Bài giảng Tổng quan về mạng di động GSM 2G

Tại đường xuống, PCU thực hiện chức năng ngược lại là nhận các gói đường xuống từ SGSN và chuyển đổi các gói này thành các gói nhỏ hơn để gửi đến MS thông qua BSS... Một MS gồm hai thành

Trang 1

hunglc1@viettel.com.vn_14/06/2021 10:50:34 hunglc1@viettel.com.vn_14/06/2021 10:50:34 hunglc1@viettel.com.vn_14/06/2021 10:50:34 hunglc1@viettel.com.vn_14/

06/2021 10:50:34 hunglc1@viettel.com.vn_14/06/2021 10:50:34 hunglc1@viettel.com.vn_14/06/2021 10:50:34 hunglc1@viettel.com.vn_14/06/2021 10:50:34

hunglc1@viettel.com.vn_14/06/2021 10:50:34 hunglc1@viettel.com.vn_14/06/2021 10:50:34 hunglc1@viettel.com.vn_14/06/2021 10:50:34

Trang 2

Định nghĩa GSM

chuyển giữa các vị trí địa lý khác nhau mà vẫn giữ được liên lạc.

Trang 3

Công nghệ của mạng GSM

Các mạng điện thoại GSM sử dụng công nghệ TDMA

- TDMA là viết tắt của từ " T ime D ivision M ultiple A ccess

Giải thích : Đây là công nghệ cho phép các máy di động

có thể sử dụng chung 1 kênh để đàm thoại, mỗi máy sẽ sử dụng 1 khe thời gian để truyền và nhận thông tin

Trang 4

• GSM 1800:

1710 - 1885 MHz: Uplink

1805 - 1880 MHz: Downlink ARFCN: 512 - 885

❖ Carrier bandwidth: 200 kHz

❖ Channels / carrier: 8

Trang 5

Trang 6

❖ GSM sử dụng TDMA bên trong mỗi sóng mang.

❖ Mỗi user chiếm mỗi time slot (TS) trên mỗi khung TDMA

▪ 8 slots trên mỗi frame

Trang 7

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

thực hiện hầu hết các chức năng điều khiển BSS quan trọng nhất

Chúng cũng thực hiện các chức năng xử lý vô tuyến như quản lý tài nguyên vô tuyến, quản lý kênh vô tuyến, quản lý các kết nối cục

bộ Một hoặc nhiều BSC được kết nối đến một MSC Một BSC có thể giám sát và điều khiển một hoặc nhiều trạm thu phát vô tuyến (BTS)

Trang 8

8

Trang 9

Sơ đồ đấu nối truyền dẫn hệ thống BSS

Lưu ý: mỗi luồng E1 có thể quản lý tối đa 15 TRx

BSS

Trang 10

• Xác định vùng phủ sóng của mạng.

• Truyền thông tin giữa MS và BSC

• Thu phát tín hiệu

• Xử lý tín hiệu ( Cao tần < > Baseband )

• Phối hợp cùng BSC: Quản lý tài nguyên vô tuyến

– Thực hiện Handover – Điều khiển công suất – Thực hiện nhảy tần

10

Trang 11

Cấu trúc cơ bản BTS

• Khối anten thu phát

• Khối xử lý RF

• Khối xử lý baseband

• Khối giao tiếp với BSC

• Khối điều khiển

• Khối cấp nguồn và cảnh báo

11

Trang 12

Monitoring & Alarm Module

PDU-Power Distribution Unit

Khối cấp nguồn

12

Trang 13

• Khối anten thu phát

– Đầu cuối phát tín hiệu vô tuyến đến thuê bao.

– Nhận tín hiệu từ thuê bao.

– Được điều chỉnh hướng phát sóng, góc ngẩng để xác định vùng phủ sóng mong muốn.

– Tín hiệu được truyền theo feeder

về tủ BTS để xử lý.

13

Trang 14

RF Block

Xử lý tín hiệu cao tần Xử lý tín hiệu Baseband Giao tiếp với bên ngoàiInterface

Processor Unit Khối xử lý trung tâm

PDU-Power Distribution Unit Khối cấp nguồn

• Khối xử lý RF

– Lọc, khuếch đại tín hiệu thu được từ anten – Lọc, khuếch đại tín hiệu phát trước khi đưa ra anten – Phân tách tín hiệu thu được từ anten

– Tổng hợp tín hiệu trước khi đưa ra anten – Giám sát chất lượng thu, phát đưa về khối cảnh báo

14

Trang 15

Trang 16

• Khối giao tiếp

– Giao tiếp với BSC thông qua giao diện Abis – Cung cấp đầu nối cáp đến BSC

– Giao tiếp E1, T1.

Trang 17

• Khối điều khiển

– Điều khiển chung các khối chức năng của BTS – Tạo và cấp xung clock cho các thiết bị để đồng bộ hoạt động và đồng

Trang 18

• Khối cấp nguồn và cảnh báo

– Cấp nguồn hoạt động cho các khối chức năng – Thu thập thông tin cảnh báo về chất lượng tín hiệu – Thu thập thông tin cảnh báo về tình trạng hoạt động của các khối chức năng

– Đưa ra cảnh báo đến người sử dụng.

18

RF Block

Xử lý tín hiệu cao tần Xử lý tín hiệu Baseband Giao tiếp với bên ngoàiInterface

Trang 19

• 1.1.2 BTS (Base Transceiver Station - Trạm thu phát vô tuyến

19

Trang 20

20

Trang 21

21

Bố trí các thiết bị trong phòng

Trang 22

• Tùy thuộc vào loại anten mà ta có các loại BTS sau:

• + BTS loại Omni: là BTS sử dụng hệ thống Anten Omni (đẳng hướng), bức

xạ điện trường công suất như nhau tại tất cả các hướng (tức là trong điều kiện lý tưởng, tại các điểm có cùng bán kính sẽ có mức thu như nhau) Tuy nhiên trên thực

tế, vấn đề này còn tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố như: địa hình, chướng ngại vật nên mức thu tại các điểm có cùng bán kính không bằng nhau

• + BTS loại Sector: là BTS sử dụng hệ thống Anten sector (định hướng), bức

xạ công suất theo một hướng xác định Điều này có nghĩa là: tại các khu vực nằm theo hướng phủ sóng của Anten sẽ có mức thu tốt nhất Tuy nhiên trên thực tế vấn

đề này còn tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố như: địa hình, chướng ngại vật

• Các đặc tính kỹ thuật cơ bản của anten:

• + Phân cực anten: phân cực của các sóng được phát và/ hoặc thu bởi anten phụ thuộc vào hướng vật lý của nó đối với mặt đất Lưỡng cực được đặt dọc sẽ tạo các sóng phân cực dọc và lưỡng cực ngang sẽ tạo ra các sóng phân cực ngang

Các sóng được phân cực dọc sẽ không được nhận bởi anten ngang và ngược lại

Phân cực dọc danh định được triển khai cho GSM Tuy nhiên trong thực tế các anten máy đầu cuối di động hiếm khi được giữ hoặc được gắn dọc thật sự vì thế các sóng đến gồm các thành phần cả phân cực dọc và phân cực ngang

• + Độ lợi anten: độ lợi anten đạt được nhờ anten tập trung năng lượng trong một hướng cụ thể thay vì đẳng hướng

22

Trang 23

• 1.1.3 TRAU (Transcoding and Rate Adaption Unit – Bộ chuyển

đổi mã và tương thích tốc độ):

• TRAU có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu của mạng GSM (16Kbit/s) thành dạng tín hiệu 64kbit/s PCM dùng trong mạng điện thoại cố định và ngược lại Đồng thời nó thực hiện việc chuyển đổi giữa các thuật toán mã hoá thoại khác nhau ở phần chuyển mạch và phần vô tuyến.

• 1.1.4 PCU (Packet Control Unit – Bộ điều khiển gói)

• PCU là bộ xử lý tương thích giao tiếp cho phép truy cập đến mạng gói PCU giao tiếp với BSC về phía GSM và giao tiếp với SGSN về phía mạng gói PCU nhận các gói đường lên nhỏ mang

dữ liệu người dùng từ MS thông qua BSS và tạo nên các gói lớn hơn gửi đến SGSN Tại đường xuống, PCU thực hiện chức năng ngược lại là nhận các gói đường xuống từ SGSN và chuyển đổi các gói này thành các gói nhỏ hơn để gửi đến MS thông qua BSS.

23

Trang 24

• 1.1.5 Máy di động (MS - Mobile Station): là thiết bị dùng để truy

cập vào mạng qua giao tiếp vô tuyến Một MS gồm hai thành phần chính độc lập:

• + Máy di động (ME): có các chức năng xử lý vô tuyến và một giao tiếp đến người sử dụng và thiết bị đầu cuối khác Mỗi ME có một mã nhận diện riêng đơn nhất đó là IMEI (International Mobile Equipment Identity) Số IMEI được cấp phát bởi nhà sản xuất thiết bị.

• Nhà khai thác mạng sử dụng IMEI để quản lý trong các thanh ghi chứa danh sách, các số IMEI được phân loại gồm:

• >> White list: gồm các số IMEI của các đầu cuối được phép sử dụng;

• >> Black list: gồm các số IMEI của các đầu cuối không được phép

sử dụng.

• >> Grey list: gồm các số IMEI của các đầu cuối không bị ngăn chặn nhưng được theo dõi bởi mạng

24

Trang 25

• + SIM: là một card thông minh dùng để nhận dạng đầu cuối SIM lưu trữ các thông tin liên quan đến thuê bao di động, các dịch vụ GSM và các thông tin liên quan đến PLMN Tất cả các thuật toán mật mã được lưu giữ trên SIM một cách tin cậy cho phép thực hiện các chức năng quan trọng như nhận thực và mật mã dữ liệu người dùng dựa trên số nhận diện IMSI (International Mobile Subscriber Identity) và các khóa bí mật Ngoài ra, SIM có thể lưu giữ các bản tin SMS và danh sách các số điện thoại Bên cạnh đó, SIM còn có thể lưu giữ các dữ liệu liên quan đến mạng như danh sách các tần

số sóng mang BCCH (Broadcast Control Channel) để phát quảng

bá thông tin hệ thống một cách định kỳ cũng như số nhận dạng LAI (Local Area Identity) hiện tại Nhờ sử dụng SIM mà toàn bộ MS

được bảo vệ với số PIN (Personal Identification Number) để chống lại các truy cập không được phép.

25

Trang 26

• 1.2 Hệ thống con chuyển mạch SS (Switching

subsystem):

• Hệ thống chuyển mạch SS thực hiện việc xử lý cuộc gọi

và chứa các chức năng liên quan đến thuê bao di động

SS bao gồm các khối chức năng chính sau:

26

Trang 27

• 1.2.1 MSC (Mobile Services Switching Centre):

• Tổng đài chuyển mạch dịch vụ di động là trung tâm chuyển mạch chính, thực hiện nhiệm vụ quản lý, thiết lập, định tuyến và giám sát các cuộc gọi đi/đến thuê bao di động Tổng đài chuyển mạch dịch vụ cũng cung cấp giao diện giữa mạng di động GSM và các mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN, giữa mạng di động GSM với các mạng di động PLMN khác và được gọi là tổng đài cổng (GMSC)

• MSC thường kết hợp với VLR để tạo thành MSC/VLR MSC/VLR có các nhiệm vụ sau:

• + Các chức năng thiết lập và điều khiển cuộc gọi, kể cả các dịch vụ phụ trợ;

• + Các chức năng xử lý cuộc gọi thoại liên tục không gián đoạn cho các thuê bao di chuyển (handover – chuyển giao);

• + Các chức năng cập nhật vị trí của thuê bao di động (cập nhật và xóa vị trí) trong các thanh ghi vị trí khác nhau.

• + Các chức năng cập nhật dữ liệu thuê bao di động;

• + Các chức năng liên quan đến an ninh mà thực hiện nhận thực, mật mã, cấp phát/

cấp phát lại và phân tích TMSI;

• + Các chức năng kiểm tra IMEI;

• + Các chức năng nhận và gửi các bản tin ngắn (SMS) đến và từ thuê bao MS.

• + Các chức năng ghi cước

27

Trang 28

• 1.2.2 VLR (Visitor Location Register):

• VLR là cơ sở dữ liệu chứa thông tin thuê bao đang lưu trú trong phạm vi phục vụ của MSC/VLR Thông tin này được lưu tạm thời tại VLR cho đến khi thuê bao di chuyển sang vùng thuộc VLR khác

quản lý VLR thường được hợp nhất với tổng đài MSC và được gọi chung là MSC/VLR.

• Các thông tin về thuê bao lưu giữ trong VLR như vùng định vị (location area) Ngoài ra VLR còn chứa các thông tin khác cần thiết cho xử lý các cuộc gọi vào/ra:

• + Mobile Station Roaming Number;

• + Temporary Mobile Subscriber Identity, nếu có thể;

• + Dữ liệu về các dịch vụ bổ sung của thuê bao.

28

Trang 29

• 1.2.3 HLR (Home Location Register):

• HLR là cơ sở dữ liệu dùng để lưu trữ và quản lý thuê bao Trong một mạng di động

có thể có một hoặc nhiều HLR Các thuê bao được khai báo thông tin đăng ký ban đầu trong một HLR nào đó Đối với mỗi thuê bao di động, HLR chứa dữ liệu thuê bao thường xuyên gồm:

• + Các số được kết hợp nhau: MSISDN và IMSI;

• + Danh sách các dịch vụ mà thuê bao được phép sử dụng;

• Ngoài ra HLR còn lưu trữ và cập nhật dữ liệu động về mỗi thuê bao như vị trí thuê bao (vị trí thuê bao là địa chỉ VLR mà thuê bao đang tạm trú), các dịch vụ được đăng ký hoặc được kích hoạt bởi thuê bao hay bởi nhà khai thác như chuyển cuộc gọi hoặc chặn cuộc gọi đối với các loại cuộc gọi cụ thể

• HLR có các chức năng chính sau:

• + Việc kết nối của các thuê bao di động và việc xác định dữ liệu thuê bao tương ứng.

• + Khai báo các dịch vụ cơ bản;

Trang 30

• 1.2.4 Trung tâm nhận thực AUC (Authentication Center):

• Vì kênh vô tuyến có thể bị truy cập bởi bất cứ người nào, việc nhận thực người sử dụng để xác định xem thuê bao có được quyền truy cập mạng và thực hiện cuộc gọi hay không.

• Trung tâm nhận thực (AUC) là cơ sở dữ liệu lưu trữ các dữ liệu sau:

• + Số ngẫu nhiên (RAND);

số SRES được tính toán bởi AUC, thuê bao được nhận thực.

30

Trang 31

• 1.2.5 EIR (Equipment Identity Register):

• EIR là cơ sở dữ liệu chứa thông tin về các loại đầu cuối và các mã nhận dạng thiết bị đầu cuối di động (IMEI – International Mobile Equipment Identity) Mỗi IMEI là đơn nhất EIR kiểm tra việc nhận dạng thiết bị đầu cuối di động để ngăn chặn việc sử dụng máy lấy trộm hoặc máy không được phép sử dụng

• Các trạng thái của máy đầu cuối được lưu trữ trong thanh ghi EIR như sau:

• + White-listed: đầu cuối được phép để kết nối đến mạng.

• + Grey-listed: đầu cuối đang được theo dõi bởi mạng.

• + Black-listed: đầu cuối được thông báo bị mất trộm hoặc loại đầu cuối không được chấp nhận Đầu cuối không được phép kết nối đến mạng

31

Trang 32

• 1.3 Hệ thống con chuyển mạch dịch vụ GPRS (GSS – GPRS Switching

Subsystem): gồm có các phần tử sau:

• - SGSN (Serving GPRS Support Node): Là một nút chuyển mạch gói cho thuê bao di động sử dụng dịch vụ GPRS, gồm có các chức năng chính sau:

• + Định tuyến các gói dữ liệu đi từ MS và đến MS Ngoài ra, SGSN còn nhận

và thực hiện các yêu cầu tìm gọi MS từ MSC/VLR.

• + Quản lý lưu động: theo dõi trạng thái và vị trí hiện thời của từng thuê bao trong vùng phục vụ.

• + Mã hoá và nén dữ liệu.

• + Lưu số liệu cước.

• - GGSN (Gateway GPRS Support Node): là một nút chuyển mạch gói, gồm

có các chức năng chính sau:

• + Giao tiếp với mạng số liệu chuyển mạch gói bên ngoài.

• + Chức năng mỏ neo: do các giao thức trong mạng chuyển mạch gói không

hỗ trợ tính năng roaming của thuê bao di động nên GGSN có tác dụng như một mỏ neo khi thuê bao roaming từ SGSN này sang SGSN khác.

• + Quản lý phiên.

• + Lưu số liệu cước.

32

Trang 33

• 1.4 Hệ thống con khai thác và quản lý OMS–

Operation and mainternance Subsystem:

• OMS cung cấp chức năng điều khiển tập trung mạng GSM OMC có khả năng truy cập và giám sát đến cả 2 phần: phần chuyển mạch (thông qua MSC), phần vô tuyến BSS (thông qua BSC) OMC thực hiện các chức năng quản lý cấu hình, quản lý chất lượng mạng, xử lý các cảnh báo, các chức năng khai thác và bảo dưỡng mạng.

33

Trang 34

• 2 Một số khái niệm chung trong thông tin di động:

• 2.1 Tần số:

• Thuê bao di động MS thông tin với BTS bằng việc phát và thu các sóng vô tuyến, mà có chứa năng lượng điện từ Tần số của một sóng vô tuyến là số lần sóng dao động trong một giây Tần số được

đo bởi Hertz (Hz), trong đó 1 Hz biễu thị là 1 dao động trong 1 giây.

• 2.2 Bước sóng:

• Có nhiều loại sóng điện từ khác nhau Các sóng điện từ này có thể được mô tả bằng các hàm sin, mà hàm sin này được mô tả bởi bước sóng Bước sóng (λ) là chiều dài của một dao động hoàn chỉnh và được đo bằng mét (m) Tần số và bước sóng được liên hệ qua tốc độ truyền, mà đối với các sóng vô tuyến thì tốc độ truyền là tốc độ của ánh sáng (3x10 8 m/s).

• Bước sóng của một tần số có thể được xác định bằng công thức sau:

• Bước sóng = Tốc độ / Tần số

34

Trang 35

• 2.3 Độ rộng băng:

• Độ rộng băng là khái niệm được dùng để mô tả tổng dải tần số được cấp phát đến một ứng dụng

Độ rộng băng được cấp cho một ứng dụng phụ thuộc vào tổng phổ tần khả dụng Tổng độ rộng băng khả dụng là hệ số quan trọng để xác định dung lượng của hệ thống di động, chẳng hạn số cuộc gọi có thể được sử dụng.

• Đơn công (simplex)

• Chỉ thông tin một chiều

• Sóng vô tuyến FM, truyền hình

• Bán song công (half duplex)

• Hai chiều nhưng chỉ một chiều tại một thời điểm

• Sóng bộ đàm

• Song công đầy đủ (full duplex)

• Hai chiều cùng một lúc

• Các hệ thống di động

• Một kênh đơn công sử dụng một tần số đơn chỉ trên một đơn hướng Một kênh song công được

sử dụng trong quá trình một cuộc gọi di động, sử dụng hai tần số: một tần số tần số đến MS và một tần số từ MS Hướng từ MS đến mạng được gọi là đường lên (uplink) Hướng từ mạng đến

MS được gọi là đường xuống (downlink).

35

Trang 36

36

Đường xuống (downlink) và đường lên (uplink) trên một kênh vô tuyến

Trang 37

• 2.5 Khoảng cách song công (Duplex Distance):

• Việc sử dụng song công đòi hỏi đường lên và đường xuống phải cách ly tần số bởi khoảng cách tần số tối thiểu , được gọi khoảng cách song công Không có khoảng cách ly tần số này, các tần số đường lên và đường xuống sẽ gây nhiễu lẫn nhau.

Khoảng cách song công trong GSM900

• 2.6 Cách ly sóng mang (hay còn được gọi là độ rộng băng sóng mang):

• Ngoài khoảng cách song công, mỗi hệ thống di động có một khoảng cách ly sóng mang Đây là khoảng cách trên băng tần giữa các kênh được phát trong cùng một hướng Điều này được đòi hỏi để tránh chồng lấn thông tin của kênh này lên trên kênh lân cận

• Chiều dài cách ly giữa hai kênh phụ thuộc vào lượng thông tin được phát trong kênh

Lượng thông tin phát càng lớn, chiều dài cách ly sẽ được yêu cầu lớn hơn.

Cách ly tần số sóng mang

37

Trang 38

• 2.7 Dung lượng và sử dụng lại tần số:

• Dung lượng của một cell phụ thuộc vào số tần số trong cell đó Mỗi nhà khai thác hoạt động được phân bổ một số tần số nhất định Các tần số này được cấp phát cho tất cả các cell trong mạng Phụ thuộc vào tải lưu lượng và số tần số khả dụng, một cell có thể có một hay nhiều tần số được cấp phát cho nó.

• Khi cấp phát các tần số cần lưu ý để tránh gây nhiễu Một số yếu tố

có thể gây ra nhiễu Trong đó yếu tố chung nhất là việc sử dụng các tần số giống nhau cho các cell gần nhau Nhiễu càng cao thì chất lượng cuộc gọi càng thấp.

• Để phủ sóng cho toàn bộ một khu vực rộng lớn, các tần số phải được sử dụng lại nhiều lần tại các khu vực địa lý khác nhau để đảm bảo cung cấp đầy đủ dung lượng yêu cầu Các tần số giống nhau

có thể không dược sử dụng lại trong các cell lân cận vì chúng sẽ gây nhiễu lẫn nhau Các mẫu tần số sử dụng được xác định trong quá trình quy hoạch mạng.

38

Trang 39

39

Các mẫu sử dụng lại tần số này đảm bảo tần số nào đó được

sử dụng lại sẽ được cấp phát tại các khoảng cách đủ cách ly để đảm bảo nhiễu là thấp nhất Khái niệm “sử dụng lại tần số” được

sử dụng để mô tả khoảng cách giữa hai tần số giống nhau trong một mẫu sử dụng lại tần số Khoảng cách sử dụng lại tần số càng thấp thì dung lượng sử dụng càng lớn trong mạng.

Trang 40

• Kỹ thuật điều chế được sử dụng trong GSM là GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) GMSK cho phép phát với tốc độ 270 kbit/s trong một kênh 200 kHz.

40

Tiêu đề	Tổng Quan Về Mạng Di Động GSM 2G
Trường học	Trung Tâm Hạ Tầng Mạng Miền Trung

Định dạng
Số trang	91
Dung lượng	1,34 MB