Hệ thống thông tin di động
12/9/2013 1 CHƯƠNG 4 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Nội dung I. Tổng quan về hệ thống thông tin di động II. Hệ thống GSM III. Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS IV. Hệ thống CDMA V. Hệ thống thông tin thế hệ thứ 3 (3G) theo chuẩn WCDMA Tài liệu tham khảo 2. Tính toán mạng thông tin di động số cellular, Thầy Vũ Đức Thọ 3. GSM, CdmaOne and 3G Systems, Raymond Steele, Chin-Chun Lee, Peter Gould 4. GSM, Switching, Services and Protocols, John Wiley & Sons Link download Slide (pdf): 1. Giáo trình Thông tin Di động, Thầy Phạm Công Hùng (chủ biên), Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. 12/9/2013 2 I. Tổng quan về hệ thống TTDD 1. Lịch sử phát triển 2. Giới thiệu cấu trúc hệ thống 3. Đa truy nhập 1. Lịch sử phát triển Giới thiệu chung: Hệ thống thông tin di động tế bào số (Digital Cellular Mobile Communication Systems) hay còn gọi là hệ thống thông tin di động (Mobile Systems) là hệ thống liên lạc với nhiều điểm truy nhập khác nhau (access points, or base stations) trên một vùng địa lý hay còn goi là các cell. Nguời sử dụng có thể di chuyển trong vùng phủ sóng của các trạm (base station) 12/9/2013 3 1. Lịch sử phát triển Ra đời vào những năm 1920 ( là các phương tiện thông tin giữa các đơn vị cảnh sát Mỹ ) 1982 sử dụng kỹ thuật TDMA là Nhóm đặc trách di đông GSM (Group Special Mobile) sau này được đổi thành Hệ thống di động toàn cầu (Global System for Mobile Communications) Việt Nam sử dụng GSM từ 1993 1991 Qualcomm triển khai hệ thống di động trên công nghệ CDMA chuẩn IS-95A (Interim Standard-95A) Việt Nam triểm khai hệ thống di động theo công nghệ CDMA và đưa vào sử dụng tháng 7/2003 (S- Phone) 1. Lịch sử phát triển Hệ thống thông tin di động phát triển theo các thế hệ khác nhau: First Generation (1G) Hệ thống thông tin di động tương tự sử dụng phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA và điều chế tần số FM. Đặc điểm: Phương thức truy nhập: FDMA Dịch vụ đơn thuần là thoại Chất lượng thấp Bảo mật kém 12/9/2013 4 1. Lịch sử phát triển Một số hệ thống điển hình: NMT: Nordic Mobile Telephone sử dụng băng tần 450 MHz. Triển khai tại các nước Bắc Âu vào năm 1981 (Scandinavia) TACS: Total Access Communication System triển khai tại Anh vào năm 1985. AMPS: Advanced Mobile Phone System triển khai tại Bắc Mỹ vào năm 1978 tại băng tần 800 MHz. 1. Lịch sử phát triển Second Generation (2G) Hệ thống di động số tế bào: Dung lượng tăng Chất lượng thoại tốt hơn Hỗ trợ các dịch vụ số liệu (data) Phương thức truy nhập: TDMA, CDMA băng hẹp (NarrowBand) Chuyển mạch: chuyển mạch kênh (Circuit Switching). 12/9/2013 5 1. Lịch sử phát triển Một số hệ thống điển hình: GSM: (Global System for Mobile Phone) - TDMA. Triển khai tại Châu Âu. D-AMPS (IS-136 - Digital Advanced Mobile Phone System) - TDMA. Triển khai tại Mỹ IS-95 (CDMA one) - CDMA. Triển khai tại Mỹ và Hàn Quốc. PDC (Personal Digital Cellular) - TDMA, Triển khai tại Nhật Bản. 1. Lịch sử phát triển Evolved Second Generation (2.5 G) Các dịch vụ số liệu cải tiến : Tốc độ bit data cao hơn. Hỗ trợ kết nối Internet. Phương thức chuyển mạch: Chuyển mạch gói - Packet Switching Ví dụ: GPRS - General Packet Radio Services: Nâng cấp từ mạng GSM nhằm hỗ trợ chuyển mạch gói (172 kbps). EDGE - Enhance Data rate for GSM Evolution Hỗ trợ tốc độ bit cao hơn GPRS trên nền GSM (384 kbps) 12/9/2013 6 1. Lịch sử phát triển Third Generation (3G) Hỗ trợ các dịch vụ số liệu gói tốc độ cao: Di chuyển trên các phương tiện (Vehicles): 144 kbps - Macro Cell Đi bộ, di chuyển chậm (Pedestrians): 384 kbps - Micro cell Văn phòng ( Indoor, stationary users) 2 Mbps - Pico cell Dịch vụ đa phương tiện, kết nối qua Internet, ví dụ như: Video Streaming, video conference, web browsing, email, navigational maps . . 1. Lịch sử phát triển Third Generation (3G) Hai hướng tiêu chuẩn cho mạng 3G: W-CDMA: UMTS: Phát triển từ hệ thống GSM, GPRS CDMA 2000 1xEVDO: Phát triển từ hệ thống CDMA IS-95 12/9/2013 7 1. Lịch sử phát triển Fourth Generation (4G) Hiện nay đang xây dựng chuẩn. Cải tiến về dịch vụ dữ liệu: Tốc độ bit: 20 - 100 Mb/s. Phương thức điều chế: OFDM, MC-CDMA Xu hướng kết hợp: mạng lõi IP + mạng truy nhập di động (3G) và truy nhập vô tuyến Wimax & Wi-Fi ! 1. Lịch sử phát triển 12/9/2013 8 2. Cấu trúc hệ thống – Cell – tế bào hay ô: là đơn vị cơ sở của mạng, tại đó trạm di động MS tiến hành trao đổi thông tin với mạng qua trạm thu phát gốc BTS (BS). – Trong đó: • MS: Mobile Station - trạm di động. • BTS (BS): Base Tranceiver Station (Base Station) 2. Cấu trúc hệ thống 12/9/2013 9 2. Cấu trúc hệ thống 2. Cấu trúc hệ thống 12/9/2013 10 2. Cấu trúc hệ thống HLR: Home Location Register: bộ đăng ký định vị thường trú VLR: Visited Location Register: bộ đăng ký định vị tạm trú AuC: Authentication Center: Trung tâm nhận thực MSC: Mobile Switching Center: Trung tâm chuyển mạch di động 2. Cấu trúc hệ thống [...]... Model) 22 12/9/2013 II- HỆ THỐNG GSM 1 Cấu trúc hệ thống 2 Phân cấp vùng phục vụ 3 Các giao di n 4 Các giao thức 1 Cấu trúc hệ thống GSM Mạng thông tin di động mặt đất công cộng PLMN (Public Land Mobile Network) theo chuẩn GSM được chia thành 3 (4) phân hệ chính sau: Phân hệ chuyển mạch - NSS Phân hệ vô tuyến - RSS = BSS + MS Network Switching Subsystem Radio SubSystem Phân hệ vận hành và bảo... chia theo thời gian - TDD TDD: Time Division Duplex Mobile Station M M B M B M B Base Station B Phương thức TDD sử dụng cùng một kênh tần số để mang thông tin theo hai hướng tại các khe thời gian luân phiên 19 12/9/2013 Băng tần của hệ thống Mỗi hệ thống thông tin di động được cấp phát một hoặc nhiều băng tần xác định Trong mỗi băng tần, các kênh vô tuyến của hệ thống sẽ được ấn định Ví dụ: Băng... Mobile Equipment - thiết bị di động SIM: Subscriber Indentity Module Module nhận dạng thuê bao ME = hardware + software ME IMEI = Assigned at the factory 6 digits 2 digits Type Approval Final Assembly Code Code 6 digits 1 digit Serial Number Sp IMEI Trạm di động MS - Mobile Stattion SIM: lưu giữ các thông tin nhận thực thuê bao và mật mã hóa/giải mật mã hóa Các thông tin lưu giữ trong SIM:... 12/9/2013 1 Cấu trúc hệ thống GSM Data NetwoRK NSS vlr auc BSS trau iwf hlr bsc msc bts ec bts bts eir pstn omc ms Omc- s Omc- r Me IWF: InterWorking Function - Khối tương tác mạng Kết nối mang thông tin báo hiệu /điều khiển sim EC: Echo Canceler - Khối triệt tiếng vọng Kết nối mang thông tin người sử dụng và báo hiệu GSM Architecture 24 12/9/2013 Trạm di động MS - Mobile Station Trạm di động MS = ME +...12/9/2013 2 Cấu trúc hệ thống Vùng phủ sóng coverage area PBT S RFC(n) Hình dạng lý thuyết RSSI MS BTS Radio Signal Strength chỉ thị cường độ Indication tín hiệu 2 Cấu trúc hệ thống Hình dạng và kích thước cell Cell lớn Cell nhỏ 11 12/9/2013 2 Cấu trúc hệ thống Cell lớn ,Vị trí thiết kế các cell lớn: - Sóng vô tuyến ít bị che khuất ( vùng nông thông, ven biển ) - Mật độ thuê bao... thoại (16kpbs) TRAU MSC Phân hệ chuyển mạch NSS 30 12/9/2013 Tổng đài di động MSC Chức năng: • Xử lý cuộc gọi (call procesing) • Điều khiển chuyển giao (Handover control) • Quản lý di động (mobility management) • Xử lý tính cước (billing) • Tương tác mạng (interworking function):GatewayMSC GMSC Bộ định vị thường trú HLR “HLR là cơ sở dữ liệu tham chiếu lưu giữ lâu dài các thông tin về thuê bao” • Các số... kính phủ sóng ~ n km ÷ - Yêu cầu công suất phát lớn n * 10 km ( GSM: . trên nền GSM (3 84 kbps) 12/9/2013 6 1. Lịch sử phát triển Third Generation (3G) Hỗ trợ các dịch vụ số liệu gói tốc độ cao: Di chuyển trên các phương tiện (Vehicles): 144 kbps - Macro Cell Đi. phát một tần số trong suốt thời gian liên lạc k1 k2 k3 k4 k5 k6 f1 f2 f3 f4 f5 f6 s – khoảng cách an toàn s FDMA cấp phát tần số t f k1 k2 k3 k4 k5 k6 3. Các phương thức đa truy nhập TDMA (Time Division. quá trình liên lạc k1 k2 k3 k4 k5 k6 f1 t f k1 k2 k3 k4 k5 k6 k1 TDMA cấp Khe thời gian 3. Các phương thức đa truy nhập 12/9/2013 18 CDMA (Code Division Multiple Access) k1 k2 k3 k4 k5 k6 f1 CDMA Giải