đồ án kỹ thuật viễn thông Nghiên cứu về tổng quan hệ thống thông tin di động GSM bao gồm các đặc tính và cấu trúc

Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu Trong những thập niên gần đây, công nghệ thông tin đã trở thành một bước đột phá mới của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật. Nó không ngừng lớn mạnh cả về chất và lượng trên quy mô toàn cầu. Trong đó phải kể đến thông tin di động, đó là một nghành với tiềm năng phát triển vô cùng rộng lớn và được coi nh mũi nhọn để tiến vào thời đại mới. Hoà nhập với làn sóng hiện đại hoá trên toàn thế giới, hàng loạt các công nghệ tiên tiến như tổng đài điện tử số, truyền dẫn số PDH và SDH trên cáp quang viba, thông tin di động số GSM … Cùng các dịch vụ hỗ trợ của nó đã được dưa vào áp dụng trong mạng viễn thông Việt Nam. Có thể kể đến thành tựu lớn nhất của nghành khoa học kỹ thuật nước ta là việc đưa vào sử dụng Hai hệ thống thông tin di động tế bào số GSM với hai nhà cung cấp VMS và Vinaphone. Kỹ thuật GSM ngày càng được phát triển và hoàn thiện, mạng lưới ngày càng mở rộng, dịch vụ ngày càng đa dạng. Bên cạnh đó , do không được tham gia vào việc xây dựng các chuẩn, trang thiết bị hoàn toàn do các hãng nước ngoài chế tạo, cung cấp và lắp đặt. Do vậy đội ngũ chuyên gia trong nước không tránh khỏi trở ngại trong quá trình điều hành, khai thác và phát triển dịch vụ. Chính vì vậy, việc nghiên cứu về hệ thống thông tin di động này là thực sự cần thiết và cấp bách. Mục đích của đồ án này là nghiên cứu về tổng quan hệ thống thông tin di động GSM bao gồm các đặc tính và cấu trúc. Nó sẽ giúp cho mọi người có thể hiểu rõ hơn về thông tin di động GSM mà nước mình sử dụng. Xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ vô cùng quý báu về kiến thức và tư liệu của thầy giáo Nguyễn Tài Hưng- Bộ môn Kỹ Thuật Thông Tin- Khoa Điện Tử Viễn Thông- Trường Đại học Bách Khoa Hà Thông tin di động GSM 1 Đồ án tốt nghiệp Nội, người đã trực tiếp hướng dẫn chỉ bảo vô cùng nhiệt tình trong quá trình thực hiên đề tài. Xin trân trọng cảm ơn Các thầy, cô trong bộ môn Kỹ Thuật Thông Tin, Khoa Điện Tử Viễn Thông trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, gia đình và toàn thể bạn bè đã tạo điều kiện nghiên cứu và giúp đỡ để em có thể hoàn thành bản đồ án này. Thông tin di động GSM 2 Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC Trang L i nói đ uờ ầ 1 Ph l cụ ụ 4 Các t vi t t t trong báo cáo:ừ ế ắ 4 Ph n I: Thông tin di đ ng gsmầ ộ 8 I. l ch s GSMị ử 9 SMG 7 : tr m di ngạ độ 12 Mã hoá tho i bán t c c xác nhạ ố đượ đị 12 Các m c công su t th p th c hi n Microcellứ ấ ấ để ự ệ 12 II. H th ng GSMệ ố 17 6.1 Mã hoá tho iạ 21 6.2 Mã hoá kênh 25 6.3 Vocoder 27 6.4 Mã hoá lai ghép 28 III. C u trúc m ng thông tin di ng Gsmấ ạ độ 36 2.1 H th ng chuy n m ch (SS).ệ ố ể ạ 40 2.2. H th ng con tr m g c BSS.ệ ố ạ ố 43 2.3. Tr m di ng MSạ độ 49 2.4. H th ng con khai thác OSS.ệ ố 50 ph n ii : giao di n vô tuy n trong h th ng thông tin di ầ ệ ế ệ ố đ ng gsmộ 52 I. Các khái ni m trong giao di n vô tuy nệ ệ ế 52 2.1 Phân lo iạ 57 2.2. T h p các kênhổ ợ 60 II. các ch c n ng báo hi u trên giao di n vô tuy nứ ă ệ ệ ế 66 1.1. L p báo hi u 1ớ ệ 66 1.2 L p báo hi u 2ớ ệ 68 1.3. L p b o hi u 3ớ ả ệ 68 3.1. MS t t máy ho c ngo i vùng ph c vắ ặ ở à ụ ụ 75 3.2. MS b t máy, tr ng thái r iậ ạ ỗ 75 3.3. MS b nậ 75 3.4. C p nh t v tríậ ậ ị 75 3.5. Th t c nh p m ng ban uủ ụ ậ ạ đầ 77 3.6. Th t c r i m ngủ ụ ờ ạ 77 3.7. Th t c nh p l i m ngủ ụ ậ ạ ạ 78 3.8. ng ký nh kĐă đị ỳ 78 3.9. Tìm g iọ 79 3.10. Cu c g i t m ng c nh n MS.ộ ọ ừ ạ ố đị đế 79 3.11. Cu c g i t MSộ ọ ừ 85 Hình 3.11.3: Cu c g i t MS tr ng h p có OACSUộ ọ ừ ườ ợ 88 3.12 Các tr ng h p Handoverườ ợ 88 K t lu nế ậ 94 T i li u tham kh oà ệ ả 96 Thông tin di động GSM 3 Đồ án tốt nghiệp Phụ lục Các từ viết tắt trong báo cáo: AGCH Acces Grant Chanel Kênh cho phép thâm nhập ARQ Automatic Retransmission Request Yêu cầu phát lại tự động AUC Authentication Center Trung tâm nhận thực BCC Base Station Colour Code Mã mầu trạm gốc BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BER Bit Error Rate Tỷ sè bit lỗi BHCK Busy Hour Call Attempts Số thử gọi ở giờ cao điểm Bm Full Rate TCH TCH toàn gốc BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BSIC Base Station Indentity Code Mã nhận dạng trạm gốc BSS Base Station Subsystem Hệ thống con trạm gốc BSSAP Base Station Application Part Phần ứng dụng trạm gốc BSSMAP Base Station Management Application Part Phần ứng dụng quản lý BSS BSS Base station Sybsystem Hệ thống con trạm gốc BTS Base tranceiver Station Trạm thu phát gốc BTSM BTS Mamagement Quản lý BTS CC Call Control Điều khiển cuộc gọi CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung CCITT International Telegraph & Telephone Consultative Committee Uỷ ban tư vấn quốc tế về điện thoại và điện báo CCSN7 Common Chanel Signalling N7 Báo hiệu kênh chung sè 7 CEPT Conference of European Postal and Telecomunications Hội nghị các cơ quan quản lý bưu chính và viễn thông Châu Âu CDMA Code Division Muitiple Access Đa thâm nhập phân chia theo mã. CGI Cell Global Identity Nhận dạng ô tổng thể CI Cell Identity Nhận dạng ô CIC Circuit Identity Code Mã nhận dạng mạch Thông tin di động GSM 4 Đồ án tốt nghiệp CK Chechk sum Kiểm tra tổng CM Connection Management Quản lý nối thông DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng DPC Destination Point Code Mã điểm nhận DT1 Data Form 1 Dạng số liệu 1 DUP Data User Part Phần người sử dụng số liệu FACCH Fast Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết nhanh FDMA Frequency Division Multiple Access Đa thâm nhập phân chia theo tần số FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước GMSC Gateway MSC MSC cổng GMSK Gaussian Minimum Shift Keying Khóa chuyển pha cực tiểu Gausơ GP Gard Period Khoảng bảo vệ GS Group Switch Chuyển mạch nhóm GSD Group Switch Device Thiết bị chuyển mạch nhóm GSM Group Special Mobile or Global System for Mobile Communication Nhóm chuyên trách di động hay hệ thống thông tin di động toàn cầu GSS Group Switch Subsystem Hệ thống con chuyển mạch nhóm GT Global Title Tên toàn cầu HLR Home Location Register Bé ghi định vị thường trú IMEI International Mobile Equipment Identity Nhận dạng thiết bị trạm di động Quốc tế IMSI International Mobile Station Identity Nhận dạng trạm di động Quốc tế ISDN Intergrated Services Digital Network Mạng số liên kết đa dịch vụ ISUP ISDN User Part Phần người sử dụng ISDN ITU-R International Telecommuni- cations Union Radio Sector Liên minh viễn thông Quốc tế - bộ phận vô Thông tin di động GSM 5 Đồ án tốt nghiệp tuyến ITU-T International Telecommuni- cation Union - Telecommu- nication Sector Liên minh viễn thông Quốc tế - Bộ phận viễn thông IWF Interworking Function Chức năng tương tác Kc Ciphering Key Khoá mật mã Ki Subscriber Authentication key Khoá nhận thực thuê bao LA Location Area Vùng định vị LAI Location Area Identity Nhận dạng vùng định vị LAC Location Area Code Mã nhận dạng vùng định vị LAPD Link access procedures on D channel Các thủ tục thâm nhập đường truyền ở kênh D LI Length indicator Chỉ thị độ dài Lm Half Rate TCH TCH bán tốc MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động ME Mobile Equipment Thiết bị di động MM Mobility Management Quản lý di động MS Mobile station Trạm di động, máy di động MSC Mobile Services switching center Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSIN Mobile station Identity number S nhận dạng trạm di động MSISDN Mobile station ISDN number Sè ISDN trạm di động MT Mobile termination Kết cuối di động MTP Message Trasfer part Phần truyền bản tin MTS Mobile Telephone subsystem Hệ thống con điện thoại di động NMS Network Management sybsystem Hệ thống con quản lý mạng O&M Operation and Maintenance Khai thác và bảo dưỡng OMC Operation and Maintenance center Trung tâm khai thác và bảo dưỡng OMS Operation and Maintenance system Hệ thống khai thác và bảo dưỡng OPC Originationg point Code Mã điểm khởi đầu Thông tin di động GSM 6 Đồ án tốt nghiệp OSI Open System interconnection Kết nối hệ thống mở OSS Operation and Support System Hệ thống khai thác và hỗ trợ PAD Packet Assembly/ Disassembly Đóng/ mở gói PCD Pulse code Device Thiết bị mã hoá xung PCD-D Pulse Code Device - Digital Thiết bị mã hoá xung-số PCH Paging Channel Kênh nhắn tin PCM Pulse Code Modulation Điều xung mã PIN Personal Identity Number Số nhận dạng cá nhân PLMN Public Land Mobile network Mạng di động mặt đất công cộng PSPDN Packet switched public Data network Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói PSTN Public switched Telephone network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng. RACH Random Access Channel Kênh thâm nhập ngẫu nhiên RAND Random number Số ngẫu nhiên RR Radio Resource Management Quản lý tiềm năng vô tuyến RPE-LTP Regular pulse Excitation- Long term prediction Kích thích xung đều- tiền định thời gian dài Rx Receiver Máy thu SACCH Slow Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết chậm SAPI Service Access Point Indicator Chỉ thị điểm thâm nhập dịch vụ SCCP Signalling Connection control part Phần điều khiển nối thông báo hiệu SCH Synchronization Chanel Kênh đồng bộ SDCCH Stand alone Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng độc lập. SECA Semi - Permanent Connection Nối thông tin bán cố định SID Silence Descriptor Flag Cờ chỉ thị im lặng SIM Subscriber Identity Module Môdun nhận dạng thuê Thông tin di động GSM 7 Đồ án tốt nghiệp bao SIO Service Information Octet Byte thông tin dịch vụ SL Signalling Link Đường nối báo hiệu SN Subscriber Number Số thuê bao SNR Serial Number Sè seri máy SP Signalling Point Điểm báo hiệu SRES Signed Response Mật khẩu SS Switching Sybsystem Hệ thống con chuyển mạch ST Signalling Terminal Đầu cuối báo hiệu STP Signalling Transfer Point Điểm chuyển báo hiệu TA Timing Advance Định thời trước TAF Terminal Adaptation Function Chức năng thích ứng đầu cuối TB Tail Bit Bit đuôi TC Transaction Capability Khả năng dao dịch TCAP Transaction Capalbility Apllication Part Phần ứng dụng khả năng dao dịch TCH Traffic Channel Kênh lưu lượng TDMA Time Division Multiple access Đa thâm nhập phân chia theo thời gian TG Transceiver Group Nhóm thu phát TMSI Temporaty mobile station identity Nhận dạng trạm di động tạm thời TRAU Transcoder and rate adaptation Unit Khối chuyển mã và thích ứng tốc độ TRX Transceiver Máy thu phát TS Time Slot Khe thời gian TUP Telephone User part Phần người sử dụng điện thoại Tx Trasmitter Máy phát UP User part Phần người sử dụng VAD Voice Activity Detection Phần hiện hoạt động tiếng VLR Visiting location register Bé ghi định vị tạm trú. Phần I: Thông tin di động gsm Thông tin di động GSM 8 Đồ án tốt nghiệp I. lịch sử GSM 1. Thông tin di động Thuật ngữ thông tin di động đã có từ lâu và được hiểu là có thể cung cấp một cách lưu động tín hiệu trong quá trình thông tin. Thông tin di động có thể thực hiện được nhiều dịch vụ di động như : thoại, truyền số liệu, Fax, nhắn tin…Trước đây mạng lưới thông tin di động chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực quân sự, ngày nay đã đựơc thương mại hoá và được đưa vào sử dụng rộng rãi. Thông tin di động từ những lúc sơ khai với phương pháp thông tin điểm - điểm rồi đến điện thoại không dây …với các loại hình này đều có các đặc tính chung là phục vụ cho nhu cầu mở rộng mạng cố định qua hệ thống vô tuyến. Bước phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động là tạo ra từ một mạng nhỏ có số thuê bao hạn chế đến nay càng được mở rộng phạm vi hoạt động. Những năm 80 của thế kỉ 20 các hệ thống thông tin di động tế bào đã được nghiên cứu và ứng dụng khai thác. Với hệ thống này, vùng phục vụ thông tin được chia thành các ô (cell) nhỏ, mỗi cell có một trạm thu phát (TRX) đảm nhiệm. Toàn bộ hệ thống có một hay nhiều bộ chuyển mạch điều hành và chúng được kết nối với nhau thành một mạng thống nhất , cho phép các cuộc gọi Thông tin di động GSM 9 Đồ án tốt nghiệp được chuyển vùng từ cell này đến vùng của cell khác ,từ nước này đến nước khác. 2. Lịch sử GSM Thông tin di động được ứng dụng cho nghiệp vụ cảnh sát từ thập kỉ 20 của thế kỉ 20 ở băng tần 2M. Sau thế chiến thứ hai (1939-1945) mới xuất hiện thông tin di động điện thoại dân dụng với kỹ thuật FM ở băng sóng150M. Năm 1948, một hệ thống thông tin di động hoàn toàn tự động đầu tiên ra đời ở Richmond, Indiana (Mỹ) . Từ những năm 60 , kênh thông tin di động có dải tần số 30Khz với kỹ thuật FM băng tần 450Mhz xuất hiện đưa hiệu xuất sử dụng phổ tần tăng gấp bốn lần so với cuối thế chiến thứ hai. Quan niệm về celluer bắt đầu từ cuối những năm 40 của thế kỉ 20 với Bell thay cho mô hình quảng bá M7 có công suất lớn và anten đặt cao, là những cell co diện tích bé có BTS công suất nhỏ, khi các cell ở cách nhau đủ xa thì có thể sử dụng lại tần số. Tháng 12/1971 đưa ra hệ thống celluer kỹ thuật tương tự, dải tần 850M. Đầu những năm 90 của thế kỉ 20 thế hệ đầu tiên của thông tin di động tế bào đã bao gồm hàng loạt các hệ thống ở các nước khác nhau. Tuy nhiên các hệ thống này không thoả mãn được nhu cầu ngày càng tăng về dung lượng. Mặt khác các tiêu chuẩn hệ thống không tương thích nhau làm cho sự chuyển giao không đủ rộng nh mong muốn. Những vấn đề trên đặt ra cho hệ thống thông tin di động tế bào thế hệ 2 phải lựa chọn giải pháp kỹ thuật : kỹ thuật tương tự hay kỹ thuật số. Sử dụng kỹ thuật số có những ưu điểm sau:  Sử dụng kỹ thuật điều chế số tiên tiến nên hiệu xuất sử dụng phổ tần cao hơn. Thông tin di động GSM 10 [...]... giao din thuờ bao) v mt th (card) v ó cú th ho mng thụng tin di ng v cú th thc hin v nhn tt c cỏc cuc gi Chuyn vựng trong nc : Dch v ny giỳp cỏc thuờ bao di ng nhn v thc hin cuc gi ti 61/61 tnh v thnh ph trờn ton quc Thụng tin di ng GSM 14 ỏn tt nghip Hin th s thuờ bao ch gi: Dch v ny giỳp thuờ bao di ng thy c s in thoi trờn mn hỡnh mỏy di ng Cm hin th s thuờ bao ch: Dch v ny khin ngi m thuờ bao. .. thoi : Dch v ny giỳp thuờ bao di ng luụn gi c liờn lc ngay c khi mỏy in thoi ca thuờ bao di ng ht pin hay ngoi vựng ph súng Khi thuờ bao di ng khụng th tr li in thoi , ngi gi cú th nhn livo hp th ca thuờ bao di ng v sau ú thuờ bao di ng cú th s dng in thoi di ng ca mỡnh hoc bt c in thoi no nghe li tin nhn ó c ghi Dch v truyn Fax: Dch v cho phộp thuờ bao di ng gi i mt bn tin Fax bng cỏch kt ni trc... cao bi a khe thi gian GSM l h thng thụng tin di ng ton cu vi tiờu chun vin thụng t bo k thut ton chõu u s gii quyt dung lng hin nay Thc cht dung lng s tng 2 n 3 ln nh vic s dng tn s tt hn v k thut ụ nh , do vy s thuờ bao di ng s tng lờn rt nhiu Tiờu chun GSM c thit k cú th kt hp vi ISDN v tng thớch vi mụi trng di ng H thng Thụng tin di ng GSM 12 ỏn tt nghip thụng tin di ng GSM bt u phỏt trin vo... mt bn tin Fax bng cỏch kt ni trc tip mỏy vi tớnh v mỏy in thoi di ng Dch v truyn d liu : Dch v ny cho phộp thuờ bao di ng truyn d liu i bng cỏch kt ni trc tip mỏy vi tớnh v mỏy in thoi di ng Thụng tin di ng GSM 15 ỏn tt nghip Dch v nhn tin ngn: Dch v ny giỳp thuờ bao di ng gi i nhng bn tin nhn di dng ch vit trong nhng tỡnh hung khụng tin núi trờn in thoi, vớ d ang ni n o , hay khụng mun ngi khỏc... nhng thụng tin hu ích trờn din thoi di ng nh t giỏ hi oỏi, tin th thao, d bỏo thi tit, cỏc trng trỡnh gii trớ, tin tc thi s, thụng tin v th trng chng khoỏn, lch bay, kt qu s x c bit thuờ bao di ng cú th kim tra gi v nhn Emaill t in thoi di ng ca mỡnh (dch v ny s c cung cp trong thi gian ti) II H thng GSM 1 c tớnh ca mng thụng tin di ng T cỏc khuyn ngh ca ITU-T v k thut khai thỏc h thng GSM ta cú th... cú th tng hp nờn cỏc c tớnh ca thụng tin di ng nh sau: o S lng ln cỏc dch v v tin ích cho cỏc thuờ bao c trong thụng tin thoi v truyn d liu Thụng tin di ng GSM 17 ỏn tt nghip o S tng thớch ca cỏc dch v trong GSM vi cỏc dch v ca mng sn cú bi cỏc giao din theo tiờu chun chung o T ng cp nht v trớ v nh v cho mi thuờ bao di ng o linh hot cao nh s dng cỏc loi mỏy di ng u cui khỏc nhau nh mỏy xỏch tay,... ti khụng thy c s thuờ bao ca mỏy ny trờn mn hỡnh mỏy di ng Dch v gi cuc gi : Dch v ny giỳp thuờ bao di ng t cuc gi ch ch v gi ti mt s mỏy khỏc Dch vụ ch cuc gi: Dch v giỳp thuờ bao di ng tr li cuc in thoi th hai ngay c trong lỳc thuờ bao di ng ang núi chuyn vi ngi gi th nht Dch v chuyn tip cuc gi: Dch v giỳp thuờ bao di ng chuyn cuc gi ti mt s mỏy khỏc khi mỏy ca thuờ bao di ng bn ngoi vựng ph... Hìnhcelluler Khối điện thoại di động GSM trúc 6.4.5 : H thng vụ tuyn trong GSM lm vic trong mt bng tn hp, di tn GSM c bn t 890 960 Bng tn ny c chia lm hai phn: Bng tn lờn (uplink Band) : vi di tn t 890 915 Mhz cho cỏc kờnh vụ tuyn t trm di ng ti h thng trm gc Bng tn xung (Downlink Band) vi di tn t 935 960 Mhz cho cỏc kờnh vụ tuyn ca GSM c bn c chia thnh hai bng súng, mi bng cú rng 25 Mhz bao gm 124 súng mang... thuờ bao ti Vit Nam cũn thuờ bao phi tr cc cho phn nh tuyn li cuc gi ti Vit Nam Bờn cnh ú cỏc trung tõm dch v khỏch hng ti Vit Nam H Ni - Nng Thnh ph H Chớ Minh cng l nhng a ch tin cy khỏch hng cú th ti ng ký dch v, c Thụng tin di ng GSM 16 ỏn tt nghip hng dn v gii ỏp tt c cỏc thc mc v mỏy di ng v dch v sa cha v bỏn hng Nhn tin qung bỏ: Dch v ny cung cp min phớ cho thuờ bao Vi dch v ny thuờ bao di. .. ú v nú c ỏnh giỏ l t bo ó dch chuyn Thụng tin di ng GSM 35 ỏn tt nghip III Cu trỳc mng thụng tin di ng Gsm 1 Cu trỳc a lý Mi mng in thoi cn mt cu trỳc nht nh nh tuyn cỏc cuc gi vo tng i cn thit v cui cựng n thuờ bao b gi, mt mng di ng cu trỳc ny rt quan trng do tớnh lu thụng ca cỏc thuờ bao trong mng Vựng mng Tng i vụ tuyn cng GMSC cỏc ng truyn gia mng GSM/ PLMN v mng PSTN/ISDN khỏc hay cỏc mng PLMN . vậy, việc nghiên cứu về hệ thống thông tin di động này là thực sự cần thiết và cấp bách. Mục đích của đồ án này là nghiên cứu về tổng quan hệ thống thông tin di động GSM bao gồm các đặc tính và cấu trúc. . hoạt động tiếng VLR Visiting location register Bé ghi định vị tạm trú. Phần I: Thông tin di động gsm Thông tin di động GSM 8 Đồ án tốt nghiệp I. lịch sử GSM 1. Thông tin di động Thuật ngữ thông. di động Từ các khuyến nghị của ITU-T về kỹ thuật khai thác hệ thống GSM ta có thể tổng hợp nên các đặc tính của thông tin di động nh sau: o Số lượng lớn các dịch vụ và tiện Ých cho các thuê bao cả