Trải phổ và đa truy nhập trong hệ thống thông tin di động luận văn tốt nghiệp đại học

Fast Associated Control ChannelForward Access ChanelFast Uplink Signalling Chanel Frequency Correction Channel Forward Common Control Chanel Frequency Division Duplex Frequence Division

Trờng đại học vinh

đồ án tốt nghiệp đại học

Trải phổ và đa truy nhập trong

hệ thống thông tin di động

Ngời hớng dẫn : ths Nguyễn thị minh

Sinh viên thực hiện : nguyễn hữu đồng

Lớp : 47K - ĐTVT

vinh - 05/ 2011

Hệ thống viễn thông di động thế hệ hai là GSM và IS 95 Những côngnghệ này ban đầu được thiết kế để truyền tải giọng nói và nhắn tin Để tậndụng được tính năng của hệ thống 2G khi chuyển hướng sang 3G cần thiết cómột giải pháp trung chuyển Các nhà khai thác mạng GSM có thể bắt đầuchuyển từ GSM sang 3G bằng cách nâng cấp hệ thống mạng lên GPRS (Dịch

vụ vô tuyến chuyển mạch gói), tiếp theo là EDGE (tiêu chuẩn 3G trên băngtần GSM và hỗ trợ dữ liệu lên tới 384kbit) và UMTS (công nghệ băng thônghẹp GSM sử dụng truyền dẫn CDMA), và WCDMA

3G là một bước đột phá của ngành di động, bởi vì nó cung cấp băngthông rộng hơn cho người sử dụng Điều đó có nghĩa sẽ có các dịch vụ mới vànhiều thuận tiện hơn trong dịch vụ thoại và sử dụng các ứng dụng dữ liệu nhưtruyền thông hữu ích như điện thoại truyền hình, định vị và tìm kiếm thôngtin, truy cập Internet, truyền tải dữ liệu dung lượng lớn, nghe nhạc và xemvideo chất lượng cao,… Truyền thông di động ngày nay đã và đang đóng mộtvai trò quan trọng trong cuộc sống Việc vẫn có thể giữ liên lạc với mọi ngườitrong khi di chuyển đã làm thay đổi cuộc sống riêng tư và công việc củachúng ta

“Ngày 10/3/2005, Bộ BCVT đã tiến hành nghiệm thu đề tài xây dựngtiêu chuẩn thiết bị đầu cuối thông tin di động W-CDMA (UTRA-FDD) mã số49-04-KTKT-TC dành cho công nghệ 3G Theo đánh giá của các thành viên

phản biện, việc xây dựng và hoàn thành công trình là một việc làm cần thiết,

có ý nghĩa và đặc biệt là độ khả thi trong giai đoạn hiện nay, khi nhu cầu pháttriển lên 3G là một xu hướng tất yếu ở Việt Nam, nhất là các nhà di độngmạng GSM” (Theo báo điện tử VietNamNet)

Các công nghệ đa truy nhập là nền tảng của các hệ thống thông tin vôtuyến nói chung và thông tin di động nói riêng Các hệ thống này cho phépcác hệ thống đa truy nhập vô tuyến và phân bổ tài nguyên vô tuyến để phân

bổ cho người sử dụng mà các công nghệ này phân chia thành: Đa truy nhậpphân chia theo tần số(FDMA), đa truy nhập phân chia theo thời gian(TDMA), đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) ngoài ra còn có đa truynhập theo không gian (SDMA)

Trên cở sở tích lũy của nhưng năm học tập chuyên nghành Điên tử Viễn thông của trường Đại Học Vinh và sau thời gian thực tập tại phòng kỹthuật “Công Ty Điện toán và Truyền số liêu VDC” Với mong muốn tìm hiểusâu hơn về các phương pháp đa truy nhập và ứng dụng của nó trong thông tin

-di động em đã chọn đề tài “ Trải phổ và đa truy nhập trong hệ thống thông tin di động” làm đồ án tốt nghiệp của mình Hiện nay GMS và công nghệ di

động thế hệ thứ 3 WCDMA là hai hệ thống đang được ứng dụng rộng rãi ởtrên thế giới cũng như

ở Việt Nam vì vậy mà trong phần nội dung của mình em sẽ đi sâu nghiên cứuhai hệ thống này

Nội dung đồ án gồm có 3 chương:

Chương1 Tổng quan về thông tin di động

Chương 2 Giới thiệu hệ thống di động GMS

Chương 3 Công nghệ di động thế hệ ba W-CDMA Trải phổ và đa truy nhập trong W-CDMA

Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp này khó tránh khỏi những sai sót,

em rất mong sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo và sự góp ý của các bạn để đồ ánđược hoàn thiện hơn

Để có thể hoàn thành được đồ án này, trước tiên em xin gửi đến cô giáo

Th.s Nguyễn Thị Minh lời cảm ơn chân thành nhất về sự chỉ bảo giúp đỡ tận

tình của cô trong suốt thời gian qua

Em xin gửi đến quý thầy cô, gia đình và bạn bè lời cảm ơn chân thànhnhất và biết ơn sâu sắc về sự giúp đỡ trong suốt thời gian em học tập tạitrường

Trờng đại học vinh 1

Khoa điện tử – viễn thông 1

Chương 1 Tổng quan về hệ thống thụng tin di động 15

1.1 Giới thiệu 15

1.4 Hệ thống thụng tin di dộng thế hệ 2 20

Ra đời vào đầu năm 1990: Chuẩn GMS của Chõu Âu và IS-54 của Mỹ và ngay sau đú là chuẩn IS-95 cho phương phỏp đa truy nhập CDMA Hệ thống thụng tin di động thế hệ thứ hai theo chuẩn IS-95 được phỏt triển ở Mỹ Hệ thống này sử dụng băng tần 824MHz – 849MHz cho tuyến lờn và 869MHz – 915MHz cho tuyến xuống, dựng 20 kờnh cú đọ rộng mỗi kờnh là 1.25MHz 20

2.2.4.5 Giao tiếp vụ tuyến 41

2.3 Quản lý tài nguyờn vụ tuyến RRM (Radio Resoucre Management) 41

2.3.1 Quản lý di động MM (Mobility Manegement) 42

2.3.2 Quản lý cập nhật vị trớ 42

2.3.3 Quản lý chuyển giao (Handover) 42

2.4 Sự phỏt triển của mạng GSM lờn 3G 45

2.4.1 Hệ thống GSM sẽ được nõng cấp từng bước lờn thế hệ ba 45

3.5 Kết luận chương 81

DANH SÁCH CÁC HèNH VẼ Hỡnh 1.1 Hệ thống điện thoại di động 17

Hỡnh 1.2 Khỏi niệm về hệ thống FDMA 20

Hinh c: Phõn bố kờnh 20

Hỡnh 1.3 Khỏi niện về hệ thống TDMA 22

Hỡnh 1.4 Khỏi niệm về hệ thống CDMA 24

Hình 1.5 Lộ trình phát triển từ 2G lên 3G [3] 26

Hình 2.1 Mạng tế bào vô tuyến 30

Hinh 2.2 Mô hình cấu trúc hệ thống thông tin di động GMS [2] 31

Hình 2.3 Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC 36

Hình 2.4 Gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định45 Hình 2.5 Gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động46 Hình 2.6 Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên 48

Hình 2.7 Quá trình nâng cấp GSM lên W-CDMA 48

Hình 3.1 Các dịch vui đa phương tiện trong hệ thống thông tin di động thứ ba 52

Hình 3.4 Mạch mã hóa vòng ( g(x) = 1 + g1x + g2x2 +

+ gn-k-1xn-k-1 + xn-k) 59

Hình 3.7 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) 65

Hinh 3.8 Sơ đồ khối của máy phát DSSS – BPSK 66

Hình 3.9 Sơ đồ máy thu DSSS - BPSK 69

Hinh 3.10 Sơ đồ trải phổ DS/SS - QPSK 70

Hình 3.11 Các dạng sóng của hệ thống DS/SS - QPSK71 Hình 3.12 Sơ đồ khối giải trải phổ DS/SS – QPSK 72

Hình 3.13 Cây mã định kênh 75

Hình 3.14 Trải phổ và điều chế DPDCH và DPCCH

đường lên 76 Hình 3.15 Truyền dẫn kênh điều khiển vật lý riêng

đường lên và kênh số liệu vật lý riêng đường lên khi có/ không có (DTX) số liệu của người sử dụng 77 Hình 3.18 Sơ đồ trải phổ và điều chế cho tất cả các kênh vật lý đường xuống 79 Hình 3.19 Các mã ngẫu nhiên hóa sơ cấp và thứ cấp.81 Hình 3.20 Truyền dẫn đa mã cho đường xuống 82

Broadcast Control ChannelBroadcast Channel

Bit Error RatioBase Station ControlerBase Station SubsystemBase Tranceiver StationBinary Phase Shift KeyingBase station

Common Control Channel

Kênh điều khiển liên kếtChỉ thị bắt

Hệ thống điện thoại di động tiên tiến

Yêu cầu lặp lại tự độngTầng truy nhập

Trung tâm nhật thựcPhương thức truyền không đồng bộ

Kênh quảng bá điều khiển.Kênh quảng bá

Tỷ số bit lỗi

Bộ điều khiển trạm gốcPhân hệ trạm gốc

Trạm vô tuyến thu phát gốcKhóa dịch pha nhị phânTrạm gốc

Kênh điều khiển chung

Common Power Control Chanel

Common Packet Chanel

Common Pilot ChanelChip Rate

Circuit SwitchCell Global IdentifyCommunicationManagementCore Network

Dynamic Chanel AllocationDedicated Control ChannelDedicated Physical Control Chanel

Dedicated Physical ChanelDedicated Physical Data Chanel

Dedicated Traffic ChanelData Terminal EquipmenDownlink Shared Chanel

Enhanced Data rate for GSMEvolution

Phân bổ kênh độngKênh điều khiển dành riêngKênh điều khiển vật lý riêng

Kênh vật lý riêngKênh số liệu vật lý riêng

Kênh lưu lượng riêngThiết bị đầu cuối số liệuKênh dùng chung đường xuống

Cải thiện tốc độ số liệu cho phát triển GMS

Viện Tiêu chuẩn viễn thông

Fast Associated Control Channel

Forward Access ChanelFast Uplink Signalling Chanel

Frequency Correction Channel

Forward Common Control Chanel

Frequency Division Duplex

Frequence Division MultipleAccess

Forward Dedicated Control Chanel

Frequency Shift KeyingFrame Error Rate

Grade Of ServiceGlobal System for Mobile Communication

Global Position SystemGeneral Packet Radio Services

Global Mobile Suppliers

Kênh hiệu chỉnh tần sốKênh điều khiển chung đường xuống

Ghép kênh song công phân chia theo tần số

Đa truy nhập phân chia theo tần số

Kênh điều khiển riêng đường xuống

Khoá điều chế dịch tần

Bộ ghi nhận dạng thiết bịCấp độ phục vụ

Thông tin di động toàn cầu

Hệ thống định vị toàn cầuDịch vụ vô tuyến gói chungHiệp hội những nhà cung cấp

International Mobile TelecommunicationInternational Mobile Subscriber IdentityInterim Standard 54

Interim Standard 136

.Interim Standard 95A

Integrated Servive Digital Network

International Mobile Telecommunication Union Radio Sector

InterWorking FunctionLink Access ControlLocation Area Indentify

thiết bị di động thế giớiChuyển giao

Chuyển giao cứng

Hệ thống chuyển mạch kênh tốc độ cao

Tốc độ số liệu caoCấu trúc Cell phân cấpGiao thức InternetTiêu chuẩn thông tin di động toàn cầu

Số nhận dạng thuê bao di độngquốc tế

Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA của Mỹ (do AT&T đề xuất)

Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA cải tiến của Mỹ (AT&T)

Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA cải tiến của Mỹ (Qualcomm)

Mạng số đa dịch vụ

Liên minh viễn thông quốc tế

-bộ phận vô tuyến

Chức năng tương tác mạngĐiều khiển truy nhập liên kếtNhận dạng vùng vị trí

Non-Access StratumNode B

Network and Switching Subsystem

Orthorgonal Frequency Divison MultiplexingOpportunity Driven Multiplex AccessOperation and ManagementOpen Service AcceessODMA Common Control Channel

Parallel Concatenated Convolutional CodePaging Contrlo ChanelPaging Channel

Physical Common Packet Chanel

Personal Communication Services

Điều khiển liên kết logicĐăng ký vị trí

Thiết bị di độngTrạm di độngPhần truyền bản tinPhần ứng dụng di độngTổng đài di động

Đa truy cập theo cơ hội

Khai thác và bảo dưỡngCấu trúc dịch vụ mởKênh điều khiển chung cho ODMA

Mã xoắn móc nối song song

Kênh điều khiển tìm gọiKênh nhắn tin

Kênh gói chung vật lýDịch vụ thông tin cá nhân

Public Land Mobile Network

Public Switched Telephone Network

Random Access ChannelRadio Resource Control

Synchronization ChannelStand alone Dedicated Control Channel

Space Division Multiple Access

Traffic and Associated Channel

Traffic ChannelTime Division Multiple Access

Time Division Duplex

Universal Terrestrial Radio Access Network

Universal Mobile Telecommunnication SystemWideband Code Division Multiplex Access

Mạng di động mặt đất công cộng

Mạng chuyển mạch thoại côngcộng

Kênh truy nhập ngẫu nhiênĐiều khiển tài nguyên vô tuyến

Kênh đồng bộKênh điều khiển dành riêng

Đa truy nhập phân chia theo không gian

Kênh lưu lượng và liên kết

Kênh lưu lượng

Đa truy nhập phân chia theo thời gian

Ghép song công phân chia thờigian

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu

Hệ số tích cực thoại

Đa truy nhập phân chia theo

mã băng rộng

PHẦN MỞ ĐẦU

***

Mục đích của đò án này là cung cấp căn bản nhất về phương pháp trải phổ và đa truy nhập trong thông tin di động Để có thể tiếp cận các công nghệ thông tin vô tuyến mới đang và sẽ phát hành rất nhanh

Đồ án tốt nghiệp gồm có 3 chương :

Chương 1 Tổng quan về hệ thống thông tin di độngChương 2 Giới thiệu về hệ thống thông tin di động GMSChương 3 Công nghệ di động thế hệ thứ ba W-CDMA Trải phổ

và đa truy nhập trong W-CDMA

Nội dung trọng tâm của đồ án tìm hiểu trải phổ và đa truy nhập trong CDMA đây là phương pháp đa truy nhập mới đầy triển vọng đang được ứng dụng và nghiên cứu tiếp

W-Trong lĩnh vực thông tin di động vệ tinh càng ngày càng có nhiều hệ thống nhận sử dụng công nghệ CDMA Các thí dụ điển hình về sử dụng công nghệ này là : Hệ thống thông tin di động vệ tinh quỹ đạo thấp (LEO : Low Earth Orbit) Sử dụng 48 vệ tinh Hệ thống thông tin di động vệ tinh trung binh

(MEO: Medium Earth Orbit) sử dụng 12 vệ tinh (http.dantri.com)

Chương 1 Tổng quan về hệ thống thông tin di

động1.1 Giới thiệu

Ra đời đầu tiên vào cuối năm 1940, đến nay thông tin di động đã trảiqua nhiều thế hệ.Thế hệ không dây thứ 1 là thế hệ thông tin tương tự sử dụngcông nghệ đa truy cập phân chia phân chia theo tần số (FDMA).Thế hệ thứ 2

sử dụng kỹ thuật số với công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian(TDMA) và phân chia theo mã (CDMA).Thế hệ thứ 3 ra đời đánh giá sự nhảyvọt nhanh chóng về cả dung lượng và ứng dụng so với các thế hệ trước đó, và

có khả năng cung cấp các dịch vụ đa phương tiện gói là thế hệ đang đượctriển khai ở một số quốc gia trên thế giới

Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động trên thế giớiđược thể hiện sự phát triển của hệ thống điện thoại tổ ong (CMTS : CellularMobile Telephone System) và nhắn tin (PS : Paging System) tiến tới một hệthống chung toàn cầu trong tương lai

Hình 1.1 thể hiện một mạng điện thoại di động tổ ong bao gồm các

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng, hệ thống thông tin

di động thứ 3 IMT – 2000 đang được nghiên cứu sử dụng Khác với các hệthống thông tin di động thứ nhất (tương tự) và thứ 2 (số), hệ thống thông tin

di động thứ 3 (3G) có xu thế chuẩn hóa toàn cầu và khả năng cung cấp dịch

vụ với tốc độ bít lên tới 2Mb/s (có thể sử dụng truy cập Internet, truyền hình

và thêm nhiều dịch vụ khác) Để phân biệt với hệ thống thông tin di độngbăng hẹp hiện nay, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 còn được gọi là hệthống thông tin di độn băng rộng, Từ năm 2001, các hệ thống IMT – 2000 sửdụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng (W-CDMA) bắtđầu được đưa vào khai thác

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

Ngoài nhiêm vụ phải cung cấp các dịch vụ như mạng điện thoại cố định

thông thường, các mạng thông tin di động phải cung cấp dịch vụ đặc thù chomạng di động để đảm bảo thông tin mọi lúc mọi nơi.

Để đảm bảo các chức năng nói trên mạng thông tin di động phải đảmbảo một số đặc tính chung cơ bản sau:

- Sử dụng hiệu quả băng tần được cấp phát để đạt được dung lượng cao

do sự hạn chể của dải vô tuyến sử dụng cho thông tin di động

- Đảm bảo chất lượng truyền dẫn theo yêu cầu Do truyền dẫn đượcthực hiện băng vô tuyến là môi trường truyền dẫn hở, nên tín hiệu dễ bị ảnhhưởng của nhiễu và pha đinh Các hệ thống thông tin di động phải có khảnăng hạn chế tối đa các ảnh hưởng này Ngoài ra để tiết kiệm băng tần ởmạng thông tin di động số chỉ có thể sử dụng các Codec tốc độ thấp nên phảithiết kế các Codec này theo các công nghệ có tốc độ cao

- Đảm bảo an toàn thông tin tốt nhât Môi trường truyền dẫn là môitrường rất dễ bị nghe trộm đườn truyền nên cần có các biện pháp đặc biệt đểđảm bảo an toàn thông tin

- Giảm tối đa tỷ lệ rớt cuộc gọi khi thêu bao di động di chuyển từ vùngphủ sóng này sang vùng phủ sóng khác

- Cho phép phát triển các dịch vụ mới, nhất là các dịch vụ phi thoại

- Để mang tính toàn cầu phải cho phép chuyển mạng quốc tế(Internationl Roaming)

- Các thiết bị cầm tay phải gọn nhẹ và ít tiết kiệm năng lượng

1.3 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1

Phương pháp đơn giản nhất về truy nhập kênh là đa truy nhập phânchia tần số Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập phânchia theo tần số (FDMA) và chỉ hỗ trợ các dịch vụ thoại tương tự và sử dụng

kỹ thuật điều chế tương tự để mang dữ liệu thoại của mỗi người sử dụng VớiFDMA , khách hàng được cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênhtrong lĩnh vực tần số Sơ đồ báo hiệu của hệ thống FDMA khá phức tạp, khi

MS bật nguồn để hoạt động thì nó dò sóng tìm đến kênh điều khiển dànhriêng cho nó Nhờ kênh này, MS nhận được dữ liệu báo hiệu gồm các lệnh vềkênh tần số dành riêng cho lưu lượng người dùng Trong trường hợp nếu sốthuê bao nhiều hơn so với các kênh tần số có thể, thì một số người bị chặn lạikhông được truy cập.

Đa truy nhập phân chia theo tần số nghĩa là nhiều khách hàng có thể sửdụng được dãi tần đã gán cho họ mà không bị trùng nhờ việc chia phổ tần rathành nhiều đoạn Phổ tần số quy định cho liên lạc di dộng được chia thành2N dải tần số kế tiếp, và được cách nhau bằng một dải tần phòng vệ Mỗi dảitần số được gán cho một kênh liên lạc N dải kế tiếp dành cho liên lạc hướnglên, sau một dải tần phân cách là N dải kế tiếp dành riêng cho liên lạchướng xuống Hình 1.2 mô tả phương pháp đa truy cập FDMA với 5 ngườidùng Hình 1.2(a) là phổ của hệ thống FDMA Ở đây, băng thông của hệthống được chia thành các băng có độ rộng Wch Giữa các kênh kề nhau cómột khoảng bảo vệ để tránh chồng phổ do sự không ổn định của tần số sóngmang Khi một người dùng gởi yêu cầu tới BS, BS sẽ ấn định một trong cáckênh chưa sử dụng và giành riêng cho người dùng đó trong suốt cuộc gọi Tuynhiên, ngay khi cuộc gọi kết thúc, kênh được ấn định lại cho người khác Khi

có năm người dùng xác định và duy trì cuộc gọi như hình 1.2(b), có thể ấnđịnh kênh như trên hình 1.2(c)

-BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS

Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di dộng tiêntiến (Advanced Mobile phone System - AMPS)

Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truycập đơn giản Tuy nhiên hệ thống không thoả mãn nhu cầu ngày càngtăng của người dùng về cả dung lượng và tốc độ Vì các khuyết điểmtrên mà nguời ta đưa ra hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 ưu điểm hơnthế hệ 1 về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp

Hình a: Phổ tần của hệ thống FDMA

Hình b: Mô hình khở đầu và duy trì cuộc gọi 5 người dùng

Hinh c: Phân bố kênh.

1.4 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2

Ra đời vào đầu năm 1990: Chuẩn GMS của Châu Âu vàIS-54 của Mỹ và ngay sau đó là chuẩn IS-95 cho phươngpháp đa truy nhập CDMA Hệ thống thông tin di động thế hệ

thứ hai theo chuẩn IS-95 được phát triển ở Mỹ Hệ thống này

sử dụng băng tần 824MHz – 849MHz cho tuyến lên và869MHz – 915MHz cho tuyến xuống, dùng 20 kênh có đọrộng mỗi kênh là 1.25MHz

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao cả về số lượng và chấtlượng, hệ thống thông tin di động thế hệ 2 được đưa ra để đáp ứng kịp

thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số Tất cả hệ

thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng điều chế số Và chúng sử dụng

2 phương pháp đa truy nhập :

• Đa truy nhập phân chia theo thời gian (Time Division MultipleAccess -TDMA)

• Đa truy nhập phân chia theo mã (Code Division MultipleAccess -CDMA)

1.4.1 Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA

Hệ thống TDMA được cho ở hình sau:

Hình 1.3 Khái niện về hệ thống TDMA

Hình 1.3 cho thấy quá trình truy nhập của một hệ thống TDMA 3 kênh với 5người dùng

Hình 1.3a: Phổ tần hệ thống TDMA

Hình 1.3b: Mô hình khởi đầu và duy trì cuộc gọi 5 ngươi dùng

Hình 1.3c: Phân bố kênh (khe), với giả thiết dùng TDMA 3 kênh

Với phương pháp truy nhập TDMA thì nhiều người sử dụng một sóngmang và trục thời gian được chia thành nhiều khoảng thời gian nhỏ để dành

cho nhiều người sử dụng sao cho không có sự chồng chéo Phổ quy định

cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tầnliên lạc này dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là mộtkhe thời gian trong chu kỳ một khung Các thuê bao khác dùng chung kênhnhờ cài xen thời gian, mỗi thuê bao được cấp phát cho một khe thời gian

trong cấu trúc khung.

Đặc điểm:

- Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số

- Liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khácnhau, trong đó một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ trạmgốc đến các máy di động và một băng tần được sử dụng để truyền tínhiệu từ máy di động đến trạm gốc Việc phân chia tần như vậy cho phépcác máy thu và máy phát có thể hoạt động cùng một lúc mà không sợcan nhiễu nhau

-Giảm số máy thu phát ở BTS

-Giảm nhiễu giao thoa

Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống thông tin di động toàn cầu(Global System for Mobile Communications - GSM) Máy điện thoại diđộng kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn kỹ thuật FDMA Hệ thống xử lý

số đối với tín hiệu trong MS tương tự có khả năng xử lý không quá 106lệnh trong 01 giây, còn trong MS số TDMA phải có khả năng xử lý hơn50x106 lệnh trên giây

1.4.2 Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA

Với phương pháp đa truy nhập CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổcho nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồngthời tiến hành các cuộc gọi mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau Nhữngngười sử dụng nói trên được phân biệt với nhau nhờ dùng một mã đặctrưng không trùng với bất kỳ ai Kênhvô tuyến CDMA được dùng lạimỗi cell trong toàn mạng, và những kênh này cũng được phân biệtnhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên (Pseudo Noise - PN)

Hình a: Phổ tần hệ thống CDMA

Hình b: Mô hình khởi đầu và duy trì cuộc gọi với 5 người dùng

Hình c: Phân bố kênh

Đặc điểm của CDMA:

- Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz

- Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp

- Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng cócường độ trường rất nhỏ và chống fading hiệu quả hơn FDMA, TDMA.Việc các thuê bao MS trong cell dùng chung tần số khiến cho thiết bịtruyền dẫn vô tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số khôngcòn vấn đề, chuyển giao trở thành mềm, điều khiển dung lượng cellrất linh hoạt

Hình 1.4 Khái niệm về hệ thống CDMA

• Ưu điểm của hệ thống thông tin di động thứ 2:

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai ra đời nhằm giải quyết nhữnghạn chế của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất Do sử dụng kỹ thuật

số nên có những ưu điểm sau:

- Sử dụng kỹ thuật điều chế số tiên tiến nên hiệu suất sử dụng phổ tầncao hơn Mã hóa tín hiệu thoại với tốc đọ bít càng thấp cho phép ghép nhiềukênh vào dòng bít tốc độ chuẩn.

- Sử dụng kỹ thuật mã hóa kênh và mã hóa nguồn của kỹ thuật truyềndẫn số

- Hệ thống chống nhiễu kênh chung CCI (Common Channel Interfence)

và chống nhiễu kênh kề ACI (Adjacent Channel Interfence) hiệu quả hơn sẽlàm tăng dung lượng hệ thống

- Điều khiển động việc cấp phát kênh một cách liên tục nên làm choviệc sử dụng tần số hiệu quả hơn

- Điều khiển truy nhập và chuyển giao hoàn hảo hơn, dung lương tăng,báo hiệu dễ dàng xử lý bằng phương pháp số

- Có nhiều dịch vụ mới nhận thực hơn (kết nối với ISDN)

- Tiêu chuẩn cho các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai la khôngthống nhất Do Mỹ và Nhật sử dụng TDMA băng hẹp còn Châu âu sử dụngTDMA băng rộng, mặc dù cả hai hệ thống này đều có thể coi như là sự tổ hợpcủa FDMA và TDMA vì người sử dụng thực tế dùng các kênh được ấn định

cả về tần số và khe thời gian trong băng tần Do đó việc chuyển giao toàn cầuchưa thực hiệ được

1 5 Hệ thống thông tin di động thế

hệ ba

Lộ trình phát triển từ 2G lên 3G được cho ở hình sau:

Hình 1.5 Lộ trình phát triển từ 2G lên 3G [3]

Công nghệ thông tin di động số thế hệ ba Công nghệ này liên quan đếnnhững cải tiến đang được thực hiện trong lĩnh vực truyền thông không dâycho điện thoại và dữ liệu thông qua bất kỳ chuẩn nào trong những chuẩn hiệnnay Đầu tiên là tăng tốc độ bit truyền từ 9.5Kbps lên 2Mbps Khi số lượngthiết bị cầm tay được thiết kế để truy cập Internet gia tăng, yêu cầu đặt ra làphải có được công nghệ truyền thông không dây nhanh hơn và chất lượnghơn Công nghệ này sẽ nâng cao chất lượng thoại, và dịch vụ dữ liệu sẽ hỗ trợviệc gửi nội dung video và multimedia đến các thiết bị cầm tay và điện thoại

di động

Các hệ thống thông tin di động số hiện nay đang ở giai đoạn chuyển từ thế hệ 2.5G sang thế hệ 3 (3 - Generation) Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng và các dịch vụ thông tin di động, ngay từ đầu những năm đầu của thập kỷ

90 người ta đã tiến hành nghiên cứu hoạch định hệ thống thông tin di động thế hệ ba.ITU-R đang tiến hành công tác tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT-2000 Ở châu Âu ETSI đang tiến hành tiêu chuẩn

hóa phiên bản này với tên gọi là UMTS (Universal Mobile

Telecommunnication System) Hệ thống mới này sẽ làm việc ở dải tần 2GHz

Nó sẽ cung cấp nhiều loại hình dịch vụ bao gồm các dịch vụ thoại và số liệu tốc độ cao, video và truyền thanh Tốc độ cực đại của người sử dụng có thể lên đến 2Mbps Người ta cũng đang tiến hành nghiên cứu các hệ thống vô tuyến thế hệ thứ tư có tốc độ lên đến 32Mbps

- W-CDMA(Wideband Code Division Multiple Access) là sự nâng cấpcủa các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ TDMA như:GSM, IS-136

- CDMA 2000 là sự nâng cấp của hệ thống thông tin di động thế hệ thứhai sử dụng công nghệ CDMA: IS-95

Tốc độ của thế hệ thứ ba được xác định như sau:

+ 384Kb/s đối với vùng phủ sóng rộng

+ 2 Mb/s đối với vùng phủ sóng địa phương

Hệ thống thông tin di động thế hệ ba được xây dựng trên cơ sở IMT –

2000 với các tiêu chí sau :

- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz với đường lên có dải tần1885-2025MHz và đường xuống có dải tần 2110-2200MHz

- Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vôtuyến, tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến, đồng thời tươngtác với mọi loại dịch vụ viễn thông

- Hệ thống thông tin di động 3G sử dụng các môi trường khai thác khácnhau

- Có thể hỗ trợ các dịch vụ như : Môi trường thông tin nhà ảo (VHE –Vitual Home Environment) trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân vàchuyển mạch toàn cầu; Đảm bảo chuyển mạng quốc tế; Đảm bảo các dịch vụ

đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch theo kênh và số liệuchuyển mạch theo gói

- Dể dàng hỗ trợ các dich vụ mới xuất hiện

Các hệ thống thông tin di động thế hệ hai phát triển thông dụng nhấthiện nay là : GSM, cdmaOne (IS-95), TDMA (IS-136), PDC Trong quá trìnhthiết kế hệ thống thông tin di động thế hệ ba, các hệ thống thế hệ hai được cơquan chuẩn hóa của từng vùng xem xét để đưa ra các đề xuất tương ứng thíchhợp với mỗi vùng.

1.6 Kết luận chương

Chương này đã giới thiệu tổng quan về quá trình phát triển của hệthống thông tin di động thế hệ thứ 1, 2 và 3, đồng thời đã sơ lược những yêucầu của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3

Thế hệ thứ nhất là thế hệ thông tin di động tương tự sử dụng công nghệtruy cập phân chia theo tần số (FDMA) Tiếp theo là thế hệ thứ hai sử dụng

kỹ thuật số với các công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)

và phân chia theo mã (CDMA) Và hiện nay là thế hệ thông tin di động thu bađang được đưa vào hoạt động Hệ thống thông tin di đông thế hệ thứ ba vớitên gọi IMT – 2000 khẳng định được tính ưu việt của nó so với các thế hệtrước cũng như đáp ứng kịp thời các nhu cầu ngày càng tăng của người sửdụng về tốc độ bít thông tin và tính di động Tuy chưa xác định chính xác khảnăng di động và tốc độ bít cực đại nhưng dự đoán có thể đạt tốc độ 100km/h

và tốc độ bít từ 1÷10 Mbit/s thế hệ thông tin di động thứ tư sử dụng kỹ thuậttruyền tải truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDM,là kỹ thuật nhiều tínhiệu được gửi đi cùng một lúc nhưng trên nhưng tần số khác nhau Trong kỹthuật OFDM, chỉ có một thiết bị truyền tín hiệu trên nhiều tần số độc lập (từvài chục đến vài nghìn tần số) Thiết bị 4G sử dụng máy thu vô tuyến xácnhận bởi phần mềm SDR (Software - Defined Radio) cho phép sử dụng băngthông hiệu quả hơn bằng cách dùng đa kênh đồng thời Tổng đài chuyển mạchmạng 4G chỉ dùng chuyển mạch gói, do đó, giảm trễ thời gian truyền và nhận

dữ liệu Thế hệ thứ tư có tốc độ lên tới 34 Mbit/s đang được nghiên cứu đểđưa vào sử dụng

Chương 2 Giới thiệu hệ thông thông tin di động

GMS2.1 Giới thiệu chung về GMS

Chương này sẽ giới thiệu về sự hình thành và phát triển của hệ thốngthông tin di động GSM, kiến trúc mạng GSM, phương pháp đa truy cập trongGSM, các thủ tục thông tin của thuê bao sử dụng trong mạng và sự cần thiếtphải nâng cấp mạng GSM lên thế hệ 3G

Lịch sử hình thành GSM bắt đầu từ một đề xuất vào năm 1982 củaNordic Telecom và Netherlands tại CEPT (Conference of European Post andTelecommunication) để phát triển một chuẩn tế bào số mới đáp ứng với nhucầu ngày càng tăng của mạng di động Châu Âu

Ủy ban Châu Âu (EC) đưa ra lời hướng dẫn yêu cầu các quốc gia thànhviên sử dụng GSM cho phép liên lạc di động trong băng tần 900MHz Việntiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) định nghĩa GSM khi quốc tế chấpnhận tiêu chuẩn hệ thống điện thoại tế bào số Lời đề xuất có kết quả vàotháng 9 năm 1987, khi 13 nhà điều hành và quản lý của nhóm cố vấn CEPTGSM thỏa thuận ký hiệp định GSM MoU “Club”, với ngày khởi đầu là ngày

1 tháng 7 năm 1991

Năm 1996, số thành viên GSM MoU đã lên tới 200 nhà điều hành từgần 100 quốc gia 167 mạng hoạt động trên 94 quốc gia với số thuê bao đạt 50triệu Năm 2000, GPRS được ứng dụng Năm 2001, mạng 3GSM (UMTS)được đi vào hoạt động, số thuê bao GSM đã vượt quá 500 triệu Năm 2003,mạng EDGE đi vào hoạt động Cho đến năm 2006 số thuê bao di động GSM

đã lên tới con số 2 tỉ với trên 700 nhà điều hành, chiếm gần 80% thị phầnthông tin di động trên thế giới Theo dự đoán của GSM Association, năm

2007 số thuê bao GSM sẽ đạt 2,5 tỉ.(Nguồn: dientuvienthong.org )

GSM là từ viết tắt của Global System for Mobile Communications (hệ

thống thông tin di động toàn cầu), trước đây có tên là Groupe SpescialMobile Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM là hệ thống thông tin tếbào số tích hợp và toàn diện, được phát triển đầu tiên ở Châu Âu và đã nhanhchóng phát triển trên toàn thế giới Mạng được thiết kế phù hợp với hệ thốngISDN và các dịch vụ mà GSM cung cấp là một hệ thống con của dịch vụISDN chuẩn.

Hình 2.1 Mạng tế bào vô tuyến

GSM đầu tiên được thiết kế hoạt động ở dải tần 890-915 MHz và

935-960 MHz, hiện nay là 1.8GHz Một vài tiêu chuẩn chính được đề nghị cho hệthống :

• Chất lượng âm thoại chính thực sự tốt

• Giá dịch vụ và thuê bao giảm

• Hỗ trợ liên lạc di động quốc tế

• Khả năng hỗ trợ thiết bị đầu cuối trao tay

• Hỗ trợ các phương tiện thuận lợi và dịch vụ mới

• Năng suất quang phổ

• Khả năng tương thích ISDN

Tiêu chuẩn được ban hành vào tháng giêng năm 1990 và những hệthống thương mại đầu tiên được khởi đầu vào giữa năm 1992 Tổ chức MoU

(Memorandum of Understanding) thành lập bởi nhà điều hành và quản lýGSM được cấp phép đầu tiên, lúc đó có 13 hiệp định được ký kết và đến nay

đã có 191 thành viên ở khắp thế giới Tổ chức MoU có quyền lực tối đa,được quyền định chuẩn GSM

2.2 Cấu trúc mạng GSM

Mô hình cấu trúc mạng GSM được mô tả như Hình 2.2

Hinh 2.2 Mô hình cấu trúc hệ thống thông tin di động GMS [2]

PSTN (Public Switched Telephone Network): Mạng chuyển mạch điện thoạicông cộng

BSS : Phân hệ trạm gốc Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng

BSC: Bộ điều khiển trạm gốc

PSPDN: Mạng chuyển mạch gói công cộng

OMC: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng

CSPDN (Circuit Switched Public Data Network): Dữ liệu chuyển mạch mạngcông cộng

SS : Phân hệ chuyển mạch Mạng số liệu chuyển mạch kênh công cộng VLR: Bộ ghi định vị tạm trú PLMN : Mạng di động mặt đất công cộng

EIR: Thanh ghi nhận dạng thiết bị

Mạng GSM gồm nhiều khối chức năng khác nhau Hình dưới cho thấycách bố trí của mạng GSM tổng quát Mạng GSM có thể chia thành ba phầnchính Trạm di động (Mobile Station_MS) do thuê bao giữ Hệ thống con

trạm gốc (Base Station Subsystem_BSS) điều khiển liên kết với trạm di động.

Hệ thống mạng con (Network Subsystem_NS) là phần chính của trung tâmchuyển mạch dịch vụ di động MSC (Mobile services Switching Center), thựchiện chuyển mạch cuộc gọi giữa những người sử dụng điện thoại di động, vàgiữa di động với thuê bao mạng cố định MSC xử lý các hoạt động quản lý diđộng Trong hình không có trình bày trung tâm duy trì và điều hành(Operations and Maintenance Center_OMC), giám sát điều hành và cơ cấucủa mạng Trạm di động và hệ thống con trạm gốc thông tin dùng giao tiếp

Um, còn được gọi là giao tiếp không trung hay liên kết vô tuyến Hệ thốngcon trạm gốc liên lạc với trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động dùng giaotiếp A

2.2.1 Trạm di động

Trạm di động (Mobile Station_MS) gồm có thiết bị di động (đầu cuối)

và một card thông minh gọi là module nhận dạng thuê bao (Subscriber

Identity Module_SIM).

SIM cung cấp thông tin cá nhân di động, vì thế người sử dụng truy cậpvào các dịch vụ thuê bao không phụ thuộc vào loại thiết bị đầu cuối Bằngcách gắn SIM vào đầu cuối GSM, người sử dụng có thể nhận, gọi và nhận cácdịch vụ thuê bao khác trên thiết bị đầu cuối này

Thiết bị di động được nhận dạng duy nhất bằng số nhận dạng thiết bị diđộng quốc tế (International Mobile Equipment Identity_IMEI) SIM cardchứa số nhận dạng thuê bao di động quốc tế (International Mobile SubscriberIdentity_IMSI) sử dụng để nhận dạng thuê bao trong hệ thống, dùng để xácđịnh chủ quyền và thông tin khác Số IMEI và IMSI độc lập nhau SIM card

có thể được bảo vệ chống lại việc sử dụng trái phép bằng password hoặc sốnhận dạng cá nhân

2.2.2 Hệ thống con 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

2.2.2.1 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

giữa mạng GSM và thiết bị thuê bao MS, trao đổi thông tin với MS qua giaodiện vô tuyến.Mỗi BTS tạo ra một hay một số khu vực vùng phủ sóng nhấtđịnh gọi là tế bào (cell).

2.2.2.2 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 Abis

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 cell

khác 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 Trongtrường hợp có sự cố một tuyến nào đó, nó sẽ tự động điều khiển tới một tuyến

dự phòng.

2.2.2.3 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

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

2.2.3.1 Trung tâm chuyển mạch di động MSC

Tổng đài di động MSC (Mobile services Switching Center) thường làmột tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốcBSC 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 mặtMSC giao 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

Hình 2.3 Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC

(1): Khi chủ gọi quay số thuê bao di động bị gọi, số mạng dịch vụ số liên kếtcủa 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 đàisau khi phân 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 GMSCgần 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 qua BTS 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 lại cuộcgọi 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, đó làchức năng xử lý cuộc gọi của MSC Để kết nối MSC với một số mạng kháccần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của mạng GSM với các mạngnày Các thích ứng này gọi là chức năng tương tác IWF (Inter NetworkingFunction) 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, ởtrường hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở

2.2.3.2 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 HLRkhông phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao và chứa các thông tin về vịtrí hiện thời của thuê bao.HLR bao gồm:

• Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN

• Các thông tin về thuê bao

• Danh sách các dịch vụ mà MS được sử dụng và bị hạn chế

• Số hiệu VLR đang phục vụ MS

2.2.3.3 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 ởvùn 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 mà

không 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)

2.2.3.4 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 nhậndạng di động quốc tế (IMEI-International Mobile Equipment Identity) vàchứa 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 truynhập và sử dụng các dịch vụ đã đăng ký

2 Nếu ME thuộc danh sách xám ( Gray List ), tức là có nghi vấn và cầnkiểm 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 chotruy nhập vào hệ thống, những ME đã thông báo mất máy

2.2.3.5 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 này

được 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

• 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 thốngkhai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý của TMN(Telecommunication Management Network - Mạng quản lý viễn thông) Lúcnày, 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 trừBTS) Mặt khác hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối tới máy tính chủđóng vai trò giao tiếp người - máy Theo tiêu chuẩn GSM hệ thống này đượcgọi là trung tâm vận hành và

bảo dưỡng (OMC - Operation and Maintenance Center)

2.2.4.2 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

2.2.4.3 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 thìEIR được coi là thuộc phân hệ chuyển mạch NSS

2.2.4.4 Đa truy nhập trong GSM

Ở giao diện vô tuyến MS và BTS liên lạc với nhau bằng sóng vô tuyến

Do tài nguyên về tần số có hạn mà số lượng thuê bao lại không ngừng tănglên nên ngoài việc sử dụng lại tần số, trong mỗi cell số kênh tần số được dùngchung theo kiểu trung kế Hệ thống trung kế vô tuyến là hệ thống vô tuyến có

số kênh sẵn sàng phục vụ ít hơn số người dùng khả dĩ Xử lí trung kế chophép tất cả người dùng sử dụng chung một cách trật tự số kênh có hạn vìchúng ta biết chắc rằng xác suất mọi thuê bao cùng lúc cần kênh là thấp.Phương thức để sử dụng chung các kênh gọi là đa truy nhập

Hiện nay, người ta sử dụng 5 phương pháp truy nhập kênh vật lý:

• FDMA (Đa truy nhập phân chia theo tần số): Phục vụ các cuộc gọitheo các kênh tần số khác nhau.

• TDMA (Đa truy nhập phân chia theo thời gian): Phục vụ các cuộc gọitheo các khe thời gian khác nhau

• CDMA (Đa truy nhập phân chia theo mã): Phục vụ các cuộc gọi theocác chuỗi mã khác nhau

• PDMA (Đa truy nhập phân chia theo cực tính): Phục vụ các cuộc gọitheo các sự phân cực khác nhau của sóng vô tuyến

• SDMA (Đa truy nhập phân chia theo không gian): Phục vụ các cuộcgọi theo các anten định hướng búp sóng hẹp

GSM sử dụng kết hợp hai phương pháp đa truy cập là FDMA vàTDMA Dải tần 935 – 960MHz được sử dụng cho đường lên và 890 –915MHz cho đường xuống (GSM 900) Dải thông tần một kênh là 200KHz,dải tần bảo vệ ở biên cũng rộng 200KHz nên ta có tổng số kênh trong FDMA

là 124 Một dải thông TDMA là một khung có tám khe thời gian, một khungkéo dài trong 4.616ms Khung đường lên trễ 3 khe thời gian so với khungđường xuống, nhờ trễ này mà MS có có thể sử dụng một khe thời gian cócùng số thứ tự ở cả đường lên lẫn đường xuống để truyền tin bán song công

Các kênh tần số được sử dụng ở GSM nằm trong dãy tần số quy định900Mhz xác định theo công thức sau: