Kiểm tra chất lượng dịch vụ mạng thông tin di động mặt đất công cộng

Mặc dù hiện nay đã xuất hiện các công nghệ mới như là: Công nghệ CDMA, IP, MPLS, NGN… với tốc độ truyền dẫn siêu cao và đa dạng hoá dịch vụ nhưng mạng thông tin di động mặt đất công cộng

Bảng 1.1 Quỹ truyền sóng GSM900/ không sử dụng MHA/ hai tần số mang/ sử

dụng ghép trên không 20

Bảng 2.1 Mô hình lưu lượng cho các cuộc gọi MS chuyển mạch 37

Bảng 2.2 Xác suất xuất hiện các cuộc gọi thử bị trì hoãn quá lâu trong tổng đài .38

Bảng 2.3 Trễ báo nhận báo hiệu của người dùng 38

Bảng 2.4 Trễ chuyển báo hiệu 39

Bảng 2.5 Trễ kết nối liên tục 39

Bảng 2.6 Trễ gửi chỉ báo cuộc gọi vào (trường hợp phát chồng lặp trong hệ thống báo hiệu vào) .40

Bảng 2.7 Trễ gửi chỉ báo cuộc gọi vào (trường hợp phát gộp toàn bộ trong hệ thống báo hiệu vào) 40

Bảng 2.8 Trễ giải phóng kết nối 40

Bảng 2.9 Định thời bắt đầu tính cước 41

Bảng 2.10 Trễ thiết lập cuộc gọi 41

Bảng 2.11 Trễ thiết lập cuộc gọi vô tuyến 41

Bảng 2.12/1 Giao diện vô tuyến và các độ dài của khung V.110 đối với các kênh lưu lượng 44

Bảng 2.12/2 Trễ của phương pháp đan xen/giải đan xen đối với các kênh lưu lượng 45

Bảng 2.12/3 Trễ đối với sự chuyển đổi bit/ký tự (11bits) 45

Bảng 2.12/4 Tdframe và Tdbuff được quy định cho các kiểu TCH khác nhau 45

Bảng 2.13 Mặt nạ của độ nhạy phát / tần số 48

Bảng 2.14 Mặt nạ của độ nhạy thu/ tần số 48

Bảng 2.15 Các giới hạn cho tỉ số tín hiệu/ méo toàn phần đối với phương pháp 1 49

Bảng 2.16 Các giới hạn cho tỷ số tín hiệu/méo toàn phần đối với phương pháp 2 50

Bảng 3.1 Phần thực hiện đấu thầu 71

Bảng 3.2 Danh mục vật tư phục vụ dự án 71

Bảng 3.3 Danh mục vật tư phục vụ dự án 72

Bảng 3.4 Tiến độ thi công cụ thể 76

B¶ng 4.4 Lưu lưîng ra ®o ®ưîc t¹i MSC cña ETL tõ 13 giê 00 – 23 giê 00 92

B¶ng 4.5 Lưu lưîng vµo ®o ®ưîc t¹i MSC cña ETL tõ 00 giê 00 – 12 giê 00 92

B¶ng 4.6 Lưu lưîng vµo ®o ®ưîc t¹i MSC cña ETL tõ 13 giê 00 – 23 giê 00 .93

B¶ng 4.7 Lưu lưîng tæng hîp ®o ®ưîc t¹i MSC cña ETL tõ 00 giê 00 – 12 giê 00 93

B¶ng 4.8 Lưu lưîng tæng hîp ®o ®ưîc t¹i MSC cña ETL tõ 13 giê 00 – 23 giê 00 94

Hình 1.1 Cấu trúc mạng GSM .1

Hình 1.2 Sơ đồ báo hiệu số 7 trong mạng GSM 13

Hình 1.3 Sơ đồ các bản tin báo hiệu trong việc thiết lập một cuộc gọi thuê bao di động gọi thuê bao cố định 15

Hình 1.4 Sơ đồ các bản tin báo hiệu trong việc thiết lập một cuộc gọi thuê bao cố định gọi thuê bao di động 18

Hình 1.5 Mô tả quỹ truyền sóng GSM (đường xuống) .21

Hình 1.6 Mô tả quỹ truyền sóng GSM (đường lên) 21

Hình 2.1 Sơ đồ khái niệm GoS 30

Hình 3.1 Tín hiệu yếu tại các tầng thấp 65

Hình 3.2 Hand over liên tục xảy ra tại các tầng cao của toà nhà 65

Hình 3.3 Phương án gắn lên trần nhà .69

Hình 3.4 Phương án gắn trực tiếp lên trần tầng hầm 70

Hình 3.5 Phương án lắp đặt Tapper/Splitter 70

Hình 4.1 Dự án I của Công ty ETL 82

Hình 4.2 Dự án II của Công ty ETL 83

Hình 4.3 Dự án III-A của Công ty ETL 84

Hình 4.4 Dự án III-B của Công ty ETL 85

Hình 4.5 Sơ đồ các trạm BTS của Công ty ETL 86

Hình 4.6 Lược đồ phát triển thuê bao của Công ty ETL 87

Hình 4.7 Sơ đồ kết nối từ MSC của Công ty ETL 89

Hình 4.8 Sơ đồ kết nối chi tiết từ MSC của Công ty ETL 90

Hình 4.9 Tính toán số kênh đường Trung kế cần thiết bằng phần mềm .95

Hình 5.1 Lộ trình phát triển từ GSM đến W-CDMA 98

A

ACCH Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết

AGCH Access Grant Channel Kênh cho phép truy nhập

AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên tiến AUC Authentication Center Trung tâm nhận thực

AVDR Average Drop Call Rate Tỉ lệ rớt cuộc gọi trung bình

B

BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

BHCA Busy Hour Call Atempt Nỗ lực cuộc gọi trong giờ bận

BSC Base Station Controler Bộ điều khiển trạm gốc

BSIC Base Station Identity Code Mã nhận dạng trạm gốc

BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

CCS7 Common Channel Signalling N07 Mạng báo hiệu kênh chung số 7 CCITT International Telegraph and

Telephone Consultative Committee

Uỷ ban t− vấn quóc tế về điện thoại và

điện báo CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

D

DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng

E

EIR Equipment Identification Register Thanh ghi nhận dạng thiết bị

ERP Ear Reference Point Điểm tham chiếu tai

ETSI European Telecommunications

Đa truy nhập phân chia theo tần số

FACCH Fast Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết nhanh FCCH Frequency Correction Channel Kênh hiệu chỉnh tần số

G

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

GSM Global System for Mobile

Communication

Thông tin di động toàn cầu

H

HLR Home Location Register Bộ đăng ký định vị thường trú

HON Handover Number Số chuyển giao

I

IHOSR Incoming HO Successful Rate Tỉ lệ chuyển giao thành công đến

IMSI International Mobile Subscriber

Identity

Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế

ISDN Integrated Service Digital Network Mạng số đa dịch vụ

LAI Location Area Identifier Số nhận dạng vùng định vị

LAPD Link Access Procedures on D

MCC Mobile Country Code Mã quốc gia của mạng di động

MRP Mouth Reference Point Điểm tham chiếu miệng

MSC Mobile Service Switching Center Tổng đài chuyển mạch dịch vụ di động

MSISDN Mobile station ISDN Number Số ISDN của trạm di động

MSRN Mobile station Roaming Number Số vãng lai của thuê bao di động

N

NMC Network Management Center Trung tâm quản lý mạng

NMT Nordic Mobile Telephone Điện thoại di động Bắc Âu

O

OHOSR Outgoing HO Successful Rate Tỉ lệ chuyển giao thành công ra

Subsystem

Phân hệ khai thác và bảo d−ỡng

OSI Open System Interconnection Liên kết hệ thống mở

OSS Operation and Support Subsystem Phân hệ khai thác và hỗ trợ

P

PAGCH Paging and Access Grant Channel Kênh chấp nhận truy cập và nhắn tin

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng

POI Point of Interconnection Điểm kết nối

PSPDN Packet Switch Public Data Network Mạng số liệu công cộng chuyển mạch

ARFCH Radio Frequency Channel Kênh cao tần

S

SACCH Slow Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết chậm

SDCCH Stand Alone Dedicated Control

Channel

Kênh điều khiển dành riêngđứng một mình ( độc lập )

SIM Subscriber Identity Modul Mô đun nhận dạng thuê bao

SMS Short Message Service Dịch vụ bản tin ngắn

T

TACH Traffic and Associated Channel Kênh lưu lượng và liên kết

TCBR TCH Blocking Rate Tỉ lệ nghẽn mạch TCH

TCDR TCH Drop Rate Tỉ lệ rớt mạch trên TCH

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian

TRAU Transcoder/Rate Adapter Unit Bộ thích ứng tốc độ và chuyển mã

TRX Tranceiver Máy thu - phát

Trang phụ bìa

Mục lục

Danh mục các từ viết tắt

Danh mục các bảng biểu

Danh mục các hình vẽ

Lời nói đầu

Chương I tổng quan mạng thông tin di Động mặt đất

công cộng 1

1.1 Cấu trúc chung mạng thông tin di động mặt đất công cộng 1

1.1.1 Phân hệ vô tuyến (RSS) 3

1.1.1.1 Trạm di động (MS - Mobile Station ) 3

1.1.1.2 Hệ thống trạm gốc ( BSS - Base Station System ) 3

1.1.2 Phân hệ chuyển mạch ( SS - Switching Subsystem ) 5

1.1.2.1 Trung tâm chuyển mạch di động ( MSC - Mobile Switching Center ) 5

1.1.2.2 Bộ ghi định vị thường trú ( HLR - Home Location Register ) 5

1.1.2.3 Bộ ghi định vị tạm trú ( VLR - Visitor Location Register ) 5

1.1.2.4 Thanh ghi nhận dạng thiết bị ( EIR - Equipment Identity Registe ) 6

1.1.2.5 Trung tâm nhận thực (AUC – AUthentication Center) 6

1.1.2.6 Tổng đài di động cổng G-MSC 6

1.1.2.7 Khối IWF 7

1.1.3 Phân hệ khai thác và bảo dưỡng ( OSS ) 7

1.1.3.1 Khai thác và bảo dưỡng mạng: 7

1.1.3.2 Quản lý thuê bao: 8

1.1.3.3 Quản lý thiết bị di động: 8

1.2 Các giao diện cơ bản của mạng di động GSM 8

1.2.1 Giao diện nội bộ mạng 8

1.2.1.1 Giao diện vô tuyến (U m ) 8

1.2.1.2 Giao diện A bis 9

1.2.1.3 Giao diện A 9

1.2.1.4 Giao diện B 9

1.2.1.5 Giao diện C 9

1.2.1.6 Giao diện D 9

1.2.1.7 Giao diện E 10

1.2.2 Giao diện ngoại vi 11

1.2.2.1 Giao diện với OMC 11

1.2.2.2 Giao diện với PSTN 11

1.2.2.3 Giao diện với ISDN 11

1.2.2.4 Giao diện với PSDN 11

1.2.2.5 Giao diện với PLMN qua PSTN/ISDN 11

1.3 Báo hiệu trong mạng di động GSM 12

1.3.1 Cuộc gọi thuê bao di động gọi thuê bao cố định………13

1.3.2 Cuộc gọi từ thuê bao cố định gọi thuê bao di động 16

1.4 Đặc điểm tổng quát của mạng di động GSM 19

1.5 Chỉ tiêu kỹ thuật chung của mạng GSM 19

1.6 Truyền sóng trong mạng thông tin di động GSM 22

1.6.1 Tần số và đặc tính sóng vô tuyến 22

1.6.2 Phân loại truyền sóng 23

1.6.3 Sự khúc xạ của các sóng vô tuyến 23

1.6.4 Truyền sóng trong không gian tự do 23

1.6.5 Truyền sóng trong vùng tương tác hai tia 24

1.6.6 Truyền sóng trong vùng phađinh Rayleigh 24

1.6.7 Mô tả truyền sóng di động mặt đất 25

1.6.8 Sử dụng mô hình truyền sóng mặt đất phẳng 25

1.6.9 Sử dụng mô hình truyền sóng nhiều tia 26

Chương II Các thông số chất lượng của mạng GSM 30

2.1 Khái niệm chất lượng dịch vụ 30

2.2 Yêu cầu chức năng mạng 32

2.2.1 Chức năng mạng cung cấp dịch vụ cơ sở 32

2.2.1.1 Chức năng điều khiển cuộc gọi 32

2.2.1.2 Cuộc gọi khẩn cấp 33

2.2.1.3 Các dịch vụ bổ xung 33

2.2.1.4 Bảo mật phần từ thông tin báo hiệu 33

2.2.2 Các chức năng mạng hỗ trợ cho khai thác cellular ……… 33

2.2.2.1 Đăng ký vị trí 33

2.2.2.2 Chuyển cuộc gọi 34

2.2.2.3 Thiết lập lại cuộc gọi 34

2.2.3 Các chức năng phụ của mạng điều khiển cuộc gọi 34

2.2.3.1 Xếp hàng 34

2.3 Các chỉ tiêu về cấu hình mạng 37

2.3.1 Các chỉ tiêu của MSC 37

2.3.1.1 Tải chuẩn 37

2.3.1.2 Cuộc gọi thử không được điều khiển thích đáng 38

2.3.1.3 Xác suất trễ .38

2.3.1.4 Chỉ tiêu xử lý cuộc gọi 42

2.3.2 Chỉ tiêu của HLR và VLR 42

2.3.2.1 Tải chuẩn của HLR .42

2.3.2.2 Tải chuẩn của VLR 42

2.3.2.3 Chỉ tiêu của HLR và VLR .43

2.4 Các chỉ tiêu về truyền dẫn 43

2.4.1 Trễ kênh tiếng nói 43

2.4.2 Trễ kênh dữ liệu 44

2.4.3 Tổn hao toàn phần / Âm lượng danh định 46

2.4.4 Tổn hao 46

2.4.5 Tín dội 46

2.4.6 Tạp nhiễu kênh rỗi 47

2.4.7 Đường đặc trưng độ nhạy/ tần số 47

2.4.8 Méo tín hiệu 49

2.4.9 Xuyên âm 50

2.5 Các chỉ tiêu chất lượng dịch vụ 51

2.5.1 Độ khả dụng của kênh thoại 51

2.5.2 Chỉ tiêu kết nối cuộc gọi 51

2.5.3 Chỉ tiêu tính cước 51

2.5.4 Chỉ tiêu mức độ hài lòng của khách hàng 52

2.5.5 Chỉ tiêu về khiếu nại của khách hàng về chất lượng dịch vụ 52

2.5.6 Chỉ tiêu thời gian thiết lập dịch vụ 52

2.5.7 Quy định về tính cước và lập hoá đơn 52

2.5.8 Quy định thời gian giao dịch về cung cấp dịch vụ 52

2.5.9 Quy định về tiếp nhận và trả lời khiếu nại của khách hàng 53

2.5.10 Quy định về dịch vụ hỗ trợ khách hàng 53

2.6 Chỉ tiêu về chất lượng vùng phủ sóng 53

2.6.1 Nhiễu đồng kênh 54

2.6.2 Nhiễu kênh liền kề 54

2.6.3 Phân tán thời gian 55

2.6.4 Thực trạng quản lý chất lượng dịch vụ thực tế hiện nay 55

3.1 Hiện trạng và kết quả khảo sát 63

3.1.1 Tổng quan 63

3.1.2 Khảo sát hiện trạng 63

3.1.3 Kết quả khảo sát 64

3.1.3.1 Đo mức thu RxLevel 64

3.1.3.2 Đo chất lượng thu QxLevel 65

3.1.4 Đề xuất giải pháp kỹ thuật 66

3.1.4.1 Phủ sóng toàn bộ 66

3.1.4.2 Phủ sóng các điểm sóng yếu 66

3.1.4.3 Lắp đặt Repeater 66

3.1.5 Phương án thiết kế 66

3.1.5.1 Yêu cầu thiết kế kỹ thuật 66

3.1.5.2 Nguyên tắc thiết kế kỹ thuật 67

3.1.5.3 Phương pháp thiết kế 67

3.2 Phương án thi công 68

3.2.1 Lựa chọn phương án thi công 68

3.2.2 Vị trí lắp đặt anten và sơ đồ chạy cáp fidơ 69

3.2.3 Vị trí lắp đặt tủ BTS 69

3.2.4 Phương pháp lắp đặt thiết bị trong toà nhà 69

3.3 Kế hoạch đấu thầu 70

3.3.1 Các phần không thực hiện đấu thầu 70

3.3.2 Các phần thực hiện đấu thầu 71

3.3.3 Nguồn vốn thực hiện 71

3.4 Tiến độ thi công 71

3.4.1 Danh mục vật tư thiết bị phục vụ dự án 71

3.4.1.1 Danh mục vật tư thiết bị phục vụ dự án 71

3.4.1.2 Phần thiết bị còn thừa được dùng để dự phòng và lắp dặt cho dự án khác 72

3.4.2 Phương án thi công 73

3.4.3 Chỉ dẫn biện pháp thi công lắp đặt 73

3.4.3.1 Các công việc chuẩn bị trước khi thi công lắp đặt thiết bị 73

3.4.3.2 Phương án thi công cụ thể 74

3.4.4 Tiến độ thi công 75

3.4.4.1 Nhân sự thi công 75

3.4.4.2 Tiến độ thi công cụ thể 76

3.5 Dự toán kinh phí 77

3.5.1 Tổng mức đầu tư chưa có thuế giá trị gia tăng 77

3.5.2 Thuế giá trị gia tăng (VAT) 77

3.5.3 Nguồn vốn 77

3.5.4 Căn cứ lập dự toán 77

3.5.5 Các văn bản áp dụng 77

3.5.5.1 Đơn giá 77

3.5.5.2 Chi phí nhân công 78

3.5.5.3 Chi phí máy thi công 78

3.5.5.4 Chi phí chung 78

3.5.5.5 Thu nhập chịu thuế tính trước 79

3.5.5.6 Chi phi khảo sát thiết kế 79

3.5.5.7 Chi phí lập dự án đầu tư 79

3.5.5.8 Chi phí bảo hiểm công trình 79

3.5.5.9 Chi phí kiểm toán 79

3.5.5.10 Chi phí đền bù, nghiệm thu bàn giao 79

3.5.5.11 Chi phí dự phòng 80

Chương IV Tình hình mạng thông tin di động tại nước chdcnd lào 81

4.1 Giới thiệu chung tình hình mạng thông tin di dộng tại Lào 81

4.1.1 Công ty LTC ( Lao Telecommunication Lao Co Ltd…) 81

4.1.2 Công ty LAT ( Lao Asia Telecommunication) 81

4.1.3 Công ty TIGO (Millicom Lao Co Ltd ) 81

4.1.4 Công ty ETL (Enterprise of Telecommunications Lao) 82

4.1.4.1 Dự án I ( Telecom project phase I) 82

4.1.4.2 Dự án II ( Telecom project phase II) 83

4.1.4.3 Dự án III ( Telecom project phase III) 83

4.1.4.4 Dự án IV ( Telecom project phase IV) 85

4.2 Sơ đồ kết nối giữa công ty ETL với các công ty khác 88

4.2.1 Kết nối giữa công ty ETL với công ty LTC 88

4.2.2 Kết nối giữa công ty ETL với công ty TIGO 88

4.2.3 Kết nối giữa công ty ETL với công ty LAT 91

4.3 Các Numbering Plan cho các mạng di động tại Lào 91

4.4 Lưu lượng tại MSC của công ty ETL 91

4.4.1 Lưu lượng ra (Erl per Channel for Outgoing Calls) 91

4.6 Đề xuất giải pháp 96

Chương V kiến nghị và đề xuất 97

5.1 Xu hướng phát triển mạng thông tin di động tại Lào 97

5.2 Một số kiến nghị và đề xuất 98

Tóm tắt luận văn

Kết luận

Tài liệu tham khảo

thiếu được trong đời sống xã hội hàng ngày của từng cá nhân và đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của xã hội Nó quyết định nhiều mặt hoạt động của xã hội, giúp con người nắm bắt nhanh chóng các thông tin có giá trị văn hoá, kinh tế, khoa học kỹ thuật rất đa dạng và phong phú Thông tin di động đã trở thành một thị trường sôi động, sự cạnh tranh của các nhà cung cấp dịch vụ ngày càng trở nên khốc liệt Để trở thành người chiến thắng trong thị trường này các nhà cung cấp luôn phải tính toán cân nhắc giữa việc đầu tư công nghệ và giá cả, không ngừng cải tiến về chất lượng ngày càng tốt hơn và đa dạng hoá dịch vụ Vấn đề kiểm tra và nâng cao chất lượng dịch vụ là yếu tố căn bản quyết định sự cạnh tranh trong tương lai

Mặc dù hiện nay đã xuất hiện các công nghệ mới như là: Công nghệ CDMA,

IP, MPLS, NGN… với tốc độ truyền dẫn siêu cao và đa dạng hoá dịch vụ nhưng mạng thông tin di động mặt đất công cộng ( PLMN ) đại diện là công nghệ GSM theo kỹ thuật chuyển mạch kênh ( Circuit Switch ) vẫn đã và đang được sử dụng, khai thác rất có hiệu quả và chiếm thị phần lớn các thuê bao trên thế giới Tại Nước CHDCND Lào cũng đang khai thác mạng GSM 900/1800 và chắc là sẽ còn tồn tại khá lâu để thay đổi chuyển toàn bộ mạng cũ sang mạng mới với công nghệ mới vì còn phụ thuộc khá nhiều yếu tố

Mục đích của Luận văn là nghiên cứu tổng quan về lý thuyết chất lượng dich

vụ (QoS), các công thức, các chỉ tiêu chất lượng, cách kiểm tra chất lượng dịch vụ và

đưa ra một số phương án nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ, phần cuối Luận văn em

có giới thiệu qua về mạng thông tin di động tại Lào Tất cả nội dung trong Luận văn này sẽ là kiến thức cơ bản nhất để em tìm hiểu sâu hơn nữa và ứng dụng vào công việc thực tế của em trong tương lai

Nội dung Luận văn được chia làm 5 Chương:

Chương I Tổng quan mạng di động mặt đất công cộng (PLMN)

Chương II Các thông số chất lượng của mạng GSM

Chương IV Tình hình mạng thông tin di động tại nước chdcnd Lào

Chương V Kiến nghị và Đề xuất.

Do thời gian nghiên cứu có hạn và khả năng hiểu biết còn hạn chế nên chắc không thể tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được ý kiến đóng góp quí báu của các thầy cô giáo và bạn đọc để Luận văn được hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Tiến Dũng đã tận tình

hướng dẫn, giảng dạy và tạo điều kiện để em hoàn thành Luận văn này Qua đây, cũng cho em gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong trường ĐH Bách khoa Hà Nội đã dạy dỗ, tới gia đình và bạn bè đã luôn động viên giúp đỡ em trong suôt quá trình nghiên cứu học tập của mình

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 25 tháng 9 năm 2007 Học viên thực hiện

Bounkham KHALUSY

Chương I tổng quan mạng thông tin

di động mặt đất công cộng

1.1 Cấu trúc chung mạng thông tin di động mặt đất công cộng

Do sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ trong những năm qua đã mang lại nhiều thành tựu to lớn cho ngành thông tin liên lạc Ngày nay, loại hình thông tin di động đã trở nên không thể thiếu đối với đời sống sinh hoạt và xã hội ngày nay Để đáp ứng nhu cầu to lớn đó, mạng thông tin di động mặt đất cộng cộng (PLMN) sử dụng hệ thống GSM đã ra đời Hệ thống GSM (Global System for Mobile Communication) là hệ thống thông tin di động số được đưa ra bởi uỷ ban Châu Âu về các tiêu chuẩn Viễn thông EIST (European Telecommunications Standards Institude) Ban đầu hệ thống GSM chỉ tập trung ứng dụng chủ yếu cho các nước Châu Âu Sau đó, nó được sử dụng rộng ra ở các nước Trung Đông, Châu á, Châu Phi, Nam Mỹ … và hiện nay mặc dù đã có khá nhiều công nghệ mới về mạng thông tin di động ra đời song mạng GSM vẫn đang còn tồn tại khá nhiều nước trên thế giới Sau đây chúng ta sẽ xem xét cấu trúc của mạng di động mặt đất công cộng thông qua cấu trúc của mạng GSM

Hình 1.1 Cấu trúc mạng GSM

SSS AUC

EIR

MSC HLR

BSS

BSC BTS

VLR ISDN

OMC PSPDN

PLMN

PSTN

CSPDN

MS

Ký hiệu:

OSS : Phân hệ khai thác và hỗ trợ AUC : Trung tâm nhận thực

HLR : Bộ ghi định vị thường trú MSC : Tổng đài di động

BSS : Phân hệ trạm gốc BSC : Bộ điều khiển trạm gốc OMC : Trung tâm khai thác và bảo dưỡng SSS : Phân hệ chuyển mạch

VLR : Bộ ghi định vị tạm trú EIR : Thanh ghi nhận dạng thiết bị BTS : Trạm vô tuyến gốc

MS : Trạm di động ISDN : Mạng số liên kết đa dịch vụ PSPDN : Mạng chuyển mạch gói công cộng PSTN : Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng CSPDN : Mạng chuyển mạch kênh công cộng PLMN : Mạng di động mặt đất công cộng

Hệ thống GSM được thiết kế để làm việc ở băng tần 900 MHz (890ữ960 MHz ):

890ữ915 MHz : cho đường lên (MS phát)

935ữ960 MHz : cho đường xuống (BTS phát)

Dải thông tần một kênh vật lý là 200 KHz Dải tần bảo vệ ở biên cũng rộng

200 KHz Vậy GSM 900 có 124 dải thông tần bắt đầu từ tần số 890,2 MHz Mỗi dải thông tần kênh là một khung TDMA có 8 khe thời gian Mỗi khe ms 577às

- Phân hệ vận hành và bảo dưỡng (OMS: Operation and Maintenance Subsystem) cung cấp các chức năng cần thiết cho toàn bộ hoạt động của mạng

và cho việc thu nhận thông tin về hoạt động của hệ thống

1.1.1 Phân hệ vô tuyến (RSS)

1.1.1.1 Trạm di động (MS - Mobile Station )

MS là một đầu cuối di động, có thể được đặt trên ô tô hay xách tay Tại MS

có một khối nhỏ gọi là module 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 thông minh SIM cùng với thiết bị trạm ( ME - Mobile Equipment ) hợp thành trạm di động Nếu không có SIM, MS không thể thâm nhập đến mạng trừ trường hợp gọi khẩn Khi liên kết đăng ký thuê bao với card SIM chứ không phải với

được nối với MSC qua một đường báo hiệu Nó cho phép MSC kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị Bằng cách này có thể ngăn chặn một MS không được thâm nhập mạng

1.1.1.2 Hệ thống trạm gốc ( BSS - Base Station System )

BSS là một hệ thống đặc thù riêng cho tính chất tổ ong vô tuyến của GSM BSS giao tiếp trực tiếp với các trạm di động MS thông qua giao diện vô tuyến, vì thế

nó bao gồm các thiết bị thu/phát đường vô tuyến và quản lý các chức năng này Mặt khác BSS thực hiện giao tiếp với các tổng đài ở phân hệ chuyển mạch SSS Tóm lại, 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 cũng phải được

điều khiển, do đó nó được đấu nối với phân hệ vận hành và bảo dưỡng OMS BSS bao gồm hai loại thiết bị là: BTS giao diện với MS và BSC giao diện với MSC

a Khối BTS ( Base Tranceiver Station ):

Một BTS bao gồm các thiết bị thu/phát, anten và bộ xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến BTS là thiết bị trung gian giữa mạng GSM và thiết bị thuê bao

MS, trao đổi thông tin với MS qua giao diện vô tuyến Có thể coi BTS là các Modem

vô tuyến phức tạp có thêm một số các chức năng khác Mỗi BTS tạo ra một hay một

số khu vực vùng phủ sóng nhất định gọi là tế bào ( Cell ) Một bộ phận quan trọng của BTS là khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ ( TRAU - Transcode/Rate Adapter Unit ) 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

b Khối TRAU ( Transcode/Rate Adapter Unit )

Khối thích ứng và chuyển đổi mã thực hiện chuyển đổi mã thông tin từ các kênh vô tuyến ( 16 Kb/s ) theo tiêu chuẩn GSM thành các kênh thoại tiêu chuẩn ( 64 Kb/s ) trước khi chuyển đến tổng đài TRAU thường được điều khiển bởi BTS

c Khối BSC ( Base Station Controller )

BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa Các lệnh này chủ yếu là lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và chuyển giao Một phía BSC được nối với BTS, còn phía kia nối với MSC của phân hệ SSS Trong thực tế, BSC được coi như là một tổng đài nhỏ, có khả năng tính toán

đáng kể Vai trò chính của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa BTS và BSC là giao diện Abis

3 Điều khiển nối thông các 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 cuộc đấu nối được ở máy di động

và TRX gửi đến BSC Dựa vào đó mà BSC sẽ quyết định công suất phát tốt nhất của MS và TRX để giảm nhiễu và tăng chất lượng cuộc đấu nối BSC cũng điều khiển quá trình chuyển giao nhờ các kết quả đo kể trên để quyết

định chuyển giao MS sang cell khác, nhằm đạt được chất lượng cuộc gọi tốt hơn Trong trường hợp chuyển giao sang cell của một BSC khác thì nó phải

nhờ sự trợ giúp của MSC Bên cạnh đó, BSC cũng có thể điều khiển chuyển giao giữa các kênh trong một cell hoặc từ cell này sang kênh của cell khác trong trường hợp cell này bị nghẽn nhiều

4 Quản lý mạng truyền dẫn: BSC có chức năng quản lý cấu hình các đường truyền dẫn tới MSC và BTS để đảm bảo chất lượng thông tin Trong trường hợp

có sự cố một tuyến nào đó, nó sẽ tự động điều khiển tới một tuyến dự phòng

1.1.2 Phân hệ chuyển mạch ( SSS - Switching Subsystem )

Phân hệ chuyển mạch ( SSS ) bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của mạng GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di

động của thuê bao Chức năng chính của SSS là quản lý thông tin giữa những người

sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác

SSS cũng cần giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tải số liệu của người sử dụng hay báo hiệu giữa các phần tử của mạng GSM Chẳng hạn SSS có thể sử dụng mạng báo hiệu kênh chung

số 7, mạng này đảm bảo hoạt động tương tác giữa các phần tử của SSS trong một hay nhiều mạng GSM

1.1.2.1 Trung tâm chuyển mạch di động ( MSC - Mobile Switching Center )

MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC Một tổng đài MSC thích hợp cho một vùng đô thị và ngoại ô có dân cư vào khoảng một triệu ( với mật độ thuê bao trung bình ) MSC thực hiện các chức năng chuyển mạch chính, nhiệm vụ chính của MSC là tạo kết nối và xử lý cuộc gọi đến những thuê bao của GSM, một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS và mặt khác giao tiếp với mạng ngoài qua G-MSC

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

HLR lưu giữ các số liệu cố định của thuê bao di động trong mạng như SIM, các thông tin liên quan tới việc cung cấp các dịch vụ viễn thông, không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao và chứa các thông tin về vị trí hiện thời của 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 Một chức năng con của HLR

là nhận dạng trung tâm nhận thực thuê bao AUC

1.1.2.3 Bộ ghi định vị tạm trú ( VLR - Visitor Location Register )

Là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ở vùng phục

vụ của MSC Mỗi MSC có một VLR, thường thiết kế VLR ngay trong MSC Ngay

cả khi MS lưu động vào một vùng MSC mới VLR liên kết với MSC sẽ yêu cầu số liệu về MS từ HLR Đồng thời HLR sẽ được thông báo rằng MS đang ở vùng MSC nào Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc gọi, VLR sẽ có tất cả các thông tin cần thiết để thiết lập một cuộc gọi mà không cần hỏi HLR có thể coi VLR như một HLR phân bố VLR chứa thông tin chính xác hơn về vị trí MS ở vùng MSC Nhưng khi thuê bao tắt máy hay rời khỏi vùng phục vụ của MSC thì các số liệu liên quan tới nó cũng hết giá trị Vì vậy, có thể gọi VLR là hệ thống lưu giữ “ Hộ khẩu tạm trú ” của các thuê bao vãng lai

1.1.2.4 Thanh ghi nhận dạng thiết bị ( EIR - Equipment Identity Register ):

EIR có chức năng kiểm tra tính hợp lệ của 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 ME thuộc một trong ba danh sách sau:

ƒ Nếu ME thuộc danh sách trắng ( White List ) thì nó được quyền truy nhập và

sử dụng các dịch vụ đã đăng ký

ƒ Nếu ME thuộc danh sách xám ( Gray List ), tức là có nghi vấn và cần kiểm tra

ƒ Nếu ME thuộc danh sách đen ( Black List ), tức là bị cấm không cho truy nhập vào mạng

1.1.2.5 Trung tâm nhận thực (AUC – AUthentication Center)

Được nối đến HLR, chức năng của AUC là cung cấp cho HLR các tần số nhận thực và các khoá 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 Cơ sở dữ liệu của AUC còn ghi nhiều thông tin cần thiết khác khi thuê bao đăng ký nhập mạng và được sử dụng để kiểm tra khi thuê bao yêu cầu cung cấp dịch vụ, tránh việc truy nhập mạng một cách trái phép

1.1.2.6 Tổng đài di động cổng G-MSC

Tất cả các cuộc gọi vào cho mạng GSM/PLMN sẽ được định tuyến cho tổng

đài vô tuyến cổng Gateway-MSC Nếu một người nào đó ở mạng cố định PSTN muốn thực hiện một cuộc gọi đến một thuê bao di động của mạng GSM/PLMN Tổng đài tại PSTN sẽ kết nối cuộc gọi này đến MSC có trang bị một chức năng được gọi là chức năng cổng Tổng đài MSC này gọi là MSC cổng và nó có thể là một MSC bất kỳ ở mạng GSM G-MSC sẽ phải tìm ra vị trí của MS cần tìm Điều này

được thực hiện bằng cách hỏi HLR nơi MS đăng ký HLR sẽ trả lời, khi đó MSC này

có thể định tuyến lại cuộc gọi đến MSC cần thiết Khi cuộc gọi đến MSC này, VLR

sẽ biết chi tiết hơn về vị trí của MS Như vậy có thể nối thông một cuộc gọi ở mạng GSM có sự khác biệt giữa thiết bị vật lý và đăng ký thuê bao

1.1.2.7 Khối IWF

Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của mạng GSM với các mạng này Các thích ứng này gọi là chức năng tương tác IWF IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn IWF có thể thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trường hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở

1.1.3 Phân hệ khai thác và bảo dưỡng ( OSS )

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

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.v.v Nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời nâng cấp Khai thác còn bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vẫn đề xuất hiện

ở thời điểm hiện thời, để chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai và mở rộng vùng phủ sóng ở hệ thống viễn thông hiện đại, khai thác được thực hiện bằng máy tính và được tập trung ở một trạm

Bảo dưỡng:

Có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố và hỏng hóc, nó có một

số quan hệ với khai thác Các thiết bị ở hệ thống viễn thông hiện đại có khả năng tự phát hiện một số các sự cố hay dự báo sự cố thông qua kiểm tra Bảo dưỡng bao gồm các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế các thiết bị có sự cố, cũng như việc sử dụng các phần mềm điều khiển từ xa

Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý của TMN ( Telecommunication Management Network - Mạng quản lý viễn thông ) Lúc này, một mặt hệ thống 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 ) Mặt khác

hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối tới máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp

người - máy Theo tiêu chuẩn GSM hệ thống này được gọi là trung tâm vận hành và bảo dưỡng ( OMC - Operation and Maintenance Center )

1.1.3.2 Quản lý thuê bao

Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao Nhiệm vụ đầu tiên là nhập

và xoá 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 Nhà khai thác có thể thâm nhập được các thông số nói trên Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cước các cuộc gọi rồi gửi đến thuê bao Khi đó HLR, SIM-Card đóng vai trò như một bộ phận quản

lý thuê bao

1.1.3.3 Quản lý thiết bị di động:

Chức năng này thực hiện việc quản lý các thông số của thiết bị di động trực thuộc mạng

1.2 Các giao diện cơ bản của mạng di động GSM

Các giao diện cơ bản của mạng GSM được chia thành hai loại : giao diện nội

bộ mạng GSM và các giao diện ngoại vi Trong đó giao diện nội bộ mạng GSM lấy

hệ thống báo hiệu số 7 (CCS7) làm cơ sở cho các quá trình điều khiển việc trao đổi thông tin giữa các phần tử của mạng khi cung cấp các dịch vụ cho thuê bao và quản

lý mạng Các giao diện ngoại vi với các mạng khác như PSTN, ISDN, PSDN hay với các PLMN khác sử dụng R2, CCS7 hay X25 tuỳ thuộc vào từng mạng cụ thể Sau đây

là chi tiết về từng loại giao diện

1.2.1 Giao diện nội bộ mạng

1.2.1.1 Giao diện vô tuyến (U m )

Giao diện vô tuyến (Um) là giao diện giữa BTS và MS Đây là giao diện quan trọng nhất, quyết định lớn nhất đến chất lượng dịch vụ của mạng GSM

Giao diện này cung cấp một số lượng các kênh logic Thông tin về người sử dụng (thoại, dữ liệu) được truyền dẫn qua kênh thông tin, các tín hiệu điều khiển được truyền qua các kênh điều khiển Các kênh điều khiển là các kênh sau:

- Kênh quảng bá: cho việc hiệu chỉnh tần số, đồng bộ và điều khiển

- Kênh điều khiển chung: cho nhắn tin, truy nhập ngẫu nhiên và cấp quyền truy cập

- Kênh điều khiển dành riêng: điểu khiển kết hợp chậm, điều khiển kết hợp nhanh và điều khiển độc lập

Trong GSM, giao diện vô tuyến sử dụng tổng hợp cả hai phương thức phân kênh theo tần số (FDMA) và phân kênh theo thời gian (TDMA)

1.2.1.2 Giao diện A bis

Giao diện Abis là giao diện giữa BTS và BSC Giao diện này được sử dụng để trao đổi thông tin thuê bao (như thoại, số liệu ) và thông tin điều khiển (báo hiệu,

đồng bộ ) BSC kiểm soát các BTS qua giao diện này Abis sử dụng đường truyền chuẩn PCM 32 (2,4Mb/s) với mã sửa sai CRC4 theo CCITT, G732 Giao thức trong kênh báo hiệu tuân theo chuẩn CCITT LAPD

1.2.1.3 Giao diện A

Giao diện A là giao diện giữa MSC và BSC, qua bộ chuyển mã TRAU Tuỳ theo thiết kế của từng hãng cụ thể, TRAU có thể được gắn liền hoặc tách dời với BSC Giao diện A cũng sử dụng các luồng chuẩn PCM 32 Giao diện này sử dụng báo hiệu CCS7 (gồm MTP, SCCP và BSSAP)

1.2.1.5 Giao diện C

Giao diện C là giao diện giữa MSC và HLR Giao diện này sử dụng CCS7 và

được quy định phần ứng dụng riêng cho GSM-MAP MSC sử dụng giao diện này để truy nhập HLR lấy số liệu trong các trường hợp:

- Số Roaming của MS khi có cuộc gọi từ mạng PSTN vào PLMN qua GMSC

- Thông tin định tuyến từ HLR tới GMSC khi có cuộc gọi từ mạng PSTN vào mạng di

động PLMN

1.2.1.6 Giao diện D

Giao diện D là giao diện giữa VLR và HLR Giao diện D sử dụng MAP để trao

đổi số liệu về các thuê bao di động giữa các cơ sở dữ liệu của HLR và VLR như :

- Các tham số về quyền truy nhập mạng của thuê bao

- Tái thiết lập lại số liệu của thuê bao trong VLR khi cần thiết

- Khi có cuộc gọi từ mạng PSTN vào mạng GSM, HLR sẽ chuyển các yêu cầu của GMSC về MSRN cho VLR

- Thiết lập mới các số liệu của thuê bao cho VLR khi MS di chuyển từ vùng phục vụ khác tới

- Xử lý và lưu giữ các thông tin liên quan đến dịch vụ phụ khi có thuê bao nào

đó yêu cầu

1.2.1.7 Giao diện E

Giao diện E là giao diện giữa các tổng đài trong mạng GSM Giao diện E

được sử dụng thiết lập các cuộc nối giữa các thuê bao thuộc vùng kiểm soát của các tổng đài khác nhau Giao diện này sử dụng các luồng PCM32 cùng các kênh CCS7 Phần ứng dụng của CCS7 là MAP và ISUP

Một số chức năng của MAP:

- Di chuyển cuộc nối từ MSC tới MSC khác khi đang nối mạch cho một thuê bao

đang di chuyển (handover)

- Trao đổi các thông tin điều khiển cuộc gọi giữa MSC và MS khi xảy ra handover Một số chức năng của ISUP: thiết lập, huỷ hay kết thúc cuộc gọi từ MSC qua MSC khác

1.2.1.8 Giao diện F

Giao diện F là giao diện giữa EIR và MSC Giao diện F sử dụng MAP để MSC trao đổi số liệu về việc nhận dạng thiết bị thuê bao quốc tế IMEI với cơ sở dữ liệu đã được ghi sẵn trong EIR khi cần kiểm tra các thuê bao MS

1.2.1.9 Giao diện G

Giao diện G là giao diện giữa các VLR Giao diện này được các VLR sử dụng để trao đổi số liệu về MS trong quá trình tạo lập và lưu giữ hộ khẩu tạm trú của các MS đó Giao diện G sử dụng CCS7 với phần ứng dụng là MAP để trao đổi những thông tin như :

- Gửi các yêu cầu về IMSI từ VLR cũ sang VLR mới

- Gửi các yêu cầu về tham số quyền truy nhập của thuê bao từ VLR này sang VLR khác khi di chuyển giữa hai MSC tương ứng

1.2.1.10 Giao diện Ater

Giao diện Ater là giao diện giữa BSC và TRAU Thông qua giao diện này TRAU sẽ chuyển các kênh traffic từ BSC có tốc độ 13kb/s thành kênh tiêu chuẩn có tốc độ 64kb/s và ngược lại

1.2.2 Giao diện ngoại vi

1.2.2.1 Giao diện với OMC

Đây là giao diện giữa OMC và các phần tử của mạng như MSC, VLR, HLR, EIR, BSC Do chức năng của phần BSS và NSS khác nhau nên hiện nay OMC được thiết kế riêng cho từng phần hệ thống Tuy nhiên trong tương lai có thể cả mạng sẽ

có một OMC duy nhất Giao diện này nhằm mục đích điều hành, khai thác và bảo dưỡng các phần tử trong mạng

1.2.2.2 Giao diện với PSTN

Giao diện giữa các mạng GSM với mạng thoại PSTN được chuẩn hoá bằng các luồng PCM32, với hệ thống báo hiệu CCS7 hoặc MFC:R2, tuỳ thuộc vào mạng thoại Chỉ có các dịch vụ có mặt ở cả hai mạng mới cung cấp được cho các cuộc nối liên quan đến thuê bao trong mạng thoại

1.2.2.3 Giao diện với ISDN

Giao diện mạng GSM với ISDN được chuẩn hoá theo tiêu chuẩn giao diện của ISDN (giao diện sơ cấp) và sử dụng hệ thống báo hiệu CCS7 (ISUP) để cung cấp các dịch vụ thoại, số liệu

1.2.2.4 Giao diện với PSDN

Giao diện với mạng số liệu X25 cũng được tiêu chuẩn hoá ở GSM Cấu trúc của giao diện phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng nhà khai thác Trong thực tế, việc cung cấp dịch vụ số liệu trong mạng GSM theo tiêu chuẩn X25 khá phức tạp cả phần cứng cũng như phần mêm của mạng Do vậy giá thành rất cao Đồng thời việc ghép nối với PSDN cũng cần thiết bị tương ứng PAD Hơn nữa, dịch vụ số liệu trong GSM cho đến nay không mấy hấp dẫn và ít phát triển

1.2.2.5 Giao diện với PLMN qua PSTN/ISDN

Giao diện giữa các mạng GSM với nhau thông qua mạng PSTN hoặc ISDN

được tiêu chuẩn hoá cho GSM Giữa các MSC của hai mạng có hai loại báo hiệu

được trao đổi khi nối mạng

- Các chức năng xử lý cuộc gọi cơ bản, phụ thuộc vào hệ thống báo hiệu của mạng cố định (CCS7- ISUP, R2)

- Các chức năng của MAP dành riêng cho GSM được quy định trong SCCP của

hệ thống báo hiệu số 7

1.3 Báo hiệu trong mạng di động GSM

Vấn đề báo hiệu trong mạng di động phức tạp hơn nhiều trong mạng điện thoại thông thường vì tính chất di động của các thuê bao trong mạng Trong mạng di

động, các thuê bao di động (MS) có thể di chuyển quanh mạng nên phải có yêu cầu cập nhật vị trí địa lý của các MS và xử lý việc thay đổi kênh lưu lượng (chuyển ô) khi MS di chuyển từ ô này sang ô khác Điều này yêu cầu phải có một hệ thống báo hiệu nhanh và mạnh Mạng di động số GSM sử dụng hệ thống báo hiệu số 7

Báo hiệu nghĩa là sự trao đổi thông tin liên quan đến việc thiết lập và điều khiển đấu nối các cuộc gọi, quản lý mạng trong mạng vô tuyến Quản lý mạng liên quan đến việc phân bố, bảo dưỡng và điều hành hệ thống hạ tầng cơ sở viễn thông, còn quá trình điều khiển bao gồm các chức năng trợ giúp cho việc sử dụng trực tiếp mạng lưới

Hệ thống báo hiệu số 7 là hệ thống báo hiệu kênh chung sử dụng mọt kênh báo hiệu để phục vụ cho nhiều kênh tải tin và có thể tóm tắt những ưu điểm nổi bật của báo hiệu số 7 như sau:

- Nhanh: trong hầu hết các trường hợp thời gian có thể xử lý tín hiệu báo hiệu cho vài nghìn cuộc gọi cùng một lúc

- Kinh tế: Cần ít thiết bị hơn so với các hệ thống báo hiệu truyền thống

- Linh hoạt: Hệ thống có thể chứa nhiều tín hiệu, có thể sử dụng cho nhiều mục đích chứ không chỉ cho báo hiệu thoại

Sơ đồ báo hiệu số 7 trong mạng GSM được biểu diễn như sau:

Các bản tin báo hiệu trong việc thiết lập một cuộc gọi như sau:

1.3.1 Cuộc gọi thuê bao di động gọi thuê bao cố định

• Giả thiết MS hoạt động rồi và người sử dụng MS muốn thiết lập một cuộc gọi Thuê bao này sẽ quay tất cả các chữ số của thuê bao B và bắt đầu thủ tục này bằng cách ấn phím “phát” khởi đầu một tin báo “ yêu cầu kênh” từ MS tới BSS Điều này

được thực hiện bằng việc BSS này chỉ định một kênh điều khiển riêng (DCCH) và một kênh báo hiệu giữa MS và BSS được thiết lập

Hình 1.2 Sơ đồ báo hiệu số 7 trong mạng GSM

MAP

Phân hệ chuyển mạch (SSS) MAP

• Tin báo “yêu cầu dịch vụ” được gửi tới MSC, sau đó tiếp tục được chuyển đến VLR VLR sẽ tiến hành quá trình nhận thực nếu MS trước đây được đăng ký ở VLR này Nếu không VLR sẽ lấy các thông số nhận thực từ HLR

• Nhận thực thuê bao (tuỳ chọn) diễn ra bằng cách sử dụng tin báo nhận thực và các thuật toán mật mã và nếu nhận thực thành công thì việc thiết lập cuộc gọi

có thể tiếp tục Nếu mật mã được sử dụng, nó được bắt đầu vào thời gian này

• Tin báo “ thiết lập” được gửi tới MSC cùng với thông tin về cuộc gọi (loại cuộc gọi, số được gọi ) Tin báo này hướng từ MSC tới VLR

• MSC có thể khởi đầu việc kiểm tra IMEI của MS (xem liệu có phải là MS bị

đánh cắp không? )

• Trong việc trả lời tin báo “thiết lập” (được gửi ở bước 4), VLR gửi tin báo

“cuộc gọi hoàn thành” tới MSC, MSC sẽ thông tin cho MS “ phương thức tiến hành cuộc gọi”

• Sau đó MSC chỉ định một kênh lưu lượng tới BSS (“lệnh chỉ định”), BSS này lại ấn định một kênh lưu lượng trên giao diện vô tuyến MS trả lời tới BSS (BSS này lại trả lời tới MSC) với tin báo “hoàn thành địa chỉ”

• Một tin báo “địa chỉ đầu và địa chỉ cuối- IFAM” (Initial Final Address Message) được gửi tới PSTN Rung chuông được sử dụng ở MS trong việc trả lời cho báo chuông mà MSC gửi tới MS khi PSTN trả lời với một tin báo ”hoàn thành địa chỉ –ACM” (Address Complete Message)

• Khi PSTN trả lời " Trả lời - ANS " (Answer), tin báo " Đấu nối " được hướng tới MS từ MSC, dừng rung chuông tới MS Sau đó, MSC nối một kênh lưu lượng GSM tới mạch PSTN, như vậy việc đấu nối lưu lượng đầu cuối đến đầu cuối đã hoàn thành

Hình 1.3 Sơ đồ các bản tin báo hiệu trong việc thiết lập một cuộc gọi

thuê bao di động gọi thuê bao cố định

Yêu cầu ID thiết bị

Cuộc gọi hoàn thành

Các chi tiết thuê bao

<SDCCH>

(Thông tin cuộc gọi)

1.3.2 Cuộc gọi từ thuê bao cố định gọi thuê bao di động

• Một “ tin báo địa chỉ bắt đầu và kết thúc” C7 đến GMSC MS được gọi sẽ nhận

được dạng bằng số MSISDN của nó

• Sử dụng tin báo “ gửi thông tin định tuyến” cùng với MSISDN của MS, GMSC yêu cầu thông tin định tuyến từ HLR Nó hướng tin báo kèm theo TMSI của

MS tới VLR VLR này cung cấp nhận dạng vùng định vị LAI của vùng định vị

mà MS hiện thời đang ở đó Thông tin yêu cầu sẽ cho phép GMSC nhận dạng MSC mà IFAM phải được định hướng tới

• VLR trả lời bằng tin báo “ khẳng định thông tin định tuyến” mà hiện tại được gắn với một MSRN MSRN này hoặc vừa mới được lấy từ nguồn chung của các MSRN của nó hoặc vừa mới được liên kết với MS bị gọi GMSC bây giờ sẽ gửi một IFAM tới MSC mà phục vụ vùng chứa MS, cùng với số lưu động của thuê bao di động (MSRN)

• MSC “khách” sau đó sẽ yêu cầu thông tin thiết lập cuộc gọi từ VLR (“ gửi thông tin cho thiết lập cuộc gọi”)

• Trả lời của VLR là tin báo “nhắn tin” quay trở lại MSC, nó chứa thông tin

được yêu cầu Sau đó MSC gửi yêu cầu “nhắn tin” tới MS qua BSS

• MS trả lời và yêu cầu một kênh điều khiển riêng (DCCH) từ BSS (“yêu cầu kênh”) và kênh báo hiệu ở giao diện vô tuyến được thiết lập Một khi đã được thiết lập, kênh DCCH này mang “ trả lời nhắn tin” tới BSS mà chuyển tiếp nó tới VLR qua MSC

• Thuê bao MS được nhận thực và chế độ mật mã được thiết lập (tuỳ chọn) Tin báo “cuộc gọi hoàn thành” sau đó được gửi tới MSC từ VLR Nó sẽ được chuyển tiếp tới MS qua BSS như tin báo “thiết lập”

• MS gửi tin báo " Khẳng định cuộc gọi " tới MSC Tin báo này chỉ ra MS có khả năng nhận một cuộc gọi và MSC gửi một tin báo " Tin báo hoàn thành địa chỉ - ACM " tới GMSC mà chuyển tiếp nó tới PSTN Thuê bao mặt đất bây giờ

sẽ nghe thấy chuông rung

• Sau đó, MSC ấn định một kênh lưu lượng tới BSS (“lệnh chỉ định”), mà đến lượt mình BSS lại chỉ định một kênh lưu lượng trên giao diện vô tuyến MS trả lời tới BSS (BSS trả lời tới MSC) với tin báo hoàn thành việc chỉ định Bấy giờ

MS rung chuông, gửi tin báo “rung chuông” tới MSC như một sự khẳng định

• Khi thuê bao GSM trả lời, MS gửi tin báo “ đầu cuối” tới MSC MSC khẳng

định đầu cuối và gửi “trả lời- ANS” tới GMSC và PSTN Âm chuông của thuê bao mặt đất tắt, GMSC và MSC nối kênh lưu lượng GSM và mạch PSTN với nhau

• Việc đàm thoại diễn ra trong suốt thời hạn của cuộc gọi

Hình 1.4 Sơ đồ các bản tin báo hiệu trong việc thiết lập một cuộc gọi

thuê bao cố định gọi thuê bao di động

Địa chỉ đầu và địa chỉ

Yêu cầu nhắn tin

Gửi thông tin cho

thiết lập cuộc gọi

(TMSI)

MSISDN MSISDN

(TMSI)

(MSRN) (MSRN)

(MSRN) (MSRN)

1.4 Đặc điểm tổng quát của mạng di động GSM

Do nhu cầu sử dụng dịch vụ viễn thông ngày càng cao cùng với sự phát triển mạnh mẽ của xã hội Song song với những nhu cầu này là các yêu cầu cả về số l-

ượng lẫn chất lượng các dịch vụ của mạng viễn thông cũng phải cao Điều này đòi hỏi phải có những phương tiện thông tin hiện đại mới có thể đáp ứng được nhu cầu

đa dạng của khách hàng ở mọi lúc, mọi nơi Nhu cầu này chỉ được đáp ứng với kỹ thuật “ thông tin di động ” đang phát triển rất mạnh

Hiện nay với việc sử dụng mạng di động GSM như tiêu chuẩn của mạng di

động mặt đất công cộng Từ các cấu trúc của mạng di động GSM cũng như các khuyến nghị của GSM, ta có thể tổng hợp nên các đặc tính chủ yếu của mạng thông tin di động số mặt đất theo tiêu chuẩn GSM như sau:

- Số lượng lớn các dịch vụ và tiện ích cho thuê bao cả trong thông tin thoại và truyền số liệu

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

- Một hệ thống GSM quốc gia có thể cho nhập mạng và quản lý mọi máy thuê bao di động tiêu chuẩn GSM

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

- Mẫu mã và Độ linh hoạt cao nhờ sử dụng các loại máy đầu cuối thông tin di

động khác nhau như máy xách tay, máy cầm tay, máy đặt trên ô tô

- Sử dụng băng tần ở 900/1800MHz với hiệu quả cao bởi sự kết hợp giữa hai phương pháp TDMA và FDMA

- Giải quyết sự hạn chế dung lượng, thực chất dung lượng sẽ tăng lên nhờ việc sử dụng tần số tốt hơn và kỹ thuật ô nhỏ do vậy số thuê bao được phục vụ cũng sẽ tăng lên

1.5 Chỉ tiêu kỹ thuật chung của mạng GSM

Từ cấu trúc chung cũng như các giao diện cơ bản và báo hiệu trong mạng, mạng GSM quy định các chỉ tiêu kỹ thuật chung cho BTS và MS như sau:

Bảng 1.1 Quỹ truyền sóng GSM900/ không sử dụng MHA/ hai tần số mang/ sử

dụng ghép trên không

Downlink (từ BTS đến MS) Uplink (từ MS đến BTS)

Công suất Tx tại TCU 44 dBm Công suất Tx MS 33 dBm

Suy hao lọc Tx hay suy

Suy hao anten/body 0dB

Suy hao đường truyền

Chú ý: Suy hao Dupler nằm trong giá trị

độ nhạy Rx (giả thiết anten MS ở bên ngoài)

Có thể mô tả bảng 1.1 bằng hình vẽ 1.5 và 1.6 như sau:

- §−êng xuèng (Down Link): Tõ BTS ÆMS

150dB (Suy hao ®−êng

0

33dB

17dB (§é t¨ng Ých Anten BTS)

2dB HÖ sè ph©n tËp

3dB (Suy hao Fid¬)

H×nh 1.6 M« t¶ quü truyÒn sãng GSM (®−êng lªn)

3dB (Link Balance)-90dB

1.6 Truyền sóng trong mạng thông tin di động GSM

Trong thông tin vô tuyến nói chung và thông tin di động nói riêng, vấn đề về truyền sóng vẫn là một vấn đề rất quan trọng, để tối ưu mạng một cách hiệu quả thì nên tìm hiểu về vấn đề này, sau đây là một số kiến thức chung về truyền sóng

1.6.1 Tần số và đặc tính sóng vô tuyến

Sóng vô tuyến là sóng điện từ, nằm trong nhóm với ánh sáng, bức xạ hồng ngoại và tia X Tuy nhiên, các sóng điện từ được phát ra ở tần số thấp hơn ánh sáng hoặc bức xạ hồng ngoại, nói chung người ta sử dụng các tần số giữa 10KHz và 30GHz

Các đặc tính truyền lan thay đổi theo bước sóng, các đăc tính cơ bản như sau:

ở các tần số cao, chúng ta dễ dàng chế tạo các Anten có tính định hướng cao

để truyền các sóng vô tuyến theo một hướng xác định, do đó có thể sử dụng lại các sóng vô tuyến tần số càng thấp thì có thể truyền lan trên khoảng cách càng lớn Do

đó, các tần số thấp phù hợp với thông tin giữa các vùng xa vượt quá khoảng cách nhìn thẳng (Line of Sight Distance) Ví dụ, các tần số trên bằng VLF có thể truyền lan dưới biển, vì vậy ta có thể sử dụng để thông tin với các tàu ngầm

Như đã mô tả ở trên, tuỳ theo ứng dụng mà việc lựa chọn tần số sử dụng sao cho có hiệu quả nhất Thông tin vô tuyến di động chủ yếu sử dụng các tần số trong băng VHF và UHF

1.6.2 Phân loại truyền sóng

Sóng vô tuyến có thể truyền từ Anten phát tới Anten thu qua các đường truyền lan khác nhau Đường phù hợp nhất phụ thuộc vào tần số đang sử dụng và khoảng cách mà sóng phải vượt qua

Trong các băng VHF/UHF sử dụng chủ yếu cho thông tin di động, tuỳ theo mục đích thông tin mà người ta sử dụng các sóng trực tiếp, phản xạ hay nhiễu xạ

Đặc biệt, khi khoảng cách giữa Anten phát và thu nằm trong tầm nhìn thẳng thì sóng trực tiếp là trung tâm của đường truyền sóng Tuy nhiên, ngay cả khi khoảng cách truyền dẫn nằm trong khoảng tầm nhìn thẳng, nếu có các vật chắn như các toà nhà hoặc đồi núi thì khoảng cách vượt quá tầm nhìn thẳng, đôi khi người ta sử dụng sóng tán xạ (đối lưu)

1.6.3 Sự khúc xạ của các sóng vô tuyến

Mật độ không khí giảm ngược với khoảng cách (độ cao) từ mặt đất Khi mật

độ không khí thay đổi, tỷ số khúc xạ không khí cũng bị thay đổi Vì tỷ số khúc xạ trong đường truyền thay đổi nên các sóng hơi bị uốn cong khi truyền qua khoảng cách lớn Nếu đường truyền vô tuyến bị uốn cong về phía dưới thì độ dài đường truyền dẫn thực tế sẽ dài hơn đường truyền dẫn trong tầm nhìn thẳng Ngoài ra, các

điều kiện địa hình cũng ảnh hưởng đến sự phân bố mật độ không khí nên đường truyền sóng luôn luôn thay đổi làm cho khoảng cách truyền sóng thực tế dài hơn hoặc ngắn hơn

1.6.4 Truyền sóng trong không gian tự do

Trong thông tin di động, các kiểu truyền sóng cũng khác nhau Tuy nhiên, các đường truyền sóng có thể được chia thành 3 loại như sau:

- Truyền sóng trong không gian tự do

- Truyền sóng trong vùng tương tác hai tia

- Truyền sóng trong vùng phadinh Rayleigh

Trong 3 loại trên, truyền sóng trong không gian tự do là loại truyền sóng cơ bản, không gian tự do được xem như là một không gian lý tưởng, không thay đổi, không có phản xạ, nhiễu xạ, khúc xạ, tán xạ Thực ra trong không gian tự do chỉ có

hiện tượng tán xạ gây ra suy giảm các sóng vô tuyến Thực ra nguyên lý này giống như khi tia sóng phân kỳ đi khi dịch ra xa nguồn sáng

Tổn hao truyền sóng trong không gian tự do là cơ sở cho tât cả tổn hao truyền sóng Tổn hao bình thường là tổn hao trong không gian tự do cộng thêm tổn hao do vài nhân tố khác, quan hệ giữa khoảng cách truyền sóng (R) và tổn hao không gian

tự do (γ) có thể được tính bởi công thức sau:

Tổn hao trong không gian tự do:

γ =

2R4

Trong đó: λ là bước sóng của sóng vô tuyến

1.6.5 Truyền sóng trong vùng tương tác hai tia

Mặc dù khoảng cách giữa Anten phát và Anten thu nằm trong tầm nhìn thẳng nhưng ngoài sóng trực tiếp tới Anten thu, còn có thể có ảnh hưởng lớn của sóng phản xạ từ mặt đất hoặc mặt biển trước khi đến Anten thu do phản xạ thì sẽ gây ra giao thoa Giao thoa này do hiện tượng cường độ điện trường của một tia tăng hay giảm do bị một tia khác chồng lên gây ra

Cường độ điện trường tổng hợp của hai tia chồng lên nhau là khác nhau phụ thuộc vào sự khác pha giữa hai tia đó Khi hiệu số pha giữa hai tia bằng 00 (đồng pha) thì cường độ điện trường lớn gấp hai lần Tuy nhiên, khi hiệu số pha giữa chúng bằng 1800 thì chúng triệt tiêu nhau và các tia đó không còn nữa Như vậy, giao thoa sinh ra khi có nhiều đường truyền sóng có độ dài khác nhau

1.6.6 Truyền sóng trong vùng phađinh Rayleigh

Nếu giữa Anten phát và anten thu không có đường truyền tầm nhìn thẳng thì tia phát được thu bằng nhiều đường truyền sóng khác nhau do phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ Do vậy, điện trường tổng hợp thu được lớn hơn nhiều so với tia tương tự truyền trong không gian tự do Ngoài ra, các thăng giáng tức thời của điện trường thu được phức tạp hơn so với tương tác hai tia do nhiễu từ nhiều đường truyền sóng Hiện tượng này gọi là phađinh Rayleigh