi gọi nội vùng, liên vùng, cách vùng, khách hàng

sẽ được tính giá cước khác nhau Sau đó, các SP này đã tính cước theo một vùng duy nhất trên toàn bộ lãnh thổ

Roaming theo vùng địa lý của một nhà điều hành mạng cũng chính là hình thức

mà công ty thông tin viễn thông Điện lực EVN Telecom đang triển khai với dịch vụ E-phone Tuy nhiên, E-phone dùng đầu số cố định nhưng hoạt động như một mạng di động nên việc này đã gây nhiều tranh cãi và công ty phải tạm ngừng roaming kiểu này

1.3.3.2.2 Roaming sóng giữa các nhà cung cấp

Loại roaming này nói đến khả năng chuyển vùng bắt sóng của một nhà điều hành di động đến một vùng sóng của nhà điều hành khác trong biên giới của

một quốc gia Ví dụ: Thuê bao mạng Mobifone được phép chuyển sang

Vinaphone khi hai nhà cung cấp dịch vụ này có thỏa thuận chuyển vùng với nhau Điều này thường xảy ra khi một công ty mới tham gia vào lĩnh vực này và cần có cổng tương thích với hạ tầng của các nhà điều hành trước đó Họ phải đề nghị các nhà điều hành này cho phép roaming trong khi dành thời gian để xây dựng mạng của riêng mình

Hiện tại, ở Việt Nam, các mạng hỗ trợ roaming liên thông với nhau là Vinaphone và Mobifone trên nền công nghệ mạng di động Tuy nhiên, Bộ Bưu chính Viễn thông vẫn chưa cho phép các mạng trên của VNPT roaming với mạng dùng công nghệ CDMA, cụ thể là S-Fone và gần đây là E-phone

1.3.3.2.3 Roaming quốc tế

Dịch vụ này có khả năng chuyển vùng sóng sang một mạng của nhà cung cấp dịch vụ viễn thông nước ngoài Đây là lợi ích dành cho khách du lịch và những người hay đi nhiều nơi trên thế giới Tuy nhiên, loại hình này có thể gặp nhiều trục trặc vì các nước có dải băng tần khác nhau, ví dụ hầu hết đều dùng băng tần 900/1800 MHz, còn Mỹ và một số nước ở châu Mỹ dùng dải 850/1900 MHz

Vì vậy, khi mua điện thoại để đi nhiều nước khác nhau, bạn cần chú ý chọn loại

có 3 - 4 dải tần

Ở Việt Nam, các mạng Vinaphone, Mobifone, Viettel và S-Fone đã triển khai dịch vụ roaming quốc tế Vinaphone đã liên kết tới 59 nước, Mobifone kết nối với 52 quốc gia, Viettel đăng ký tới 43 nước và S-Fone cũng hỗ trợ mạng khi bạn tới Hàn Quốc, Đài Loan, Trung Quốc, Nhật Bản

Những mạng này không tính cước đăng ký dịch vụ chuyển vùng quốc tế mà chỉ tính cước sử dụng dịch vụ Cách tính cước gọi đi, nhắn tin đi hoặc nhận cuộc gọi đến, tin nhắn đến được trình bày khá kỹ trên trang web của Vinaphone, Mobifone, S-Fone Đối với dịch vụ của Viettel, khách hàng có thể hỏi trung tâm hỗ trợ

Khi muốn dùng dịch vụ roaming, khách hàng phải là thuê bao trả sau và tới các trung tâm để đăng ký Toàn bộ cước phí sẽ được ghi vào hóa đơn thanh toán cuối tháng Một số mạng có thể yêu cầu khách hàng đơn lẻ đặt cọc trước một số tiền, còn những đối tượng như doanh nghiệp, thuê bao VIP… sẽ được miễn

1.4 Tóm tắt

Chương này em đã nắm được những khái niệm, hiểu được sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng, những dịch vụ cơ bản, và các công nghệ được sử dụng trong mạng thông tin di động như: truyền sóng, chuyển giao, roaming Từ đó có kiến thức để nghiên cứu tiếp các thế hệ mạng di động

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG DI ĐỘNG

2.1 Giới thiệu

Chương này, em sẽ tìm hiểu về sự phát triển của mạng di động các thế hệ khác nhau

từ khi bắt đầu xuất hiện cho tới hiện nay, thông qua việc tìm hiểu phân tích từng thế

2.2 Bức tranh chung về sự phát triển của mạng di động

Nhu cầu của khách hàng luôn gia tăng, bao gồm cả nhu cầu về tốc độ, dịch vụ và giá

cả, tác động lớn đến sự ra đời, tồn tại và phát triển của một công nghệ mới Thứ nhất, đó là sự gia tăng về nhu cầu của các ứng dụng của mạng không dây và nhu cầu băng thông cao khi truy nhập internet Thứ hai, người dùng luôn muốn công nghệ không dây mới ra đời vẫn sẽ cung cấp các dịch vụ và tiện ích theo cách tương tự như mạng hữu tuyến, mạng không dây hiện có mà họ đang dùng với những thói quen của

họ Và hiển nhiên, nhu cầu về chất lựợng dịch vụ cung cấp được tốt hơn, tốc độ cao hơn, tốc độ truy nhập Web, tải xuống các tài nguyên mạng nhanh hơn…là đích hướng tới của công nghệ di động mới

Hình 2.2-3: Lịch sử phát triển của mạng di động

Lịch sử ra đời và sự phát triển của dịch vụ di động từ thế hệ đầu tiên 1G tới thế hệ 4G trải qua nhiều giai đoạn khác nhau

Quá trình bắt đầu với các thiết kế đầu tiên được biết đến như là 1G trong những năm

70 của thế kỷ trước Các hệ thống ra đời sớm nhất được thực hiện dựa trên công nghệ tương tự và cấu trúc tế bào cơ bản của thông tin di động Nhiều vấn đề có tính nguyên tắc cơ bản đã được giải quyết trong những hệ thống này Và có nhiều các hệ thống không tương thích đã được đưa ra cung cấp dịch vụ trong những năm 80

Các hệ thống thế hệ thứ 2 (2G) được xây dựng trong những năm 80 vẫn được sử dụng chủ yếu cho thoại nhưng đã được thực hiện trên cơ sở công nghệ số, bao gồm các kỹ thuật xử lý tín hiệu số Các hệ thống 2G này cung cấp các dịch vụ thông tin dữ liệu chuyển mạch kênh ở tốc độ thấp Tính cạnh tranh lại một lần nữa dẫn tới việc thiết kế và thực hiện các hệ thống bị phân hoá thành các chuẩn khác nhau không tương thích như: GSM (hệ thống di động toàn cầu) chủ yếu ở châu Âu, TDMA (đa truy nhập phân chia theo thời gian) IS-54/IS-136 ở Mỹ, PDC (hệ thống di động tế bào số cá nhân) ở Nhật và CDMA (đa truy nhập phân chia theo mã) IS95, một hệ thống khác tại Mỹ Các hệ thống này hoạt động rộng khắp trên lãnh thổ quốc gia hoặc quốc tế và hiện nay chúng vẫn chiếm vai trò là các hệ thống chủ đạo, mặc dù tốc độ dữ liệu của các thuê bao trong hệ thống bị giới hạn nhiều

Bước chuyển tiếp giữa 2G và 3G là 2.5G Thế hệ 2,5G được phát triển từ 2G với dịch

vụ dữ liệu và các phương thức chuyển mạch gói, và nó cũng chú trọng tới các dịch vụ 3G cho các mạng 2G Về cơ bản nó là sự phát triển của công nghệ 2G để tăng dung

lượng trên các kênh tần số vô tuyến của 2G và bước đầu đưa các dịch vụ dữ liệu dung lượng cao hơn vào, có thể nâng tới 384 Kbps Một khía cạnh rất quan trọng của 2.5G là các kênh dữ liệu được tối ưu hoá cho dữ liệu gói truy nhập vào Internet từ các thiết bị di động như điện thoại, PDA hoặc máy tính xách tay Trên cùng một mạng lưới với 2G, thế hệ 2.5G đã đưa internet vào thế giới thông tin di động cá nhân Đây thực sự đã là một khái niệm mang tính cách mạng cho hệ thống viễn thông lai ghép hybrid.

Trong thập kỷ 90, các nhà nghiên cứu đã định nghĩa ra hệ thống di động thế hệ kế tiếp, thế hệ thứ 3, đã loại trừ được những sự không tương thích của các hệ thống trước đây và thực sự trở thành hệ thống toàn cầu Hệ thống 3G có các kênh thoại chất lượng cao cũng như các khả năng về dữ liệu băng rộng, có thể đạt tới 2Mbps Các hệ thống 3G hứa hẹn cung cấp những dịch vụ viễn thông tốc độ cao hơn, bao gồm thoại, fax và internet ở bất cứ thời gian nào, bất cứ nơi đâu với sự chuyển vùng roaming toàn cầu không gián đoạn Chuẩn 3G toàn cầu của ITU đã mở đường cho các ứng dụng và dịch vụ sáng tạo (ví dụ loại hình giải trí đa phương tiện, các dịch vụ dựa trên vị trí,…) Mạng 3G đầu tiên được thiết lập tại Nhật bản năm 2001 Các mạng 2.5G, như là GPRS (dịch vụ vô tuyến gói chung) đã sẵn sàng ở Châu Âu Công nghệ 3G hỗ trợ băng thông 144 Kbps với tốc độ di chuyển lớn (trên xe hơi), 384 Kbps (trong một khu vực), và 2Mbps (đối với trường hợp trong nhà)

Hình 2.2-4: Kỹ thuật try nhập vô tuyến qua các thế hệ mạng di động

2.3 Mạng di động thế hệ 1 (1G) 1

2.3.1 Khái niệm

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất 1G, sử dụng công nghệ analog gọi là

đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) để truyền kênh thoại trên sóng vô tuyến đến thuê bao điện thoại di động Nhược điểm của các hệ thống này là chất lượng thấp, vùng phủ sóng hẹp và dung lượng nhỏ Các hệ thống này phát triển ở cả Châu Âu, Bắc Mỹ và Nhật Bản

2.3.2 Lịch sử phát triển

Tháng 12-1971 đưa ra hệ thống cellular kỹ thuật tương tự, FM, ở dải tần số 850Mhz Dựa trên công nghệ này đến năm 1983, mạng điện thoại di động AMPS (Advance Mobile Phone Service) phục vụ thương mại đầu tiên tại Chicago, nước

Mỹ Hệ thống AMPS sử dụng dải tần từ 800 MHz đến 900 MHz với băng thông 30KHz dành cho mỗi kênh như là một dịch vụ thoại di động hoàn toàn tự động

Đó là một dịch vụ tế bào được tiêu chuẩn hoá đầu tiên trên thế giới và ngày nay được sử dụng rộng rãi như một tiêu chuẩn cho thông tin kiểu tế bào Ban đầu được thiết kế để sử dụng trong các thành phố, AMPS sau này đã được áp dụng rộng rãi trong các vùng nông thôn và vùng sâu, vùng xa Hệ thống này đã tối đa hoá việc

sử dụng lại tần số trong mô hình tế bào bằng cách giảm công suất vô tuyến đầu ra Các loại điện thoại hay thiết bị cầm tay AMPS không những có giao diện người dùng thân thiện mà còn tương thích với bất kì các trạm gốc AMPS nào Điều này tạo ra sự linh hoạt giữa các nhà cung cấp dịch vụ cho các thuê bao Những giới hạn của hệ thống AMPS gồm có :

1 Dung lượng cuộc gọi thấp

2 Phổ tần số bị giới hạn và không mở rộng được

3 Truyền thông dữ liệu và bảo mật kém

4 Khả năng ngăn chặn lỗi yếu

Hệ thống AMPS được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới và đặc biệt phổ biến tại Hoa Kỳ, Nam Mỹ, Trung Quốc và Australia Tại Hoa Kỳ, đường truyền từ thuê bao di động tới cell sử dụng tần số khác với đường truyền từ cell đến thuê bao.Giai đoạn này gọi là hệ thống di động tương tự thế hệ đầu tiên (1G) với dải tầng hẹp, tất cả các hệ thống 1G sử dụng điều chế tần số FM cho đàm thoại, điều chế khoá dịch tần FSK (Frequency Shift Keying)cho tín hiệu và kỹ thuật truy cập được

sử dụng là FDMA (Frequency Division Multiple Access)

1 http://www.pangolinsms.com/tech03-types-of-mobile-phones.htm

2.3.3 Cấu trúc mạng

Hệ thống thông tin tế bào có khả năng phục vụ hàng nghìn thuê bao trong thành phố lớn, vùng trung tâm Hệ thống thông tin tế bào bao gồm bốn thành phần :

 Mạng thoại chuyển mạch công cộng PSTN

 Trung tâm chuyển mạch thoại di động ( MTSO)

 Cell và hệ thống ăng ten

 Khối thuê bao di động

Hình 2.3-5: Hệ thống thông tin tế bào 2.3.3.1 PSTN ( Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng )

Mạng PSTN bao gồm mạng nội bộ, mạng chuyển mạch vùng, và mạng kéo dài

có khả năng kết nối liên mạng giữa thoại với các hệ thống thông tin liên lạc khác trên toàn cầu

2.3.3.2 Mobile Telephone Switching Office ( MTSO)

MTSO là tổng đài chuyển mạch thoại di động MTSO chứa trung tâm chuyển mạch di động ( MSC ), giám sát trường và các trạm chuyển tiếp để chuyển mạch cuộc gọi từ các cell sang các trung tâm hữu tuyến ( PSTN ) Trong mạng tế bào tương tự, MSC điều khiển các hoạt động của hệ thống MSC điều khiển cuộc gọi,

hệ thống cước, và định vị các thuê bao di động

2.3.3.3 The cell site ( vị trí tế bào )

Thuật ngữ cell site để chỉ vị trí vật lý của thiết bị vô tuyến mà cung cấp một vùng phủ sóng trong cell Danh sách các thiết bị phần cứng đặt tại cell site gồm

có khối nguồn, khối thiết bị giao diện, các khối thu phát sóng vô tuyến và hệ thống ăng ten.

2.3.3.4 Mobile Subcriber Units ( Khối thuê bao di động : MSUs )

Các khối thuê bao di động bao gồm có khối điều khiển và khối thu phát điều khiển việc thu phát sóng vô tuyến đến và đi từ cell site Có ba loại thiết bị MSU gồm :

 Khối mobile telephone ( công suất phát là 4W )

 Khối Portable ( Công suất phát là 0.6W)

 Khối Transportable ( Công suất phát là 1.6W)

Khối Mobile telephone được lắp đặt trên xe hơi, trong đó thiết bị cầm tay được lắp tại vị trí thuận tiện cho lái xe Trong khi đó, Portable và Transportable là các thiết

bị cầm tay và có thể sử dụng được mọi lúc, mọi nơi Tuy nhiên việc sử dụng hai khối Portable và Transportable bị giới hạn bởi tuổi thọ của pin trong máy

2.3.4 Đặc trưng công nghệ

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất 1G, sử dụng công nghệ analog gọi là

đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) để truyền kênh thoại trên sóng vô tuyến đến thuê bao điện thoại di động

Hệ thống này đặc trưng bởi tính di động (Mobility) : Số lượng thuê bao ngày càng tăng lên trong khi hệ thống thông tin di động trước đây không đáp ứng kịp về số lượng thuê bao cũng như chất lượng dịch vụ Đây là sức ép đối với các nhà cung cấp dịch vụ, bắt buộc họ phải tìm giải pháp mới nhằm nâng cao chất lượng dịch

vụ, đồng thời đáp ứng nhu cầu phát triển thuê bao di động tăng nhanh Phổ tần số dành cho thông tin di động là có hạn, do đó sử dụng hiệu quả tần số trong hệ thống thông tin di động tế bào là rất cần thiết Các tham số hệ thống như số lượng, kích thước các cell, sử dụng lại tần số, quá trình chuyển tiếp cuộc gọi giữa các cell (handover) là khác nhau tuỳ theo vùng địa lý cụ thể, nông thôn hay thành phố.Một số công nghệ được sử dụng trong mạng AMPS:

2.3.4.1 Tái sử dụng tần số (Frequency Reuse)

Phổ tần số sử dụng trong hệ thống thông tin di động là có hạn nên người ta phải tìm cách sử dụng lại tần số để có thể tăng dung lượng điện thoại phục vụ Giải pháp này được gọi là quy hoạch tần số hay tái sử dụng tần số Việc sử dụng lại tần số được thực hiện bằng cách cấu trúc lại kiến thúc hệ thống thông tin di động theo mô hình tổ ong Mô hình sử dụng lại tần số dựa trên việc gán cho mỗi cell

một nhóm kênh vô tuyến trong một khu vực địa lý nhất định Các kênh vô tuyến của cell khác biệt hoàn toàn với các kênh vô tuyến của cell lân cận với nó (cell láng giềng)

Vùng phủ sóng của cell được gọi là footprint (dấu chân) Các footprints này có đường giao với nhau nên các nhóm tần số giống nhau có thể được sử dụng ở các cell khác nhau miễn sao khoảng cách giữa các cell đủ lớn để tránh nhiễu do các tần số trùng nhau gây ra

Hình 2.3-6: Tái sử dụng tần số

Xem Hình 5 trên cho thấy các cell có cùng chỉ số thì sử dụng nhóm tần số giống nhau Theo như mô hình trên, số tần số sẵn có là 7, nhân tố sử dụng lại tần số là 1/7 Theo đó, mỗi cell chỉ sử dụng 1/7 số kênh có sẵn

2.3.4.2 Cells splitting (Sự phân chia các cell)

Tuy nhiên, sẽ không thực tế khi người ta chia nhỏ toàn bộ các hệ thống ra các vùng nhỏ hơn nữa và tương ứng với nó là các cells Nhu cầu lưu lượng cũng như mật độ thuê bao sử dụng giữa các vùng nông thôn và thành thị có sự khác nhau nên đòi hỏi cấu trúc mạng ở các vùng đó cũng khác nhau

Các nhà quy hoạch sử dụng khái niệm cells splitting để phân chia một khu vực có mật độ thuê bao cao, lưu lượng lớn thành nhiều vùng nhỏ hơn để cung cấp tốt hơn các dịch vụ mạng Ví dụ các thành phố lớn được phân chia thành các vùng địa lý nhỏ hơn với các cell có mức độ phủ sóng hẹp nhằm cung cấp chất lượng dịch vụ cũng như lưu lượng sử dụng cao, trong khi khu vực nông thôn nên sử dụng các cell có vùng phủ sóng lớn, tương ứng với nó số lượng cell sẽ sử dụng ít

hơn để đáp ứng cho lưu lượng thấp và số người dùng với mật độ thấp hơn.

Hình 2.3-7: Quá trình phân chia cell 2.3.4.3 Handoff (Sự chuyển giao)

Trở ngại cuối cùng trong việc phát triển mạng thông tin di động tế bào là vấn đề phát sinh khi một thuê bao di động di chuyển từ cell này sang cell khác Các khu vực kề nhau trong hệ thống tế bào sử dụng các kênh vô tuyến có tần số khác nhau, khi thuê bao di động di chuyển từ cell này sang cell khác thì cuộc gọi hoặc

bị rớt hoặc tự động chuyển từ kênh vô tuyến này sang một kênh khác thuộc cell khác

Thay vì để cuộc gọi bị rớt, quá trình Handoff giúp cho cuộc gọi được liên tục Quá trình Handoff xảy ra khi hệ thống thông tin di động tự động chuyển cuộc gọi

từ kênh vô tuyến này sang kênh vô tuyến khác khi thuê bao di động di chuyển từ cell này sang cell khác liền kề với nó Trong qúa trình đàm thoại, hai thuê bao cùng chiếm một kênh thoại Khi một thuê bao di động chuyển động ra khỏi vùng phủ sóng của cell cho trước, tín hiệu đầu thu của cell này sẽ giảm Khi đó, cell đang sử dụng sẽ yêu cầu một Handoff (chuyển giao) đến hệ thống Hệ thống sẽ chuyển mạch cuộc gọi đến một cell có tần số với cường độ tín hiệu thu 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 Handoff diễn ra

di động số cá nhân (PDC-Personal Digital Cellular) với băng tần hoạt động là 1400MHz PDC đã được thương mại hóa vào 3/1993 và chỉ được sử dụng tại nước này.

900-Ở Mỹ tiếp tục phát triển hệ thống số IS54 thành phiên bản mới là IS-136 hay còn gọi là AMPS số (D-AMPS ) và đã đạt được nhiều thành công Năm 1985 công nghệ CDMA ra đời, đó là công nghệ đa thâm nhập theo mã sử dụng kỹ thuật trải phổ được nghiên cứu và triển khai bởi hãng Qualcomm Communication Công nghệ này trước đó được sử dụng chủ yếu trong quân sự và đến nay đã được sử dụng rộng rãi nhiều nơi trên thế giới

2.4.3 Cấu trúc mạng

Hệ thống thông tin di động toàn cầu thế hệ thứ (2G) có 2 tiêu chuẩn là GSM và 95- chuẩn nội địa do Mỹ đặt ra nhưng GSM là tiêu chuẩn phổ biến nhất cho truyền thông di động trên thế giới

IS-Kiến trúc mạng của nó được thể hiện trong hình dưới:

Hình 2.4-9 : Kiến trúc mạng 2G-GSM

Một hệ thống GSM được chia thành các hệ thống con sau đây:

 Hệ thống con chuyển mạch (SS – Switching Subsystem )

 Hệ thống con trạm gốc (BSS – Base Station Subsystem)

 Hệ thống con khai thác (OSS – Opration Subsystem)

 Trạm di động (MS – Mobile Station)

2.4.3.1 Hệ thống con chuyển mạch SS bao gồm các khối chức năng sau:

 Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động (MSC – Mobile Services Switching Center)

 Bộ ghi định vị thường trú ( HLR – Home Location Register)

 Bộ ghi định vị tạm trú ( VLR – Visitor Location Registor)

 Trung tâm nhận thực ( AUC – Authentication Center)

 Bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR – Equipment Identification Register)

 Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động cổng (GMSC – Gateway MSC)

2.4.3.2 Hệ thống con trạm gốc BSC gồm các khối chức năng sau:

 Bộ điều khiển trạm gốc ( BSC – Base Station Controller)

 Trạm thu phát gốc ( BTS – Base Transceiver Station)

2.4.3.3 Hệ thống con khai thác OSS gồm các khối chức năng sau:

 Trung tâm quản lý mạng ( NMC – Network Management Center)

 Trung tâm quản lý và bảo dưỡng ( OMC – Operation & Maintenance Center)

2.4.3.4 Trạm di động MS gồm:

 Thiết bị di động (ME – Mobile Equipment)

 Modul nhận dạng thuê bao (SIM – Subscriber Identity Module)

2.4.4 Chức năng của các phần tử trong hệ thống

2.4.4.1 Hệ thống con chuyển mạch SS

Hệ thống con chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lí di động của thuê bao Chức năng chính của SS là quản lí thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác

2.4.4.1.1 Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động MSC

Tổng đài di động MSC thực hiện chức năng chuyển mạch cho các thuê bao di động thông qua trường chuyển mạch của nó MSC quản lí việc thiết lập cuộc gọi, điều khiển cập nhật vị trí và thủ tục chuyển giao giữa các MSC Việc cập nhật vị trí của thuê bao cho phép tổng đài di động MSC nhận biết được vị trí của các thuê bao di động trong quá trình tìm gọi trạm di động MS MSC có tất

cả các chức năng của một tổng đài cố định như tìm đường, định tuyến, báo hiệu,

… Điều khác biệt giữa tổng đài của mạng cố định ( PSTN, ISDN, …) và MSC là

Hình 2.4-10 Mô hình hệ thống GSM

MSC thực hiện xử lý cho các thuê bao di động, thực hiện chuyển vùng giữa các cell.

Chức năng của tổng đài MSC ngoài việc kết nối với các phần tử của mạng di động nó còn kết nối với các phần tử của mạng khác như PSTN, ISDN, PSPDN,

CSPDN, PLMN MSC thực hiện chức năng trên gọi là MSC cổng (GMSC)

Việc giao tiếp với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho những người sử dụng

mạng GSM đòi hỏi cổng thích ứng ( Các chức năng tương tác IWF – Interworking Function) IWF là cổng giao tiếp giữa người dùng mạng GSM với

các mạng ngoài Nó có thể được thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng

2.4.4.1.2 Bộ ghi định vị thường trú HLR

HLR chứa đầy đủ các thông tin liên quan đến việc đăng ký dịch vụ và vị trí của các thuê bao Thường HLR là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạch nhưng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao Khi mạng

có thêm một thuê bao mới thì các thông tin về thuê bao sẽ được đăng ký trong HLR

2.4.4.1.3 Bộ ghi định vị tạm trú VLR

Là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng GSM, chứa các thông tin về vị trí hiện thời của thuê bao di động trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí của các thuê bao nói trên để cập nhật cho MSC với mức độ chính xác hơn HLR

2.4.4.1.4 Trung tâm nhận thực AUC

Được nối đến HLR, chức năng của AUC là cung cấp cho HLR các tần số nhận thực và các khóa mật mã để sử dụng cho bảo mật Đường vô tuyến cũng được AUC cung cấp mã bảo mật để chống nghe trộm, mã này được thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao

2.4.4.1.5 Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR

EIR có chức năng kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị di động ME thông qua số

liệu nhận dạng di động quốc tế (IMEI – International Mobile Equipment Identity) và chứa các số liệu về phần cứng của thiết bị.

2.4.4.1.6 Hệ thống con trạm gốc BSS

Là một hệ thống các thiết bị đặc thù riêng cho các tính chất tổ ong vô tuyến của GSM BSS thực hiện đấu nối các MS 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 bao gồm 2 loại thiết bị: BTS giao diện với MS và BSC giao diện với MSC.

2.4.4.1.7 Trạm thu phát gốc 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 (khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ) TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hóa và giải mã tiếng đặc

thù riêng cho GSM được tiến hành, ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu

2.4.4.1.8 Bộ điều khiển trạm gốc BSC

Có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ BTS và MS, chủ yếu là các lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao Một BSC trung bình có thể quản lý tới vài chục BTS phụ thuộc vào lưu lượng của các BTS này

2.4.4.2 Hệ thống con khai thác OSS

OSS thực hiện 3 chức năng chính sau:

2.4.4.2.1 Khai thác và bảo dưỡng mạng:

 Khai thác: Là hoạt động cho phép các nhà khai thác mạng theo dõi hành

vi của mạng như: tải của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao

(Handover) giữa hai ô,…Nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ

chất lượng của dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời xử lý các sự

cố Khai thác cũng bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vấn đề xuất hiện ở thời điểm hiện thời, để chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai, để tăng vùng phủ sóng

 Bảo dưỡng: Có nhiệm vụ phát hiện, định vị, sửa chữa các sự cố và hỏng

hóc Nó có một số quan hệ với khai thác Bảo dưỡng cũng bao gồm cả các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế thiết bị có sự cố

2.4.4.2.2 Quản lý thuê bao và tính cước:

Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xóa thuê bao khỏi mạng Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ và các tính năng bổ sung Quản lý thuê bao ở mạng GSM chỉ liên quan đến HLR và một số thiết bị OSS riêng, chẳng hạn mạng nối HLR với các thiết bị giao tiếp người máy ở các trung tâm giao dịch với thuê bao Simcard cũng đóng vai trò như một bộ phận của hệ thống quản lý thuê bao

2.4.4.2.3 Quản lý thiết bị di động:

Được bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR thực hiện EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm di động EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết bị Một thiết bị không được phép sẽ bị cấm

2.4.4.3 Trạm di động MS

MS có thể là thiết bị xách tay, thiết bị đặt trong ô tô hay thiết bị cầm tay Ngoài việc chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến, MS còn phải cung cấp các giao diện với người sử dụng như: micro, loa, màn hiển thị, bàn phím để quản lý cuộc gọi hoặc giao diện với một số thiết bị khác như máy tính cá nhân, Fax…

MS thực hiện hai chức năng:

 Thiết bị vật lý để giao tiếp giữa thuê bao di động với mạng qua đường vô tuyến

 Đăng ký thuê bao: mỗi thuê bao phải có một thẻ gọi là Simcard để truy nhập vào mạng

2.4.5 Đặc trưng công nghệ

Hình 2.4-11: Hình minh họa iphone 2G

Có khả năng chuyển vùng (roaming).

Mạng 2G chia làm 2 nhánh chính: nền TDMA (Time Division Multiple Access)

và nền CDMA cùng nhiều dạng kết nối mạng tuỳ theo yêu cầu sử dụng từ thiết bị cũng như hạ tầng từng phân vùng quốc gia:

thành chuẩn phổ biến trên toàn 6 Châu lục Và hiện nay vẫn đang được sử dụng bởi hơn 80% nhà cung cấp mạng di động toàn cầu GSM sử dụng phương thức truy nhập là TDMA, phương thức điều chế là GMSK.

rãi tại Hoa Kỳ và một số nước Châu Á và chiếm gần 17% các mạng toàn cầu

Tuy nhiên, tính đến thời điểm này thì có khoảng 12 nhà mạng đang chuyển dịch dần từ chuẩn mạng này sang GSM (tương tự như HT Mobile tại Việt Nam vừa qua) tại: Mexico, Ấn Độ, Úc và Hàn Quốc

 Ngoài ra, các hệ thống 2G còn sử dụng một số chuẩn khác:

 Hệ thống D-AMPS (với các tiêu chuẩn IS-54 và IS-136): sử dụng phương thức truy nhập là TDMA, phương thức điều chế sử dụng là pi/4-DQPSK

 Hệ thống PDC: sử dụng phương thức truy nhập là TDMA, phương thức điều chế là pi/4-DQPSK

Ta lập bảng so sánh để thấy rõ sự khác biệt giữa các công nghệ này:

HỆ THỐNG KT VÔ TUYẾ

N

PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHẾ

PHẠM

D-AMPS (IS-54 và

IS-136)

TDMA pi/4-DQPSK Bắc Mĩ Khác với IS-54 thì IS-136 ghép kênh

theo thời gian cả kênh thoại và điều khiển

GSM GSM TDMA GMSK Toàn cầu Trong trường hợp FR, tốc độ thoại là

13 kbps, dữ liệu là 9.6 kbpscdmaONE IS-95A CDMA QPSK Bắc Mĩ,

Châu

Á,

IS-95A cung cấp tốc độ dữ liệu là 14.4 kbps

PDC TDMA pi/4-DQPSK Nhật Bản Tốc độ dữ liệu là 9.6 kbps

Bảng 1: So sánh giữa các chuẩn sử dụng trong thế hệ mạng 2G

 Dịch vụ báo cuộc gọi nhỡ

 Dịch vụ tra cứu thông tin tài khoản

2.5.2 Cấu trúc mạng