Bài giảng Mạng TT di động Slice 5Ý nghĩa các vùng Vùng phục vụ GSM: toàn bộ vùng các quốc gia thành viên sử dụng hệ thống GSM; những máy di động GSM của các mạng GSM khác nhau ở có thể
Trang 1Bài giảng Mạng TT di động Slice 1
Hệ thống GSM
NỘI DUNG:
) 1 Giới thiệu tổng quan về GSM ) 2 Cấu trúc địa lý của hệ thống ) 3 Cấu trúc khối hệ thống
) 4 Giao diện vô tuyến của hệ thống GSM
GV: Trần Nhựt Khải Hoàn
Tài liệu tham khảo
) Raymond Steele, Chin Chun Lee and Peter Gould - GSM CdmaOne & 3G systems - Chapter 2 & 3 - John Wiley & Son Ltd - 2001
) Vijay K.Garg Wireless communications & Networking Morgan Kaufmann - 2007
-) Hoàng Anh Dũng - Tối ưu hoá hệ thống di động GSM - Đồ
án tốt nghiệp 2007 - Đại học Bách khoa Hà Nội
Trang 2Bài giảng Mạng TT di động Slice 3
1 Tổng quan về GSM
Bối cảnh: Nhiều hệ thống tế bào không tương thích
⇒ CEPT → GSM - Groupe Special Mobile (1982): Nhằm định nghĩa hệ thống
di động xuyên châu Âu
1987: thoả thuận sơ bộ MoU GSM được 13 nhà khai thác ký kết → đổi tên GSM (Global System for Mobile communication);
1989: có 296 nhà vận hành ở 110 quốc gia ký kết MoU → ETSI (European
Telecommunications Standards Institute) chuẩn hoá
1990: Tiêu chuẩn GSM giai đoạn 1
1991: Ra đời ở Châu Âu, ứng dụng thoại và SMS
1997: GSM giai đoạn 2; fax và dữ liệu dễ dàng
1998: Hoàn chỉnh GSM; nhiều dịch vụ ra đời, GPRS
2 Cấu trúc địa lý hệ thống GSM
PLMN: Public Land Mobile Network
MSC: Mobile Service Switching Center
Trang 3Bài giảng Mạng TT di động Slice 5
Ý nghĩa các vùng
Vùng phục vụ GSM: toàn bộ vùng các quốc gia thành viên sử dụng hệ thống GSM; những máy di động GSM của các mạng GSM khác nhau ở
có thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới.
Vùng PLMN: là vùng của một nhà cung cấp dịch vụ di động, trong 1 quốc gia có thể có 1 hay nhiều vùng.
Vùng MSC: là vùng được quản lý bởi 1 MSC; 1 PLMN có thể có 1 hay nhiều MSC
Vùng định vị LA (Location Area): vùng mà MS có thể di chuyển tự do mà không cập nhật vị trí cho MSC/VLR điều khiển vùng định vị này Vùng định
LA: Location Area - Vùng định vị
LAI: Location Area Identifier Số
nhận dạng vùng định vị
LAI = MCC + MNC + LAC
Trang 4Bài giảng Mạng TT di động Slice 7
3 Cấu trúc khối hệ thống GSM
OMC: Operations & Maintenance Centre
AUC: Authentication Centre
EIR: Equipment Identity Register
ME: Mobile Equipment SIM: Subscriber Identity Module HLR: Home Location Register
Nguồn: Hoàng Anh Dũng - Đồ án tốt nghiệp - Tối ưu hoá hệ thống GSM
Cấu trúc khối hệ thống GSM
ADC: Administration Center
NMC: Network Management Center
Trang 5Bài giảng Mạng TT di động Slice 9
) SIM là Non-volatile memmory chứa IMSI (International
Subcriber Identity), mật mã (PIN) để xác thực, ngôn
ngữ hiển thị, cipher key generation algorithm và các
thông tin khác
) IMSI: không quá 15 số thập phân, bao gồm:
) 3 số đầu là MCC (Mobile country code)
Trang 6Bài giảng Mạng TT di động Slice 11
BSS: Base station subsystem
) BTS (Base Transceiver Station): giao tiếp với MS
qua giao diện radio Um
) Hoạt động như một modem radio
) Một BTS xác định vùng phủ sóng của 1 cell
) Đóng vai trò phụ trong việc định vị MSs
) BSC (Base Station Controller): quản lý BTSs
) Thiết lập và giải phóng kết nối với MSs
) Cơ sở dữ liệu của hệ thống GSM:
) HLR (Home Location Register)
) AuC (Authentication Center)
) VLR (Visitor Location Register)
) EIR (Equipment Identity Register)
Trang 7Bài giảng Mạng TT di động Slice 13
MSC (Mobile Services Switching Center)
) là tổng đài quản lý và điều khiển các BSCs
) là nơi chuyển mạch của tất cả các cuộc gọi tới/ từ MSs (như tổng đài cố định)
) Quản lý di chuyển của MSs: location registration và Handover ) Mỗi MSC có thể quản lý vài chục BSCs; và vài trăm ngàn MSs ) Giao diện A với BSCs và E với MSCs khác → Operators có thể
sử dụng MSCs của nhiều nhà sản xuất khác nhau
) Gateway-MSC dùng để giao tiếp với các mạng khác
HLR (Home Location Register)
) Lưu trữ lâu dài thông tin chi tiết của mỗi MS,
bao gồm:
) Các dịch vụ mà thuê bao có thể truy nhập
) Thông tin chi tiết về vùng MSC đang quản lý MS
) Các thông tin nhận dạng MSs: IMSI (International
Subcriber Identity) và MSISDN (Mobile station
international ISDN)
) Mỗi thuê bao GSM đều có 1 CSDL trong HLR
) HLR kết nối với MSC bằng giao diện C
Trang 8Bài giảng Mạng TT di động Slice 15
AuC (Authentication center)
) Lưu trữ các thông tin phục vụ cho các chức
năng bảo mật của GSM
) Cung cấp cho HLR các thông số:
) Thông tin nhận thực thuê bao
) Mã hoá kênh vô tuyến
) Các thông tin về mã khoá và giải thuật an ninh mạng
) Chỉ giao tiếp với HLR qua giao diện H
VLR (Visitor Location Register)
) Gắn liền với MSC(s)
) Lưu trữ tạm thông tin của MSs mà MSC(s)
tương ứng đang quản lý, bao gồm:
) Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN
) Số hiệu nhận dạng vùng định vị đang phục vụ MS
) Danh sách các dịch vụ mà MS được và bị hạn chế
sử dụng
) Trạng thái của MS ( bận: busy; rỗi: idle)
) Các giao diện: D với HLR, B với MSC và G
với VLRs khác
) Ch.năng: CSDL p.bố, hạn chế truy cập HLR
Trang 9Bài giảng Mạng TT di động Slice 17
EIR (Equipment Identity Register)
) Kiểm tra tính hợp lệ của ME thông qua IMEI
) EIR phân loại IMEI làm 3 danh sách:
) White list: MS có quyền truy cập và sử dụng dịch
vụ của hệ thống
) Grey list: có nghi vấn, cần kiểm tra
) Black list: cấm không cho truy nhập hệ thống
) Các MS bị cấm vẫn sử dụng được
Emergency calls
) Hệ thống kiểm tra IMEI ở thời điểm bất kỳ
) EIR kết nối với MSC qua giao diện F
OSS: Operation & Support Sybsystem
) là thành phần quan trọng của hệ thống viễn thông
) Phát hiện và xử lý sự cố nhanh chóng và hiệu quả
) Bao gồm 3 thành phần:
) khai thác & bảo dưỡng mạng (OMC: Operations & Maintenance
center); gắn liền với NSS và BSS
) quản lý mạng và tính cước (NMC: Network Management Center)
) điều hành (ADC: Administration Center)
Trang 10Bài giảng Mạng TT di động Slice 19
4 Giao diện vô tuyến - Radio interface
Định nghĩa phương thức MS thông tin với BTS
Nội dung:
) Sơ đồ điều chế và Tần số sử dụng trong các hệ thống GSM ) Điều chế GMSK
) Tần số sử dụng và vị trí sóng mang
) Công suất phát của MS và BTS
) Suy hao đường truyền và cách tính
) Các kênh vật lý và logic trong hệ thống
) Quá trình coding, interleaving, & cyphering
Sơ đồ điều chế
Trang 11Bài giảng Mạng TT di động Slice 21
Điều chế GMSK
GMSK: Gaussian Minimum Shift Keying
GMSK là 1 dạng continuous-phase frequency shift keying
MSK giống như O-QPSK, Q-channel bị làm trễ ½ symbol => Pha thay đổi trong giới hạn ±π/2
Tần số thay đổi trong khoảng giữa 2 tần số f1 và f2:
Với R b là tốc độ điều chế, #271Kb/s
Bộ lọc Gaussian dùng lọc tín hiệu điều chế để pha của GMSK thay đổi chậm hơn
Dạng của MSK
Trang 12Bài giảng Mạng TT di động Slice 23
h(t) và H(f) của Gaussian Filter
Chú ý:
) h(t) đã được chuẩn hoá cho T, và H(f) đã được chuẩn hoá cho 1/T ) T là chu kỳ bit, BTb thường được chọn từ 0.3 đến 0.5
Nguồn: Raymond Steele, Chin Chun Lee and Peter Gould - GSM CdmaOne & 3G systems - Chapter 2
Pulse response của Gaussian Filter
Hình vẽ là đáp ứng của xung vuông có độ rộng T
Độ rộng xung ngõ ra trãi rộng 3T
Trang 13Bài giảng Mạng TT di động Slice 25
Một vài thông số của GMSK
Trong đó, 99.99%Bandwidth được chuẩn hoá theo R b
β: degradation factor - hệ số suy biến của mạch lọc
Premodulation
Tỉ lệ lỗi bit BER được tính:
Nguồn: Vijay K.Garg - Wireless communications and Networking - Chapter 9 - page 270
Bài tập
Trang 14Bài giảng Mạng TT di động Slice 27
Trang 15Bài giảng Mạng TT di động Slice 29
Bảng chia tần số trong GSM
Fl(n): tần số sóng mang (lower frequency uplink)
Fu(n): tần số sóng mang (upper frequency downlink)
Nguồn: Raymond Steele, Chin Chun Lee and Peter Gould - GSM CdmaOne & 3G systems - Chapter 2
Các mức công suất của MS
5 mức đối với GSM900; 2 mức đối với DCS1800
Mỗi MS có thể giảm công suất mỗi step là 2dB xuống đến mức minimum là 5dBm (3.2mW) đối với GSM900 và 0dBm (1mW) đối với DCS1800
Handheld units Vehicular units
Trang 16Bài giảng Mạng TT di động Slice 31
Các mức công suất của BTS
Nguồn: Raymond Steele, Chin Chun Lee and Peter Gould - GSM CdmaOne & 3G systems - Chapter 2
Phase 1
Phase 2
Adjusted
6 → 15 steps (2dB/step)
Suy hao đường truyền và cách tính
Trang 17Bài giảng Mạng TT di động Slice 33
Suy hao không gian tự do
Công suất thu:
Nguồn: Vijay K.Garg - Wireless communications & Networking - Ch 3 - page 48
Suy hao không gian tự do
Trang 18Bài giảng Mạng TT di động Slice 35
Suy hao không gian tự do
Nguồn: Vijay K.Garg - Wireless communications & Networking - Ch 3 - page 49
Ví dụ về suy hao không gian tự do
Trang 19Bài giảng Mạng TT di động Slice 37
Suy hao qua bề mặt phản xạ
Mô hình 2 đường
Nguồn: Bài giảng Thông tin di động - ĐHBK Hà Nội
Ví dụ Mô hình 2 đường
Trang 20Bài giảng Mạng TT di động Slice 39
Một số Mô hình suy hao đường truyền
) Okumura/ Hata Model (Europe/ North America)
) Cost 231 Model (Recommended by ETSI - European
Telecommunications Standards Institute - for use in
Personal Communication Network/ Personal Communication System - PCN/PCS)
) IMT - 2000 Model (for indoor office environment,
outdoor to indoor pedestrian environment, and vehicular environment)
Okumura/ Hata Model
Đô thị
Trang 21Bài giảng Mạng TT di động Slice 41
Okumura/ Hata Model
Nguồn: Vijay K.Garg - Wireless communications & Networking - Ch 3 - page 67
Ngoại ô
Nông thôn
Ví dụ: Okumura/ Hata Model
Trang 22Bài giảng Mạng TT di động Slice 43
Cost 231 Model
Nguồn: Vijay K.Garg - Wireless communications & Networking - Ch 3 - page 68
Cost 231 Model
Trang 23Bài giảng Mạng TT di động Slice 45
Cost 231 Model
Nguồn: Vijay K.Garg - Wireless communications & Networking - Ch 3 - page 69
Cost 231 Model
Trang 24Bài giảng Mạng TT di động Slice 47
Cost 231 Model
Nguồn: PMViệt - VTMTú - Thiết kế hệ thống WLL CDMA
Ví dụ: Cost 231 Model
Trang 25Bài giảng Mạng TT di động Slice 49
Cost 231 - Hata Model
Nguồn: Bài giảng Thông tin di động - ĐHBK Hà Nội
Suy hao do nhiễu xạ - diffraction
Trang 26Bài giảng Mạng TT di động Slice 51
Suy hao do nhiễu xạ - diffraction
Nguồn: Bài giảng Thông tin di động - ĐHBK Hà Nội
Suy hao do nhiễu xạ - diffraction
Trang 27Bài giảng Mạng TT di động Slice 53
Các kênh vật lý & logic trong hệ thống
) Physical channel ) Logical channel
) Traffic channel ) Control channel
Stand-alone dedicated control Ch
Trang 28Bài giảng Mạng TT di động Slice 55
Biểu thức điều chế MSK