Giải pháp nâng cao chất lượng hệ thống thông tin di động GSM luận văn tốt nghiệp đại học

Ở nước ta hiện nay các nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng hệ thốngthông tin di động toàn cầu GSM là Mobiphone, Vinaphone, Viettel Với những kiến thức tích lũy được sau những năm học tậ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

5 Họ tên giảng viên hướng dẫn: ……… ………

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ……… ………

7 Ngày hoàn thành đồ án: ……… ………

Ngày tháng năm

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm

Cán bộ phản biện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

-BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Số hiệu sinh viên: .

Ngành: Khoá: .

Giảng viên hướng dẫn:

Cán bộ phản biện :

1 Nội dung thiết kế tốt nghiệp:

2 Nhận xét của cán bộ phản biện:

Ngày tháng năm

Cán bộ phản biện

( Ký, ghi rõ họ và tên )

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành Điện tử Viễn Thông hiện nay đang phát triển một cách nhanhchóng không chỉ ở nước ta mà còn trên toàn thế giới Đặc biệt là trong thôngtin di động, số lượng thuê bao tăng lên một cách chóng mặt trong vài năm trởlại đây, chất lượng phục vụ ngày càng được nâng cao, loại hình dịch vụ cũngngày càng đa dạng hơn Dịch vụ thông tin di động ngày nay không chỉ hạnchế cho các khách hàng giàu có nữa mà nó đang dần trở thành dịch vụ phổcập cho mọi đối tượng viễn thông Mạng thông tin di động GSM mặc dùkhông phải đang áp dụng những công nghệ mới tiên tiến nhất nhưng do nhucầu của người sử dụng nên nó lại đang rất phổ biến và được sử dụng rất rộngrải không chỉ ở nước ta mà trên toàn thế giới với tỉ lệ thuê bao áp đảo Chính

vì vậy, việc nâng cao chất lượng hệ thống thông tin di động GSM là việc làmrất cần thiết và mang một ý nghĩa thực tế rất cao

Ở nước ta hiện nay các nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng hệ thốngthông tin di động toàn cầu GSM là Mobiphone, Vinaphone, Viettel

Với những kiến thức tích lũy được sau những năm học tập chuyênnghành Điện Tử - Viễn Thông tại trường Đại Học Vinh em đã tìm hiểu,

nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài là “Giải pháp nâng cao chất lượng hệ thống thông tin di động GSM” Đồ án gồm có 3 chương:

Chương I Tổng quan về hệ thống thông tin di động

Chương II Hệ thống thông tin di động GSM

Chương III Một số giải pháp nâng cao chất lượng hệ thống thông tin diđộng GSM

Qua đồ án tốt nghiệp này em xin được gửi lời cảm ơn chân thành

tới Th.S Lê Đình Công đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo nhiệt tình giúp em

hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Sinh viên:

Nguyễn Hữu Thao

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Chương I: Trình bày những nét cơ bản nhất của hệ thống thông tin di

động nói chung Qua đây, chúng ta có thể nắm được sự hình thành và pháttriển của hệ thống thông tin di dộng cũng như các đặc tính cơ bản của nó

Chương II: Đi sâu vào nghiên cứu, tìm hiểu mạng thông tin di động

GSM Phần này làm rõ cấu trúc, chức năng cũng như nguyên lý làm việc của

hệ thống và một số tính chất, đặc điểm của mạng di động GSM

Chương III: Trình bày một số giải pháp nhằm nâng cao chất lượng của

hệ thống

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 4

5

7

DANH SÁCH HÌNH VẼ 7

DANH SÁCH BẢNG BIỂU 9

.10

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT 10

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 15

1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA THÔNG TIN DI ĐỘNG 15

1.2 CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 18

1.3 MỘT SỐ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 18

1.3.1 THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ I 18

1.3.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ II 19

1.3.3 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ III 20

1.4 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ GSM LÊN 3G 21

.25

.25

CHƯƠNG II MẠNG DI ĐỘNG GSM 25

2.1 MÔ HÌNH HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 25

2.2 CẤ THÀNH PHẦN CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG 26

2.2.1 TRẠM DI ĐỘNG (MS - MOBILE STATION) 26

2.2.2 PHÂN HỆ TRẠM GỐC (BSS – BASE STATION SUBSYSTEM) 27

2.2.3 PHÂN HỆ CHUYỂN MẠCH (SS – SWITCHING SUBSYSTEM) 29

2.2.4 PHÂN HỆ KHAI THÁC VÀ BẢO DƯỠNG (OSS) 32

2.3 CẤU TRÚC ĐỊA LÝ MẠNG DI ĐỘNG GSM 34

2.3.1 VÙNG PHỤC VỤ GSM 34

2.3.2 VÙNG PHỤC VỤ PLMN (PUBLIC LAND MOBILE NETWORK) 34

2.3.3 Vùng phục vụ MSC/VLR 35

2.3.4 Vùng định vị (LA - Location Area) 35

2.3.5 Cell (Tế bào hay ô) 36

2.4 PHƯƠNG PHÁP TRUY NHẬP TRONG MẠNG 37

2.5 BĂNG TẦN SỬ DỤNG TRONG MẠNG GSM 38

2.6 CÁC CHỈ TIÊU KĨ THUẬT CỦA MẠNG GSM 38

2.7 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN 39

2.7.1 KÊNH VẬT LÝ 39

2.7.2 KÊNH LOGIC 40

2.8 CÁC MÃ NHẬN DẠNG SỬ DỤNG TRONG MẠNG GSM 42

2.9 CÁC DỊCH VỤ TRONG GSM 46

CHƯƠNG III GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG 48

HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 48

3.1 LÝ THUYẾT DUNG LƯỢNG VÀ CẤP ĐỘ DỊCH 48

3.1.1 LƯU LƯỢNG VÀ KÊNH VÔ TUYẾN ĐƯỜNG TRỤC 48

3.1.2 CẤP ĐỘ DỊCH VỤ - GOS (GRADE OF SERVICE) 49

3.1.3 HIỆU SUẤT SỬ DỤNG TRUNG KẾ (ĐƯỜNG TRỤC) 50

3.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI CHẤT LƯỢNG PHỦ SÓNG 51

3.2.1 TỔN HAO ĐƯỜNG TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN 51

3.2.2 PHADINH 52

3.2.3 ẢNH HƯỞNG NHIỄU C/I VÀ C/A 53

3.2.4 PHÂN TÁN THỜI GIAN 57

3.2.4.1 CÁC TRƯỜNG HỢP PHÂN TÁN THỜI GIAN 58

3.2.4.2 MỘT SỐ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC 59

3.3 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TẾ BÀO 61

3.4 QUY HOẠCH CELL 63

3.4 1 KHÁI NIỆM TẾ BÀO (CELL) 63

3.4.2 KÍCH THƯỚC CELL VÀ PHƯƠNG THỨC PHỦ SÓNG 64

3.4.2.1 KÍCH THƯỚC CELL 64

3.4.2.2 PHƯƠNG THỨC PHỦ SÓNG 65

3.4.3 CHIA CELL (CELLS SPLITTING) 66

3.5 QUY HOẠCH TẦN SỐ 72

3.5.1 TÁI SỬ DỤNG LẠI TẦN SỐ 73

3.5.2 CÁC MẪU TÁI SỬ DỤNG TẦN SỐ 76

3.5.2.1 MẪU TÁI SỬ DỤNG TẦN SỐ 3/9 76

3.5.2.2 MẪU TÁI SỬ DỤNG TẦN SỐ 4/12 78

3.5.2.3 MẪU TÁI SỬ DỤNG TẦN SỐ 7/21 79

3.5.3 THAY ĐỔI QUY HOẠCH TẦN SỐ THEO PHÂN BỐ LƯU LƯỢNG 81

3.5.3.1 THAY ĐỔI QUY HOẠCH TẦN SỐ 81

3.5.3.2 QUY HOẠCH PHỦ SÓNG KHÔNG LIÊN TỤC 83

3.5.4 THIẾT KẾ TẦN SỐ THEO PHƯƠNG PHÁP MRP (MULTIPLE REUSE PATTERNS) 84

3.5.4.1 NHẢY TẦN – FREQUENCY HOPPING 84

3.5.4.2 PHƯƠNG PHÁP ĐA MẪU SỬ DỤNG LẠI MRP – MULTIPLE REUSE PATTERNS 87

* PHÂN CHIA BĂNG TẦN 87

* ẤN ĐỊNH TẦN SỐ 89

* THIẾT KẾ TẦN SỐ 90

3.6 ANTENNA 92

3.6.1 KIỂU LOẠI ANTEN 92

3.6.3 CÔNG SUẤT BỨC XẠ ĐẲNG HƯỚNG TƯƠNG ĐƯƠNG – EIRP 94

3.6.4 ĐỘ CAO VÀ GÓC NGHIÊNG (DOWN TILT) CỦA ANTEN 95

KẾT LUẬN 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO 97

PHỤ LỤC 98

DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Lộ trình phát triển từ 2G-3G 22

Hình 2.1 Mô hình hệ thống GSM 26

Hìn 2.2 Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC 30

Hình 2.3 Phân cấp cấu trúc địa lý mạng GSM 34

Hình 2.4 Các vùng phục vụ MSC/VLR 35

Hình 2.5 Phân chia vùng MSC/VLR thành các vùng định vị LA 36

Hình 2.6 Phân chia vùng định vị thành các ô 37

Hình 2.7 Phân loại kênh logic 41

Hình 3.1 Lưu lượng: Muốn truyền, được truyền, nghẽn 49

Hình 3.2 Xác suất nghẽn GoS 50

Hình 3.3 Tỷ số nhiễu đồng kênh C/I 54

Hình 3.4a Hiệu quãng đường lớn 58

Hình 3.4b Hiệu quãng đường khá lớn 59

Hình 3.4c Hiệu quãng đường nhỏ 59

Hình 3.5 Đặt BTS gần chướng ngại vật để tránh phân tán thời gian 60

Hình 3.6 Phạm vi vùng Elip 61

Hình 3.7 Cấu trúc hệ thống thông tin di động trước đây 62

Hình 3.8 Hệ thống thông tin di động sử dụng cấu trúc tế bào 63

Hình 3.9 Khái niệm Cell 63

Hình 3.10 Khái niệm về biên giới của một Cell 64

Hình 3.11 Omni (3600) Cell site 65

Hình 3.12 Sector hóa 1200 66

Hình 3.13 Phân chia Cell 67

Hình 3.14 Các Omni (3600) Cells ban đầu 67

Hình 3.15 Giai đoạn 1: Sector hóa 68

Hình 3.16 Tách chia 1:3 thêm lần nữa 69

Hình 3.17 Tách chia 1:4 (sau lần đầu chia 3) 70

Hình 3.18 Mảng mẫu gồm 7 cells 73

Hình 3.19 Khoảng cách tái sử dụng tần số 74

Hình 3.20 Sơ đồ tính C/I 75

Hình 3.21 Mẫu tái sử dụng lại tần số 3/9 77

Hình 3.22 Mẫu tái sử dụng lại tần số 4/12 79

Hình 3.23 Mẫu tái sử dụng tần số 7/21 80

Hình 3.24 Thay đổi quy hoạch tần số 82

Hình 3.25 Phủ sóng không liên tục 84

Hình 3.26 Hiệu quả của kỹ thuật nhảy tần trên phân tập nhiễu của một mạng lưới 85

Hình 3.27 Ví dụ về thiết kế tần số với phương pháp MRP 90

Hình 3.28 Anten vô hướng (Omni antenna) 93

Hình 3.29 Đã được Sector hóa 93

Hình 3.30 Anten vô hướng có góc nghiêng bằng 0 độ 95

DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Hiệu suất sử dụng trung kế 51

Bảng 3.2 Bảng thống kê về mật độ lưu lượng qua các bước tách cell 71

Bảng 3.3 Bảng quan hệ N & C/I 75

Bảng 3.4 Các tần số ở mẫu 3/9 76

Bảng 3.5 Các tần số ở mẫu 4/12 78

Bảng 3.6 Các tần số ở mẫu 7/21 80

Bảng 3.7 Thay đổi quy hoạch tần số 82

Bảng 3.8 Cấu hình MRP 12/8/6/4 91

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

A

ACCH Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết

ARFCH Absolute Radio Frequency Kênh tần số tuyệt đối Channel

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

BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bít

BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc

BSIC Base Station Identity Code Mã nhận dạng trạm gốc

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

C

C/A Carrier to Adjacent Tỉ số sóng mang/nhiễu kênh lân cậnCCBR SDCCH Blocking Rate Tỉ lệ nghẽn mạch trên SDCCH

CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung

CCDR SDCCH Drop Rate Tỉ lệ rớt mạch trên SDCCH

CCITT International Telegraph and Uỷ ban tư vấn quốc tế về điện

Telephone Consultative Committee thoại và điện báo CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

CEPT Conference of European Postal Hội nghị các cơ quan quản lýand Telecomunication Administrations viễn thông và bưu chính châu Âu

CI Cell Identity Nhận dạng ô ( xác định vùng LA )C/I Carrier to Interference Tỉ số sóng mang/nhiễu đồng kênhC/R Carrier to Reflection Tỉ số sóng mang/sóng phản xạCSPDN Circuit Switch Public Mạng số liệu công cộng chuyển Data Network mạch gói

CSSR Call Successful Rate Tỉ lệ cuộc gọi thành công

EIR Equipment Identification Bộ ghi nhận dạng thiết bị

Register

ETSI European Telecommunications Viện tiêu chuẩn viễn thông

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chungGSM Global System for Mobile Thông tin di động toàn cầu

Communication

H

HLR Home Location Register Bộ đăng ký định vị thường trú

HSCSD High Speed Circuit Số liệu chuyển mạch kênh

Switched Data tốc độ cao

I

IMEI International Mobile Equipment Identity

Số nhận dạng điện thoại di độngIMSI International Mobile Số nhận dạng thuê bao di động

Subscriber Identity quốc tế

ISDN Integrated Service Digital Mạng số đa dịch vụ

Network

JPD Japanese Digital Cellular Syster Hệ thống tổ ong số Nhật Bản

L

LA Location Area Vùng định vị

LAI Location Area Identifier Số nhận dạng vùng định vịLAPD Link Access Procedures Các thủ tục truy cập đường

LAPDm Link Access Procedures Các thủ tục truy cập đường

on Dm channel truyền trên kênh Dm

M

MCC Mobile Country Code Mã quốc gia của mạng di động

ME Mobile Equipment Thiết bị trạm di động

MMS Multimedia Message Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện MNC Mobile Network Code Mã mạng thông tin di động

MSISDN Mobile station ISDN Number Số ISDN của trạm di động

MSRN MS Roaming Number Số vãng lai của thuê bao di động

N

NMC Network Management Center Trung tâm quản lý mạng

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộngPSPDN Packet Switch Public Mạng số liệu công cộng

Data Network chuyển mạch gói

PSTN Public Switched Telephone Mạng chuyển mạch điện thoại Network công cộng

R

RACH Random Access Channel Kênh truy cập ngẫu nhiên

SIM Subscriber Identity Modul Mô đun nhận dạng thuê bao

T

TACH Traffic and Associated Channel Kênh lưu lượng và liên kết

TCBR TCH Blocking Rate Tỉ lệ nghẽn mạch TCH

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo TIA Telecommunications Liên hiệp công nghiệp

Industry Association viễn thông

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

W-CDMA Wideband Code Division Đa truy cập phân mã

Multiple Access băng rộng

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG

1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động

Điện thoại di động ra đời từ những năm 1920, khi đó điện thoại di độngchỉ là phương tiện thông tin giữa các đơn vị cảnh sát Mỹ

Dịch vụ điện thoại di động mãi tới những năm 1960 mới xuất hiện ở cácdạng sử dụng được Các hệ thống ĐTDĐ đầu tiên này ít tiện lợi và dunglượng rất thấp so với các hệ thống hiện nay

Đầu những năm 1980 các hệ thống điện thoại tổ ong điều tần song công

sử dụng kĩ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) đã xuất hiện.Đây được gọi là thế hệ 1G

Cuối những năm 1980 người ta nhận thấy các hệ thống tổ ong tương tựkhông thể đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao nếu không loại bỏ đượcnhững hạn chế:

1 Phân bổ tần số hạn chế, dung lượng thấp

2 Tiếng ồn khó chịu và nhiễu xảy ra khi máy di động chuyển dịchtrong môi trường pha đinh đa tia.

3 Không đáp ứng được các dịch vụ mới, hấp dẫn đối với kháchhàng

4 Không cho phép giảm đáng kể giá thành

5 Không đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi

6 Không tương thich với các hệ thống khác Đặc biệt là ở châu Âu,dẫn đến việc thuê bao không thể sử dụng được máy di động của mình ở nướckhác

Giải pháp duy nhất để loại bỏ những hạn chế này là phải chuyển sang sửdụng kĩ thuật thông tin số cho TTDĐ cùng với các kĩ thuật đa truy nhập mới

Hệ thống thông tin di động số sử dụng kĩ thuật đa truy nhập phân chia theothời gian (TDMA) đầu tiên trên thế giới được ra đời ở châu Âu và có tên gọi

là GSM Đánh dấu sự ra đời của thế hệ 2G

GSM được phát triển từ năm 1982 khi các nước Bắc Âu gửi đề nghị đến

CEPT (Conference of European Postal and Telecomunication Administrations

- Hội nghị các cơ quan quản lý viễn thông và bưu chính châu Âu) để quy định

một dịch vụ viễn thông châu Âu ở băng tần 900MHz Từ năm 1982 – 1985người ta bàn luận về việc nên xây dựng một hệ thống số hay tương tự Năm

1985 hệ thống số được quyết định Bước tiếp theo đó là sử dụng băng tầnrộng hay hẹp Tháng 5 – 1986 giải pháp TDMA băng hẹp đã được lựa chọn

Đồng thời 13 nước đã kí vào bản ghi nhớ (MoU: Memorandum of

Understanding) thực hiện các quy định mở ra một thị trường rộng lớn Tất cả

các hãng kí MoU hứa sẽ có một hệ thống GSM vận hành vào 01 – 07 – 1991

Ở Việt Nam hệ thống GSM được đưa vào năm 1993

Ở Mỹ hệ thống AMPS tương tự sử dụng phương thức TDMA được triểnkhai vào những năm 1980 và các vấn đề về dung lượng cũng đã phát sinh

Mỹ cũng đã có chiến lược nâng cấp hệ thống này thành hệ thống số:Chuyển tới hệ thống TDMA được Liên hiệp công nghiệp viễn thông – TIA

(Telecommunications Industry Association) viết tắt là IS – 54 Cuối những

năm 1980 kết quả cho thấy IS – 54 đã gây thất vọng Chất lượng của AMPStốt hơn Tình trạng trên đã thúc đẩy các nhà nghiên cứu ở Mỹ tìm ra một hệ

thống thông tin di động mới Được thành lập từ năm 1985 Qualcom (Qualcom

Communications) đã phát triển công nghệ CDMA cho thông tin di động và

nhận được nhiều kết quả bằng phát minh trong lĩnh vực này Qualcom đã đưa

ra phiên bản CDMA đầu tiên được gọi là IS – 95A

Ở Nhật Bản vào năm 1993, NTT đưa ra tiêu chuẩn thông tin di động số

đầu tiên của nước này: JPD (Japanese Digital Cellular Syster – Hệ thống tổ

và 2110 – 2200MHz

IMT – 2000 hỗ trợ đường truyền cao hơn Tốc độ tối thiểu là 2Mbps chongười dùng văn phòng hoặc đi bộ, 384 Kbps khi di chuyển trên xe Trong khi

đó, hệ thống viễn thông 2G chỉ có tốc độ từ 9,6Kbps tới 28,8Kbps

Thế hệ 3G gồm có các kỹ thuật: W – CDMA (Wide band CDMA) kiểu FDD và TD – CDMA (Time Division CDMA) kiểu TDD Mục tiêu của IMT –

2000 là giúp cho các thuê bao liên lạc với nhau và sử dụng các dịch vụ đatruyền thông trên phạm vi thế giới, với lưu lượng bit đi từ 144Kbit/s trongvùng rộng và lên đến 2Mbps trong vùng địa phương Dịch vụ bắt đầu vàonăm 2001 – 2002

Ở nước ta, hai nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động lớn là Mobifone(VMS) ra đời năm 1993 – liên doanh giữa công ty Bưu chính Viễn thông VN(VNPT) và tập đoàn COMVIK (Thụy Điển) và Vinafone của trung tâm dịch

vụ Viễn thông (GPC) thuộc VNPT ra đời năm 1996 Đến năm 2002 Sfone củatập đoàn TELECOM của Hàn Quốc và tháng 6/2004 Viettell của công TyViễn Thông Quân Đội cùng bước vào cuộc Cuộc chạy đua của các nhà khaithác làm cho giá cước giảm xuống và các dịch vụ ngày càng đa dạng

1.2 Các đặc tính cơ bản của hệ thống thông tin di động

Ngoài nhiệm vụ phải cung cấp các dịch vụ như: mạng điện thoại cố địnhthông thường, các mạng di động phải cung cấp các dịch vụ đặc thù để đảmbảo thông tin mọi nơi mọi lúc Để đảm bảo các chức năng nêu trên các mạngthông tin di động phải đảm bảo một số đặc tính cơ bản sau:

1 Sử dụng hiệu quả băng tần được cấp phát để đạt được dunglượng cao do sự hạn chế của dãi tần vô tuyến sử dụng cho thông tin di động

2 Đảm bảo chất lượng truyền dẫn yêu cầu nghĩa là phải có khảnăng hạn chế tối đa ảnh hưởng của nhiễu và phadinh

3 Đảm bảo an toàn thông tin tốt nhất

4 Giảm tối đa rớt cuộc gọi khi thuê bao chuyển từ vùng phủ nàysang vùng phủ khác

5 Cho phép triển khai các dịch vụ mới nhất là các dịch vụ phithoại

6 Để mang tính toàn cầu phải cho phép chuyển mạng Quốc tế

7 Các thiết bị cầm tay phải gọn nhẹ, tiêu tốn ít năng lượng

1.3 Một số hệ thống thông tin di động

1.3.1 Thông tin di động thế hệ I

Các hệ thống thông tin di động tổ ong thế hệ I bao gồm:

- AMPS: Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến

- NAMPS: AMPS băng hẹp

- TASC: Hệ thống truy nhập toàn bộ

Hệ thống thông tin di động thế hệ này ít tiện lợi, dung lượng thấp Các

hệ thống thông tin di động thế hệ I sử dụng kĩ thuật đa truy nhập phân chiatheo tần số đa xuất hiện vào những năm 1980 Nhưng do nhu cầu của người

sử dụng tăng thì hệ thống này không đáp ứng được nhu cầu của người sửdụng với lý do:

• Do phân bổ tần số hạn chế, dung lượng mạng thấp

• Hiện tượng tiếng ồn gây khó chịu và nhiễu xảy ra khi máy diđộng trong môi trường pha đinh đa tia

• Không đáp ứng các dịch vụ mới hấp dẫn khách hàng

• Chi phí cho các dịch vụ cao và thiết bị lắp đặt tốn kém

• Không đảm bảo tính an toàn thông tin

- GSM Hệ thống thông tin di động toàn cầu

- PCM Mạng thông tin cá nhân

- CT – 2 Điện thoại không dây

- PDC Hệ thống tổ ong cá nhân.

- Thông tin di động thế hệ thứ II sử dụng hai công nghệ đa truynhập phân chia theo thời gian và phân chia theo mã (TDMA và CDMA)

* Một số ưu điểm của thế hệ thứ II:

1 Các dịch vụ mạng mới và cải thiện các dịch vụ của người sửdụng số hiệu chuyển mạch kênh tốc độ cao, dịch vụ vô tuyến gói đa năng(GPKS ) và số liệu 14,4 Kb/s

2 Các công việc liên quan đến dịch vụ điện thoại như Codec tiếngtoàn tốc cải tiến (EFC), Codec đa tốc độ thích ứng và khai thác tự do đầu cuốicác Codec tiếng

3 Các dịch vụ bổ sung như: Chuyển hướng cuộc gọi, hiển thị tênchủ gọi, chuyển giao cuộc gọi

4 Cải thiện liên quan đến dịch vụ bản tin ngắn (SMS): Móc nối cácSMS, mở rộng bảng chữ cái, mở rộng tương tác giữa các SMS

5 Các công việc liên quan đến việc tính cước: Các dịch vụ trả tiềntrước, tính cước nóng và hỗ trợ cho ưu tiên vùng gia đình

6 Tăng cường công nghệ SIM

7 Dịch vụ mạng thông minh như: CAMEL

8 Cải thiện chung như: Chuyển mạch CTSM – AMPS, các dịch vụđịnh vị, tương tác với các hệ thống thông tin di động vệ tinh và hỗ trợ địnhtuyến tối ưu

Thông tin di động thế hệ thứ II xây dựng theo chuẩn GSM, IS95 Cácyêu cầu về dịch vụ mới của hệ thống thông tin di động nhất là các dịch vụtruyền số liệu đòi hỏi các nhà khai thác phải đưa ra các hệ thống thông tin diđộng mới Trong bối cảnh đó ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hóa hệ thốngthông tin di động thế hệ II với tên gọi IMT – 2000

1.3.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ III

Hệ thống thông tin di động thế hệ III là hệ thống thông tin các dịch vụ diđộng truyền thông cá nhân đa phương tiện Hộp thư điện thoại sẽ được thay

thế bằng bưu thiếp điện tử được lồng ghép với hình ảnh và các cuộc thoạithông thường trước đây sẽ được bổ sung hình ảnh để trở thành thoại có hình.

• Ưu điểm của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ III:

1 Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như truycập Internet nhanh hoặc các dịch vụ đa phương tiện

2 Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số về cá nhântoàn cầu và điện thoại vệ tinh Các tính năng này sẽ cho phép sử dụng đáng kểcác dịch vụ của hệ thống thông tin di động

3 Dễ dàng thích ứng với các hệ thống thông tin di động hiện có đểđảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động Để phân biệt giữa thế hệIII với thế hệ khác thì thế hệ III được gọi là hệ thống băng rộng

1.4 Lộ trình phát triển từ GSM lên 3G

Hệ thống thông tin di động GSM cung cấp các dịch vụ thoại và số liệutrên cơ sở chuyển mạch kênh băng thông hẹp Do đó tốc độ truyền thấp, 13kbit/s với truyền thoại và 9,6 kbit/s với truyền số liệu Tốc độ này không đápứng được nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng về các dịch vụ mới nhưtruyền số liệu tốc độ cao, điện thoại có hình, truy cập Internet tốc độ cao từmáy di động và các dịch vụ truyền thông đa phương tiện khác Vì những lí dotrên, các nhà khai thác GSM đang từng bước nâng cấp mạng GSM lên một hệthống thông tin di động thế hệ thứ 3 Con đường tiến tới 3G duy nhất củaGSM là CDMA băng thông rộng Trên thị trường châu Âu, W – CDMA được

gọi là hệ thống viễn thông di động toàn cầu UMTS (Universal Mobile

Telecommunication System) Trong cấu trúc dịch vụ 3G cần có băng thông rất

lớn và như thế cần nhiều phổ tần hơn Tuy nhiên việc loại bỏ hẳn công nghệđang dùng để tiếp cận ngay mạng 3G là rất tốn kém về mặt kinh tế Vì vậy họphải chọn giải pháp nâng cấp mạng GSM qua bước trung gian 2,5G để tạmthời đáp ứng nhu cầu của người sử dụng cũng như chuẩn bị cơ sở hạ tầng kỹthuật sau đó mới tiến lên 3G Nói chung 2,5G bao gồm một hoặc tất cả cáccông nghệ sau:

- Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD)

- Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS)

- Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GMS (EDGE)

Lộ trình nâng cấp GSM lên W – CDMA như sau:

Hình 1.1 Lộ trình phát triển từ 2G-3G

HSCSD (High Speed Circuit Switched Data): Số liệu chuyển mạch kênh

tốc độ cao

GPRS (General Packet Radio Service): Dịch vụ vô tuyến gói chung

EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution): Tốc độ số liệu tăng

cường để phát triển GSM

W – CDMA (Wideband Code Division Multiple Access): Đa truy cập

phân mã băng rộng

* Công nghệ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD

GSM chỉ hỗ trợ các dịch vụ số liệu với tốc độ cực đại mà một khe thờigian có thể cung cấp là 9,6 kbit/s Để hỗ trợ tốc độ số liệu cao hơn cho GSM,

MS phải sử dụng nhiều khe thời gian Công nghệ HSCSD sử dụng nguyên tắcnày

Công nghệ HSCSD cho phép nâng cao khả năng truyền số liệu trênmạng GSM bằng cách cấp phát nhiều khe thời gian hơn cho người sử dụng.HSCSD phối hợp 4 kênh thoại GSM 14,4 kbit/s thành một kênh 57,6 kbit/s.Đối với dịch vụ số liệu thì tốc độ tối đa là 64 kbit/s đạt được với 4 khe thờigian Dữ liệu truyền trong dịch vụ HSCSD được hình thành dưới dạng cácluồng song song để đưa vào các khe thời gian khác nhau và chúng sẽ được kếthợp lại tại đầu cuối Tất cả các khe thời gian sử dụng trong một kết nối

W-CDMA

HSCSD phải thuộc về cùng một sóng mang Việc cấp phát các khe thời gianphụ thuộc vào thủ tục cấp phát khe thời gian.

Công nghệ HSCSD được triển khai dựa trên cơ sở hạ tầng sẵn có củamạng GSM, chỉ cần nâng cấp phần mềm hiện có mà không cần lắp đặt thêmcác phần tử mạng mới Nó cho phép cấp phát tài nguyên không đối xứng ởgiao diện vô tuyến Tuy nhiên do vẫn sử dụng chuyển mạch kênh nên hiệusuất sử dụng tài nguyên vô tuyến của HSCSD không cao

* Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS

GPRS (General Packet Radio Service) là công nghệ chuyển mạch gói

được các nhà khai thác GSM lựa chọn như là một bước chuẩn bị cơ sở hạ tầng

kỹ thuật để tiến lên 3G Nó sẽ giúp các nhà khai thác có thể triển khai nhiềuứng dụng đối với mạng điện thoại di động GPRS hỗ trợ dịch vụ số liệu tốc độcao cho GSM với tốc độ tối đa đường truyền có thể đạt 171,2 kbit/s Nhờ đó

có thể truy cập Internet từ MS có tính năng WAP (Wireless Application

Protocol) để gửi tin nhắn hình ảnh và âm thanh Và có thể truy cập mạng

Internet để gửi email, nhận fax, truy cập các cơ sở dữ liệu GPRS cho phép

cung cấp dịch vụ nhắn tin đa phương tiện (MMS – Multimedia Message

Service) và dịch vụ truyền ảnh động VTS (Video Streaming) Đặc biệt với tính

năng luôn luôn kết nối, mạng GPRS cho phép người sử dụng vừa có thể kếtnối mạng Internet vừa có thể đàm thoại đồng thời Một MS trong mạng GPRS

có thể truy nhập đến nhiều khe thời gian Với GPRS, người sử dụng có thểdùng chung một tài nguyên vô tuyến Vì thế hiệu suất sử dụng tài nguyên vôtuyến rất cao, cước phí truy cập mạng cũng chỉ tính theo lưu lượng dữ liệuđược truyền tải

Giao diện vô tuyến của GPRS được xây dựng trên cùng nền tảng nhưgiao diện vô tuyến của GSM, cùng sóng mang vô tuyến độ rộng 200KHz và 8khe thời gian Như vậy cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói đều

có thể sử dụng cùng sóng mang Tuy nhiên mạng đường trục của GPRS đượcthiết kế sao cho nó không phụ thuộc vào giao diện vô tuyến Mạng GPRS là

một mạng số liệu gói được xây dựng trên cơ sở cấu trúc mạng GSM, vì vậyviệc đưa chuyển mạch gói vào đòi hỏi phải bổ sung thêm thiết bị cho mạng.

* Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM (EDGE)

EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) là một công nghệ di

động được nâng cấp từ GPRS cho phép truyền dữ liệu với tốc độ có thể lênđến 384 kbit/s cho người dùng cố định hoặc di chuyển chậm và 144 kbit/s chongười dùng di chuyển tốc độ cao Trên đường tiến tới 3G, EDGE được biếtđến như một công nghệ 2,5G Mục tiêu chính của EDGE là tăng cường cáckhả năng cho qua số liệu của mạng GSM/GPRS tức là nén nhiều bit hơn trongmột giây ở sóng mang có cùng độ rộng băng tần 200 KHz và 8 khe thời gian

Để thực hiện điều này người ta chuyển từ sơ đồ điều chế khóa chuyển pha

Gauxơ cực tiểu ở GSM (GMSK) sang sơ đồ điều chế khóa chuyển pha 8 trạng thái (8-PSK) EDGE là một phương thức nâng cấp hấp dẫn đối với các mạng

GSM vì nó chỉ yêu cầu một phần mềm nâng cấp trạm gốc Nó không thay thếhay nói đúng hơn nó cùng tồn tại với phương pháp điều chế GMSK nên cácthuê bao có thể tiếp tục sử dụng máy di động cũ của mình nếu không cầnđược cung cấp các dịch vụ tốt hơn Xét trên khía cạnh kỹ thuật cũng cần giữlại GMSK vì 8PSK chỉ có hiệu quả ở vùng hẹp, với vùng rộng vẫn cầnGMSK Nếu EDGE được sử dụng cùng với GPRS thì sự kết hợp này đượcgọi là GPRS nâng cấp EGPRS

* Công nghệ W – CDMA

W – CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là phát triển của

GSM để cung cấp các khả năng cho thế hệ thứ 3 W – CDMA sử dụng côngnghệ trải phổ chuỗi trực tiếp DS – CDMA băng rộng và mạng lõi được pháttriển từ GSM và GPRS Nó có thể cung cấp các dịch vụ với tốc độ lên đến 2Mbit/s W – CDMA có thể có hai giải pháp cho giao diện vô tuyến là ghépsong công phân chia theo thời gian TDD và ghép song công phân chia theotần số FDD Cả hai giao diện này đều sử dụng DS – CDMA

FDD sử dụng hai băng tần 5 MHz với hai sóng mang phân cách nhau190MHz:

- Đường lên: 1920 – 1980 MHz

- Đường xuống: 2110 – 2170 MHz

TDD sử dụng các tần số nằm trong dải 1900 – 1920 MHz và từ 2010 –

2025 MHz với đường lên và đường xuống sử dụng chung một băng tần

W – CDMA sử dụng rất nhiều kiến trúc của mạng GSM và GPRS hiện

có Kiến trúc mạng lõi phát hành 3 GPP 1999 được xây dựng trên cơ sở kiếntrúc mạng lõi của GSM/GPRS

Hình 2.1 Mô hình hệ thống GSM

2.2 Cấ thành phần chức năng của hệ thống

Một hệ thống GSM được chia thành 4 phân hệ chính sau:

- Trạm di động MS (Mobile Station)

- Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem)

- Phân hệ chuyển mạch SS (Switching Subsystem)

- Phân hệ khai thác và hỗ trợ (Operation and Support Subsystem)

2.2.1 Trạm di động (MS - Mobile Station)

Trạm di động (MS) bao gồm thiết bị trạm di động ME (Mobile

Equipment) và một khối nhỏ gọi là mođun 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 MS SIM cung cấp khả

năng di động cá nhân, vì thế người sử dụng có thể lắp SIM vào bất cứ máyđiện thoại di động GSM nào truy nhập vào dịch vụ đã đăng ký Mỗi điện thoại

di động được phân biệt bởi một số nhận dạng điện thoại di động IMEI

(International Mobile Equipment Identity) Card SIM chứa một số nhận dạng thuê bao di động IMSI (International Mobile Subcriber Identity) để hệ thống

nhận dạng thuê bao, một mật mã để xác thực và các thông tin khác IMEI vàIMSI hoàn toàn độc lập với nhau để đảm bảo tính di động cá nhân Card SIM

có thể chống việc sử dụng trái phép bằng mật khẩu hoặc số nhận dạng cá nhân(PIN)

Trạm di động ở GSM thực hiện hai chức năng:

− Thiết bị vật lý để giao tiếp giữa thuê bao di động với mạng quađường vô tuyến

− Đăng ký thuê bao, ở chức năng thứ hai này mỗi thuê bao phải cómột thẻ gọi là SIM card Trừ một số trường hợp đặc biệt như gọi cấp cứu…thuê bao chỉ có thể truy nhập vào hệ thống khi cắm thẻ này vào máy.

2.2.2 Phân hệ trạm gốc (BSS – Base Station Subsystem)

BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động MS bằng thiết bị BTSthông qua giao diện vô tuyến Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổngđài ở phân hệ chuyển mạch SS Tóm lại, BSS thực hiện đấu nối các MS vớitổng đài và nhờ vậy đấu nối những người sử dụng các trạm di động với nhữngngười sử dụng viễn thông khác BSS cũng phải được điều khiển, do đó nóđược đấu nối với phân hệ vận hành và bảo dưỡng OSS Phân hệ trạm gốc BSSbao gồm:

- TRAU (Transcoding and Rate Adapter Unit): Bộ chuyển đổi mã

và phối hợp tốc độ

- BSC (Base Station Controler): Bộ điều khiển trạm gốc.

- BTS (Base Transceiver Station): Trạm thu phát gốc

* Khối BTS (Base Tranceiver Station)

Một BTS bao gồm các thiết bị thu /phát tín hiệu sóng vô tuyến, anten và

bộ phận mã hóa và giải mã giao tiếp với BSC BTS là thiết bị trung gian giữamạng GSM và thiết bị thuê bao MS, trao đổi thông tin với MS qua giao diện

vô tuyến Mỗi BTS tạo ra một hay một số khu vực vùng phủ sóng nhất địnhgọi là tế bào (cell)

* Khối TRAU (Transcode/Rate Adapter Unit)

Khối thích ứng và chuyển đổi mã thực hiện chuyển đổi mã thông tin từcác kênh vô tuyến (16 Kb/s) theo tiêu chuẩn GSM thành các kênh thoại chuẩn(64 Kb/s) trước khi chuyển đến tổng đài TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình

mã hoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, tại đây cũngthực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu TRAU là một bộphận của BTS, nhưng cũng có thể được đặt cách xa BTS và thậm chí còn đặttrong BSC và MSC

* Khối BSC (Base Station Controller)

BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnhđiều khiển từ xa Các lệnh này chủ yếu là lệnh ấn định, giải phóng kênh vôtuyến và chuyển giao Một phía BSC được nối với BTS, còn phía kia nối vớiMSC của phân hệ chuyển mạch SS Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện

A, còn giao diện giữa BTS và BSC là giao diện A.bis

3 Điều khiển nối thông các cuộc gọi: BSC chịu trách nhiệm thiết lập vàgiải phóng các đấu nối tới máy di động MS Trong quá trình gọi, sự đấu nốiđược 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 suấtphát 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 đểquyết định chuyển giao MS sang cell khác, nhằm đạt được chất lượng cuộcgọi tốt hơn Trong trường hợp chuyển giao sang cell của một BSC khác thì nóphải nhờ sự trợ giúp của MSC Bên cạnh đó, BSC cũng có thể điều khiểnchuyển giao giữa các kênh trong một cell hoặc từ cell này sang kênh của cellkhác trong trường hợp cell này bị nghẽn nhiều

4 Quản lý mạng truyền dẫn: BSC có chức năng quản lý cấu hình cácđường 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

2.2.3 Phân hệ chuyển mạch (SS – Switching Subsystem)

Phân hệ chuyển mạch bao gồm các khối chức năng sau:

- Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động MSC

- Thanh ghi định vị thường trú HLR

- Thanh ghi định vị tạm trú VLR

- Trung tâm nhận thực AuC

- Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR

Phân hệ chuyển mạch (SS) bao gồm các chức năng chuyển mạch chínhcủa mạng GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao vàquản lý di động của thuê bao Chức năng chính của SS là quản lý thông tingiữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác

* Trung tâm chuyển mạch di động MSC

Tổng đài di động MSC (Mobile services Switching Center) thường là một

tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC.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 MSCgiao tiếp với phân hệ BSS và mặt khác giao tiếp với mạng ngoài qua tổng đài

cổng GMSC (Gateway MSC).

Chức năng chính của tổng đài MSC:

- Xử lý cuộc gọi (Call Processing)

- Điều khiển chuyển giao (Handover Control)

- Quản lý di động (Mobility Management)

- Tương tác mạng IWF (Interworking Function): qua GMSC

Hìn 2.2 Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC

(1): Khi chủ gọi quay số thuê bao di động bị gọi, số mạng dịch vụ sốliên kết của thuê bao di động, sẽ có hai trường hợp xảy ra:

(1.a) – Nếu cuộc gọi khởi đầu từ mạng cố định PSTN thì tổng đài sau khiphân tích số thoại sẽ biết đây là cuộc gọi cho một thuê bao di động Cuộc gọi

sẽ được định tuyến đến tổng đài cổng GMSC gần nhất

(1.b) – Nếu cuộc gọi khởi đầu từ trạm di động, MSC phụ trách ô mà trạm

di động trực thuộc sẽ nhận được bản tin thiết lập cuộc gọi từ MS thông quaBTS có chứa số thoại của thuê bao di động bị gọi

(2): MSC (hay GMSC) sẽ phân tích số MSISDN (The Mobile Station

ISDN) của thuê bao bị gọi để tìm ra HLR nơi MS đăng ký.

(3): MSC (hay GMSC) sẽ hỏi HLR thông tin để có thể định tuyến đếnMSC/VLR quản lý MS

(4): HLR sẽ trả lời, khi đó MSC (hay GMSC) này có thể định tuyến lạicuộc gọi đến MSC cần thiết Khi cuộc gọi đến MSC này, VLR sẽ biết chi tiếthơn về vị trí của MS Như vậy có thể nối thông một cuộc gọi ở mạng GSM,

đó là chức năng xử lý cuộc gọi của MSC

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 (Inter Networking Function) IWF bao gồm một thiết bị

để thích ứng giao thức và truyền dẫn IWF có thể thực hiện trong cùng chứcnăng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trường hợp hai giao tiếp giữa MSC vàIWF được để mở

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

HLR là cơ sở dữ liệu tham chiếu lưu giữ lâu dài các thông tin về thuêbao, các thông tin liên quan tới việc cung cấp các dịch vụ viễn thông HLR

không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao và chứa các thông tin về vịtrí hiện thời của thuê bao.

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

VLR là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ởvùng phục vụ của MSC Mỗi MSC có một VLR, thường thiết kế VLR ngaytrong MSC Ngay cả khi MS lưu động vào một vùng MSC mới VLR liên kếtvới MSC sẽ yêu cầu số liệu về MS từ HLR Đồng thời HLR sẽ được thôngbáo rằng MS đang ở vùng MSC nào Nếu sau đó MS muốn thực hiện mộtcuộc gọi, VLR sẽ có tất cả các thông tin cần thiết để thiết lập một cuộc gọi màkhông cần hỏi HLR, có thể coi VLR như một HLR phân bố VLR chứa thôngtin chính xác hơn về vị trí MS ở vùng MSC Nhưng khi thuê bao tắt máy hayrời khỏi vùng phục vụ của MSC thì các số liệu liên quan tới nó cũng hết giátrị Hay nói cách khác, VLR là cơ sở dữ liệu trung gian lưu trữ tạm thời thôngtin về thuê bao trong vùng phục vụ MSC/VLR được tham chiếu từ cơ sở dữliệu HLR

VLR bao gồm:

- Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN, TMSI

- 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)

* 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 Một ME sẽ có số IMEI thuộc mộttrong ba danh sách sau:

1. Nếu ME thuộc danh sách trắng (White List ), thì nó được quyền truy

nhập và sử dụng các dịch vụ đã đăng ký

2. Nếu ME thuộc danh sách xám (Gray List ), tức là có nghi vấn và cần

kiểm tra Danh sách xám bao gồm những ME có lỗi (lỗi phần mềm hay lỗisản xuất thiết bị) nhưng không nghiêm trọng tới mức loại trừ khỏi hệ thống

3. Nếu ME thuộc danh sách đen (Black List ), tức là bị cấm không cho

truy nhập vào hệ thống, những ME đã thông báo mất máy

* Khối trung tâm nhận thực AuC (Aunthentication Center)

AuC được nối đến HLR, chức năng của AuC là cung cấp cho HLR cáctần số nhận thực và các khoá mật mã để sử dụng cho bảo mật Đường vôtuyến cũng được AuC cung cấp mã bảo mật để chống nghe trộm, mã nàyđược thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao Cơ sở dữ liệu của AuC còn ghinhiều thông tin cần thiết khác khi thuê bao đăng ký nhập mạng và được sửdụng để kiểm tra khi thuê bao yêu cầu cung cấp dịch vụ, tránh việc truy nhậpmạng một cách trái phép

2.2.4 Phân hệ khai thác và bảo dưỡng (OSS)

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

1) Khai thác và bảo dưỡng mạng

2) Quản lý thuê bao và tính cước

chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai và mở rộng vùng phủ sóng Ở hệthống viễn thông hiện đại, khai thác được thực hiện bằng máy tính và đượctập trung ở một trạm.

- Bảo dưỡng

Có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố và hỏng hóc, nó cómột số quan hệ với khai thác Các thiết bị ở hệ thống viễn thông hiện đại cókhả 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 mạngkhác trừ BTS) Mặt khác hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối tới máytính 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)

* Quản lý thuê bao

Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao Nhiệm vụ đầu tiên lànhập 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 thâmnhập 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 đóngvai trò như một bộ phận quản lý thuê bao

* Quản lý thiết bị di động

Quản lý thiết bị di động được bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR thựchiện EIR lưu trữ toàn bộ dữ liệu liên quan đến trạm di động MS EIR đượcnối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị Trong

hệ thống GSM thì EIR được coi là thuộc phân hệ chuyển mạch NSS

2.3 Cấu trúc địa lý mạng di động GSM

Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định để định tuyến các cuộcgọi đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi Ở một mạng diđộng, cấu trúc này rất quạn trọng do tính lưu thông của các thuê bao trongmạng Trong hệ thống GSM, mạng được phân chia thành các phân vùng sau:

Hình 2.3 Phân cấp cấu trúc địa lý mạng GSM

2.3.1 Vùng phục vụ GSM

Vùng phục vụ GSM là toàn bộ vùng phục vụ do sự kết hợp của cácquốc gia thành viên nên những máy điện thoại di động GSM của các mạngGSM khác nhau ở có thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới

2.3.2 Vùng phục vụ PLMN (Public Land Mobile Network)

Phân cấp tiếp theo là vùng phục vụ PLMN, đó có thể là một hay nhiềuvùng trong một quốc gia tùy theo kích thước của vùng phục vụ

Kết nối các đường truyền giữa mạng di động GSM/PLMN và các mạngkhác (cố định hay di động) đều ở mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế.Tất cả các cuộc gọi vào hay ra mạng GSM/PLMN đều được định tuyến thông

qua tổng đài vô tuyến cổng G – MSC (Gateway – Mobile Service Switching

Center) G – MSC làm việc như một tổng đài trung kế vào cho GSM/PLMN

2.3.3 Vùng phục vụ MSC/VLR

MSC (Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động, gọi tắt là tổng đài

di động) Vùng MSC là một bộ phận của mạng được một MSC quản lý Đểđịnh tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động Mọi thông tin để địnhtuyến cuộc gọi tới thuê bao di động hiện đang trong vùng phục vụ của MSCđược lưu giữ trong bộ ghi định vị tạm trú VLR

Một vùng mạng GSM/PLMN được chia thành một hay nhiều vùng phục

vụ MSC/VLR

Hình 2.4 Các vùng phục vụ MSC/VLR

2.3.4 Vùng định vị (LA - Location Area)

Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị LA.Vùng định vị là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR, mà ở đó một trạm diđộng có thể chuyển động tự do mà không cần cập nhật thông tin về vị trí chotổng đài MSC/VLR điều khiển vùng định vị này Vùng định vị này là mộtvùng mà ở đó thông báo tìm gọi sẽ được phát quảng bá để tìm một thuê bao diđộng bị gọi Vùng định vị LA được hệ thống sử dụng để tìm một thuê baođang ở trạng thái hoạt động

Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử dụng nhận dạng

vùng định vị LAI (Location Area Identity):

LAI = MCC + MNC + LAC

II I

MSC

GMSC VLR

MCC (Mobile Country Code): Mã quốc gia

MNC (Mobile Network Code): Mã mạng di động

LAC (Location Area Code): Mã vùng định vị (16 bit)

Hình 2.5 Phân chia vùng MSC/VLR thành các vùng định vị LA

2.3.5 Cell (Tế bào hay ô)

Vùng định vị được chia thành một số ô mà khi MS di chuyển trong đóthì không cần cập nhật thông tin về vị trí với mạng Cell là đơn vị cơ sở củamạng, là một vùng phủ sóng vô tuyến được nhận dạng bằng nhận đạng ô toàncầu (CGI) Mỗi ô được quản lý bởi một trạm vô tuyến gốc BTS

2.4 Phương pháp truy nhập trong mạng

Mạng GSM sử dụng phương pháp TDMA (Time Division Multiple

Access) kết hợp FDMA (Frequency Division Multiple Access).

- Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA

Khi có yêu cầu một cuộc gọi thì một kênh vô tuyến được ấn định Cácthuê bao khác nhau dùng chung một kênh nhờ cài xen thời gian Mỗi thuê baođược cấp một khe thời gian trong cấu trúc khung tuần hoàn 8 khe

- Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA

Phục vụ các cuộc gọi theo các kênh tần số khác nhau Người dùng đượccấp phát một kênh trong tập hợp các kênh trong lĩnh vực tần số Phổ tần sốđược chia thành 2N dải tần số kế tiếp, cách nhau một khoảng bảo vệ Mỗi dảitần được gán cho một kênh liên lạc, N dải dành cho liên lạc hướng lên, N dảicòn lại cho liên lạc hướng xuống

Các kênh tần số được sử dụng ở GSM nằm trong dải tần quy định 900MHz xác định theo công thức:

F L = 890,2+0,2(n-1) MHz

F U = F L (n) + 45 MHz (1 ≤ n ≤ 124)

Trong đó: F L : Tần số ở nửa băng thấp

F U: Tần số ở nửa băng cao

0,2 MHz: Khoảng cách giữa các kênh lân cận

45 MHz: Khoảng cách thu phát n: Số kênh tần vô tuyến

Để cho các kênh lân cận không gây nhiễu cho nhau mỗi BTS phủ một ôcủa mạng phải sử dụng các tần số cách xa nhau và các ô sử dụng các tần sốgiống nhau hoặc gần nhau cũng phải xa nhau

Truyền dẫn ở GSM được chia thành các cụm (Burst) chứa hàng trăm bit

đã được điều chế Mỗi cụm được phát đi trong một khe thời gian 577 µs ởtrong một kênh tần số có độ rộng 200KHz Mỗi một kênh tần số cho phép tổ

chức các khung thâm nhập theo thời gian, mỗi khung bao gồm 8 khe thời gian

Ngoài băng tần cơ sở còn có băng tần GSM mở rộng và băng tần DCS:

- Băng tần GSM mở rộng: 882 – 915MHz và 927 – 960 MHz

- Băng tần DCS: 1710 – 1785 MHz và 1805 – 1880 MHz

2.6 Các chỉ tiêu kĩ thuật của mạng GSM

Hệ thống thông tin di động GSM cho phép chuyển vùng tự do của cácthuê bao trong châu Âu, có nghĩa là một thuê bao có thể thâm nhập sangmạng của nước khác khi di chuyển qua biên giới Trạm di động GSM – MS

(GSM Mobile Station) phải có khả năng trao đổi thông tin tại bất cứ nơi nào

- Tạo một hệ thống có thể phục vụ cho các MS trên các tàu viễn dươngnhư một mạng mở rộng cho các dịch vụ di động mặt đất.

* Về chất lượng phục vụ và an toàn bảo mật

- Chất lượng của thoại trong GSM phải ít nhất có chất lượng như các hệthống di động tương tự trước đó trong điều kiện vận hành thực tế

- Hệ thống có khả năng mật mã hoá thông tin người dùng mà không ảnhhưởng gì đến hệ thống cũng như không ảnh hưởng đến các thuê bao kháckhông dùng đến khả năng này

* Về sử dụng tần số

- Hệ thống cho phép mức độ cao về hiệu quả của dải tần mà có thể phục

vụ ở vùng thành thị và nông thôn cũng như các dịch vụ mới phát triển

- Dải tần số hoạt động là 890 – 915 và 935 – 960 Mhz

- Hệ thống GSM 900Mhz phải có thể cùng tồn tại với các hệ thống dùng900Mhz trước đây

* Về mạng

- Kế hoạch nhận dạng dựa trên khuyến nghị của CCITT

- Kế hoạch đánh số dựa trên khuyến nghị của CCITT

- Hệ thống phải cho phép cấu trúc và tỷ lệ tính cước khác nhau khi được dùng trong các mạng khác nhau

- Trung tâm chuyển mạch và các thanh ghi định vị phải dùng hệ thốngbáo hiệu được tiêu chuẩn hoá quốc tế

- Chức năng bảo vệ thông tin báo hiệu và thông tin điều khiển mạng phảiđược cung cấp trong hệ thống

2.7 Giao diện vô tuyến

2.7.1 Kênh vật lý

Kênh vật lý tổ chức theo quan niệm truyền dẫn Đối với TDMA GSM,kênh vật lý là một khe thời gian ở một tần số sóng mang vô tuyến được chỉđịnh

Dải tần số: 890 ÷ 915 MHz cho đường lên uplink (từ MS đến BTS)