thông tin di động toàn cầu

Đồ án tốt nghiệp Thông tin di động toàn cầu Chương I : Hệ thống thông tin di động tế bào I. 1 Lịch sử phát triển của thông tin di động : Hệ thống điện thoại di động đưa ra lần đầu tiên ở Mỹ vào năm 1946 là hệ thống toàn thành phố, sử dụng cấu trúc phân vùng rộng ở băng tần 150MHz. Hệ thống này bao gồm 6 kênh, chuyển mạch nhân công và có phân cách kênh 60 KHz. Nã còng là một hệ thống Ên nút khi nói. Ngay sau khi hệ thống này được đưa ra ở các thành phố lớn của Mỹ, nhu cầu đã vượt quá dung lượng do sè kênh có hạn. Do vậy phân cách kênh đã được giảm xuống 30KHz vào năm 1955 để tăng số kênh cung cấp tới 11. Sau đó kênh thứ 12 được bổ sung ở tần số 450MHz được bắt đầu vào năm 1969. Hệ thống mới này đựoc gọi là IMTS(improved mobile telephone service : dịchvụ điện thoại di động cải tiến ). Sử dụng những công nghệ mới nhất gồm có kết nối tự động quay số, hệ thống song công và truy nhập di động đa kênh. Tuy nhiên. Vào những năm 1970 hệ thống này cũng trở nên lạc hậu do những tiến bộ về cơ giới hoá . Vào những năm 1960 hệ thống 150MHz cho thành phố được trình bày ở trên đã được đưa ra sử dụng ở Châu âu. Nhưng không được phổ biến rộng rãi như ở Mỹ do sè kênh có hạn. ở Nhật Bản tập đoàn điện thoại và điện báo công cộng NIPPON (NNT cò ) Đã phát triển một hệ thống cho thành phố sử dụng 400 MHz và công nghệ mới nhất. Nhưng không đưa được nó vào thương mại vì các vấn đề ổn định tần số được vẽ hình sau đây Các hệ thống điện thoại sách tay và di động sử dụng cấu trúc ô nhỏ đã được đưa ra để đáp đứng nhu cầu tăng rất nhanh vào những năm 1980 cấu trúc điển hình của hệ thống này được cho ở hình 1. 2 Nước Mỹ Anh Pháp Đức Hà Lan Nhật Tên hệ thống IMTS TLRP Pari - iv Net - B ĐTDĐ Rapid * 1 Chuyển mạch tự động Nhân công tự động tự động Nhân công tự động Tần số (MHz) 150÷450 150 150 150 150 450 Phân cách kênh Khz 20÷20 25 25 25 25 25 Số kênh 11÷11 36 36 36 12 32 Chuyển mạch kênh di động tự động Nhân công tự động tự động Nhân công tự động Bán kính ô (km) 20÷65 20÷40 10÷15 10÷15 10÷15 10÷20 Công suất phát của trạm gốc 100÷250 50 300 20 10÷15 100÷120 Công suất phát của trạm di động 20÷16 15 15 15 10 5 ỏn tt nghip Thụng tin di ng ton cu Thụng tin di ng ton cu Thông tin di động toàn cầu Vic nghiờn cu v phỏt trin h thng in thoi xỏch tay v di ng s dng ụ nh bt u u tiờn M vo cui nhng nm 1960. Sau ú u ban thụng tin liờn bang M (FCC) ó gh phỏt trin mt h thng mi ỏp ng cỏc nhu cu ca nhng nm 1980 n cỏc t chc liờn quan v ó n nh li bng tn 800ữ900MHZ , Trc õy c dnh cho truyn hỡnh qung bỏ cho thụng tin di ng mt t s dng h thng mi núi trờn. C hai hóng AT & T v Motola ó hng ng cỏc xut trờn sau gn 10 nm nghiờn cuphỏt trin v ci tin , AT&T ó tin hnh th nghim tip th cỏc dch v mi ny ti Chicago(1977) tip ú l th nghim tng t ca h thng Motola ti vựng Washington tiờu chun c gi AMPS(advanced mobile phone service) dch v in thoi di ng tiờn tin v c a ra tt c cỏc thnh ph ca M m trc ht l Chicago thỏng 10 nm 1983. Thỏng 11 nm 1989 số thuờ bao s dng dch v ny bao gm c Canada ó t ti 200 triu . Châu âu các ớc Scadiave(Thuỷ Điệ,Phầ la,Nay và Đa Mạch )Đã phát triể hệ thốg 450Mhz có cấu trúc ô hỏ /ợc gọi là NMT- 450 (Điệ thoại di /ộg Bắc âu ) Và /ã thác thơg mại ó từ hữg ăm 1981.Sau /ó Stockhom và các thàh phố lớ ở vùg ày /ã /a ra một hệ thốg mới NMT -900 sử dụg 900MHZ vào thág 10 ăm 1986 /ể /áp ứg hu cầu gày càg tăg /ế thág 11 ăm 1988 /ã có trê 54 triệu thuê bao sử dụg hệ thốg NMT,ở Nhật việc ghiê cứu và phát triể hệ thốg 800 MHZ /ể cug cấp hiều dịch vụ trê /ất ớc /ã bắt /ầu vào khoảg ăm 1970. Các /ặc tíh truyề sóg /ợc ghiê cức,tiếp theo là các kỹ thuật h truyề dẫ thoại số liệu sử dụg /iều tầ tợg tự băg hẹp, chuyể mạch di /ộg cho hàg trăm kêh sử dụg các bộ tổg hợp tầ số và vi xử lý,thôg ti di /ộg vùg rộg trê cơ sở /iều khiể bằg chơg trìh lu giữ và hệ thốg báo hiệu số 7 kêh chug /ựơc cải tiế và hoà thiệ sau /ó /ã /a ra phục vụ ở 23 vùg Tokyo vào thág 12 ăm 1979 sau /ó vùg phục vụ của Tokyo /ã /ợc mở rộg tiếp theo là cug cấp dịch vụ ở ÔSaka ,Nagoya, dịch vụ bắt /ầu cug cấp trê toà /ất ớc vào thág 3 ăm 1984 Bt u t thỏng 5 nm 1988 cỏc thnh ph ln nh Tokyo ó s dng k thut thu phõn tp cho c cỏc trm v di ng ỏp ng nhu cu ngy nay cng tăng . Ngoài ra hệ thống dung lượng lớn có phần cách kênh hẹp (12,5khz) cùng đã được khai thác ở mét sè nước khác nhau. Tuy nhiên các hệ thống này không thoả mãm nhu cầu ngày càng tăng trước hết là về dung lượng ngoài ra các tiêu chuẩn hệ thống không tương thích nhau làm cho sù chuyển giao không đủ rộng như mong muốm (ra ngoài biên giới ) Những vấn đề trên dặt ra cần phải được phải giải quyết và các tổ chức tiêu chuẩn hoá đã chọn giải pháp kỹ thuật sổ trước hết là vi kỹ thuật số chất lượng cao hơn trong môi trường lớn hơn . Các hệ thống thông tin di động số tế bào có những ưu điểm căn bản sau đây - Sử dụng kỹ thuật điều chế số tiên tiến nên hiệu suất sử dụng phổ tần số cao hơn Đồ án tốt nghiệp Thông tin di động toàn cầu Thông tin di động toàn cầu Th«ng tin di ®éng toµn cÇu - Mã hoá số tín hiệu thoại tốc độ bít ngày càng thấp cho phép phép nhiều kênh thoại hơn vào dòng bit tốc độ chuẩn. - Giảm tỷ lệ báo hiệu tin tức, dành tỷ lệ lớn hơn cho tin tức người sử dụng - áp dụng kỹ thuật mã hoá kênh và mã hoá nguồn của truyền dẫn sè - Hệ số chống nhiễu đồng kênh (CCI conchannel interfence) và nhiễu kênh kế cận (ACI Adjacent channel interfence) Hiệu quả hơn đIều này làm tăng dung lượng hệ thống - Điều khiển động trongviệc cấp pháp kênh liên tục làm cho sử dụng phổ tần số hiệu quả hơn - Có nhiều dịch vụ mới : Nhận thực , số liệu, mật mã hoá , kết nối với ISND - Điều khiển truy nhập và chuyển gioa hoàn hảo hơn, dung lượng tăng diện tích tế bào nhỏ đi chuyển giao nhiều hơn báo hiệu dễ dàng xử lý bằng phương pháp số . I. 2 Cấu trúc mạng thông tin di động tế bào Trong hệ thống thông tin vô tuyến việc tổ chức mạng phủ sóng phụ thuộc nhiều yếu tố khác nhau như mật độ thuê bao lưu lượng sử dụng địa hình mà theo đó nhà thiết kế sẽ quyết định sử dụng các kiểu anten , công suất pháp và cách bố trí các trạm lân cận cũng khác nhau . Tuy nhiên nhìn chung có 2 loại mô hình anten sau - Mô hình anten đẳng hướng vùng phủ sóng có dạng hình tròn đường biên tương ứng với quỹ tích các vị trí có còng cự ly đến vị trí anten mà tại đó cường độ tín hiệu đã suy giảm đến giá trị tối thiểu yêu cầu của máy thu (độ nhạy máy thu ). - Mô hình anten định hướng vùng phủ sóng có dạng hình rẽ quạt mô hình này có vùng phủ sóng đi xa hơn và tập trung ở một hướng nó thích hợp để sử dụng cho những vùng có mật độ thuê bao tập trung, lưu lượng sử dụng lớn. Một trạm có thể thiết kế với 2÷3 anten để hình thành các vùng rẻ quạt phủ súng các hướng Hình 1.1: Vựnh phủ sóng Anten đẳng hướng và anten định hướng Mạng thông tin di động tế bào là mét trong những ứng dụng của kỹ thuật viễn thông có nhu cầu lớn và phát triển nhanh nhất trong thông tin di động tế bào tế bào (Cell) là đơn vị nhỏ nhất của mạng. Hình dạng của các tế bào phụ thuộc vào kiểu anten và công suất ra của từng trạm gốc . ỏn tt nghip Thụng tin di ng ton cu Thụng tin di ng ton cu Thông tin di động toàn cầu Mt phõn b cỏc mỏy di ng, tớnh cht lu lng ca cỏc thuờ bao v cht lng dch v yờu cu, vựng ph a lý phc v l nhng yu t quyt nh n vic thit k Anten cỏc trm. Tuy nhiờn thun li trong vic quy hoch mng cung cp mt cỏi nhỡn ban u tng th v h thng ngi ta ó lý tng hoỏ cỏc yu t trờn xem nh ng nht v s dng cỏc Anten ng hng t cỏch u xung quanh. Khi ú cỏc vựng ph súng ca mt trm c mụ hỡnh hoỏ thnh cỏc hỡnh lc giỏc u v chỳng tr thnh mt dng ký hiu cho một t bo trờn c s quy hoch chun ca mng di ng. Hỡnh 1.2: Mụ hỡnh hoỏ cỏc t bo trờn c s quy hoch chun Trog một tế bào có một trạm vô tuyế gốc (Base trascevier statio)BTS liê lạc vô tuyế với tẩt cả các thuê bao di /ộg MS( Mobile Statio) có mặt trog vùg phủ sóg của tế bào . Khi MS di chuyể ra goài vùg phủ sóg, ó phải /ợc chuyể giao /ể làm việc với BTS của một tế bào khác liề kề mà ó hiệ /ag trog vùg phủ sóg . Đặc điểm của mô hình tế bào là việc tái sử dụng tần số và diện tích của mỗi tế bào khá nhá. Trong mỗi tế bào người ta sử dụng mét nhóm tần số kênh vô tuyến, các nhóm tần số đựơc sử dụng lại ở các tế bào với cự ly đủ lớn, công suất phát đủ nhỏ để nhiễu lẫn nhau do dùng chung tần số không phụ thuộc vào cự ly tuyệt đối D giữa các tế bào mà phụ thuộc vào tỷ số D/ R (Với bán kính tế bào ) Việc thiết kế công suất phát và nhiễu cao Anten xác định R mong muốn . Trong thực tế, do sù tăng trưởng lưu lượng không ngõng trong mét tế bào nào đó đến mức chất lượng phục vụ giảm sút quá mức, người ta phải thực hiện việc chia tách tế bào thành các tế bào thành các tế bào nhỏ hơn gọi là micro cell hay picocell . Với chúng người ta dùng công suất phát nhỏ hơn và mẫu sử dụng tần số được dùng ở tỷ lệ nhỏ hơn . Trong hệ thống điện thoại di động tế bào thì tần số mà các máy di động sử dụng là cố định ở một kênh nào đó mà kênh đàm thoại được xác định nhờ kênh báo hiệu và máy di động được đồng bộ về tần số một cách tự động. Vì vậy các tế bào kề nhau nên sử dụng tần số khác nhau còn các tế bào cách xa nhau mét khoảng cách nhất định có thể sử dụng lại cùng tần số đó. Để cho phép các Đồ án tốt nghiệp Thông tin di động toàn cầu Thông tin di động toàn cầu Th«ng tin di ®éng toµn cÇu máy di động có thể duy trì cuộc gọi liên tục trong khi di chuyển giữa các tế bào, tổng đài sẽ điều khiển các kênh báo hiệu hoặc các kênh lưu lượng theo di chuyển của các máy di động để chuyển đổi tần số của máy di động đó thành tần số thích hợp một cách tự động . I.2.1: Mô hình hệ thống GSM Hệ thống chuyển SS mạch BSSHh hệ thống trạm gốc Trong đó : là truyền dẫn tin tức là kết nối cuộc gọi và truyền dẫn tin tức SS: Switching system : Hệ thống chuyển mạch AUC: Authentication center : Trung tâm nhận thực VLR : visitor location register: bé ghi định vị tạm trú HLR: Home location register : Bé ghi định vị thường trú EIR : Equipment identity register : Thanh ghi nhận dạng thiết bị MSC: Mobile service swiching center: Tổng đài di động BSS: Base station system : Hệ thống trạm gốc BTS : Base transciver station : Đài vô tuyến gốc MS : Mobile station : Máy di động OMC: Operation and maintenance center: Trung tâm khai thác và bão dưỡng Đồ án tốt nghiệp Thông tin di động toàn cầu Thông tin di động toàn cầu Th«ng tin di ®éng toµn cÇu OSS: Hệ thống khai thác và hỗ trợ ISDN: Integrated switching digital network: Mạng số liệu liên kết đa dịch vụ PSPDN: Packet switch pulic data network: Mạng chuyển mạch đIện thoại công cộng CSPDN: Circuit switched pulic data network : Mạng chuyển mạch số công cộng theo mạch PLMN : Pulic land mobile network: Mạng di động mặt đất công cộng PTSN: Pulic switched telephone network: Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng I.2.2: Mạng GSM ( Gruop special mobile or gobal system for mobile communication) Hệ thống GSM được chia thành 2 hệ thống, hệ thống chuyển mạch (SS) và hệ thống trạm gốc (BSS). Mỗi hệ thống nói trên chứa một sơ đồ khối chức năng, ở đó đã thực hiện tất cả các chức năng của hệ tống, các khối chức năng được thực hiện ở các thiết bị phần cứng khác nhau. Hệ thống được thực hiện là một mạng gồm nhiều ô vô tuyến cạnh nhau để cùng đảm bảo toàn bộ vùng phủ của vùng phục vụ. Mỗi ô có một trạm vô tuyến gốc (BTS) làm việc tập hợp tại các kênh vô tuyến, các kênh này khác với các kênh sử được dụng ở các ô lân cận để tránh nhiễu giao thoa. Mét bộ điều klhiển trạm gốc (BSC) điều khiển một nhóm BTS. BSC điều khiển các chức năng như chuyển giao và điều khiển công suất. Mét trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động (MSC) phục vụ mét sè bộ điều khiển trạm gốc. MSC điều khiển các cuộc gọi đến và từ chuyển mạch điện thoịa công cộng (PSTN) mạng số liên kết đa dịch vụ (ISDN), mạng di động mặt đất công cộng (PLMN) các mạng số liệu công cộng (PDN) và có thể là chức năng các mạng riêng. Các khối nói trên đều tham gia vào việc nối thông giữa một trạm di động (MS) và chẳng hạn một thuê bao ở PSTN , mạng cố định. Nếu không thêt thực hiện một cuộc gọi đến MS . Ta sẽ không cần bất cứ thiết bị nào khác , vấn đề nảy sinh khi ta muốn thực hiện một cuộc gọi đến cuối ở MS, người khởi đầu gọi hầu như không biết MS được gọi ở đâu . Vì thế ta cần có mét sè các cơ sỡ dữ liệu ở mạng để theo dõi MS . Cơ sở dữ liệu quan trọng nhất là bộ đăng ký vị trí thường trú (HLR) khi mét người nào đó mua mét đăng ký tõ mét hãng khai thác GSM người này sữ được đăng ký ở HLR của hãng này , HLR chứa các thông tin về thuê bao như các dịch vụ bổ sung các thông số nhận thực. Ngoài ra sẽ có thông tin về vị trí của MS, nghĩa là hiện thời MS đang ở vùng MSC nào, thông tin này thay đổi khi MS di Đồ án tốt nghiệp Thông tin di động toàn cầu Thông tin di động toàn cầu Th«ng tin di ®éng toµn cÇu động, MS sẽ gữi thông tin về vị trí (MCS/VLR) đến HLR của mình nhờ vậy đảm bảo phương tiện để thu mét cuộc gọi . Khối có tên là trung tâm nhận thực (AUC) được nối đến HLR. Chức năng của AUC là cung cấp cho HLR các thông số nhận thực và các khoá mã để sử dụng cho bảo mật, bé ghi định vị tạm trú (VLR) là một cơ sở giữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS này tõ HLR, đồng thời HLR sẽ được thông báo rằng MS đang ở vùng MSC nào, Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc gọi mà không cần hái HLR có thể coi VLR như mét HLR phân bố. VLR còng sẽ chứa thông tin chính xác hơn về vị trí MS ở cùng MSC. Nếu một người nào đó ở mạng cố định (PSTN) muốn thực hiện một cuộc gọi đến một thuê bao GSM, tổng đài ở PSTN sẽ nối cuộc gọi này đến [...]... bao di i di ng xxxxxxdi ng xxxxxx xxxxxx di động Mng thụng tin di ng ỏn tt nghip Thụng tin di ng ton cu Thụng tin di ng ton cu Thông tin di động toàn cầu nhn dng vựng (cỏc vựng ng ký v trớ ) cú kớch thc thớch hp cho vic duytrỡ theo dừi thuờ bao di ng p a c - ch chuyn n ụ A khỏc thuờ bao A thuê bao A thuờ bao ỏn tt nghip Thụng tin di ng ton cu Thụng tin di ng ton cu Thông tin di động toàn cầu trm di. .. liu v s liu ó gii iu ch i ra t u ra ca b mỏy ly mu ỏn tt nghip Thụng tin di ng ton cu Thụng tin di ng ton cu Thông tin di động toàn cầu II 2 H thng tng t mng quỏ giang AMS BS Hỡnh v : Mnh thụng tin di ng hin nay ỏn tt nghip Thụng tin di ng ton cu Thụng tin di ng ton cu Thông tin di động toàn cầu Hỡnh v : Cu trỳc mng thụng tin di ng số HLR: Home location Register: Bộ ghi nh v thng thỳ GLR: Gatewaylocation... thuờ bao bng cỏch s dng CCS Tớn hiu a ch VV MBWTMBWT MBWT ỏn tt nghip Thụng tin di ng ton cu Thụng tin di ng ton cu Thông tin di động toàn cầu Hỡnh 8 9 : Cu hỡnh ca h thng chuyn tip in thoi di ng Hỡnh v : H thng chuyn mch nt ht c nh (gm A) c ID ỏn tt nghip Thụng tin di ng ton cu Thụng tin di ng ton cu Thông tin di động toàn cầu tớnh cc n cui hi thoi Hỡnh v 8.11: Thõm nhp từ xa II.10.3 Ni thụng cuc... gõy nờn Fading nghiờm trng (Ch trng fading sõu) trong mụi trng thụng tin di ng, khong thi gian t d gia hai ch trong fading ph thuc ỏn tt nghip Thụng tin di ng ton cu Thụng tin di ng ton cu Thông tin di động toàn cầu h2: cao ca Anten i thu tớnh bng một Trong iu kin 15% din tớch bao ph bi cỏc to nh (ụ th ) v a hỡnh thc t thỡ sai s ca cụngthc trờn l 10% Vy suy hao ng truyn trong thụng tin di ng t bo... truy cp phõn chia theo tn s (FDMA) Ph tn s qui nh cho liờn lc di ng c chia thnh 2N di tn s k tip, cỏch nhau mt di tn phũng v Mi di tn c gỏn cho mt kờnh liờn lc, N di tn dnh cho liờn lc hng lờn, sau mt di tn phõn cỏch l N di tn k tip dnh cho liờn lc hng xung ỏn tt nghip Thụng tin di ng ton cu Thụng tin di ng ton cu Thông tin di động toàn cầu Mi MS c gỏn mt mó riờng bit v k thut tri ph tớn hiu giỳp... Dch v thụng tin di ng m rng ni thụng ca h thng PSTN bng cỏch m rng dch v từ trong nh ra ngoi tri, ũi hi cỏc chc nng chuyn mch cho phộp h thng vụ tuyn chuyn tip b gii hn c s dng mt cỏch hiu qu v cho phộp thuờ bao liờn lc trong khi di ng tp hp cỏc chc nng ny c gi chuyn mch thụng tin di ng cú th coi mng thụng tin ỏn tt nghip Thụng tin di ng ton cu Thụng tin di ng ton cu Thông tin di động toàn cầu thõm nhp... hiu liờn c vụ + Khai thỏc v bóo dng MGS ỏn tt nghip Thụng tin di ng ton cu Thụng tin di ng ton cu Thông tin di động toàn cầu Hỡnh 8.6: Cỏc chc nng chuyn mch mng di ng hai tng II 5 4 2 Cu trỳc ca h thng bỏo hiu h thng thụng tin di ng, cỏc bỏo hiu khụng liờn quan n mch gia cỏc c v cn thit cho vic truyn thụng tin ng ký v trớ v tham kho thụng tin cỏc vựng nh v Ngoi nhu cu bỏo hiu liờn quan n mch cỏc... fading : a)Phân tập (không gian )anten Phõn tp l s dng hai kờnh thu chi nh hng fading clp thng ít nguy c c hai anten b ch trũng fading sõu cựng một lúc ý nim ny dn n hai anten Rx c lp thu cựng mt tớn hiu, v vỡ th chi tỏc ng cỏc ng bao fading khỏc nhau ỏn tt nghip Thụng tin di ng ton cu Thụng tin di ng ton cu Thông tin di động toàn cầu mó xen, một bớt kim tra li c b xung vo một số bit thụng tin. .. ni thụng cuc gi c vụ thu Khi gi mng di ng n PSTN th tc cng ging nh i vi h thng ỏnh s PSTN va trỡnh by, nhng khi gi từ PSTN dn mng di ng chng hn mng in thoi t ong h thng ỏnh s s khỏc v ph thuc vo dng dch v tthụng tin di ng c gi Cỏc cuc gi n cỏc thuờ bao in thoi t ong v hng hi x dng h ỏn tt nghip Thụng tin di ng ton cu Thụng tin di ng ton cu Thông tin di động toàn cầu H thng Hthng quay (in hỡnh) nh rừ... H thng ch s lp phiu cc bn tin theo s quay Ch gi ỏnh giỏ v trớ ca phớa b gi v bỏo quay mó s cho ch s lp phiu cc bn tin nh l b phn ca s c quay LS phớa ch gi tham kho ch s ỏn tt nghip Thụng tin di ng ton cu Thụng tin di ng ton cu Thông tin di động toàn cầu C v tớnh cc in thoi PSTN gi s vựng tớnh cc ca ch gi v s thuờ bao di ng b ghi n c v cú bộ nhớ thng trỳ xỏc nh thụng tin v trớ từ số lp phiu cc . Mạnh thông tin di động hiện nay Đồ án tốt nghiệp Thông tin di động toàn cầu Thông tin di động toàn cầu Th«ng tin di ®éng toµn cÇu Hình vẽ : Cấu trúc mạng thông tin di động sè HLR:. tin này thay đổi khi MS di Đồ án tốt nghiệp Thông tin di động toàn cầu Thông tin di động toàn cầu Th«ng tin di ®éng toµn cÇu động, MS sẽ gữi thông tin về vị trí (MCS/VLR) đến HLR của mình nhờ. phép các Đồ án tốt nghiệp Thông tin di động toàn cầu Thông tin di động toàn cầu Th«ng tin di ®éng toµn cÇu máy di động có thể duy trì cuộc gọi liên tục trong khi di chuyển giữa các tế bào,