tìm hiểu mạng di dộng GSM và lộ trình phát triển từ mạng DI ĐỘNG từ THẾ hệ 2,5g lên 3g

ĐẠI HỌC THÁI NGUYấN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỀ TÀI THỰC TẬP TỐT NGHIỆP “ TÌM HIỂU VỀ MẠNG DI ĐỘNG GSM VÀ LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG DI ĐỘNG TỪ THẾ HỆ 2,5G LấN 3G ” Thầy giáo hướng dẫn: Ths Vũ Thành Vinh Sinh viên thực hiện: Lý Xuõn Hũa Lớp: CĐ Điện tử viễn thông K6A Thỏi Nguyên, tháng 11 năm 2010 LỜI NÓI ĐẦU Thông tin di động hiện nay đã trở thành một dịch vụ kinh doanh không thể thiếu được của tất cả các nhà khai thác viễn thông. Đối vơớ cỏc khách hàng viễn thông nhất là đối với với các nhà doanh nghiệp thì thông tin di động trở thành một phương tiện quen thuộc. Các dịch vụ thông tin di động đang phát triển cho mọi đối tượng khách hàng viễn thông, cùng với sự phát triển của đất nước công nghệ thông tin cũng có những bước phát triển tuyệt vời với sự phát triển của các nghành khác như: điện tử, tin học, quang học công nghệ viễn thông đã và đang mang đến cho con người những ứng dụng trong tất cả các nghành kinh tế, giáo dục, văn học, y học, thông tin quảng bỏ… Cỏc quốc gia đều coi viễn thông tin học là những nghành mũi nhọn và được đầu tư thích đáng trong nghiên cứu và trong ứng dụng công nghệ thông tin làm đòn bẩy để kích thích sự phát triển của nghành kinh tế quốc dân khác. Đi cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin thì thông tin di động hiện nay đang được phát triển tăng cường bằng cách đưa thờm cỏc dịch vụ mới như thông tin số liệu tốc độ cao, hình ảnh tốc độ thấp, hình ảnh tốc độ đủ để phục vụ cho truyền hỡnh… Để làm được điều này thông tin di động số băng hẹp đang được chuyển vào thông tin di động số băng rộng ở một số nước phát triển trên thế giới số thuê bao di động đã chiếm 70% tổng thuê bao, còn ở nước ta số thuê bao di động đã chiếm trên 10% tổng số thuê bao. Mạng thông tin di động tổ ong số hiện đại theo tiêu chuẩn GSM đang được khai thác rất hiệu quả. Mạng di động là mạng có sư tổ hợp hoàn chỉnh của nhiêu công nghệ tiên tiến và thuật toán lý thuyết hiện đại như kỹ thuật định vị, xử lý tiếng nói, điều chế số, xử lý tín hiệu số… Đề tài này của em chỉ nhằm mục đích tìm hiểu tổng quan về mạng thông di động GSM và lộ trình phát triển hệ thống thông tin di động thế hệ 2,5G lên 3G… Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 2 1.1. Lịch sử mạng thông tin di động Năm 1946, hệ thống điện thoại di động thương mại đầu tiên đã được đưa vào hoạt động ở thành phố Saint Louis- Hoa Kỳ, sử dụng băng tần 150 MHz với khoảng cách kênh là 60 KHz và số lượng kênh bị hạn chế chỉ tới 3. Tuy nhiên dịch vụ này vừa chỉ mới bắt đầu thì những nhược điểm cố hữu của nó đã bộc lộ. Tất nhiên nhược điểm chính là do những nguyên nhân về can nhiễu cùng kênh nên đòi hỏi phải phân cách về mặt vật lý quá lớn. Năm 1947, phòng thí nghiệm điện thoại Bell bắt đầu bắt tay vào khảo sát một khái niệm tái sử dụng tần số nhờ sử dụng các tế bào nhỏ (cell) với các máy di động công suất thấp. Các tế bào này có thể liên kết với nhau nhờ sử dụng một máy tính, cho phép thuê bao có thể di động trong khi số lượng thuê bao cùng một lúc gia tăng đáng kể mà hệ thống vẫn có thể phục vụ được. Tuy nhiên, thực tế các nước khác đã đưa mạng tế bào hoạt động như một dịch vụ thương mại trước cả Hoa Kỳ. Mặc dù các dịch vụ mạng tế bào phát triển mạnh, nhưng không hề có khả năng tương hợp giữa các dịch vụ trên phạm vi toàn cầu.Hệ thống ở Hoa Kì dựa trên thiết kế ban đầu của AT&T và Motorola, được gọi là AMPS ( Advanced Mobile Phone Service- dịch vụ điện thoại di động tiên tiến). AMPS được sử dụng ở khoảng 70 nước khác trên thế giới và nó là tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Ngoài ra phải kể đến một số tiêu chuẩn thông dụng khác như: NMT (Nordic Mobile Telephone- điện thoại di động Bắc Âu), TACS (Total Access Communications Service- dịch vụ truyền thông hoàn toàn truy nhập) và hệ thống GSM (Global System for Mobile- hệ thống di động toàn cầu).Hệ thống NMT ban đầu đã được thiết kế cho các mạng tương đối nhỏ gồm 20.000- 30.000 thuê bao và cung cấp 180 kênh, mỗi kênh sử dụng dải thông 25 hoặc 30 KHz trong dải tần 450 MHz. Một thế hệ sau này của NMT cung cấp dung lượng lớn hơn ở dải tần 900 MHz, nó có khả năng cung cấp 1.000 kênh, mỗi kênh sử dụng dải thông 25 KHz hoặc 2.000 kênh, mỗi kênh có dải thông12,5 KHz. Và hiện tại có khoảng 30 nước đã sử dụng hệ thống NMT. Hệ thống TACS được sử dụng ở Châu Âu, Anh Quốc và khoảng vài chục nước khác. Một dạng chuyển hoá của TACS được sử dụng ở Nhật Bản gọi là JTACS, cung cấp 1.320 kênh, mỗi kênh chiếm dải thông 25 KHz. Còn sự ra đời của GSM có thể nói là do các nước khác nhau ở Châu Âu sử dụng các tiêu chuẩn mạng tế bào khác nhau, cho nên cần có một tiêu chuẩn duy nhất để cung cấp khả năng chuyển vùng (Các tiêu chuẩn khác nhau không chỉ sử dụng các giao thức khác nhau mà còn hoạt động ở các tần số khác nhau, vì vậy không thể có tính tương thích toàn cầu). Do vậy hệ thống GSM đã được phát triển như một dịch vụ số hoá hoàn toàn có thể dùng được ở Châu Âu và nhiều nước khác. GSM được thiết kế để làm việc ở băng tần 900 MHz và qui định tám khe thời gian cho mỗi kênh rộng 200 KHz. 3 1.2. Cấu trúc cơ bản của mạng tế bào Về cơ bản, hệ thống điện thoại di động tế bào gồm các máy điện thoại di động trên xe ô tô hoặc xách tay (MS), trạm gốc (BS) và tổng đài di động (MSC- trung tâm chuyển mạch điện thoại di động). Trong đó, máy điện thoại di động bao gồm các bộ thu/phát RF, anten và bộ điều khiển . BS còng bao gồm các bộ thu/phát RF để kết nối giữa máy di động với trung tâm chuyển mạch của hệ thống, anten, bộ điều khiển, đầu cuối số liệu và nguồn cung cấp. Còn MSC bao gồm bộ phận điều khiển, bộ phận kết nối cuộc gọi, các thiết bị ngoại vi và cung cấp chức năng thu thập số liệu cước đối với các cuộc gọi đã hoàn thành. Các thành phần chức năng của mạng được liên kết với nhau thông qua các đường kết nối thoại và số liêụ. Mỗi máy di động sử dụng một cặp kênh thu/phát RF. Vì các kênh lưu lượng không cố định ở một kênh RF nào mà thay đổi thành các tần số RF khác nhau phụ thuộc vào sự di chuyển của máy di động trong suốt quá trình cuộc gọi. Nên cuộc gọi có thể được thiết lập ở bất kỳ một kênh nào đã được xác định trong vùng đó. Cũng từ những quan điểm về hệ thống điện thoại di động mà thấy rằng tất cả các kênh đã được xác định đều có thể bận do được kết nối một cách đồng thời với các máy di động. MSC xử lý các cuộc gọi đi và đến từ mỗi BS và cung cấp chức năng điều khiển trung tâm cho hoạt động của tất cả các BS một cách hiệu quả và để truy nhập vào tổng đài của mạng điện thoại công cộng. Bộ phận điều khiển của MSC có thể nói là trái tim của hệ thống tế bào vì nó sẽ điều khiển, sắp đặt và quản lý toàn bộ hệ thống. Tổng đài MSC kết nối các đường đàm thoại để thiết lập cuộc gọi giữa các máy thuê bao di động với nhau hoặc các thuê bao cố định với các thuê bao di động và trao đổi các thông tin báo hiệu đa dạng qua đường số liệu giữa MSC và BS. Các thông tin thoại và báo hiệu giữa máy di động và BS được truyền đi qua kênh RF, các đường kết nối thoại và số liệu cố định được sử dụng để truyền các thông tin thoại và báo hiệu giữa BS và MSC. 1.3. Phương pháp truy nhập kênh trong thông tin di động 1.3.1 Kỹ thuật ghép kênh (Multiplexing): Để làm tăng dung lượng của dải vô tuyến dùng trong một lĩnh vực nào đó, chẳng hạn như trong thông tin di động thì người ta phải sử dụng kỹ thuật ghép kênh. Hiện nay có rất nhiều loại ghép kênh, nhưng ba hình thức thông dụng nhất là: • FDMA (Frequency Division Multiple Access- Đa truy nhập phân chia theo tần số). • TDMA (Time Division Multiple Access- Đa truy nhập phân chia theo thời gian). • CDMA (Code Division Multiple Access- Đa truy nhập phân chia theo mã). 4 Liên quan đến việc ghép kênh là dải thông mà mỗi kênh hoặc mỗi mạch chiếm trong một băng tần nào đó. Trong mỗi hệ thống ghép kênh đều sử dụng khái niệm đa truy nhập, điều này có nghĩa là các kênh vô tuyến được nhiều thuê bao dùng chung chứ không phải là mỗi khách hàng được gán cho một tần số riêng. 1.3.2 Đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA): Đối với các hệ thống tế bào hiện đang sử dụng kỹ thuật ghép kênh FDMA, đều chia toàn bộ băng tần được phân phối cho một nhà khai thác mạng tế bào (Khoảng 25 MHz) thành các kênh rời rạc. Vì mỗi kênh thường có độ rộng dải là 30 KHz, cho nên hệ thống có tất cả 832 kênh khả dụng. Mỗi cuộc đàm thoại cần sử dụng hai tần số, cho nên mỗi nhà khai thác có 416 cặp tần số khả dụng. Mỗi cặp có thể gán cho một thuê bao mạng tế bào vào bất kỳ lúc nào. Thiết bị di động sử dụng kỹ thuật FDMA Ýt phức tạp hơn so với các thiết bị sử dụng các kỹ thuật ghép kênh khác và giá thành rẻ hơn. Tuy nhiên, do mỗi kênh cần dùng một máy phát và một máy thu riêng biệt. Cho nên FDMA đòi hỏi rất nhiều thiết bị tại vị trí trạm gốc. Kỹ thuật FDMA có khả năng sử dụng được với cả các hệ thống truyền dẫn số (Digital) lẫn các hệ thống truyền dẫn tương tự (Analog). Sau đây là minh hoạ về kỹ thuật FDMA sử dụng cho hệ thống tế bào analog ở Hoa Kỳ: Tho¹i 30 KHz kªnh 1 analog . . 30 KHz kªnh 832 . Tho¹i analog Hình 1. FDMA Như vậy, mỗi kênh chiếm dải thông và đáp ứng cho một cuộc đàm thoại. Tần số của mỗi kênh tuy khác nhau nhưng nhiều máy vô tuyến có thể truy nhập tới được. 1.3.3 Đa truy cập phân chia theo thời gian ( TDMA): 5 Với TDMA mỗi kênh vô tuyến được chia thành các khe thời gian. Từng cuộc đàm thoại được biến đổi thành tín hiệu số và sau đó được gán cho mét trong những khe thời gian này. Số lượng khe trong một kênh có thể thay đổi bởi vì nó là một nhiệm vụ của thiết kế hệ thống. Có Ýt nhất là hai khe thời gian cho một kênh, và thường thì nhiều hơn, điều đó có nghĩa là TDMA có khả năng phục vụ số lượng khách hàng nhiều hơn vài lần so với kỹ thuật FDMA với cùng một đại lượng dải thông như vậy. TDMA là một hệ thống phức tạp hơn FDMA, bởi vì tiếng nói phải được số hoá hoặc mã hoá, sau đó được lưu trữ vào một bộ nhớ đệm để gán cho mét khe thời gian trống và cuối cùng mới phát đi. Do đó việc truyền dẫn tín hiệu là không liên tục và tốc độ truyền dẫn phải lớn hơn vài lần tốc độ mã hoá. Ngoài ra, do có nhiều thông tin hơn chứa trong cùng một dải thông nên thiết bị TDMA phải được sử dụng kỹ thuật phức tạp hơn để cân bằng tín hiệu thu nhằm duy trì chất lượng của tín hiệu. (1) Bé biÕn ®æi A/D (2) Bé biÕn ®æi A/D (3) Bé biÕn ®æi A/D (4) Bé biÕn ®æi A/D (5) Bé biÕn ®æi A/D (6) Bé biÕn Hình 2. TDMA ®æi A/D 30 kHz kªnh 1 . . . 30 kHz kªnh 832 1.3.4 Đa truy cập phân chia theo mã (CDMA): Trong kỹ thuật CDMA, tín hiệu mang tin ( ví dụ như tiếng nói) được biến đổi thành tín hiệu digital, sau đó được trộn với một mã giống như mã ngẫu nhiên. Tín hiệu tổng cộng, tức tiếng nói cộng với mã giả ngẫu nhiên, khi đó được phát trong một dải tần rộng nhờ một kỹ thuật gọi là trải phổ. Không giống FDMA hay TDMA, truyền dẫn trải phổ mà CDMA sử dụng đòi hỏi các kênh có dải thông tương đối rộng (Thường là 1,25 MHz). Tuy nhiên theo tính toán lý thuyết thì CDMA có thể chứa được số thuê bao lớn gấp khoảng 20 lần mà FDMA có thể có trong một dải thông tổng cộng như nhau . 6 (1) Bé biÕn ®æi A/D T¹o m· (20) Bé biÕn ®æi A/D T¹o m· 1,25 MHz kªnh 1 . . . (1) (20) Bé biÕn ®æi A/D T¹o m· Bé biÕn ®æi A/D T¹o m· Hình 3. CDMA 7 1,25 MHz kªnh 20 Chương 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG DI ĐỘNG GSM 2.1. Cấu trúc mạng GSM SS AUC AUC ISDN ISDN VLR VLR HLR HLR PSPDN PSPDN CSPDN CSPDN EIR EIR MSC MSC BSS PSTN PSTN BSC BSC BTS BTS PLMN PLMN MS MS Hình 4. Sơ đồ cấu trúc mạng GSM OSS : Hệ thống khai thác và hỗ trợ AUC : Trung tâm nhận thực HLR : Bé ghi định vị thường trú MSC : Tổng đài di động BSS : Hệ thống trạm gôc BSC : Đài điều khiển trạm gốc PSPDN: Mạng chuyển mạch gói công cộng PSDN : Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng SS : Hệ thống chuyển mạch VLR : Bé ghi định vị tạm trú EIR : Thanh ghi nhận dạng thiết bị BTS : Đài vô tuyến gốc MS : Trạm di động ISDN : Mạng số liên kết đa dịch vụ CSPDN : Mạng chuyển mạch số công cộng theo mạch PLMN : Mạng di động mặt đất công cộng 8 OSS OSS 2.2. Các khối chức năng 2.2.1 Hệ thống con chuyển mạch SS: Hệ thống con chuyển mạch bao gồm chức năng chuyển mạch chính của mạng GSM cũng như việc lưu trữ các cơ sở dữ liệu cần thiết về số liệu và quản lý di động của thuê bao. Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác.  Trung tâm chuyển mạch di động –MSC: MSC thực hiện nhiệm vụ điều khiển, thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác Thực hiện giao diện với hệ thống con BSS và giao diện với các mạng ngoài.  Bé ghi định vị thường trú –HLR: HLR lưu trữ mọi thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông, kể cả vị trí hiện thời của MS. HLR nhận dạng thông tin do AUC cung cấp  Bé ghi định vị tạm trú –VLR: VLR là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng GSM, nó được nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu của các thuê bao hiện đang nằm trong miền phục vụ của MSC. Đồng thời lưu trữ số liệu về vị trí của các thuê bao tren ở mức độ chính xác hơn HLR  Trung tâm nhận thực –AUC: Trung tâm nhận thực lưu giữ về nhận thực thuê bao, nó chịu trách nhiệm xử lý nhận thực và tạo biện pháp bảo mật trong các cuộc gọi AUC là bộ phận phần cứng trong HLR, cho phép bám và ghi lại các cuộc gọi, chống nghe trộm, nó được thay đổi riêng cho từng thuê bao.  Thanh ghi nhận dạng thiết bị –EIR: EIR được nối với một MSC thông qua đường báo hiệu riêng, nó cho phép MSC kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị di động. Hay EIR lưu trữ thông tin về IMEI và tổ chức danh sách IMEI như sau: + Danh sách trắng: gồm các IMEI hợp lệ + Danh sách xám: gồm các IMEI bị mất cắp 9 + Danh sách đen: gồm các IMEI của các di động bị lỗi hoặc không kết nối được vói mạng GSM hiện tại. 2.2.2 Trạm di động MS: MS là một đầu cuối di động, có thể đặt trên ô tô hay xách tay. Tại GSM có một khối nhỏ gọi là modun nhận dạng thuê bao SIM, là một khối vật lý tách riêng chẳng hạn là một IC Card còn gọi là card thông minh SIM cung với thiết bị trạm hợp thành trạm di động. Không có SIM, MS không thể thâm nhập đến mạng trừ trường hợp gọi khẩn. Khi liên kết đăng ký thuê bao với card SIM chứ không phải với MS. Đăng ký thuê bao có thể có thể sử dụng trạm MS khác như của chính mình. Điều này làm nẩy sinh vấn đề MS bị lấy cắp, vì không có biện pháp để chặn đăng ký thuê bao nếu bị lấy cắp thì khi đó sẽ cần một cơ sở dữ liệu chứa số liệu phần cứng của thiết bị: thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR (nhưng hiện nay ở Việt Nam thì người ta không dùng thiết bị này nữa bởi vì khi có EIR thì nó yêu cầu máy có chỉ tiêu chất lượng tốt. Do kinh tế thị trường thì không phải ai cũng có thể mua một máy có chất lượng đạt yêu cầu ). EIR được nối Với MSC qua một đường báo hiệu. Nó cho phép MSC kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị. Bằng cách này có thể cho mét MS không được thâm nhập. 2.2.3 Hệ thống con trạm gốc BSS: Hệ thống con trạm gốc BSS được hiểu như hệ thống vô tuyến: cung cấp và quản lý đường truyền vô tuyến giữa máy di động và tổng đài MSC. Gồm:  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 xa BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu là lệnh Ên định, giải phóng kênh vô tuyến và chuyển giao. Một phía BSC được nôí với BTS còn phía kia nối với MSC của SS. Trong thực tế BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể. Vai trò chính của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao. Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa BTS và BSC là giao diện Abit. 10  Trạm thu phát gốc BTS: BTS là thiết bị trung gian giữa GSM và thuê bao di động, trao đổi thông tin với MS thông qua giao diện vô tuyến Um. BTS bao gồm các thiết bị như: Anten thu phát, thiết bị xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến. BTS dưới sự điều khiển của một BSC có thể kết nối theo nhiều đường khác nhau.  Bộ chuyển đổi mã thích ứng tốc độ TRAU: TRAU là thiết bị mà quá trình mã hóa và giải mã đặc thù riêng cho mạng GSM được tiến hành. TRAU là một bộ phận của BTS nhưng cũng có thể đặt nó cách xa BTS và thậm chí trong nhiều trường hợp nó được đặt giữa BSC và MSC. 2.2.4 Hệ thống khai thác và bảo dưỡng OSS: OSS gồm một số OMC dùng để theo dõi và bảo trì hoạt động của MSC, BTS, BSC. Gồm các chức năng chính sau: Chức năng khai thác và bảo dưỡng: - Khai thác: Giám sát toàn bộ chất lượng dịch vụ (tải lưu lượng, mức độ nghẽn, số lượng chuyển giao…)để kịp thời xử lý các sự cố. Khai thác bao gồm cả việc thay đổi cấu hình để giải quyết các vấn đề hiện tại, để tăng lưu lượng, tăng diện tích phủ sóng. - Bảo dưỡng: có nhiệm vụ phát hiện, định vị, sửa chữa các sự cố và hỏng hóc. Nó liên quan chặt chẽ với khai thác. Quản lý thuê bao - Bao gồm cả các hoạt động như: đăng ký thuê bao, nhập thuê bao vào mạng hay loại bỏ thuê bao ra khỏi mạng. Đăng ký các dịch vụ và các tính năng bổ sung. Ngoài ra nó còn có nhiệm vụ tính cước cuộc gọi. Quản lý thuê bao do HLR và một số thiết bị OSS chuyên dụng đảm nhiệm. Sim Card đóng vai trò quan trọng cùng với OSS trong việc quản lý các thuê bao. - Quản lý các thiết bị tự động được thực hiện bởi EIR. EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm di động MS. EIR được nối với MSC để kiểm tra sự hợp lệ của các thuê bao. 11 2.3. Cấu trúc địa lý của mạng Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định để định tuyến các cuộc gọi vào tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi, ở một mạng di động cấu trúc này rất quạn trọng do tính lưu thông của các thuê bao trong mạng. Vùng mạng: Tổng đài vô tuyến cổng GMSC kết nối các đường truyền giữa mạng GSM/PLMN và mạng PSTN/ISDN khác hay các mạng PLMN khác sẽ ở mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế. Tất cả các cuộc gọi vào cho mạng GSM sẽ được định tuyến đến một hay nhiều tổng đài vô tuyến cổng GMSC. Vùng phục vụ MSC/VLR: Vùng MSC là một bộ phận của mạng được một MSC quản lý. Để định tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động, đường truyền qua mạng sẽ được nối đến MSC ở vùng phục vụ MSC nơi thuê bao đang ở. Vùng phục vụ như là một bộ phận của mạng được định nghĩa như một vùng mà ở đó có thể đạt đến trạm di động nhờ việc MS này được ghi lại ở một bộ định vị khác (VLR). Một vùng mạng GSM được chia thành một hay nhiều vùng phục vụ MSC/VLR. Vùng định vị (LA-location Area): Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị. Vùng định vị là một phần của 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 có thể có một số cell và phụ thuộc vào một hay vài BSC nhưng nó chỉ phụ thuộc vào một MSC/VLR. Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử dụng nhận dạng vùng định vị LAI. Vùng định vị được hệ thống sử dụng để tìm một thuê bao đang ở trạng thái hoạt động. Ô (cell): Vùng định vị được chia thành một số ô, là một vùng bao phủ vô tuyến được nhận dạng bằng nhận đạng ô toàn cầu (CGI). 12 Trạm di động tự nhận dạng một ô bằng cách sử dụng mã nhận dạng trạm gốc (BSIC). 2.4 Các loại kênh trong GSM Trong mạng di động GSM có 2 loại kênh: - Kênh lưu lượng (TCH Traffic Channel) - Kênh điều khiển (CCH Control Channel) 2.4.1 Kênh lưu lượng: - Là kênh mang thông tin thoại và dữ liệu được mã hóa của người sử dụng, đây là kênh ở cả 2 đường lên và xuống, truyền từ điểm tới điểm. - Có 2 loại kênh lưu lượng: + Kênh toàn tốc (FR): người dùng chiếm hoàn toàn một khe thời gian ở các khung liên tiếp. + Kênh bán tốc (HR): ở kênh này khe thời gian được phân cách khung 2.4.2 Kênh điều khiển:  Các kênh điều khiển quảng bá (BCCH): + Kênh hiệu chỉnh tần số FCCH mang thông tin của hệ thống để điều chỉnh tần số cho MS + Kênh đồng bộ SCH mang thông tin đồng bộ khung cho MS và mã nhận dạng trạm BTS + Kênh điều khiển quảng bá BCCH mang các thông tin của hệ thống như số LAI, các thông tin của ô.  Các kênh điều khiển chung (CCCH): + Kênh tìm gọi PCH: dùng để phát thông báo tìm gọi MS , là kênh dùng cho đường xuống + Kênh truy cập ngẫu nhiên RACH: là kênh mà MS sử dụng để yêu cầu cung cấp một kênh DCCH, trả lời thông báo tìm gọi, thực hiện các thủ tục khởi đầu khi đăng ký cuộc gọi, là kênh đường liên kết nối điểm- đa điểm. + Kênh trợ giúp truy cập AGCH: là kênh theo chiều xuôi, bản tin CCCH cuối cùng gửi từ trạm BTS trước khi MS ngắt khối kênh điều khiển.  Các kênh điều khiển riêng DCCH: + Kênh điều khiển riêng đứng đơn lẻ SDCCH dùng để báo hiệu hệ thống khi thiết lập cuộc gọi trước khi Ên định một kênh TCH, là kênh dùng cho cả đường lên và xuống, kết nối điểm-điểm. 13 + Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH là kênh số liệu liên tục mang thông tin đo đạc từ MS về cường độ tín hiệu nhận, chất lượng thu… + Kênh điều khiển liên kết nhanh FSCCH liên kết với một kênh TCH theo chế độ “lấy lén”. Khi tốc độ thông tin cần trao đổi lớn hơn nhiều khả năng của SACCH thì hệ thống sẽ “lấy lén” một côm 20ms của TCH. 2.5. Kiến trúc vô tuyến của GSM Dải tần phát ngược (từ MS tới BTS) 25 MHz: từ 890 - 915 MHz Dải tần phát xuôi (từ BTS tới MS) 25 MHz: từ 935 - 960 MHz Do không bị lệ thuộc vào khung kĩ thuật nào của một hệ thống trước đó nên GSM được thiết kế độc lập chứa đựng nhiều ưu điểm kĩ thuật. GSM sử dụng kĩ thuật FDD kết hợp TDMA và FDMA nhằm phục vụ đa truy cập. Dải tần phát ngược và phát xuôi được chia thành các kênh vô tuyến rộng 200 KHz, các kênh này ghép cặp ngược xuôi sao cho chúng cách biệt nhau 45 MHz và cùng dùng chung bởi 8 người theo kĩ thuật TDMA. Mỗi người được phân một khe thời gian, tốc độ truyền dẫn kênh là 270,833 kbp/s dùng điều chế nhị phân BT= 0,3 GMSK. Như vậy độ dài bit là 3,692 us. Tốc độ truyền của một người dùng là 33,854 kbp/s. Mỗi khe thời gian ứng với 156,2 bit, trong đó 8,25 bit dùng cho bảo vệ, 6 bit cho báo hiệu bắt đầu và kết thúc mỗi khung có độ dài 4,615 ms. Tổng số kênh vô tuyến trong dải 25 MHz là 125, mỗi kênh 8 khe thời gian sẽ cho tổng số 1000 kênh lưu lượng. Tổ hợp tỷ số và kênh vô tuyến tạo nên một kênh vật lý đối với tất cả chiều phát xuôi và ngược. Mỗi kênh vật lý của GSM có thể được gán cho các kênh logic tại thời điểm khác nhau. 2.6. Các đặc trưng của GSM Trong các hệ thống điện thoại di động hiện có cung cấp cho các thuê bao và nhà khai thác nhiều ưu điểm hơn một mạng điện thoại tiêu chuẩn. Nhưng ở đó còn nhiều hạn chế. GSM đã khắc phục được những hạn chế đó và được thể hiện qua các đặc trưng sau. Tính tương thích: Do sự phát triển nhanh chóng của các mạng tế bào ở Châu Âu, hiện có nhiều hệ thống tế bào khác nhau mà không tương thích với nhau. Vì vậy, hiển nhiên là cần phải có một tiêu chuẩn chung cho hệ thống thông tin di động. Và một hội đồng thực thi đã được thiết lập với một nhiệm vụ phức tạp là phân định chung-riêng ở mạng tiêu chuẩn mới. Tiêu chuẩn GSM đã được qui định và phát triển ở các nước Châu Âu đang hoạt động để khai thác chung với nhau . Kết 14 quả là một hệ thống tế bào đã được thực hiện ở khắp Châu Âu. Sự thuận lợi do tiêu chuẩn GSM đem lại, sẽ có một thị trường lớn đối với các thiết bị GSM. Nghĩa là các nhà sản suất sẽ cung cấp các hiết bị với chất lương cao hơn và giá thành rẻ hơn. Các thành công của GSM đã được chấp nhận và thực hiện trên khắp thế giới. Hệ thống thông tin di động số GSM tương thích với hệ thống báo hiệu số 7 và sử dụng băng tần (890-915 ) MHz để truyền tín hiệu từ máy di động đến trạm gốc và băng tần (935-960) MHz để truyền dẫn tín hiệu từ trạm gốc đến máy di động. Loại bỏ các tạp âm: Tạp âm sẽ giao thoa với hệ thống hiện hành, có thể được phát sinh bởi các nguyên nhân sau : • Một nguồn công suất mạnh hoặc kéo dài , gần với hệ thống thông tin di động (như hệ thống đánh lửa trên ô tô , sét ...) • Sự truyền dẫn ở các máy di động khác nhau trên cùng một tần số (nhiễu kênh chung). • Sự truyền dẫn ở các máy di động khác nhau, theo kiểu “xuyên ngang “ từ một tần số lân cận (nhiễu kênh lân cận ). • Nhiễu nền xâm nhập vì tín hiệu quá yếu. Để đối phó với nhữnh vấn đề gây ra nhiễu trong hệ thống tế bào mới người ta sử dụng các tín hiệu số tay cho tín hiệu tương tự. Các tín hiệu được phát trên một giao diện vô tuyến - số có thể được bảo vệ để chống lại các lỗi phát sinh do tạp âm. Việc bảo vệ này sẽ hình thành từ sự mã hoá của tín hiệu, mà cơ chế là do sự quyết định của phần mềm và sử dụng giải mã viterbi. Các cơ chế này cho phép phát hiện và sửa chữa các lỗi ở một tín hiệu. Kết quả là có một giao diện vô tuyến mạnh hơn nhiều. Thông tin di động số có thể chịu được mức nhiễu cao hơn so với các hệ thống tương tự hiện có, dẫn đến việc cải thiện cả chất lượng lẫn hiệu quả ở hệ thống thông tin di động . Tính linh hoạt và tăng thêm dung lượng: Với giao diện vô tuyến tương tự hiện có, mỗi kết nối giữa một thuê bao di động với một Cell đòi hỏi phải có sóng mang RF riêng, điều đó dẫn đến đòi hỏi ở Cell phải lắp đặt thêm modul (phần cứng ) RF. Vì vậy, để mở rộng dung lượng của một Cell thì phải tăng thêm số lượng các kênh và các modul RF có chất lượng tương đương phải được đưa thêm vào thiết bị của Cell. Do đó, việc mở rộng hệ thống là tốn nhiều thời gian, tiền của và công sức Như vậy, các hãng khai thác cũng bao hàm cả việc lập kế hoạch RF rất phức tạp. Để khai 15 thác một cách hợp pháp, tất cả các hệ thống phải sử dụng một khoảng tần số RF đã đựoc qui định chặt chẽ, chỉ trong khoảng tần số (872-960 MHz). Khi mà giao diện số được sử dụng ở hệ thống GSM sẽ đưa đến việc giải quyết việc sử dụng phổ vô tuyến có sẵn một cách hiệu quả hơn. Tám cuộc gọi đồng thời được thực hiện trên một sóng mang RF. Điều đó có nghĩa là mỗi modul RF riêng sẽ đáp ứng cho 8 thuê bao cùng một lúc, và như vậy hệ thống sẽ được mở rộng, yêu cầu thay đổi modul RF thường Ýt hơn so với các hệ thống cũ. Do đó hệ thống là rất linh hoạt vì nó có thể thay đổi dung lượng bằng một bộ phận khác của mạng bằng cách đặt lại cấu hình từ cơ sở dữ liệu của hệ thống. Sử dụng các giao diện tiêu chuẩn: Trong hệ thống thông tin di động số GSM sử dụng tiêu chuẩn như C7 và X25 trong toàn hệ thống. Điều này có nghĩa là các nhà qui hoạch hệ thống có thể lựa chọn thiết bị với giá thành khác nhau của các hãng sản xuất khác nhau. Vì vậy, sự cạnh tranh giữa các hãng sản xuất với nhau sẽ tăng lên và giá thành sẽ hạ xuống. An toàn và bảo mật tuyệt đối: Vấn đề an toàn được xem đứng đầu danh mục các vấn đề sẽ được cạnh tranh của các nhà khai thác ở các hệ thống tương tự. Trong một vài hệ thống thế hệ đầu có khoảng 20% cuộc gọi bị ăn cắp. Để bảo mật số liệu và thoại được tốt, GSM đưa ra đề nghị bảo mật cả về phương pháp truyền dẫn trên giao diện vô tuyến và cả ở cách thức lưu lượng được xử lý trước khi truyền dẫn. Các dữ liệu được điều khiển và báo hiệu sẽ được mật mã cùng với các kỹ thuật nhận thực thuê bao tinh vi sẽ loaị trừ việc ăn cắp cuộc gọi. ở hệ thống GSM thiết bị di động sẽ được nhận dạng một cách độc lập từ thuê bao di động. Mỗi máy di động có một số nhận dạng được mã hoá cứng khi sản xuất để kiểm tra nếu như nó được khai báo là đã bị mất cắp. Hệ thống GSM đảm bảo ở một mức độ cao tính bảo mật cho các thuê bao, các cuộc gọi sẽ được số háo, mã háo và sau đó được gài mật mã trước khi phát lên không gian. Chuyển vùng nhanh hơn: Chuyển vùng xảy ra khi máy di động di chuyển giữa các cell. Một cuộc gọi sẽ được chuyển từ một kênh này đến kênh khác và từ một cell này đến một cell khác để duy trì cuộc gọi được liên tục. Trong các hệ thống tương tự hiện có, chỉ có thuê bao rất tốt mới nhận ra một chuyển vùng đã xảy ra. Còn hệ thống GSM đã giải quyết vấn đề này và quá trình chuyển vùng được điều khiển chặt chẽ hơn nhiều. GSM cho phép đưa nhiều yếu tố vào tính toán và được tính toán chi tiết hơn (Đo cường độ tín hiệu của các cell lân cận). 16 Nhận dạng thuê bao: Trong hệ thống GSM, thuê bao và thiết bi di động được nhận dạng một cách riêng rẽ. Thuê bao được nhận dạng bằng một card thông minh (Smart card),được biết như một khối nhận dạng thuê bao SIM. Nghĩa là người sử dụng chỉ cần mua thuê bao ở một hệ thống di động nhưng có khả năng sử dụng cho nhiều kiểu thiết bị di động khác nhau (Fax, Computer, điện thoại di động). Vì SIM card nhận diện người sử dụng nên bất kỳ nơi nào các cuộc gọi của thuê bao tạo ra, hóa đơn tính cước sẽ luôn luôn được gửi tới bộ ghi định vị thường trú (HLR) của thuê bao. Tính tương thích với ISDN: ISDN là một tiêu chuẩn mà hầu hết các nước đang phát triển đã cam kết thực hiện. Đây là một mạng thông tin mới và tiên tiến được thiết kế để truyền thoại và số liệu thuê bao trên các đường truyềnthoại tiêu chuẩn. Mạng GSM đã được thiết kế để khai thác với hệ thống ISDN và sẽ cung cấp các đặc tính có thể tương thích với nó. 2.7. Các giao diện sử dụng trong GSM 2.7.1 Giao diện vô tuyến Um(MS BTS ): Air Interface là giao diện vô tuyến tên gọi chung của đầu nối giữa trạm di động MS và BTS. Giao tiếp sử dụng khái niệm TDMA với một khung TDMA cho một tần số mạng. Mỗi khung gồm 8 khe thời gian TS ( Time slot), hướng từ BTS đến MS là đường xuống và ngược lại từ MS đến BTS là đường lên. 2.7.2 Giao diện Abits để điều khiển BTS(BTSBSC): Có hai loại kênh thông tin giữa BSC và BTS: - Kênh thông tin tốc độ 64 Kbít/s mang tiêng và dữ liệu cho các kênh vô tuyến - Các kênh báo hiệu tốc độ 64 Kbít/s mang thông tin tín hiệu hoặc cho bản thân BTS hoặc cho MS, được phát ở một trong các kênh vô tuyến. - Các đường logíc giữa BSC và BTS có giao tiếp Abis. Giao tiếp này gồm ba líp OSI. Lớp một là lớp vật lí ,chịu trách nhiệm truyền dẫn vật lí các số ‘0’ và ’1’ trong môi trường và chứa các qui định về kích thước, hình dạng các xung. 2.7.3 Giao diện A(MSC  BSC ): 17 - MSC và BSC được nối với nhau bằng một đường PCM. Ngoài một số kênh tiếng/số liệu còn có một khe thời gian dành cho báo hiệu. Số liệu báo hiệu liên quan đến việc thiết lập cuộc gọi, chuyển giao, giải phóng… sử dụng kênh này (kênh có thể phục vụ một hay nhiều trạm thu phát gốc BTS). Các giao thức để báo hiệu giữa MSC và BSC là phần ứng dụng BSS (BSSAP), SCCP và MTP - BSS(BSSAP) có 2 chức năng cho người sử dụng khác nhau và chức năng phân phối để phân biệt giữa hai nhóm tín hiệu - Các thông tin báo truyền trực tiếp giữa MSC và MS được nối thông suốt qua BSC. Đây là các thông báo điều khiển cuộc gọi và quản lí di động. 2.8 Báo hiệu số 7 trong GSM Trong thông tin điện thoại, báo hiệu nghĩa là chuyển và hướng dẫn thông tin từ một điểm tới một điểm khác thích hợp để thiết lập, giám sát và giải phóng cuộc gọi thoại. Hệ thống báo hiệu số 7 của CCITT, nó được giới thiệu vào những năm 1979 / 1980 dành cho các mạng quốc gia và quốc tế, sử dụng các trung kế số. Tốc độ truyền dẫn báo hiệu cao (64 Kbit/s). Trong thời gian này giải pháp phân lớp trong giao tiếp thông tin đã được phát triển tương đối hoàn chỉnh, đó là hệ thống giao tiếp mở OSI, và giải pháp phân lớp trong mô hình OSI này đã được ứng dụng trong hệ thống báo hiệu kênh chung sè 7. Hệ thống báo hiệu kênh chung sè 7 cũng có thể được sử dụng ở các đường dây Analog. Hệ thống báo hiệu số 7 của CCITT không những được thiết kế để điều khiển thiết lập và giám sát các cuộc gọi thoại mà còn cho các cuộc gọi của các dịch vụ phi thoại. 2.8.1 Các khối chức năng của hệ thống báo hiệu số 7 C¸c phÇn cña ngêi sö dông (UP) PhÇn chuyÓn giao tin b¸o (MTP) C¸c phÇn cña ngêi sö dông (UP) Hình 5. Cấu trúc cơ bản của hệ thống báo hiệu số 7 18 Hệ thống báo hiệu số 7 trong GSM gồm 2 phần:  Phần chuyển giao bản tin (MTP: Message Transfer Part): - MTP là hệ thống vận chuyển chung để chuyển giao tin cậy các thông tin báo hiệu giữa các điểm báo hiệu. Phần chuyển giao bản tin truyền tải các thông tin báo hiệu giữa các phần của người sử dụng khác nhau và nội dung của các bản tin báo này hoàn toàn độc lập với nhau - Để thực hiện các chức năng này MTP cần có: + Các bản tin cần phải được sửa trước khi chúng được chuyển giao tới phần của người sử dụng + Sửa lỗi liên tiếp + Không bị tổn thất hoặc lặp lại  Các phần của người sử dụng (UP: User Part): Các phần của người sử dụng được tạo ra và phân tích các thông tin báo hiệu. Chúng sử dụng MTP như là các chức năng truyền tải để mang thông tin báo hiệu tới các phần của người sử dụng khác cùng loại Một số các phần của người sử dụng là: - TUP (Telephone User Part) : Phần của người sử dụng điện thoại. - DUP (Data User Part): Phần của người sử dụng số liệu. - ISUP (ISDN User Part) : Phần của người sử dụng ISDN. - MTUP (Mobile Telephone User Part) : Phần người sử dụng điện thoại di động TUP Tæng ®µi A Tæng ®µi B MTP MTP DUP DUP MAP TCAP TUP ISUP ISUP SCCP SCCP TCAP BSSAP BSSAP Hình 6. Phần truyền giao tin báo MTP là môi trường truyền dẫn chung giữa các phần của người sử dụng TUP (Telephone User Part) : Phần của người sử dụng điện thoại. 19 MAP DUP (Data User Part): Phần của người sử dụng số liệu. ISUP (ISDN User Part) : Phần của người sử dụng ISDN. SCCP (Signalling Connection and Control Part) : Phần điều khiển và đấu nối báo hiệu. TCAP (Transaction Capabilities Application Part) : Phần ứng dụng các khả năng trao đổi. MAP (Mobile Application Part) : Phần ứng dụng di động BSSAP (Base Station Application Part) : Phần ứng dụng trạm gốc. • Các chức năng của kênh báo hiệu: là giám sát kênh số liệu báo hiệu, tìm các bản tin báo hiệu bị lỗi, điều khiển bản tin đã phát và thu đúng trình tự mà không bị mất mát hoặc không bị lặp. • Các chức năng của mạng báo hiệu: bao gồm các chức năng để xử lý bản tin (xử lý lưu lượng) và điều hành mạng báo hiệu. Mức 4 Mức 3 Mức 2 Mức 1 PhÇn chuyÓn giao tin b¸o (MTP) C¸c chøc n¨ng cña m¹ng b¸o hiÖu C¸c UP Xö lý b¶n tin b¸o hiÖu Kªnh b¸o hiÖu C¸c chøc n¨ng cña kªnh b¸o hiÖu Kªnh sè liÖu b¸o hiÖu §iÒu hµnh m¹ng b¸o hiÖu C¸c b¶n tin b¸o hiÖu C¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn H×nh 7. C¸c chøc n¨ng cña m¹ng b¸o hiÖu 20 • Xử lý bản tin báo hiệu : bao gồm các chức năng để định tuyến bản tin tới kênh thích hợp và phân phối các bản tin thu được ở tổng đài thường trú tới các người sử dụng đúng. • Điều hành mạng báo hiệu: với các trường hợp có sự thay đổi trạng thái trong mạng báo hiệu, ví dụ nếu kênh báo hiệu hoặc điểm báo hiệu vì lý do gì đó mà không có khả năng thực hiện thì các chức năng điều hành mạng báo hiệu sẽ điều khiển lập lại cấu hình và các thao tác khác để phục hồi khả năng chuyển giao tin báo thông thường. 2.8.2 Phân loại: Thông thường tín hiệu báo hiệu chia làm 2 loại: + Tín hiệu báo hiệu mạch vòng thuê bao + Tín hiệu báo hiệu giữa các tổng đài  Tín hiệu báo hiệu giữa các tổng đài: bao gồm - Các tín hiệu đường dây: sử dụng trong toàn bộ thời gian của cuộc gọi để giám sát trạng thái của đường dây VLR AUC - Các tín hiệu của bộ đăng kí: sử dụng trong thời gian thiết lập cuộc gọi để chuyển giao địa chỉ và loại thông tin MAP MAP ISDN ISUP VLR HLR Tæng ®µi Tæng ®µi MAP MS C ISUP MAP MAP MAP GMSC EIR ChiÕm MSC Thõa nhËn chiÕm Con sè cña B MAP (chuyÓn « ) B tr¶ lêi ISUP BSSA P §µm tho¹i TUP Xo¸ ngîc BSC Xo¸ thuËn PSTN LAPD HÖ thèng tr¹m gèc (BSS) BTS 2.8.3 Sơ đồ báo hiệu số 7 trong GSM LAPDm H×nh 8. C¸c tÝn hiÖu b¸o hiÖuMS gi÷a c¸c tæng ®µi 21 H×nh 9. S¬ ®å b¸o hiÖu sè 7 trong GSM HÖ thèng chuyÓn m¹ch (SS) 2.8.4 Một số loại báo hiệu 2.8.4.1 Báo hiệu kênh liên kết (CAS: Channel Associated Signalling): - Tại báo hiệu này mỗi kênh thoại có một đường tín hiệu báo hiệu xác định rõ ràng: hoặc ở đường thoại, hoặc ở kênh liên kết - Tất cả các hệ thống báo hiệu này có hạn chế như: tương đối chậm, dung lượng thông tin bị hạn chế. 2.8.4.2 Báo hiệu kênh chung (CCS: Common Channel Signalling): 22 - Các đường truyền báo hiệu tốc độ cao giữa các bộ xử lý của các tổng đài SPC được sử dụng để mang tất cả các báo hiệu, còn các mạch thoại để mang tiếng nói. Loại báo hiệu này được gọi là báo hiệu kênh chung(CCS) - CCS được thực hiện cho cả 2 hướng với một kênh báo hiệu cho mỗi hướng - Thông tin báo hiệu sẽ được chuyển giao được tạo nhóm thành các khối tín hiệu(gói số liệu). Bên cạnh đó cũng cần có sự nhận dạng mạch thoại, thông tin địa chỉ (nhãn) và thông tin về điều khiển lỗi. 2.9 Các khái niệm cơ bản của hệ thống báo hiệu số 7 trong CCITT 2.9.1 Điểm báo hiệu: Điểm báo hiệu (SP-Signalling Point) là nút chuyển mạch hoặc xử lý trong mạng báo hiệu có thể thực hiện các chức năng của hệ thống báo hiệu số 7 của CCITT. Tổng đài điện thoại có chức năng như là điểm báo hiệu thì phải là tổng đài loại điều khiển bằng chương trình đã lưu trữ SPC vì báo hiệu số 7 là thông tin số liệu giữa các bộ xử lý. Tất cả các điểm báo hiệu trong mạng báo hiệu số 7 được nhận dạng bằng một mã duy nhất (14 bit) được gọi là mã của điểm báo hiệu. 2.9.2 Kênh báo hiệu/ Chùm kênh báo hiệu: Hệ thống báo hiệu kênh chung sử dụng các kênh báo hiệu (SL) để chuyển tải thông tin báo hiệu giữa hai điểm báo hiệu. Về mặt vật lý, kênh báo hiệu bao gồm kết cuối báo hiệu ở mỗi đầu của kênh và vài loại môi trường truyền dẫn (thường là khe thời gian ở đường truyền PCM) đấu nối 2 kết cuối báo hiệu. Một số các kênh báo hiệu song song đấu nối trực tiếp hai điểm báo hiệu với nhau tạo thành chùm kênh báo hiệu. 2.9.3 Các phương thức báo hiệu: 23 Phương thức báo hiệu là sự kết hợp giữa đường chuyển thông tin báo hiệu và đường thoại (hoặc là đường số liệu) mà thông tin báo hiệu có liên quan tới. Có hai phương thức báo hiệu là :  Phương thức báo hiệu kết hợp : các thông tin báo hiệu liên quan đến cuộc gọi đi theo cùng đường với tín hiệu thoại giữa hai điểm kề nhau. SP SP Mèi liªn hÖ b¸o hiÖu Chïm kªnh b¸o hiÖu H×nh 10. Ph¬ng thøc b¸o hiÖu kÕt hîp  Phương thức báo hiệu gần kết hợp : các thông tin báo hiệu liên quan đến cuộc gọi được chuyển trên 2 hoặc nhiều chùm kênh báo hiệu ở tandem đi qua một hoặc nhiều điểm báo hiệu khác với điểm báo hiệu nguồn và điểm báo hiệu đích của thông tin báo hiệu. Các thông tin báo hiệu được chuyển trên tuyến khác với tuyến thoại. SP SP STP STP Mèi liªn hÖ b¸o hiÖu Chïm kªnh b¸o hiÖu 2.9.4 Các loại điểm báo hiệu: H×nh 11. Ph¬ng thøc b¸o hiÖu gÇn kÕt hîp Điểm báo hiệu nơi mà thông tin báo hiệu được tạo ra được gọi là điểm nguồn. Điểm báo hiệu nơi mà thông tin báo hiệu đi đến đích gọi là điểm đích. Điểm báo hiệu nơi mà thông tin báo hiệu thu được trên một kênh báo hiệu và sau đó chuyển giao cho các kênh khác mà không xử lý nội dung của tin 24 báo thì được gọi là điểm chuyển giao báo hiệu (STP).ở phương thức báo hiệu gần kết hợp, tin báo được chuyển qua một hoặc nhiều STP trên đường từ điểm nguồn tới điểm đích. 2.9.5 Các bản tin báo hiệu: Hệ thống báo hiệu số 7 (SS7) của CCITT, thông tin báo hiệu được truyền tải ở các khối tín hiệu, tức là các gói các con số nhị phân (0,1) bố trí như là bản ghi số liệu với các trường, trong đó các tổ hợp bit có ý nghĩa khác nhau. Thực chất SS7 của CCITT là một dạng thông tin số liệu chuyển mạch gói. Trong SS7 của CCITT có 3 loại đơn vị tín hiệu : − Khối tín hiệu tin báo (MSU - Message Signal Unit) chứa các thông tin báo hiệu. − Khối tín hiệu trạng thái kênh (LSSU - Link State Signal Unit) được sử dụng để điều hành các kênh báo hiệu. − Khối tín hiệu làm đầy FISU được sử dụng như là làm đầy các tín hiệu và để chấp nhận. 25 Khuôn dạng của khối tín hiệu tin báo MSU. Sửa F CK SIF SIO LI F lỗi 8n, 8 16 8 2 6 16 8 n>2 Khuôn dạng của khối tín hiệu trạng thái kênh LSSU. C F Sửa SF LI F K lỗi Bit thø nhÊt ®îc ph¸t 8 hoặ 8 16 2 6 16 8 c 16 Khuôn dạng của khối tín hiệu thay thế FISU. Sửa F CK LI F lỗi 8 16 2 6 16 Bit thø nhÊt ®îc ph¸t 8 H×nh 12. C¸c ®¬n vÞ tÝn hiÖu trong SS7 cña CCITT 26 Bit thø nhÊt ®îc ph¸t F = cờ hiệu CK = kiểm tra SF = trường trạng thái SIF = trường thông tin báo hiệu SIO= octet thông tin dịch vụ LI = phần tử chỉ thị độ dài * Ưu điểm của hệ thống báo hiệu số 7 trong GSM: - Nhanh: trong hầu hết các trường hợp, thời gian thiết lập cuộc gọi giảm dưới 1s - Dung lượng cao: mỗi kênh báo hiệu có thể xử lý tín hiệu báo hiệu cho vài nghìn cuộc gọi cùng một lúc - Kinh tế: cần Ýt thiết bị hơn so với hệ thống báo hiệu truyền thống - Tin cậy: nhờ sử dụng các tuyến báo hiệu xen, mạng báo hiệu có thể có độ tin cậy cao - Linh hoạt: hệ thống có thể chứa nhiều tín hiệu, có thể sử dụng cho nhiều mục đích 27 Chương 3. VẤN ĐỀ CHIA Ô VÀ SỬ DỤNG TẦN SỐ 3.1 Cấu tróc cell và tần số Hệ thống vô tuyến trong GSM làm việc trong một băng tần hẹp, dải tần GSM cơ bản từ 890 -960 MHz. Băng tần này được chia làm hai phần : • Băng tần lên (Uplink Band): với dải tần từ 890-915 MHz cho các kênh vô tuyến từ trạm di động tới hệ thống trạm gốc. • Băng tần xuống (Downlink Band): với dải tần từ 935-960 MHz cho các kênh vô tuyến từ hệ thống trạm gốc tới các trạm di động. Băng tần của hệ thống GSM cơ bản được chia thành hai băng sóng, mỗi băng có độ rộng 25 MHz bao gồm 124 sóng mang. Do vậy khoảng cách giữa các kênh (khoảng cách giữa hai tần số sóng mang của hai kênh liền nhau) là 200 KHz. Mỗi kênh sử dụng hai tần số riêng biệt: một dùng cho truyền từ trạm di động và một cho truyền từ MS. Các kênh này được gọi là kênh song công, khoảng cách giữa hai tần số nói trên được gọi là cự ly song công (Duplex distance). Cù ly này không đổi và bằng 45 MHz. Kênh vô tuyến này mang 8 khe thời gian TDMA và mỗi khe thời gian là một kênh vật lý trao đổi thông tin giữa mạng và trạm di động MS. Vùng mạng PLMN được chia thành nhiều cell vô tuyến nhỏ có bán kính từ 350m đến 35 Km. Kích thước thực tế của các cell phụ thuộc vào địa hình và lưu lượng thông tin. Mỗi cell vô tuyến tương ứng với một trạm thu phát gốc BTS. Tuỳ theo cấu tạo của anten mà ta phân loại BTS khác nhau. BTS liên lạc vô tuyến với tất cả các máy thuê bao di động MS có mặt trong cell. Hình dạng của các cell phụ thuộc vào kiểu anten và công suất ra của từng trạm BTS. Omni cell: 28 Cell này sử dụng anten vô hướng phát đẳng hướng, hình tròn trên biểu thị vùng phủ sóng của anten này, đường biên tương ứng với quĩ tích các đỉêm có cùng cự ly đến vị trí mà tại đó cường độ tín hiệu đã suy giảm đến giá trị tối thiểu yêu cầu của máy thu (độ nhạy máy thu). Cell kiểu này được quy hoạch cho vùng có mật độ thấp. Cell split phase 0 : Các cell được tượng trưng bằng các hình lục giác, sử dụng ba cell cho mét site. Site này dùng anten định hưóng để tạo ra 3 sector theo 3 hướng khác nhau, mỗi hướng tương ứng với một cell. Góc phương vị của các anten hướng cực đại cách nhau 120 độ. Mỗi cell sử dụng anten phát có độ rộng rộng nửa công suất phát là 60 độ và 2 anten thu phân tập cũng có độ rộng như vậy. Cell này được sử dụng cho các vùng có mật độ cao. Cell split phase 1: Cell này được phát triển từ phase 0 bằng cách đặt ở mỗi cell ban đầu 1 site sector. Mỗi site này chia nhá cell đó thành 3 cell mới. Như vậy số cell mới =3* sè cell cò. Cell này dùng cho vùng có mật độ rất cao. 29 3.2 Các trường hợp thông tin MS tắt máy Mạng sẽ không thể tiếp cận đến máy vì nó sẽ không trả lời thông báo tìm gọi Nó sẽ không thông báo cho hệ thống về các sự thay đổi vùng định vị. MS được coi là rời mạng. MS bật máy trạng thái rỗi Hệ thống có thể tìm gọi thành công MS. MS được coi là nhập mạng. trong khi chuyển động, MS, kiểm tra rằng nó luôn luôn được nối đến một kênh quảng bá được thu tốt nhất. Quá trình này được gọi là lưu động . MS cũng cần thông báo cho hệ thống về các thay đổi vùng định vị. Quá trình này được gọi là cập nhật vị trí. MS bận Mạng vô tuyến có thể có một kênh thông tin (kênh tiếng) dành cho luồng số tới từ MS. Trong khi chuyển động MS phải có khả năng chuyển đến kênh thông tin mới. Quá trình này được gọi là chuyển giao (handover). Để quyết định chuyển giao, hệ thống diễn giải thông tin nnhận được từ MS và BTS. Quá trình náy được gọi là định vị. Cơ bản chúng ta có hai tình huống khác nhau: MS rỗi hay bận và được coi như chuyển động liên tục theo một phương nhất định. Ở cả hai trường hợp hệ thống cần duy trì một đường linh hoạt thông qua gia tiếp vô tuyến để truyền dẫn tới từ MS . Bây giờ ta xét các trường hợp khác nhau này và các thủ tục cần thiết tương ứng. 3.2.1 Lưu động(Roamming) và cập nhật vị trí Ta coi rằng MS chuyển động theo một phương liên tục. MS được khoá đến một tần số vô tuyến xác định, tần số có CCCH va BCH ở khe thời gian 0. Khi MS rời xa BTS nối với nó cường độ tín hiệu sẽ giảm. Ở một điểm nhất định không xa biên giới lí thuyếtt giữa ô một và ô hai cường độ tín hiệu yếu đến mức mà MS quyết định thay đổ đến tần số mới phụ thuộc một trong các ô lân cận đó. Để chọn tần số tốt nhất MS liên tục đo cường dộ tín hiệu của từng tần số trong số các tần số nhất định của ô lân cận. Thường MS phải tìm được tần số BCH/CCCH từ BTS có cường độ tín hiệu hơn tần số cũ. Sau khi tự khoá đến tần số mới này, MS sẽ tiếp tục nhận các thông báo tìm gọi / các thông báo quảng bá vùng nào tín hiệu của tần số mới vẫn đủ tốt. Quyết định về việc thay đổi tần số BCH /CCCH sẽ thực hiện mà không cần thông báo cho mạng, nghĩa là mạng mặt đất không tham gia vào quá trình này. 30 Khả năng chuyển động vô định đồng thời với việc thay đổi “nối thông“ MS ở giao tiếp vo tuyến, ở thời điểm cần thiết để đảm bảo chất lượng thu được gọi là lưu động ( roaming). Điều gì sẽ xảy ra khi MS chuyển động từ ô hai đến ô ba khi ô hai và ô ba không cùng một vùng định vị. Ta có thể dễ dàng thấy MS không hề biết cấu hình của mạng chứa nó như thế nào. Để gửi cho MS thông tin về vị trí chính xác của nó, hệ thống phát đi nhận dạng vùng định vị MS (LAI) liên tục ở giao tiếp vô tuyến bằng BCCH. Khi đi vào ô ba MS nhận thấy vùng mới bằng cách thu BCCH . Vì thông tin về vị trí có tầm quan trọng rất lớn, mạng phải được thông báo về sự thay đổi này, ở điện thoại di động quá trình này được gọi là đăng kí cưỡng bức. MS không còn các nào khác là sẽ cố gắng thâm nhập vào mạng để cập nhật vị trí của mình ở MSC/VLR. Quá trình này được gọi là cập nhật vị trí. Sau khi đã phát đi vị trí mới của mình đến mạng MS sẽ tiếp tục chuyển động ở vùng mới như đã mô tả ở trên. Từ quan điểm mạng ta có thể đưa ra các trường hợp khác nhau khi MSC/VLR phải gửi thông tin về vùng định vị mới đến các khối khác. Trong trường hợp một cuộc gọi vào cho MS, việc chuyển tử một vùng phục vụ MSC/VLR này đến một vùng phục vụ MSC/VLR khác có nghĩa là tuyến đi qua mạng cũng sẽ khác. Để tìm được tuyến đúng, hệ thống phải tham khảo bộ ghi định vị thường trú HLR. Vì thế MSC/VLR sẽ phải cập nhật HLR về địa chỉ của MSC/VLR cho MS của chúng ta. Sau khi cập nhật vị trí thành công ở HLR, hệ thống sẽ huỷ vị trí cũ, HLR gửi một thông báo huỷ vị trí cho tổng đài MSC/VLR cũ để xoá vị trí cũ của MS liên quan. 3.2.2 Thủ tục nhập mạng đăng kí lần đầu Khi bật máy, nó sẽ quét giao tiếp vô tuyến để tìm ra tần số đúng. Tần số mà MS tìm kiếm sẽ chứa thông tin quảng bá cũng như thông tin tìm gọi BCH/CCCH có thể có. MS sẽ tự khoá đến tần số đúng nhờ việc hiệu chỉnh tần số thu và thông tin dồng bộ. Vì đây là lần đầu MS được sử dụng nên phần mạng chịu trác nhiệm xử lí thông tin tới từ MS (chính là MSC/VLRở cùng một vùng phục vụ như MS) hoàn toàn không có thông tin về MS mới này. MS không có chỉ thị nào về nhận dạng vùng định vị mới. Khi đó MS sẽ lập tức cố gắng thâm nhập đến mạng và nói cho hệ thống rằng nó là MS mới ở vùng định vị này bằng cách gửi đi một thông báo cập nhật vị trí cập nhật mạng đến MSC/VLR(LAI là bộ phận của thông tin quảng bá được liên tục phát ở giao tiếp vô tuyến). 31 3.2.3 Thủ tục rời mạng Thủ tục rời mạng liên quan đến IMSI. Thủ tục rời mạng của IMSI cho phép MS thông báo cho mạng rằng thuê bao di động sẽ tắt nguồn. Lúc này tìm kiếm thuê bao di động bằng tìm gọi sẽ không xảy ra. Một máy di động ở trạng thái hoạt động được đánh dấu là “đã nhập mạng” (cờ IMSI). Khi “tắt nguồn” MS gửi thông báo cuối cùng đến mạng, thông báo này chứa yêu cầu thủ tục rời mạng. Khi thu được thông báo đã rời mạng MSC/VLR đánh dấu cờ IMSI đã rời mạng tương ứng. Bé ghi định vị thường trú HLR không được thông báo. Chỉ có bộ ghi định vị tạm trú VLR được cập nhật thông tin “đã rời mạng”. 3.2.4 Tìm gọi Cuộc gọi đến MS sẽ được định tuyến đến MSC/VLR nơi MS đang đăng kí. Khi đó MSC/VLR sẽ gửi một thông báo tìm gọi đến MS. Thông báo này được phát quảng bá trên toàn bộ vùng định vị LA, nghĩa là tất cả các trạm phát thu cơ sở (BTS) trong LA Sẽ gửi thông báo tìm gọi đến MS. Khi chuyển động ở LA và “nghe” thông tin CCCH, MS sẽ “nghe thấy” thông báo tìm gọi và trả lời ngay lập tức. 3.2.5 Cuộc gọi đến MS Giả sử MS đang hoạt động ở trạng thái rỗi, người sử dụng quay tất cả các chữ số thuê bao bị gọi và bắt đầu thủ tục cho cuộc gọi bằng cách Ên phím gọi. Lúc đó, MS sẽ gửi thông báo trên kênh RACH để yêu cầu thâm nhập. MSC nhận thông báo này qua BTS và yêu cầu BSC cấp cho MS một kênh SDCCH để cho các thủ tục nhận thực và đánh dấu trạng thái bận cho thuê bao này trong việc phát thông báo tìm gọi lúc này. BSC gửi thông báo chấp nhận thâm nhập trên kênh AGCH cho MS, trong đó có thông báo về kênh SDCCH cho các thủ tục nhận thực. Nếu thuê bao chủ gọi hợp lệ thì MSC/VLR sẽ chấp nhận yêu cầu thâm nhập. Sau đó MS mới thiết lập cuộc gọi và các chữ số của thuê bao bị gọi. MSC sẽ định tuyến cuộc gọi đến GMSC, tùy theo thuê bao bị gọi là di động hay cố định mà số của nó sẽ được phân tích trực tiếp ở GMSC hay tiếp tục được định tuyến đến tổng đài quá giang của mạng PLMN. Khi kênh đã nối sẵn sàng thì thông báo thiết lập cuộc gọi từ MS được MSC công nhận và cấp cho MS một kênh riêng. Sau đó đợi tín hiệu trả lời từ thuê bao bị gọi. 3.2.6 Cuộc gọi từ MS Giả sử muốn thiết lập một cuộc gọi từ thuê bao cố định đến thuê bao di động, cần phải qua những bước sau: - Một cuộc gọi từ mạng cố định được định tuyến đến GMSC yêu cầu nối mạch với thuê bao A nào đó. 32 - GMSC yêu cầu HLR cho biết vị trí hiện hành của thuê bao A - HLR cung cấp thông tin đến vị trí hiện thời của thuê bao A cho GMSC - Dựa vào đó GMSC sẽ định tuyến và gửi thông tin cần thiết đến MSC mà ở đó thuê bao A đang có mặt - MSC yêu cầu VLR cung cấp số liệu liên quan đến thuê bao A - VLR cung cấp các thông tin về thuê bao A cho MSC - MSC tiến hành gọi thuê bao A trên tất cả các trạm BTS thuộc nó kiểm soát, vì MSC không biết thuê bao A đang ở đâu - Sau khi thuê bao A nhấc máy bắt đầu quá trình trao đổi thông tin giữa thuê bao A và mạng để kiểm tra SIM và cách thức mã hóa trên đường truyền vô tuyến - Khi cuộc gọi kết thúc,CCS kênh truyền dẫn logic và các số liệu liên quan chứa trong các phần tử của mạng được giải phóng và MSC ghi các số liệu về cước vào băng từ hay đĩa cứng 33 Chương 4. LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG DI ĐỘNG TỪ THẾ HỆ 2,5G LÊN THẾ HỆ 3G Để đáp ứng được các dịch vụ mới đồng thời đảm bảo tính kinh tế hệ thống thông tin di động thế hệ hai sẽ được chuyển đổi từng bước sang thế hệ ba. Quá trình phát triển từ mạng di động thế hệ 2,5G lên 3G cần sử dụng các công nghệ sau: Dữ liệu chuyển mạch gói tốc độ cao (HSCSD), Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS), Tốc độ dữ liệu nâng cao cho sự phát triển GSM hay toàn cầu (EDGE). Hình 13. Quá trình phát triển của mạng di động lên 3G 34 4.1 Dữ liệu chuyển mạch gói tốc độ cao( HSCSD ): HSCSD là một phương thức đơn giản để nâng cao tốc độ. Thay vì một khe thời gian, một trạm di dộng có thể sử dụng một số khe thời gian để kết nối dữ liệu. Trong các ứng dụng thương mại hiện nay, thông thường sử dụng tối đa 4 khe thời gian, một khe thời gian có thể sử dụng hoặc tốc độ 9,6 kbit/s hoặc 14,4 kbit/s. Đây là cách không tốn kém nhằm tăng dung lượng dữ liệu chỉ bằng cách nâng cấp phần mềm của mạng. Tuy nhiên HSCSD lại có nhược điểm đó là cách sử dụng tài nguyên vô tuyến, HSCSD chỉ định việc sử dụng các khe thời gian một cách liên tục, thậm chí ngay cả khi không có tín hiệu trên đường truyền. 4.2 Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS): Giải pháp tiếp theo các nhà khai thác sử dụng đó là GPRS. Tốc độ dữ liệu của nó có thể lên tới 115,2 kbit/s bằng việc dùng 8 khe thời gian. Đây là hệ thống chuyển mạch gói, do đó nú khụng sử dụng tài nguyên vô tuyến một cách liên tục mà chỉ thực hiện khi có một cái gì đó để gửi đi. GPRS đặc biệt thích hợp với các ứng dụng phi thời gian thực như email, lướt web. Việc triển khai hệ thống GPRS tốn kém hơn hệ thống HSCSD. Mạng này cần các thành phần mới, cũng như cần sửa đổi các thành phần hiện có nhưng nó được xem là bước đi cần thiết để tiến tới tăng dung lượng, dịch vụ. Nếu mạng GSM mà không có khả năng GPRS sẽ không tồn tại lâu trong tương lai. Hình 13. Cấu trúc hệ thống GPRS 35 4.3 Công nghệ nâng cao chất lượng truyền tốc độ trong GSM (EDGE) EDGE (Enhanced Data GSM Environment) là công nghệ nâng cao tốc độ truyền dữ liệu trong mạng GSM. EDGE không phải là mạng 3G mà nó chỉ ở tầm 2,5G. EDGE đôi khi còn gọi là EGPRS , là một công nghệ di động được nâng cấp từ GPRS cho phép truyền dữ liệu với tốc độ lên đến 384 kbp/s cho người dùng cố định hoặc di chuyển chậm và 144 kbp/s cho người dùng di chuyển tốc độ cao. Theo R98, EDGE có tốc độ dowlink là 1,3 Mbp/s và uplink là 653 kbp/s. Công nghệ này làm tiền đề cho các nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động khi chuyển sang 3G dùng công nghệ HSPA một bước chuyển tiếp GSM 2,5G lên 3G. Hình 14. Cấu trúc mạng EDGE 36 EDGE cũng là dịch vụ gia tăng của mạng GSM nhưng có tốc độ cao hơn, thời gian trễ thấp hơn GPRS. EDGE hỗ trợ chuyển mạch gói EGPRS (Enhanced General Packet Radio Service) và chuyển mạch kênh ESCD (Enhanced Circuit Switched Data). Với tốc độ truyền dữ liệu cao, EDGE cho phép các nhà cung cấp triển khai các dịch vụ tiên tiến như: tải video, clip nhạc, tin nhắn đa phương tiện, truy cập internet, email…EDGE sử dụng phương thức điều chế, mã hóa và cơ chế thích ứng đường truyền mới để đạt được tốc độ truyền dữ liệu tối đa (gấp 3 lần tốc độ tối đa của GPRS). Trong khi GPRS sử dụng điều chế GMSK thì EDGE sử dụng thêm điều chế 8PSK. Do đó, để triển khai EDGE, các nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động cũng cần phải chuẩn bị các giải pháp nâng cấp/ thay thế phù hợp. KẾT LUẬN 37 Trên đây là toàn bộ nội dung Đề tài thực tập tốt nghiệp của em, với đề tài “ Tìm hiểu về mạng di động GSM và lộ trình phát triển từ mạng di động thế hệ 2,5G lên 3G” Mặc dù bản thân đã rất cố gắng và nhận được sự giúp đỡ tận tình của Thầy giáo hướng dẫn: Ths Vũ Thành Vinh. Xong do trình độ hiểu biết của bản thân em còn nhiều hạn chế, nguồn tài liệu không nhiều nên không tránh khỏi thiếu sót. Vậy em rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô giáo trong Bộ môn cũng như các bạn Sinh viên để em khắc phục sai sót và hoàn thiện kiến thức của mình. Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo hướng dẫn: Ths Vũ Thành Vinh đã tận tình chỉ bảo cho em hoàn thành Đề tài thực tập tốt nghiệp này! Sinh viên Lý Xuân Hòa THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 2G 3G AUC AMPS Second Generation Third Generation Authentication Center Advanced Mobile Thế hệ thứ 2 Thế hệ thứ ba Trung tâm nhận thực Phone Dịch vụ điện thoại di động tiên 38 BS BSS BSC BTS BSIC BCCH CDMA CSPDN CCH CCCH CAS CCS DUP DCCH DTE EIR EDGE FDMA FCCH GSM Service Base Station Base Station System Base Station Control Base Tranceiver Station Base Station Indentity Code Broadcast Control Channel tiến Trạm gốc Hệ thống trạm gốc Đài điều khiển trạm gốc Trạm thu phát gốc Mã nhận dạng trạm gốc Kênh điều khiển quảng bá Đa truy nhập phân chia theo Code Division Multiple Access mã Mạng chuyển mạch số công cộng theo mạch Control Channel Kênh điều khiển Common Control Channel Kênh điều khiển chung Channel Associated signalling Báo hiệu kênh riêng Common channel signalling Báo hiệu kênh chung Data user part Phần của người sử dụng số liệu Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng Data terminal equipment Thiết bị đầu cuối số liệu Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị Enhanced Data rates for GPRS Tốc độ số liệu tăng cường để Evolution phát triển GPRS Frequentcy Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo Access mã Forward control channel Kênh điều khiển đường xuống Global System For Mobile Hệ thống thông tin di động Communications tũan cấu GPRS GGSN GTP HLR HSCSD General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung Dịch vụ vô tuyến gói chung Giao thức đường hầm GPRS Bộ ghi định vị thường trú HSPA ISDN IMEI General Packet Radio Service GPRS Tunnel Protocol Home Location Register High Speed Circuit Switched Data High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao Mạng số liên kết đa dịch vụ International Mobile Equipment Thiết bị di động quốc tế Indentity ISDN user part Phần của người sử dụng ISDN Location Area Vùng định vị ISUP LA 39 LSSU MS MSC Link state signal unit Khối tín hiệu trạng thái kênh Mobile service Người dùng di động Mobile Services Switching Trung tâm chuyển mạch các Center dịch vụ di động MTP MAP MTUP Mobile IP Mobile Application Part Mobile Telephone User Part MSU MT MMS NMT PNCH PSTN PCU PBCCH PAGCH PRACH PDTCH PSK RF TCH TACS IP di động Phần ứng dụng di động Phần người sử dụng điện thoại di động Message Signal Unit Khối tín hiệu tin báo Mobile terminal Máy di động Multi media Messaging Service Dịch vô tin nhắn đa phương tiện Nordic Mobile Telephone Điện thoại di động Bắc Âu Packet Notification Channel Kênh báo gói Public Switched Telephone Mạng điện thoại chuyển mạch Network công cộng Packet Broadeast Control Channel Packet Access Grant Channel Physical Random Access Channel Packet Data Traffic Channel Kênh điều khiển quảng bá gói Radio Frequency Tần số vô tuyến Kênh cho phép truy nhập gói Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên Kênh lưu lượng số liệu gói Traffic channel Kênh lưu lượng Total Access Communications Dịch vụ truyền thông hoàn Service toàn truy nhập TDMA Time Division Mulptiple Access TRAU Transcoder/rate adapotor unit TUP Telephone user part TE TAF Terminal equipment Terminal adaptor function VLR Visitor location register 40 Đa truy nhập phân chia theo thời gian Bộ chuyển đổi mã/bộ thích ứng tốc độ Phần của người sử dụng điện thoại Thiết bị đầu cuối Chức năng thích ứng điều khiển Bé ghi định vị tạm trú TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Sỏch “Thụng tin di động thế hệ ba”, Nhà xuất bản Bưu Điện, 2001 2. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Giáo trình “Thụng tin di động thế hệ ba”, Học Viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông , Nhà xuất bản Bưu Điện, 2004 3. Giáo trình “Thụng tin di động” 4. Các tài liệu tham khảo do Thầy giáo hướng dẫn Vũ Thành Vinh cung cấp. 5. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Giáo trình “Lộ trỡnh phát triển thông tin di động 2,5G lên 3G”, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, 12/2008 41 MỤC LỤC ...................................................................................................................................................8 42 [...]... CA MNG DI NG T TH H 2,5G LấN TH H 3G ỏp ng c cỏc dch v mi ng thi m bo tớnh kinh t h thng thụng tin di ng th h hai s c chuyn i tng bc sang th h ba Quỏ trỡnh phỏt trin t mng di ng th h 2,5G lờn 3G cn s dng cỏc cụng ngh sau: D liu chuyn mch gúi tc cao (HSCSD), Dch v vụ tuyn gúi chung (GPRS), Tc d liu nõng cao cho s phỏt trin GSM hay ton cu (EDGE) Hỡnh 13 Quỏ trỡnh phỏt trin ca mng di ng lờn 3G 34 4.1... ly lộn Khi tc thụng tin cn trao i ln hn nhiu kh nng ca SACCH thỡ h thng s ly lộn mt cụm 20ms ca TCH 2.5 Kin trỳc vụ tuyn ca GSM Di tn phỏt ngc (t MS ti BTS) 25 MHz: t 890 - 915 MHz Di tn phỏt xuụi (t BTS ti MS) 25 MHz: t 935 - 960 MHz Do khụng b l thuc vo khung k thut no ca mt h thng trc ú nờn GSM c thit k c lp cha ng nhiu u im k thut GSM s dng k thut FDD kt hp TDMA v FDMA nhm phc v a truy cp Di tn... v tn s H thng vụ tuyn trong GSM lm vic trong mt bng tn hp, di tn GSM c bn t 890 -960 MHz 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 t h thng trm gc ti cỏc trm di ng Bng tn ca h thng GSM c bn c chia thnh hai bng súng, mi bng cú rng 25 MHz bao... thoi c tt, GSM a ra ngh bo mt c v phng phỏp truyn dn trờn giao din vụ tuyn v c cỏch thc lu lng c x lý trc khi truyn dn Cỏc d liu c iu khin v bỏo hiu s c mt mó cựng vi cỏc k thut nhn thc thuờ bao tinh vi s loa tr vic n cp cuc gi h thng GSM thit b di ng s c nhn dng mt cỏch c lp t thuờ bao di ng Mi mỏy di ng cú mt s nhn dng c mó hoỏ cng khi sn xut kim tra nu nh nú c khai bỏo l ó b mt cp H thng GSM m bo... cn thit tin ti tng dung lng, dch v Nu mng GSM m khụng cú kh nng GPRS s khụng tn ti lõu trong tng lai Hỡnh 13 Cu trỳc h thng GPRS 35 4.3 Cụng ngh nõng cao cht lng truyn tc trong GSM (EDGE) EDGE (Enhanced Data GSM Environment) l cụng ngh nõng cao tc truyn d liu trong mng GSM EDGE khụng phi l mng 3G m nú ch tm 2,5G EDGE ụi khi cũn gi l EGPRS , l mt cụng ngh di ng c nõng cp t GPRS cho phộp truyn d liu... nõng cp t GPRS cho phộp truyn d liu vi tc lờn n 384 kbp/s cho ngi dựng c nh hoc di chuyn chm v 144 kbp/s cho ngi dựng di chuyn tc cao Theo R98, EDGE cú tc dowlink l 1,3 Mbp/s v uplink l 653 kbp/s Cụng ngh ny lm tin cho cỏc nh cung cp dch v thụng tin di ng khi chuyn sang 3G dựng cụng ngh HSPA mt bc chuyn tip GSM 2,5G lờn 3G Hỡnh 14 Cu trỳc mng EDGE 36 ... tin mi v tiờn tin c thit k truyn thoi v s liu thuờ bao trờn cỏc ng truynthoi tiờu chun Mng GSM ó c thit k khai thỏc vi h thng ISDN v s cung cp cỏc c tớnh cú th tng thớch vi nú 2.7 Cỏc giao din s dng trong GSM 2.7.1 Giao din vụ tuyn Um(MS BTS ): Air Interface l giao din vụ tuyn tờn gi chung ca u ni gia trm di ng MS v BTS Giao tip s dng khỏi nim TDMA vi mt khung TDMA cho mt tn s mng Mi khung gm 8 khe... tiờu chun mi Tiờu chun GSM ó c qui nh v phỏt trin cỏc nc Chõu u ang hot ng khai thỏc chung vi nhau Kt 14 qu l mt h thng t bo ó c thc hin khp Chõu u S thun li do tiờu chun GSM em li, s cú mt th trng ln i vi cỏc thit b GSM Ngha l cỏc nh sn sut s cung cp cỏc hit b vi cht lng cao hn v giỏ thnh r hn Cỏc thnh cụng ca GSM ó c chp nhn v thc hin trờn khp th gii H thng thụng tin di ng s GSM tng thớch vi h thng... truyn tớn hiu t mỏy di ng n trm gc v bng tn (935-960) MHz truyn dn tớn hiu t trm gc n mỏy di ng Loi b cỏc tp õm: Tp õm s giao thoa vi h thng hin hnh, cú th c phỏt sinh bi cỏc nguyờn nhõn sau : Mt ngun cụng sut mnh hoc kộo di , gn vi h thng thụng tin di ng (nh h thng ỏnh la trờn ụ tụ , sột ) S truyn dn cỏc mỏy di ng khỏc nhau trờn cựng mt tn s (nhiu kờnh chung) S truyn dn cỏc mỏy di ng khỏc nhau,... phỏt gc BTS: BTS l thit b trung gian gia GSM v thuờ bao di ng, trao i thụng tin vi MS thụng qua giao din vụ tuyn Um BTS bao gm cỏc thit b nh: Anten thu phỏt, thit b x lý tớn hiu c thự cho giao din vụ tuyn BTS di s iu khin ca mt BSC cú th kt ni theo nhiu ng khỏc nhau B chuyn i mó thớch ng tc TRAU: TRAU l thit b m quỏ trỡnh mó húa v gii mó c thự riờng cho mng GSM c tin hnh TRAU l mt b phn ca BTS nhng ... quan v mng thụng di ng GSM v l trỡnh phỏt trin h thng thụng tin di ng th h 2,5G lờn 3G Chng 1: GII THIU V MNG THễNG TIN DI NG 1.1 Lch s mng thụng tin di ng Nm 1946, h thng in thoi di ng thng mi... kờnh giao din vụ tuyn v chuyn giao Giao din gia BSC v MSC l giao din A, cũn giao din gia BTS v BSC l giao din Abit 10 Trm thu phỏt gc BTS: BTS l thit b trung gian gia GSM v thuờ bao di ng, trao... MNG DI NG T TH H 2,5G LấN TH H 3G ỏp ng c cỏc dch v mi ng thi m bo tớnh kinh t h thng thụng tin di ng th h hai s c chuyn i tng bc sang th h ba Quỏ trỡnh phỏt trin t mng di ng th h 2,5G lờn 3G