Mạng thông tin di động GSM

Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ, chuyên ngành tin học Mạng thông tin di động GSM

Hệ thống thông tin di động từ lâu đã là một khao khát lớn lao của con ngời Khao khát này chỉ có thể trở thành hiện thực ngay sau khi kỹ thuật thông tin bằng sóng vô tuyến ra đời vào cuối thế kỷ 19 Tuy nhiên việc đa hệ thống thông tin vào phục vụ công cộng chỉ đợc thực hiện sau chiến tranh thế giới lần thứ hai Do sự phát triển của công nghệ điện tử cùng với nhu cầu đòi hỏi của con ngời ngày càng tăng cao, mạng thông tin di động ngày càng đợc phổ biến và độ tin cậy ngày càng cao.

Mạng viễn thông tổ ong là một trong các ứng dụng của kỹ thuật viễn thông có nhu cầu lớn nhất và phát triển nhanh nhất Ngày nay nó đợc ứng dụng rất rộng rãi, chiếm số phần trăm lớn và không ngừng tăng trong toàn bộ các thuê bao trên thế giới Trong tơng lai lâu dài các hệ thống tổ ong sử dụng kỹ thuật số đầy triển vọng sẽ trở thành phơng thức thông tin vạn năng.

Thông tin di động đợc sử dụng đầu tiên cho nghiệp vụ cảnh sát từ những năm 20, qua các thế hệ và nó đợc phát triển rất mạnh trong giai đoạn hiện nay.

Quá trình phát triển của mạng thông tin di động nh sau:

• Thế hệ thứ nhất: Sau năm 1946 Khả năng phục vụ nhỏ, giá cả đắt chất lợng không cao (thế hệ này là thông tin di động tơng tự FDMA, đặc trng là: NMT, AMPS).

• Thế hệ thứ hai: Là thông tin di động số (1970 - 1979) Cùng với sự phát triển của MicroProcessor đã mở cửa cho việc thực hiện một hệ thống phức tạp hơn Nhng

về vùng phủ sóng của anten phát của các trạm di động còn bị hạn chế, do đó hệ thống đợc chia thành các trạm phát và có thể dùng nhiều trạm thu cho một trạm phát.

• Thế hệ thứ ba: Là mạng tổ ong tơng tự (1979 - 1990) một trong các ứng dụng viễn thông có nhu cầu lớn nhất và phát triển nhanh nhất Các trạm thu phát đợc đặt theo hình tổ ong, mỗi ô là một cell(Cell- dùng để chỉ vùng diện tích quản lý, trên sơ đồ địa lý quy hoạch mạng, cell có hình dạng một ô tổ ong hình lục giác, trong một cell có một đài vô tuyến gốc BTS) Mạng này cho phép sử dụng lại tần số, cho phép chuyển giao giữa các vùng trong cuộc gọi.

• Thế hệ thứ t: Là thế hệ dựa trên kỹ thuật truyền dẫn số

* GSM (Groupe Special Mobile hay Global System for Mobile Communication - Nhóm đặc trách di động hay hệ thống thông tin di động toàn cầu) với tiêu chuẩn viễn thông tổ ong số toàn Châu Âu mới, sẽ giải quyết sự hạn chế dung lợng nh hiện nay Hệ thống này đợc đa vào hoạt động ở Châu Âu năm 1982.

∗ DCS (Digital Cellular System) dựa trên mạng GSM sử dụng tần số 1800 MHz.

∗ CDMA (Code Division Multiple Access) sẽ đợc đa vào hoạt động trong tơng lai.

3

Ngày nay, hầu hết tất cả các nớc Châu Âu đều có một hoặc nhiều mạng tổ ong.Tất cả những hệ thống tế bào này đều dựa trên việc truyền âm tơng tự bằng điều tần Họ thờng dùng băng tần xung quanh tần số 450 MHz hoặc 900 MHz, vùng phủ thờng là vùng rộng với số lợng thuê bao lên đến hàng trăm ngàn.

1.2 Mạng thông tin di động số GSM

Từ năm 1980 sau khi hệ thống NMT( Norie Mobile Telephone - Điện thoại di động Bắc Âu)đã đợc đa vào hoạt động một cách thành công, thì nó cũng biểu hiện một số hạn chế sau đây:

Thứ nhất: Do yêu cầu về dịch vụ di động quá lớn so với con số mong muốn của các

• Về mặt kỹ thuật: Một số mục đích của hệ thống sáng tỏ một trong những mục đích ấy là hệ thống cần cho phép chuyển vùng tự do với các thuê bao trong Châu Âu, có nghĩa là một thuê bao của các nớc này có thể thâm nhập sang một mạng

của các nớc khác khi di chuyển qua biên giới Trạm di động GSM - MS (Mobile Station) phải tạo cho ngời dùng gọi hoặc bị gọi đợc trong vùng phủ sóng Quốc tế.

• Các chỉ tiêu phục vụ:

Hệ thống đợc thiết kế sao cho MS có thể đợc dùng trong tất cả các nớc có mạng.Cùng với phục vụ thoại hệ thống phải cho phép sự linh hoạt lớn nhất cho các loại dịch vụ khác liên quan đến mạng liên kết số liệu đa dịch vụ ISDN(Intergrated Services Digital Netword).

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

• Về chất lợng phục vụ an toàn và bảo mật:

- Chất lợng của tiếng thoại trong GSM phải ít nhất có chất lợng các hệ thống di động tơng tự trớc đó trong điều kiện thực tế.

- Hệ thống có khả năng mật mã hóa thông tin ngời dùng mà không ảnh hởng gì đến hệ thống, cũng nh không ảnh hởng đến thuê bao khác không dùng đến khả năng này.

• Về mặt sử dụng tần số:

- Hệ thống cho phép khả năng sử dụng dải tần đạt hiệu quả cao để có thể phục vụ ở cả vùng thành thị lẫn vùng nông thôn cũng nh các dịch vụ phát triển Dải tần số hoạt động 800 ữ 960 MHz

- Hệ thống GSM 900 phải có thể cùng tồn tại với các hệ thống dùng 900 MHz ớc đây.

tr-• Về mạng:

- Kế hoạch nhận dạng dựa trên khuyến nghị của CCITT (Comite Consultatif International de Telegraphique et Telephonique).

- Kế hoạch đánh số dựa trên khuyến nghị của CCITT.

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

5

- Trung tâm chuyển mạch và các thanh ghi định vị phải dùng hệ thống báo hiệu đã đợc tiêu chuẩn hóa Quốc tế.

1.3 Hệ thống tổ ong GSM (GSM Cellular System)

Mạng thông tin di động là mạng không dây, các thuê bao là di động do đó có hai vấn đề đợc đặt ra là:

∗ Quản lý di động ( MM - Mobile Managment).

∗ Quản lý tiềm năng vô tuyến (RM - Radio Resouce Managment ).

Việc quản lý di động đợc tổ chức theo mạng PLMN(Public Land Mobile Netword - Mạng di động công cộng mặt đất) Nói một cách tổng quát thì PLMN hợp tác với các mạng cố định để thiết lập cuộc gọi, PLMN cung cấp cho các thuê bao (ngời dùng) khả năng truy cập vào mạng thông tin toàn cầu từ MS đến MS, vì MS di động không hạn chế cho nên điểm truy cập thay đổi buộc PLMN phải quản trị di động vì đ-ờng truyền dẫn biến đổi ngẫu nhiên, nên PLMN phải quản trị vô tuyến Tuy nhiên, PLMN chia thành nhiều ô vô tuyến nhỏ có bán kính từ 350m đến 35km, kích thớc trên phụ thuộc vào cấu hình và lu lợng thông tin Mỗi ô vô tuyến tơng ứng với một trạm thu phát cơ sở( BTS - Base Tranceiver Station) tùy theo cấu tạo của anten, ta có hai loại BTS :

+ BTS Omnidirectional với anten vô hớng, nó bức xạ ra ngoài không gian với góc định hớng là 3600.

+ BTS Sector với hai hoặc ba anten định hớng 1800 hoặc 1200 các ô vô tuyến này đợc sắp xếp theo dạng tổ ong( hình vẽ I.1) vì nó dựa vào các lý do sau:

2

3

Các loại Phađinh xảy ra do gặp chớng ngại vật trên đờng truyền hoặc trễ đờng truyền Tuy nhiên, phađinh vẫn tồn tại dù đã điều chỉnh công suất phát, cờng độ tín hiệu có chỗ giảm mạnh đợc gọi là chỗ trũng phađinh Ta đã biết độ nhạy máy thu là giá trị cực tiểu của tín hiệu đầu vào đảm bảo một đầu ra đảm bảo một hiệu ra quy định Nếu muốn có đờng truyền dẫn không bị gián đoạn bởi phađinh thì việc thiết kế hệ thống di động phải có dự trữ phađinh, nghĩa là giá trị trung bình chung phải lớn hơn độ nhạy máy thu một lợng bằng chỗ trũng phađinh sâu nhất.

Độ nhạy máy thu là mức tín hiệu vào yếu nhất cần thiết cho một tín hiệu ra quy định Khi quy hoạch hệ thống để chống lại phađinh thì giá trị trung bình chung đợc

7

lấy hơn độ nhạy máy thu lợng YdB bằng chỗ trũng phađinh mạnh nhất YdB đợc gọi là dự trữ phađinh.

Dự trữ Phađinh

Hình I.2: Tín hiệu thu được vẫn bị phađinh.

CU45 MHz

CU: Control Unit

1.4 Các loại đặc tính và phục vụ của GSM

1.4.1 Các loại đặc tính của thông tin di động số GSM

Từ các khuyến nghị của GSM ta có thể tổng hợp nên các đặc tính chủ yếu sau:- Nhờ sử dụng tần số tốt hơn và kỹ thuật ô nhỏ, dung lợng tăng lên 2 ữ 3 lần

giúp tăng số thuê bao phục vụ cả trong thông tin thoại và số liệu.

- Sự tơng thích của các dịch vụ trong GSM với các dịch vụ của mạng có sẵn(PSTN),(ISDN) bởi các giao diện theo tiêu chuẩn chung.

- Tự động định vị và cập nhật vị trí cho mọi thuê bao di động.- Các máy di động nhỏ hơn với công suất tiêu thụ ít hơn.- Tính bảo mật cho thuê bao.

- Do linh hoạt cao nhờ sử dụng các đầu cuối thông tin di động khác nhau nhmáy xách tay, cầm tay, đặt trên ô tô …

- Sử dụng băng tần ở 900 MHz với hiệu quả cao nhờ sự kết hợp giữa TDMA( Time Division Multilpe Access) và FDMA ( Frequency Division Multiple Access).

- Giải quyết sự hạn chế dung lợng nhờ việc sử dụng tần số tốt hơn Hiện nay ngời ta phân loại cùng các đặc tính của thông tin di động mặt đất.

∗ Các loại và đặc tính của thông tin di động mặt đất:

Thông tin di động mặt đất thờng đợc phân nhóm thành hệ thống công cộng và dùng riêng Hệ thống công cộng có nghĩa là hệ thống thông tin có thể truy nhập tới mạng điện thoại chuyển mạch công cộng( PSTL - Public Switched Telephone Network) có điện thoại xe cộ, điện thoại không dây, chuông bỏ túi Trong hệ thống…dùng riêng cả hai loại hệ thống.

Hệ thống thứ nhất là: Hệ thống dịch vụ công cộng, chẳng hạn nh cảnh sát, cứu hỏa cấp cứu điện lực và giao thông.

9

Hệ thống thứ hai là: Dùng cho các cá nhân hay công ty ở đây, ngoài dịch vụ kinh doanh dịch vụ sóng vô tuyến dành riêng còn có hệ thống MCA hệ thống kinh tế truy nhập đa kênh, sử dụng các kênh vô tuyến trong thông tin vô tuyến nội bộ công ty và cá nhân Chẳng hạn, nh máy bộ đàm vô tuyến nghiệp d Ngoài những dịch vụ kể…trên còn có dịch vụ thông tin di động mặt đất khác mới xuất hiện nh chuông bỏ túi có màu hiện hình, đầu cuối xa.

1.4.2 Các dịch vụ GSM đã đợc tiêu chuẩn hóa

Các dịch vụ điện thoại phụ đợc đảm bảo bởi hệ thống CME 20 cho GSM:- Chuyển hớng cuộc gọi vô điều kiện.

- Chuyển hớng cuộc gọi khi thuê bao di động bận.- Chuyển hớng cuộc gọi khi không trả lời.

- Chuyển hớng cuộc gọi khi không đến đợc MS.- Chuyển hớng cuộc gọi khi ứ nghẽn vô tuyến.- Cấm tất cả các cuộc gọi ra.

- Cấm tất cả các cuộc gọi ra quốc tế.

- Cấm tất cả các cuộc gọi ra quốc tế trừ các cuộc gọi đến nớc có PLMN thờng trú.- Cấm tất cả các cuộc gọi đến.

- Cấm tất cả các cuộc gọi đến khi lu động ở ngoài nớc có PLMN thờng trú.- Chuyển vùng gọi quốc tế.

- Giữ cuộc gọi.- Nhắn tin ngắn.- Đợi gọi.

- Hộp th thoại.

- Chuyển giao cuộc gọi.

- Hoàn thành các cuộc gọi đến thuê bao bận.- Nhóm ngời sử dụng khép kín.

- Dịch vụ ba phía.- Thông báo cớc phí.

- Dịch vụ điện thoại không trả cớc.- Nhận dạng số chủ gọi.

- Hạn chế việc đa ra nhận dạng số thoại đợc nối.- Báo hiệu ngời sử dụng tới ngời sử dụng.

∗ Các dịch vụ số liệu.

- Truyền dẫn số liệu.- Dịch vụ thông báo ngắn.- Phát quảng bá trong ô.- Dịch vụ hộp th thoại.

1.5 Kết luận

ở chơng này chủ yếu nghiên cứu về lịch sử dịch vụ thông tin di động và các đặc tính cũng nh các tính năng của mạng thông tin di động số GSM Bên cạnh đó cũng tìm hiểu về hệ thống tổ ong GSM đang đợc sử dụng rộng rãi

11

Chơng 2

cấu trúc và các thành phần mạng GSm2.1 Cấu trúc mạng GSM

Theo khuyến nghị của GSM cấu trúc chung của một mạng thông tin di động số có dạng nh sau:

OSSVLR

Các ký hiệu:

- SS : Hệ thống chuyển mạch.- AUC: Trung tâm nhận thực.- VLR: Bộ ghi định vị tạm trú.- HLR: Bộ ghi định vị thờng trú.- EIR: Thanh ghi nhận dạng thiết bị.

- MSC: Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động( gọi tắt: tổng đài vô tuyến)- BSS: Hệ thống con trạm gốc truyền dẫn tin tức.

- BTS: Đài vô tuyến gốc kết nối cuộc gọi.- MS: Máy di động.

2.2 Cấu trúc các hệ thống con

2.2.1 Hệ thống con chuyển mạch (SS)

Hệ thống con chuyển mạch SS của CME20 trên cơ sở công nghệ cho phép độ linh hoạt cao, giá thành hạ nhờ cấu trúc Module AXE SS của CME20 hỗ trợ các giao tiếp ứng dụng của tiêu chuẩn GSM Bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM nh các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao, chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những ngời sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác.

Đặc tính và chức năng của từng khối ở SS:

13

• MSC ( Mobile Services Switching Center - Tổng đài di động)

ở SS chức năng chuyển mạch chính đợc MSC thực hiện, nhiệm vụ chính của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những ngời sử dụng trong mạng GSM Một mặt MSC giao tiếp với hệ thống con BSS mặt khác giao tiếp với mạng ngoài MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài đợc gọi là MSC cổng(GMSC- Gateway Mobile Services Switching Center ).

Trong thực tế MSC là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc (BSC).

• HLR ( Home Location Register - Bộ đăng ký định vị thờng trú).

HLR là cơ sở dữ liệu trọng tâm quan trọng nhất của hệ thống GSM, ở đó lu giữ mọi thông tin về thuê bao liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông HLR thờng là một máy tính đứng riêng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao nhng không có khả năng chuyển mạch Một chức năng nữa của HLR là nhận dạng thông tin do AUC cung cấp.

• VLR ( Visitor Location Register - Bộ đăng ký định vị tạm trú).

VLR là một cơ sở dữ liệu đợc nối với một hay nhiều MSC lu giữ tạm thời dữ liệu thuê bao về vị trí hiện thời của MS đang thuộc vào vùng phục vụ MSC nào, mọi MSC có một VLR và VLR đợc kết hợp trong phần cứng của MSC VLR có thể coi nh một HLR phân bố VLR chứa thông tin chính xác hơn về vị trí của MS ở vùng MSC Tr-ờng hợp MS lu động và vùng MSC mới, VLR liên kết với MSC lấy số liệu về MS này từ HLR và thông báo cho HLR vị trí của MS Sau đó VLR có thể thiết lập cuộc gọi cho MS mà không cần đến HLR Các chức năng của VLR thờng đợc liên kết với chức năng MSC

• MSC C ổng ( GMSC)

Tổng đài cổng MSC có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiện thời( MSC tạm trú) Do

vậy trớc hết tổng đài cổng phải dựa trên số thoại danh bạ của thuê bao để tìm đúng HLR cần thiết Tổng đài cổng có một giao diện với các mạng bên ngoài thông qua giao diện của nó nhiệm vụ cổng để kết nối với mạng bên ngoài Ngoài ra tổng đài này cũng có giao diện số 7(CCSN7) để có thể tơng tác với các phần tử khác của SS.

• CCSN7 ( Báo hiệu số 7)

Phụ thuộc vào quy định của từng nớc, một hãng khai thác GSM có thể có mạng báo hiệu số 7 riêng hay chung.

• ( Equipment Identity Register - Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị)EIR

EIR bảo vệ mạng PLMN khỏi bị sự thâm nhập của các thuê bao trái phép bằng cách so sánh số IMEI của thuê bao này gửi tới khi thiết lập thông tin với số IMEI lu giữ trong EIR Nếu không tơng ứng thuê bao sẽ không thể truy nhập vào mạng đợc EIR kiểm tra tính hợp pháp của ME thông qua số nhận dạng IMEI, ME phụ thuộc vào 1 trong 3 danh sách sau đây:

- Danh sách trắng (White list)

ME đợc quyền truy nhập và sử dụng dịch vụ đăng ký.- Danh sách xám (Gray list)

Nghi vấn kiểm tra - Danh sách đen (Black list)

Cấm không đợc truy nhập vào mạng.

• AUC ( Authencation Center - Trung tâm nhận thực).

AUC là một bộ phận trong phần cứng của HLR, AUC có nhiều biện pháp an toàn khác nhau để tránh sự sử dụng trái phép, cho phép bám và ghi lại cuộc gọi Đờng vô tuyến cũng đợc AUC cung cấp mã bảo mật chống lại sự nghe trộm, mã này đợc thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao Cơ sở dữ liệu của AUC còn ghi nhiều thông tin quan trọng khác về thuê bao và phải đợc bảo vệ chống lại mọi sự thâm nhập trái phép Sử dụng bộ mã khóa để nhận thực quyền sử dụng và dịch vụ của thuê bao, bộ ba(Triples) bao gồm:

15

+ RAND (Random Number): Số ngẫu nhiên.+ SRES ( Signed Response): Mật khẩu.+ KC ( Ciphering key): Số mã khóa.

+ KI ( Subcriber Authentication key): Khóa nhận thực thuê bao.

2.2.2 Hệ thống con trạm gốc (BSS)

Ký hiệu:

RBS: Trạm vô tuyến gốc BSC: Đài điều khiển trạm gốc

BSS cũng điều khiển các mức công suất ở trạm điều khiển cũng nh trạm di động BSS chứa một trạm điều khiển gốc BSC(Base Stution Controller) và một hay nhiều trạm thu phát

Giao tiếp AGiao tiếp A

Hình I.5: Cấu trúc hệ thống trạm gốc BSS.

gốc BTS ( Base Tranferver Station) Khoảng cách giữa hai trạm BSC và BTS nhỏ hơn 10m thì các kênh thông tin có thể nối trực tiếp (chế độ Combine), nếu khoảng cách này lớn hơn thì thông tin truyền giữa BTS và BSC phải thông qua một giao diện Abis (chế độ Remote), một BSC có thể quản lý nhiều BTS theo các cấu hình sau đây:

• Cấu hình đẳng hớng hình sao (Star Omnidirectional Configuration)

Đây là cấu hình BSC điều khiển một số BTS đặt ở xa và dùng anten đẳng hớng Cấu hình này đợc sử dụng cho vùng có mật độ thấp.(hình I.6)

• Cấu hình MultiDrop Loop.

Một số BTS có thể đợc nối với nhau, đồng bộ 2 hoặc 3 BTS là có thể đợc nếu nh chúng đặt cách nhau không quá 100m Cấu hình này cũng đợc sử dụng cho vùng có mật độ, lu lợng thấp và cho một số giới hạn các BTS Cấu hình này hơi d thừa về đờng truyền, tuy nhiên trong trờng hợp đờng nối bị hỏng thì đờng lu thông có thể định tuyến ngợc lại( hình I.7)

Hình I.6: Cấu hình đẳng hướng hình sao.

MultiDrop Loop

Hình I.7: Cấu hình MultiDrop Loop.

• Cấu hình phân nhỏ hình sao (Star Sectorised Configuration)

Các BTS đặt kiểu định hớng đợc nối với một BSC, cấu hình này cho phép phục vụ vùng có mật độ cao(hình I.8).

a Chức năng và đặc tính của BSC

Bộ điều khiển trạm gốc (BSC) ở CME20 đợc thực hiện theo công nghệ AYE điều này làm cho BSC thích hợp và linh hoạt, thích hợp với toàn bộ giải dung lợng từ các ứng dụng nông thôn nhỏ đến thành phố lớn Khi BSC đủ mạnh điều khiển số lợng lớn RBS(đến 256 ô) nên nó quản lý hiệu quả các tiềm năng vô tuyến BSC ở CME20 đợc ổn định các chức năng trách nhiệm chính.

∗ Chức năng của BSC.

BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa BTS và MS Các lệnh này chủ yếu là các lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao Một phía của BSC đợc nối với BTS còn phía kia đợc nối với MSC của SS Trong thực tế BSC là một tổng đài nhỏ với vai trò chủ yếu là quản lý các

BTS BTS BTSBSC

Hình I.8: Cấu hình phân nhỏ hình sao.

kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao Một BSC trung bình có thể quản lý tới vài chục BTS phụ thuộc vào lu lợng của các BTS.

- Quản lý mạng vô tuyến: Mạng vô tuyến luôn luôn bị sức ép nặng nề về lu

l-ợng cũng nh tốc độ do việc thuê bao ngày càng tăng, nên đòi hỏi phải tổ chức lại cấu hình để quản lý ngày càng tăng, cũng nh các thống kê khác nhau đợc thu thập ở BSC thì các phép đo là số lợng của các cuộc gọi bị mất các chuyển giao thành công và thất bại, lu lợng của một ô, môi trờng vô tuyến Các chức…năng này theo giải đặc biệt để theo dõi các sự kiện đợc sử dụng để phát hiện các sự cố của mạng vô tuyến.

- Quản lý trạm vô tuyến: BSC quản lý các tiềm năng vô tuyến của RBS và điều

khiển chất lợng RBS bằng cách kiểm tra phần mềm và phần đầu P vòng ở đờng tiến.

- Điều khiển nối thông máy di động: Thiết lập, nối thông, chuyển giao và giải

phóng các cầu nối.

- Quản lý mạng truyền dẫn: BSC lập cấu hình, dành và giám sát các mạch

64Kbit/s đến các trạm vô tuyến gốc, nó cũng điều khiển trực tiếp một chuyển mạch ở xa nằm trong RBS để sử dụng hiệu quả các mạch 64Kbit/s BSC chịu trách nhiệm giám sát các mạch đến MSC và ra lệnh chặn các mạch bị sự cố.- Tập trung lu lợng: BSC cũng có thể tự cân đối, phân bố của các tải giữa các ô

của mình.

∗ Đặc tính của BSC.

Cấu hình của BSC cực đại phục vụ tới 512 máy thu ở 256 ô tơng đơng với 100.000 thuê bao Một BSC với 30 TRX(Transceiver - máy thu phát là kích thớc tối thiểu phù hợp đặt vào 3 tủ máy).

b Chức năng và đặc tính của BTS

Một BTS bao gồm các thiết bị thu, phát, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU(Transcoder and Rate

19

Adaptation Unit) TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hóa và giải mã tiếng đặc thù cho GSM đợc tiến hành.

- Mã hóa và ghép kênh (ghép kênh ở cờng độ vô tuyến, mã hóa và ghép xen kênh, mật mã, giải mã).

- Điều khiển hệ thống con vô tuyến(đo chất lợng, đo đồng bộ thời gian, điều khiển công suất của TRS và MS, phát, thu, sự cố đờng truyền vô tuyến).

- Điều khiển TRX(LAPD, báo cáo lỗi, sự cố lỗi thông, chuẩn tần số, số khung).- Khởi động hệ thống và nạp phần mềm(khởi động hệ thống, khởi động lại).- Lập cấu hình (phát vô tuyến, thu vô tuyến, điều khiển vô tuyến, kết hợp kênh

- Giá thành của chu kỳ tuổi thọ: việc giảm giá thành của chu kỳ tuổi thọ đạt đợc nhờ sự kết hợp của giải pháp hệ thống với giám sát tự động, tính modul, tính dự phòng và tính tin cậy cao.

- Loa và Micro có thể lắp bổ sung khi không nhấc máy ∗Công suất - chế độ sử dụng:

21Tổ hợp

nghe nói

Phần thao tác

- Trạm di động MS của GSM đợc phân ra thành 5 loại với công suất đỉnh danh định nh sau:

+ Loại lắp trên xe: Loại này có anten lắp ngoài vỏ xe.

+ Loại xách tay: Loại này anten không gắn với phần thiết bị cha kết cuối di động (Mobile Tepmination) loại này có thể thực hiện tất cả các mức công suất cần thiết trong hệ thống.

+ Các máy cầm tay: Anten có thể gắn với phần thiết bị chứa kết cuối di động, loại này có thể lắp trên ô tô với một bộ giao tiếp ở ô tô Giao tiếp này cho phép nạp ắc quy và nối ghép với anten lắp bên ngoài.

Trạm di động là thiết bị duy nhất mà ngời sử dụng có thể thờng xuyên nhận thấy của hệ thống MS có thể là thiết bị đặt trong ô tô, thiết bị xách tay hoặc thiết bị cầm tay Loại thiết bị nhỏ cầm tay là phổ biến nhất có thể kết nối với máy tính cá nhân, máy fax…

Cấu trúc của MS : MS = ME + SIM

• Thiết bị di động ME:

ME ( Mobile Equipment) đợc phân bố bằng IMEI.IMEI = TAC + FAC + SNR + SPTAC: Terminal Approval Code

FAC: Finally Assmbly Code

SNR: Serial Number SP : Spare bit

Thiết bị di động là phần cứng đợc thuê bao sử dụng để truy nhập vào mạng nh máy điện thoại, máy fax, máy tính Mỗi phần cứng l… u giữa một số nhận dạng IMEI (International Mobile Equipment Identity) duy nhất cho phép phát hiện ra thiết bị di động khi bị đánh cắp

ME thực hiện một số chức năng sau đây:

- Kết cuối truyền dẫn vô tuyến.- Quản lý kênh truyền dẫn vô tuyến.

- Cung cấp giao tiếp ngời - máy cho ngời sử dụng.- Mã hóa/giải mã thoại.

- Bảo vệ, chống lỗi cho tất cả các thông tin đợc gửi qua đờng vô tuyến.- Điều khiển và sắp xếp báo hiệu của ngời sử dụng đến từ PLMN.

- Điều khiển số liệu ngời sử dụng và sắp xếp điều khiển luồng cho các dịch vụ số liệu dị bộ xuyên suốt.

- Thích ứng giữa tốc độ kênh vô tuyến và tốc độ ngời sử dụng.- Hỗ trợ đầu cuối.

- Quản lý di động.

• Khối nhận dạng thuê bao(SIM - Subscriber Identity Module):

SIM là một card thông minh đợc chế tạo theo tiêu chuẩn ISO chứa các thông tin liên quan đến thuê bao và bảo mật Khi không có SIM thì MS không thể thâm nhập đ-ợc vào mạng trừ trờng hợp cuộc gọi khẩn cấp đợc mạng cho phép Một số định nghĩa về SIM :

∗ SIM card IC là một modul có một giao tiếp với bên ngoài theo tiêu chuẩn ISO về card IC SIM có thể là một bộ phận của card đa dịch vụ, trong đó viễn thông di động GSM là một trong các ứng dụng.

23

∗ SIM dạng cắm, một modul riêng hoàn toàn đợc tiêu chuẩn hóa trong hệ thống GSM, nó đợc dự định lắp bán cố định ở ME.

∗ ME di động không có SIM.

∗ Khai thác mạng GSM là khai thác khi thiết lập hoạt động xóa một cuộc gọi ở ME, SIM đảm bảo các chức năng sau khi nó nằm trong khai thác mạng GSM.+ Lu giữ thông tin bảo mật liên quan đến thuê bao thực hiện cơ chế nhận thực, tạo khóa mật mã.

+ Khai thác quản lý PIN ngời sử dụng.+ Quản lý thông tin liên quan đến thuê bao.

∗ Quản lý PIN (Personal Identification Number - Số nhận dạng cá nhân): SIM phải có khả năng xử lý một số nhận dạng cá thể quyết định có sử dụng chức năng PIN bằng một chức năng cấm PIN - SIMME Chức năng này có thể bị chặn khi đăng ký thuê bao PIN sai nhiều lần làm chặn SIM cả khi rút SIM ra hay tắt MS.

∗ Chặn giải tỏa SIM: Khóa giải tỏa chặn có nhận là số có 8 chữ số Nếu đa liên tiếp 10 lần chữ sai vào, SIM bị chặn ngay cả khi rút SIM ra hay tắt MS

∗ Trong SIM lu giữ một số thông tin sau đây:

- Số sêri: là số đơn trị xác định SIM và chứa thông tin về nhà sản xuất, hệ điều hành.- Trạng thái SIM ( chặn hay không chặn).

- Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế IMSI.

- Khóa nhận thực: mục đích của việc nhận thực là bảo vệ mạng chống lại việc sử dụng trái phép.

- Khóa mật mã: khóa đợc tính khi diễn ra thủ tục nhận thực rồi đợc lu giữ ở MS và BTS để mật mã/giải mật mã luồng bít trên kênh vô tuyến.

- Số trình tự khóa mật mã CKSN: đợc MSC/VLR cung cấp dùng để kiểm tra xem có sự mâu thuẫn giữa khóa mật mã ở MS và khóa mật mã ở thiết bị mạng hay không.

- Số nhận dạng thuê bao di động tạm thời IMSI: đợc MSC/VLR tạo lập và cung cấp cho mỗi IMSI khi một thuê bao di động yêu cầu mọi thủ tục để đảm bảo an toàn do không phải giữ lại IMSI trên đờng truyền.

- Loại điều khiển thâm nhập thuê bao: cho biết khả năng thâm nhập vào mạng của MS khi mạng bị quá tải.

- Mã số nhận dạng cá nhân PIN: ban đầu đợc nạp ở thời điểm đăng ký, sau đó ngời sử dụng có thể thay đổi tùy ý để đảm bảo quyền sở hữu Khi PIN bị đa vào sai 3 lần liên tiếp thì SIM sẽ bị chặn.

- Số nhận dạng vùng định vị LAI: nhận dạng vùng định vị hiện thời của thuê bao.- Số thuê bao di động MSISDN: bao gồm mã vùng, mã quốc gia và số máy thuê bao.

• Tính năng máy di động(MS):

MS có 2 tính năng, tính năng bắt buộc và tính năng tùy chọn Tính năng bắt buộc phải đợc thực hiện chức năng chúng còn là tính năng của MS Việc thực hiện các tính năng tùy chọn đợc dành cho ý muốn của nhà sản xuất Đối với mọi tính năng MS nh hiện nay và trong tơng lai, các nhà sản xuất phải có trách nhiệm đảm bảo cho các tính năng MS sẽ không gây mâu thuẫn với giao tiếp vô tuyến, cũng nh không gây nhiễu đến mạng và các MS khác hay bản thân MS của mình, để sử dụng các tính năng MS một cách đơn giản và thống nhất độc lập với kiểu MS mà hãng sản xuất MS cần có sự phối hợp điều khiển tập hợp các tính năng phù hợp do các nhà sản xuất cùng kết hợp lại với nhau.

- Các tính năng bắt buộc.- Hiển thị số bị gọi.

- Hiển thị các tín hiệu trong quá trình tiến hành cuộc gọi.- Chỉ thị quốc gia / mạng PLNM.

- Chọn quốc gia / mạng PLMN.- Chỉ thị nghiệp vụ.

- Các tính năng tùy chọn.

25

- Quản lý nhận dạng đăng ký thuê bao.- Chỉ thị thông báo ngắn.

- Gọi số thoại cố định.- Lặp lại số thoại.

- Khai thác không nhấc máy.- Cấm các cuộc gọi ra - Cấm sử dụng trái phép.- Chỉ thị chất lợng thu.

- Máy đo các đơn vị tính các cuộc gọi.- Máy di động nhiều ngời sử dụng(MNMS).

2.2.4 Hệ thống con khai thác và hỗ trợ (OSS)

OSS thực hiện 3 chức năng chính sau đây:

a Khai thác và bảo dỡng mạng

Khai thác là các hoạt động cho phép các nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng nh tải của hệ thống, mức độ chặn, số lợng chuyển giao(Handover) giữa hai ô…Nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát đợc toàn bộ chất lợng của dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời xử lý các sự cố ở hệ thống viễn thông hiện đại khai thác đợc thực hiện bằng máy tính và đợc tập trung ở một trạm.

Bảo dỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố hỏng hóc Nó có một số quan hệ với khai thác, các thiết bị hiện đại có thể tự phát hiện một sự cố hay dự báo sự cố thông qua tự kiểm tra các công việc trên có thể thực hiện tự động.

Hệ thống khai thác và bảo dỡng có thể đợc xây dựng trên nguyên lý TMN(Telecommunication Management Network) Lúc này một mặt hệ thống khai thác và bảo dỡng đợc nối đến các phần tử của mạng viễn thông, mặt khác hệ thống khai thác và bảo dỡng đợc nối đến một máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp ngời máy sử dụng phần mềm có khả năng xử lý mạnh, nhanh và chính xác Theo tiêu chuẩn của

GSM hệ thống này đợc gọi là OMC( Operation and Mainternance Center - Trung tâm khai thác và bảo dỡng).

b Quản lý thuê bao

Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao, có nhiệm vụ nhập và xóa thuê bao khỏi mạng, đăng ký thuê bao cũng khá phức tạp vì nó bao gồm nhiều dịch vụ và các tính năng bổ sung, nhà khai thác phải thâm nhập đợc các thông số nói trên Một nhiệm vụ quan trọng nữa của nhà khai thác là vấn đề tính cớc cuộc gọi, cớc phí phải đợc tính và gửi đến thuê bao Quản lý thuê bao ở mạng GSM chỉ liên quan đến HLR và một số thiết bị OSS riêng Chẳng hạn nối HLR với các giao tiếp ngời máy ở các trung tâm giao dịch với thuê bao SIM card cũng đóng vai trò nh một bộ phận của hệ thống quản lý thuê bao.

c Quản lý thiết bị di động

Đợc bộ đăng ký nhận dạng thiết bị (EIR) thực hiện EIR lu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm di động MS EIR đợc nối đến MSC qua đờng báo hiệu để kiểm tra sự đợc phép của thiết bị di động, một thiết bị không đợc sẽ bị cấm.

2.3 Cấu trúc địa lý mạng

Mạng thông tin di động là mạng không dây, các thuê bao là di động nên có hai vấn đề lớn đợc đặt ra là quản lý di động MM (Mobility Management ) và quản lý tiềm năng vô tuyến (Radio resource Management) Mọi mạng điện thoại đều cần một cấu trúc nhất định để định tuyến cho các cuộc gọi đến và đi tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi, ở một mạng di động cấu trúc này rất quan trọng do tính lu thông của các thuê bao trong mạng.

2.3.1 Tổng đài vô tuyến cổng ( Gateway - MSC)

Tổng đài vô tuyến cổng( Gateway - MSC) làm việc nh một tổng đài trung kế vào cho mạng GSM/PLMN Nó thực hiện chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi cho các cuộc gọi kết cuối di động, cho phép hệ thống định tuyến các cuộc gọi đến nơi nhận

cuối cùng của chúng là các trạm di động bị gọi Tất cả các cuộc gọi đến GSM/PLMN sẽ đợc định tuyến đến một hay nhiều GMSC.

2.3.2 Vùng phục vụ MSC/VLR

Vùng MSC là một bộ phận mạng của một MSC quản lý Để định tuyến cuộc gọi đến một thuê bao di động, đờng truyền qua mạng sẽ nối đến MSC ở vùng phục vụ mà thuê bao đang ở trong vùng phủ sóng Vùng phục vụ là một bộ phận của mạng đợc định nghĩa nh một vùng ở đó có thể đạt đến một trạm di động nhờ việc trạm này đợc ghi lại ở một bộ định vị tạm trú VLR, một vùng mạng GSM/PLMN đợc chia thành một hay nhiều vùng phục vụ MSC/VLR.

2.3.3 Vùng định vị (Location Area)

Vùng định vị là một phần cứng của vùng MSC/VLR, mỗi vùng phục vụ MSC/VLR đợc chia thành nhiều vùng định vị, mà ở đó trạm di động có thể tự do di chuyển không cần cập nhật thông tin về vị trí cho tổng đài MSC/VLR, vùng định vị có nhiệm vụ khi có thông báo tìm gọi nó sẽ phát quảng bá để tìm thuê bao di động bị gọi.

Vùng định vị có thể có một số ô và phụ thuộc vào một hay vài BSC nhng chỉ một MSC/VLR Vùng đợc nhận dạng bởi hệ thống bằng LAI (nhận dạng LAI và đợc hệ thống sử dụng tìm một thuê bao đang ở trạng thái hoạt động).

∗ Ô(Cell): Ô là một phần của vùng định vị, vùng định vị đợc chia thành nhiều ô, ô là một vùng bao phủ vô tuyến đợc nhận dạng bằng nhận dạng ô toàn cầu(CGI) Trạm di động tự nhận dạng ô bằng cách sử dụng mã nhận dạng trạm gốc vì mỗi ô là một BTS.

2.4 Kết luận

Chơng này chủ yếu nghiên cứu về cấu trúc mạng GSM Trong đó đã đi sâu nghiên cứu về các hệ thống con của mạng GSM, và tìm hiểu về cấu trúc hệ thống trạm gốc BSS cũng nh đa ra đợc một số cấu hình đang đợc sử dụng.

BTSD

3.2 Các chức năng thực hiện tại các giao diện

a Giao diện Um ( Giao diện vô tuyến - Air Interface)

Là giao diện quan trọng nhất trong thông tin di động dùng lớp giao thức truy nhập liên kết LAPDm thực hiện trao đổi thông tin: thiết lập cuộc gọi, cập nhật, chuyển giao …

b Giao diện Abis

Sử dụng lớp giao thức LAPD trao đổi thông tin điều khiển giữa BTS và BSC

Sử dụng lớp giao thức MAP/ISUP, trao đổi thông tin giữa các MSC với nhau.

h Giao diện F.

Sử dụng giao thức MAP, trao đổi thông tin giữa EIR ↔ MSC, kiểm tra thiết bị.

3.3 Kết luận

Chơng này chủ yếu tìm hiểu vế giao diện trong mạng trong đó có phân bố về giao

diện và các chức năng để có thể thực hiện tại các giao diện nh giao diện Um, giao diện Abis , giao diện A…

Chơng 4

Giao tiếp vô tuyến - Giao tiếp vô tuyến số

Giao tiếp vô tuyến là tên chung của đầu nối giữa MS và BTS, giao tiếp sử dụng khái niệm TDMA với một khung TDMA cho một tần số sóng mang Mỗi khung gồm 8 khe thời gian( từ Ts0 đến Ts7 ) hớng từ BTS đến MS là đờng xuống và đờng lên.

4.1 Khái niệm về các kênh trên giao tiếp Vô tuyến

Mạng GSM đợc dành 124 sóng mang song công khoảng cách giữa 2 sóng mang ờng lên xuống là 45MHz, khoảng cách giữa 2 sóng mang cùng chiều là 200MHz.

đ-Đờng lên các sóng mang nằm ở dải tần (890 ữ 915)MHz.Đờng xuống các sóng mang nằm ở dải tần (935 ữ 960)MHz.

31

Mỗi sóng mang lại đợc chia thành các kênh vật lý theo kỹ thuật TDMA.

Có tất cả các kênh vật lý trên một sóng mang mỗi kênh ứng với 1 khe thời gian ợc đánh số từ Ts0 đến Ts7.

ở Việt Nam, GSM sử dụng băng tần đờng lên 890,2 ữ 898,4 MHz và đờng xuống 935,2 ữ 934,4 MHz Mỗi tần số sóng mang 200 MHz trên mỗi sóng mang thực hiện ghép kênh theo thời gian, ứng với mỗi khung TDMA ta có số kênh bằng: 124*8 = 992(kênh).

4.3.1 Kênh lu thông TCH ( Tranffic Channel)

Kênh này mang tiếng đợc mã hóa hay số liệu của ngời sử dụng là kênh đờng lên

và xuống điểm tới điểm.

Hai dạng kênh đợc định nghĩa:

+ Bm hay kênh TCH toàn quốc mang thông tin hay số liệu ở tốc độ 22,8Kbit/s.+ Lm hay kênh TCH bán tốc độ mang thông tin hay số liệu ở tốc độ 11,4Kbit/s

4.3.2 Kênh điều khiển CCH(Control Channel)

Kênh điều khiển CCH gồm 3 loại kênh đó là kênh quảng bá, kênh điều khiển

chung, kênh điều khiển riêng.

+ Kênh quảng bá BCH (Broatcast Channel):

∗ Kênh hiệu chỉnh tần số FCCH (Frequency Correction Channel) kênh này mang thông tin để hiệu chỉnh tần số của MS, là kênh đờng xuống điểm tới đa điểm.

∗ Kênh đồng bộ SCH (Synchronization Channel) kênh này mang thông tin để đồng bộ khung(số khung TDMA) của MS và nhận dạng BTS (BSIC) kênh đờng xuống điểm tới đa điểm.

∗ Kênh điều khiển quảng bá BCCH (Broatcast Control Channel) kênh này phát quảng bá thông tin chung trên cơ sở một kênh cho BTS( thông tin riêng của ô) kênh đờng xuống điểm tới đa điểm.

+ Kênh điều khiển chung CCCH(Common Control Channel).

∗ Kênh tìm gọi PCH (Paging Channel) kênh này dùng để tìm gọi MS, kênh đờng xuống điểm tới điểm.

∗ Kênh thâm nhập ngẫu nhiên RACH (Random Access Channel) kênh này đợc MS sử dụng để yêu cầu dành một SDCCH hoặc để trả lời tìm gọi, hoặc để thâm nhập khi khởi đầu hoặc đăng ký cuộc gọi, kênh đờng lên điểm tới điểm.

∗ Kênh cho phép thâm nhập AGCH( Access Grant Channel) kênh này đợc sử dụng để dành một SDCCH cho một MS là kênh đờng xuống điểm tới điểm.

+ Kênh điều khiển dành riêng DCCH( Dedicated Control Channel).

∗ Kênh điều khiển dành riêng đứng một mình SDCCH (Stand Dedicated Control Channel) đợc dùng cho báo hiệu hệ thống khi thiết lập cuộc gọi trớc khi ấn định một TCH Quá trình đăng ký và nhận thực đợc tiến hành ở đây, kênh đờng lên xuống điểm tới điểm.

∗ Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH( Slow Associated Control Channel) đợc liên kết với một TCH hay một SDCCH Đây là kênh số liệu liên tục, mạng thông tin liên tục nh thông báo đo đạc từ trạm di động về cờng độ tín hiệu từ ô hiện thời và ô lân cận Thông tin này cần cho chức năng chuyển giao, nó cũng đợc dùng để điều khiển công suất và đồng bộ thời gian, là kênh đờng lên điểm tới điểm.

33

∗ Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH(Fast Associated Control Channel) đợc liên kết với một TCH FACCH làm việc ở chế độ lấy cắp Điều này có nghĩa là nếu trong quá trình truyền dẫn bỗng nhiên cần trao đổi thông tin báo hiệu với hệ thống ở tốc độ cao hơn nhiều so với khả năng của của SACCH Khi đó các cụm 20ms đợc lấy cắp cho mục đích báo hiệu Đây là trờng hợp cho chuyển giao(handover), ngời sử dụng sẽ không nghe thấy giai đoạn khi bộ giải mã tiếng thay thế 20ms tiếng thiếu bằng một chuỗi nội suy.

4.4 Cụm (Burst)

Cụm là một khuôn mẫu thông tin ở một khe thời gian trên kênh TDMA, cứ 8 khe thời gian một lần TDMA đợc phát đi thì có một cụm của một loại hệ thông tin (xét từ MS).

∗ Cụm bình thờng NB (Normal Burst) Cụm này đợc dùng để mang thông tin ở TCH và các kênh điều khiển trừ RACH, SCH, FCCH.

- Các bít đợc mật mã gồm 57 bít số liệu hay tiếng và một “cờ lấy cắp” chỉ thị xin cụm này có bị cờ lấy cắp cho FACCH hay không.

- Chuỗi hớng dẫn là một mẫu bít biết trớc để bộ cân bằng có thể thành lập một mô hình kênh Sở dĩ chuỗi hớng dẫn đợc đặt ở giữa vì kênh này luôn luôn thay đổi Khi đặt nó ở đây có thể hy vọng rằng kênh này không quá khác khi nó tác động lên chuỗi thông tin Nếu ta đặt chuỗi hớng dẫn ở đầu cụm thì mẫu kênh do ta tạo ra sẽ không đúng đối với các bít cuối cụm.

- Các bít đuôi TB luôn là “ 0,0,0, ” các bít này giúp bộ cân bằng xác định đầu vào, đầu cuối của mẫu bít

TB3 Các bít đượcmật mã 58 Chuỗi hướng dẫn 26 Các bít được mật mã 58 TB3 8,25GP

0,577ms156,25 bít

- Khoảng bảo vệ GP là một khoảng trống cho phép máy phát dịch lên dịch xuống trong giới hạn do khuyến nghị của GSM quy định( với 8,25 bít tơng ứng với 30micro giây).

∗ Cụm hiệu chỉnh tần số: Cụm này sử dụng để điều chỉnh tần số của MS, nó tơng ơng sóng mang cha bị điều chế Lặp lại của một cụm gọi là FCCH (Frequency Correction Channel).

Các bít cố định đều là “ 0 ” nên bộ điều chế sẽ cung cấp sóng mang không bị điều chế.

∗ Cụm đồng bộ SB: Cụm này dùng để đồng bộ thời gian của MS, nó chứa một chuỗi đồng bộ dài dễ dàng nhận biết và mang thông tin của khung TDMA cùng với mã nhận dạng cơ sở BSIC Các lặp lại của cụm này đợc gọi là SCH.

Số khung giúp MS biết loại kênh lôgic đang đợc truyền ở bảng điều khiển Một chu trình đánh số khung là 3,5 giờ, với mỗi khung TDMA thời gian là 6,615ms.

∗ Cụm thâm nhập(AB): sử dụng để thâm nhập ngẫu nhiên và có GP để dành cho phát cụm từ trạm di động.

Các bít được mật mã

156,25bítChuỗi đồng bộ

Các bít được mật mã

Các bít cốđịnh

156,25bítCác bít được

mật mã36TB

Các bít cốđịnh 0

156,25bít

∗ Cụm giải mã: Cụm này đợc phát đi từ BTS trong khi không mang thông tin Khuôn mẫu giống nh cụm bình thờng với các bít mật mã đợc thay bằng các bít hỗn hợp có một mẫu bít xác định.

4.5 Kết luận

Chơng này nghiên cứu về giao diện vô tuyến hay giao tiếp vô tuyến số Trong đó tìm hiểu về một số kênh nh kênh vật lý, kênh logic Cơ bản đã nghiên cứu đợc 2 kênh đó là kênh điều khiển và kênh lu thông.

Chơng 5

Số nhận dạng trong GSM5.1 Kế hoạch đánh số

Toàn bộ mạng GSM/PLMN đợc chia thành các vùng theo kế hoạch đánh số Trong từng vùng có thể tiếp cận mọi thuê bao bằng cách quay số thuê bao SN( Subcriber Number).

Mọi thuê bao thuộc một mạng GSM/PLMN đợc đăng ký tại bộ ghi định vị thờng trú HLR Phụ thuộc vào kế hoạch lập mạng, số HLR có thể lớn hơn một có nghĩa là sự phân chia đầu tiên của mạng sẽ ở mức HLR các vùng HLR khác nhau đánh số khác nhau Lu ý rằng sự phân chia mạng chỉ cần để đánh số địa chỉ cho các HLR khác nhau, không liên quan đến các vùng phục vụ của MSC/VLR.

Có thể tách riêng cho kế hoạch đánh số cho mạng GSM/PLMN bằng một mã trung kế, mã nơi nhận trong nớc NDC( National Destination Code) riêng hay kết hợp chung vào kế hoạch đánh số mạng điện thoại ở mức hợp lý.

5.2 Số ISDN của máy di động (MSI - SDN)

Theo khuyến nghị của CCITT có thể trình bày số điện thoại di động hay số danh bạ cần quay nh sau:

Mã quốc gia + Mã vùng nhận + Số thuê bao (CC) trong nớc(NDC) (SN) MSISDN = CC + NDC + SN

MSISDN là số nhận dạng duy nhất của một thuê bao ở kế hoạch đánh số mạng điện thoại chuyển mạch công cộng Mỗi thuê bao đợc nối đến một bộ ghi định vị th-ờng trú (HLR).

Theo khuyến nghị của CCITT độ dài MSISDN sẽ phụ thuộc vào cấu trúc và kế hoạch đánh số của từng hãng khai thác.

5.3 Nhận dạng thuê bao di động quốc tế (IMSI)

Để nhận dạng đúng trên đờng vô tuyến và trong cả mạng GSM/PLMN mỗi thuê bao đợc dành riêng cho một nhận dạng hệ thống Nhận dạng này đợc lu ở Modul nhận dạng thuê bao (SIM) cũng nh là ở bộ ghi định vị thờng trú(HLR) Đăng ký ở hệ thống và ở VLR là đăng ký tạm thời IMSI bao gồm 3 phần sau:

Mã quốc gia + Mã mạng + Số nhận dạng di động(MCC) di động(MDC) trạm di động(MSIN)

37

IMSI = MCC + MDC + MSIN

IMSI: Nhận dạng thuê bao di động quốc tế

IMSI là thông tin để nhận dạng duy nhất một thuê bao cho GSM/PLMN theo khuyến nghị của GSM IMSI có độ dài cực đại là 15 số.

(MCC :3; MNC:1-2; MSIN: cực đại là 11 số).

Tất cả các thông tin về thuê bao liên quan đến mạng thuê bao đều đợc chứa ở IMSI.

5.4 Số lu động của trạm di động(MSRN) và chức năng hỏi đáp định tuyến cuộc gọi

HLR biết rằng MS đang ở MSC/VLR vào, để cung cấp một số tạm thời cho việc định tuyến HLR yêu cầu MSC/VLR hiện thời gắn một số lu động của trạm di động(MSRN) cho thuê bao di động và gửi lại cho nó Khi nhận đợc MSRN, HLR gửi nó đến MSC cổng, lúc này là tổng đài cổng có thể hớng cuộc gọi đến tổng đài MSC/VLR nơi thuê bao bị gọi hiện đang đăng ký.

Chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi là một phần của phần ứng dụng MAP Toàn bộ số liệu trao đổi giữa GMSC - HLR - MSC/VLR để hỏi đáp đợc gửi đi ở mạng báo hiệu số 7(CCSN7).

Đây là số nhận dạng một đăng ký thuê bao của GSM/PLMN trong kế hoạch đánh số mạng PSTN/ISDN.

MSISDN = CC + NDC + SN

NDC : Mã vùng trong nớc.

SN : Số thuê bao nhận dạng thuê bao.CC : Mã quốc gia để nhận dạng nớc + Số lu động của máy di động(MSRN) MSRN = CC + NDC + SN

+ SN: Số thuê bao (nhận dạng MSC/VLR).

• Các nhận dạng thuê bao di động Quốc tế(IMSI).

Đây là nhận dạng riêng của thuê bao ở mạng GSM/PLMN IMSI = MCC + MNC + MSIN

MCC : Mã quốc gia( 3 số ) để nhận dạng quốc gia có thuê bao bị gọi.

MNC: Mã của mạng di động(1 - 2 số) để nhận dạng mạng di động đợc gọi trong nớc.

MSIN: Số nhận dạng MS( 11 số) để nhận dạng một thuê bao di động trong một mạng GSM/PLMN.

Nhận dạng thuê bao sử dụng tạm thời( TMSI ) đợc sử dụng bí mật riêng cho các thuê bao.

Cấu trúc: Do cơ quan quản lý chọn không quá 4 byte.

Nhận dạng thiết bị trạm di động quốc tế (IMEI) đợc sử dụng để nhận dạng thiết bị.

IMEI = TAC + FAC +SNR +SP

TAC : Mã công nhận kiểu do bộ phận GSM trung tâm xác định.FAC : Mã lắp ráp lần cuối để xác định nhà sản xuất.

SNR : Số xê ry máy.SP : Dự phòng.

Nhận dạng vùng định vị (LAI) đợc sử dụng để định vị thuê bao di động.LAI = MCC + MNC + LAC

LAC: Mã vùng định vị để xác định vùng định vị ô của một mạng GSM/PLMN Nhận dạng ô toàn cầu(CGI).

39

CGI = MCC + MNC + LAC + CI

CI: Nhận dạng ô để xác định một ô định vị ở một vùng định vị Nhận dạng trạm gốc cho phép MS phân biệt các BTS khác nhau.

BSIC = MNC + BCC + MNC BCC : Mã màu trạm gốc để nhận dạng gốc.

5.6 Các trờng hợp và thủ tục thông tin

5.6.1 Tổng quan

Trớc khi khảo sát các thủ tục thông tin khác nhau, hãy khảo sát các tình huống đặc biệt của một PLMN có tất cả các thuê bao di động vì thế ta quan sát một MS ở một số tình huống sau đây:

+ MS tắt máy : Mạng không tiếp cận đến máy vì MS không trả lời thông báo tìm

gọi Nó sẽ không thông báo cho hệ thống về sự thay đổi vùng định vị(nếu có), và MS đợc coi là rời mạng.

+ MS bật máy trạng thái dỗi: Hệ thống có thể tìm gọi MS thành công, MS đợc coi

là nhập mạng Trong khi chuyển động MS luôn luôn kiểm tra rằng nó luôn đợc nối đến một kênh quảng bá đợc thu tốt nhất Quá trình này đợc gọi là lu động(Roaming) MS cần thông báo cho hệ thống về các thay đổi vùng định vị, quá trình này đợc gọi là cập nhật vị trí.

+ MS bận: Mạng vô tuyến có một kênh thông tin (kênh tiếng) dành cho luồng số

liệu mới và từ MS trong quá trình chuyển động MS phải có khả năng chuyển đến một kênh thông tin khác Quá trình này gọi là chuyển giao(Handover) Để quyết định chuyển giao hệ thống diễn giải thông tin nhận đợc từ MS và BTS, quá trình này gọi là định vị.

5.6.2 Lu động và cập nhật vị trí

Khả năng chuyển động vô định đồng thời với việc thay đổi “nối thông” MS ở giao diện vô tuyến, ở thời điểm cần thiết để đảm bảo chất lợng thu đợc gọi là

Roaming Trong trờng hợp này MS dỗi và chuyển động liên tục xa rần BTS của ô làm cho tín hiệu yếu dần MS sẽ tìm chọn một tần số tốt nhất BCH/CCCH từ BTS thuộc ô lân cận và tự khóa đến tần số này Sau đó MS sẽ tiếp nhận thông báo quảng bá khi tín hiệu tần số mới còn đủ tốt Mạng mặt đất sẽ không tham gia quá trình thay đổi tần số BCH/CCCH.

• Roaming giữa các vùng định vị khác nhau của cùng một vùng phục vụ MSC/VLR và cập nhật vị trí.

• Roaming giữa các vùng phục vụ MSC/VLR khác nhau và cập nhật vị trí.

Với cuộc gọi vào cho MS, tuyến đi qua mạng khi MS di chuyển đến một vùng MSC/VLR khác cũng sẽ khác nhau Để tìm đợc tuyến đúng MSC/VLR sẽ phải cập nhật HLR về vị trí của MSC/VLR cho MS Sau khi quá trình này thành công, hệ thống sẽ hủy bỏ vị trí cũ và từ thông báo hủy bỏ của HLR, MSC/VLR cũ sẽ xóa vị trí cũ của MS.

(3) Tiếp nhận vị trí

(5) Xoá vị trí(6) Tiếp nhận xoá

(4) Côngnhận cập nhật vị trí(1) Yêu cầu cập nhật vị trí

Hình I.13: Cập nhật vị trí khi lưu động giữa hai vùng phục vụ MSC/VLR khác nhau.

(1) Yêu cầu cập nhật vị trí(2)

(3) Công nhận cập nhật vị trí

Hình I.12: Cập nhật vị trí khi lưu động ở cùng một vùng phục vụ.

(2): Cập nhật vị trí ở MS, MS thuộc về LA mới (Location Area).