Khai thác hệ thống thông tin 3g để tìm hiểu rõ hơn về hệ thống thông tin di động

Báo cáo thực tập Lời giới thiệu Sự đời điên thoại di động tế bào vào năm 1980 đà mở viễn cảnh sáng sđa cïng víi sù ph¸t triĨn nh vị b·o cđa khoa học kĩ thuật công nghệ thông tin đà đánh đấu bớc nhẩy vọt thông tin liên lạc Thông tin di động từ lâu đà trở thành phơng tiện hữu thuận tiện cho ngời sử dụng suốt hai thập kỷ qua hệ: Điện thoại di động thứ (analog) thø (digital) víi rÊt nhiỊu lo¹i hƯ thèng ho¹t động theo nhiều nguyên tắc khác đà có đóng góp to lớn vào phát triển loài ngời Các hệ thông tin di động đợc phát triển mạnh mẽ Với đời hệ thứ (3G) loài ngời ngày tiến tới gần việc biến ớc mơ thành thực tiến hành liên lạc đâu bât kỳ núc Từ nhiều năm trở lại thông tin di động tế bào loại GSM (một hệ thống thông tin số) đợc triển khai phạm vi rộng việc nghiên cứu tìm hiểu điện thoại di động vấn đề cần thiết cập nhật Hệ thống thông tin di động tế bào số GSM hệ thống tiêu chuẩn quốc tế ITU-T khuyến nghị hệ thống đă đợc xây dựng sở cải tiến tiêu chuẩn giao thức ISDN hệ thống đă đợc số hoá toàn từ thuê bao trở để đa vào sản xuất khai thác kĩ thuật trớc đà có hàng trăm khuyến nghị đà đời để giải hàng loạt vấn đề lớn nhỏ Trong thời gian học tập khoa điện tử học dân lập đông đô với tận tình khoa với kiến thức đợc trau nên thác Hệ Thống Thông Tin 3G để tìm hiểu thông tin di động viễn thông trờng đại bảo thầy cô em chọn đề tài khai rõ hệ thống Mọi kiến thức thu thập đợc thời gian học tập khoa điện tử viễn thông trình thực tập em đà trình bày tổng hợp báo cáo thực tập nhng thời gian hạn hẹp kiến thức chuyên môn hạn chế nên chánh khỏi thiếu sót em mong đợc góp ý thầy cô bạn bè khoa Thông Tin Di Động Thế Hệ III Báo cáo thực tập Em xin chân thành cảm ơn thầy Hồ Quang Huy đà nhiệt tình trực tiếp hớng dẫn thầy cô bạn bè khoa Điện tử viễn thông đà giúp đỡ em hoàn thành Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2005 Thông Tin Di Động Thế Hệ III Hà Nội tháng năm Báo cáo thực tập Phần I Tổng quan mạng điện thoại di động GSM Giới thiệu chung Hệ thống thông tin di động hệ thống truyền thông tin chuyển giao tin tức dới dạng tiếng nói (thoại ) số liệu văn (fax) .với đăc điểm ngời sử dụng dịch vụ thông tin di động mang theo thiết bị đầu cuối bên cần đảm bảo liên lạc thông suốt khác với thuê bao cố định thuê bao di ®éng cã thĨ gưi nhËn mäi cc gäi ë bÊt nơi vùng phủ sóng mạng di động với môi trờng truyền dẫn thuê bao mạng di động sóng vô tuyến Chơng I - Các hệ thông tin nói chung 1.1 Lịch sử phát triển thông tin di động: Quá trình phát triển thông tin di động đợc bắt đầu phát minh thí nghiệm sóng điện từ Hertz điện báo vô tuyến Macorni vào cuối kỉ 19 qua thí nghiệm nhà bác học đà cho thấy thông tin vô tuyến thực máy thu phát xa di động vào thời kì thông tin v« tun chđ u sư dơng m· Morse năm 1928 hệ thống thông tin vô tuyến truyền đợc thiết lập đơc dùng ngành cảnh sát Đến năm 1933 sở cảnh sát Bayone, NewJersey thiết lập đơc hệ thống thoại vô tuyến di động tơng đối hoàn chỉnh giới sau quân đội đà dùng thông tin di động để triển khai chiến đấu có hiệu Các dịch vụ di động đời sống nh cảnh sát, cứu thơng, cứu hoả, hàng không hàng hải đà sử dụng thông tin di động để hoạt động đợc thuận lợi Hồi thiết bị điện thoại di động cồng kềnh nặng hàng chục kg đầy tạp âm tốn nguồn dùng đèn điện tử tiêu thụ nguồn lớn công tác dải tần thấp sử dụng băng tần VHF thiết bị liên lạc đợc với khoảng cách vài chục dặm chất lợng thông tin đặc tính truyền dẫn sóng vô tuyến dẫn đến tín hiệu thu đợc tổ hợp nhiều thành phần tín hiệu đà đợc phát khác biên độ, pha độ trễ tổng véc tơ tín hiệu làm cho đừơng bao tín hiệu thu đựơc bị thăng giáng mạnh nhanh trạm di động tiến hành mức thu tín hiệu thờng bị thay đổi lớn nhanh làm cho chất lợng đàm thoại suy giảm trông thấy nhng năm 1950Thông Tin Di Động Thế Hệ III B¸o c¸o thùc tËp 1960 c¸c kh¸i niƯm tỉ ong kĩ thuật trải phổ điều chế số công nghệ vô tuyến đại khác đà đợc biết đến nhng đợc sử dụng dạng sửa đổi thích ứng thống điều vận Các hệ thống điện thoại di đông đầu tiện tiện lợi dung lợng thấp so với công nghệ Cuối hệ thống điện thoại tổ ong điều tần song công sử dụng kĩ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (FDMA: Frequency Division Multiple Access) đà xuất vào năm 1980 ngời ta đà nhận thấy hệ thống tổ ong tơng tự đáp ứng đợc nhu cầu ngày tăng vào kỉ sau không loại bỏ đợc hạn chế cố hữu hệ thống nh: - Phân bố tần số hạn chế, dung lợng thấp - Tiếng ồn khó chịu nhiễu xẩy máy di động chuyển dịch môi trờng pha dinh đa tia - Không đáp ứng đợc dịch vụ mối hấp dẫn khách hàng - Không cho phép giảm đáng kể giá thành thiết bị di động sở hạ tầng - Không đảm bảo tính bí mật gọi - Không tơng thích hệ thống khác Giải pháp để loại bỏ hạn chế phải chuyển đổi sang sử dụng kĩ thuật thông tin số cho thông tin di động với kĩ thuật đa truy nhập Hệ thống thông tin di ®éng sè sư dơng kÜ tht ®a truy nhËp ph©n chia theo thêi gian (TDMA: Time Division Multiple Access) giới đợc đời Châu Âu có tên gọi GSM (Group Special Mobile ) Ban đầu hệ thống đợc gọi (nhóm đặc trách di động) theo tên gọi nhóm đợc CEPT (Conference of European Postal and Telecommunication administrantions) Hội nghị quan quản lý viễn thông bu Châu Âu cử để nghiên cứu tiêu chuẩn sau để tiện cho việc thơng mại hoá GSM đợc gọi Hệ thống thông tin di động toàn cầu (GSM : Gobal System for Mobile Communications) GSM đợc phát triển từ năm 1982 nớc Bắc Âu gửi đề nghị tới CFPT (Conference of European Postal And Telecommunications) Để quy định dịch vụ viễn thông chung Châu Âu băng tần 900 MHz vào năm Thông Tin Di Động Thế Hệ III Báo cáo thực tập 1982- 1985 ngời ta nêu lên việc xây dụng hệ thống số hay tơng tự băng rông hay hẹp Năm 1985 hệ thống số đợc định tháng -1986 giải pháp TDMA băng hẹp đợc lựa chọn Với giải pháp 13 nớc đà kí vào biên ghi nhớ MOU ( Memorandum Of Understanding) để thực ghi nhớ nh đà mở thị trờng di động có tiềm lớn Tất hÃng khai thác kÝ MOU høa sÏ cã mét hÖ thèng GSM vËn hµnh vµo ngµy 1- -1991 vµ cã mét sè nớc đà công bố kết phủ sóng vùng rộng lớn từ đầu số nớc bắt đầu phục vụ bên bên thủ đô việt nam hệ thống thông tin di động số GSM đợc đa vào hoạt động từ năm 1993 đợc công ty VMS GPC khai thác hiệu Mỹ hệ thống AMPS (American Mobile Phone System) t¬ng tù sư dơng ph¬ng thức FDMA đợc triển khai vào năm 1980 nhng thị trờng di động nh NewYork, Los angeles, Chicago Do ngời sử dụng lớn đà phát sinh vấn đề dung lợng liên hiệp công nhiệp viễn thông TIA (Telecommunications Industry Association) đà có chiến lợc nâng cao hệ thống thành hệ thống số chuyển tíi hƯ thèng TDMA (Time Division Multiple Access) vµ kÝ hiệu IS 95 Cuối năm 1980 việc khảo sát khách hàng đà cho thấy chất lợng AMPS (American Mobile Phone System) tèt h¬n hƯ thèng IS 95 dẫn tới việc hÃng Mỹ lạnh nhạt với hệ thống TDMA Duy h·ng lµ AT&T vÉn sư dơng hƯ thèng TDMA nhng hÃng phát triển phiên gọi lµ IS – 136 hay AMPS sè: D – AMPS ( Digital –American Mobile Phone System) Kh«ng gièng nh IS 95 GSM đà đạt đợc thành công chỗ nhà phát triển GSM đà dám thực hy sinh để tìm kiếm thị trờng Châu Âu Châu họ không tơng thích giao diện vô tuyến GSM AMPS nhờ hÃng Ericsson Nokia trở thành hÃng dẫn đầu sở hạ tầng vô tuyến bỏ lại sau hÃng Motorola Lucent Với tình trạng đà tạo hội cho nhà nghiên cứu Mỹ họ tìm hệ thống thông tin di động số công nghệ đa truy nhập phân chia theo mà CDMA (Code Division Multiple Access) công nghệ sử dụng kĩ thuật trải phổ đợc ứng dụng chủ yếu quân năm 1985 công ty thông tin Qualcom (Qualcom Communications) đợc thành lập đà phát triển công nghệ CDMA Thông Tin Di Động Thế Hệ III Báo cáo thực tập cho thông tin di động đà nhận đợc nhiều phát minh lĩnh vực Lúc công nghệ đơc đón nhận cách dè dặt quan niệm truyền thống vô tuyến thoại đòi hỏi kênh vô tuyến riêng đến công nghệ đà trở thành công nghệ thống trị Bắc Mỹ Qualcom đà đa phiên CDMA đợc gọi IS 95 Các mạng CDMA thơng mại đà đựơc đa vào khai thác Hàn Quốc, Hông kông Achentina, Braxin, Chile, Trung Quốc, Đc, Ixraen, Peru, Thái lan đợc thử nghiệm Nhật Bản Viêt Nam tổng công ty bu viễn thông đà có kế hoạch thử nghiệm CDMA, năm 1993 Nhật Bản NTT đà đa tiêu chuẩn thông tin di động số cđa níc nµy lµ JPD (Japanese Personal Digital Cellular System) gọi hệ thống tổ ong số Nhật Bản Để tăng dung lợng cho hệ thống thông tin di động tần số hệ thống đợc chun vïng tõ (800 – 900) MHz vµo vïng (1,8- 1,9)MHz số nớc đa vào sử dụng hai tần số song song với phát triển hệ thống thông tin di động tổ ong nói hệ thống thông tin di động hạn chế cho mạng nội hạt sử dụng máy cầm tay không dây số (digital cordless phone) đợc nghiên cứu phát triển hai hệ thông điển hình cho hai loại thông tin DECT(Digital Enhanced Cordless Telecommunications) đựơc gọi Viễn thông không dây số tăng cờng hệ thống PHS (Personal Handy Phone) gọi hệ thống máy điện thoại cầm tay cá nhân Cũng đà đợc đa vào thơng mại hoá Ngoài hệ thống thông tin mặt đất hệ thống thông tin di động vệ tinh Global star Iridium đợc đa vào thơng mại hoá năm 1980 Nh kết hợp hệ thống thông tin di động nói tạo hệ thống thông tin cá nhân (PCS : Personal Communications System) cho phép cá nhân thông tin thời điểm nơi họ cần 1.2 Một số hệ thống thông tin di động: 1.2.1 Thông tin di động hệ I: Các hệ thống thông tin di động tổ ong thÕ hƯ mét bao gåm : Th«ng Tin Di §éng ThÕ HƯ III B¸o c¸o thùc tËp AMPS : dịch vụ điện thoại di đông tiên tiến NAMPS : AMPS băng hẹp TACS : Hệ thống truy nhập toµn bé ETACS : TACS më réng NMT450 : Hệ thống điện thoại di động băc âu sử dụng băng tần 450 MHz NMT900 : Hệ thống điện thoai di động băc âu sử dụng băng tần 900MHz NMT : Hệ thống NNT phát triển Hệ thống thông tin di động hệ tiện lợi, dung lợng thấp Các hệ thống thông tin di động hệ I sử dụng kỹ thụât đa truy nhập phân chia theo tần số đà xuất vào năm 1980 Nhng nhu cầu ngời sử dụng tăng hệ thống không đáp ứng đợc nhu cầu cđa ngêi sư dơng víi mét sè lý sau: * Do phân bổ tần số hạn chế, dung lợng mạng thấp * Hiện tợng tiếng ồn gây khó chịu nhiễu xảy máy di động môi trờng pha đinh đa tia * Không đáp ứng đợc dịch vụ hấp dẫn khách hàng * Chi phí cho dịch vụ cao thiết bị lắp đặt tốn * Không đảm bảo tính an toàn thông tin * Tính tơng thích hệ thống Để loại bỏ đợc hạn chế cần phải chuyển sang sử dụng kĩ thuật thông tin số cho di động 1.2.2 Hệ thống thông tin di động hệ II: Thông Tin Di Động Thế Hệ III Báo cáo thực tập Hệ thống thông tin di ®éng tỉ ong thÕ hƯ thø II bao gåm : - IS- 54B TDMA - IS 136 TDMA - IS 95 CDMA - GSM HƯ thèng th«ng tin di động toàn cầu - PCM Mạng thông tin cá nhân - CT- Điện thoại không dây - DECT Viễn thông không dây số tiên tiến - PDC Hệ thống tổ ong cá nhân - Thông tin di động hệ II sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian phân chia theo mà (TDMA CDMA ) Hiện hệ thống thông tin di động giai đoạn chuyển từ thÕ hÖ + sang thÕ hÖ * Mét số u thế hệ II: Các dịch vụ mạng cải thiện dịch vụ ngừơi sử dụng số hiệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD), dịch vụ vô tuyến gói đa (GPKS) số liệu 14,4 Kb/s Các công việc liên quan đến dịch vụ điện thoại nh Codec tiếng toàn tốc cải tiến (EFC), Codec đa tốc độ thích ứng khai thác tự đầu cuối Codec tiếng Các dịch vụ bổ xung nh: Chuyển hớng gọi, hiển thị tên chủ gọi, chuyển giao cuộc, dịch vụ cấm gọi Thông Tin Di §éng ThÕ HƯ III B¸o c¸o thùc tËp Cải thiện liên quan đến dịch vụ tin ngắn (SMS): Móc nối SMS, mở rộng bảng chữ cái, mở rộng tơng tác SMS Các công việc liên quan đến công việc tính cớc: Các dịch vụ trả tiền trớc, tính cớc nóng hỗ trợ cho u tiên vùng gia đình Tăng cờng công nghệ SIM Dịch vụ mạng thông minh nh : CAMEL Các cải thiện chung nh: Chuyển mạch CTSM-AMPS, dịch vụ định vị, tơng tác với hệ thống thông tin di động vệ tinh hỗ trợ định tuyến tối u Thông tin di động số hệ II xây dựng theo tiêu chuẩn GSM, IS95 Các yêu cầu dịch vụ hệ thống thông tin di động dịch vụ truyền số liệu đòi hỏi nhà khai thác phải đa đợc hệ thống thông tin di động Trong bối cảnh ITU đà đa đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động hƯ víi tªn gäi IMT- 2000 1.2.3 HƯ thèng thông tin di động hệ III: Hệ thống thông tin di động hệ III hệ thông tin cho dịch vụ di động truyền thông cá nhân đa phơng tiện Hộp th điện thoại đợc thay bu thiếp điện tử đợc lồng ghép với hình ảnh thoại thông thờng trớc dây đợc bổ xung hình ảnh để trở thành thoại có hình * Ưu điểm hệ thống thông tin di động hệ III: Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo dịch vụ băng rộng nh truy cập Internet nhanh dịch vụ đa phơng tiện Linh hoạt để đảm bảo dịch vụ nh đánh số cá nhân toàn cầu điện thoại vệ tinh Các tính Thông Tin Di Động Thế Hệ III Báo cáo thực tập cho phép sử dụng đáng kể dịch vụ hệ thống thông tin di động Dễ dàng tơng thích với hệ thống thông tin di động có để đảm bảo phát triển liên tục thông tin di động Để phân biệt hệ III với hệ khác hệ III đợc gọi hệ băng rộng 1.3 Một số loại hình dịch vụ thông tin di đông: Điện thoại di động lần xuất Mỹ có u điểm hẳn so với điện thọai cố định ngời dùng trao đổi thông tin với nơi vùng phủ sóng Ngày điện thoại di động đợc dùng phổ biến rộng rÃi giới.Sau môt số loại hình điện thoại: Thông Tin Di Động Thế Hệ III 10 Báo cáo thực tập Các phần tử mô hình tham khảo : Tên tắt khối hình vẽ: AUC: Authentication center (trung tâm nhận thực) VLR: Visiting Location Register (thanh ghi định vị tạm trú ) MSC: Mobile Serviser Switching Center ( trung t©m chun mạch dịch vụ di động) HLR :Home Location Register(thanh ghi định vi thờng trú) OMC: Operation and Maintenance Center (trung tâm khai thác bảo dỡng) BTS:Base Transceiver Station (trạm thu phát gốc) MS: Mobile Station(trạm (máy) di động) BSC:Base Transceiver Controllek (bộ điều khiển trạm gốc) MSCG: Gateway (cổng MSC ) Thông Tin Di Động Thế Hệ III 18 B¸o c¸o thùc tËp MSC: Mobile Servicer Swiching Center (trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động) SS: Swiching Subsystem (hƯ thèng chun m¹ch) BS: Base station (tr¹m gèc) EIR: Equipment Identity Register(thanh ghi sè nhËn diƯn phần cứng trạm di động) * Cấu hình hệ thống GSM đợc chia thành hệ thống con: - Hệ thống chuyển mạch SS bao gồm chức chuyển mạch mạng GSM Chuyển mạch liệu cần thiết cho số liệu riêng thuê bao quản lý di động, thuê bao quản lý trao đổi thông tin ngời sử dụng mạng GSM với ngời sử dụng mạng viễn thông khác - Hệ thống trạm gốc BS: Thực giám sát theo đờng ghép nối vô tuyến thực đấu nối MS với tổng đài để chuyển mạch nội hay chuyển mạch thuê bao khác * Các chức BS: + Điều khiển thay đổi tần số tuyền tần số đờng ghép nối với thay đổi công suất + Điều khiển thu phát vô tuyến + Mà hoá thoại mà hoá kênh phối hợp tốc độ truyền + Quản lý chuyển giao ô + Bảo mật kênh tuyến 2.2.2 Trung tâm khai thác bảo dỡng mạng : Hệ thống khai thác OS thực khai thác bảo dỡng tập trung cho mạng thông tin di động Khai thác hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi mạng nh: Tải hệ thống, mức độ chặn, số lợng chuyển giao (handover) hai ô, nhờ nhà khai thác giám sát đợc toàn chất lợng dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng kịp sử lý cố Khai thác bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm vấn đề xuất thời điểm thời, để chuẩn bị tăng lu lợng tơng lai, tăng vùng phủ sóng Việc thay đổi mạng thực mềm qua báo Thông Tin Di Động Thế Hệ III 19 Báo cáo thực tập hiệu (chẳng hạn thay đổi thông số chuyển giao để thay đổi biên giới tơng đối hai ô) thực cứng đòi hỏi can thiệp trờng ( chẳng hạn bổ xung thêm dung lợng truyền dẫn hay lắp đặt trạm ) hệ thống viễn thông đại khai thác đợc thực máy tính đợc tập trung trạm Bảo dỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị sửa chữa cè háng hãc nã cã mét sè quan hƯ víi khai thác Các thiết bị mạng viễn thông đại có khả tự phát số cố thông qua tự kiểm tra Trong nhiều trờng hợp ngời ta dự phòng cho thiết bị để thiết bị sù cè cã thĨ thay thÕ b»ng thiÕt bÞ dù phòng thay thực tự động Ngoài việc giảm nhẹ cố thực ngời khai thác điều khiển từ xa Bảo dỡng bao gồm hoạt động trờng nhằm thay thiết bị bị cố Hệ thống khai thác bảo dỡng đợc xây dựng nguyên lý TMN mạng quản ly mạng viễn thông Khi mặt hệ thống khai thác bảo dỡng đợc kết nối đến phần tử mạng viễn thông ( MSC, BSC, HLR phần tử mạng khác trừ BTS truy nhập đến BTS ) mặt khác hệ thống đóng vai trò giao tiếp ngời máy Hệ thống thờng đợc gọi OMC trung tâm khai thác bảo dỡng 2.2.3 Thiết bị hỗ trợ AUX: * Quản lý thuê bao trung tâm nhận thực : Quản lý thuê bao gồm hoạt động quản lý đăng kí thuê bao Nhiệm vụ nhập xoá thuê bao khỏi mạng Đăng kí thuê thuê bao phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ tính bổ xung Nhà khai thác phải truy nhập đợc tất thông số nói Một nhiệm vụ quan trọng khác khai thác tính cớc gọi Cớc phí phải đợc tính gửi đến thuê bao Quản lý thuê bao mạng thông tin di động liên quan đến HLR số thiết bị OS riêng chẳng hạn mạng nối HLR với thiết bị giao tiếp ngời máy trung tâm giao dịch với thuê bao Việc quản lý thuê bao đợc thực thông qua khoá nhận dạng bí mật cho thuê bao AUC quản lý thông tin nhận thực mà liên quan đến cá nhân thuê bao dựa khoá bí mật AUC đợc đặt HLR hay MSC hay độc lập với hai Khoá đợc lu giữ vĩnh cửu bí mËt bé nhí cđa MS ë GSM bé nhí có dạng SIM- CARD rút cắm lại đợc 2.2.4 Quản lý thiết bị di động EIR : Thông Tin Di Động Thế Hệ III 20