4 6 6 hệ thống thông tin di động số

Luận văn tốt nghiệp LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG SỐ Luận văn tốt nghiệp CHƯƠNG CÁC KỸ THUẬT CƠ SỞ VÀ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH TRONG HỆ THỐNG THƠNG TIN DI SỐ I CÁC BỘ PHẬN CHÍNH TRONG HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG SỐ Giới thiệu - Mạng viễn thông tổ ong ứng dụng kỹ thuật viễn thơng có nhu cầu lớn phát triển nhanh - GSM (Global system for mobile communication – hệ thống thơng tin di động tồn cầu) với tiêu chuẩn thơng số tồn Châu Âu mới, giải hạn chế dung lượng Thực chất dung lượng tăng – lần nhờ việc sử dụng tần số tốt kỹ thuật ô nhỏ, số thuê bao phục vụ tăng lên - Lưu động hồn tồn tự động, bạn đem máy di động du lịch sử dụng nước khác Hệ thống tự động cập nhật thơng tin vị trí bạn cho hệ thống nhà bạn Bạn gọi nhận gọi đến mà người gọi khơng cần biết vị trí bạn Ngồi tính lưu động quốc tế, tiêu chuẩn GSM cung cấp số tính thơng tin tốc độ cao, faxcimile dịch vụ thông báo ngắn Các máy điện thoại di động ngày nhỏ tiêu thụ cơng suất hệ trước chúng - Tiêu chuẩn GSM thiết kế để kết hợp với ISDN tương thích với mơi trường di động Nhờ tươnng tác hai tiêu chuẩn đảm bảo - Năm 1982 GSM bắt đầu phát triển nước Bắc Âu gửi đề nghị đến CEPT để quy định dịch vụ viễn thông chung Châu Âu 900MHz - Từ năm 1982 đến năm 1985 người ta bàn luận việc xây dựng hệ thống số hay tương tự Năm 1985 định hệ thống số Bước chọn lựa giải pháp băng hẹp băng rộng - Năm 1986 kiểm tra trường tổ chức Paris hãng khác đua tài với giải pháp - Tháng 05/1987 giải pháp TDMA băng hẹp lựa chọn, đồng thời hãng khai thác ký biên ghi nhớ MoU(Memorandem of Understanding) thực quy định hứa có GSM vận hành vào 01/07/91 - Ecrisson với bề dày kinh nghiệm việc thiết kế sản xuất hệ thống tổ ong Hệ thống CME20 cho GSM thiết kế sở chuyển mạch số AXE10 Ở nước ta có hai hệ thống điện thoại di động Vinaphone, VMS - Về chất lượng Luận văn tốt nghiệp Chức CME20 cung cấp dịch vụ điện thoại di động tin cậy chất lượng tốt Các hệ máy di động khác sử dụng nhiều loại dịch vụ số liệu không cần modem riêng Ở GSM việc đăng ký thuê bao ghi modem nhận dạng thuê bao SIM (Subscribe Identity Module) card thuê bao có kích thước tín phiếu Bạn cắm card thuê bao vào loại máy GSM sử dụng Hệ thống kiểm tra đăng ký thuê bao card không bị lấy cắp Quá trình tự động thực thủ tục nhận thực thông qua trung tâm nhận thực Tính bảo mật tăng cường nhờ việc sử dụng mã số để ngăn chặn hồn tồn việc nghe trộm vơ tuyến Ở nước điều kiện tương đối tốt, chất lượng tiếng GSM ngang với hệ thống tương tự Tuy nhiên, điều kiện tồi tín hiệu yếu hay nhiễàu giao thoa nặng, GSM có chất lượng tốt Việc sử dụng công nghệ làm máy điện thoại di động nhỏ nhẹ hơn, sử dụng “chế động nghỉ” tự động làm cho tuổi thọ ắc qui dài Cấu trúc chung hệ thống GSM NSS: Mạng hệ thống chuyển mạch BSS: Hệ thống trạm gốc OSS: Hệ thống khai thác MS: Trạm di động Hình 1.1: Cấu trúc chung GSM 1.1 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 thuê Luận văn tốt nghiệp bao Chức SS quản lý thơng tin người sử dụng mạng GSM với với mạng khác 1.1.1 MSC Ở SS chức chuyển mạch MSC thực hiện, nhiệm vụ MSC điều phối việc thiết lập gọi đến người sử dụng mạng GSM Một mặt MSC giao tiếp với hệ thống 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 Chẳng hạn SS sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số (CCS No), mạng đảm bảo hoạt động tương tác phần tử SS hay nhiều mạng GSM MSC thường tổng đài lớn điều khiển trạm gốc (BSC) Một tổng đài MSC thích hợp cho vùng thị ngoại có dân cư vào khoảng triệu (với mật độ thuê bao trung bình) Để kết nối MSC với số mạng khác cần phải thích ứng với 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 (mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói) hay CSPDN (mạng số liệu cơng cộng chuyển mạch theo mạch), tồn mạng khác đơn PSTN hay ISDN IWF thực chức MSC hay thiết bị riêng, trường hợp hai giao tiếp MSC IWF để mở 1.1.2 HLR Ngoài MSC, SS bao gồm sở liệu Các thông tin liên quan đến việc cung cấp dịch vụ viễn thông lưu giữ HLR khơng phụ thuộc vào vị trí thời thuê bao HLR chứa thông tin liên quan đến vị trí thời thuê bao Thường HLR máy tính đứng riêng khơng có khả chuyển mạch có khả quản lý hàng trăm ngàn thuê bao Một chức HLR nhận dạng trung tâm nhận thực AUC mà nhiệm vụ trung tâm quản lý an toàn số liệu thuê bao phép 1.1.3 VLR VLR sở liệu thứ hai mạng GSM Nó nối 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 Luận văn tốt nghiệp Các chức VLR thường liên kết với chức MSC 1.1.4 GMSC SS chứa nhiều MSC, VLR, HLR Để thiết lập gọi đến người sử dụng GSM, trước hết gọi phải định tuyến đến tổng đài cổng gọi 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 vậy, trước hết 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 ngồi thơng qua giao diện làm nhiệm vụ cổng để kết nối mạng bên với mạng GSM Ngoài tổng đài có giao diện báo hiệu số (CCS No7) để tương tác phần tử khác SS Về phương diện kinh tế tổng đài cổng đứng riêng mà thường kết hợp với MSC 1.2 Hệ thống BSS Có thể nói BSS hệ thống thiết bị đặc thù riêng cho tính chất tổ ong vơ tuyến GSM BSS giao diện trực tiếp với trạm di động (MS) thơng qua giao diện vơ tuyến, bao gồm thiết bị phát thu đường vô tuyến quản lý chức Mặt khác BSS thực giao diện với tổng đài SS Tóm lại BSS thực đấu nối MS với người sử dụng viễn thông khác BSS phải điều khiển đấu nối với CSS Các giao diện bên BSS cho hình 1.2 OSS Luồng điều khiển Luồng lưu lượng MS BSS NSS Luận văn tốt nghiệp NSS: Mạng hệ thống chuyển mạch BSS: Hệ thống trạm gốc OSS: Hệ thống khai thác MS: Trạm di động Hình 1.2: Các giao diện ngồi BSS BSS bao gồm hai loại thiết bị: BTS giao diện với MS BSC giao diện với MSC Cấu trúc bên BSS cho hình 1.3 BT S BSS OSS BT S BSC Giao diện Vô tuyến BT S Giao diện A Giao diện Abis Hình 1.3: Các phần tử BSS 1.2.1 BTS NSS Luận văn tốt nghiệp 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 hóa 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 1.2.2 BSC BSC có nhiệm vụ lý tất giao diện vô tuyến thông qua lệnh điều khiển từ xa BTS MS Các lệnh chủ yếu lệnh ấn định, giải phóng kênh vô 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 Vai trị chủ yếu quản lý kênh giao diện vô tuyến chuyển giao (handover) Một BSC trung bình quản lý tới vài chục BTS phụ thuộc vào lưu lượng BTS Giao diện BSC với MSC gọi giao diện A, cịn giao diện với BTS gọi giao diện Abis 1.3 Trạm di động MS Trạm di động thiết bị mà người sử dụng thường xun nhìn thấy hệ thống MS thiết bị đặt ô tô, thiết bị xách tay thiết bị cầm tay Loại thiết bị cầm tay thiết bị trạm di động phổ biến Ngoài việc chứa chức vô tuyến chung xử lý cho giao diện vơ tuyến MS cịn phải cung cấp giao diện với người sử dụng (như: micro, loa, hiển thị, bàn phím để quản lý gọi) giao diện với số thiết bị khác (như: giao diện với máy tính cá nhân, fax…) Hiện người ta cố gắng sản xuất thiết bị đầu cuối gọn nhẹ để đấu nối với trạm di động Việc lựa chọn thiết bị đầu cuối để mở cho nhà sản xuất, ta liệt kê ba chức chính: - Thiết bị đầu cuối thực chức không liên quan đến mạng GSM: Fax - Kết cuối trạm di động thực chức liên quan đến truyền dẫn giao diện vơ tuyến - Bộ thích ứng đầu cuối làm việc cửa nối thông thiết bị đầu cuối với kết cuối di động Cần sử dụng thích ứng đầu cuối giao diện trạm di động tuân Luận văn tốt nghiệp theo tiêu chuẩn ISDN để đấu nối đầu cuối, thiết bị đầu cuối lại giao diện đầu cuối modem Cấu trúc chức trạm di động cho hình 1.4 Đầu cuối di động Thiết bị đầu cuối Thích ứng đầu cuối Đầu cuối di động Hình 1.4: Cấu trúc chức trạm di động 1.4 Hệ thống khai thác OSS OSS thực ba chức sau: - Khai thác bảo dưỡng mạng - Quản lý thuê bao tính cước - Quản lý thiết bị di động 1.4.1 Khai thác bảo dưỡng mạng - Khai thác hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi mạng như: tải hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao (handover) ơ…, nhờ nhà khai thác giám sát toàn chất lượng dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng kịp thời xử lý cố Khai thác bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm vấn đề xuất thời điểm thời, chuẩn bị tăng lưu lượng tương lai để tăng vùng phủ Việc thay đổi mạng thực “mềm” qua báo hiệu (chẳng hạn thay đổi thông số handover để thay đổi biên giới tương đối ô), thực cứng đòi hỏi can thiệp trường (chẳng hạn bổ sung thêm dung lượng truyền dẫn hay lắp đặt trạm mới) Ở hệ thống viễn thông đại khai thác thực máy tính tập trung trạm Luận văn tốt nghiệp - Bảo dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị sửa chữa cố, hỏng hóc Nó có số quan hệ với khai thác Các thiết bị mạng viễn thơng đại có khả tự phát số cố hay dự báo cố thông qua tự kiểm tra Trong nhiều trường hợp người ta dự phòng cho thiết bị để có cố thay thiết bị dự phịng Sự thay thực tự động, việc giảm nhẹ cố người khác thực điều khiển từ xa Bảo dưỡng bao gồm hoạt động trường nhằm thay thiết bị có cố - Hệ thống khai thác bảo dưỡng xây dựng nguyên lý TMN (Telecommunication management Network: mạng quản lý viễn thông) Lúc mặt hệ thống khai thác bảo dưỡng nối đến phần tử mạng viễn thông (các MSC, BSC, HLR phần tử mạng khác trừ BTS, thâm nhập đến BTS thực qua BSC) Mặt khác hệ thống khai thác bảo dưỡng lại nối đến máy tính chủ đóng vai trị giao tiếp người máy theo tiêu chuẩn GSM gọi OMC (Operation and maintenance center: trung tâm khai thác bảo dưỡng) 1.4.2 Quản lý thuê bao Bao gồm hoạt động quản lý đăng ký thuê bao Nhiệm vụ nhập xóa thuê bao khỏi mạng Đăng ký thuê bao phức tạp bao gồm nhiều dịch vụ tính bổ sung Nhà khai thác thâm nhập tất thơng số nói Một nhiệm vụ quan trọng khác khai thác thâm nhập tất thơng số nói trên, nhiệm vụ quan trọng khác khai thác tính cước gọi Quản lý thuê bao mạng GSM liên quan đến HLR số thiết bị OSS riêng chẳng hạn mạng nối HLR với thiết bị giao tiếp người máy trung tâm giao dịch với th bao Sim card đóng vai trị phận hệ thống quản lý thuê bao 1.4.3 Quản lý thiết bị di động Quản lý thiết bị di động đăng ký nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Idnetity Register) thực EIR lưu giữ tất giữ liệu liên quan đến trạm di động MS EIR nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra phép thiết bị Một thiết bị không phép bị cấm Lưu ý: Khác với thiết bị, phép thuê bao AUC xác nhận Ở GSM EIR coi hệ thống SS Sơ đồ mơ hình hệ thống GSM cho hình 1.5 Luận văn tốt nghiệp SS AUC VLR IDNS HLR PSPDN EIR MSC CSPD N OMC BSS PSTN BSC PLMN BTS MS lượng Truyền báo hiệu Truyền lưu AUC: Trung tâm nhận thực HLR: Bộ ghi định vị thường trú VLR: Bộ ghi định vị trí tạm trú EIR: Bộ ghi nhận dạng thiết bị MSC: Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di BSC: Bộ điều khiển trạm gốc động MS: Trạm di động BTS: Trạm thu phát gốc OMC: Trung tâm khai thác bảo dưỡng SS: Hệ thống chuyển mạch BSS: Hệ thống trạm gốc ISND: Mạng liên kết số đa dịch vụ PSPDN: Mạng số liệu công cộng chuyển mạch CSPDN: Mạng số liệu công cộng chuyển gói mạch theo mạch PSTN: Mạng điện thoại chuyển mạch công PLMN: mạng di động công cộng mặt đất cộng Hình 1.5: Mơ hình hệ thống GSM II CÁC KỸ THUẬT CƠ SỞ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG SỐ Giao diện vô tuyến truyền dẫn 1.1 Giao diện vô tuyến 10