Thông tin di động gsm

Thông tin di động GSM Lời nói đầu Trong nhng thập niên gần đây, công nghệ thông tin đà trở thành bớc đột phá cách mạng khoa học kỹ thuật Nó không ng ng lớn mạnh chất lợng quy mô toàn cầu Trong phải kể đến thông tin di động, nghành với tiềm phát triển vô rộng lớn đợc coi nh mũi nhọn để tiến vào thời đại Hoà nhập với sóng đại hoá toàn giới, hàng loạt công nghệ tiên tiến nh tổng đài điện tử số, truyền dẫn số PDH SDH cáp quang viba, thông tin di động số GSM Cùng dịch vụ hỗ trợ Cùng dịch vụ hỗ trợ đà đợc da vào áp dụng mạng viễn thong Việt Nam Có thể kể đến thành tựu lớn nhÊt cđa nghµnh khoa häc kü tht níc ta lµ việc đa vào sử dụng Hai hệ thống thông tin di đọng tế bào số GSM với hai nhà cung cấp VMS Vinaphone Kỹ thuật GSM ngày đợc phát triển hoàn thiện, mạng lới ngày mở rộng, dịch vụ ngày đa dạng Bên cạnh , không đ ợc 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 khong 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 Mục đích đồ án nghiên cứu tổng quan hệ thống thông tin di động GSM bao gồm đặc tÝnh vµ cÊu tróc Nã sÏ gióp cho mäi ngêi hiểu rõ thông tin di động GSM mà nớc sử dụng Thông tin di động gsm I lịch sử GSM Thông tin di động Thuật ngữ thông tin di động đà có từ lâu đ ợc hiểu làcó thể cung cấp cách lu động tín hiệu trình thông tin Thông tin di Thông tin di động GSM động thực đợc nhiều dịch vụ di động nh : thoại, truyền số liệu, Fax, nhắn tin Cùng dịch vụ hỗ trợ củaTr ớc mạng lới thông tin di động chủ yếu đợc sử dụng lĩnh vực quân sự, ngày đà đuựơc th ơng mại hoá đợc đa vào sử dụng rộng rÃi Thông tin di động từ lúc sơ khai với phơng pháp thông tin điểm - điểm đến điện thoại không dây Cùng dịch vụ hỗ trợ củavới loại hình có đặc tính chung phục vụ cho nhu cầu mở rộng mạng cố định qua hệ thống vô tuyến Bớc phát triển hệ thống thông tin di động tạo từ mạng nhỏ có số thuê bao hạn chế đến đợc mở rộng phạm vi hoạt động Những năm 80 kỉ 20 hệ thống thông tin di động tế bào đà đợc nghiên cứu ứng dụng khai thác Với hệ thống này, vùng phục vụ thông tin đợc chia thành ô (cell) nhỏ, cell có trạm thu phát (TRX) đảm nhiệm Toàn hệ thống có hay nhiều chuyển mạch điều hành chúng đợc kết nối với thành mạng thống , cho phép gọi đợc chuyển vùng từ cell đến vùng cell khác ,từ nớc đến nớc khác Lịch sử GSM Thông tin di động đợc ứng dụng cho nghiệp vụ cảnh sát từ thập kỉ 20 kỉ 20 băng tần 2M Sau thÕ chiÕn thø hai (1939-1945) míi xt hiƯn th«ng tin di đọng điẹn thoại dân dụng với kỹ thuật FM băng sóng150M Năm 1948, hệ thống thông tin di động hoàn toàn tự động đời Richmond, Indiana (Mỹ) Từ năm 60 , kênh thông tin di động có dải tần số 30Khz với kỹ thuật FM băng tần 450Mhz xuất đa hiệu xuất sử dụng phổ tần tăng gấp bốn lÇn so víi ci thÕ chiÕn thø hai Quan niƯm celluer cuối năm 40 kỉ 20 với Bell thay cho mô hình quảng bá M7 có công suất lớn anten Thông tin di động GSM đặt cao, cell co diện tích bé có BTS công suất nhỏ, cell cách đủ xa sử dụng lại tần số Tháng 12/1971 đa hệ thống celluer kỹ thuật tơng tự, dải tần 850M Đầu năm 90 kỉ 20 hệ thông tin di động tế bào đà bao gồm hàng loạt hệ thống nớc khác Tuy nhiên hệ thống khong thoả mÃn đợc nhu cầu ngày tăng dung lợng Mặt khác tiêu chuẩn hệ thống không tơng thích làm cho chuyển giao không đủ rộng nh mong muốn Những vấn đề đặt cho hệ thống thông tin di động tế bào hệ phải lựa chọn giải pháp kỹ thuật : kỹ thuật tơng tự hay kü tht sè Sư dơng kü tht sè cã u điểm sau: Sử dụng kỹ thuật điều chÕ sè tiªn tiÕn nªn hiƯu xt sư dơng phỉ tần cao Mà hoá tín hiệu thoại với tốc độ ngày thấp cho pép ghép nhiều kênh thoại dòng bit tốc độ chuẩn Giảm tỉ lệ tin tức báo hiệu, dành tỉ lệ tin tức lớn cho ngời sử dụng áp dụng kỹ thuật mà hoá kênh mà hoá nguồn kü tht trun dÉn sè  HƯ thèng sè chèng nhiƠu kªnh chung CCI va chèng nhiƠu kªnh kỊ ACI hiệu Điều khiển động cho cấp phát kênh liên lạc làm cho việc sử dụng tần số hiệu Có nhiều dịch vụ nh nhận thực, mà hoá kết nối với ISDN Điều khiển truy nhập chuyển giao hoàn hảo Dung l ợng tăng , báo hiệu bật tắt dễ dàng xử lý phơng pháp số Hệ thống thông tin di đọng tế bào hệ thứ hai cã ba tiªu chuÈn chÝnh : GMS, IS – 054 (AMPS), JDC Năm 1982 khối CEPT thành lập hiệp hội GSM tiêu chuẩn châu âu Năm 1987 có 13 nhà khai thác châu âu ký kết GSM Moll Năm 1992 mạng GSM bắt đầu vào dịch vụ thơng mại tai đức , nớc không thuộc châu âu ký kết GSM Moll Năm 1994 mạng DSC-1800 đa vào hoạt động Phần Lan Thông tin di động GSM Năm 1995 mạng PCS 900 đa vào hoạt động USA ETSI đà dự thảo đặc tính GSM châu ¢u  SMG : giao diƯn kh«ng gian  SMG : trạm di động SMG : tr¹m gèc  GSM 11-10 øng dơng cho tr¹m di ®éng  GSM 11-12 øng dơng cho tr¹m gèc  Phase (1991) Các dịch vụ thoại vµ sè liƯu nh SMS  Phase (1996)  Mà hoá thoại bán tốc đợc xác định Các mức công suất thấp để thực Microcell Mở rộng tần số cho E GSM Kết hợp ®Ỉc tÝnh víi DCS – 1800  Chun vïng GSM/DCS đa băng tần Phase 2+ (1997 1998) Các dịch vụ chuyền số liệu gói vô tuyến GPRS Mà hoá thoại toàn tốc Chuyển mạch số liƯu tèc ®é cao bëi ®a khe thêi gian  GSM hệ thống thông tin di động toàn cầu với tiêu chuẩn viễn thông tế bào kỹ thuật toàn châu Âu giải dung l ợng Thực chất dung lợng tăng đến lần nhờ việc sử dụng tần số tốt kỹ thuật ô nhỏ , số thuê bao di động tăng lên nhiều Tiêu chuẩn GSM ®ỵc thiÕt kÕ ®Ĩ cã thĨ kÕt hỵp víi ISDN tơng thích với môi trờng di động Hệ thống thông tin di động GSM bắt đầu phát triển vào năm 1982 nớc Bắc Âu gửi đề nghị đến CEFP (hội nghị quan quản lí viễn thông b u Châu Âu) để quy định nột dịch vụ viễn thông chung Châu Âu tần số 900Mhz Năm 1985 ngời ta định xây dựng hệ thống thông tin di động kỹ thuật số Để phát triển , nghiên cứu nang cao tiêu chuẩn mạng lới dịch vụ thông tin di động GSM , năm 1992 số nớc Châu Âu đà thành lập hiệp hội GSM Moll nhằm trao đổi hợp tác kinh doanh va bảo vệ quyền lợi cho nhà khai thác GSM, DCS toàn giới Thông tin di động GSM Hiệp hội đà phôi thai nớc Bắc Âu đa kiến nghị thống dịch vụ viễn thông chung cho toàn Châu Âu băng tần 900Mhz Cho tới năm 1996, Paris, hoàn thành việc đánh giá định hớng giải pháp nớc khác để tiến tới lựa chọn công nghệ TDMA băng hẹp Tháng 4/1987, 13 nớc châu Âu đà ký GSM Moll ®Ĩ høa hen lÉn vỊ viƯc hoàn thiện tiêu kỹ thuật , chung sức mở thị trờng mạnh rộng lớn cho GSM thoả thuận n ớc có mạng GSM hoạt động từ 1/7/1991 Tuy nhiên nhiều nguyên nhân cuối năm 1992 có 13 nớc thành viên mạng GSM nớc có nhiều thành viên mạng GSM toàn giới Mạng GSM nớc ta Mạng thông tin di động theo tiêu chuẩn GSM lần đợc đa vào sử dụng Việt Nam năm 1993 , từ nhà khai thác VMS (14/3/1993) , đến đà có thêm nhà khai thác thứ hai GPC (26/6/1996) hai không ngừng mở rộng mạng l ới nh tăng cờng cung cấp dịch vụ cho khách hàng Cả hai mạng phục vụ cho địa bàn toàn quốc , gồm ba trung tâm chuyển mạch cac thành phần để xử lý gọi Hà Nội, Đà Nẵng Thành Phố Hồ Chí Minh Trong trung tâm mạng liên kÕt víi vµ thùc hiƯn Roaming néi bé nh»m phục vụ thuận tiện cho thuê bao Các dịch vụ đà đa vào phục vụ khách hàng bao gồm: Dịch vụ trả tiền sau: dịch vụ nhà cung cấp thông tin di động cung cấp cho khách hàng Các thuê bao di ®éng cã thỴ sư dơng MS cđa nã ®Ĩ nhËn thực tất gọi nơi mà mạng di dộng phủ sóng (kể nớc ) thuê bao sử dụng tất dịch vụ phụ nhà cung cấp Dịch vụ trả trớc : Khi sử dụng loại hìh dịch vụ MS phải có thẻ SIM (khối giao diện thuê bao) thẻ (card) đà hoà mạng thông tin di động thực nhận tất cc gäi  Chun vïng níc : DÞch vơ giúp thuê bao di động nhận thực gọi 61/61 tỉnh thành phố toàn quốc Thông tin di động GSM Hiển thị số thuê bao chủ gọi: Dịch vụ giúp thuê bao di động thấy đợc số điện thoại hình máy di động Cấm hiển thị số thuê bao chủ: Dịch vụ khiến ng ời mà thuê bao chủ gọi tới không thấy đợc số thuê bao máy hình máy di động Dịch vụ chờ gọi: Dịch vụ giúp thuê bao di động trả lời điện thoại thứ hai lúc thuê bao di động nói chun víi ngêi gäi thø nhÊt  DÞch vơ chun tiếp gọi: Dịch vụ giúp thuê bao di động chun cc gäi tíi mét sè m¸y kh¸c m¸y thuê bao di động bận vùng phủ sóng không hoạt động Hộp th thoại : Dịch vụ giúp thuê bao di động giữ đợc liên lạc máy điện thoại thuê bao di động hết pin hay vùng phủ sóng Khi thuê bao di động trả lời điện thoại , ngời gọi nhắn lạivào hộp th thuê bao di động sau thuê bao di động sử dụng điện thoại di động điện thoại để nghe lại tin nhắn đà đợc ghi Dịch vụ truyền Fax: Dịch vụ cho phép thuê bao di động gửi tin Fax cách kết nối trực tiếp máy vi tính máy điện thoại di động Dịch vụ truyền liệu : Dịch vụ cho phép thuê bao di động truyền liệu cách kết nối trực tiếp máy vi tính máy điện thoại di động Dịch vụ nhắn tin ngắn: Dịch vụ giúp thuê bao di động gửi tin nhắn dới dạng chữ viết tình không tiện nói điện thoại, ví dụ nơi ồn , hay không muốn ng ời khác biết đợc nội dung trao đổi DÞch vơ chun vïng qc tÕ: DÞch vơ chun vïng qc tÕ cho phÐp MS thơc hiƯn c¸c cc gäi nhận gọi đến máy điện thoại di động tất nớc có ký thoả thuận chuyển vùng quốc tế với nhà cung cấp mà không cần thay đổi thẻ SIM số máy điện thoại di động Hiện nhà cung cấp nớc ta đà mở dịch vụ tới 43 nhà khai thác 28 quốc gia vùng lÃnh thổ khác Tính cớc đơn giản: Các gọi thuê bao di động nớc đợc tính cớc theo quy định nhà khai thác nớc Thông tin di động GSM Dịch vụ sau bán hàng: Thiết lập hệ thống cửa hàng đại lý rộng khắp nớc tạo điều kiện cho khách hàng đến giao dịch Ngoài hệ thống cửa hàng đại lý , đội bán hàng trực tiếp thu c ớc trực tiếp đợc thành lập nhà khách hàng yêu cầu số gọi đợc thực nh cách quay số nớc sở §èi víi dÞch vơ chun vïng qc tÕ cịng cho phép khách hàng nhận gọi nớc nh Việt Nam Chủ gọi trả cớc đến vị trí đăng ký thuê bao Việt Nam thuê bao phải trả cớc cho phần định tuyến lại gọi Việt Nam Bên cạnh trung tâm dịch vụ khách hàng Việt Nam Hà Nội -Đà Nẵng Thành phố Hồ Chí Minh địa tin cậyđể khách hàng tới đăng ký dịch vụ, đợc hớng dẫn giải đáp tất thắc mắc máy di động dịch vụ sửa chữa bán hàng Nhắn tin quảng bá: Dịch vụ cung cấp miễn phí cho thuê bao Với dịch vụ thuê bao di động nhận đợc thông tin hàng ngày (dự bao thời tiết, giá vàng USD, tin thể thao, lịch bay hàng không Việt Nam Cùng dịch vụ hỗ trợ của) thông tin đ ợc gửi trực tiếp tới MS dới dạng tin ngắn (dịch vụ đợc thử nghiệm khu vực miền Bắc đợc triĨn khai thêi gian tíi ) II HƯ thèng GSM Đặc tính mạng thông tin di động Từ khuyến nghị ITU-T kỹ thuật khai thác hệ thống GSM ta tổng hợp nên đặc tính thông tin di động nh sau: o Số lợng lớn dịch vụ tiện ích cho thuê bao thông tin thoại truyền liệu o Sự tơng thích dịch vụ GSM với dịch vụ mạng sẵn có giao diện theo tiêu chuẩn chung o động Tự động cập nhật vị trí định vị cho thuê bao di o Độ linh hoạt cao nhờ sử dụng loại máy di động đầu cuối khác nh máy xách tay, máy cầm tay, máy đặt ô tô o Sử dụng băng tần 900Mhz với hiệu cao có kết hợp hai phơng pháp đa truy nhập : Phân chia theo thời gian TDMA phân chia theo tần số FDMA Thông tin di động GSM o Giải hạn chế dung lợng , thực chất dung lợng tăng từ đến lần nhờ việc sử dụng tần số tốt Vấn đề bảo mật GSM việc đăng ký thuê bao đợc ghi khối nhận dạng thuê bao (SIM), Card thuê bao cã kÝch thíc nh tÊm tÝn phiÕu Ta cã thỴ cắm Card thuê bao (SIM) vào máy cầm tay GSM sử dung Quá trình kiểm tra tham số SIM đ ợc tù ®éng thùc hiƯn b»ng mét thđ tơc nhËn thùc thông qua trung tâm nhận thực Tính bảo mật đợc tăng cờng nhờ sử dụng mà hoá tín hiệu để ngăn chặn hoàn toàn việc nghe chộm đờng vô tuyến Vấn đề chất lợng Tại điều kiện tơng đối tốt chất lợng hệ thống GSM chất lợng hệ thống tơng tự khác rõ rệt Tuy nhiên điều kiện xÊu , tÝn hiƯu u hay nhiƠu giao thoa nặng thông tin di động GSM có chất lợng tốt hẳn Các dịch vụ số liệu cung cấp dịch vụ chất lợng cao với lỗi tốc độ lên tới 9,6 Kbit/s Máy điện thoại di động đợc cung cấp tất hình thức : Ô tô, xách tay câm tay Kích thớc tuổi thọ Accu (pin) tính quan trọng Việc sử dụng công nghệ làm cho máy điện thoại di động nhỏ nhẹ Việc sử dụng chế ®é “nghØ tù ®éng” lµm cho ti thä Accu dµi h¬n Trun dÉn sè HƯ thèng GSM sư dơng kỹ thuật số việc truyền dẫn tín hiệulà truyền dẫn số Trong dạng tín hiệu nh âm thanh, tiếng nói, hình ảnh Cùng dịch vụ hỗ trợ củalà tín hiệu t ơng tự Do để truyền đợc mạng số tín hiệu phải đợc chuyển thành tín hiệu số Trớc hết cần phải lấy mẫu tín hiệu Định lý lấy mẫu: Tần số lấy mẫu phải hai lần tần số cao phổ tần tín hiệu tơng tự, nuến không việc tái tạo tín hiệu tơng tự bị méo dạng Tiếng nói thông thờng chứa chủ yếu thành phần tần số đến gần 3Khz Các tần số cao có lợng thấp bỏ qua chúng mà không ảnh hởng nhiều đến chất lợng Thông tin di động GSM Vì truyền dẫn thoại, thông thờng tín hiệu đợc hạn chế lọc tÇn thÊp 3Khz Vëy tÇn sè lÊy mÉu 8Khz đủ đáp ứng định lý Tiếp theo việc lấy mẫu tín hiệu trình lợng tử hoá mà hoá Số mức lợng tử hoá dợc xác định số bit mà ta cần sử dung đẻ trinh bầy mẫu Phần lớn trờng hợp có khác giá trị mẫu giá trị đà lợng tử đại lợng đợc kí hiệu x Ta điều chỉnh để đạt đợc x nhỏ tuỳ ý cách tăng số mức rời rạc hoá nh ng loại hoàn toàn Các hệ thống viễn thông số chọn chúng 256 mức (8 bit) nghĩa mẫu ta trình bày giá trị tơng tự giá trị đà lợng tử bit với tốc độ lấy mẫu Khz nh ta đợc tốc độ bit 8000 mẫu/s x bit =64Kbit/s Quá trình đợc gọi điều chế xung mà (PCM) gồm ba bớc: Lấy mẫu: Đo tín hiệu tơng tự Lợng tử: Gán cho mẫu số 256 mức Mà hoá: Mỗi giá trị sau lợng tử đợc trình bày mà nhị phân bit Lấy mẫu Lợng tử hoá Mà hoá *Đờng truyền PCM 64 Kbit/s Một đờng truyền số cho kênh để truyền tín hiệu nói phải có tốc độ 64 Kbit/s Đờng truyền đợc gọi đờng truyền PCM Sử dụng đờng truyền PCM cho kênh lÃng phí dây dẫn , cần đặt nhiều kênh đờng truyền PCM (ghép kênh) Tức cần tăng tốc độ bit đờng truyền PCM Mỗi kênh sử dụng đờng truyền khoảng thời gian định đợc gọi khe thời gian T¹i hƯ thèng PCM bËc ta ghep 32 kênh đờng truyền PCM Vởy tốc độ bit đờng truyền 2,048 Mbit/s Kênh đợc sử dụng cho đồng bộ, kênh 16 đợc sử dụng cho báo hiệu lại 32 kênh thoại Phần trình bày ví dụ đa thâm nhập phân chia theo thời gian (TDMA) Một phơng án khác đa thâm nhập phân chia theo tần số Tại GSM khái niệm TDMA đợc sử dụng cho đờng vô tuyến Tám khe thời gian đợc sử dụng cho băng tần Đồng thời gian Thông tin di động GSM Việc sử dụng TDMA vô tuyến số đòi hỏi trạm di động phát khe thời gian dành cho im lặng thời gian lại, không trạm di động gây nhiễu cho gọi từ trạm di động khác sử dụng khe thời gian khác nhng tần số Thí dụ : Một trạm di động gần trạm gốc đợc dïng khe thêi gian thø vµ chØ sư dơng khe thời gian cho gọi Trong trình gọi trạm di động rời xa gốc nên thông tin gửi từ trạm gốc đến ngày trễ trả kời từ trạm di động đến trạm gốc cung ngày trễ Nừu biện pháp đén lúc trễ lớn mà thông tin trạm di động phát khe thời gian TS3 trùng với tín hiệu trạm gốc thu đợc TS4 gọi khác Vì trình thực gọi, thời gian đến trạm gốc đ ợc kiểm tra lệnh đợc gửi đến trạm di dộng để định trớc thời gian phát trạm di động chuyển rời xa Quá trình đợc gọi trình định trớc thời gian Mà hoá GSM 6.1 Mà hoá thoại Trong hệ thống thông tin số, bít đ ợc điều chế số vào sóng mang Vì dung lợng kênh vô tuyến bị hạn chế, nên ta mong muốn truyền tin tøc ngêi dïng víi mét sè bÝt tèi thiĨu cã thể Việc biến đổi thoại thành liệu số để truỳen qua môi tr ờng vô tuyến tái tạo lại tín hiệu thoại từ liệu số nhận đ ợc chc mà hoá - giải mà thoại thiết bị CODEC Thiết bị có hai bên đối tác giao diện vô tuýến (MS BTS) Mà hoá thoại GSM đà đảm bảo chất lợng thoại truyền đa thoại nửa, phần t tốc độ thoại dòng thoại số mạng điện thoại cố định Các yêu cầu mà thoại GSM: * Độ d nội thoại phải lọc bỏ, sau mà hoá ta lại tin tức tối thiểu đủ để khôi phục thoại máy thu * Đảm bảo chất lợng truyền thoại đến máy thu * Ngừng phát vô tuyến không tích cực thoại (khoảng ngừng) trình đàm thoại Đó chức phát gián đoạn (DTX: dícontinuos transmission) DTX giảm bớt lu lợng can nhiễu giao diện vô tuyến, đồng thời giảm yêu cầu nguồn Để xử lý số tín hiệu thoại, mà hoá thoại hệ thèng GSM thù hiƯn chõng triƯu lƯnh/s ViƯc xư lý tín hiệu thoại để truyền đến đích 10