Trang 1 Lời nói đầuTrong những thập niên gần đây, công nghệ thông tin đã trởthành một bớc đột phá mới của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật.Nó không ngừng lớn mạnh cả về chất và lợng trên
Thông tin di động gsm
lịch sử GSM
Thuật ngữ "thông tin di động" đã xuất hiện từ lâu, ám chỉ khả năng cung cấp tín hiệu một cách linh hoạt trong quá trình truyền tải thông tin Ngày nay, thông tin di động hỗ trợ nhiều dịch vụ như thoại, truyền số liệu, fax và nhắn tin Trước đây, mạng lưới thông tin di động chủ yếu phục vụ cho lĩnh vực quân sự, nhưng hiện tại đã được thương mại hóa và sử dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày.
Thông tin di động đã phát triển từ những ngày đầu với phương pháp thông tin điểm - điểm, sau đó là sự ra đời của điện thoại không dây Tất cả các hình thức này đều có đặc điểm chung là đáp ứng nhu cầu mở rộng mạng cố định thông qua hệ thống vô tuyến.
Bước phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động là mở rộng từ một mạng nhỏ với số thuê bao hạn chế, nhằm gia tăng phạm vi hoạt động và cải thiện khả năng kết nối.
Thông tin di động đã được ứng dụng trong nghiệp vụ cảnh sát từ những năm 1920 với băng tần 2M Sau Thế chiến thứ hai (1939-1945), thông tin di động điện thoại dân dụng bắt đầu xuất hiện, sử dụng kỹ thuật FM ở băng sóng 150M.
Năm 1948, một hệ thống thông tin di động hoàn toàn tự động đầu tiên ra đời ở Richmond, Indiana (Mỹ) Từ những năm
Kênh thông tin di động 60 với dải tần số 30Khz sử dụng kỹ thuật FM băng tần 450Mhz đã xuất hiện, mang lại hiệu suất sử dụng phổ tần gấp bốn lần so với thời điểm cuối thế chiến thứ hai.
Quan niệm về celluer bắt đầu từ cuối những năm 40 của thế kỷ 20 với sự phát triển của mô hình quảng bá M7, thay thế cho các hệ thống có công suất lớn và anten cao Celluer sử dụng các cell có diện tích nhỏ với BTS công suất thấp, cho phép tái sử dụng tần số khi các cell được đặt cách nhau đủ xa.
Vào tháng 12 năm 1971, hệ thống celluer kỹ thuật tương tự với dải tần 850M đã được ra mắt Đầu những năm 90 của thế kỷ 20, thế hệ đầu tiên của thông tin di động tế bào đã xuất hiện với nhiều hệ thống khác nhau tại các quốc gia Tuy nhiên, những hệ thống này không đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng về dung lượng Hơn nữa, sự không tương thích giữa các tiêu chuẩn hệ thống đã hạn chế khả năng chuyển giao Những vấn đề này đã đặt ra thách thức cho hệ thống thông tin di động tế bào thế hệ 2 trong việc lựa chọn giữa kỹ thuật tương tự và kỹ thuật số.
Sử dụng kỹ thuật số có những u điểm sau:
Sử dụng kỹ thuật điều chế số tiên tiến nên hiệu xuất sử dụng phổ tần cao hơn.
Mã hoá tín hiệu thoại với tốc độ ngày càng thấp cho phép ghép nhiều kênh thoại hơn và dòng bit tốc độ chuẩn.
Giảm tỉ lệ tin tức báo hiệu, dành tỉ lệ tin tức lớn hơn cho ng ời sử dụng.
áp dụng kỹ thuật mã hoá kênh và mã hoá nguồn của kỹ thuật truyÒn dÉn sè.
Thông tin di động GSM 10
Hệ thống số chống nhiễu kênh chung CCI và chống nhiễu kênh kề ACI hiệu quả hơn.
Điều khiển động cho cấp phát kênh liên lạc làm cho việc sử dụng tần số hiệu quả hơn.
Có nhiều dịch vụ mới nh nhận thực, mã hoá và kết nối với ISDN.
Điều khiển truy nhập và chuyển giao hoàn hảo hơn Dung l ợng tăng , báo hiệu bật tắt đều dễ dàng xử lý bằng phơng pháp số.
Hệ thống thông tin di động tế bào thế hệ thứ hai có ba tiêu chuÈn chÝnh : GMS, IS – 054 (AMPS), JDC.
Năm 1982 khối CEPT thành lập hiệp hội GSM tiêu chuẩn châu ©u.
Năm 1987 có 13 nhà khai thác châu âu ký kết GSM Moll
Năm 1992 các mạng GSM bắt đầu đi vào dịch vụ th ơng mại tai đức , các nớc không thuộc châu âu ký kết GSM Moll.
Năm 1994 các mạng DSC-1800 đa vào hoạt động tại Phần Lan.
Năm 1995 các mạng PCS 900 đa vào hoạt động tại USA ETSI đã dự thảo các đặc tính GSM trong châu Âu
SMG 2 : giao diện không gian
GSM 11-10 ứng dụng cho trạm di động
GSM 11-12 ứng dụng cho trạm gốc
Các dịch vụ thoại cơ bản và số liệu nh SMS
Mã hoá thoại bán tốc đợc xác định
Các mức công suất thấp để thực hiện Microcell
Mở rộng tần số cho E – GSM
Kết hợp đặc tính với DCS – 1800
Chuyển vùng GSM/DCS đa băng tần
Các dịch vụ chuyền số liệu gói vô tuyến GPRS
Mã hoá thoại toàn tốc
Chuyển mạch số liệu tốc độ cao bởi đa khe thời gian
GSM là hệ thống thông tin di động toàn cầu, sử dụng tiêu chuẩn viễn thông tế bào kỹ thuật châu Âu, nhằm giải quyết vấn đề dung lượng hiện tại Nhờ vào việc áp dụng tần số tối ưu và kỹ thuật ô nhỏ, dung lượng mạng sẽ tăng từ 2 đến 3 lần, dẫn đến sự gia tăng đáng kể số lượng thuê bao di động.
Tiêu chuẩn GSM được phát triển nhằm kết hợp với ISDN và tương thích với môi trường di động Hệ thống thông tin di động GSM bắt đầu hình thành vào năm 1982 khi các nước Bắc Âu đề xuất đến CEFP để quy định một dịch vụ viễn thông chung Châu Âu tại tần số 900MHz.
Năm 1985, quyết định xây dựng hệ thống thông tin di động kỹ thuật số đã được đưa ra Để phát triển và nâng cao tiêu chuẩn mạng lưới dịch vụ thông tin di động GSM, vào năm 1992, một số quốc gia Châu Âu đã thành lập hiệp hội GSM Moll nhằm thúc đẩy hợp tác kinh doanh và bảo vệ quyền lợi cho các nhà khai thác GSM và DCS trên toàn thế giới.
Hiệp hội viễn thông Bắc Âu đã hình thành với mục tiêu thống nhất dịch vụ viễn thông chung cho Châu Âu ở băng tần 900Mhz Đến năm 1996, tại Paris, các nước đã hoàn thành việc đánh giá định hướng các giải pháp khác nhau, dẫn đến việc lựa chọn công nghệ TDMA băng hẹp.
Vào tháng 4 năm 1987, 13 nước châu Âu đã ký kết GSM Moll, cam kết hợp tác để hoàn thiện các tiêu chuẩn kỹ thuật, nhằm xây dựng một thị trường mạnh mẽ và rộng lớn hơn.
Thông tin di động GSM 12
GSM và thoả thuận mỗi nớc sẽ có một mạng GSM hoạt động từ 1/7/1991.
Tuy nhiên do nhiều nguyên nhân cuối năm 1992 mới có
13 nớc là thành viên mạng GSM của 7 nớc và cho đến nay có rất nhiều những thành viên mới của mạng GSM trên toàn thế giới.
Mạng thông tin di động GSM lần đầu tiên được triển khai tại Việt Nam vào năm 1993 với nhà khai thác VMS Đến năm 1996, GPC gia nhập thị trường, tạo nên sự cạnh tranh và thúc đẩy sự phát triển của mạng lưới di động Cả hai nhà khai thác này không ngừng mở rộng và nâng cao chất lượng dịch vụ để phục vụ tốt hơn cho khách hàng.
Cả hai mạng di động đều hoạt động trên toàn quốc với ba trung tâm chuyển mạch tại Hà Nội, Đà Nẵng và Thành phố Hồ Chí Minh Các trung tâm này kết nối với nhau và hỗ trợ Roaming nội bộ, mang lại sự thuận tiện cho người dùng thuê bao.
Các dịch vụ đã đa vào phục vụ khách hàng hiện nay bao gồm:
Hệ thống GSM
1 Đặc tính của mạng thông tin di động
Theo khuyến nghị của ITU-T về kỹ thuật khai thác hệ thống GSM, thông tin di động có những đặc tính nổi bật như: cung cấp đa dạng dịch vụ và tiện ích cho thuê bao trong cả thông tin thoại và truyền dữ liệu; khả năng tương thích cao giữa các dịch vụ GSM và mạng hiện có nhờ các giao diện tiêu chuẩn; tự động cập nhật vị trí và định vị cho mọi thuê bao di động; độ linh hoạt cao với nhiều loại máy di động như máy xách tay, máy cầm tay và máy đặt trên ô tô; sử dụng băng tần 900MHz hiệu quả thông qua hai phương pháp đa truy nhập TDMA và FDMA; và khả năng giải quyết hạn chế dung lượng, giúp tăng dung lượng từ 2 đến 3 lần nhờ sử dụng tần số tốt hơn.
2 Vấn đề bảo mật. ở GSM việc đăng ký thuê bao đợc ghi ở khối nhận dạng thuê bao (SIM), Card thuê bao có kích thớc nh tấm tín phiếu Ta có thẻ cắm Card thuê bao (SIM) của mình vào máy cầm tay GSM và chỉ mình sử dụng nó Quá trình kiểm tra các tham số của SIM này đợc tự động thực hiện bằng một thủ tục nhận thực thông qua trung t©m nhËn thùc.
Thông tin di động GSM 16
Tính bảo mật cũng đợc tăng cờng nhờ sử dụng mã hoá tín hiệu để ngăn chặn hoàn toàn việc nghe chộm ở đờng vô tuyến.
Trong các điều kiện tốt, chất lượng của hệ thống GSM và các hệ thống tương tự không có sự khác biệt rõ rệt Tuy nhiên, trong điều kiện xấu với tín hiệu yếu hoặc nhiễu giao thoa nặng, GSM cho thấy chất lượng thông tin di động vượt trội Các dịch vụ số liệu của GSM cung cấp chất lượng cao với tỷ lệ lỗi rất thấp, đạt tốc độ tối đa 9,6 Kbit/s Điện thoại di động được cung cấp dưới nhiều hình thức, bao gồm ô tô, xách tay và cầm tay.
Kích thước và tuổi thọ của pin là những yếu tố quan trọng trong điện thoại di động Công nghệ hiện đại giúp giảm kích thước và trọng lượng của thiết bị Chế độ "nghỉ tự động" góp phần kéo dài tuổi thọ pin, mang lại trải nghiệm sử dụng tốt hơn cho người dùng.
Hệ thống GSM sử dụng công nghệ số, do đó tín hiệu được truyền dẫn dưới dạng số Trong khi đó, tín hiệu âm thanh, tiếng nói và hình ảnh lại là tín hiệu tương tự Để truyền tải trong mạng số, các tín hiệu này cần được chuyển đổi thành tín hiệu số thông qua quá trình lấy mẫu Theo định lý lấy mẫu, tần số lấy mẫu tối thiểu phải gấp đôi tần số cao nhất của phổ tần tín hiệu tương tự, nếu không, tín hiệu tương tự sẽ bị méo dạng khi tái tạo.
Tiếng nói thông thường chủ yếu tập trung vào các tần số gần 3kHz, trong khi các tần số cao hơn có năng lượng quá thấp và có thể được bỏ qua mà không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng âm thanh.
Trong truyền dẫn thoại, tín hiệu thường bị giới hạn bởi bộ lọc tần thấp 3KHz Do đó, tần số lấy mẫu 8KHz là đủ để đáp ứng yêu cầu của định lý Nyquist.
Quá trình lượng tử hóa và mã hóa diễn ra sau khi lấy mẫu tín hiệu, trong đó số mức lượng tử hóa được xác định bởi số bit cần thiết để biểu diễn một mẫu Thường thì có sự khác biệt giữa giá trị mẫu và giá trị đã lượng tử hóa của một đại lượng, ký hiệu là x Chúng ta có thể điều chỉnh để giảm x xuống mức nhỏ tùy ý bằng cách tăng số mức rời rạc, nhưng không thể loại bỏ hoàn toàn sự khác biệt này.
Các hệ thống viễn thông số sử dụng 256 mức (8 bit), cho phép mỗi mẫu biểu diễn giá trị tương tự bằng một giá trị đã lượng tử hóa 8 bit Với tốc độ lấy mẫu 8 kHz, tốc độ bit đạt được là 8000 mẫu/s x 8 bit, tương đương với 64 kbit/s Quá trình này được gọi là điều chế xung mã (PCM) và bao gồm ba bước chính.
Lấy mẫu: Đo tín hiệu tơng tự.
Lợng tử: Gán cho mỗi mẫu một trong số 256 mức.
Mã hoá: Mỗi giá trị sau khi lợng tử đợc trình bày bằng một mã nhị phân 8 bit.
Đường truyền PCM cần có tốc độ 64 Kbit/s cho mỗi kênh, nhưng để tiết kiệm tài nguyên, nhiều kênh được ghép trên cùng một đường truyền Điều này dẫn đến việc tăng tốc độ bit của đường truyền PCM Trong hệ thống PCM bậc 1, có 32 kênh được ghép, tạo ra tốc độ bit 2,048 Mbit/s, trong đó kênh 0 dùng cho đồng bộ, kênh 16 cho báo hiệu, và 32 kênh còn lại dành cho thoại Đây là ví dụ về đa thâm nhập phân chia theo thời gian (TDMA) Ngoài ra, phương án đa thâm nhập phân chia theo tần số cũng được áp dụng, như trong hệ thống GSM, nơi mỗi băng tần sử dụng tám khe thời gian.
Việc áp dụng TDMA trong vô tuyến số yêu cầu trạm di động chỉ phát sóng trong khe thời gian được chỉ định, trong khi phải tạm ngừng phát ở các thời gian khác Nếu không tuân thủ, trạm di động có thể gây nhiễu cho các cuộc gọi từ các trạm di động khác đang sử dụng các khe thời gian khác nhau.
Thông tin di động GSM 18
Lê mẫu lượng tử hóa mã hóa cùng tần số là một quá trình quan trọng trong viễn thông Khi một trạm di động gần trạm gốc sử dụng khe thời gian thứ 3 cho cuộc gọi, sự di chuyển của trạm di động ra xa sẽ dẫn đến việc thông tin gửi từ trạm gốc đến trạm di động bị trễ Điều này cũng xảy ra với tín hiệu trả lời từ trạm di động Nếu không có biện pháp khắc phục, trễ quá lớn có thể khiến tín hiệu từ trạm di động ở khe thời gian TS3 trùng với tín hiệu từ trạm gốc ở TS4 của cuộc gọi khác Để tránh tình trạng này, thời gian đến trạm gốc được kiểm tra và lệnh được gửi đến trạm di động để định trước thời gian phát sóng khi trạm di động di chuyển ra xa Quá trình này được gọi là định trước thời gian.
Trong hệ thống thông tin số, các bit 1 và 0 được điều chế vào sóng mang để truyền tải thông tin Do dung lượng kênh vô tuyến bị hạn chế, mục tiêu là truyền tải dữ liệu người dùng với số bit tối thiểu có thể.
Việc chuyển đổi thoại thành dữ liệu số và tái tạo tín hiệu thoại từ dữ liệu nhận được là chức năng mã hóa - giải mã của thiết bị CODEC Thiết bị này hiện diện ở cả hai bên của giao diện vô tuyến, bao gồm MS và BTS Mã hóa thoại trong GSM đảm bảo chất lượng thoại khi truyền đa thoại, đồng thời tăng tốc độ dòng thoại số trong mạng điện thoại cố định.
Các yêu cầu đối với mã thoại GSM:
* Độ d nội tại của thoại phải lọc bỏ, sau mã hoá ta chỉ dữ lại tin tức tối thiểu đủ để khôi phục thoại ở máy thu.
* Đảm bảo chất lợng truyền thoại đến máy thu.
Chức năng phát gián đoạn (DTX: discontinuous transmission) ngừng phát vô tuyến khi không có cuộc gọi thoại tích cực, giúp giảm bớt lưu lượng và can nhiễu ở giao diện vô tuyến DTX không chỉ giảm yêu cầu về nguồn mà còn cải thiện hiệu suất truyền tín hiệu thoại thông qua bộ mã hoá thoại trong hệ thống.
Cấu trúc mạng thông tin di động Gsm
Mạng điện thoại cần một cấu trúc rõ ràng để định tuyến cuộc gọi đến tổng đài và thuê bao đích Trong mạng di động, cấu trúc này càng trở nên quan trọng do tính di động cao của các thuê bao.
Tổng đài vô tuyến cổng GMSC đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các mạng GSM/PLMN với mạng PSTN/ISDN và các mạng PLMN khác Tất cả các cuộc gọi đến mạng GSM sẽ được định tuyến qua một hoặc nhiều tổng đài vô tuyến cổng GMSC, đảm bảo sự liên lạc hiệu quả giữa các hệ thống mạng.
Vùng phục vụ MSC/VLR
Vùng MSC là phần của mạng do một MSC quản lý, chịu trách nhiệm định tuyến cuộc gọi đến thuê bao di động Để thực hiện điều này, tín hiệu sẽ được kết nối đến MSC trong vùng phục vụ nơi thuê bao đang hiện diện Vùng phục vụ được xác định là khu vực mà tại đó có thể kết nối với trạm di động, dựa vào việc thuê bao được ghi nhận tại một bộ định vị khác (VLR).
Một vùng mạng GSM đợc chia thành một hay nhiều vùng phục vô MSC/VLR.
Vùng định vị (LA-Location Area).
Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành các vùng định vị, nơi mà trạm di động có thể di chuyển tự do mà không cần cập nhật vị trí cho tổng đài MSC/VLR Vùng định vị là khu vực mà thông báo tìm gọi được phát để tìm kiếm thuê bao di động Khu vực này có thể bao gồm nhiều ô và phụ thuộc vào một hoặc vài BSC, nhưng chỉ chịu sự quản lý của một MSC/VLR duy nhất.
Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử dung nhận dạng vùng định vị LAI.
Vùng định vị đợc hệ thống sử dụng để tìm một thuê bao đang ở trạng thái hoạt động. ¤ (cell).
Vùng định vị đợc chia thành một số ô Ô là một vùng bao phủ vô tuyến đợc nhận dạng bằng hệ thống nhận dạng ô toàn cầu (CGI).
Trạm di động tự nhận dạng một ô bằng cách sử dụng mã nhận dạng trạm gốc (BSIC).
Hình 2.1 Cấu trúc chức năng
OSS : Hệ thống khai thác và hỗ trợ.
HLR : Bộ ghi định vị thờng trú.
MSC : Tổng đài di động.
BSS : Hệ thống trạm gốc.
BSC : Đài điều khiển trạm gốc.
OMC : Trung tâm khai thác và bảo dỡng.
PSPDN : Mạng chuyển mạch gói công cộng.
Thông tin di động GSM 32
PSDN : Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng.
SS : Hệ thống chuyển mạch.
VLR : Bộ ghi định vị tạm trú.
EIR : Thanh ghi nhận dạng thiết bị.
BTS : Đài vô tuyến gốc.
ISDN : Mạng số liên kết đa dịch vụ.
CSPDN : Mạng chuyển mạch số công cộng theo mạch. PLMN : Mạng di động mặt đất công cộng.
Hệ thống này bao gồm hai thành phần chính: hệ thống chuyển mạch SS và hệ thống trạm gốc BSS Mỗi thành phần đảm nhận các chức năng riêng biệt, nơi thực hiện tất cả các nhiệm vụ của hệ thống Các khối chức năng này được triển khai trên các thiết bị khác nhau, đảm bảo hoạt động hiệu quả và đồng bộ.
Hệ thống mạng di động bao gồm nhiều ô vô tuyến liền kề, nhằm đảm bảo vùng phủ sóng toàn diện cho khu vực phục vụ Mỗi ô được trang bị một trạm vô tuyến gốc (BTS) hoạt động trên một tập hợp các kênh vô tuyến riêng biệt Các kênh này được phân bổ khác nhau so với các ô lân cận để giảm thiểu nhiễu giao thoa, nâng cao chất lượng dịch vụ.
+ Một bộ điều khiển trạm gốc BSC sẽ điều khiển một nhóm BTS BSC điều khiển các chức năng nh chuyển giao và điều khiển công suất.
Một MSC (trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động) quản lý nhiều bộ điều khiển trạm gốc, điều phối các cuộc gọi vào và ra từ mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSDN, mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN, mạng di động mặt đất công cộng PLMN, cũng như các mạng số liệu công cộng PSDN và có khả năng kết nối với các mạng riêng.
Các khối liên quan tham gia vào việc kết nối giữa trạm di động MS và thuê bao di động trong PSDN Khi không thể thực hiện cuộc gọi đến MS, không cần thiết bị bổ sung Tuy nhiên, vấn đề phát sinh khi muốn thực hiện cuộc gọi đến MS mà người gọi không biết vị trí của MS Do đó, cần có cơ sở dữ liệu mạng để theo dõi MS, trong đó bộ đăng ký thường trú HLR là quan trọng nhất Khi một thuê bao di động đăng ký từ nhà khai thác GSM, thuê bao đó sẽ được ghi nhận trong hệ thống.
HLR (Home Location Register) của nhà mạng lưu trữ thông tin quan trọng về thuê bao, bao gồm các dịch vụ bổ sung, quyền truy cập, và số liệu về vị trí của thuê bao trong quá trình roaming HLR còn hỗ trợ giao tiếp qua tín hiệu số 7 với MSC (Mobile Switching Center) Khi MS (Mobile Station) di chuyển, nó sẽ gửi thông tin vị trí tới HLR thông qua MSC, giúp đảm bảo khả năng nhận cuộc gọi một cách chính xác.
2.1 Hệ thống chuyển mạch (SS)
Hệ thống con chuyển mạch SS trong GSM đảm nhiệm các chức năng chuyển mạch chính và quản lý cơ sở dữ liệu cho thông tin thuê bao Chức năng chính của SS là quản lý thông tin liên lạc giữa người dùng trong mạng GSM và với các mạng khác.
- Trung tâm chuyển mạch các nghiêp vụ di động MSC.
- Bộ ghi dịch tạm trú VLR.
- Bộ ghi dịch thờng trú HLR
- Bộ nhận dàng thiết bị EIR
- Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động cổng GMSC
MSC đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển mạch và điều phối thiết lập cuộc gọi đến các thuê bao GSM Nó kết nối với hệ thống con BSS và giao tiếp với mạng bên ngoài thông qua GMSC.
SS cần giao tiếp với mạng bên ngoài để tận dụng khả năng truyền tải của các mạng này, phục vụ cho việc truyền tải dữ liệu của người sử dụng và thông báo giữa các phần tử trong mạng GSM.
Thông tin di động GSM 34 có khả năng sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số 7, đảm bảo sự tương tác giữa các phần tử của nhiều mạng GSM MSC, một tổng đài lớn, quản lý nhiều bộ điều khiển trạm gốc BSC, thường được áp dụng cho khu vực đô thị và ngoại ô với dân số khoảng một triệu người Để kết nối MSC với các mạng khác, cần phải điều chỉnh đặc điểm truyền dẫn của GSM thông qua chức năng tương tác IWF, bao gồm thiết bị thích ứng giao thức và truyền dẫn, có thể thực hiện trong cùng chức năng MSC hoặc ở thiết bị riêng nếu hai giao tiếp giữa MSC và IWF được mở.
Trong lĩnh vực viễn thông, thông tin liên quan đến việc cung cấp dịch vụ không phụ thuộc vào vị trí hiện tại của thuê bao là rất quan trọng HLR, hay Trung tâm quản lý thuê bao, là một máy tính độc lập có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao mà không có chức năng chuyển mạch Một trong những chức năng quan trọng của HLR là nhận dạng trung tâm nhận thực thuê bao AUC, giúp đảm bảo tính bảo mật và chính xác trong việc xác thực thuê bao.
Khối trung tâm nhận thực AUC được kết nối với HLR, với chức năng chính là cung cấp tần số nhận thực và khóa mật mã cho HLR nhằm đảm bảo an ninh AUC cũng cung cấp mã bảo mật chống nghe trộm, được thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao Ngoài ra, cơ sở dữ liệu của AUC lưu trữ nhiều thông tin khác về thuê bao và cần được bảo vệ chống lại mọi hành vi xâm nhập trái phép.
Các khái niệm trong giao diện vô tuyến
Các kênh vật lý trong hệ thống GSM là khe thời gian tại một tần số vô tuyến, tương tự như kênh trong hệ thống FDMA, nơi mỗi người sử dụng kết nối qua một tần số riêng Hệ thống GSM có tổng cộng 8 kênh vật lý trên mỗi sóng mang, và thông tin được phát đi trong một khe thời gian được gọi là cụm (Brust).
GSM sử dụng các băng tần :
890 - 915 cho đờng lên ( MS phát)
935 - 960 cho đờng xuống ( BTS phát)
Khoảng cách giữa các sóng mang là 200Khz.
Trong tơng lai , khi mở rộng hệ thống DCS 1800 băng tần đ ợc sử dụng sẽ là:
Giai đoạn 1805 – 1880 đánh dấu sự phát triển quan trọng trong lĩnh vực viễn thông Để tuân thủ các quy định về tần số, cần thiết phải có khoảng bảo vệ 200kHz giữa các biên của băng tần Cụ thể, trong hệ thống GSM 900, có 124 kênh tần số vô tuyến bắt đầu từ 890,2MHz, trong khi hệ thống DCS 1800 cũng có các kênh tần số riêng.
374 kênh tần số vô tuyến bắt đầu từ 1710,2Mhz.
Mỗi kênh tần số vô tuyến được cấu trúc thành các khung TDMA với 8 khe thời gian, mỗi khe có độ dài 15/26ms, tương đương 577ms Tổng thời gian của 8 khe trong một khung TDMA là 4,62ms Tại BTS, các khung TDMA trên tất cả các kênh tần số ở đường xuống được đồng bộ hóa Tuy nhiên, khởi đầu của khung TDMA ở đường lên có độ trễ cố định là 3 khe, cho phép MS sử dụng cùng một khe thời gian cho cả đường lên và đường xuống mà không cần thu phát đồng thời.
Có thể mô tả cấu trúc trên bằng hình vẽ sau:
1 Chanel Đa khung , siêu khung , siêu siêu khung
Các kênh vật lý trong một kênh tần số được tổ chức theo cấu trúc khung (Frame), đa khung (Multiframe), siêu khung (Superframe) và siêu siêu khung (Hypeframe).
Đa khung 26 khung (51 siêu khung trên một siêu khung) có độ line 120ms và chứa 26 khung Các đa khung này đợc sử dụng cho các kênh TCH, SACCH, FACCH.
Thông tin di động GSM 46 § êng xuèng KTS § êng xuèng KTS
Khung TDMA § êng lên KTS § êng lên KTS
Đa khung 51 khung, bao gồm 26 siêu khung trên một siêu khung, có kích thước 235,4 ms và chứa 51 khung TDMA Đa khung này được áp dụng cho các kênh BCCH, CCCH và SACCH.
Mỗi siêu khung có một độ lớn là 1 đa khung 51 x 1 đa khung 26
Một siêu siêu khung có độ lớn là 3 giờ 28 phút 53 giây 760ms. Các khung TDMA đợc đánh số FN (Frame number) từ 0 cho đến
2715647 Mỗi siêu khung chứa 2048 siêu khung.
Thời gian 577ms tương ứng với kích thước 156,25 bit là nội dung vật lý của một cụm Cụm thông tin là mẫu thông tin trong một khe thời gian trên kênh TDMA Có tồn tại năm loại cụm thông tin khác nhau.
3 57 bit đ ợc mật mã hoá F
8,25 57bit đ ợc mật mã hoá
Cụm hiệu chỉnh tần số FB (Frequency Correction Burst) được sử dụng để đồng bộ tần số cho MS Nó bao gồm 142 bit cố định bằng 0, tạo ra dịch tần 67,7 kHz trên tần số danh định, với ba bit đuôi (0,0,0) ở đầu và cuối, cùng khoảng bảo vệ 8,25 bit FB đóng vai trò quan trọng trong kênh FCCH.
Cụm đồng bộ SB (Synchronization Burst) được sử dụng để đồng bộ hóa thời gian cho MS Cụm này bao gồm 78 bit được mã hóa, mang thông tin về FN của TDMA và BSIC, cùng với ba bit đuôi (0,0,0) ở đầu và cuối Ngoài ra, nó còn chứa chuỗi hướng dẫn 64 bit và khoảng bảo vệ 8,25 bit SB đóng vai trò quan trọng trong SCH.
Cụm thâm nhập AB (Access Brust) được sử dụng cho việc thâm nhập ngẫu nhiên và thâm nhập chuyển giao, bao gồm 36 bit thông tin, 41 bit đồng bộ, 8 bit đuôi đầu, 3 bit đuôi cuối và khoảng bảo vệ dài 68,25 bit (252ms) Khoảng bảo vệ này dài hơn so với các loại cụm khác để đảm bảo khi MS thâm nhập lần đầu hoặc chuyển giao, do không thể định trước thời gian, với khoảng cách bảo vệ lên đến 35 km Cụm AB được áp dụng cho các kênh RACH và TCH.
Cụm giả DB (Dummy Burst) là tín hiệu được phát đi từ BTS trong một số trường hợp cụ thể Cụm này không chứa thông tin và có cấu trúc tương tự như cụm bình thường NB, với các bit mã hóa được thay thế bằng các bit ngẫu nhiên.
Thông tin di động GSM 48
TB3 142 bit cố định TB3 GP
3 39 bit đ ợc mật mã hoá Chuỗi đồng bộ
39 bit đ ợc mật mã hoá
3 Các bit hỗn hợp 58 Chuỗi hớng dẫn
41 Các bit đ ợc mật mã hoá
Các kênh logic đợc đặc trng bởi thông tin truyền giữa BTS và
MS Chúng đợc đặt trên các kênh vật lý nói trên
Các kênh logic được chia thành hai loại chính: kênh lu lợng (TCH - Traffic Channel) và kênh báo hiệu điều khiển (CCH) Kênh lu lợng chứa thông tin đã được mã hóa hoặc dữ liệu của người sử dụng và cho phép giao tiếp hai chiều giữa BTS và MS Trong loại kênh này, có hai loại được xác định, trong đó Bm là kênh TCH toàn tốc, mang thông tin tiếng hoặc dữ liệu với tốc độ 22,8 Kbit/s.
Lm hay kênh TCH bán tốc : mang thông tin ở tốc độ 11,4 bit/s.
Các kênh điều khiển có thể mang tín hiệu báo hiệu hoặc số liệu đồng bộ, được phân loại thành ba loại chính: kênh quảng bá, kênh điều khiển chung và kênh điều khiển riêng Mỗi loại kênh này có những đặc điểm và chức năng riêng biệt, phục vụ cho các nhu cầu khác nhau trong hệ thống truyền thông.
* Các kênh quảng bá ( BCH) :
- Kênh hiệu chỉnh tần số ( FCCH) : Mang thông tin để hiệu chỉnh tần số của MS Chỉ liên lạc từ BTS tới MS.
- Kênh đồng bộ ( SCH) : Mang thông tin để đồng bộ khung của
MS Chỉ liên lạc từ BTS tới MS.
Kênh điều khiển quảng bá (BCCH) là kênh truyền tải thông tin chung từ một trạm phát sóng (BTS) đến các thiết bị di động (MS), cung cấp thông tin hệ thống riêng cho từng Cell.
Các kênh điều khiển chung ( CCCH ).
- Kênh tìm gọi ( PCH) : Đợc sử dụng để tìm gọi MS, liên lạc từ BTS đến MS.
Kênh truy cập ngẫu nhiên (RACH) là kênh mà thiết bị di động (MS) sử dụng để yêu cầu một SDCCH, trả lời tìm gọi, hoặc để khởi đầu và đăng ký cuộc gọi Kênh này chỉ thực hiện liên lạc từ thiết bị di động tới trạm phát sóng cơ sở (BTS).
- Kênh cho phép truy cập ( AGCH) : Đợc sử dụng để dành một SDCCH hay trực tiếp một TCH cho một MS, liên lạc từ BTS đến MS.
Các kênh điều khiển riêng ( DCCH)
Thông tin di động GSM 50
Các chức năng báo hiệu trên giao diện vô tuyến
Giao diện vô tuyến giữa BTS và MS còn đợc gọi là giao diện
Um Trên đó có 3 lớp báo hiệu sẽ đợc trình bày dới đây.
Lớp báo hiệu 1, hay còn gọi là lớp vật lý, có vai trò quan trọng trong việc truyền tải các bit qua các kênh vật lý trong môi trường vô tuyến Lớp này tương tác với quản lý tiềm năng vô tuyến RR, nơi các bản tin được gửi đi để thiết lập các kênh vật lý thông qua thâm nhập ngẫu nhiên, đồng thời truyền tải thông tin hệ thống của lớp vật lý, bao gồm các kết quả đo Ngoài ra, lớp vật lý cũng kết nối với các khối khác trong hệ thống.
TCH (TS2) không chỉ đảm nhiệm chức năng mã hóa âm thanh mà còn bao gồm các bộ thích ứng đầu cuối nhằm đảm bảo chất lượng kênh luồng Lớp 1 của TCH chứa đựng các chức năng chính thiết yếu cho việc tối ưu hóa hiệu suất truyền tải.
- Sắp xếp các kênh logic trên các kênh vật lý
- Mã hoá kênh để sửa lỗi FEC ( sửa lỗi trớc ).
- Mã hoá kênh để phát hiện lỗi CRC( kiểm tra phần d mã vòng).
- Thiết lập các kênh vật lý dành riêng
- Đo cờng độ trờng của các kênh dành riêng và cờng độ trờng của các trạm xung quanh.
- Thiết lập định trớc thời gian và công suất theo sự điều khiển của mạng.
Thông tin di động GSM 56
CM Quản lý kết nối
Bcch pch rach sdcch sacch facch b m
Hình 1.1: Các biên bản giao tiếp vô tuyến
Lớp báo hiệu 2, hay còn gọi là lớp truyền dữ liệu, có nhiệm vụ cung cấp đường truyền tin cậy giữa trạm di động và mạng Mỗi kênh điều khiển logic được phân bổ một phần tử giao thức riêng Giao thức của lớp này được biết đến với tên gọi LAPDm.
MM Quản lý di động
RR Quản lý tiềm năng vô tuyến
Lớp báo hiệu 2 Các chức n¨ng quảng bá
Lớp báo hiệu 1 được xây dựng dựa trên giao thức LAPD và ISDN, với một số điều chỉnh nhằm thích ứng với môi trường truyền dẫn và nâng cao hiệu suất tiết kiệm băng tần.
Các số liệu trao đổi giữa lớp 1 và lớp 2 là 23 byte với các kênh BCCH, CCCH, SDCH, FACCH và 21 byte với kênh SACCH.
Lớp báo hiệu 3, hay còn gọi là lớp mạng, liên quan đến nội dung chính của các bản tin báo hiệu Để đáp ứng các chức năng đặc biệt của giao diện vô tuyến, lớp này được chia thành ba lớp con, giúp phân loại mỗi bản tin báo hiệu vào một trong ba lớp con tương ứng.
* Quản lý tiềm năng vô tuyến RR :
Lớp này bao gồm các chức năng thiết yếu để thiết lập, duy trì và giải phóng các kết nối tiềm năng trên các kênh điều khiển chuyên dụng Các chức năng của lớp này thực hiện nhiều nhiệm vụ quan trọng.
- Thiết lập chế độ mật mã
- Thay đổi kênh dành riêng khi vẫn ở ô cũ ( nh từ SDCCH đến kênh lu lợng).
- Chuyển giao từ ô này đến ô khác
- Định nghĩa lại tần số
- Các bản tin của lớp này đợc đặt bên trong BSC và đợc truyền qua BTS.
* Quản lý di động MM
Lớp con này chứa các chức năng liên quan đến di động của thuê bao nh:
- Nhận dạng trạm di động bằng cách yêu cầu IMSI hay IMEI
Trạm di động có khả năng di dời mạng IMSI để thông báo rằng không thể kết nối tới trạm này Do đó, các cuộc gọi đến sẽ được chuyển hướng hoặc chặn, mà không tìm kiếm MS trên Các bản tin được gửi từ lớp CM.
Thông tin di động GSM 58 đợc truyền trong suốt bởi MM CM ở phía phát yêu cầu thiết lập MM và MM lại yêu cầu thiết lập đấu nối RR.
* Quản lý nối thông CM
Lớp con CM bao gồm 3 phần tử :
Điều khiển cuộc gọi CC cung cấp các chức năng và thủ tục cần thiết để quản lý cuộc gọi ISDN, được cải tiến để tương thích với môi trường truyền dẫn vô tuyến Ngoài ra, CC còn bao gồm các dịch vụ bổ sung đặc biệt, như thông báo tín hiệu giữa các người sử dụng.
Phần tử đảm bảo các dịch vụ bổ sung SS liên quan đến việc xử lý các dịch vụ không trực tiếp liên quan đến cuộc gọi, như chuyển hướng cuộc gọi khi không có ai trả lời và dịch vụ đợi gọi Các tính năng này giúp nâng cao trải nghiệm người dùng và tối ưu hóa quy trình liên lạc.
- Phần tử đảm bảo dịch vụ bản tin ngắn SMS : Cung cấp các giao thức lớp để truyền các bản tin ngắn giữa mạng và MS.
LAPDm là giao thức chuyên dụng cho việc báo hiệu giữa BTS và MS ở lớp 2, nhằm đảm bảo việc truyền dẫn tín hiệu qua kênh vô tuyến một cách an toàn Điều này cho phép các tin báo của lớp 3 được phát đi trong các điều kiện có kiểm soát.
Giao thức LAPDm được phát triển từ LAPD cho giao diện Abis, nhằm cải thiện khả năng truyền tải Do kích thước bản tin LAPD quá lớn để truyền trên TDMA băng hẹp, LAPDm đã được điều chỉnh để phù hợp với các đặc điểm của giao diện vô tuyến.
Các chức năng của LAPDm bao gồm sự đấu nối và không đấu nối của các kênh logic, thiết lập và giải phóng các kênh số liệu, cũng như chuyển giao số liệu đến và đi từ MS, áp dụng cả chế độ thừa nhận và không thừa nhận.
LAPDm được điều khiển thông qua phần mềm xử lý kênh không gian ALH Chương trình ALH được cài đặt tại bộ điều khiển thu phát TRXC trong BSS.
Có 3 dạng khung cơ bản của bản tin báo LAPDm :
Khung dạng loại A : Không chứa trờng thông tin lớp 3
Khung dạng loại B chứa thông tin lớp 3, được sử dụng cho tất cả các kênh báo hiệu như SDCCH, SACCH, BCCH và CCCH Dạng khung này bao gồm tổng cộng 23 byte.
Kiểu khung dùng cho kênh BCCH và CCCH
Kiểu khung dùng cho kênh SACCH và SDCCH