Thông tin di động gsm

Đồ án thực tập: Thông tin di động GSM Lời nói đầu Hiện sống hàng ngày thông tin liên lạc đóng vai trò quan trọng thiếu đợc, định nhiều mặt hoạt ®éng cđa x· héi, gióp ngêi n¾m b¾t nhanh chóng giá trị văn hoá, kinh tế, khoa học kỹ thuật đa dạng phong phú Bằng bớc phát triển thần kỳ, thành tựu công nghệ Điện Tử Tin Học Viễn Thông làm thay ®ỉi cc sèng ngêi tõng giê tõng , tạo trào lu "Điện Tử Tin Häc – ViƠn Th«ng " mäi lÜnh vùc ë năm cuối kỷ 20, đầu kỷ 21 Lĩnh vực Thông Tin Di Động không nằm trào lu Cùng với nhiều công nghệ khác Thông Tin Di Động không ngừng phát triển đáp ứng nhu cầu thông tin ngày tăng số lợng chất lợng, tạo nhiều thuận lợi miền thời gian nh không gian Hoà nhập với sóng đại hoá toàn giới, hàng loạt công nghệ tiên tiến nh tổng ®µi ®iƯn tư sè, trun dÉn sè PDH vµ SDH cáp quang viba, thông tin di động số GSM Cùng dịch vụ hỗ trợ đà Cùng dịch vụ hỗ trợ đà đợc da vào áp dụng mạng viễn thông Việt Nam Có thể kể đến thành tựu lớn nghành khoa học kỹ thuật nớc ta việc đa vào sử dụng Hai hệ thống thông tin di động tế bµo sè GSM víi hai nhµ cung cÊp VMS vµ Vinaphone Kỹ thuật GSM ngày đợc phát triển hoàn thiện, mạng lới ngày mở rộng, dịch vụ ngày đa dạng Bên cạnh , không đợc tham gia vào việc xây dựng chuẩn, trang thiết bị hoàn toàn hÃng nớc chế tạo, cung cấp lắp đặt Do đội ngũ chuyên gia nớc không tránh khỏi trở ngại trình điều hành, khai thác phát triển dịch vụ Chính vậy, việc nghiên cứu hệ thống thông tin di động thực cần thiết cấp bách Cùng với phát triểndó, ®ang cã mét thÕ hƯ míi cđa th«ng tin di động, hệ thông tin di động thứ với công nghệ CDMA làm tảng Do sÏ cã mét xu híng chun sang sư dơng thÕ hệ di động Việt Nam Do vậy, vấn đề chuyển giao hai hệ thống thông tin di động cũ đà trở thành vấn đề quan trọng cần phải đợc nghiên cứu Mục đích đồ án nghiên cứu tổng quan hệ thống thông tin di động GSM bao gồm đặc tính cấu trúc Nó giúp cho ngời hiểu rõ thông tin di động GSM mà nớc sử dụng.Và công việc Chuyển giao cho thuê bao hai hệ thống GSM WCDMA Đồ án thực tập: Thông tin di động GSM Do tính chất công việc cần nghiên cứu nên đồ án em vào tìm hiểu hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM công việc Chuyển giao cho thuê bao hai hệ thống GSM Bản đồ án đợc chia làm chơng Chơng I : Giới thiệu hệ thống thông tin di động GSM Chơng II : Chuyển giao hệ thống WCDMA GSM Nhờ giúp đỡ tận tình cô anh Duyên Công ty cổ phần Viễn Thông-Tin Học bu điện CT-IN kinh nghiệm thày cô truyền đạt em hoàn thành tốt đồ án Em xin chân thành cám ơn cô, anh trình làm đồ án vừa qua Do thiếu kinh nghiệm việc làm đồ án đồ án em thiếu sót mong anh thầy cô giáo góp ý để đồ án đợc hoàn thiện Đồ án thực tập: Thông tin di động GSM Chơng I giới thiệu hệ thống thông tin di động gsm I Lịch sử hình thành gsm Bt u từ đề xuất vào năm 1982 Nordic Telecom Netherlands CEPT (Conference of European Post and Telecommunication) để phát triển chuẩn tế bào số đương đầu với nhu cầu ngày tăng mạng di động Châu Âu sử dụng liên lạc di động băng tần 900MHz Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) định nghĩa GSM quốc tế chấp nhận tiêu chuẩn hệ thống điện thoại tế bào số GSM từ viết tắt Global System for Mobile Communications (hệ thống thơng tin di động tồn cầu), trước có tên Groupe Spécial Mobile Năm 1986, họp đợc tổ chức Paris để lựa chọn kỹ thuật truyền dẫn số Và lựa chọn đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA đa truy nhËp ph©n chia theo thêi gian TDMA Vào tháng nm 1987, kết hợp TDMA FDMA đà đợc chọn lựa làm kỹ thuật truyền dẫn cho GSM Khi 12 nhà điều hành quản lý nhóm cố vấn CEPT GSM thỏa thuận ký hiệp định GSM MoU “Club”, với ngày khởi đầu tháng năm 1991 Hệ thống thơng tin di động tồn cầu GSM hệ thống thông tin tế bào số tích hợp tồn diện, phát triển Châu Âu nhanh chóng phát triển ton th gii Tính đến năm 1998, MoU đà có tổng số 253 thành viên 100 quốc gia có 70 triệu thuê bao toàn giới, số thuê bao GSM chiếm 31% thị trờng thông tin di động Bởi GSM cung cấp tiêu chuẩn chung mà thuê bao sử dụng điện thoại họ toàn vùng phục vụ GSM Thêm vào GSM cung cấp cho ngời sử dụng dịch vụ truyền tin tốc độ cao, fax dịch vụ tin nhắn SMS Kỹ thuật GSM đợc thiết kế để làm việc với chuẩn khác Và cuối cùng, đặc điểm quan trọng GSM mở rộng phát triĨn t¬ng lai Mạng GSM thiết kế phù hợp với hệ thống ISDN dịch vụ mà GSM cung cấp hệ thống dịch v ISDN chun Đồ án thực tập: Thông tin di động GSM Hình 1.1 Mô hình mạng GMS Phân loại GSM * GSM 900: Là GSM u tiờn c thiết kế hoạt động dải tần 890 - 915 MHz (cho kªnh híng lªn) 935-960 MHz (cho kªnh hớng xuống) Phần lớn mạng GSM giới sử dụng băng tần đợc gọi P- GSM (primary GSM) Một vài nớc sử dụng mạng GSM 900 mở rộng đợc gọi E- GSM, có khả cung cấp dung lợng mạng lớn * GSM 1800 Năm 1990, cạnh tranh gay gắt ngời điều hành, Anh đà yêu cầu đa dạng GSM thích hợp cho băng tần 1800 MHz Đầu tiên đợc gọi Hệ thống cellular số DCS, sau đến năm 1997 đợc đổi tên thành GSM 1800 * GSM 1900 Năm 1995, khái niệm dịch vụ thông tin cá nhân PCS đợc rõ Mỹ, ý tởng cho phép thông tin “ tõ ngêi ®Õn ngêi” thay cho “ tõ trạm đến trạm PCS không phụ thuộc vào việc dịch vụ có đợc sử dụng kỹ thuật cellular, nhng cung cấp để có công thức hiệu PCS sử dụng tần số 1900 MHz * GSM 400 Ericsson Nokia nâng cấp công việc ETSI chuẩn toàn cầu cho GSM băng tần 450 MHz Ericsson Nokia tập trung để tạo sản phẩm GSM 450 để dùng cho thị trờng năm 2001 Có thĨ tin r»ng viƯc giíi thiƯu GSM sư dơng tÇn số 450 MHz có tác dụng đẩy cao thành công mạng toàn cầu GSM * Mt vi tiêu chuẩn đề nghị cho hệ thống : Đồ án thực tập: Thông tin di động GSM · Chất lượng thoại thực tốt · Giá dịch vụ thuê bao giảm · Hỗ trợ liên lạc di động quốc tế · Khả hỗ trợ thiết bị đầu cuối trao tay · Hỗ trợ phương tiện thuận lợi dịch vụ · Năng suất quang phổ · Khả tương thích ISDN II CÊu tróc m¹ng Gsm Mạng GSM gồm nhiều khối chức khác Hình cho thấy cách bố trí mạng GSM tổng quát Mạng GSM chia thành ba phần chính: Trạm di động MS thuê bao gi Nó cho phép thuê bao gọi nhận cuéc gäi - Hệ thống trạm gốc BSS điều khiển liên kết với trạm di động - HƯ thèng chun mạch SS m phn chớnh trung tõm chuyn mch dịch vụ di động MSC, thực chuyển mạch gọi người sử dụng điện thoại di động, di động với thuê bao mạng cố định MSC xử lý hoạt động quản lý di động Trong hình khơng có trình bày trung tâm trì điều hành OMS, giám sát điều hành cấu mạng Trạm di động hệ thống trạm gốc thơng tin dùng giao tiếp Um, cịn gọi giao tiếp không trung hay liên kết vô tuyn Đồ án thực tập: Thông tin di động GSM Các mạng khác SS AUC VLR HLR GMSC MSC BSS EIR NMC&OMC BSC BTS MS H×nh 1.2 - Mơ hình hệ thống thơng tin di động cellular Tín hiệu truyền dẫn Kết nối gọi tín hiệu truyền dẫn tin tc Trạm di động MS Phạm vi vùng bao phủ MS phụ thuộc vào công suất phát MS Các loại MS khác có công suất phát khác có phạm vi khác Ví dụ MS cầm tay có công suất phát nhỏ có phạm vi ngắn máy MS ô tô với việc gắn anten Đồ án thực tập: Thông tin di động GSM Trm di động MS gồm có thiết bị di động đầu cuối thu ph¸t, b¸o hiƯu ME card thơng minh gọi module nhận dạng thuê bao SIM TÊt thụng tin thuê bao di ng ®ỵc lu SIM, người sử dụng truy cập vào dịch vụ thuê bao không phụ thuộc vào loại thiết bị đầu cuối SIM cã thĨ g¾n đợc vào thiết bị đầu cuối GSM nào, ®ã người sử dụng nhận, gọi nhận dịch vụ thuê bao khác thiết bị đầu cuối SIM cã chøa c¸c tin tøc sau: - IMSI Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế sử dụng để nhận dạng thuê bao hệ thng, đợc truyền khởi tạo - TMSI số nhận dạng thuê bao di động tạm thời Mạng di động quản lý việc thay đổi TMSI để thuê bao không bị theo dõi phi pháp giao diện vô tuyến - LAI số nhận dạng vùng định vị - Ki khoá nhận thực thuê bao Để nhận thực SIM card - MSISDN số điện thoại thuê bao di động MSISDN = mă quốc gia + mà vùng + mà thuê bao ME thiết bị thu, phát, báo hiệu ME phần cứng để thuê bao truy cập vào mạng ME có số nhận dạng IMEI Nhờ kiểm tra IMEI mà ME bị cắp không đợc phục vụ Thuê bao thờng tiếp xúc với ME mà S IMEI v IMSI c lp SIM card bảo vệ chống lại việc sử dụng trái phép password số nhận dạng cá nhân Thiết bị di động nhận dạng số nhận dạng thiết bị di động quc t IMEI Các phần tử hệ thống tr¹m gèc BSS Phân hệ trạm gốc BSS kết nối với MSC phân hệ chuyển mạch SS, gọi MS phân hệ chuyển mạch nhận thông qua kết nối thiết lập gọi mong muốn Mỗi phân hệ chuyển mạch nối với nhiều phân hệ trạm gốc, ta thấy hình vẽ MSC nối với nhiều BSC, có nghĩa vùng phục vụ MSC có nhiều phân hệ trạm gốc Phân hệ trạm gốc BSS chịu trách nhiệm cho tất chức liên kết vô tuyến hệ thống, : - Giao tiếp vô tuyến thành phần di động mạng §å án thực tập: Thông tin di động GSM - Chuyn giao trình gọi cell - Quản lý tất tài nguyên mạng vô tuyến liệu cấu hình cell Hệ thống trạm gốc gồm hai phần: trạm gốc thu phát BTS trạm gốc điều khiển BSC Hai hệ thống liên kết cho phép điều hành phận cung cấp nhà sản xuất khác * Trạm thu phát gốc (BTS) L ni mỏy thu phỏt vô tuyến phủ cell điều khiển giao thức liên kết vô tuyến với trạm di động (MS) BTS bao gồm thiết bị vô tuyến nh máy phát anten thiết bị cần thiết để phục vụ cell mạng Trong mt thnh ph lớn, có nhiều khả triển khai nhiều BTS, u cầu BTS phải xác, tin cậy, di chuyển giá thành thấp Mét sè c¸c BTS đợc điều khiển BSC * Trạm gốc điều khiĨn (BSC) Qu¶n lý tÊt c¶ tài ngun vơ tuyến m¹ng GSM Trạm điều khiển cách thiết lập kênh truyền vơ tuyến, nhảy tần, handover MS vµ tËp trung liệu cấu hình cell BSC l kt nối trạm di động (MS) tổng đài di ng (MSC) Một số BSC đợc quản lý MSC Các phần tử hệ thống chuyển mạch * Tổng đài di động MSC có chức chuyển mạch gọi cho hệ thống thông tin di động v cung cp tt c cỏc chức cần có để điều khiển thuê bao di động, đăng ký, xác nhận, cập nhật tọa độ, handover, định tuyến gọi cho thuê bao liờn lc di ng Nó điều khiển liên lạc MS với gọi tới từ hệ thống điện thoại khác, hệ thống liệu, nh mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN, hay mạng dịch vụ tích hợp số ISDN, mạng liệu, mạng riêng mạng di động khác Nhng dch v ny c cung cấp chung với nhiều phận chức khác Ngoài MSC có chức sau - Tính cước gọi, có gọi di động thiết lập MSC ghi lại thơng tin lưu thơng tin lại gửi đến trung tám cước phí để so sánh với tỉ lệ tính cước để tính cước cho khách hàng gửi thơng báo cước phí đến cho khách hàng Đồ án thực tập: Thông tin di động GSM - Giao tiếp với MSC khác chức quan trọng việc trao đổi hai MSC với mà thuê bao di động đàm thoại mà di chuyển sang cell thuộc quản lý MSC khác GMSC cho phép mạng di động kết nối với mạng khác nh PSTN ISDN Bất kỳ MSC mạng GSM có chức nh cổng tích hợp phần mềm thích hợp GMSC cú chc nng cng cho phép MSC hỏi HLR để định tuyến gọi tới MS từ mạng GSM (chẳng hạn từ mạng cố định) GMSC không sử dụng cho việc kết nối gọi MS với Ví dụ, máy thuê bao cố định muốn thiết lập gọi tới th bao di động thơng qua mạng PSTN Từ mạng tạo kết nối tới GMSC mạng GMS từ MSC cổng u cầu HLR cung cấp thơng tin định tuyến để định tuyến tới vùng định vị cha MS cn gi * Bộ ghi định vị thờng tró HLR HLR chứa tất thơng tin quản trị thuê bao đăng ký mạng GSM tương ứng, với vị trí di ng Thông tin đợc lu trữ bao gồm : - Nhận dạng thuê bao - Các dịch vụ phụ thuê bao - Thông tin định vị thuê bao - Thông tin xác nhận thuê bao Cỏc chc nng c ghi định vị thường trú HLR: - Quản lý mặt liệu thuê bao : hệ sở liệu HLR có khả xử lý liệu cách nhanh chóng việc phục hồi cập nhật liệu yêu cầu từ nút mạng khác - Trao đổi với trạm MSC : việc cần thiết thiết lập gọi cho thuê bao di động, phục vụ cho việc định tuyến cho thuê bao di động thụng qua vic kim tra mó MSISDN Đồ án thực tập: Thông tin di động GSM - Trao i với trạm GMSC : suốt trình thiết lập gọi đến MS, GMSC yêu cầu HLR cung cấp thông tin vùng định vị MS, thông tin thuộc thông tin định tuyến Và MS giải đàm thoại HLR thơng báo cho GMSC không cần thiết phải giữ tuyến - Trao đổi thông tin với AUC : trước thay đổi sử dụng thơng tin th bao HLR phải lấy thông số nhận thực thuê bao từ trung tâm nhận thực AUC - HLRcó thể chung nút mạng với MSC/VLR độc lập phận riêng Khi chung nút mạng với MSC/VLR thích hợp cho mạng GSM khởi tạo cỡ nhỏ để tiết kiệm phần cứng tải tín hiệu đường kết nối MSC/ VLR với HLR - Nếu số lượng thuê bao vượt dung lượng HLR, sử dụng HLR dự trữ Ngồi cịn có HLR dự phịng dùng để lưu liệu từ HLR cần thay cách tự động cn thit * Bộ ghi định vị tạm trú VLR VLR chứa thông tin quản trị chọn từ HLR, cần thiết cho điều khiển gọi cung cấp dịch vụ thuê bao, cho thuê bao nằm vùng địa lý điều khiển VLR Mặc dù phận chức thực độc lập tất nhà sản xuất thiết bị chuyển mạch sản xuất VLR chung với MSC, vùng địa lý điều khiển MSC tương ứng với điều khiển VLR đó, đơn giản hóa báo hiệu cần thiết Bộ ghi định vị thường trú HLR ghi định vị tạm trú (VLR) với MSC cung cấp định tuyến gọi khả liên lạc di động GSM Lưu ý MSC không chứa thông tin trạm di động thông tin lưu trữ ghi vị trí Khi thuª bao di động vào vùng phục vụ MSC VLR yêu cầu thông tin thuê bao từ HLR, HLR gởi copy thông tin