Lời nói đầu Thông tin di động ngày đà trở thành loại hình dịch vụ, phơng tiện thông tin phổ biến sống đại Một mặt ta thấy hệ thống thông tin di động phát triển nhanh quy mô, dung lợng đặc biệt công nghệ dịch vụ để đáp ứng nhu cầu ngày cao ngời sử dụng Đồ án đợc hoàn thành dới hớng dẫn trực tiếp thầy giáo : Phạm Văn Tuân Thầy Cô giáo khoa Điện Tử Viễn Thông - Đại Học Bách Khoa Hà Nội với nghiên cứu thân Em đà hoàn thành đồ án Đồ án bao gåm ba phÇn : PhÇn : Tỉng quan hệ thống thông tin di động GSM Phần : Quy hoạch cell cho mạng GSM Phân : Các giải pháp mở rộng mạng Đồ án nghiên cứu mạng thông tin di động GSM mức tổng quan nên tránh đợc thiếu sót Rất mong nhận đợc góp ý Thây Cô giáo để đồ án em đợc hoàn thiện Phần Tổng quan hệ thống thông tin di động GSM Chơng Giới thiệu mạng thông tin di động GSM 1.1 Lịch sử trình phát triển nghành thông tin di động GSM Ngày công nghệ viễn thông có bớc phát triển vô to lớn Cùng với nghành khoa học khác, công nghệ viễn thông ®· ®em ®Õn cho ngêi nh÷ng øng dơng quan trọng tất nghành, lĩnh vực ®êi sèng nh : kinh tÕ, gi¸o dơc, y häc, quảng bá, xà hội thoả mÃn nhu cầu ngày cao ngời Thông tin di động dịch vụ thông tin đặc biệt, cho phép ngời ta trao đổi thông tin di chuyển Ngoài nhiều tiện ích khác mà thông tin khác không có.Vì nhu cầu thông tin di động trở nên cấp thiết hết Nó chiếm số phần trăm lớn không ngừng tăng toàn thuê bao giới Từ đời vào năm 60 với hệ thống thông tin tơng tự sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số (TDMA) đến năm 80 đà xuất hệ thống thông tin số với kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian ( TDMA ) nhiên hệ thống không tơng thích với Nên thông tin di ®éng chØ bã hĐp tõng tõng vïng, quốc gia Đồng thời việc nâng cấp gặp khó khăn Trớc tình hình tháng 9/1987 hội nghị Châu Âu bu viễn thông 17 quốc gia Châu Âu đà ký biên ghi nhớ làm tảng cho mạng thông tin di động số toàn Châu Âu Năm 1988 viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ( ETSI: Euroupe TeleCommunication Standard Intiute ) Đà thành lập nhóm chuyên trách dịch vụ thông tin di động GSM - Group Spesial Mobile hc Golbal System for Mobile Telecommunication - Hệ thống thông tin di động toàn cầu Nhóm đà đa tiêu chuẩn thống cho thông tin di động toàn cầu Nhóm đa tiêu chuẩn viễn thông khác giới Các hệ thống thông tin di động : - Thế hệ 1G đời năm 1970 - Tế bào vô tuyến tơng tự - Thế hệ 2G đời năm 1980 - Tế bào số GSM-IS - 54 - Thế hệ 3G bắt đầu kỷ 21 với đời tiêu chuẩn IMT 2000 tốc độ cao đạt 2M đáp ứng nhu cầu đa phơng tiện - Thế hệ 4G 5G dự định tơng lai với tốc độ cao truy nhập băng rộng Hiện thông tin di động Việt Nam bắt đầu với hệ thứ 2G sử dụng hệ 3G CDMA2000, WCDMA WCDMA đợc phát triển từ GSM(2G) CDMA đợc phát triển từ CDMA one (IS95) 1.2 Các đặc tính thông tin di động GSM Đa nhiều tiện ích dịch vụ cho thông tin thoại lẫn truyền số liệu Có tơng thích mạng khác nh ISDN, PSDN qua c¸c giao diƯn chung mét hƯ thống GSM quốc gia cho nhập mạng quản lý máy thuê bao di động tiêu chuẩn GSM Tự động định vị cập nhật vị trí cho thuê bao di động Sử dụng băng tần 900 MHz với hiệu cao kết hợp hai phơng tiện TDMA FDMA Chuyển khả nhanh hẳn hệ thống hữu tuyến Mạng có khả mở rộng dung lợng nhờ việc sử dụng lại tần số kỹ thuật phân chia Cell Thiết bị di động gọn nhẹ 1.3 Các dịch vụ mạng thông tin di động GSM 1.3.1.Dịch vụ thoại Là dịch vụ quan trọng GSM Dịch vụ cho phép nối gọi thoại hai hớng thuê bao GSM với thuê bao thoại khác qua mạng với phát triển mạng đa dịch vụ Các dịch vụ thoại : Chuyển hớng gọi vô điều kiện Chuyển hớng gọi thuê bao di động bận Chun giao cc gäi DÞch vơ ba phÝa Thông báo cớc phí Nhận dạng số chủ gọi Voicemail 1.3.2.Các dịch vụ số liệu Chuyển dẫn số liệu Dịch vụ thông báo ngắn Phát quảng bá ô 1.4 Sử dụng tần số Hệ thống vô tuyến GSM sử dụng băng tần sở 90 MHz Ngoài có băng tần GSM mở rộng băng tÇn DCS ( Digital Cellular System ) Víi GSM : Băng tần 890 - 960 MHz đợc chia làm hai phần : Băng tần lên (UplinBk band ) : với giải tần từ 890 - 915 MHz cho kênh vô tuyến từ trạm di động đến hệ thống trạm gốc Băng tần lên chọn giải tần thấp suy hao tần cao.Trong BTS phát cao đợc nhng MS khó khăn yêu cầu kích thớc lợng hạn chế Băng tần xuống ( Dowlink band ) : với giải tần từ 935 - 960 MHz cho kênh vô tuyến từ BTS đến MS Nh hai băng tần có độ rộng 25 MHz Trong GSM 25 MHz đợc chia làm 124 sóng mang ( RF ), sóng mang gần cách 200 KHz Mỗi kênh sử dụng hai tần số riêng biệt Một đợc dùng cho tuyến lên đợc dùng cho tuyến xuống Các kênh đợc gọi kênh song công Khoảng cách chúng 45 MHz đợc gọi khoảng cách song công Kênh vô tuyến mang khe thời gian TDMA khe kênh vât lý trao đổi thông tin di động mạng trạm di động TX TX : Máy phát Hình RX : Máy thu CUNgoài Băng tần gọi băng tần sở băng điều tần GSM mở CUcó: Khối khiển rộng băng tần DCS RX (Digital Cellular System) Độ rộng băng tần lên, băng tần xuống, dải tần số sóng mang đợc minh hoại nh hình dới 45 MHz Băng tần xuống (downlink band) 960 MHz 960 MHz 1880 MHz Băng tần GSM Băng GSM mở rộng Băng DSC (2*25 MHz 124 sóng mang) 200 KHz KHzKHz Hình 2: Dải tÇn sè sãng mang xuèng 935 MHz 927 MHz 1805 MHz Băng tần Lên (uplink band) 915 MHz 915 MHz 1785 MHz Băng tần GSM Băng GSM mở rộng Băng DSC (2*25 MHz 124 sóng mang) 200 KHz 890 MHz Hình Dải tần số sóng mang lên 882 MHz 1710 MHz Để sử dụng triệt để băng tần, GSM đa khái niệm sử dụng lại tần số Băng tần sẵn có đợc chia thành 124 tần số song công, tần số đợc chia thành nhóm tần số đợc ấn định cho vùng bao gồm nhiều trạm BTS Các mẫu tần số đem cho vùng bên cạnh mà không gây tợng nhiễu giao thoa đồng kênh khoảng cách hai hai BTS sử dụng chung tần số đủ lớn, tuỳ thuộc vào anten vô hớng hay sector mà ta có mẫu sử dụng lại tần số khác Nhờ việc sử dụng lại tần số mà với dải tần số lợng kênh định ta tăng dung lợng cho toàn mạng Chơng Cấu trúc thành phần mạng GSM 2.1 Cấu tróc m¹ng GSM 5AUC SS PSPDN MSC CSPDN OSS PSTN BSC PLMN BTS MS Hình : Mô hình hệ thèng GSM C¸c ký hiƯu NSS : Network Switching Subsystem : HƯ thèng chun m¹ch MSC : Mobile Service Switching Centre - Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động BSS HLR : Home Location Register - Bộ ghi định vÞ thêng tró VLR : Visitor Location Register - Bé ghi định vị tạm trú AUC : Authentication Centre - Trung t©m nhËn thùc EIR : Equipment Identification Register - Thanh ghi nhận dạng thiết bị BSS : Base Station System - HƯ thèng tr¹m gèc Trun dÉn tin tøc BSC : Base Station Controller - Đài điều khiển trạm gốc cuội gọi Station - Trạm thu phát gốc BTS : KÕt Basenèi Tranceiver vµ trun dÉn tin tøc OSS : Operation & Support System - HÖ thèng khai thác bảo dỡng NMC : Network Management Centre - Trung tâm quản lý mạng OMC : Operation & Maintenace Centre: Trung tâm vận hành bảo dỡng PSTN : Public Switched Telephone Network - Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PLMN : Public Land Mobile Network - Mạng di động mặt đất công cộng MS : Mobile Station - Trạm di động ISDN : Intergrated Service Digital Networt Mạng số đa dịch vụ CSPDN : Circuit Switched Packet Data Networ - M¹ng sè liƯu gãi chun m¹ch kênh PSPDN : Packet Switched Public Data Network - Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói 2.2 Các thành phần mạng GSM Một mạng GSM gồm phân hệ : Phân hệ vô tuyến BSS ( Base Station System ) Phân hệ mạng NSS ( Network SubSystem ) Phân hệ khai thác bảo dỡng OSS (Opertation & Support System) Mặc dù không thuộc thành phần cuả mạng GSM, song có liên quan chặt chẽ với mạng trạm di động MS thuộc ngời sử dụng 2.2.1 Trạm di động MS ( Mobile Station ) Là máy di động đầu cuối hay MobileFone MS đợc lắp ô tô cầm tay Ngoài chức vô tuyến MS cßn cung cÊp giao tiÕp víi ngêi sư dơng nh micro, loa, hiển thị, bàn phím MS lệ thuộc vào thẻ vi mạch cá nhân SIM đợc gắn máy di động Sự nhận thực đợc kiểm tra mạng xét xem MS có hợp pháp sử dụng dịch vụ mạng không Sau đợc vào hệ thống, mà nhận dạng cá nhân ®ỵc kÌm theo SIM - PIM ®Ĩ chèng sư dơng trái phép thẻ SIM Trạm di động có số nhận dạng riêng số nhận dạng thiết bị trạm di động quốc tế IMEI Bao gồm mà công nhận kiểu TAC theo tiêu chuẩn GSM, số thứ tự nhà sản xuất đặt Khi nhận thực mạng thăm dò IMEI so với IMEI sở liệu mạng Sẽ không chấp nhận thuê bao thuê bao không tơng ứng Mà hoá giải mà tiếng đợc thực MS Tức trình truyền dẫn số nên chất lợng truyền đợc đảm bảo đờng vô tuyến không đợc tốt nhờ sử dụng loại mà chống lỗi bảo mật đờng truyền Ngoài trạm có kỹ thuật để tiết kiệm công suất nhờ sử dụng chế độ nghỉ truyền dẫn không liên tục để kéo dµi thêi gian sư dơng ngn cung cÊp cđa MS MS đợc chia làm loại công suất đỉnh danh định sau : - Loại : 20W Lắp xe xách tay - Loại : 8W Lắp xe xách tay - Loại : 5W Cầm tay - Loại : 2W Cầm tay -Loại : 0,8W Cầm tay 2.2.2 Phân hệ vô tuyến BSS BSS thực giám sát đờng ghép nối vô tuyến liên kết kênh vô tuyến với máy phát quản lý cấu hình Cấu hình kênh cụ thể : Điều khiển thay đổi tần số vô tuyến đờng ghép nối thay đổi công suất phát vô tuyến Thực việc mà hoá tín hiệu số phối hợp tốc độ truyền thông tin Quản lý trình Handover Thực việc bảo mật kênh vô tuyến Phân hệ BSS gồm hai phần : Khối điều khiển vô tuyến số BSC Các trạm thu phát gốc BTS A Thiết bị điều khiển trạm gốc BSC Làm việc nh thiết bị chuyển mạch cho phân hƯ BSS BSC bao gåm c¸c khèi giao diƯn A với MSC Các khỗi chức điều khiển BTS, khối giao diện với OMC khối chuyển mạch a.Chức BSC Quản lý mạng vô tuyến Việc quản lý mạng vô tuyến quản lý ô kênh logic chúng Các số liệu quản lý đợc đa BSC để đo đạc, xử lý Chẳng hạn nh lu lợng thông tin ô, môi trờng vô tuyến số lợng gọi bị mất, lần chuyển giao thành công thất bại Với số thuê bao ngày tăng BSC phải thiết kế để dễ dàng tổ chức lại cấu hình để quản lý đợc số kênh vô tuyến ngày tăng, tăng đợc hiệu sử dụng lu lợng vô tuyến cho phép Quản lý trạm thu phát gốc Trớc vào khai thác BSC lập cấu hình trạm BTS tần số cho trạm BTS Nhờ việc quản lý mà BSC có tập hợp kênh sẵn có giành cho điều khiển nối thông gọi Điều khiển nối thông máy di động BSC chịu trách nhiệm thiết lập giải phóng đầu nối tới máy di động Trong trình gọi kết nối đợc BSC giám sát Cờng độ tín hiệu chất lợng tiếng đợc đo MS BTS gửi đến BSC nhờ thuật toán BSC định công suất phát tốt cho máy di động TRX để giảm nhiễu mạng tăng cờng chất lợng nối thông BSC điều khiển trình chuyển giao nhờ kết đo để chuyển sang ô khác có chất lợng tốt Nếu chuyển sang ô thuộc BSC khác quản lý MSC tham gia vào trình chuyển giao Đồng thời BSC chuyển giao kênh lu thông ô chất lợng nối thông thấp nhng không chấp nhận đợc thị nhờ phép đo cho biết ô khác tốt Cũng sử dụng việc chuyển giao để cân tải ô Khi thiết lập ô bị ứ nghẽn MS gíải đến ô khác có lu lợng thấp nhận đợc chất lợng cho phép Quản lý mạng truyền dẫn BSC quản lý đờng truyền dẫn từ BSC đến MSC để đảm bảo kênh thông tin xác BSC phải lập cấu hình để giám sát luồng thông tin đến MSC BTS Trong trờng hợp có cố kênh BSC điều khiển để chuyển tới đờng dự phòng B Trạm thu phát gốc BTS Là phần thu vô tuyến hệ thống mà qua MS liên lạc đợc với hệ thống Tại tín hiệu vô tuyến đợc điều chế khuếch đại phối hợp thu phát a.Chức BTS Biến đổi truyền dẫn Phát quảng bá thông tin hệ thống BCCH dới điều khiển BSC Phát thông tin tìm gọi CCCH Quản lý thu, phát tín hiệu thông tin kênh vật lý Mà hoá, giải mà ghép kênh Ngoài BSC có chuyển đổi mà hoá thích ứng với tốc độ đợc đặt BTS Một BTS điều khiển đợc nhiều thiết bị thu phát để phát sóng cho ô Số sóng mang phát từ - 16 BTS đợc thiết kế để dễ dàng khai thác bảo dỡng Các modul cố đợc phát cố đợc báo cáo lại Sự cố đợc xác định vị trí để phiếu cần thay BTS đợc coi kênh truyền vật lý b Sơ đồ khối BTS Master Frequency Master Clock Unit khèi thiÕt bÞ giao KHèI KHung ( fu) khèi CU tr¹m gèc ( BIe ) tÇn khèi khung ( fu ) UNIT (fqhU) CU OMU CONTROL BASEBAND RADIO COUPLING Hinh : Sơ đồ khối BTS Khối vận hành bảo dỡng OMU : Là đơn vị điều khiển cảnh báo, kiểm tra bảo dỡng chỗ BTS Khối tạo ®ång hå : Sè thø tù cđa khung vµ tÝn hiệu đồng hồ đợc sử dụng BTS đợc lấy từ đồng hồ tổng 13MHz khối tần số chđ MFGE (Master Frequency Clock Generator ) Khèi nh¶y tần FQHU ( Frequency Hopping Unit ) : Khối thực chuyển mạch lu lợng thông tin số khung FN đợc lấy từ MCLU (Master Clock Unit ), khối đồng hồ chủ Các khối CU mà CU làm việc tần số định đợc cung cấp cụm thông tin lu lợng từ khối FU khác Để tránh lỗi nhẩy tần trờng hợp không nhảy tần khối FQHU tự động cấu hình lại Khối FQHU nối FU với CU Các đờng truyền đợc nối nh để truyền nhận khung Khối khung FU (Frame Unit ) : Khèi khung FU cung cấp tất chức điều khiển chức băng gốc cần thiết cho kênh toàn tốc (hoặc 16 kênh bán tốc) logic hay lợng Chức băng gốc truyền trực tiếp nhằm đáp ứng tốc độ thoại, số liệu, mà hoá kênh, ghép xen Chức băng gốc nhận trực tiếp giải điều chế, cân bằng, giải ghép xen, giải mÃ