Chng I tæng quan hÖ thèng th«ng tin di ®éng gsm 1 §å ¸n tèt nghiÖp Môc lôc Lêi më ®Çu 3 Ch¬ng 1 TæNG QUAN VÒ TH¤NG TIN DI §éNG 5 1 1 LÞch sö ph¸t triÓn th«ng tin di ®éng 5 1 1 1 Bèi c¶nh lÞch sö 5 1[.]
Đồ án tốt nghiệp Mục lục Lời mở đầu Chơng 1: TổNG QUAN Về THÔNG TIN DI §éNG 1.1 LÞch sử phát triển thông tin di động 1.1.1 Bối cảnh lịch sử 1.1.2 Các hệ thống thông tin di động giới .6 1.2 Các phơng pháp đa truy nhập thông tin di động .9 1.2.1 Giíi thiƯu chung a Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA): .9 b Đa truy nhËp ph©n chia theo m· (CDMA) 12 c Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA): 13 1.3 Nguyên lý hoạt động cđa hƯ thèng CDMA 14 1.4 So sánh hệ thống đa truy nhập .16 CHƯƠNG 2: Cấu trúc hệ thống thông tin di động GSM 21 2.1 Cấu tróc hƯ thèng .21 2.2 Chức phần tử mạng GSM 22 2.2.1 Phân hƯ chun m¹ch NSS 22 2.2.2 Phân hệ trạm gốc BSS 24 2.2.3 HÖ thèng khai thác hỗ trợ OSS .25 2.2.4 Trạm di động MS 25 2.3 Mạng báo hiÖu 26 2.3.1 C¸c giao thøc b¸o hiƯu hƯ thèng GSM .26 2.3.2 C¸c giao diƯn hÖ thèng GSM .28 2.4 Giao diƯn v« tun .29 Chơng 3: mạng GPrs .32 3.1.Giíi thiÖu 32 3.1.1 GPRS gì? 32 3.1.2 C¸c đặc điểm mạng GPRS .33 3.1.3 Mét sè øng dơng cđa GPRS 36 3.1.4 Các điểm khác mạng GPRS với GSM: 37 3.2 KiÕn tróc tỉng quan 37 3.2.1 C¸c giao diƯn điểm tham chiếu .39 3.2.2 Các phần tử mạng GPRS 37 3.3.Các chức GPRS 41 3.3.1 C¸c chức điều khiển truy nhập mạng 41 3.3.2 Chức định tuyến truyền dẫn gói .44 Điền Thị Giao Linh K11 - ĐTVT Đồ án tốt nghiệp 3.3.3 Các chức quản lý di động 46 3.3.4 Các chức quản lý kênh kÕt nèi logic 50 3.3.5 C¸c chức quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến 50 3.3.6 Quản lý mạng .51 CHƯƠNG 4: thủ tục trao đổi báo hiệu mạng GPRs .53 4.1 Giao thøc GTP 53 4.2.CÊu tróc cđa GTP Header 54 kÕt luËn 59 bảng tra cứu tõ viÕt t¾t .60 tài liệu tham khảo .68 Điền Thị Giao Linh K11 - ĐTVT Đồ án tốt nghiệp lời mở đầu Hiện giới mặt đời sống xà hội phát triển, kinh tế, khoa học tự nhiên mà nhiều lĩnh vực khác Ngành thông tin liên lạc đợc coi ngành mũi nhọn cần phải trớc bớc, làm sở cho ngành khác phát triển Nhu cầu trao đổi, cập nhật thông tin ngời nơi lúc ngày cao Thông tin di động đời phát triển đà trở thành loại hình dịch vụ, phơng tiện thông tin phổ biến, đáp ứng nhu cầu sống đại Các hệ thống thông tin di động phát triển nhanh qui mô, dung lợng đặc biệt loại hình dịch vụ để đáp ứng tốt nhu cầu ngời sử dụng Việt Nam, mạng di ®éng sè thÕ hƯ thø hai (2G), sư dơng công nghệ GSM, đợc phát triển rộng khắp tỉnh thành phố GSM với tốc độ 9,6 kbps áp dụng đợc dịch vụ thoại dịch vụ tin ngắn, hạn chế nhiều dịch vụ phi thoại yêu cầu tốc độ cao nh hình ảnh, văn đặc biệt nhu cầu truy nhập Internet Trong giới, nhiều nớc đà tiến lên hệ điện thoại di động thứ ba (3G) Thế hệ thứ ba có tốc độ truyền dẫn cao hơn, cung cấp đợc nhiều loại hình dịch vụ, đáp ứng đợc nhu cầu Việc xây dựng, phát triển mạng điện thoại di động thứ ba Việt Nam thực cần thiết Nhng đầu t thẳng lên 3G cần lợng vốn bỏ lớn mà lại lÃng phí sở hạ tầng mạng di động sẵn có Vì vậy, ®Ĩ tiÕn tíi thÕ hƯ th«ng tin di ®éng thø ba cần qua bớc trung gian gọi hệ thông tin di động 2,5G; dịch vụ thông tin di động vô tuyến chuyển mạch gói GPRS (General Packet Radio Service) TriÓn khai GPRS cho phÐp tận dụng sở mạng GSM sẵn có, đồng thời đáp ứng nhu cầu truyền liệu tốc độ lớn, bớc xây dựng mạng điện thoại hệ thứ ba Đó lý chọn đề tài Tìm hiểu mạng GPRS Tìm hiểu mạng GPRS cho đồ án tốt nghiệp Hy vọng đồ án áp dụng trực tiếp vào việc phát triển mạng điện thoại di động Việt Nam điều kiện Đề tài gồm nội dung: - Chơng I: Tổng quan hệ thống thông tin di động - Chơng II: Cấu trúc hệ thống thông tin di động GSM - Chơng III: Mạng GPRS - Chơng IV: Các thủ tục trao đổi báo hiệu mạng GPRS Điền Thị Giao Linh K11 - ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Qua thời gian học tập, nghiên cứu; đợc hớng dẫn tận tình thầy cô giáo trờng Đại học Bách khoa Hà nội Bản đồ án tốt nghiệp đến đà hoàn thành Do khả thời gian có hạn nên không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận đợc góp ý thầy cô giáo bạn bè đồng nghiệp để em vững vàng thêm kiến thức trờng Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Điện tử Viễn thông, bạn bè đồng nghiệp, đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo Nguyễn Việt Dũng, ngời đà tận tình bảo hớng dẫn em hoàn thành đồ án Hà Nội, ngày tháng năm 2008 Sinh viên thực Điền Thị Giao Linh K11 - ĐTVT Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG TổNG QUAN Về THÔNG TIN DI ĐộNG 1.1 Lịch sử phát triển thông tin di động 1.1.1 Bối cảnh lịch sử Điện thoại di động đà chứng tỏ thành tựu bật công nghệ thơng mại thập niên gần Kể từ điện thoại di động đời, vị trí thị trờng đà phát triển cách chóng mặt Từ thiết bị sơ khai, trở thành vật dụng cần thiết với nhu cầu sống ngời với đầy chức tiện ích thông tin di động đà trở nên gần gũi với ngời điển hình gần kỷ 21 đà có nhiều khách hàng thuê bao di động nh năm 2000, châu Âu có 220 triệu thuê bao di động, toàn cầu có khoảng 580 triệu Anh ngời có ngời s dụng máy di động, ỏ Phần Lan số lợng máy di động tính theo đầu ngời đà vợt số hộ sử dụng điện thoại cố định Với phát triển nh vũ bÃo thông tin di động, số lợng thuê bao tăng mạnh, nhu cầu s dụng băng thông rộng lần lợt 1G, 2G, 3G, 4G Sự tiến triển truyền thông di động phân chia hai thÕ hƯ ph¸t triĨn HiƯn chóng ta bớc vào hệ thứ 3G hệ thống thông tin di động nói chung từ sở 1G mũi tên đờng cho hệ sau, nhìn chung đợc xếp vào mạng quốc gia dựa tảng tơng tự Vào năm 1980, mạng kiểu đà đợc chuyển biến thành loại hình dịch vụ Nó đợc thiết kế để truyền tải giọng nói Những hệ thống hệ thứ 2G đợc xếp vào loại công nghệ kỹ thuật số đợc ủng hộ công ớc quốc tế chung, tạo đà cho khả vận hành máy điện thoại di động vợt khỏi biên giới quốc gia Bên cạnh truyền hình tín hiệu thoại hệ thống có khả đáp ứng số dịch vụ khác với tốc độ truyền liệu thấp Một số loại hình dịch vụ nh: mobile fax (chuyển phách di ®éng), gưi th däng nãi, short massage service – SMS (dịch vụ gửi tin nhắn nhanh) (theo [PEE-00]) Cũng giai đoạn hệ thống phục vụ cho thị hiếu riêng biệt: thờng mạng di động cho công cộng, vệ tinh, mạng cô tun cơc bé (W-LAN) HƯ thèng cđa thÕ hƯ thø 2G đồng nghĩa với việc toàn cầu hóa hệ thống di động Trong việc nhận tầm quan trọng Internet đồng thời bớc tiến tiếp tới ngỡng cửa công nghệ 3G, giai đoạn cuối công nghệ thứ đà cho đời dịch vụ đa phơng tiện di động Điền Thị Giao Linh K11 - ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Trong vài năm tới ngời ta hy vọng ngời sư dơng di ®éng sÏ cã xu híng truy cËp vào dịch vụ đa phơng tiên băng rộng, ví nh đà có mạng di động 1.1.2 Các hệ thống thông tin di động giới a Hệ thống thứ 1G Đặc điểm quan trọng hệ thống thứ dựa tảng công nghệ tơng tự (analog) Có thể kể vài hệ thống đà đợc triển khai Mỹ, Châu Âu năm 70-80 nh: Dịch vụ điện thoại tiên tiến (AMPC), hệ thống di động vùng bắc Âu (NMT), hƯ thèng trun th«ng truy nhËp tỉng thĨ Ci năm 70 Hoa Kỳ nhóm Bell Labs đà thùc hiƯn hƯ thèng trun th«ng AMPS (theo BEL-79) HƯ thống mở dịch vụ chào hàng vào năm 1983 công ty AT T hệ thống hoạt động băng tần 800 MHz, cụ thể 824-849 MHz từ mobile đến BS 869-894 MHz từ BS đến mobile Những giải tần cung cấp đợc 832 kênh Những kênh đợc chia giũa hai nhà vận hành vùng địa lý khác Trong 832 kênh 42 kênh mang thông tin hệ thống hệ thống AMPS tạo khoảng tách kênh 30kHz, sử dụng điều chế FM với độ dịch tần lớn cho tín hiệu thoại Báo hiệu mobile va BS thùc hiƯn víi tèc ®é 10bit/s sư dơng m· hóa Manchesrer Các tín hiệu đợc điều chế FSK với tốc độ dịch tần 8kHz Hệ8kHz Hệ thống AMPS phân biƯt kªnh logic mét chiỊu cho trun dÉn tÝn hiệu ngời sử dụng thông tin báo hiệu TCH nghịch TCH thuận đợc dành riêng cho truyền dẫn liệu ngời sử dụng dựa sở truyền tay đôi Thông tin báo hiệu đợc dẫn tới BS kênh điều khiển nghịch (RECC) kênh thoại nghịch (RVC) đợc dẫn tới mobile việc sử dụng kênh điều khiển thuận (FOCC) kênh thoại thuận (FVC) Các kênh điều khiển thuận nghịch đợc sử dụng riêng cho thông tin điều kiển mạng hiểu kênh điều khiển chung Để giữ an toàn cho kênh điều khiển khỏi hiệu ứng kênh mobile, thông tin đợc bảo vệ nhờ việc sử dụng cặp nối móc vào mà chặn Để bảo vệ thông tin này, mà nằm sử dụng nhiều phép lặp Việc xác định BS đà đợc gán cho gọi, AMPS sử dụng giọng âm kiểm soát (SAT) Giọng âm ba loại tần (5970,6000, 6030 Hz) Tại giai đoạn thiết lập gọi, thiết bị kết cuối mobile đợc thông báo SAT BS mà thực liên lạc Trong suốt trình liên lạc thiết bị kết cuối mobile hay BS tín hiệu bị ngắt ngay, việc dễ gây việc thu nhận phải nguồn xuyên nhiễu Điền Thị Giao Linh K11 - ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Giống nh NMT450, chuẩn AMPS đà liên tục phát triển trì hệ thống đợc sử dụng nhiều giới Cho dù thị trờng không vơn tới đợc châu Âu, nhng chuẩn AMPS đà khẳng định đợc u điểm trội châu Mỹ châu b Hệ thống thứ 2G Sự khác biệt bật hệ thống 1G hệ thống 2G hệ thống 2G đợc xây dựng tảng công nghệ kü tht sè (digital) HƯ thèng trun th«ng tin di động toàn cầu (GSM): Theo đề nghị hÃng Nordic Telecom (viễn thông bắc âu) Nêthrlands PTT, nhóm nghiên cứu Group Special Mobil (GMS) đà đợc hình thành năm 1982 CEPT Mục tiêu nhóm nghiên cứu tìm hệ thống mobile đà tập chung vào nhu cầu thiết lập thêm nhiều dịch vụ kỹ thuật số hệ thứ có lợi quang phỉ, cung cÊp mét sè u ®iĨm quan träng bao gồm sức kháng nhiễu lớn hơn, an ninh gia tăng khả cung cấp hàng loạt dịch vụ khác Không giống trởng thành AMPS Bắc Mỹ, việc thiết lập GSM kéo theo độ cải cách tới vấn đề thiết kế thiết lập Điền Thị Giao Linh K11 - ĐTVT Đồ án tèt nghiÖp c HÖ thèng thø nhÊt 3G HiÖn để đáp ứng nhu cầu ngày tăng khách hàng viễn thông dịch vụ viễn thông hệ thống thông tin di động tiến tới hệ thứ 3G Và đà có hai tiêu chuẩn đà đợc chấp thuận cho IMT-2000 W-CDMA CDMA2000 W-CDMA đợc phát triển lên từ GMS hệ 2G CDMA 2000 đợc phát triển nên tõ I-95 thÕ hƯ thø ë c¸c thÕ hƯ hệ thống thông tin di động có xu hòa nhập thành tiêu chuẩn có khả phục vụ tốc độ bit kênh đến 2Mbit/s Để phân biệt với thông tin di động băng hẹp hệ thống thông tin di động hệ thứ đợc gọi hệ thống thông tin di động băng rộng Hệ thống thông tin di động hệ thứ xây dựng dựa sở tiêu chuẩn chung IMT-2000 Các tiêu chí chung để xây dựng IMT-2000: Sử dụng dải tần qui định quốc tế nh sau: Đờng lên: 1885-2025 MHz Đờng xuống: 2110-2200 MHz Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho loại hình thông tin vô tuyến: tích hợp mạng thông tin vô tuyến hữu tuyến, tơng tác với loại dịch vụ viễn thông Có thể hỗ trợ dịch vụ xuất … d HƯ thèng thø nhÊt 4G Cïng víi sù phát triển chuẩn hóa hệ thống 3G, xu hệ thống thông tin di động 4G Sù ¶nh hëng cđa internet cã ý nghÜa quan trọng 4G, nhà vận hành mạng tiến tới môi trờng IP toàn Trên phuơng tiện di sản từ công nghệ 2G giải pháp giao diện sóng radio gọn nhẹ hơn, không xa đến tầ 1G đà ảnh hởng tới 3G Khi công nghệ ngày tiến bộ, khả phân phối ngày tỏ nhanh hơn, dịch vụ băng rộng với QoS cao yêu cầu tiềm ẩn công nghệ tiÕp theo Khi 3G thùc sù chøng tá mang l¹i hội tụ công nghệ mobile internet, 4G báo trớc hội tụ công nghệ cố định, quảng bá di động UMTS với hình ảnh số (DVB) quảng bá âm số (DAB) lĩnh vực cho phân tích Một giải pháp nh cho phép cho truyền hình chất lợng cao phát thẳng tới ngời sử dụng mobile Đó môi trờng tế bào, vô tuyến điện, wLL, vệ tinh kết hợp để tạo khả cho viễn thông 1.2 Các phơng pháp đa truy nhập thông tin di động 1.2.1 Giới thiệu chung Điền Thị Giao Linh K11 - ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Một phơng pháp tăng dung lợng thông tin vô tun ngêi ta sư dơng kü tht ghÐp kªnh HiƯn có nhiều loại ghép kênh, nhng thông dụng hình thức sau: FDMA ( Frequency Division Multiple Access) đa truy nhập phân chia theo tần sè TDMA ( Time Division Multiple Access) ®a truy nhËp ph©n chia theo thêi gian CDMA ( Code Division Multiple Access) đa truy nhập phân chia theo mà Cụ thể hình thức ghép kênh nh sau: a Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA): Hệ thống FDMA điển hình AMPS (Advanced Mobile Phone Service) hệ thống điện thoại di động tổ ong AT & T Motorola -Mỹ đề xuất sử dụng vào năm 1982 Để sử dụng hiệu nguồn tần số có giới hạn nên vùng phục vụ rộng đợc phân chia thành ô nhỏ dịch vụ cung cấp sử dụng tần số định với công suất nhỏ phép BS cách xa khoảng cách định tái sử dụng tần số cách đồng Sau đó, ngời ta coi vùng phục vụ tơng ứng nh hình lục giác để làm đơn giản hoá việc thiết kế tính toán lý thuyết mạng điện thoại di động Tái sử dụng tần số liên quan đến việc định vị BS để tái sử dụng tần số xác, sử dụng tần số BS kề mà sử dụng lại khoảng cách định xa nhằm làm giảm giao thoa kênh giống Hình 1.3 mẫu tái sử dụng tần số khác Điền Thị Giao Linh K11 - ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Hình 1.1 Mẫu tái sử dụng tần số Trên hình 1.1 ta thấy cụm mẫu tái sử dụng tần số BS với tất băng tần có thể, số lợng ô cụm đợc gọi yếu tố tái sử dụng tần số K Trong trờng hợp hiệu tái sử dụng tần số tăng lên anten định hớng đợc sử dụng BS giao thoa tần số ảnh hởng đến BS sử dụng kênh anten phát xạ định hớng mà giao thoa kênh tăng (Thông thờng sư dơng vïng phđ sãng 1200) Khi xt hiƯn tr¹ng thái chuyển vùng tín hiệu đà đợc nối với BS có khả thu nhận tín hiệu tốt Trong trạng thái chuyển vùng kênh bị ngắt khoảng thời gian ngắn (150 ms) chuyển vùng bị trì hoÃn bị cản trở trờng hợp kênh ô Điền Thị Giao Linh K11 - §TVT