Giao dien mat dat giao dien vo tuyen 197291

Nguyễn Thị Song Hà Đồ án tốt nghiệpồ án tốt nghiệp lời nói đầu Ngày với phát triển không ngừng khoa học, đặc biệt khoa học công nghệ Điện tử - Tin học đà cho phép ngời thoả mÃn nhu cầu trao đổi thông tin; Cùng với phát triển có phát triển loại hình thông tin khác nh: Dịch vụ truyền số liệu, thông tin di động, nhắn tin, điện thoại thẻ, Internet đà giải đợc nhu cầu thông tin toàn cầu Riêng hệ thống thông tin di động - GSM đà phát triển mạnh mẽ với số lợng thuê bao ngày tăng đà chứng tỏ đợc tính u việt hƯ thèng Vµ thËp kû 90 nµy, ngµnh Bu §iƯn ViƯt Nam cha ph¸t triĨn nh c¸c níc khu vực nh giới song TTDĐ Việt Nam đà sớm phát triển ứng dụng công nghệ nhất, đà đáp ứng đợc nhu cầu thông tin di động xà hội Trong trình học tập Khoa Điện tử - Viễn thông Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, đợc giảng dạy bảo thầy cô giáo, cố gắng học hỏi nghiên cứu thân, em đà có hiểu biết định mạng thông tin di động, đặc biệt mạng thông tin di động VinaPhone Hà Nội Trong đề tài tốt nghiệp mình, em đà nghiên cứu xin trình bày nội dung sau: - Nghiªn cøu tỉng quan vỊ hƯ thèng thông tin di động - Nghiên cứu quy hoạch mạng thông tin di động VinaPhone Hà Nội Dù đà có nhiều cố gắng trình tìm hiểu thực tập Ct GPC song khó tránh khỏi thiếu sót Đồ án tốt nghiệp Vậy, em mong nhận đợc ý kiến đóng góp, nhận xét thầy cô giáo toàn thể bạn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Lâm Hồng Thạch, cán giảng dạy khoa Điện tử - Viễn thông trờng Đại học Bách Khoa đà tận tình hớng dẫn bảo động viên để em hoàn thành đồ án Nguyễn Thị Song Hà Đồ án tốt nghiệpồ án tốt nghiệp phần I tỉng quan chung vỊ hƯ thèng th«ng tin di động Chơng I Lịch sử thông tin di động nguyên lý thông tin tổ ong I-/ lịch sử thông tin di động 1-/ Thế hệ thứ Xuất năm 1946, sử dụng công nghệ Đa Truy Nhập Phân Chia Theo Tần Số (FDMA-Frequency Division Multiple Access) Khả phục vụ hệ thống nhỏ, chất lợng không cao giá thành cao 2-/ Thế hệ thứ hai Từ năm 19701979 với đời phát triển vi xử lý (-icro rocessing) đà mở trang cho thông tin di động Đây mạng tơng tự sử dụng FDMA TDMA (Time Division Multiple Access-Đa Truy Nhập Phân Chia Theo Thêi Gian) Do h¹n chÕ bëi vïng phđ sóng anten phát sử dụng nhiều trạm phát thu cho trạm phát 3-/ Thế hệ thứ ba Đà xuất mạng tổ ong tơng tự (19791990) Các trạm thu phát đợc đặt theo ô hình tổ ong, ô đợc gọi cell Mạng sử dụng kỹ thuật TDMA cho phép sử dụng lại tần số, cho phép chuyển giao cell gọi Với tần số 450900 MHz có mạng điển hình là: AMPS (Advanced Mobile Phone System - Hệ Thống Điện Thoại Di Động Tiên Tiến) đa vào hoạt động Mỹ năm 1979 NMT (Nordric Mobile Telephone System - Hệ Thống Điện Thoại Di Động Bắc  u) hệ thống nớc Bắc Âu TACS (Total Access Communication System - Hệ Thống Thông Tin Thâm Nhập Toàn Bộ) sử dụng tần số 900 MHz mạng thiết kế cho số lợng lớn thuê bao di động vận hành vào năm 1985 Tất mạng đợc dựa mạng truyền thoại tơng tự điều chế tần số Vùng phđ sãng cđa nã ë møc qc gia vµ viƯc phục vụ đạt tới vài trăm thuê bao Hệ thống lớn Anh với khả phục vụ triệu thuê bao năm 1990 4-/ Thế hệ thứ t Nguyễn Thị Song Hà Đồ án tốt nghiệpồ án tốt nghiệp Là thiết kế dựa truyền dẫn số, điển hình mạng: GSM_900 ( Global System for Mobile Communications - HƯ Thèng Th«ng Tin Di Động Toàn Cầu) hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ FDMAvàTDMA băng tần 900 MHz đợc đa vào hoạt động năm 1992 Châu Âu DCS (GSM_1800 - Digital Cellular System - HƯ Thèng Tỉ Ong Số) dựa mạng GSM sử dụng băng tần 1800 MHz  CDMA (Code Division Multiple Access - §a Truy Nhập Phân Chia Theo MÃ) hệ thống thông tin di ®éng sư dơng kü tht ®a truy nhËp phân chia theo mà Hệ thống đà đợc sử dụng Bắc Mỹ số nớc Châu - Thái Bình Dơng đà cho hiệu đáng kể II-/ nguyên lý thông tin tổ ong 1-/ Tổng quan Một hệ thống điện thoại tổ ong kết nối thuê bao Trạm Di Động (MS Mobile Station) với hệ thống điện thoại công cộng với thuê bao MS hệ thống tổ ong khác Thông tin đợc truyền thuê bao MS mạng tổ ong sử dụng thông tin vô tuyến Nhờ đó, loại bỏ đợc cần thiết dây nối cố định sử dụng lắp đặt điện thoại truyền thông Do đó, thuê bao MS cã thĨ di chun xung quanh vµ trë thành hoàn toàn di động, xe hay Ngoài mạng tổ ong có nhiều thuận lợi mạng điện thoại mặt ®Êt” ®ang cã nh lµ: cã tÝnh di ®éng, cã tính mềm dẻo, tiện lợi (đối với thuê bao di động); có tính mềm dẻo việc mở rộng mạng, có lợi nhuận cao, hiệu 2-/ Các thành phần mạng Các mạng GSM (Global System for Mobile Communication - Hệ Thống Thông Tin Di Động Toàn Cầu) đợc tạo MSC (Mobile Services Switching Centre_Trung Tâm Chuyển Mạch Các Nghiệp Vụ Di Động), BSS (Base Station System_Hệ Thống Trạm Gốc) MS Ba thành phần chia thành phần tử nhỏ hơn, ví dơ nh: BSS ta cã c¸c BSC (Base Station Controller_Bộ Điều Khiển Trạm Gốc), BTS (Base Transceiver Station_Trạm Thu Phát Vô Tuyến Gốc) XCDR (Trascoder_Bộ Chuyển MÃ) PSTN - Mạng Điện Thoại Chuyển Mạch Công Cộng MSC - Trung Tâm Chuyển Mạch Các Nghiệp Vụ Di Động MS - Trạm Di Động - Vùng phủ sóng « PSTN MSC BSS BSS BSS BSS BSS BSS H×nh-1: Tỉng quan vỊ hƯ thèng tỉ ong sè GSM BSS BSS BSS MS Nguyễn Thị Song Hà Đồ ¸n tèt nghiƯpå ¸n tèt nghiƯp MS m¹ng tỉ ong đợc đặt ô (cell), ô đợc cung cấp BSS Mỗi BSS cung cấp hay nhiều ô, dựa vào thiết bị nhà sản xuất Ô bình thờng đợc vẽ theo hình lục giác nhng thực tế chúng hình dáng nh vậy, kết ảnh hởng địa hình xung quanh thiết kế nhà quy hoạch mạng 3-/ Tần số ấn định cho GSM Chỉ có khe hẹp băng tần đợc ấn định cho thông tin tổ ong Danh sách dới trình bày số lợng tần số phổ đợc phân bổ cho GSM_900, GSM më réng 900 (Extended GSM_900-EGSM_900), GSM_1800 (DCS_1800Digital Cellurlar System 1800) PCS_1900 Các dải tần số: * GSM-900: Thu (hớng lên) 890-915 MHz Phát ( hớng xuống) 935-960 MHz 124 Kênh tần số vô tuyến tuyệt ®èi (ARFCN) * EGSM-900:  Thu (híng lªn) 880-915 MHz Phát (huớng xuống) 925-960 MHz 175 Kenh Tần Số Vô Tuyến Tuyệt Đối * GSM-1800 (DCS-1800): Thu (hớng lên) 1710-1785 MHz Phát (hớng xuống) 1805-1880 MHz 374 Kênh Tần Số Vô Tuyến Tuyệt Đối * PCS-1900: Thu (hớng lên) 1850-1910 MHz Phát (hớng xuống) 1930-1990 MHz 299Kênh Tần Số Vô Tuyến Tuyệt Đối * ARFCN: Độ rộng băng tần 200 MHz khe thời gian TDMA 4-/ Ô vô tuyến 4.1- Ô hình thành ô vô tuyến Vùng bao phủ sóng trạm thu phát vô tuyến gốc đợc gọi ô Hình dạng ô phụ thuộc vào vị trí địa lý nơi đặt BTS, công suất phát trạm BTS dạng angten phát Có loại angten phát: angten đẳng hớng angten vô hớng; angten đẳng hớng angten có hớng tập chung lợng dẻ quạt; có BTS với angten vô hớng ta yêu cầu danh BTS BTS Đồ án tốt nghiệpồ án tốt nghiệp BTS BTS BTS BTS Nguyễn Thị Song Hà BTS BTS BTS giới vùng phủ sóng BTS tập hợp mà điểm mà tín hiệu BTS nh đợc danh giới đờng thẳngBTS (Hình-2) hình 3: Nếu ta lặp lại phơng thức nói cách đặt xung quanh BTS BTS khác vùng phủ sóng nhận đợc có dạng hình lục giác Hình-2: Ăngthành ten vô hớng (hình lục giác trở dạng ký hiệu cho ô ởHình-3 mạng TTDĐ) 4.2- Kích thớc ô Độ lớn vùng phủ sãng hay kÝch thíc cđa « chđ u phơ thc vào yếu tố sau là: Công suất máy phát vô tuyến Băng tần đợc sử dụng Chiều cao vị trí tháp angten Kiểu loại angten Địa hình vùng phủ sóng Độ nhạy máy thu vô tuyến Thông thờng độ nhạy máy thu băng tần đợc cố định; hệ thống TTDĐ, vùng phủ sóng hữu hiệu nhận đợc từ trạm BTS cao công suất máy phát lớn nhng quan niệm đợc sử dụng nơi có mật độ lu lợng thoại cao Hiện nay, có hai dạng angten (phụ thuộc vào dạng ô kích thớc ô) thờng đợc sử dụng angten vô hớng angten đẳng hớng Bằng cách điều chỉnh công suất phát cđa c¸c m¸y ph¸t ë BTS ta cã thĨ làm thay đổi vùng phủ sóng theo yêu cầu Đặc biệt số lợng thuê bao tăng nhanh, mật độ lu lợng mạng trở nên lớn thành phố đông dân giới dẫn đến việc ngời ta phải tìm kiếm thêm nguồn kênh mới; nhng hiệu phân chia khoảng không gian ô thành phần nhỏ hơn, số ô toàn mạng tăng lên nhân với số kênh có ô ta có dung lợng lớn cho toàn mạng Và mức công suất dùng ô giảm xuống để tránh nhiễu cho ô lân cận dẫn đến giảm kích cỡ ắc quy dùng cho MS yêu cầu MS giảm kích cỡ trọng lợng Điều làm cho mạng di động trở nên hấp dẫn ngời sử dụng 4.3- Các thông số ô Đối với ô đợc thiết kế, ngời ta phải điền vào mẫu biểu có chứa thông tin đợc gọi thông số ô Các thông tin đợc chuyển vào số liệu băng từ đợc nạp vào BSC Các thông số ô là: Các thông số nhận dạng ô Số liệu cấu hình kênh Số liệu thông tin hệ thống đợc phát quảng bá SACCH Các thông số định vị cho ô ô lân cận Các suy hao phần cứng Các thông tin angten thiết bị thu phát vô tuyến Các thông số chung cho tất ô mạng Nguyễn Thị Song Hà Đồ án tốt nghiệpồ án tốt nghiệp 5-/ Mẫu sử dụng lại tần số GSM chuẩn có tổng số 124 tần số sẵn dùng mạng Hầu hết nhà cung cấp mạng chắn sử dụng tất tần số thông thờng đợc phân bổ tËp cđa 124 HƯ thèng TTD§ - GSM hay dùng mẫu sử dụng lại tần số sau: Mẫu ô 7/21: sử dụng nhóm gồm 21 tần số, nhóm sử dụng trạm gốc Mẫu ô 4/12: sử dụng nhóm gồm 12 tần số, nhóm sử dụng trạm gốc Mẫu ô 3/ : sử dụng nhóm gồm tần số, nhóm sử dụng trạm gốc Các mẫu sử dụng cho trạm gốc có angten phát hớng, hớng dành cho ô có góc phơng vị phân cách 120 Mỗi ô có hình dạng tơng tự nh hình lục giác, có bán kính 1\3 khoảng cách trạm gốc 6-/ Chuyển mạch điều khiển Thành lập vùng phủ sóng vô tuyến qua việc sử dụng ô (cả vô hớng lÉn cã híng) Khi MS cã khuynh híng di chun từ vùng phủ sóng ô sang vùng phủ sóng ô khác việc chuyển giao đợc điều khiển vài thành phần GSM thành phần gọi MSC Để thực việc chuyển giao, mạng phải biết ô lân cận để MS chuyển giao tới để đảm bảo chuyển giao tới ô tốt MS thực việc đo ô lân cận báo cáo kết mạng; kết đợc phân tích với phép đo mà mạng thực định đợc tạo tảng chung cần phải chuyển giao Nếu chuyển giao đợc yêu cầu giao thức báo hiệu có liên quan đợc thành lập chuyển giao đợc điều khiển MSC; chuyển giao phải suốt với thuê bao MS có nghĩa thuê bao không nhận thức đợc có chuyển giao xảy Nguyễn Thị Song Hà Đồ án tốt nghiệpồ án tốt nghiệp Chơng cấu trúc thành phần mạng TTDĐ-GSM I-/ Giới thiệu mạng TTDĐ-GSM 1-/ Sơ đồ cấu trúc mạng TTDĐ-GSM NSS ISDN AUC PSDN PLMNN PLMN VLR HLR PSPDN MSC OMS CSPDN Trun dÉn tin tøc vµ kÕt nèi cuéc gäi EIR BSS BSC BTS giao tiÕp VT * ISDN_Intergrated Service Digital Network MS Mạng tổ hợp số đa dịch vụ Hình-4: Các thành phần mạng GSM * PSTN_Public Switching Telephone Network Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng * PLMN_Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng * PSPDN_Packet Switching Public Data Network Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói * CSPDN_Circuit Switching Public Data Network Mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh 2-/ Mạng TTDĐ-GSM có bốn thành phần sau Nguyễn Thị Song Hà Đồ án tốt nghiệpồ án tốt nghiệp NSS_Network Switching System: hệ thống chuyển mạch mạng Hệ thống bao gồm Trung Tâm Chuyển Mạch Các Nghiệp Vụ Di Động (MSC) Cơ Sở Dữ Liệu điều khiển hệ thống đợc liên kết vi xử lý với giao diện đợc yêu cầu Đây phần mà cung cấp kết nối mạng GSM PSTN BSS_Base Station System: Hệ Thống Trạm Gốc phần mạng mà cung cấp liên kết vô tuyến từ MS tới thiết bị chuyển mạch OMS_Operation and Maintenance System: Hệ Thống Khai Thác Bảo Dỡng, thành phần tạo điều kiện cho nhà cung cấp mạng cấu hình bảo dỡng tõ mét vÞ trÝ cđa thiÕt bÞ  MS_Mobile Station: Trạm Di Động, thành phần bao gồm điện thoại di động, máy fax Đây phần hệ thống mà thuê bao nhìn thấy II-/ Các thành phần mạng TTDĐ-GSM 1-/ Trạm di động (MS- Mobile station) MS bao gåm: 1.1- ThiÕt bÞ di động (ME-Mobile Equipment) MS ME SIM Hình-5: Trạm di để động ME phần cứng đợc thuê bao sử dụng thâm nhập vào mạng, có số định dạng riêng, độc lập cho thiết bị đợc lu giữ cố định máy 1.2- Module nhận dạng thuê bao (SIM-Subscriber Identity Module) SIM thẻ cắm vào ME có chức nhận dạng thuê bao di động cung cấp thông tin mà theo thuê bao di động nhận đợc thông tin Trong SIM có số thông tin chủ yếu đợc lu giữ là: IMSI_International Mobile Subscriber Identity: số Nhận Dạng Thuê Bao Di Động Quốc Tế, số nhận dạng thuê bao đợc gửi vào không trung suốt trình khởi tạo TMSI_Temporary Mobile Subscriber Identity: số Nhận Dạng Thuê Bao Di Động Tạm Thời, số nhận dạng thuê bao đợc thay đổi định kỳ hệ thống để bảo vệ thuê bao khỏi bị nhận cố giám sát giao diện vô tuyến LAI_Location Area Identity: số Nhận Dạng Vùng Định Vị; nhận dạng vị trí thuê bao đợc cập nhật liên tục Nguyễn Thị Song Hà Đồ án tốt nghiệpồ án tốt nghiệp Ki_Authentication Key: Khoá Nhận Thực Thuê Bao, khoá đợc sử dụng để nhËn thùc thỴ SIM  MSISDN_Mobile Station International ISDN Number: Số ISDN Quốc Tế Trạm Di Động Đây số điện thoại thuê bao; bao gồm mà nớc, mà vùng số điện thoại thuê bao 2-/ Hệ thống trạm gốc (Hình-9) (BSS-Base Station System) BSS thiết bị đợc đặt trạm ô, bao gồm kết hợp thiết bị số thiết bị vô tuyến BSS cung cấp đờng truyền MS MSC BSS liên kết với MS qua giao diện vô tuyến với MSC qua đờng truyền Mbps BSS bao gồm thành phần sau: Trạm Thu Phát Vô Tuyến Gốc (BTS): bao gồm thành phần vô tuyến mà cung giao diện vô tuyến cho ô Đây phần mạng GSM mà thông tin với MS, Anten phần BTS Bộ Điều Khiển Tram Gốc (BSC): cung cấp điều khiển cho BSS, thông tin trực tiÕp víi MSC, cã thĨ ®iỊu khiĨn hay nhiỊu BTS Bộ Chuyển Mà (XCDR):đợc sử dụng để nén tín hiệu từ MS, để chúng đợc gửi cách hiệu giao diện mặt đất Mặc dù XCDR đợc coi phần BSS, nhng lại đợc đặt gần MSC để sử dụng đờng truyền mặt đất cách hiệu BSS XCDR BSC BTS BTS BTS Hình-6: Hệ thống trạm gốc 2.1- Bộ điều khiển trạm gốc (BSC_Base Station Controller) BSC quản lý giao diện vô tuyến thông qua kênh điều khiển, lệnh ấn định hay giải phóng kênh vô tuyến quản lý việc chuyển giao BSC đợc nối với BTS phía nối với MSC ë phÝa kia; BSC cịng cã vai trß nh tổng đài nhỏ có khả điều khiển định, vai trò chủ yếu BSC là: điều khiển nối trạm di động, quản lý mạng vô tuyến, quản lý BTS, chuyển đổi mà thích ứng tốc độ, tập chung lu lợng, quản lý truyền dẫn đến BTS Nguyễn Thị Song Hà Đồ án tốt nghiệpồ án tốt nghiệp Ngoài BSC kết hợp với Ma Trận Chuyển Mạch Số để kết nối tới kênh vô tuyến giao diện vô tuyến với mạch mạch mặt đất Ma trận chun m¹ch BSC cịng cho phÐp BSC thùc hiƯn “chun giao kênh vô tuyến BTS, dới điều khiển mà không cần tới MSC 2.2- Trạm thu phát vô tuyến gốc (BTS_Base Transceiver Station) BTS bao gồm trạm thu/ phát, angten khèi sư lý tÝn hiƯu cho giao diƯn v« tun, cã thĨ coi BTS nh mét modem v« tun phøc tạp BTS làm việc tập hợp kênh vô tuyến, kênh khác với kênh đợc sử dụng ô lân cận để tránh nhiễu giao thoa BTS cung cÊp sù nèi th«ng giao diƯn vô tuyến với MS BTS có số lợng có hạn chức điều khiển mà làm giảm lu lợng qua lại BTS BSC BTS có số chức sau: chứa phần cứng sóng mang, chức điều khiển bị hạn chế, hỗ trợ hay nhiều ô 2.3- Bộ chuyển mà (XCDR-Transcoder) Bộ chuyển mà đợc yêu cầu để chuyển đầu sè liƯu hay tho¹i tõ MSC (64 kbps PCM) thành dạng đặc tả đặc tuyến truyền dẫn GSM giao diện vô tuyến BSS MS (64 kbps thành 16 kbps ngợc lại) Mạch PCM 64 kbps từ MSC đợc phát giao diện vô tuyến mà thay đổi chiếm số lợng băng tần lớn Mạch sử dụng phổ vô tuyến sẵn có không hiệu quả; giảm việc sử lý mạch 64 kbps để số lợng thông tin đợc yêu cầu phát thoại số hóa giảm xuống con16 kbps (đà mà hóa ) Chức chuyển mà định vị MSC, BSC BTS Nội dung số liệu 16 kbps dựa vào thuật toán mà hoá đợc sử dụng Để truyền dẫn số liệu không đợc chuyển mà nhng tốc độ số liệu đợc thích ứng từ 9, kbps lên tới tốc độ sau điều chế 16 kbps để truyền qua giao diện mặt ®Êt, tÝn hiƯu 16 kbps l¹i bao gåm TRAU kbps 3-/ HƯ thèng chun m¹ch m¹ng (NSS-Network Switching System) NSS bao gồm chức mạng GSM Hệ thống chứa sở liệu đợc yêu cầu thuê bao quản lý di động Chức hệ thống nàylà quản lý thông tin mạng GSM mạng viễn thông khác NSS có thành phần sau: 3.1- Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động (MSC-Mobile Services Switching Centre) MSC n»m hƯ thèng GSM ®Ĩ chuyển mạch gọi Mục đích MSC giống nh tổng đài điện thoại nào; đây, MSC thực