Đồ án tốt nghiệp: Mạng thông tin di động GSM 2G và công nghệ GPRS

Thông tin di động ra đời đầu tiên vào những thập niên 40 của thế kỷ 20, khi đó nó chỉ là hệ thống thông tin di động điều vận. Đến nay thông tin di động đã trải qua nhiều thế hệ, từ thế hệ thứ 1 (1G), đến thế hệ thứ 2 (2G), hiện nay đang tiến đến thế hệ thứ 3 và tiếp theo đó là 3G và 4G. Thông tin di động ngày nay đã trở thành một loại hình dịch vụ, phương tiện thông tin phổ biến và cần thiết trong cuộc sống hiện đại. Mặt khác, ta thấy các hệ thống thông tin di động hiện nay đang phát triển rất nhanh cả về quy mô, dung lượng, chất lượng và đặc biệt là công nghệ, dịch vụ mới để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng. Ngày nay mạng GSM với những ưu điểm nổi bậc như: dung lượng lớn, chất lượng kết nối tốt, tính bảo mật cao…., đã có một chỗ đứng vững chắc trên thị trường Viễn thông quốc tế. Ở Việt Nam, khi chúng ta bắt đầu có những máy di động sử dụng công nghệ GSM 900 đầu tiên vào những năm 1993 đã đánh dấu một bước phát triển vượt bậc về công nghệ Viễn thông của đất nước. Với mạng thông tin di động thế hệ thứ 2 (2G) sử dụng công nghệ GSM ở nước ta đang được phát triển rộng khắp ở các tỉnh, thành phố. Các thuê bao di động tai Việt Nam sử dụng dịch vụ thoại truyền thống với tốc độ bit là 13 Kbits và truyền số liệu với tốc độ 9,6 Kbits. Song, việc truyền thoại và số liệu với tốc độ thấp không đáp ứng được các dịch vụ đa phương tiện khác cần tốc độ cao hơn như: hình ảnh, văn bản…., đặc biệt là nhu cầu truy cập Internet như hiện nay. Các nhà khai thác GSM trên thế giới đang đứng trước một số giải pháp để có được dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao qua mạng thông tin di động hiện có của họ và đang nghiên cứu kế hoạch để chuyển đổi lên thế hệ mạng thứ 3 (3G). Có hai hướng để lựa chọn: Một là, có thể nâng cấp mạng của họ lên thẳng CDMA( Code Division Multiple Access: Đa truy nhập phân chia theo mã). Hai là, nâng cáp lên để có dịch vụ GPRS ( General Packet Radio Service: Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp), EGPRS ( EnhancedGPRS: Dịch vụ GPRS nâng cao) và sau đó thì sẽ đầu tư, nâng cao để loại dần công nghệ GSM tiến lên công nghệ WCDMA ( Đa truy nhập phân kênh theo mã băng rộng).

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập- Tự do- Hạnh phúc

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và Tên: Huỳnh Đăng Khoa Số hiệu sinh viên: BCA06- 6026

Khóa: K3 (T36)………Khoa: Điện tử- Viễn thông.

Ngành học: Kỹ thuật Điện tử- Viễn Thông.

1./- Đầu đề đồ án tốt nghiệp:

………

………

………

………

2./- Các số liệu và dữ liệu ban đầu: ………

………

………

………

…………

3./- Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: ………

………

………

………

………

………

………

4./- Các bản vẽ đồ thị ( ghi rõ các loại bản vẽ, kích thước các bản vẽ):

………

………

………

………

……

5./- Họ và tên giảng viên hướng dẫn: Vũ Đức Thọ 6./- Ngày giao nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp:………

7./- Ngày hoàn thành đồ án tốt nghiệp:………

Ngày……tháng……năm 2011 CHỦ NHIỆM KHOA ( Ký tên và ghi rõ họ tên) Ngày……tháng……năm 2011 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ( Ký tên và ghi rõ họ tên) Ngày……tháng……năm 2011 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ - Điểm thiết kế:………

- Điểm bảo vệ:………

- Điểm tổng hợp:………

Ngày……tháng……năm 2011 SINH VIÊN THỰC HIỆN ( Ký tên và ghi rõ họ tên) Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày…… tháng……… năm 2011

CÁN BỘ PHẢN BIỆN

( Ký tên và ghi rõ họ tên)

Ngày……tháng……năm 2011

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

( Ký tên và ghi rõ họ tên)

BỘ GIÁO DỤC VÀ DÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BẢN NHẬN XÉT THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- Họ và Tên:……… Số hiệu sinh viên:

………

- Khóa: K3 (T36)……… Khoa: Điện tử- Viễn thông - Ngành học: Kỹ thuật Điện tử- Viễn Thông - Giảng viên hướng dẫn: Vũ Đức Thọ - Cán bộ phản biện: ………

1/ Nội dung thiết kế đồ án tốt nghiệp: ………

………

………

………

………

………

………

………

………

2/ Nhận xét của người duyệt thiết kế: ………

………

………

………………

………

………

Ngày…… tháng…… năm 2011

CÁN BỘ PHẢN BIỆN

( Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI NÓI ĐẦU

- Thông tin di động ra đời đầu tiên vào những thập niên 40 của thế kỷ 20,khi đó nó chỉ là hệ thống thông tin di động điều vận Đến nay thông tin di động

đã trải qua nhiều thế hệ, từ thế hệ thứ 1 (1G), đến thế hệ thứ 2 (2G), hiện nayđang tiến đến thế hệ thứ 3 và tiếp theo đó là 3G và 4G

- Thông tin di động ngày nay đã trở thành một loại hình dịch vụ, phươngtiện thông tin phổ biến và cần thiết trong cuộc sống hiện đại Mặt khác, ta thấycác hệ thống thông tin di động hiện nay đang phát triển rất nhanh cả về quy mô,dung lượng, chất lượng và đặc biệt là công nghệ, dịch vụ mới để đáp ứng nhucầu ngày càng cao của người dùng

- Ngày nay mạng GSM với những ưu điểm nổi bậc như: dung lượng lớn,chất lượng kết nối tốt, tính bảo mật cao…., đã có một chỗ đứng vững chắc trênthị trường Viễn thông quốc tế Ở Việt Nam, khi chúng ta bắt đầu có những máy

di động sử dụng công nghệ GSM 900 đầu tiên vào những năm 1993 đã đánh dấumột bước phát triển vượt bậc về công nghệ Viễn thông của đất nước Với mạngthông tin di động thế hệ thứ 2 (2G) sử dụng công nghệ GSM ở nước ta đangđược phát triển rộng khắp ở các tỉnh, thành phố Các thuê bao di động tai ViệtNam sử dụng dịch vụ thoại truyền thống với tốc độ bit là 13 Kbit/s và truyền sốliệu với tốc độ 9,6 Kbit/s Song, việc truyền thoại và số liệu với tốc độ thấpkhông đáp ứng được các dịch vụ đa phương tiện khác cần tốc độ cao hơn như:hình ảnh, văn bản…., đặc biệt là nhu cầu truy cập Internet như hiện nay

- Các nhà khai thác GSM trên thế giới đang đứng trước một số giải pháp

để có được dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao qua mạng thông tin di động hiện cócủa họ và đang nghiên cứu kế hoạch để chuyển đổi lên thế hệ mạng thứ 3 (3G)

Có hai hướng để lựa chọn: Một là, có thể nâng cấp mạng của họ lên thẳngCDMA( Code Division Multiple Access: Đa truy nhập phân chia theo mã) Hai

là, nâng cáp lên để có dịch vụ GPRS ( General Packet Radio Service: Dịch vụ

vô tuyến gói tổng hợp), E-GPRS ( Enhanced-GPRS: Dịch vụ GPRS nâng cao)

và sau đó thì sẽ đầu tư, nâng cao để loại dần công nghệ GSM tiến lên công nghệW-CDMA ( Đa truy nhập phân kênh theo mã băng rộng).

- Đối với các nhà khai thác, không thể có được việc nâng cấp thẳng lêncông nghệ W-CDMA với các giải pháp đơn giản và khoản chi phí chấp nhậnđược Quá trình nâng cấp là một quá trình phức tạp, yêu cầu các phần tử mạngmới và các máy đầu cuối mới Do vậy, vấn đề cần cân nhắc ở đây chính là cáckhía cạnh về kinh tế và kỹ thuật cho việc nâng cấp, buộc các nhà khai thác phảisuy tính Vì vậy, GPRS là sự lựa chọn của các nhà khai thác GSM, đó như mộtbước chuẩn bị về cơ sở hạ tầng kỹ thuật để tiến lên công nghệ thông tin di độngthế hệ thứ 3 (3G)

- Giải pháp sử dụng GPRS cho hệ thống GSM đã trở thành hiện thực vàonăm 1999 Giống như HSCSD, GPRS cung cấp các dịch vụ số liệu tốc độ caohơn cho người sử dụng di động Tuy nhiên, dựa trên công nghệ chuyển mạchgói, GPRS phù hợp với bản chất bùng nổ đột ngột cao của hầu hết các ứng dụng

số liệu hơn công nghệ chuyễn mạch kênh HSCSD, nó lý tưởng hơn cho các dịch

vụ truy nhập cơ sở dữ liệu và thư điện tử, Ví dụ: những người sử dụng khôngmuốn trả cước phí cuộc gọi cao cho các bản tin ngắn GPRS cũng cho phépngười sử dụng nhận các cuộc gọi số liệu, các tin nhắn cũng được phân phát trựctiếp đến điện thoại của người sử dụng, thậm chí không cần kết nối từ đầu cuốiđến đầu cuối một cách liên tục Khi bật máy điện thoại, người sử dụng nhậnđược một thông báo là họ đang có một tin nhắn, họ có thể chọn các thông báo tải

về ngay lập tức hay cất đi để xem sau

- GPRS cũng cung cấp việc thiết lập cuộc gọi nhanh hơn HSCSD và kết nối vớimạng sử dụng giao thức IP hiệu quả hơn Bao gồm các mạng: Intranet của Công

ty và các mạng LAN, cũng như Internet Thông qua việc kết hợp các khe thờigian TDMA khác nhau, GPRS có thể điều khiển tất cả các kiểu truyền dẫn từcác mẫu tin ngắn tốc độ thấp đến các tốc độ cao hơn cần cho việc xem xét cáctrang Web GPRS cung cấp tốc độ số liệu gói cao hơn 100 Kbit/s, tốc độ tối đa

Với những kiến thức trong quá trình học tập, nghiên cứu, tìm hiểu và xinchân thành cảm ơn với sự tận tình giúp đở của thầy Vũ Đức Thọ đã giúp emhoàn thành đồ án tốt nghiệp này Do kiến thức bản thân còn nhiều hạn chế, mặtkhác đồ án chỉ nghiên cứu một cách tổng thể về mạng thông tin di động GSMnên không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự đóng góp của các thầy

cô giáo và bạn bè

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI

ĐỘNG GSM 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 1

1.1/- Các hệ thống thông tin di động: 1

1.2/- Hệ thống thông tin di động toàn cầu: 3

1.3/- Các chức năng của hệ thống GSM: 6

1.4/- Băng tầng sử dụng trong hệ thống thông tin di động GSM: 7

1.5/- Phương pháp truy nhập trong thông tin di động: 8

CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 2G 11

2.1/- Cấu trúc hệ thống: 11

2.2/- Chức năng các phần tử trong mạng GSM: 13

2.2.1/- Phân hệ chuyển mạch NSS: 13

2.2.2/- Phân hệ trạm gốc BSS: 16

2.2.3/- Hệ thống khai thác và hỗ trợ OSS: 16

2.2.4/- Trạm di động MS: 17

PHẦN 2: MỘT SỐ CÔNG NGHỆ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 19

CHƯƠNG 3: MẠNG BÁO HIỆU VÀ CÁC KHÍA CẠNH MẠNG 19

3.1/- Các giao thức báo hiệu trong hệ thống GSM: 19

3.2/- Các giao diện trong hệ thống GSM: 22

3.3/- Các khía cạnh mạng: 22

3.3.1/- Quản lý tài nguyên vô tuyến: 22

3.3.2/- Quản lý di động: 24

CHƯƠNG 4: GIAO TIẾP VÔ TUYẾN 27

4.1/- Khái niệm về các kênh vô tuyến: 27

4.1.1/- Kênh vật lý: 27

4.1.2/- Kênh logic: 29

4.2/- Sắp xếp các kênh logic ở các kênh vật lý: 30

CHƯƠNG 5: CÁC DỊCH VỤ TRONG GSM 32

5.1/- Dịch vụ thoại: 32

5.2/- Dịch vụ số liệu: 32

5.3/- Dịch vụ bản tin ngắn: 33

5.4/- Các dịch vụ phụ: 33

CHƯƠNG 6: MỘT SỐ THÍ DỤ VỀ CUỘC GỌI TRONG MẠNG GSM 34

6.1/- Cuộc gọi ra từ MS: 34

6.2/- Cuộc gọi vào từ mạng cố định: 36

PHẦN 3: CÔNG NGHỆ GPRS 38

CHƯƠNG 7: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ GPRS 38

7.1/- Tổng quan: 38

7.1.1/- Sự phát triển của thông tin di động cellular sau 2G: 38

7.1.2/- Công nghệ GPRS: 39

7.2/- Cấu trúc hệ thống GPRS: 40

7.2.1/- Cấu trúc logic mạng GPRS: 40

7.2.2/- Chức năng các phần tử trong mạng: 42

CHƯƠNG 8: CÁC GIAO DIỆN VÀ GIAO THỨC TRONG MẠNG GPRS 49

8.1/- Mặt phẳng truyền dẫn: 49

8.2/- Mặt phẳng báo hiệu: 51

8.2.1/- Giao diện Gb: 52

8.2.2/- Giao diện Gr: 53

8.2.3/- Giao diện Gs: 54

8.2.4/- Giao diện Gf: 55

8.2.5/- Giao diện Gd: 55

8.2.6/- Giao diện Gn: 56

8.2.7/- Giao thức Gi: 56

8.2.8/- Giao diện Gc: 57

8.3/- Giao diện vô tuyến Um: 58

8.3.1/- Lớp RF vật lý: 59

8.3.2/- Lớp kết nối vật lý: 59

8.3.3/- Lớp RLC/MAC: 60

8.3.4/- Lớp LLC: 61

8.3.5/- Giao thức GMM/SM ( Quản lý di động GPRS/ Quản lý phiên ): 61

8.4/- Mạng vô tuyến GPRS: 61

8.4.1/- Kênh vật lý: 61

8.4.2/- Các kênh logic của GPRS: 63

8.5/- Quản lý tài nguyên vô tuyến: 70

8.5.1/- Phân phối tài nguyên cho GPRS: 70

8.5.2/- Khái niệm Chủ- Tớ ( Master- Slave ): 70

8.5.3/- Khái niệm dụng lượng theo yêu cầu: 70

8.5.4/- Các thủ tục hỗ trợ dung lượng theo yêu cầu: 71

8.5.5/- Giải phóng các kênh dữ liệu gói ( PDCH ) không mang kênh điều khiển chung kiểu gói ( PCCCH ): 72

CHƯƠNG 9: TRIỂN KHAI GPRS TRÊN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM TẠI VIỆT NAM 73

9.1/- Đánh giá hiện trạng và nhu cầu: 73

9.1.1/- Cấu trúc mạng: 73

9.1.2/- Cấu trúc mạng Vinaphone: 74

9.2/- Dịch vụ: 74

9.3/- Số lượng thuê bao của mạng: 74

9.4/- Đánh giá nhu cầu: 75

9.5/- Một số đề xuất triển khai dịch vụ GPRS: 76

9.5.1/- Những vấn đề liên quan đến dung lượng khi triển khai dịch vụ số

liệu trên mạng GSM: 76

9.5.2/- Triển khai dịch vụ GPRS: 77

KẾT LUẬN 81

BẢNG CHỮ CÁC TỪ VIẾT TẮT 82

TÊN CÁC HÌNH 88

TÊN CÁC BẢNG 89

PHẦN 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ

- Hệ thống công nghệ của thế hệ thứ 2 ( 2G ) được xếp vào công nghệ kỹthuật số, hệ thống này được sự giúp đỡ, ủng hộ của những Công ước quốc tế tạo

đà cho khả năng vận hành một chiếc máy điện thoại di động vượt qua khỏi biêngiới của một quốc gia Bên cạnh lĩnh vực viễn thông truyền giọng nói bằng kỹthuật số, với sự góp mặt của những hệ thống 2G, một loạt các dịch vụ số mới,với tốc độ truyền dữ liệu thấp đã trở nên phong phú và đa dạng Bao gồm “Mobile fax” ( chuyển fax di động ), gửi thư giọng nói và dịch vụ gửi tin nhanh( Short message service- SMS ) Cũng tại khoảng thời gian trong giai đoạn pháttriển này, những loại hệ thống mới bắt đầu nổi dậy phục vụ cho những thị hiếuriêng biệt; không những đó là những mạng di động mà còn có những giải phápcho vô tuyến điện ( Cordless ), radio di động cho công cộng, vệ tinh và mạng vô

tuyến cục bộ ( W-LAN ) Những hệ thống của thế hệ 2G đó là sự toàn cầu hóacủa các hệ thống thông tin di động, trên quan điểm đó tầm quan trọng trong việcchuẩn hóa trên toàn cầu là rõ ràng và cần thiết Ví dụ, GSM chuẩn hóa tại Châu

Âu bởi tổ chức Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu ( ETSI ) hiện đang được coi làmột tiêu chuẩn toàn cầu dưới sự thừa nhận của hầu hết các quốc gia trên thếgiới Giai đoạn phát triển cuối của loại mạng 2G đã cho ra đời nhiều dịch vụ đaphương tiện di động Đồng thời, việc nhận thấy rằng tầm quan trọng của Internet

và yêu cầu ngày càng cao của người dùng đó là một bước tiến tiếp tới ngưỡngcửa của công nghệ thế hệ thứ 3 ( 3G )

- Do yêu cầu của người dùng, trong những năm tới người ta hy vọng việc

sử dụng hệ thống thông tin di động sẽ có xu hướng truy cập vào các dịch vụ đaphương tiện băng rộng như ở mạng cố định Yêu cầu những loại hình dịch vụnày nằm ngoài khả năng của các hệ thống thuộc thế hệ 2G đương thời, là nhữngdịch vụ mà chỉ cung cấp các dịch vụ thoại có tốc độ dữ liệu thấp Sự phát triển

và hội tụ của những công nghệ dựa trên các giao thức Internet và di động ngàynay chính là động lực cho sự phát triển của các hệ thống thuộc thế hệ thứ 3( 3G ) Những hệ thống truyền thông di động 3G sẽ có khả năng phân phối cácứng dụng và dịch vụ với tốc độ dữ liệu lên tới và có thể vượt quá 2 Mb/s

- Việc tiêu chuẩn hóa hệ thống 3G bởi Liên đoàn Viên thông quốc tế, trênphương diện toàn cầu người ta sẽ nhìn nhận ra đây là hệ thống Viễn thông diđộng Quốc tế 2000, bao hàm những hệ thống trong hộ gia đình mà cung ứng cácdịch vụ tế bào, vô tuyến điện, W-LAN và vệ tinh Ở Châu Âu hệ thống 3G sẽđược coi là hệ thống Viễn thông di động toàn cầu ( UMTS ) Cho dù thoại vẫn

có thể chiếm ưu thế trong những năm đầu của thế hệ mạng mạng 3G, song cũng

sẽ có nhiều khả năng mạng sẽ vận hành những hệ thống với những ứng dụng đaphương tiện, chẳng hạn như dịch vụ thoại truyền hình ảnh, tra cứu trang Web…Khi công nghệ 3G mở ra, những ứng dụng dịch vụ với băng thông rộng sẽ thâmnhập thị trường theo khuynh hướng dữ liệu truyền tải với thông lượng lớn nhất

- Các nghiên cứu hiện nay cũng cho thấy những đòi hỏi cần có sự ra đờicủa hệ thống mạng di động thế hệ thứ tư ( 4G ) với việc truyền tải thông tin, dữliệu tốc độ cao hơn có thể trên 2 Mb/s và khả năng sẽ đạt được 155 Mb/s trongmột số môi trường nhất định, sẽ tiếp tục mở rộng các dịch vụ và ứng dụng trongkhả năng phân phối Do vậy việc phát triển hệ thống mạng di động 4G là một tấtyếu trong thời gian sắp tới.

1.2/- Hệ thống thông tin di động toàn cầu:

- GSM trước đây được biết như Groupe Speciale Mobile ( nhóm di độngđặc biệt ), là nhóm đã phát triển nó, được thiết kế từ sự bắt đầu như một dịch vụ

tế bào số quốc tế Giao tiếp vô tuyến của GSM dựa trên công nghệ TDMA( Time Division Multiple Access: đa truy cập phân chia theo thời gian ) Ý địnhban đầu là các thuê bao GSM có khả năng di chuyển qua các biên giới, quốc gia

sẽ nhận được các dịch vụ di động và các tính năng đi theo cùng với họ

- Kiểu GSM của Châu Âu hiện nay đang hoạt động ở tần số 900 MHzcũng như tần số 1.800 MHz Ở Bắc Mỹ, GSM sử dụng cho dịch vụ PCS 1.900tại vùng Đông Bắc California và Nevada Do PCS 1.900 sử dụng tần số 1.900MHz, nên các điện thoại không có khả năng kết nối hoạt động với điện thoạiGSM hoạt động trong các mạng ở tần số 900 MHz hay 1.800 MHz Tuy nhiên,vấn đề này có thể khắc phục được với các máy điện thoại đa băng hoạt độngtrong nhiều tần số

- Vào đầu năm 1980 thị trường hệ thống điện thoại tế bào tương tự đãphát triển nhanh ở Châu Âu Mỗi một nước đã phát triển một hệ thống tế bàođộc lập với các hệ thống của các nước khác Sự phát triển không được hợp táccủa các hệ thống thông tin di động của các quốc gia, có nghĩa là sẽ không có khảnăng cho thuê bao sử dụng cùng một máy di động cầm tay khi di chuyển trongChâu Âu Không chết bị di động, bị hạn chế khai thác trong các biên giới quốcgia, mà còn có một thị trường rất hạn chế đối với mỗi kiểu thiết bị, vì thế tiếtkiệm chi phí có thể không khả thi khi thực hiện Ngoài một thị trường trong

nước đầy đủ với các mẫu chung, có thể không có một nhà chế tạo nào cạnh tranhđược trên thị trường thế giới.

- Hơn nữa, chính phủ các nước nhận thức rõ là các hệ thống thông tinkhông tương thích với nhau, có thể cản trở tiến trình để đạt được một tầm nhìnchiến lược của họ về một Châu Âu với nền kinh tế thống nhất

- Với những cân nhắc nêu trên, Hội nghị điện thoại, điện báo gồm 26 quốcgia Châu Âu ( CEPT ) đã thành lập một nhóm nghiên cứu là Groupe SpecialeMobile vào năm 1982 để nghiên cứu và phát triển một hệ thống thông tin liênkết toàn Châu Âu Đến năm 1986 tình hình trở nên khả quan hơn vì một sốmạng tế bào tương tự hiện tại có thể sử dụng hết dung lượng vào năm 1990.CEPT khuyến nghị rằng hai khối tần số trong băng tần 900 MHz được dự trữcho hệ thống mới Tiêu chuẩn GSM chỉ rõ, các băng tần từ 890 MHz đến 915MHz cho băng thu và từ 935 MHz đến 960 MHz cho băng phát với mỗi băngđược chia thành các kênh 200 KHz

- Hệ thống thông tin di động được CEPT đưa ra đáp ứng được các tiêuchuẩn sau:

+ Cung cấp âm thoại chất lượng cao

+ Hỗ trợ chuyển vùng quốc tế

+ Hỗ trợ các thiết bị đầu cuối cầm tay

+ Hỗ trợ một loạt các dịch vụ và các thiết bị mới

+ Cung cấp hiệu quả phổ tần số

+ Cung cấp khả năng tương thích với IDSN

+ Cung cấp với chi phí dịch vụ và đầ cuối thấp

- Vào năm 1989 việc phát triển các đặc tính kỹ thuât của GSM đã đượcchuyển từ CEPT đến Viện tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu ( ETSI ) đượcchuyển từ CEPT đến Viện tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu ( ETSI ).

- ETSI được thành lập vào năm 1988 để thiết lập các tiêu chuẩn viễnthông cho Châu Âu và hợp tác với các tổ chức tiêu chuẩn khác, các lĩnh vực liênquan đến truyền hình và công nghệ thông tin văn phòng

- ETSI đã ấn bản các đặc tính kỹ thuật giai đoạn 1 của GSM vào năm

1990, dịch vụ thương mại đã bắt đầu vào giữa năm 1991 Đến năm 1993 đã có

36 mạng GSM tại 22 quốc gia và thêm 25 quốc gia đã lựa chọn hoặc bắt đầuGSM Từ đó, GSM đã được chập nhận ở Nam Phi, Úc và rất nhiều nước, vùngTrung Đông và Viễn Đông Tại Bắc Mỹ GSM được dùng để thực hiện PCS, đếncuối năm 1998 đã có 323 mạng GSM ở 118 nước và vùng lãnh thổ, phục vụ cho

138 triệu thuê bao, tính đến nay đã có hơn 2 tỷ người dùng trên 212 quốc gia vàvùng lãnh thổ Hệ thống GSM được gọi là hệ thống thông tin di động toàn cầu( Global System for Mobilephone Communications )

- Mạng thông tin di động GSM là mạng thông tin di động số Cellular gồmnhiều ô ( Cell ) Cell là đơn vị nhỏ nhất của mạng, có hình dạng ( trên lý thuyết )

là một tổ ong hình lục giác Trong mỗi cell có một đài vô tuyến gốc BTS ( BaseTransceiver Station: phân hệ phát thu của trạm gốc ) liên lạc với tất cả các trạm

di động MS ( Mobile Station ) có mặt trong cell Khi MS di chuyển ra ngoàivùng phủ sóng của cell, nó phải được chuyển giao sang vùng làm việc với BTScủa cell khác

- Đặc điểm của hệ thống thông tin di động Cellular là việc sử dụng lại tần

số và diện tích của mỗi cell khá nhỏ tùy thuộc vào số lượng thuê bao của người

sử dụng, mỗi cell sử dụng một nhóm tần số kênh vô tuyến Các chữ cái A, B, C,

… vừa là tên của cell, vừa biểu thị một nhóm xác định các tần số vô tuyến được

sử dụng trong cell đó Nhóm tần số được sử dụng nhiều lần cho các cell vớikhoảng cách đủ lớn, công suất phát đủ nhỏ để nhiễu lẫn nhau không đáng kể

- Thông thường, một cuộc gọi di động không thể kết thúc trong một cellnên hệ thống thông tin di động cellular phải có khả năng điều khiển và chuyểngiao ( Handover ) cuộc gọi từ cell này sang cell khác lân cận mà cuộc gọi đượcchuyển giao không bị gián đoạn.

1.3/- Các chức năng của hệ thống GSM:

Các đặc tính chủ yếu của hệ thống GSM như sau:

- Có thể phục vụ được một số lớn các dịch vụ và tiện ích cho thuê bao cảtrong thông tin thoại và truyền số liệu

+ Đối với thoại có thể có các dịch vụ:

Chuyển hướng cuộc gọi vô điều kiện.

Chuyển hướng cuộc gọi khi thuê bao di động bận.

Chuyển hướng cuộc gọi khi không trả lời.

Cấm tất cả các cuộc gọi đi quốc tế.

Cấm tất cả các cuộc gọi ra.

Cấm tất cả các cuộc gọi vào.

Giữ cuộc gọi.

Thông báo cước phí…

+ Đối với dịch vụ số liệu:

Truyền số liệu.

Dịch vụ thông báo nhắn không thiết lập cuộc gọi.

Dịch vụ VMS ( Voice Message Service ).

Dịch vụ nhắn tin: các gói thông tin có kích cỡ 160 ký tự có

thể lưu giữ

- Sự tương thích của các dịch vụ trong GSM với các dịch vụ của mạng sẵn có:

+ PSTN- Publich Switched Telephone Network ( Mạng điện thoạichuyển mạch công cộng )

+ ISDN- Integrated Service Digital Network ( Mạng số tổ hợp dịch

vụ ) bởi các giao diện theo tiêu chuẩn chung

Cho phép các thuê bao lưu động ( roaming ) ở các nước với nhau cùng sửdụng hệ thống GSM một cách hoàn toàn tự động Nghĩa là thuê bao có thể mangmáy di động đi mọi nơi và mạng sẽ tự động cập nhật thông tin về vị trí của thuêbao, đồng thời thuê bao có thể gọi đi bất cứ nơi nào mà không cần biết thuê baokhác đang ở đâu

+ Sử dụng băng tần 900 MHz với hiệu quả cao bởi sự kết hợp giữahai phương pháp TDMA và FDMA

+ Giải quyết sự hạn chế dung lượng: Thực chất dung lượng sẽ tănglên nhờ việc sử dụng tần số tốt hơn và kỹ thuật chia ô nhỏ, do vậy số thuê baophục vụ sẽ tăng lên

+ Tính linh hoạt cao nhờ sử dụng các loại máy thông tin di độngkhác nhau như: máy cầm tay, máy xách tay, máy được đặt trên ô tô

1.4/- Băng tầng sử dụng trong hệ thống thông tin di động GSM:

Hệ thống GSM làm việc trong băng tần 890MHz - 960MHz Băng tần nàyđược chia làm 2 phần:

+ Băng tần lên ( Upload Band ): 890MHz – 915NHz cho các kênh

vô tuyến từ trạm di động đến hệ thống thu phát gốc

+ Băng tần xuống ( Downlink Band ): 935NHz – 960MHz cho cáckênh vô tuyến từ trạm thu phát gốc đến trạm di động

Mỗi băng rộng 25MHz được chia làm 124 sóng mang Các sóng mangcạnh nhau cách nhau 200KHz Mỗi kênh sử dụng 2 tần số riêng biệt, một chođường lên, một cho đường xuống, các kênh này được gọi là kênh song công.Khoảng cách giữa 2 tần số là không đổi và bằng 45MHz được gọi là khoảngcách song công Kênh vô tuyến này mang 8 khe thời gian và mỗi khe thời gian

là một kênh vật lý để trao đổi thông tin giữa trạm thu phát và trạm di động.Ngoài băng tần cơ sở như trên còn có băng tần GSM mở rộng và băng tần DCS (Digital Cellular System )

1.5/- Phương pháp truy nhập trong thông tin di động:

Ở giao diện vô tuyến, MS và BTS liên lạc với nhau bằng sóng vô tuyến

Để tài nguyên tần số có hạn có thể phục vụ càng nhiều thuê bao di động, ngoàiviệc sử dụng lại tần số, số kênh vô tuyến được dùng theo kiểu trung kế Hệthống trung kế vô tuyến là hệ thống vô tuyến có số kênh sẳn sàng phục vụ ít hơn

số người dùng khả dĩ Phương thức để sử dụng chung các kênh gọi là phươngpháp đa truy nhập, người dùng khi có nhu cầu thì được đảm bảo về sự truy nhậpvào trung kế

- Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA ( Frequency DivisionMultiple Access ): Phục vụ các cuộc gọi theo các kênh tần số khác nhau, phổ tần

số được chia thành 2N dải tần số con kế tiếp cách nhau một khoảng bảo vệ Mỗidải tần được gán cho một kênh liên lạc, trong đó kênh tần số N dành cho liên lạchướng lên, N kênh tần số còn lại dành cho liên lạc hướng xuống Mỗi người

riêng biệt Về cấu trúc thì FDMA có nhược điểm là mỗi sóng mang tần số vôtuyến chỉ truyền được một erlang, vì thế nếu các trạm gốc cần cung cấp N erlangdung lượng thì phải cần N bộ thu phát cho mỗi trạm Ngoài ra cũng phải cần kếthợp tần số vô tuyến cho các kênh này Để tăng hiệu suất sử dụng tần số có thể sửdụng FDMA kết hợp với gép song công theo thời gian, ở phương pháp này mộtmáy thu phát chỉ sử dụng một tần số và một thời gian phát thu luân phiên.Phương pháp FDMA ít nhạy cảm với sự phân tán thời gian do truyền lan sóng,không cần đồng bộ và không xảy ra trễ do không cần xử lý tín hiệu nhiều vì vậygiảm trể hồi âm.

- Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA ( Time Division MultipleAccess ): Khi có yêu cầu một cuộc gọi thì một kênh vô tuyến được ấn định, cácthuê bao khác nhau dùng chung một kênh tần số nhờ cài xen thời gian Mỗi thuêbao được cấp một khe thời gian ( time slot ) trong cấu trúc khung tuần hoàn 8khe So với FDMA thì TDMA cho phép tiết kiệm tần số và thiết bị thu phát hơn.Tuy nhiên, ở nhiều hệ thống nếu chỉ sử dụng một cặp tần số thì không đủ đảmbảo dung lượng của mạng vì thế TDMA thường được sử dụng kết hợp vớiFDMA cho các mạng đòi hỏi dung lượng cao Nhược điểm của TDMA là đòihỏi đồng bộ tốt và thiết bị phức tạp hơn FDMA khi cần dung lượng truyền dẫncao, ngoài ra do đòi hỏi xử lý số phức tạp nên xảy ra hiện tượng hồi âm

- Đa truy nhập theo mã CDMA ( Code Division Multiple Access ): Làphương pháp trải phổ tín hiệu, thực hiện là gán cho mỗi MS một mã riêng biệtcho phép nhiều MS cùng thu, phát độc lập trên một băng tần nên tăng dunglượng cho hệ thống Hiện tại công nghệ CDMA đang được triển khai tại một sốquốc gia Tại nước ta hiện nay có mạng thông tin di động S-Fone của Công ty cổphần Viễn thông Sài Gòn ( SPT ) và mạng EVN- Telecom của Công ty thông tinViễn thông Điện lực đang sử dụng công nghệ này Đặc điểm của CDMA là sửdụng dải rộng kênh thông tin nhiều xạ tần, dải tần của tín hiệu rộng hàng MHz,

sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp.v.v Về mặt ưu điểm CDMA cho dung lượngcao hơn và có thể thay đổi dung lượng được, hiệu suất sử dụng tần số cao, kỹ

thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng cường độ trường rất nhỏ vàchống nhiễu, chống pha đinh tốt hơn FDMA và CDMA, bảo mật thông tin tốthơn, dễ dàng áp dụng cho các hệ thống đòi hỏi cung cấp linh hoạt dung lượngkênh cho từng người sử dụng Song CDMA không tránh khỏi những nhượcđiểm như: Đồng bộ phức tạp hơn, ngoài bộ định thời còn phải thực hiện cả đồng

bộ mã, cần điều chỉnh mạch điện xử lý số hơn, mạng chỉ cho hiệu suất sử dụngcao khi nhiều người cùng sử dụng tần số Công nghệ CDMA ra đời sau nhưng vìnhững ưu điểm nổi trội đã thực sự được các nhà khoa học, các nhà khai tháccông nhận vị trí hàng đầu trong tương lai và hiện tại có nhiều thuê bao của côngnghệ CDMA hài lòng với chất lượng của nó

Ngoài ra còn có phương pháp truy nhập theo không gian SDMA MạngGSM sử dụng phương pháp TDMA kết hợp với FDMA

Hình 2.1: Mô hình hệ thống thông tin di động GSM

PSTN: Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng

ISDN: Mạng số liệu liên kết đa dịch vụ

PLMN: Mạng di động mặt đất công cộng

- Phân hệ chuyển mạch NSS ( Network Switching Subsystem ) bao gồmcác khối chức năng:

AuC HLR VLR

TRAU

BSS

SIM ME

MS

OSS

OMC NMC

+ Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC ( MobileSwitching Center ).

+ Bộ ghi định vị thường trú HLR ( Home Location Register )

+ Bộ ghi định vị tạm trú VLR ( Visitor Location Register )

+ Trung tâm nhận thực AuC ( Authentication Center )

+ Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR ( Equipment Identification register ).+ Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động cổng GMSC ( GatewayMobile Switching Center )

- Phân hệ trạm gốc BSS ( Base Station Subsystem ) bao gồm các khốichức năng:

+ Bộ điều khiển trạm gốc BSC ( Base Station Center )

+ Trạm thu phát gốc BTS ( Base Transceiver Station )

- Hệ thống khai thác và hỗ trợ OSS ( Operation and Support System ) baogồm các khối chức năng:

+ Trung tâm quản lý mạng NMC ( Network Management Center ).+ Trung tâm quản lý và bảo dưỡng OMC ( Operation andMaintenance Center )

- Trạm di động MS ( Mobile Station ) bao gồm các khối chức năng:

+ Thiết bị di động ME ( Mobile Equipment )

+ Modul nhận dạng thuê bao SIM ( Subscriber Identily Module )

2.2/- Chức năng các phần tử trong mạng GSM:

2.2.1/- Phân hệ chuyển mạch NSS:

Phân hệ chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính củaGSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý diđộng của thuê bao Chức năng chính của hệ thống chuyển mạch là quản lý thôngtin giữa những người sử dụng mạng GSM và các mạng khác

- Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC:

+ MSC là tổng đài thực hiện tất cả các chức năng chuyển mạch vàbáo hiệu của MS nằm trong vùng địa lý do MSC quản lý MSC khác với mộttổng đài cố định là nó phải điều phối cung cấp các tài nguyên vô tuyến cho thuêbao và MSC phải thực hiện thêm ít nhất hai thủ tục:

Thủ tục đăng ký.

Thủ tục chuyển giao.

+ MSC một mặt giao tiếp với BSS, mặt khác giao tiếp với mạngngoài MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài được gọi là MSC cổng( GMSC ), có chức năng tương tác IWF ( Interworking Function ) để thích ứngcác đặc điểm truyền dẫn của GSM và các mạng ngoài Phân hệ chuyển mạchgiao tiếp với mạng ngoài để sử dụng khả năng truyền tải của các mạng này choviệc truyền tải số liệu của người sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử củamạng GSM

+ MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số bộđiều khiển trạm gốc BSC

- Bộ ghi định vị thường trú HLR:

+ HLR là một cơ sở dữ liệu quan trọng trong mạng có chức năngquản lý thuê bao Một PLMN có thể có một hoặc nhiều HLR phụ thuộc vàolượng thuê bao, HLR lưu hai loại số gán cho mỗi thuê bao di động, đó là:

MSISDN: Số danh bạ ( số thuê bao ).

Cấu trúc: MSIS = CC + NDC + SNTrong đó:

CC: Mã quốc gia ( Ví dụ: Việt Nam: 84 )NDC: Mã mạng ( Ví dụ: Viettel: 98; Vinaphone: 91;Mobiphone: 90 )

SN: Số thuê bao trong mạng ( gồm 7 số )

Ví dụ: 84.98.3456379

IMSI: Số nhận dạng thuê bao dùng để báo hiệu trong mạng.

Cấu trúc: IMSI = MCC + MNC + MSINTrong đó:

MCC: Mã quốc gia ( Ví dụ: Việt Nam: 452 )

MNC: Mã mạng ( Ví dụ: Viettel: 04; Vinaphone: 02;Mobiphone: 01 )

MSIN: Số thuê bao trong mạng ( gồm 7 số )

Ví dụ: 84.98.3456379 – 452.04.3456379+ Như vậy, với một số MSISDN sẽ tương ứng với một số IMSI vàchỉ tồn tại một số IMSI duy nhất trong toàn hệ thống GSM IMSI được sử dụng

để MS truy nhập vào cơ sở dữ liệu Cơ sở dữ liệu chứa các thông tin sau:

Thông tin thuê bao dịch vụ thoại và phi thoại mạng ( Bearer

Service )

Giới hạn dịch vụ ( giới hạn roaming ).

Các dịch vụ hỗ trợ, HLR chứa các thông số của dịch vụ này,

Tuy nhiên, nó còn có thể được lưu trong Card thuê bao

+ Như vậy, HLR không có khả năng chuyển mạch nhưng có khảnăng quản lý hàng ngàn thuê bao Khi mạng có thêm một thuê bao mới, thì cácthông tin về thuê bao sẽ được đăng ký trong HLR

- Trung tâm nhận thực AUC:AUC kết nối với HLR, cung cấp các thông

số hợp thức hóa và các khóa mã để đảm bảo chức năng bảo mật

+ Các thông tin cần thiết để thiết lập và nhận một cuộc gọi của MSđược lưu trong cơ sở dữ liệu của VLR Đối với một số dịch vụ hỗ trợ, VLR cóthể truy vấn các thông tin từ HLR như: IMSI ( nhận dạng máy di động quốc tế ),MSISDN ( ISDN của máy di động ), MSRN ( số chuyển vùng của thuê bao ),TMSI ( số nhận dạng thuê bao di động tạm thời ), số nhận dạng thuê bao di độngnội bộ ( LMSI ) và vùng định vị nơi đăng ký MS VLR cũng chứa các thông sốgán cho mỗi MS và được nhận từ VLR

- Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR: Thực thể chức năng này chứa một hoặc

nhiều cơ sở dữ liệu lưu trữ các IMEI ( số nhận dạng thiết bị) sử dụng trong hệthống GSM EIR được nối với MSC qua một đường báo hiệu, nhờ vậy MSC cóthể kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị

- Trung tâm chuyển mạch dịch vụ cổng GMSC: Để thiết lập một cuộc

gọi phải định tuyến đến tổng đài mà không cần biết vị trí hiện thời của thuê bao

GMSC có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọiđến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiện thời GMSC có giao diệnbáo hiệu số 7 để có thể tương tác vời các phần tử khác của hệ thống chuyểnmạch.

2.2.2/- Phân hệ trạm gốc BSS:

BSS thực hiện với các MS với các tổng đài, do đó liên kết người sử dụngmáy di động với những người sử dụng dịch vụ viễn thông khác BSS cũng phảiđược điều khiển nên được kết nối với OSS

- Trạm thu phát gốc BTS: BTS giao diện với MS xử lý các tín hiệu đặc

thù cho giao diện vô tuyến Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU ( khốichuyển đổi mã và thích ứng tốc độ ) TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hóa

và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, ở đây cũng thực hiệnthích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu TRAU là một bộ phận củaBTS, nhưng cũng có thể đặt nó cách xa BTS và thậm chí trong nhiều trường hợpđược đặt giữa các BSC và MSC

- Bộ điều khiển trạm gốc BSC: BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện

vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ BTS và MS như ấn định, giải phóngkênh vô tuyến và quản lý chuyển giao ( Handover ) Trong thực tế BSC là mộttổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể Vai trò chủ yếu của nó là quản lýcác kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao Một BSC trung bình có thể quản

lý tới vài chục BTS phụ thuộc vào lưu lượng của các BTS này Giao diện giữaBSC với MSC được gọi là giao diện A, còn giao diện giữa nó với BTS được gọi

là giao diện Abis

2.2.3/- Hệ thống khai thác và hỗ trợ OSS:

OSS thực hiện chức năng khai thác, bảo dưỡng và quản lý toàn hệ thống

- Trung tâm quản lý mạng NMC: NMC được đặt tại trung tâm của hệ

thống, chịu trách nhiệm cung cấp chức năng quản lý cho toàn bộ mạng

+ Giám sát các nút trong mạng.

+ Giám sát các trạng thái các bộ phận của mạng

+ Giám sát trung tâm bảo dưỡng và khai thác OMC của các vùngcung cấp thông tin đến các bộ phận OMC

- Trung tâm quản lý và khai thác OMC:

+ OMC cung cấp chức năng chính để điều khiển và giám sát các bộphận trong mạng ( các BTS, MSC, các cơ sở dữ liệu… ) OMC có các chứcnăng: quản lý cảnh báo, quản lý sự cố, quản lý chất lượng, quản lý cấu hình vàquản lý bảo mật

2.2.4/- Trạm di động MS:

MS là thiết bị đầu cuối chứa các chức năng vô tuyến chung, xử lý giaodiện tuyến và cung cấp các giao diện với người dùng ( màn hình, loa, bànphím… ) Một trạm di động gồm hai phần chính:

- ME ( Mobile Equipment: thiết bị di động ): Là phần cứng được dùng để

thuê bao truy nhập vào mạng ME chứa kết cuối di động ( MT ) phụ thuộc vàoứng dụng và các dịch vụ, có thể kết hợp các nhóm chức năng thích ứng đầu cuối( TA ) và thiết bị đầu cuối ( TE ) khác nhau

- SIM ( Subscriber Identily Module: Modul nhận dạng thuê bao ): Gắn

chặt với người dùng trong vai trò một thuê bao duy nhất, có thể làm việc vớinhiều ME khác nhau SIM là một Card điện tử thông minh được cấm vào ME đểnhận dạng thuê bao và tin tức bảo vệ loại dịch vụ mà thuê bao đăng ký SIM cóphần cứng và phần mềm cần thiết với bộ nhớ có thể lưu trữ thông tin Có hailoại thông tin là thông tin cố định và thông tin thay đổi

+ Thông tin cố định:

Số nhận dạng thuê bao MSISDN, IMSI, thuê bao sẽ được

kiểm tra tính hợp lệ trước khi truy nhập vào mạng thông qua số nhận dạng IMSIđược thực hiện bởi trung tâm nhận thực AuC

Mã khóa cá nhân Ki.

+ Thông tin thay đổi:

Số hiệu nhận dạng vùng định vị LAI.

Số nhận dạng thuê bao tạm thời TMSI: Một số TMSI sẽ

tương ứng với một IMSI được cấp phát tạm thời để tăng tính bảo mật cho quátrình báo hiệu giữa MS và hệ thống TMSI sẽ thay đổi khi MS cập nhật lại vị trí

PHẦN 2 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ TRONG

ISUP

MAPMAP

IUSPR2

National

DTAP ( part of BSSAP)

BSSMAP ( part

of BSSAP)

AbisUm

Hình 3.1: Các giao thức báo hiệu trong mạng GSM

Các giao thức này sử dụng trong các giao diện Um và Abis theo chuẩn của ETSI Các giao thức này hỗ trợ các chức năng của BTS và BSC như sau:

- Gửi các thông tin của mạng vào cell Thông tin được cập nhật từ BSC,truyền liên tục tới BTS và lưu trong BTS

PST

EIRPLMN

GMSC

- Nhắn tin được khởi tạo từ MSC cho phép BSC hoạt động thông quaBSSMAP BSC lần lượt cho phép các BTS trong một vùng định vị hoạt động,các BTS gửi các cuộc gọi nhắn, kiểm tra tín hiệu trả lời và gửi thông báo tớiBSC BTS cũng nhận các cuộc nhắn tin từ MS và gửi tới BSC.

- Cung cấp và giải phóng kênh điều khiển ( SDCCH ) BSC thực hiện cácchức năng này, BTS sẽ xử lý trao đổi các thông tin tới từ MS

- Cung cấp và giải phóng kênh lưu lượng ( TCH ) để thiết lập, xóa vàchuyển giao, BSC thực hiện các chức năng này và BTS xử lý các khối kênh liênquan

- Nhận định hoàn thành việc chuyển giao BTS báo với BSC khi nó đãphát hiện có tín hiệu của MS trên kênh lưu lượng mới

- Điều khiển mã hóa/giải mã BTS thực hiện chức năng kích hoạt và giảiphóng việc mã hóa theo yêu cầu của BSC

- Điều khiển các mã thoại và thích ứng tốc độ của các kênh thông tin.Thiết bị thích ứng tốc độ mã hóa ( TRAU ) thường được đặt trong BSC nhưngđược điều khiển bởi BTS xác định các kênh lưu lượng

- Kiểm tra chất lượng truyền dẫn và độ dài tín hiệu trong các kênh hướnglên đang hoạt động và ở chế độ Idle ( rỗi ) Kiểm tra được thực hiện ở BTS vàđược thông báo tới BSC

- Giao diện vô tuyến cũng bao gồm các chức năng được tự động xử lý bởiBTS

- Thông tin đồng bộ và số nhận dạng MS được gửi liên tục tới BTS

- Chức năng điều khiển tần số được xử lý bởi BTS, các tín hiệu điều khiểnnày được gửi liên tục từ BTS

Giao diện vô tuyến cũng có các chức năng: Mã hóa kênh, ghép kênh, quản

lý Burst, TDMA và điều chế

* Các giao thức giữa các trung tâm chuyển mạch di động MSC:

Khi thực hiện chuyển giao giữa các MSC, MAP được sử dụng báo hiệuchuyển giao trong khi IUSP được sử dụng để thiết lập và xóa các kết nối

* Các giao thức giữa GMSC và MSC: IUSP được sử dụng giống như

trong PSTN/ISDN

* Các giao thức giữa MSC và HLR, VLR, AUC và EIR:

MAP được sử dụng cho tất cả các báo hiệu, nó hỗ trợ đăng ký, báo hiệucác số roaming, nhận thực và nhận dạng thiết bị

* Các giao thức với các mạng ngoài: Sử dụng TUP, IUSP và các giao

thức liên quan tới kênh

3.2/- Các giao diện trong hệ thống GSM:

3.3/- Các khía cạnh mạng:

3.3.1/- Quản lý tài nguyên vô tuyến:

Quản lý tài nguyên vô tuyến là một lớp chức năng trong quản lýmạng, được xem xét thông qua việc thiết lập một kênh truyền giữa MS và MSC.Các phần tử chức năng chính là MS, BSS và MSC RR quản lý một phiên RR làthời gian mà thiết bị di động ở một trạng thái xác định sử dụng các kênh vôtuyến Một phiên RR được khởi tạo từ MS thông qua một thủ tục truy nhậpmạng hoặc cho cuộc gọi đi hoặc nhận bản tin nhắn Khi nào một kênh đượccung cấp cho MS hay phân kênh nhắn sẽ được xử lý trong lớp RR Hơn nữa, lớp

RR cũng quản lý cả các đặc tính vô tuyến như điều khiển công suất, truyền nhậngián đoạn và định thời

* Chuyển giao ( Handover ):

Trong mạng cellular, các kênh vô tuyến và cố định không được cấp phátlâu dài cho một cuộc gọi Cuộc gọi sẽ được chuyển sang một kênh hoặc một cellkhác, được gọi là chuyển giao Việc kiểm tra và thực hiện chuyển giao tạo nênmột trong những chức năng cơ bản của lớp RR Có 4 loại chuyển giao khác nhautrong hệ thống GSM, được thực hiện giữa:

- Các kênh ( các khe thời gian ) trong cùng một cell

- Các cell ( BTS ) do một BSC điều khiển

- Các cell dưới sự điều khiển của nhiều BSC khác nhau nhưng thuộc cùngmột MSC.

- Các cell của các MSC khác nhau

+ Hai loại chuyển giao đầu tiên gọi là chuyển giao cục bộ Để tiếtkiệm băng thông báo hiệu, việc chuyển giao chỉ do BSC mà không cần MSCquản lý và chỉ thông báo cho MSC khi hoàn thành chuyển giao Hai loại chuyểngiao còn lại là chuyển giao ngoài do các MSC quản lý

+ Chuyển giao có thể được khởi tạo từ MS hoặc từ MSC Trong khicác khe thời gian ở trạng thái chờ, MS quét kênh điều khiển quảng bá ( BCCH )trong 16 cell lân cận, chọn ra 6 cell tốt nhất để phục vụ chuyển giao dựa trên độdài tín hiệu nhận được Thông tin này được truyền tới BSC và MSC ít nhất mộtgiây một lần

* Chuyển giao trong cùng một BSC:

Ở trường hợp này BSC phải thiết lập một đường nối đến BTS mới, dànhriêng một TCH của mình và ra lệnh cho MS phải chuyển đến một tần số mớiđồng thời cũng chỉ ra một TCH mới Tình huống này không đòi hỏi thông tin gìđến phần còn lại của mạng Sau khi chuyển giao MS phải nhận được các thôngtin mới và các ô lân cận Nếu như việc thay đổi đến BTS mới cũng là thay đổivùng định vị thì MS sẽ thông báo cho mạng về LAI của mình và yêu cầu cậpnhật vị trí

* Chuyển giao giữa hai BSC khác nhau nhưng cùng một MSC/VLR:

Trường hợp này cho thấy sự chuyển giao trong cùng một vùng phục vụnhưng giữa hai BSC khác nhau Mạng can thiệp nhiều hơn khi quyết địnhchuyển giao, BSC phải yêu cầu chuyển giao từ MSC/VLR Sau đó có mộtđường nối thông mới ( MSC/VLR BSC mới BSC mới ) phải được thiết lậpnếu có TCH rỗi, TCH này phải được dành cho chuyển giao Sau đó khi MS nhậnđược lệnh chuyển giao đến tần số mới và TCH mới Ngoài ra, sau khi chuyển

giao MS được thông báo về các ô lân cận mới, nếu việc thay đổi BTS cùng vớiviệc thay đổi vùng định vị MS sẽ gửi đi yêu cầu cập nhật vị trí trong quá trìnhcuộc gọi hay sau cuộc gọi.

* Chuyển giao giữa hai vùng phục vụ MSC/VLR:

- Đây là trường hợp chuyển giao phức tạp nhất, nhiều tìn hiệu được traođổi trước khi thực hiện chuyển giao

- Ta sẽ xét hai MSC/VLR, gọi MSC cũ ( tham gia cuộc gọi trước khichuyển giao ) là tổng đài phục vụ và MSC/VLR mới là tổng đài đích Tổng đài

cũ sẽ gửi yêu cầu chuyển giao đến tổng đài đích Sau đó, tổng đài đích sẽ đảmnhận việc chuẩn bị nối ghép tới BTS mới Sau khi thiết lập đường nối giữa haitổng đài cũ sẽ gửi đi lệnh chuyển giao đến MS

3.3.2/- Quản lý di động:

Quản lý di động cũng là một lớp chức năng, là lớp trên lớp RR, xử

lý các chức năng di động của thuê bao và thực hiện nhận thực và bảo mật Quản

lý vị trí liên quan tới các thủ tục cho phép hệ thống biết vị trí hiện tại của thiết bị

di động để thực hiện định tuyến các cuộc gọi

* Cập nhật vị trí:

- MS được thông báo có một cuộc gọi đến bởi một bản tin ngắn được gửiqua kênh PAGCH của cell Một phần của kênh được sử dụng để nhắn trong mỗicell trong mạng, một phần được dùng để MS truyền các bản tin cập nhật vị trí ởcấp độ cell tới mạng Do đó, các bản tin nhắn được gửi chính xác tới một cellnhưng sẽ rất lãng phí băng thông do số lượng các bản tin cập nhật vị trí lớn Mộtgiải pháp được thực hiện trong GSM là nhóm các cell thành các vùng định vị

LA ( Location Area ) Chỉ khi LA thay đổi, MS mới gửi các bản tin cập nhật vàcác MS được nhắn trong các cell của vùng định vị

- Các thủ tục cập nhật và định tuyến cuộc gọi thực hiện trong MSC, VLR

phải đăng ký với mạng để chỉ ra vị trí hiện tại của mình Thông thường, bản tincập nhật vị trí được gửi tới MSC/VLR mới mà lưu các thông tin về vùng định vị,sau đó gửi các thông tin này tới HLR của thuê bao Thông tin được gửi tới HLR

là địa chỉ SS7 của VLR mới, nó có thể là số định tuyến Nếu thuê bao được phép

sử dụng dịch vụ, HLR gửi một tập các thông tin cần cho việc điều khiển cuộcgọi tới MSC/VLR mới và gửi một bản tin tới MSC/VLR cũ để xóa đăng ký cũ

- Để đảm bảo độ tin cậy, GSM thực hiện một thủ tục cập nhật vị trí định

kỳ, thủ tục này liên quan tới cập nhật vị trí là gán và tách IMSI ( IMSIattach/detach ) Thực hiện Detach chỉ ra rằng mạng không thể đạt tới MS nữa vàkhông phải cấp phát các kênh và gửi bản tin nhắn Một Attach tương tự như cậpnhật vị trí thông báo cho mạng MS trở lại trạng thái hoạt động

* Nhận thực và bảo mật:

- Vì tài nguyên vô tuyến có thể được truy nhập bởi bất kỳ người nào, nênviệc nhận thực người sử dụng là thành phần rất quan trọng trong mạng di động.Nhận thực được thực hiện giữa SIM Card trong MS và trung tâm nhận thựcAUC Mỗi thuê bao có một khóa bảo mật , được lưu đồng thời trong SIM vàAUC, trong khi nhận thực AUC sẽ phát số ngẫu nhiên tới MS Cả MS và AUCsau đó sử dụng số ngẫu nhiên này cùng với bảo mật của thuê bao và thuật toán

mã hóa để phát một đáp ứng được ký hiệu ( SRES ) lại AUC Nếu số gửi được

từ MS giống với số được tính toán trong AUC, thuê bao sẽ được nhận thực

- Một cấp bảo mật khác được thực hiện trong MS, mỗi thiết bị GSM đượcnhận dạng bởi số IMEI và được nhận thực bởi số này

3.3.3/- Quản lý truyền thông:

Quản lý truyền thông ( CM ) là lớp trên cùng, phục vụ điều khiểncuộc gọi, quản lý dịch vụ hổ trợ và quản lý dịch vụ bản tin ngắn Mỗi chức năngđược xem xét là một phân lớp trong lớp CM Các chức năng của một phân lớpbao gồm thiết lập, lựu chọn một dịch vụ và xóa một cuộc gọi

* Định tuyến cuộc gọi:

- Không giống như định tuyến một cuộc gọi trong mạng cố định mà thiết

bị được kết nối với một bộ phận trung tâm, người sử dụng GSM có thể chuyểnvùng quốc gia và quốc tế Số quay trực tiếp để đạt tới thuê bao di động được gọi

là MSISDN, được định nghĩa bởi kế hoạch đánh số E.164

- Một cuộc gọi kết cuối di động được gởi tới chức năng GMSC, GMSC làmột bộ chuyển mạch kết nối với HLR lấy các thông tin định tuyến Do đó, nó cómột bảng các MSISDN tới HLR tương ứng Thông tin định tuyến được gửi lạiGMSC là số roaming di động ( MSRN ) Các MSRN liên quan tới kế hoạchđánh số vùng địa lý, không được cung cấp cho thuê bao

- Thủ tục định tuyến thường được sử dụng nhất bắt đầu với việc truy vấnHLR của thuê bao bị gọi để lấy MSRN HLR chỉ lưu các địa chỉ SS7 VLR hiệntại của thuê bao mà không có MSRN HLR do đó phải truy vấn VLR hiện tạicủa thuê bao mà cung cấp tạm thời MSRN MSRN này được gửi lại HLR vàGMSC, sau đó cuộc gọi được định tuyến tới MSC mới Tại MSC mới IMSItương ứng MSRN được kiểm tra và thiết bị di động được nhắn trong vùng định

vị hiện tại đang có mặt

CHƯƠNG 4:

GIAO TIẾP VÔ TUYẾN

Giao tiếp vô tuyến là tên gọi chung của đấu nối giữa MS và BTS Giaotiếp sử dụng khái niệm TDMA với một khung TDMA cho một tần số mang, mộtkhung gồm 8 khe thời gian ( TS: Time Slot )

4.1/- Khái niệm về các kênh vô tuyến:

Mạng GSM/PLMN được dành 124 kênh sóng mang, sóng này ở dải tần:

- Đường lên ( MS- BTS ): 890MHz- 915MHz

- Đường xuống ( BTS- MS ): 935MHz- 960MHz

Băng tần lên 890,2- 914,8MHz và đường xuống 935,2- 959,8MHz Mỗitần số sóng mang cách nhau 200KHz, trên mỗi sóng mang thực hiện ghép kênhtheo thời gian, thực hiện ghép khung TDMA ta có số kênh bằng: 124 x 8 ( TS )

= 992 kênh

4.1.1/- Kênh vật lý:

- Kênh vật lý là một khe thời gian ở một tần số vô tuyến dành đểtruyền tải thông tin ở đường vô tuyến của GSM Mỗi một kênh tần số vô tuyếnđược tổ chức thành các khung TDMA dài 4,615ms gồm có 8 khe thời gian ( mộtkhe dài 577μs ) Tại BTS, các khung TDMA ở các kênh tần số ở các đường lêns ) Tại BTS, các khung TDMA ở các kênh tần số ở các đường lên

và đường xuống đều được đồng bộ, mỗi MS được cấp một khe thời gian có cùng

số thứ tự ở hướng lên hay hướng xuống để truyền bán song công

- Về mặt thời gian, các kênh vật lý ở một kênh tần số được tổ chứctheo cấu trúc khung, đa khung, siêu đa khung, siêu siêu khung như hình vẽ:

1 siêu siêu khung = 2048 siêu khung = 2715648 khung TDMA

Burst= 156,25 bit periods = 0,577ms

Hình 4.1: Tổ chức khung, đa khung

2045

2045 2045 2045

2 0

4.1.2/- Kênh logic:

Các kênh logic là các kênh được phân biệt theo chức năng, mangcác thông tin điều khiển, báo hiệu giữa BTS và MS Các kênh logic được đặtvào các kênh vật lý nói trên Có thể chia các kênh logic này gồm hai loại kênh:Các kênh lưu lượng ( TCH ) và các kênh báo hiệu điều khiển

* Kênh lưu lượng ( TCH: Traffic Channel ): Các kênh lưu lượng này

gồm hai loại được định nghĩa như sau:

- Bm hay TCH toàn tốc ( TCH/F: Traffic Channel at Fullrate ): Kênh nàymang thông tin tiếng hoặc số liệu ở tốc độ khoảng 22,8 Kbps

- Lm hay TCH bán tốc ( TCH/H: Traffic Channel at Halfrate ): Kênh nàymang thông tin tiếng hoặc số ở tốc độ khoảng 11,4 Kbps

* Kênh báo hiệu điều khiển:

Các kênh báo hiệu điều khiển được chia làm ba loại: Kênh điều khiểnquảng bá, kênh điều khiển chung, kênh dành riêng

- Kênh điều khiển quảng bá ( BCCH: Broadcast Common ControlChannel ): Kênh phát quảng bá các thông tin chung về ô Các bản tin này gọi làthông tin hệ thống, BCCH chỉ sử dụng cho đường xuống

- Các kênh điều khiển chung ( CCCH: Common Control Channel ) gồm:

+ Kênh tìm ( PCH: Paging Channel ): Sử dụng cho đường xuống đểtìm gọi máy di động

+ Kênh truy nhập ngẫu nhiên ( RACH: Random Access Channel ):Được MS dùng để yêu cầu cung cấp một kênh dành riêng SDCCH

+ Kênh cho phép truy nhập ( AGCH: Access Grant Channel ): Chỉđược sử dụng ở đường xuống để chỉ định một kênh SDCCH cho MS

- Các kênh điều khiển dành riêng ( DCCH: Dedicated Control Channel )

+ Kênh điều khiển dành riêng đứng một mình ( SDCCH: StandAlone DCCH ): Chỉ được sử dụng dành riêng cho báo hiệu với một MS.

+ Kênh điều khiển liên kết chậm ( SACCH: Slow AssocicatedControl Channel ): Liên kết với một TCH hay một SDCCH

+ Kênh điều khiển liên kết nhanh ( FACCH: Fast AssocicatedControl Channel ): Liên kết với một TCH FACCH làm việc ở chế độ lấy lénbằng cách thay đổi lưu lượng tiếng hay số liệu bằng báo hiệu

+ Kênh quảng bá ( CBCH: Cellular Broadcast Channel ): Chỉ đượcdùng đường xuống để phát quảng bá các bản tin ngắn ( SMSCB ) cho các tế bàoCBCH sử dụng cùng kênh vật lý như kênh SDCCH

4.2/- Sắp xếp các kênh logic ở các kênh vật lý:

Xét một BTS với n sóng mang ( truyền song công, mỗi sóng mang Co,…, Cn ) có 8 khe thời gian TS Với Co đường xuống, TSo được dùng chỉ định sắp xếp các kênh điều khiển.

Các khungTDM

BCCH CCCH đường xuống

* Ghép các BCH và CCCH ở TSo:

- Tso ở sóng mang Co, đường lên xuống chứa các kênh FCCH, SCH, vàBCCH, nó được dùng để thâm nhập BCCH, FCCH, SCH, FCH, AGCH đườngxuống riêng RACH ở đường lên

- Đối với TS1 được sử dụng để sắp xếp các kênh điều khiển dành riênglên các kênh vật lý, do tốc độ bit trong quá trình thiết lập cuộc gọi và đăng kýkhá thấp nên có thể 8 SDCCH ở một TS1, sử dụng TS hiệu quả hơn