Hệ thống thông tin di động gsm
ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO HỆ THỐNG VIỄN THÔNG II ĐỀ TÀI: Hệ thống thông tin di động GSM Giảng viên hướng dẫn : Ths.Lại Nguyễn Duy Lớp : DV11 Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Các Linh Phan Thị Huỳnh Giao Đỗ Văn Vũ Trần Khánh Vương Nguyễn Thành Duy TP.HCM, 12/2014 HỆ THỐNG VIỄN THÔNG II GVHD: ThS.Lại Nguyễn Duy NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TP.HCM, ngày tháng 12 năm 2014 Giảng viên hướng dẫn Th.S Lại Nguyễn Duy NHÓM 03 Trang 2 HỆ THỐNG VIỄN THÔNG II GVHD: ThS.Lại Nguyễn Duy NỘI DUNG BÁO CÁO Trang Chương 1: Hệ thống thông tin di động tế bào 1.1 Giới thiệu mạng thông tin di động tế bào 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Lịch sử 1.1.3 Ưu điểm 8 8 9 9 1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống thông tin di động tế bào 1.2.1 Cấu trúc mạng 1.2.2 Nguyên lý đa truy cập 10 10 14 Chương 2: Hệ thống di động toàn cầu GSM 2.1 Cấu trúc mạng GSM 2.1.1 Cấu trúc địa lý 2.1.2 Cấu trúc mạng GSM 2.1.2.1 Trạm di động MS (Mobile Station) 2.1.2.2 Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem) 2.1.2.3 Hệ thống chuyển mạch NSS (Network Switching System) 2.1.2.4 Trung tâm khai thác và bảo dưỡng OMC (Operation and Maintenance Center) 17 17 19 19 23 27 31 2.2 Giao diện trong GSM 2.2.1 Giao diện Um 2.2.2 Giao diện Abis 2.2.3 Giao diện A 33 33 34 35 2.3 Cập nhật vị trí trong GSM 2.3.1 Nguyên nhân 2.3.2 Quá trình thực hiện 2.3.3 Chế độ chọn mạng 36 37 37 38 2.4 Nguyên lý đa truy cập 2.4.1 Đa truy cập phân chia theo tần số FDMA 2.4.2 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA 2.4.3 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA 39 40 41 42 2.5 Các băng tần trong GSM 43 NHÓM 03 Trang 3 HỆ THỐNG VIỄN THÔNG II GVHD: ThS.Lại Nguyễn Duy 2.6 Phương pháp tái sử dụng tần số 2.6.1 Cự ly tái sử dụng tần số 2.6.2 Tính toán nhiễu đồng kênh C/I 2.6.3 Cách tổ chức Cluster trong mạng tổ ong 2.6.1.1 Mẫu tái sử dụng tần số 3/9 2.6.1.2 Mẫu tái sử dụng tần số 4/12 2.6.1.3 Mẫu tái sử dụng tần số 7/21 45 45 46 47 47 48 50 2.7. Kênh trong GSM 2.7.1 Kênh vật lý 2.7.2 Kênh Logic 51 51 54 NHÓM 03 Trang 4 HỆ THỐNG VIỄN THÔNG II GVHD: ThS.Lại Nguyễn Duy PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC Người thực hiện Nội dung thực hiện Tình trạng công việc Nguyễn Thị Các Linh 1151040033 Phần 1: I. Nguyên lý hoạt động của hệ thống thông tin di động tế bào 1. Cấu trúc mạng Phần 2: II. Cấu trúc mạng GSM Tổng hợp tài liệu Làm word Làm slide Làm wor Hoàn thành Phan Thị Huỳnh Giao 1151040015 Phần 1: I. Giới thiệu mạng thông tin di động tế bào Phần 2: IV. Nguyên lý đa truy cập V. Các băng tần trong GSM Hoàn thành Trần Khánh Vương 1151040062 Phần 1: III. Nguyên lý hoạt động của hệ thống thông tin di động tế bào 2. Cấu trúc mạng Phần 2: III. Cập nhật vị trí trong GSM Hoàn thành Đỗ Văn Vũ 1151040067 Phần 1: I. Nguyên lý hoạt động của hệ thống thông tin di động tế bào 3. Nguyên lý đa truy cập Hoàn thành NHÓM 03 Trang 5 HỆ THỐNG VIỄN THÔNG II GVHD: ThS.Lại Nguyễn Duy Phần 2: II. Giao diện trong GSM VI. Phương pháp tái sử dụng tần số Nguyễn Thành Duy 1151040010 Phần 1: I. Nguyên lý hoạt động của hệ thống thông tin di động tế bào 2. Nguyên lý đa truy cập Phần 2: VII. Kênh trong GSM Hoàn thành NHÓM 03 Trang 6 HỆ THỐNG VIỄN THÔNG II GVHD: ThS.Lại Nguyễn Duy GIỚI THIỆU Ngày nay thông tin liên lạc đã trở thành một nhu cầu quan trọng trong cuộc sống của chúng ta. Ngoài các dịch vụ mà các điện thoại cố định có như: truyền thoại, nhắn tin, Fax, dữ liệu, …vv. Thông tin di động còn cung cấp các tính năng ưu việt của nó ở chất lượng dịch vụ, tính bảo mật thông tin, thiết bị nhỏ gọn, linh hoạt trong việc di chuyển, và các dịch vụ ngày càng đa dạng như truyền hình di động, truyền video chất lượng cao. Để đáp ứng nhu cầu của khách hành các nhà cung cấp dịch vụ đã liên tục nâng cấp hệ thống mạng, chất lượng đường truyền, và đa dạng các dịch vụ, đồng thời giảm cước dịch vụ, những điều này đã mang lại cho họ một số lượng thuê bao khổng lồ và tăng nhanh. Một công nghệ quan trọng nhất và được sử dụng phổ biến nhất không chỉ ở Việt Nam mà còn các nước trên thế giới là công nghệ GSM (Global System for Mobile communication-Hệ thống thông tin di động toàn cầu). Ở Việt Nam hiện nay những nhà cung cấp dịch vụ viễn thông lớn như: Vinaphone, MobiFone, Viettel đều sử dụng công nghệ GSM. Được phát triển từ năm 1982 với kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) một giải pháp tăng dung lượng hệ thống và mã hoá tín hiệu đảm bảo tính an toàn dữ liệu đồng thời đảm bảo chất lượng dịch vụ để đáp ứng nhu cầu của hàng triệu khách hàng Đứng về phía quan điểm khách hàng, lợi thế chính của GSM là chất lượng cuộc gọi tốt hơn, giá thành thấp và dịch vụ tin nhắn. Thuận lợi đối với nhà điều hành mạng là khả năng triển khai thiết bị từ nhiều người cung ứng. GSM cho phép nhà điều hành mạng có thể kết hợp chuyển vùng với nhau do vậy mà người sử dụng có thể sử dụng điện thoại của họ ở khắp nơi trên thế giới. Để tìm hiểu về vấn đề này, bài báo cáo của chúng em được chia thành 2 chương: Chương 1. Hệ thống di động tế bào Chương 2. Hệ thống di động GSM NHÓM 03 Trang 7 HỆ THỐNG VIỄN THÔNG II GVHD: ThS.Lại Nguyễn Duy CHƯƠNG 1 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TẾ BÀO I.1 Giới thiệu hệ thống thông tin di động tế bào I.1.1 Giới thiệu Hệ thống thông tin di động tế bào sử dụng một số lượng lớn các máy phát vô tuyến công suất thấp để tạo nên các cell hay còn gọi là tế bào (đơn vị cơ bản của hệ thống thông tin vô tuyến). Thay đổi công suất máy phát nhằm thay đổi kích thước cell theo phân bố mật độ thuê bao, nhu cầu thuê bao theo từng vùng cụ thể. Khi thuê bao di động di chuyển từ cell này sang cell khác, cuộc đàm thoại của họ sẽ được giữ nguyên liên tục, không gián đoạn. Tần số sử dụng ở cell này có thể được sử dụng lại ở cell khác với khoảng cách xác định giữa hai cell. Nguyên nhân hình thành ? Cấu trúc hệ thống thoại di động trước đây • Antenna ở khá cao. • Công suất phát lớn. • Không áp dụng kỹ thuật tái sử dụng tài nguyên vô tuyến. • Dung lượng hệ thống hạn chế. • Sử dụng phổ tần số kém hiệu quả. NHÓM 03 Trang 8 Hình 1.1 Hệ thống thông tin di động truyền thống HỆ THỐNG VIỄN THÔNG II GVHD: ThS.Lại Nguyễn Duy Ý tưởng: Thay vì sử dụng một trạm công suất lớn, người ta sử dụng nhiều trạm công suất nhỏ trong vùng phủ sóng được ấn định trước, khi các cell đủ xa thì có thể sử dụng lại cùng một tần số. Hiệu quả: – Nâng cao dung lượng hệ thống. – Tránh tắt nghẽn trong thông tin. – Tiết kiệm, sử dụng hiệu quả tài nguyên vô tuyến. I.1.2 Lịch sử hình thành – 12/1971: Hệ thống cellular tương tự đầu tiên ra đời, FM, ở dải tần số 850MHz vào tháng. – Năm 1983: Ra đời bản thương nghiệp AMPS. – Những năm đầu thập kỷ 90: Hệ thống cellular thế hệ thứ 2 có 3 tiêu chuẩn chính: GSM, IS-54, JDC. – Những năm sau của thập kỷ 90: Hệ thống cellular thế hệ thứ 3 với CDMA và TDMA cải tiến ra đời. – Năm 1991: Qualcomm triển khai hệ thống di động trên công nghệ CDMA chuẩn IS-95A (Interim Standard-95A). – Năm 1993: Việt Nam sử dụng GSM. – 7/2003: Việt Nam triển khai hệ thống di động theo công nghệ CDMA và đưa vào sử dụng. I.1.3 Ưu điểm – Điều khiển động trong việc cấp phát kênh liên lạc làm cho sử dụng phổ tần số hiệu quả hơn – Có nhiều dịch vụ mới: nhận thực số liệu, mật mã hóa, kết nối ISDN. – Dung lượng tăng, diện tích Cell nhỏ đi, chuyển giao nhiều hơn, báo hiệu tất bật đều dễ dàng xử lý bằng phương pháp số. NHÓM 03 Trang 9 HỆ THỐNG VIỄN THÔNG II GVHD: ThS.Lại Nguyễn Duy I.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống thông tin di động tế bào I.2.1 Cấu trúc mạng thông tin di động tế bào I.2.1.1 Cell Cell (tế bào) là đơn vị địa lý cơ bản của hệ thống thông tin vô tuyến theo mô hình tế bào. Các vùng phủ sóng bởi các trạm có dạng tế bào nên ta gọi là hệ thống thông tin theo mô hình tế bào. Các cell là các trạm gốc phát sóng đến một bán kính địa lý xung quanh và vùng phủ sóng có dạng giống hình lục giác – Hình dạng thực tế của cell Hình 1.3a Hình 1.3b • Mật độ thuê bao cao • Sóng vô tuyến không bị che khuất • Công suất phát cao – Nhóm các tế bào (Cluster) NHÓM 03 Trang 10 Hình 1.2. Khái niệm về biên giới của cell Hình 1.3. Hình dạng thực tế của cell • Mật độ thuê bao thấp • Sóng vô tuyến ít bị che khuất • Công suất phát lớn • Mật độ thuê bao cao • Sóng vô tuyến bị che khuất • Công suất phát nhỏ [...]... Năm 2003, mạng EDGE đi vào NHÓM 03 Trang 16 HỆ THỐNG VIỄN THÔNG II GVHD: ThS.Lại Nguyễn Duy hoạt động Cho đến năm 2006 số thuê bao di động GSM đã lên tới con số 2 tỉ với trên 700 nhà điều hành, chiếm gần 80% thị phần thông tin di động trên thế giới Theo dự đoán của GSM Association, năm 2007 số thuê bao GSM sẽ đạt 2,5 tỉ 2.1 Cấu trúc hệ thống thông tin di động GSM 2.1.1 Cấu trúc địa lý mạng Mọi mạng điện... trao đổi thông tin (procedure) được chuẩn hóa Nhiệm vụ chính của giao di n là thiết lập và xóa kết nối cuộc gọi.………… Hình 2.20 Giao di n trong GSM NHÓM 03 Trang 33 HỆ THỐNG VIỄN THÔNG II GVHD: ThS.Lại Nguyễn Duy Có 3 giao di n chính trong mạng GSM: Giao di n Um, Giao di n A và giao di n Abis 2.2.1 Giao di n vô tuyến Um (MS - BTS): Giao di n vô tuyến là giao di n giữ BTS và thiết bị thuê bao di động MS... trong nhà PAN Hình 1.6 Các kích thước Cell NHÓM 03 Trang 12 HỆ THỐNG VIỄN THÔNG II GVHD: ThS.Lại Nguyễn Duy I.2.1.2 Mô hình hệ thống thông tin di động tế bào Hình 1.7 Mô hình hệ thống thông tin di động tế bào Trong đó: AUC (Authentication Center): Trung tâm nhận thực CSPDN: Mạng chuyển mạch số theo mạng công cộng BSS (Base Station Subsystem): Hệ thống trạm gốc BSC (Base Station Controller): Điều khiển... phạm vi sử dụng điện thoại di động được rộng rãi trên nhiều nước, cần phải có hệ thống chung Tháng 12-1982, nhóm đặc biệt cho GSM (thông tin di động toàn cầu) được hội bưu chính và viễn thông Châu Âu CEPT (Confrence European Postal And Telecommunication Administration) tổ chức, đồng nhất hệ thống thông tin di động cho Châu Âu lấy dải tần 900MHz Cho đến năm 1989, nhóm đặc biệt GSM này đã trở thành một... GSM - Global System of Mobile communication Vài nét về hệ thống thông tin di động GSM Từ đầu những năm 1980, sau khi các hệ thống NMT đã hoạt động một cách thành công thì nó biểu hiện một số hạn chế : - Vì dung lượng thiết kế có hạn mà số thuê bao không ngừng tăng Do đó hệ thống này không còn đáp ứng được nữa - Các hệ thống khác nhau đang hoạt động không thể phục vụ cho tất cả các thuê bao ở Châu Âu,... Trang 26 HỆ THỐNG VIỄN THÔNG II GVHD: ThS.Lại Nguyễn Duy 2.1.2.3 Hệ thống chuyển mạch SS (Switching System) Hình 2.12 Hệ thống chuyển mạch SS (Switching System) Hệ thống chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM cũng như các dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao Chức năng chính của SS là quản lý trao đổi thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM với... truy cập: – FDMA (Frequency Division Multiple Access): Đa truy cập theo phân chia tần số – TDMA (Time Division Multiple Access): Đa truy cập theo phân chia thời gian – CDMA (Code Division Multiple Access): Đa truy cập phân chia theo mã Hình 1.8 Các hệ thống đa truy cập NHÓM 03 Trang 14 HỆ THỐNG VIỄN THÔNG II GVHD: ThS.Lại Nguyễn Duy CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TOÀN CẦU GSM - Global System of Mobile... kế sao cho thuê bao di động có thể hoạt động ở tất cảcác nước có mạng GSM - Cùng với phục vụ thoại, hệ thống phải cho phép sự linh hoạt lớn nhất cho các NHÓM 03 Trang 15 HỆ THỐNG VIỄN THÔNG II GVHD: ThS.Lại Nguyễn Duy loại dịch vụ khác liên quan tới mạng đa dịch vụ ISDN - Tạo một hệ thống có thể hoạt động cho các thuê bao trên tàu viễn dương nh một mạng mở rộng của các dịch vụ di động mặt đất - Phải... vị.,Trạm di động MS tự nhận dạng một ô bằng cách sử dụng mã nhận dạng trạm gốc BSIC NHÓM 03 Trang 18 HỆ THỐNG VIỄN THÔNG II GVHD: ThS.Lại Nguyễn Duy 2.1.2 Cấu trúc mạng GSM Hình 2.2 Mô hình cấu trúc mạng GSM 2.1.2.1 Trạm di động MS (Mobile System) Trạm di động là một thiết bị đầu cuối di động, là phương tiện giữa người và mạng MS có chức năng vô tuyến chung và chức năng sử lý để truy cập mạng qua giao di n... vùng phục vụ MSC/VLR, mà ở đó một trạm di động có thể chuyển động tự do mà không cần cập nhật thông tin về vị trí cho tổng đài MSC/VLR điều khiển vùng định vị này Vùng định vị này là một vùng mà ở đó thông báo tìm gọi sẽ được phát quảng bá để tìm một thuê bao di động bị gọi Vùng định vị LA được hệ thống sử dụng để tìm một thuê bao đang ở trạng thái hoạt động Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng . 1. Hệ thống di động tế bào Chương 2. Hệ thống di động GSM NHÓM 03 Trang 7 HỆ THỐNG VIỄN THÔNG II GVHD: ThS.Lại Nguyễn Duy CHƯƠNG 1 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TẾ BÀO I.1 Giới thiệu hệ thống thông. pháp số. NHÓM 03 Trang 9 HỆ THỐNG VIỄN THÔNG II GVHD: ThS.Lại Nguyễn Duy I.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống thông tin di động tế bào I.2.1 Cấu trúc mạng thông tin di động tế bào I.2.1.1 Cell . Duy NHÓM 03 Trang 2 HỆ THỐNG VIỄN THÔNG II GVHD: ThS.Lại Nguyễn Duy NỘI DUNG BÁO CÁO Trang Chương 1: Hệ thống thông tin di động tế bào 1.1 Giới thiệu mạng thông tin di động tế bào 1.1.1 Giới