Nghiên cứu về tổng quan hệ thống thông tin di động gsm bao gồm các đặc tính và cấu trúc

Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu Trong thập niên gần đây, công nghệ thông tin đÃ trở thành bớc đột phá cách mạng khoa học kỹ thuật Nó không ngừng 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 Cùng dịch vụ hỗ trợ đÃ đợc da vào áp dụng mạng viễn thông Việt Nam Có thể kể đến thµnh tùu lín nhÊt cđa nghµnh khoa häc kü tht nớc ta việc đa vào sử dụng Hai hệ thống thông tin di động tế bào số GSM với hai nhµ cung cÊp VMS vµ Vinaphone Kü thuËt 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 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 Xin trân trọng cảm ơn giúp đỡ vô quý báu kiến thức t liệu thầy giáo Nguyễn Tài Hng- Bộ môn Kỹ Thuật Thông Tin- Khoa Điện Tử Viễn Thông- Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, ngời đÃ trực tiếp hớng dẫn bảo vô nhiệt tình trình thực hiên đề tài Xin trân trọng cảm ơn Các thầy, cô môn Kỹ Thuật Thông Tin, Khoa Điện Tử Viễn Thông trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, gia đình toàn thể bạn bè đÃ tạo điều kiện nghiên cứu giúp đỡ để em hoàn thành đồ án Thông tin di động GSM Đồ án tốt nghiệp Thông tin di động GSM Đồ án tốt nghiệp Mục lục Trang Lời nói đầu Phô lôc Çc từ viết tắt báo cáo: Phần I: Thông tin di động gsm 11 I lÞch sư GSM .11 Thông tin di động 11 LÞch sư GSM 12 M¹ng GSM ë níc ta .15 II HÖ thèng GSM 19 Đặc tính mạng thông tin di ®éng 19 VÊn ®Ị b¶o mËt 20 Vấn đề chất lợng 20 TruyÒn dÉn sè 21 §ång bé thêi gian 22 M· ho¸ GSM .23 6.1 MÃ hoá thoại 23 6.2 MÃ hoá kênh 26 6.3 Vocoder 29 6.4 M· ho¸ lai ghÐp .29 Th«ng tin di ®éng TDMA 34 III Cấu trúc mạng thông tin di động Gsm 37 Cấu trúc địa lý 37 Cấu trúc chức 39 2.1 HƯ thèng chun m¹ch (SS) 41 2.2 HÖ thèng tr¹m gèc BSS 44 2.3 Trạm di động MS 50 2.4 HƯ thèng khai th¸c OSS 51 phÇn ii : giao diƯn v« tun hƯ thèng th«ng tin di ®éng gsm 53 I Çc khái niệm giao diện vô tuyến .53 Khái niệm kênh 53 Các kênh logic .58 2.1 Phân loại 58 2.2 Tổ hợp kênh 61 II Çc chức báo hiệu giao diện vô tuyến 66 Çc líp b¸o hiƯu 66 1.1 Líp b¸o hiÖu 67 1.2 Líp b¸o hiƯu .69 1.3 Líp b¶o hiƯu 69 Giao thøc LAPDm .70 Çc thđ tơc b¸o hiƯu cho çc kết nối khác .75 3.1 MS tắt máy vùng phục vụ .75 3.2 MS bật máy, trạng thái rỗi 76 Thông tin di động GSM Đồ án tốt nghiệp 3.3 MS bận 76 3.4 CËp nhËt vÞ trÝ .76 3.5 Thủ tục nhập mạng ban đầu 77 3.6 Thđ tơc rêi m¹ng 78 3.7 Thđ tơc nhËp l¹i m¹ng .78 3.8 Đăng ký định kỳ 79 3.9 T×m gäi 79 3.10 Cuộc gọi từ mạng cố định đến MS 80 3.11 Cuéc gäi tõ MS 85 3.12 Các trờng hợp Handover 88 Quản lý tiềm vô tuyến RR 90 Qu¶n lý di ®éng MM 91 Quản lý nối thông CM 92 KÕt luËn 94 Tài liệu tham khảo 96 Thông tin di động GSM Đồ án tốt nghiệp Phụ lục Các từ viết tắt báo cáo: AGCH ARQ AUC BCC BCCH BCH BER BHCK Bm BSC BSIC BSS BSSAP BSSMAP BSS BTS BTSM CC CCCH CCITT CCSN7 CEPT CDMA Acces Grant Chanel Automatic Retransmission Request Authentication Center Base Station Colour Code Broadcast Control Channel Broadcast Channel Bit Error Rate Busy Hour Call Attempts Full Rate TCH Base Station Controller Base Station Indentity Code Base Station Subsystem Base Station Application Part Base Station Management Application Part Base station Sybsystem Base tranceiver Station BTS Mamagement Call Control Common Control Channel International Telegraph & Telephone Consultative Committee Common Chanel Signalling N7 Conference of European Postal and Telecomunications CGI CI CIC CK CM DCCH Code Division Muitiple Access Cell Global Identity Cell Identity Circuit Identity Code Chechk sum Connection Management Dedicated Control Channel DPC Destination Point Code Th«ng tin di động GSM Kênh cho phép thâm nhập Yêu cầu phát lại tự động Trung tâm nhận thực MÃ mầu trạm gốc Kênh điều khiển quảng bá Kênh quảng bá Tỷ số bit lỗi Số thử gọi cao điểm TCH toàn gốc Bộ điều khiển trạm gốc MÃ nhận dạng trạm gốc Hệ thống trạm gốc Phần ứng dụng trạm gốc Phần ứng dụng quản lý BSS Hệ thống trạm gốc Trạm thu phát gốc Quản lý BTS Điều khiển gọi Kênh điều khiển chung Uỷ ban t vấn quốc tế điện thoại điện báo Báo hiệu kênh chung số Hội nghị quan quản lý bu viễn thông Châu Âu Đa thâm nhập phân chia theo mÃ Nhận dạng ô tổng thể Nhận dạng ô MÃ nhận dạng mạch Kiểm tra tổng Quản lý nối thông Kênh điều khiển dành riêng MÃ điểm nhận Đồ án tốt nghiệp DT1 DUP FACCH FDMA FEC GMSC GMSK GP GS GSD GSM GSS GT HLR IMEI IMSI ISDN ISUP ITU-R ITU-T Data Form Data User Part Fast Associated Control Channel Frequency Division Multiple Access Forward Error Correction Gateway MSC Gaussian Minimum Shift Keying Gard Period Group Switch Group Switch Device Group Special Mobile or Global System for Mobile Communication Group Switch Subsystem Global Title Home Location Register International Mobile Equipment Identity International Mobile Station Identity Intergrated Services Digital Network ISDN User Part International Telecommunications Union Radio Sector IWF Kc Ki LA LAI LAC International Telecommunication Union - Telecommunication Sector Interworking Function Ciphering Key Subscriber Authentication key Location Area Location Area Identity Location Area Code LAPD Link access procedures on D Thông tin di động GSM Dạng số liệu Phần ngời sử dụng số liệu Kênh điều khiển liên kết nhanh Đa thâm nhập phân chia theo tần số Sửa lỗi trớc MSC cổng Khóa chuyển pha cực tiểu Gausơ Khoảng bảo vệ Chuyển mạch nhóm Thiết bị chuyển mạch nhóm Nhóm chuyên trách di động hay hệ thống thông tin di động toàn cầu Hệ thống chuyển mạch nhóm Tên toàn cầu Bộ ghi định vị thờng trú Nhận dạng thiết bị trạm di động Quốc tế Nhận dạng trạm di động Quốc tế Mạng số liên kết đa dịch vụ Phần ngời sử dụng ISDN Liên minh viƠn th«ng Qc tÕ - bé phËn v« tun Liên minh viễn thông Quốc tế - Bộ phận viễn thông Chức tơng tác Khoá mật mÃ Khoá nhận thực thuê bao Vùng định vị Nhận dạng vùng định vị MÃ nhận dạng vùng định vị Các thủ tục thâm nhập đ- Đồ án tốt nghiệp LI Lm MAP ME MM MS MSC MSIN MSISDN MT MTP MTS NMS O&M OMC OMS OPC OSI OSS PAD PCD PCD-D PCH PCM PIN PLMN PSPDN PSTN RACH channel Length indicator Half Rate TCH Mobile Application Part Mobile Equipment Mobility Management Mobile station Mobile Services switching center Mobile station Identity number Mobile station ISDN number Mobile termination Message Trasfer part Mobile Telephone subsystem Network Management sybsystem Operation and Maintenance Operation and Maintenance center Operation and Maintenance system Originationg point Code Open System interconnection Operation and Support System Packet Assembly/ Disassembly Pulse code Device Pulse Code Device - Digital Paging Channel Pulse Code Modulation Personal Identity Number Public Land Mobile network Packet switched public Data network Public switched Telephone network Random Access Channel Thông tin di động GSM ờng truyền kênh D Chỉ thị độ dài TCH bán tốc Phần ứng dụng di động Thiết bị di động Quản lý di động Trạm di động, máy di động Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động S nhận dạng trạm di động Số ISDN trạm di động Kết cuối di động Phần truyền tin Hệ thống điện thoại di động Hệ thống quản lý mạng Khai thác bảo dỡng Trung tâm khai thác bảo dỡng Hệ thống khai thác bảo dỡng MÃ điểm khởi đầu Kết nối hệ thống mở Hệ thống khai thác hỗ trợ Đóng/ mở gói Thiết bị mÃ hoá xung Thiết bị mÃ hoá xung-số Kênh nhắn tin Điều xung mÃ Số nhận dạng cá nhân Mạng di động mặt đất công cộng Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng Kênh thâm nhập ngẫu nhiên Đồ án tốt nghiệp RAND RR RPE-LTP Rx SACCH SAPI SCCP SCH SDCCH SECA SID SIM SIO SL SN SNR SP SRES SS ST STP TA TAF TB TC TCAP TCH TDMA TG TMSI TRAU Random number Radio Resource Management Số ngẫu nhiên Quản lý tiềm vô tuyến Regular pulse Excitation-Long Kích thích xung đều- tiền term prediction định thời gian dài Receiver Máy thu Slow Associated Control Kênh điều khiển liên kết Channel chậm Service Access Point Indicator Chỉ thị điểm thâm nhập dịch vụ Signalling Connection control Phần điều khiển nối thông part báo hiệu Synchronization Chanel Kênh đồng Stand alone Dedicated Control Kênh điều khiển dành Channel riêng độc lập Semi - Permanent Connection Nối thông tin bán cố định Silence Descriptor Flag Cờ thị im lặng Subscriber Identity Module Môdun nhận dạng thuê bao Service Information Octet Byte thông tin dịch vụ Signalling Link Đờng nối báo hiệu Subscriber Number Số thuê bao Serial Number Số seri máy Signalling Point Điểm báo hiệu Signed Response Mật Switching Sybsystem Hệ thống chuyển mạch Signalling Terminal Đầu cuối báo hiệu Signalling Transfer Point Điểm chuyển báo hiệu Timing Advance Định thời trớc Terminal Adaptation Function Chức thích ứng đầu cuối Tail Bit Bit đuôi Transaction Capability Khả dao dịch Transaction Capalbility Phần ứng dụng khả Apllication Part dao dịch Traffic Channel Kênh lu lợng Time Division Multiple access Đa thâm nhập phân chia theo thời gian Transceiver Group Nhóm thu phát Temporaty mobile station Nhận dạng trạm di động identity tạm thời Transcoder and rate Khối chuyển mÃ thích Thông tin di động GSM §å ¸n tèt nghiƯp TRX TS TUP adaptation Unit Transceiver Time Slot Telephone User part Tx UP VAD VLR Trasmitter User part Voice Activity Detection Visiting location register øng tèc độ Máy thu phát Khe thời gian Phần ngời sử dụng điện thoại Máy phát Phần ngời sử dụng Phần hoạt động tiếng Bộ ghi định vị tạm trú Phần I: Thông tin di động gsm I lịch sử GSM Thông tin di động Thuật ngữ thông tin di động đÃ có từ lâu đợc hiểu cung cấp cách lu động tín hiệu trình thông tin Thông tin di động thực đợc nhiều dịch vụ di động nh: thoại, truyền số liệu, Fax, nhắn tin Cùng cácTr ớc mạng lới thông tin di động chủ yếu đợc sử dụng lĩnh vực quân sự, ngày đÃ đựơc thơng 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 cácvới 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 đ ợc mở rộng phạm vi hoạt động Những năm 80 kỉ 20 hệ thống thông tin di động tế bào đÃ 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 Thông tin di động GSM Đồ án tốt nghiệp 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 chiÕn thø hai (1939-1945) míi xt hiƯn th«ng tin di động điện 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 lần so víi ci thÕ chiÕn thø hai Quan niƯm vỊ celluer cuối năm 40 kỉ 20 với Bell thay cho mô hình quảng bá M7 có công suất lớn anten đặt cao, cell co diƯn tÝch bÐ cã BTS c«ng st nhá, 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 đÃ bao gồm hàng loạt hệ thống n ớc khác Tuy nhiên hệ thống không thoả mÃn đ ợc 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 : kü tht t¬ng tù hay kü tht sè Sư dơng kỹ thuật số có u điểm sau: Sử dụng kỹ thuật điều chế số tiên tiến nên hiệu xuất sử dụng phổ tần cao MÃ hoá tín hiệu thoại với tốc độ ngày thấp cho phép 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 mÃ hoá kênh mÃ hoá nguồn kỹ thuật truyền dẫn số Thông tin di ®éng GSM 10