Mạng thông tin di động gsm

TRƯ ỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO THỰC TẬP Đề tài: Mạng thông tin di động GSM Giáo viên hướng dẫn: TS Phạm Công Hùng Sinh viên thực : Lớp : BÁO CÁO THỰC TẬP MỤC LỤC MỤC LỤC .2 LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG CẤU HÌNH MẠNG GSM 1.1 Giới thiệu chung mạng thông tin di động GSM .2 1.1.1 Vài nét lịch sử mạng GSM .2 1.1.2 Các tiêu kỹ thuật mạng GSM 1.2 Cấu trúc hệ thống GSM 1.2.1 Hệ thống chuyển mạch SS 1.2.1.1 Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động cổng MSC 1.2.1.2 Bộ ghi định vị thường trú HLR .2 1.2.1.3 Bộ ghi định vị tạm trú VLR .2 1.2.1.4 Trung tâm nhận thực AUC .2 1.2.1.5 Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR 1.2.2 Phân hệ trạm gốc BSS .2 1.2.2.1 Trạm thu phát gốc BTS 1.2.2.2 Bộ điều khiển trạm gốc BSC 1.2.2.3 Bộ chuyển đổi mã thích ứng tốc độ TRAU .2 1.2.3 Trạm di động MS 1.2.4 Phân hệ khai thác OSS 2.1 Vô tuyến số tổng quát 2.1.1 Suy hao đường truyền pha đinh 2.1.2 Phân tán thời gian 2.1.3 Các phương pháp phòng ngừa suy hao truyền dẫn phađinh 2.1.4 Phương pháp chống phân tán thời gian .2 2.1.5 Truyền dẫn số tín hiệu tương tự 2.2 Nguyên tắc chia kênh theo khe thời gian .2 2.2.1 Khái niệm kênh 2.2.1.1 Kênh vật lý 2.2.1.2 Kênh logic .2 2.2.2 Cụm .2 2.2.3 Chia kênh logic theo khe thời gian CHƯƠNG NGUYÊN TẮC SỬ DỤNG TẦN SỐ 3.1 Nguyên tắc sử dụng tần số theo chia ô .2 3.1.1 Sử dụng tần số .2 3.1.2 Sự tái sử dụng tần số mạng 3.1.2.1 Cơ sở lí thuyết 3.1.2.2 Mẫu sử dụng lại tần số BÁO CÁO THỰC TẬP 3.2 Các trường hợp thủ tục thông tin 3.2.1 Tổng quan 3.2.3 Thủ tục nhập mạng đăng ký lần đầu 3.2.4 Thủ tục rời mạng 3.2.5 Tìm gọi 3.2.6 Gọi từ MS 3.2.7 Gọi đến thuê bao MS 3.2.8 Cuộc gọi tiến hành, định vị CHƯƠNG CÁC DỊCH VỤ CỦA GSM 4.1 Dịch vụ thoại 4.2 Dịch vụ số liệu 4.3 Dịch vụ nhắn tin ngắn SMS .2 4.4 Dịch vụ Wap 4.5 Các dịch vụ GSM 2,5G KẾT LUẬN PHỤ LỤC: CÁC TỪ VIẾT TẮT 2 BÁO CÁO THỰC TẬP LỜI NÓI ĐẦU Hiện sống hàng ngày thơng tin liên lạc đóng vai trị quan trọng khơng thể thiếu được, định nhiều mặt hoạt động xã hội, giúp người nắm bắt nhanh chóng giá trị văn hố, kinh tế, khoa học kỹ thuật đa dạng phong phú Bằng bước phát triển thần kỳ, thành tựu công nghệ Điện Tử – Tin Học – Viễn Thông làm thay đổi sống người từng phút , tạo trào lưu "Điện Tử – Tin Học – Viễn Thông " lĩnh vực kỷ 21 Lĩnh vực Thông Tin Di Động khơng nằm ngồi trào lưu Cùng với nhiều công nghệ khác Thông Tin Di Động không ngừng phát triển đáp ứng nhu cầu thông tin ngày tăng số lượng chất lượng, tạo nhiều thuận lợi miền thời gian không gian Chắc chắn tương lai Thông Tin Di Động hoàn thiện nhiều để thoả mãn nhu cầu thông tin tự nhiên người Trên sở kiến thức tích luỹ qua năm học tập chuyên ngành Điện Tử – Viễn Thông trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tháng thực tập phòng kỹ thuật công ty thông tin di động VMS, hoàn thành báo cáo thực tập tốt nghiệp Để hồn thành báo cáo tơi xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Phạm Công Hùng tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình thực tập tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ nhiệt tình trưởng phịng Đỗ Vũ Anh cán phòng kỹ thuật suốt trình thực tập BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG CẤU HÌNH MẠNG GSM 1.1 Giới thiệu chung mạng thông tin di động GSM 1.1.1 Vài nét lịch sử mạng GSM Hệ thống thông tin di động từ lâu ước mơ lớn người, ước mơ trở thành thực kỹ thuật cho phép Sự thực sóng vơ tuyến thực từ cuối kỷ 19 Tuy nhiên việc đưa hệ thống thông tin di động vào phục vụ thực sau chiến tranh giới lần thứ 2, mà cơng nghệ điện tử cho phép Đó dịch vụ thơng tin đặc biệt, cho phép nối thông gọi không cần dây dẫn Ngay di chuyển, thuê bao di động trao đổi thông tin với Do phát triển ngày cao công nghệ điện tử thông tin, mạng thông tin ngày phổ biến, giá ngày hạ độ tin cậy ngày tăng lên Quá trình phát triển mạng thông tin trải qua giai đoạn sau: - Giai đoạn thứ nhất: Sau 1946, khả phục vụ nhỏ, chất lượng không cao, giá dắt - Giai đoạn thứ hai: Từ 1970 – 1979, với phát triển thiết bị điện tử tổ hợp cỡ lớn vi xử lý, ta thực hệ thống phức tạp Bởi vùng phủ sóng anten phát máy di động bị hạn chế nên hệ thống chia thành vài trạm nhận cho trạm phát - Giai đoạn thứ ba: Từ1979 -1990, mạng tổ ong tương tự Các trạm thu phát đặt theo ô tổ ong Mạng cho phép sử dụng lại tần số cho phép chuyển giao ô gọi Các mạng điển hình là: + AMPS (Advanced Mobile Phone Service): đưa vào hoạt động Mỹ năm 1979 +NMT ( Nordic Mobile Telephone): hệ thống nước Bắc Âu đưa vào sử dụng vào tháng 12/1981 +TACS ( Total Access Communication System): đưa vào phục vụ Vương quốc Anh năm 1985 Tất mạng dựa mạng truyền điện thoại tương tự băng điều chế tần số Chúng sử dụng tần số 450 900 Mhz Vùng phủ sóng mức quốc gia phục vụ vài trăm thuê bao Hệ thống lớn Anh TACS đạt triệu thuê bao vào năm 1990 - Giai đoạn thứ tư: Từ đầu năm 1980, sau hệ thống NMT hoạt động thành cơng biểu số hạn chế Một yêu cầu cho dịch vụ di động lớn vượt qua số mong đợi nhà thiết kế hệ thống nên hệ thống không đáp ứng Hai hệ thống khác hoạt động phục vụ cho tất thuê bao châu Âu, nghĩa thiết bị mạng truy nhập vào mạng khác Ba thiết kế mạng lớn phục vụ cho châu Âu khơng nước đáp ứng vốn đầu tư lớn Tất hạn chế dẫn đến nhu cầu phải thiết kế hệ thống loại làm theo kiểu chung để dùng cho nhiều nước Năm BÁO CÁO THỰC TẬP 1988, viện tiêu chuẩn viễn thông châu âu – ETSI (Europe Telecommunication Standard Institute) thành lập nhóm đặc trách di động – GSM (Groupe Special Mobile) GSM cịn có nghĩa hệ thống thơng tin di động toàn cầu (Global System for Mobile Communication) GSM tiêu chuẩn điện thoại di động số toàn châu Âu sử dụng dải tần số 900Mhz Năm 1990, Vương quốc Anh đưa hệ thống DCS (Digital Cellular System) DCS dựa hệ thống GSM với việc sử dụng tần số 1800Mhz Hiện nay, để đáp ứng nhu cầu ngày tăng dịch vụ viễn thông mới, hệ thống thông tin di động tiến tới hệ thứ ba Ở hệ thứ ba này, hệ thống thơng tin di động có xu hồ nhập thành tiêu chuẩn có khả phục vụ tốc độ lên đến 2Mbit/s Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di động số GSM đưa vào từ năm 1993, hai công ty VMS GPC khai thác hiệu Trong năm 2004 công ty Vietel cung cấp dịch vụ 1.1.2 Các tiêu kỹ thuật mạng GSM Hệ thống thông tin di động GSM cho phép chuyển vùng tự thuê bao châu Âu, có nghĩa thuê bao thâm nhập sang mạng nước khác di chuyển qua biên giới Trạm di động GSM – MS (GSM Mobile Station) phải có khả trao đổi thông tin nơi vùng phủ sóng quốc tế  Về khả phục vụ : - Hệ thống thiết kế cho MS dùng tất nước có mạng - Cùng với phục vụ thoại, hệ thống phải cho phép linh hoạt lớn cho loại dịch vụ khác liên quan tới mạng số liên kết đa dịch vụ (ISDN) - Tạo hệ thống phục vụ cho MS tầu viễn dương mạng mở rộng cho dịch vụ di động mặt đất  Về chất lượng phục vụ an toàn bảo mật: - Chất lượng thoại GSM phải có chất lượng hệ thống di động tương tự trước điều kiện vân hành thực tế - Hệ thống có khả mật mã hố thơng tin người dùng mà khơng ảnh hưởng đến hệ thống khơng ảnh hưởng đến thuê bao khác không dùng đến khả  Về sử dụng tần số: - Hệ thống cho phép mức độ cao hiệu dải tần mà phục vụ vùng thành thị nông thôn dịch vụ phát triển - Dải tần số hoạt động 890-915 935-960 Mhz - Hệ thống GSM 900Mhz phải tồn với hệ thống dùng 900Mhz trước  Về mạng: - Kế hoạch nhận dạng dựa khuyến nghị CCITT BÁO CÁO THỰC TẬP - Kế hoạch đánh số dựa khuyến nghị CCITT - Hệ thống phải cho phép cấu trúc tỷ lệ tính cước khác dùng mạng khác - Trung tâm chuyển mạch ghi định vị phải dùng hệ thống báo hiệu tiêu chuẩn hoá quốc tế - Chức bảo vệ thông tin báo hiệu thông tin điều khiển mạng phải cung cấp hệ thống 1.2 Cấu trúc hệ thống GSM Một hệ thống GSM chia thành nhiều phân hệ sau đây: - Phân hệ chuyển mạch (SS: Switching Subsystem) - Phân hệ trạm gốc (BSS: Base Station Subsystem) - Phân hệ khai thác (OSS: Operation Subsystem) - Trạm di động (MS: Mobile Station) ISDN SS AUC VLR HLR PSPDN CSPDN EIR MSC BSS OSS BSC PSTN BTS PLMN MS Hình Mô h×nh hƯ thèng GSM 1.2.1 Hệ thống chuyển mạch SS Hệ thống chuyển mạch bao gồm chức chuyển mạch GSM sở liệu cần thiết cho số liệu thuê bao quản lý di động BÁO CÁO THỰC TẬP thuê bao Chức SS quản lý thông tin người sử dụng mạng GSM với với mạng khác Hệ thống chuyển mạch SS bao gồm khối chức sau: - Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động (MSC: Mobile Services Switching Center) - Bộ ghi định vị tạm trú (VLR: Visitor Location Register) - Bộ ghi định vị thường trú (HLR: Home Location Register) - Trung tâm nhận thực (AUC: Authentication Center) - Bộ nhận dạng thiết bị (EIR: Equipment Identity Register) - Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động cổng (GMSC: Gateway Mobile Services Switching Center) 1.2.1.1 Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động cổng MSC Ở SS, chức chuyển mạch MSC thực Nhiệm vụ MSC điều phối việc thiết lập gọi đến người sử dụng mạng GSM Một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS, mặt khác giao tiếp với mạng MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng gọi MSC cổng Việc giao tiếp với mạng ngồi để đảm bảo thơng tin cho người sử dụng mạng GSM địi hỏi cổng thích ứng (các chức tương tác IWF: Interworking Function) SS cần giao tiếp với mạng để sử dụng khả truyền tải mạng cho việc truyền tải số liệu người sử dụng báo hiệu phần tử mạng GSM MSC thường tổng đài lớn điều khiển quản lý số điều khiển trạm gốc Để kết nối MSC với số mạng khác, cần phải thích ứng đặc điểm truyền dẫn GSM với mạng Các thích ứng gọi chức tương tác IWF (Interworking Function) bao gồm thiết bị để thích ứng giao thức truyền dẫn Nó cho phép kết nối với mạng: PSPDN (Packet Switched Public Data Network: mạng số liệu cơng cộng chuyển mạch gói), hay CSPDN (Circuit Switched Public Data Network: mạng số liệu cơng cộng chuyển mạch kênh), tồn mạng khác đơn PSTN hay ISDN IWF thực chức MSC hay thiết bị riêng, trường hợp hai giao tiếp MSC IWF để mở Để thiết lập gọi đến người sử dụng GSM, trước hết gọi phải định tuyến đến tổng đài cổng GMSC mà không cần biết đến thời thuê bao đâu Các tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy thơng tin vị trí thuê bao định tuyến gọi đến tổng đài quản lý thuê bao thời điểm thời (MSC tạm trú) Để trước hêt tổng đài cổng phải dựa số thoại danh bạ thuê bao để tìm HLR cần thiết hỏi HLR Tổng đài cổng có giao diện với mạng bên với mạng GSM Về phương diện kinh tế, tổng đài cổng đứng riêng mà thường kết hợp với MSC BÁO CÁO THỰC TẬP 1.2.1.2 Bộ ghi định vị thường trú HLR Là sở liệu quan trọng mạng GSM, lưu trữ số liệu địa nhận dạng thông số nhận thực thuê bao mạng Các thông tin lưu trữ HLR gồm: nhận dạng thuê bao IMSI, MSISDN, VLR thời, trạng thái thuê bao, khoá nhận thực chức nhận thực, số lưu động trạm di động MSRN HLR chứa sở liệu bậc cao tất thuê bao GSM Những liệu truy nhập từ xa MSC VLR mạng 1.2.1.3 Bộ ghi định vị tạm trú VLR VLR sở liệu thứ hai mạng GSM Nó nối với hay nhiều MSC có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao thuê bao nằm vùng phục vụ MSC tương ứng đồng thời lưu giữ số liệu vị trí th bao nói mức độ xác HLR Các chức VLR thường liên kết với chức MSC 1.2.1.4 Trung tâm nhận thực AUC AUC quản lý thông tin nhận thực mật mã liên quan đến cá nhân thuê bao dựa khố nhận dạng bí mật Ki để đảm bảo toàn số liệu cho thuê bao phép Khoá lưu giữ vĩnh cửu bí mật nhớ MS Bộ nhớ có dang Simcard rút cắm lại AUC đặt HLR MSC độc lập với hai Khi dăng ký thuê bao, khoá nhận thực Ki ghi nhớ vào Simcard thuê bao với IMSI Đồng thời khoá nhận thực Ki lưu giữ trung tâm nhận thực AUC để tạo ba thơng số cần thiết cho q trình nhận thực mật mã hoá: - Số ngẫu nhiên RAND - Mật SRES tạo từ Ki số ngẫu nhiên RAND thuật toán A3 - Khoá mật mã Kc tạo từ Ki số ngẫu nhiên RAND thuật toán A8 1.2.1.5 Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR Quản lý thiết bị di động thực đăng ký nhận dạng thiết bị EIR EIR lưu giữ tất liệu liên quan đến phần thiết bị di động ME trạm di động MS EIR nối với MSC thông qua đường báo hiệu để kiểm tra phép thiết bị cách so sánh tham số nhận dạng thiết bị di động quốc tế IMEI (International Mobile Equipment Identity) thuê bao gửi tới thiết lập thơng tin với số IMEI lưu giữ EIR phịng trường hợp thiết bị đầu cuối bị đánh cắp, so sánh khơng thiết bị truy nhập vào mạng BÁO CÁO THỰC TẬP 1.2.2 Phân hệ trạm gốc BSS BSS thực nhiệm vụ giám sát đường ghép nối vô tuyến, liên kết kênh vô tuyến với máy phát quản lý cấu hình kênh Đó là: - Điều khiển thay đổi tần số vô tuyến đường ghép nối (Frequency Hopping) thay đổi cơng suất phát vơ tuyến - Thực mã hố kênh tín hiệu thoại số, phối hợp tốc độ truyền thơng tin - Quản lý q trình Handover - Thực bảo mật kênh vô tuyến Phân hệ BSS gồm hai khối chức năng: điều khiển trạm gốc (BSC: Base Station Controller) trạm thu phát gốc (BTS: Base Transceiver Station) Nếu khoảng cách BSC BTS nhỏ 10m kênh thơng tin kết nối trực tiếp (chế độ Combine), ngược lại phải qua giao diện A-bis (chế độ Remote) Một BSC quản lý nhiều BTS theo cấu hình hỗn hợp loại 1.2.2.1 Trạm thu phát gốc BTS Một BTS bao gồm thiết bị phát thu, anten xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vơ tuyến Có thể coi BTS Modem vơ tuyến phức tạp có thêm số chức khác Một phận quan trọng BTS TRAU (Transcoder and Rate Adapter Unit: khối chuyển đổi mã thích ứng tốc độ) TRAU thiết bị mà q trình mã hố giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM tiến hành, thực thích ứng tốc độ trường hợp truyền số liệu TRAU phận BTS, đặt cách xa BTS chí nhiều trường hợp đặt BSC MSC BTS có chức sau: - Quản lý lớp vật lý truyền dẫn vô tuyến - Quản lý giao thức cho liên kết số liệu MS BSC - Vận hành bảo dưỡng trạm BTS - Cung cấp thiết bị truyền dẫn ghép kênh nối giao tiếp A-bis 1.2.2.2 Bộ điều khiển trạm gốc BSC BSC có nhiệm vụ quản lý tất giao diện vô tuyến qua lệnh điều khiển từ xa BTS MS Các lệnh chủ yếu lệnh ấn định, giải phóng kênh vơ tuyến quản lý chuyển giao (Handover) Một phía BSC nối với BTS cịn phía nối với MSC SS Trong thực tế, BSC tổng đài nhỏ có khả tính tốn đáng kể Một BSC quản lý vài chục BTS tuỳ theo lưu lượng BTS Giao diện BSC MSC giao diện A, cịn giao diện với BTS giao diện A-bis Nhân viên khai thác từ trung tâm khai thác bảo dưỡng OMC nạp phần mềm liệu xuống BSC, thực số chức khai thác bảo dưỡng, hiển thị cấu hình BSC