đồ án tổng quan hệ thống thông tin di động gsm

Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM TRƯỜNG ………………… KHOA………………………  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 1 Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: ĐINH THỊ HỒNG PHÚC………… Số hiệu sinh viên: 08CĐ – 01ĐT Khoá: K53… Viện : Điện tử - Viễn thông Ngành: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG… 1. Đầu đề đồ án: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM………………… ………………………………………………………………………………………… 2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: …………………………………… …………………………………………… ……. ………………………………………………………………………………………… 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: …………………………………………………………………………………………………………… … …. …………………………………………………………………………………………………………… ……………………… ….……………………………………………………………………… 4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): …………………………………………………………………………………………………………… ………… …. …………………………………………………………………………………………………………… …………… ……….…………………………………………………………………. 5. Họ tên giảng viên hướng dẫn:PGS.TS HỒ ANH TÚY ………………………………… 6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ……………………………………………………. 7. Ngày hoàn thành đồ án: ………………………………………………………. Ngày tháng năm Chủ nhiệm Bộ môn Giảng viên hướng dẫn SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 2 Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm Cán bộ phản biện BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: ĐINH THỊ HỒNG PHÚC Số hiệu sinh viên: 08CĐ – 01ĐT Ngành: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Khoá: K53 Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS HỒ ANH TÚY Cán bộ phản biện: 1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp: 2. Nhận xét của cán bộ phản biện: SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 3 Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM Ngày tháng năm Cán bộ phản biện ( Ký, ghi rõ họ và tên ) MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU…………………………………………… 3 MỤC LỤC…………………… ………………………………………….5 BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT……………………………………………… …… 6 DANH SÁCH CÁC HÌNH………………………………………………………… 10 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG GSM 11 1.1 Lịch sử phát triển mạng GSM……………………………………………….11 1.2 Mạng thông tin di động………………………………………………………12 1.3 Các đặc tính của mạng di động GSM……………………………………… 13 1.4 Các dịc vụ tiêu chuẩn ở GSM……………………………………………… 13 1.4.1 Dịch vụ thoại…………………………………………………………………13 1.4.2 Các dịch vụ số liệu………………………………………………… 14 1.4.3 Dịch vụ bản tin nhắn……………………………………………………… 14 1.5 Các chỉ tiêu kĩ thuật của GSM……………………………………………….14 1.5.1 Về khả năng phục vụ ……………………………………………… 15 1.5.2 Về chất lượng phục vụ và an toàn bảo mật ……………………………… 15 1.5.3 Về sử dụng tần số……………………………………………………………15 1.5.4 Về mạng…………………………………………………………………… 15 CHƯƠNG II: CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN CỦA MẠNG GSM……………16 2.1 Cấu trúc địa lý của mạng…………………………………………………….16 2.1.1 Vùng phục vụ PLMN (Public Land Mobile Network)…………………… 17 2.1.2 Vùng mạng ………………………………………………………………… 17 2.1.3 Vùng phục vụ MSC (Mobile Service Controler)…………………… 17 2.1.4 Vùng định vị LA (Location Area)…………………………………… 18 2.1.5 Ô (Cell)………………………………………………………………………18 SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 4 Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM 2.2 Cấu trúc mạng GSM…………………………………………………………19 2.3 Các thành phần chức năng trong hệ thống………………………………… 20 2.3.1 Hệ thống trạm gốc BSS ( Base Station Subsystem)…………………………20 2.3.2 Phân hệ chuyển mạch SS ( Switching Subsystem)………………………… 23 2.4 Trạm di động MS (Mobile Station)………………………………………….28 2.5 Phân hệ khai thác và hỗ trợ OSS (Operation and Support Subsystem)…….29 2.5.1 Khai thác…………………………………………………………… 30 2.5.2 Bảo dưỡng…………………………………………………………… 30 2.5.3 Quản lý thuê bao…………………………………………………………… 30 2.5.4 Quản lý thiết bị di động………………………………………………….… 31 CHƯƠNG 3: CHUYỂN GIAO HANDOVER TRONG MẠNG GSM………… 33 3.1 Các loại chuyển giao ……………………………………………………… 34 3.1.1 Chuyển giao trong BTS………………………………………………… 34 3.1.2 Chuyển giao trong cùng BSC……………………………………………… 35 3.1.3 Chuyển giao trong cùng MSC……………………………………………….35 3.1.4 Chuyển giao giữa các MSC………………………………………………….36 CHƯƠNG 4: GIAO TIẾP VÔ TUYẾN SỐ……………………………………….37 4.1 Giao diện vô tuyến……………………………………………………… 37 4.2 Suy hao đường truyền và phading………………………………………… 38 4.3 Phân tán thời gian……………………………………………………… ….40 4.4 Các phương pháp phòng suy hao đường truyền do phading……………… 41 4.5 Phương pháp chống phân tán thời gian…………………………………… 44 4.6 Nguyên tắc khi chia kênh theo thời gian… ……………………………… 45 4.6.1 Khái niệm về khe vô tuyến……………… …………………………………45 4.6.2 Kênh vật lý.……………………………… …………………………………45 4.6.3 Kênh logic.………………………………… ……………………………….47 4.7 Chia kênh logic theo khe thời gian………………………………………… 50 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ VÀ QUY HOẠCH HỆ THỐNG MẠNG GSM…… 52 5.1 Hệ thống thông tin di động tế bào………………………………………… 52 5.1.1 Cấu trúc hệ thống thoại trước đây………………………………………… 52 5.1.2 Hệ thống thông tin di động tế bào……………… 53 5.2 Quy hoạch cell……………………………………………………………….54 5.2.1 Khái niệm tế bào…………………………………………………………… 54 5.2.2 Kích thước Cell và phương thức phủ sóng………………………………… 54 5.2.3 Chia cell………………………………………… 56 5.3 Quy hoạch tần số…………………………………………………… 62 5.3.1 Tái sử dụng lại tần số……………………………………………………… 63 5.3.2 Các mẫu tái sử dụng lại tần số……………………………… 64 SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 5 Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM 5.3.3 Thay đổi quy hoạch tần số theo phân bố lưu lượng 65 5.3.4 Thiết kế tần số theo phương pháp MPR…………………………………… 67 5.3.5 Kiểu loại anten……………………………………………………………….76 5.3.6 Độ tăng ích anten…………………………………………………………….77 5.3.7 Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương……………………………… 77 KẾT LUẬN………………………………………………………………………… 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………….….83 CÁC TỪ VIẾT TẮT SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 6 Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM ACCH Associated Control Chanel Kênh điều khiển liên kết AGCH Access Grant Chanel Kênh cho phép truy nhập AuC Authentication Center Trung tâm nhận thực BCCH Broadcast Control Chanel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Chanel Kênh quảng bá BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bit Bm Full Rate TCH TCH toàn quốc BSIC Base Station Indentity Code Mã nhận dạng trạm gốc BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc BSSA Base Station Application Part Phần ứng dụng trạm gốc BS Base Station Trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc C/A Carrier to Adjeacent Tỉ số sóng mang/ nhiễu lân cận CCH Control Chanel Kênh điều khiển CCCH Common Control Chanel Kênh điều khiển chung CCITT International Telegraph and Telephone Consultative Committee Ủy ban tư vấn quốc tế về điện thoại và điện báo CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập chia theo mã Cell Cellulear Ô (tế bào) CEPT Conference of European Post an Telecommunication Liên minh Châu Âu về Bưu Chính Viễn Thông CI Cell Identity Nhận dạng ô C/I Carrier to Interference Tỉ số sóng mang/ nhiễu đồng kênh C/R Carrier to Reflection Tỉ số sóng mang/ sóng phản xạ CM Conection Management Quản lý kết nối DCCH Deidicated Control Chanel Kênh điều khiển dành riêng ETSI European Telecomunications Standards Institue Viện tiêu chuẩn VTCA EIR Equipment Identification Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số FCCH Frequency Correction Chanel Kênh hiệu chỉnh tần số FACCH Fast Associated Control Chanel Kênh điều khiển lệnh liên kết nhanh GSMC Gateway MSC Tổng đài di động cổng GSM Global System for Mobile Communication Trung tâm di động toàn cầu GPRS Generation Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung HLR Home Location Bộ đăng ký định vị thường trú HON Handover Number Số chuyển giao SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 7 Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM ISON Intergrated Service Digital Network Mạng số đa dịch vụ IMSI International Mobile Subcriber Identity Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế IHOSR Incoming HO successful Rate Tỉ lệ thành công Handover LA Location Area Vùng định vị LAC Location Area Code Mã vùng định vị LAI Location Area Identity Số nhận dạng vùng định vị LAPD Link Access Procedures on Dchanel Các thủ tục truy nhập đường truyền kênh D LAPDm LAPDmodified LAPD được điều chỉnh MCC Mobile Country Code Mã quốc gia của trạm di động MNC Mobile Network Code Mã mạng trung tâm di động MPR Multiple Reuse Patterns Đa mẫu sử dụng lại MSC Mobile Switching Service Center Tổng đài di động MS Mobile Station Trạm di động MSISDN Mobile Station ISDN Number Số ISDN của trạm di động NMT Nordic Mobile Telephone Điện thoại di động Bắc Âu NSS Network Subsystem Phân hệ mạng OMC Operation and Maintencince Center Trung tâm khai thác và bảo dưỡng OSS Operation and Support System Phân hệ khai thác và hỗ trợ OSI Open System Interconnetion Liệt kê hệ thống mở PCH Puging Chanel Kênh tìm gọi PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PSPDN Packet Switch Public Data Network Mã số liệu công cộng chuyển mạch gói PSTN Public Swithched Telephone Network Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng RACH Random Access Chanel Kênh truy cập ngẫu nhiên RX Receiver Máy thu SABM Set Asynchronous Balance Mode Đặt chế độ cân bằng không đồng bộ SACCH Slow Associated Control Chanel Kênh điều kiện dành riêng đứng một mình SCCP Signaling Connection Control Part Phần điều kiện kết nối báo hiệu SCH Synchoronous Chanel Kênh đồng bộ khung SDCCH Stand Alone Dedicated Điều khiển kênh dành riêng SIM Subscriber Identity Modul Modun nhận dạng thuê bao SMS Short Message Service Dịch vụ bản tin ngắn SS Switching Subsystem Phân hệ chuyển mạch TCH Traffic Chanel Kênh lưu lượng TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 8 Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM tần số TMN Telecommunication Mạng quản lý vô tuyến TRAU Transcoding and Rate/ Adapter Unit Bộ chuyển đổi mã và phối hợp tốc độ TRx Transceiver Bộ thu – phát DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1 Thành phần di động trên thế giới năm 2006………………………………16 Hình 2.1 Phân vùng cấu trúc địa lý mạng GSM……………………………………20 Hình 2.2 Phân vùng và chia ô………………………………………………………20 Hình 2.3Mô hình hệ thống GSM…………………………………………………… 23 Hình 2.4 Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC……………………………………… 28 Hình 3.1 Chuyển giao trong mạng GSM…………………………………………… 36 Hình 3.2 Chuyển giao trong BTS………………………………………………… 36 Hình 3.3 Chuyển giao trong cùng BSC…………………………………………… 36 Hình 3.4 Chuyển giao trong cùng MSC…………………………………………….38 SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 9 Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM Hình 3.5 Chuyển giao giữa các MSC khác nhau………………………………… 38 Hình 4.1 Fading chuẩn Logarit………………………………………………… 41 Hình 4.2 Fading Raile………………………………………………………………42 Hình 4.3 Tín hiệu thu được khi ở cách anten phát Tx một khoảng nhất định…… .42 Hình 4.4 Biểu diễn phân tập thời gian…………………………………………… 45 Hình 4.5Tổ chức đa khung…………………………………………………………49 Hình 4.6 Phân loại kênh logic………………………………………………………51 Hình 4.7 Ghép các BCH và CCCH ở Ts0………………………………………… 53 Hình 4.8 Ghép RAC ở Ts0…………………………………………………………54 Hình 4.9 Ghép TCH……………………………………………………………… 54 Hình 5.1 Cấu trúc hệ thống thông tin di động trước đây………………………… 55 Hình 5.2 Hệ thống thông tin di động sử dụng cấu trúc tế bào …………………….56 Hình 5.3 Omni (360 0 ) Cell site…………………………………………………… 58 Hình 5.4 Sector hóa 120 0 ………………………………………………………… 59 Hình 5.5 Phân chia Cell……………………………………………………………60 Hình 5.6 Các Omni (360 0 ) Cells ban đầu………………………………………… 60 Hình 5.7 Giai đoạn 1 :Sector hóa………………………………………………… 60 Hình 5.8 Tách chia 1:3 thêm lần nữa………………………………………………60 Hình 5.9 Tách chia 1:4 (sau lần đầu chia 3)……………………………………… 61 Hình 5.10 Mảng mẫu gồm 7 cells………………………………………………… 66 Hình 5.11 Khoảng cách tái sử dụng tần số………………………………………… 67 Hình 5.12 Thay đổi quy hoạch tần số……………………………………………….68 Hình 5.13 Phủ sóng không liên tục………………………………………………….70 Hình 5.14 Một ví dụ về hiệu quả của kỹ thuật nhảy tần trên phân tập nhiễu của một mạng lưới. Kích thước của mũi tên phản ánh nhiễu tương quan giữa các cell đồng kênh………………………………………………………………………………… 71 Hình 5.15 Ví dụ về thiết kế tần số với phương pháp MRP………………………… 75 SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 10 [...]... mạng thông tin di động số GSM Nhóm này có nhiệm vụ đưa ra tiêu chuẩn thống nhất cho thông tin di động số GSM SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 15 Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM dưới hình thức các khuyến nghị, lấy các tiêu chuẩn này làm cơ sở cho việc xây dựng mạng thông tin di động và làm sao cho chúng thống nhất, tương thích nhau 1.3 Các đặc tính của mạng di động GSM: Từ các khuyến nghị của GSM. .. ngày nay hệ thống công nghệ thông tin cũng như hệ thống thông tin di động liên tục thay đổi và phát triển nhanh chóng Hay nói cách khác là chúng thay đổi, nâng cấp theo từng ngày, biến đổi từng giờ Tuy vậy, các khai niệm cơ bản nền tảng về hệ thống thông tin di động thì không thay đổi Bởi tất cả các công nghệ tiên tiến bây giờ SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 12 Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM đều... trên 700 nhà điều hành, chiếm gần 80% thị phần thông tin di động trên thế giới Theo dự đoán của GSM Association, năm 2007 số thuê bao GSM sẽ đạt 2,5 tỉ SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 14 Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM Hình 1.1 Thành phần di động trên thế giới năm 2006 1.2 Mạng thông tin di động: Từ đầu năm 1980 sau khi hệ thống WMT đã đưa vào hoạt động một cách thành công thì nó cũng biểu hiện... THIỆU CHUNG VỀ MẠNG GSM GSM là hệ thống thông tin di động toàn cầu (tiếng Anh: Global System for Mobile Communication, được viết tắt là: GSM) là một công nghệ dùng cho mạng thông tin di động Dịch vụ GSM được sử dụng bởi hơn 2 tỷ người trên 212 quốc gia và vùng lãnh thổ Các mạng thông tin di động GSM cho phép có thể roaming với nhau Do đó những máy điện thoại di động của các mạng GSM khác nhau ở chỗ... trong vùng định vị Trạm di động tự nhận dạng một ô bằng cách sử dụng mã nhận dạng trạm gốc BSIC (Base Station Identity Code) 2.2 Cấu trúc mạng GSM: Hệ thống GSM có thể chia thành nhiều hệ thống con SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 21 Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM Hệ thống con chuyển mạch SS (Switching Subsystem), hệ thống con trạm gốc BSS (Base Station Subsystem), hệ thống khai thác và bảo... có các dịch vụ di động mặt đất SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 17 Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM 1.5.2 - 1.5.3 1.5.4 - Về chất lượng dịch vụ và an toàn bảo mật: Chất lượng của thoại trong GSM phải ít nhất có chất lượng như các hệ thống di động tương tự trước đó trong điều kiện vận hành thực tế Hệ thống có khả năng bảo mật, mã hóa thông tin người dùng mà không ảnh hưởng đến hệ số cũng như không... MSC/VLR, ở đó có một trạm di động có thể chuyển động tự do mà không cần cập nhật thông tin về vị trí của tổng đài MSC điều SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 20 Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM khiển vùng định vị này Khi có cuộc gọi đến, hệ thống sẽ phát quảng bá một thông báo tìm thuê bao bị gọi Vùng định vị LA được hệ thống sử dụng để tìm một thuê bao đang ở trạng thái hoạt động Vùng này có thể có... hội Nghành thông tin di động được coi là nghành mũi nhọn cần phải đi trước một bước làm cơ sở cho các nghành khác phát triển, nhu cầu trao đổi, cập nhật thông tin của con người ở mọi lúc, mọi nơi ngày càng cao Các hệ thống thông tin di động ra đời và phát triển đã trở thành một loại hình dịch vụ, phương tiện thông tin phổ biến, đáp ứng nhu cầu của cuộc sống hiện đại Các hệ thống thông tin di động đang... 2.3 Mô hình hệ thống GSM 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 thường trú EIR: Thanh ghi nhận dạng thiết bị MSC: Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (gọi tắt là tổng đài vô tuyến) BSS: Hệ thống trạm gốc BTS: Trạm thu phát gốc SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 22 Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM - BSC: Hệ thống điều... bị di động: Quản lý thiết bị di động được bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR thực hiện EIR lưu trữ toàn bộ dữ liệu liên quan đến trạm di động MS EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị Trong hệ thống GSM thì EIR được coi là thuộc phân hệ chuyển mạch SS SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 33 Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM CHƯƠNG III: CHUYỂN GIAO HANDOVER TRONG GSM . Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM TRƯỜNG ………………… KHOA………………………  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM SVTH:. thông tin di động số GSM. Nhóm này có nhiệm vụ đưa ra tiêu chuẩn thống nhất cho thông tin di động số GSM SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 15 Đồ án TN: Tổng Quan